培养基是微生物纯种培养的基础，它直接影响菌体的生长、代谢、产物的合成和纯化。因此，在学习掌握培养基各种营养成分的基础上，合理优化实验和生产用培养基，配制有效而经济的培养基是微生物工程的一项基本任务。此外，还要确定哪种灭菌方式对培养基灭菌最有效，既能保证灭菌彻底，又能最大限度地保持营养成分不受破坏。
一、培养基的营养成分
微生物为了生长、繁殖的需要从外界不断地吸收营养物质，从中获得能量并合成新的细胞物质，同时排出废物。研究微生物的营养成分，主要是了解微生物的营养特性和培养条件，进一步控制和利用它们更好地为工业生产服务。微生物的营养活动，是依靠向外界分泌大量的酶，将周围环境中大分子的蛋白质、糖类、脂肪等营养物质分解成小分子化合物，再借助细胞膜的渗透作用吸收这些小分子营养成分来实现的。因此，培养基的营养成分对微生物的生长、合成酶系及代谢途径的影响极大。根据微生物生长、繁殖和发酵的不同要求，培养基的成分和含量也有所不同，所以培养基的种类很多。但是，无论哪一种培养基，都应满足微生物生长、繁殖和发酵方面所需要的各种营养物质，如表2-1 所示，包括碳源、氮源、无机盐、特殊生长因子及水等五大类物质。
表2-1 微生物的营养来源
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碳源 |
碳酸气 |
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淀粉水解糖、糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等 | |
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石油、正构石蜡、天然气 | |
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醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品 | |
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氮源 |
豆饼或蚕蛹水解液、味精废液、玉米浆、酒糟水等有机氮 |
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尿素、硫酸铵、氨水、硝酸盐等无机盐、气态氮 | |
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无机盐 |
磷酸盐、钾盐、镁盐、钙盐等其他矿盐 |
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铁、锰、钴等微量元素 | |
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其他 | |
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特殊生长因子 |
硫胺素、生物素、对氨基苯甲酸、肌醇 |
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水分 | |
( 1 ）碳源。碳源主要用来供给菌种生命活动所需的能量和构成菌体细胞以及代谢产物的物质基础。通常用作碳源的物质主要是糖类、脂肪及某些有机酸。霉菌和放线菌均可利用脂肪和某些有机酸作为碳源。
( 2 ）氮源。氮源主要用来构成菌体细胞物质和代谢产物，即蛋白质及氨基酸之类的含氮代谢物，通常所用的氮源可分为有机氮源和无机氮源两类。有机氮源如黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、发酵菌丝体和酒糟等；无机氮源如氨水、硫酸粉、尿素、硝酸钠、硝酸按和磷酸氢二铵等。
( 3 ）无机盐。无机盐类是微生物生命活动所不可缺少的物质，其主要功能是构成菌体的成分，作为酶的组成部分或维持酶的活性，调节渗透压、pH 值、氧化还原电位等。微生物的生长发育和生物合成过程需要铅、镁、硫、磷、铁、钾、钠、氯、锌、钻、锰等无机盐类与微量元素，一般它们在各种培养基原料中已有足够含量，毋须再加，但是菌种不同，需要的各种无机盐类和微量元素的浓度也不同，必须根据具体情况予以控制。
( 4 ）特殊生长因子。特殊生长因子的主要功能是构成辅酶的组成部分，促进生命活动进行。微生物所需的特殊生长因子包括生物素、硫胺素、对氨基苯甲酸、肌酸等，但需要量极少。某些微生物自己可以合成所需的生长因子，甚至在体内积累，而不需要外界供给。
( 5 ）水。水是微生物生长所必需的，微生物所需的营养物及代谢产物必须溶解于水中，才能通过细胞膜而被吸收或排出。体内各种生化反应也必须在水溶液中方能进行。发酵微生物多为异养菌，培养基的碳源多为淀粉、淀粉水解糖等碳水化合物，糖蜜，亚硫酸盐纸浆废液，石油、正构石蜡、天然气、醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品。
近年关于利用氢细菌由碳酸气、氢和氮生产单细胞蛋白质的研究，正在开展之中，因此自养菌在发酵工业中的应用亦受到重视。
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