目录第三章工业培养基及其设计一般设计适宜于工业大规模发酵的培养基就要遵循以下原则：①必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分。②有利于减少培养基原料的单耗，即提高单位营养物质的转化率。③有利于提高产物的浓度，以提高单位容积发酵罐的生产能力。④有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周期。⑤尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化。⑥原料价格低廉，质量稳定，取材容易。⑦所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能耗。⑧有利于产品的分离纯化，并尽可能减少“三废”物质的产生。3.2工业培养基的成分及来源不同营养类型的微生物利用不同的碳源。为数众多的异养微生物常利用某类有机化合物中的一种或几种作为它们的碳源。首先，糖类是微生物最广泛利用的碳源，尤其是葡萄糖，其次是醇、有机酸或脂肪酸等。而其余微生物或是利用CO2或碳酸盐作为唯一或主要的碳源，如蓝细菌等光能自养微生物和硝化细菌等化能自养微生物；或是利用CO2及相对低分子质量的简单有机物作为主要碳源，如紫色非硫细菌等光能异养微生物。能源是提供微生物生命活动所需能量的物质。极大多数微生物的能源物质是化学物质(有机化合物和无机化合物)。只有光合细菌利用光作为能源。但微生物生长过程中所涉及的能量主要是ATP形式的化学能。即使是光合细菌，也要将光能转换成ATP形式的化学能后才可利用。氮是微生物细胞需要量仅次于碳的元素。能提供微生物所需氮素的营养物质称为氮源。主要功能：提供细胞原生质和其他结构物质中的氮素，一般不作为能源使用。但化能自养细菌中的亚硝化细菌和硝化细菌能从NH3和NO2－等还原态无机含氮化合物的氧化过程中获得其生命活动所需的能量。对于硝化细菌来说，NH3和NO2－是兼有氮源与能源功能的双功能营养物质。对于异养微生物来说，含有C、H、O、N的有机化合物是具有碳、能源和氮源三重功能的营养物。微生物除了需要碳源、能源和氮源之外，还需要P、S、K、Mg、Ca、Na、Fe、Co、Zn、Mo、Mn、Ni和W等元素，大多是以无机盐的形式提供的，故称为无机盐或矿物质元素。大量元素：需要浓度在10-3～10-4mol/L范围内的元素，如P、S、K、Mg、Ca、Na和Fe等；微量元素：需要浓度在10-6～10-8mol/L范围内的元素，如Co、Zn、Mo、Mn、Ni和W等。许多微生物除了需要碳源、能源、氮源与无机盐之外，还必须在培养基中补充微量的有机营养物质才能生长或者生长良好，这些微生物生长所不可缺少的微量有机物质就是生长因子。生长因子有维生素、氨基酸、嘌呤碱和嘧啶碱、卟啉及其衍生物、固醇、胺类、C2～C6直链或分支脂肪酸等。一些特殊的辅酶也能用作生长因子。水以自由水与结合水两种形式存在。结合水没有流动性和溶解力，所以微生物不能利用它。水的可利用性常用水活度(aw)来表示：水活度以相同温度下，溶液或物质上面空气的蒸汽压与纯水蒸汽压之比表示：水活度(aw)=P溶液/P纯水纯水的aw值为1。有溶质时，水活度就低于1。3.3培养基类型3.3.2.1根据所培养微生物的类群与营养类型区分细菌培养基放细菌培养基酵母菌培养基霉菌培养基自养微生物培养基异养微生物培养基合成培养基--化学成分确定呈液态的培养基为液体培养基。它广泛用于微生物学实验和生产，在实验室中主要用于生理、代谢研究和获得大量菌体。在发酵生产中极大多数发酵培养基为液体培养基。选择培养基伊红美蓝培养基中的伊红和美蓝的作用：★鉴别染色，伊红是一种红色酸性染料，美蓝是一种蓝色碱性染料。大肠杆菌能强烈分解乳糖产生大量有机酸，结果与两种染料结合形成深紫色菌落。由于伊红还发出略呈绿色的荧光，因此在反射光下可以看到深紫色菌落表面有绿色金属闪光。而肠道内的沙门氏菌和志贺氏菌不发酵乳糖，所以形成无色菌落。这样就可以将无害的大肠杆菌与致病的沙门氏菌和志贺氏菌区别开来。★抑制某些细菌(革兰氏阳性细菌与一些难以培养的革兰氏阴性细菌)生长的作用。此外，这两种染料在pH值低时结合形成沉淀，可起产酸指示剂的作用。★伊红美蓝培养基在饮用水、牛乳的细菌学检查以及遗传学研究上有着重要的用途。3.4培养基设计原理与优化方法有些微生物由于水解酶系的缺乏只能够利用简单的物质，而有些微生物则可以利用较为复杂的物质。因而在考虑培养成分选择的时候，必须充分考虑菌种的同化能力，从而保证所选用的培养基成分是微生物能够利用的。在选取用淀粉、黄豆饼粉这类原料作为培养基时，必须考虑微生物是否具备分泌胞外淀粉酶和蛋白酶的能力。葡萄糖是几乎所有的微生物都能利用的碳源，因此在培养基选择时一般被优先考虑，但工业上如果直接选用葡萄糖作为碳源，成本相对较高，一般采用淀粉水解糖。在工业生产上，将淀粉水解为葡萄糖的过程称为淀粉的糖化，所得的糖液称为淀粉水解糖