三、影响种子质量的主要因素
菌种扩大培养的关键就是搞好种子罐的扩大培养，影响种子罐培养的主要因素包括营养条件、培养条件、染菌的控制、种子罐的级数和接种量控制等。种子罐培养除了根据菌种特性或生产条件恰当选择外，还应为菌种的生长创造一个最合理的培养条件。
1 ．培养基
培养基是微生物获得生存的营养来源，对微生物生长繁殖、酶的活性与产量都有直接的影响。不同微生物对营养要求不一样，但它们所需的基本营养大体上是一致的，其中以碳源、氮源、无机盐、生长素和金属离子等最重要。不同类型的微生物所需要的培养基成分与浓度配比并不完全相同，必须按照实际情况加以选择。提高产量是选择培养基的一个重要标准，但同时还应当要求培养基组成简单、来源丰富、价格便宜、取材方便等。一般来说，种子罐是培养菌体的，培养基的糖分要少而对微生物生长起主导作用的氮源要多，且其中无机氮源所占的比例要大些。但是，种子罐和发酵罐的培养基成分相同，使处于对数生长期的菌种移植在适宜的环境中发酵，可以大大缩短其生长延滞期。其原因是执行代谢活动的酶系已经形成，可立即实施代谢功能，不需花费时间另建适宜新环境的酶系。因此，种子罐和发酵罐的培养基成分趋于一致较好，但各成分的数量（即原料配比）需根据不同的培养目的各自确定。任何生产所用培养基都没有一个可完全确定的配比，对于某一菌种和具体设备条件来说，最适宜的配比应进行多因素的优选，通过对比试验来确定。如果菌种的特性或设备条件（如罐型、搅拌的形式和转速等）变化较大，则培养基的配比应通过试验相对地变更。只有培养基各成分的关系选得比较恰当，才能最大限度地发挥菌种的特性，提高产量。
2 ．种龄与接种量
种子培养期应选取菌种的对数生长期为宜。种龄过嫩或过老，不但延长发酵周期，而且会降低产量。因此，种子的种龄必须严格掌握，以免贻误时机。接种量的大小直接影响发酵周期。大量地接入成熟的菌种，可以缩短生长过程的缓慢期，因而缩短了发酵周期，节约了发酵培养的动力消耗，提高了设备利用率，并有利于减少染菌机会。所以，一般都将菌种扩大培养，进行两级发酵或三级发酵。接种量影响缓慢期的原因，是由于在大量移种过程中把微生物生长和分裂所必需的代谢物（一般是R NA ，即核糖核酸）一起带进去，从而有利于微生物立即进入对数生长阶段。但是，如果培养基内的营养物和气体张力对菌体生长适宜，则接种量的影响较小。一般来说，接种量和培养物的生长过程的缓慢期长短呈反比。接种量过多也没有必要，因种子培养费时，且过多地移入代谢废物，反而会影响正常发酵。
3 ．温度
温度对微生物的影响，不仅表现在对菌体表面的作用，而且因热平衡的关系，热传递至菌体内，对菌体内部所有的物质都有作用。由于生物体的生命活动可以看作是相互连续进行的酶反应的表现，任何化学反应又都和温度有关，通常在生物学范围内每升高
任何微生物的生长都需要有适宜的生长温度，在此温度范围内，微生物生长、繁殖最决。大多数微生物的最适生长温度在25
温度和微生物生长的关系，一方面在其最适温度范围内，生长速度随温度升高而增加；另一方面，不同生长阶段的微生物对温度的反应不同。处于缓慢期的细菌对于温度的影响十分敏感，将其置于最适生长温度附近，可以缩短其生长的缓慢期；将其置于较低的温度，则会延长其缓慢期；而且孢子萌发的时间在一定温度范围内也随温度的上升而缩短。处于对数生长期的细菌，如果在略低于最适温度的条件下培养，即使在发酵过程中升温，其升温的破坏作用也显得较弱。因而在最适生长温度范围内，组成菌体的蛋白质很少变性，所以在最适温度范围内适当提高对数生长期的培养温度，既有利于菌体的生长，又能避免热作用的破坏。处于生长后期的细菌，一般来说其生长速度主要取决于溶解氧而不是温度，因此在培养后期可适当提高通气量。此外，不管微生物处于哪种生长阶段，每种微生物都有自己的最高生长温度和最低生长温度。为了使种子罐培养温度控制在一定的范围，生产上常在种子罐上安装热交换设备，如夹套、排管或蛇管等进行温度调节，冬季进风时还要加热。
4．pH 值
培养基的氢离子浓度对微生物的生命活动有显著影响。各种微生物都有自己生长与合成酶的最适pH 值。同一菌种合成酶的类型与酶系组成可随pH 值的改变而产生不同程度的变化。例如，黑曲霉合成柚苷酶时，培养基在pH 6.0以上的环境中，果胶酶活性受到抑制，pH 值改变到6.0以下就形成果胶酶，且酶系组成由pH 值决定。泡盛酒曲霉突变株在pH 6.0培养时以产生α-淀粉酶为主，糖化型淀粉酶与麦芽糖酶产生极少，在pH 2.4 条件下培养，转向糖化型淀粉酶与麦芽糖酶的合成，α-淀粉酶受到抑制。
由此可见，培养基的pH 值与微生物生命活动和酶系组成关系十分密切。培养基pH 值在发酵过程中能被菌体代谢所改变，阴离子（如醋酸根、磷酸根）被吸收或氮源被利用后NH3 的产生，使pH 值上升；阳离子（如NH4+，K + ）被吸收或有机酸的积累，使pH 值下降。一般来说，高碳源培养基倾向于向酸性pH 值转移，高氮源培养基倾向于向碱性pH 值转移，这都跟碳氮比直接有关。因此，培养基必须保持适当的pH 值，而调节pH 值的方法有三种，即使用酸碱溶液、缓冲液以及各种生理缓冲剂（如生理酸性与生理碱性的盐类）。
5 ．通气和搅拌
需氧菌或兼性需氧菌的生长与合成酶，都需要供给氧气。不同微生物要求的通气量不同，即使是同一菌种，在不同生理时期对通气量的要求也不相同。因此，在控制通气条件时，必须考虑到既能满足菌种生长与合成酶的不同要求，又要节省电耗，以提高经济效益。通气可以供给大量的氧，而搅拌则能使通气的效果更好，并且搅拌有利于热交换，使培养液的温度较一致，有利于营养物质和代谢物的分散。此外，选用挡板可使搅拌效果更好。通气量与菌种、培养基的性质以及培养阶段有关。在培养阶段的各个时期究竟如何选择通气量，要根据菌种的特性、罐的结构、培养基的性质等许多因素，通过试验确定。通气量的多少，最好按氧溶解的多少决定。只有氧溶解的速度大于菌体的吸氧量时，菌体才能正常地生长和合成酶，否则氧的溶解比消耗少，氧的浓度降低，降到某一浓度（称溶解氧的临界点）时，菌体生长就减慢。因此，随着菌体的繁殖，呼吸增强，必须按菌体的吸氧量加大通气量，以增加溶解氧的量。一般来说，培养罐深、搅拌转速大、通气管开孔小或多，气泡在培养液内停留时间就长，氧的溶解速度也就大，且在这些因素确定的条件下，培养基的粘度越小，氧的溶解速度也越大。因此，根据罐的结构考虑培养液的粘度，增加一定通气量，可以达到菌体所需的溶解氧，满足菌体呼吸的需要。
搅拌可以提高通气效果，促进微生物的繁殖，但是剧烈搅拌会导致培养液大量涌泡，液膜表层的酶容易氧化变性，损伤微生物细胞，同时，泡沫过多将增加污染杂菌的机会。6 ．泡沫
菌种培养过程中产生的泡沫与微生物的生长和合成酶有关。泡沫的持久存在影响微生物对氧的吸收，妨碍二氧化碳的排除，因而破坏其生理代谢的正常进行，不利于发酵。此外，由于泡沫大量地产生，致使培养液的容量一般只是种子罐容量的一半左右，大大影响设备的利用率，甚至发生跑料现象，导致染菌，使损失更大。
在菌种培养过程中产生泡沫的原因是很多的。通气、机械搅拌使液体分散和空气窜入形成气泡，培养基中某些成分的变化或微生物的代谢活动产生气泡，培养基中某些成分（如蛋白质及其他胶体物质）的分子在气泡表面排列形成坚固的薄膜，不易破裂，聚成泡沫层。关于菌种培养过程的消泡措施，主要偏重于化学消泡和机械消泡，并取得一定的进展。微生物工业目前使用的消泡剂，有各种天然的动植物油以及来自石油化工生产的矿物油、改性油、表面活性剂等，这类消泡剂往往因培养液的pH 值、温度、成分、离子浓度以及表面性质的改变，在消泡能力上呈现很大的差别，在培养液内残留量也高，给净化处理造成不同程度的困难。而新型的有机硅聚合物如硅油、硅酮树脂等，则具有效率高、用量省、无毒性、无代谢性，同时兼有提高微生物合成酶等多种优良特性，是一类有发展前途的消泡剂。泡沫的控制除了添加消泡剂外，改进培养基成分也是相辅相成的一个重要方面。例如，在培养基配料中增加磷酸盐已在某些场合收到实效，可使消泡剂添加量成倍地降低。
7 ．染菌的控制
染菌是微生物发酵生产的大敌，一旦发现染菌，应及时进行处理，以免造成更大的损失。染菌的原因，如果不是设备本身结构存在“死角”，归纳起来主要包括设备、管道、阀门漏损，灭菌不彻底，空气净化不好，无菌操作不严或菌种不纯等问题。因此，要控制染菌继续发展，必须及时找出染菌的原因，采取措施，杜绝染菌事故再现。菌种发生染菌会使各个发酵罐都染菌，因此，必须加强接种室的消毒管理工作，定期检查消毒效果，严格无菌操作技术。如果新菌种不纯，则需反复分离，直至完全纯粹为止。对于已出现杂菌菌落或噬菌体噬斑的试管斜面菌种，应予以废弃。在平时应经常分离试管菌种，以防菌种衰退、变异和污染杂菌。对于菌种扩大培养的工艺条件要严格控制，对种子质量更要严格掌握，必要时可将种子罐冷却，取样做纯菌试验，确认种子无杂菌存在，才能向发酵培养基中接种。
8 ．种子罐级数的确定
种子罐的级数愈少，愈有利于简化工艺，便于控制。级数少可减少种子罐污染杂菌的机会，减少消毒、值班工作量以及减少因种子罐生长异常而造成发酵的波动。但是，也应当考虑到如何才能最大限度地降低发酵罐中非合成代谢产物的生成。所以，种子罐级数的确定取决于菌种的性质（如菌种传代后的稳定性）、孢子瓶中的孢子数、孢子发芽、菌丝繁殖速度以及发酵罐中种子培养液的最低接种量和种子罐与发酵罐的容积比。如果孢子瓶中的孢子数量较多，孢子在种子罐中发育较快，且对发酵罐的最低接种量的要求亦较小，显然可采用二级发酵流程。种子罐的级数由产物的品种及生产规模而定，也随着工艺条件的改变作适当的调整。例如，改变种子罐的培养条件、加速孢子的发育或改进孢子瓶的培养工艺后可大大增加孢子数量等，在此基础上均有可能使三级发酵简化为二级发酵。
