含棉籽糖的培养基

培养基是发酵过程或动植物细胞大量培养中供微生物或动、植物细胞的生长、繁殖或积累代谢产物，以合成生物化工产品所必需的营养基质。培养基的选择应根据微生物生长代谢活动的需要，并有利于合成细胞物质和生物化工产品的生成。培养基中主要含有水、碳源(能源)、氮源、矿物质，有的还需要提供维生素等。在酶反应过程中，原料液中被转化的物质亦即酶的作用物，亦可称为底物。 培养基的选择一般尽可能要满足以下要求：①单位质量基质，应能产生最大量的生物物质或生物化工产品，并且要使所产生的生物物质或生物化工产品在发酵液中的浓度最高，产率最高，使不需要的其他代谢产物的生成，限在最低范围内。②培养基成本低、质量均一并随时保证提供使用。③培养基使用时，对通气、搅拌、后处理和三废治理等方面所产生的问题最少。 分类 按其组成成分分成三类:①天然培养基,全由天然产物组成，例如含淀粉、黄豆饼粉等天然物质；②复合培养基，由部分天然产物和部分已知成分的化合物组成，例如其中的氮源既有天然物质黄豆饼粉，又有合成化合物硫酸铵；③合成培养基，全由已知成分的化合物所组成，例如以纯的碳水化合物或碳氢化合物为碳源，以铵盐为氮源。天然培养基和复合培养基常用于工业生产，而合成培养基(偶尔包括复合培养基)则常用于试验。 按用途分类包括：①基础培养基，营养需求相似的一些生物其所需的营养物大体相同，因之可配制一种适合于它们共同需要的含有基本营养成分的基础培养基；②增殖培养基，又称丰富培养基，常用于菌种选育方面。它是由基础培养基，再加入特殊的营养物质，以使某种差异型微生物在其中迅速生长繁殖；③鉴别培养基，即在培养基中加入某种试剂，从而在培养过程中表现出特殊反应，用以鉴别不同类型的微生物，如无菌试验用的酚红肉汤培养基，就是一种鉴别培养基；④选择培养基，根据某些微生物具有特殊营养要求，或对某些化学物质具有抗性而设计的,例如在配方中加入某种化学药物,以限制对敏感菌的生长繁殖，而将对其不敏感的所需的微生物分离出来。如在分离酵母菌时，可加入青霉素、链霉素等以抑制细菌的生长。 培养基还可根据其形态分成液体或固体培养基。例如用于无菌试验的肉汤培养基为液体培养基。用于培养青霉菌孢子的小米或大米为固体培养基，在培养基中加入适量琼脂而形成的凝胶培养基，也称固体培养基。 成分 培养基的成分包括:碳源、氮源、矿物质,以及其他必需物质。这些成分通过生物反应过程，生成生物物质、生物化工产品，并放出CO2、H2O和热量。 培养基的成分还可以由发酵过程中所需的元素出发，如C、H、O、N、S、P、Mg、K等。此外,必要时还有一些需要量很少的微量元素,如Fe、Zn、Cu、Mn、Co、Mo、B等。在发酵过程中某些生物本身不能合成的物质，如氨基酸、维生素或核苷酸等，必要时亦作为营养物质加入到培养基中。 碳源 具有双重作用。生物在产生生物物质或生物化工产品过程中，它不仅为其提供碳源，也为其提供能源。碳水化合物是微生物发酵中的主要碳源，包括淀粉、葡萄糖、蔗糖和乳糖等。此外，植物油如豆油、棉籽油、玉米油等亦常被应用作为碳源。这类油常与表面活性剂合用，以消除发酵过程中所产生的泡沫。甲醇可用以生产单细胞蛋白。正烷烃类可用以生产有机酸、氨基酸和维生素等，甚至二氧化碳也可作为光合细菌的碳源。 氮源 包括无机氮源和有机氮源。无机氮源包括氨、铵盐及硝酸盐等，它们在被应用时应注意发酵中pH的变化；有机氮源包括氨基酸、蛋白质及尿素等，有机氮源的加入往往加快了生物的生长。因考虑到成本因素，一些有机氮源，如黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、鱼粉、酵母粉等常被选用。 培养基的组成中除了水分外，碳源和氮源的含量是最大的。碳源含量一般不超过10％，氮源含量较低，一般碳氮比应为3[

培养基的成分还可以由发酵过程中所需的元素出发，如C、H、O、N、S、P、Mg、K等。此外,必要时还有一些需要量很少的微量元素,如Fe、Zn、Cu、Mn、Co、Mo、B等。在发酵过程中某些生物本身不能合成的物质，如氨基酸、维生素或核苷酸等，必要时亦作为营养物质加入到培养基中。 碳源 具有双重作用。生物在产生生物物质或生物化工产品过程中，它不仅为其提供碳源，也为其提供能源。碳水化合物是微生物发酵中的主要碳源，包括淀粉、葡萄糖、蔗糖和乳糖等。此外，植物油如豆油、棉籽油、玉米油等亦常被应用作为碳源。这类油常与表面活性剂合用，以消除发酵过程中所产生的泡沫。甲醇可用以生产单细胞蛋白。正烷烃类可用以生产有机酸、氨基酸和维生素等，甚至二氧化碳也可作为光合细菌的碳源。 氮源 包括无机氮源和有机氮源。无机氮源包括氨、铵盐及硝酸盐等，它们在被应用时应注意发酵中pH的变化；有机氮源包括氨基酸、蛋白质及尿素等，有机氮源的加入往往加快了生物的生长。因考虑到成本因素，一些有机氮源，如黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉、玉米浆、鱼粉、酵母粉等常被选用。 培养基的组成中除了水分外，碳源和氮源的含量是最大的。碳源含量一般不超过10％，氮源含量较低，一般碳氮比应为3～4:1。碳、氮源含量不能过高的原因是避免产生基质或产物对反应的抑制和因渗透压过高引起细胞失水而死亡。 矿物质 培养基中 Mg、P、K、S、Ca、Cl常是主要的矿物质的组成成分，其他如Co、Cu、Fe、Mn、Mo及Zn也往往不可少，但需要量很小，可从其他主要培养基成分中得到。如是使用合成培养基就需要把这些微量元素加进去。它们不仅为生物生长所必需，也是为了得到某些产物所必不可少者。例如生物合成青霉素或头孢菌素需要一定量的硫；生物合成维生素B1需要一定量的钴。 维生素 某些生物在培养过程中需要某些维生素，往往在天然培养基中已经提供了必要的维生素，但在某些特殊情况下需单独加入维生素。例如在谷氨酸生产过程中需加入生物素,某些植物细胞培养中需要硫胺素(维生素B1)。 缓冲剂 由于发酵过程中pH对形成生物产物的影响很大，为维持稳定的pH，常采用缓冲剂，例如碳酸钙或磷酸盐。后者除能调节pH外，还为培养基提供磷源。

培养基是人工配制的供微生物或动植物细胞生长、繁殖、代谢和合成人们所需产物的营养物质和原料，同时，培养基也为微生物等提供除营养外的其它生长所必须的环境条件。常用的培养基都应符合一些基本要求：1 ) 都必须含有作为合成细胞组成的原料；2 ) 满足一般生化反应的基本条件，如碳源、氮源、无机盐、生长因素；3 ) 一定的pH等条件。 2 培养基的组成 2.1 碳源 碳源是组成培养基的主要成分之一。常用的碳源有糖类、油脂、有机酸和低碳醇。在特殊情况下( 如碳源贫乏时) ，蛋白质水解产物或氨基酸等也可被某些菌种作为碳源使用。葡萄糖是碳源中最易利用的糖，几乎所有的微生物都能利用葡萄糖，所以葡萄糖常作为培养基的一种主要成分，并且作为加速微生物生长的一种有效的糖。但是过多的葡萄糖会过分加速菌体的呼吸，以致培养基中的溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物不能完全氧化而积累在菌体或培养基中，如丙酮酸、乳酸、乙酸等导致pH下降，影响某些酶的活性，从而抑制微生物的生长和产物的合成。 2.2 氮源 氮源主要用于构成菌体细胞物质( 氨基酸、蛋白质、核酸等) 和含氮代谢物。常用的氮源可分为两大类： 有机氮源和无机氮源。 2.2.1 有机氮源 常用的有机氮源有玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉和酒糟等。它们在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌体吸收后再进一步分解代谢。 有机氮源除含有丰富的蛋白质、多肽和游离氨基酸外， 往往还含有少量的糖类、脂肪、 无机盐、 维生素及某些生长因子， 因而微生物在含有机氮源的培养基中常表现出生长旺盛， 菌丝浓度增长迅速的特点。大多数发酵工业都借助于有机氮源，来获得所需氨基酸。 玉米浆是一种很容易被微生物利用的良好氮源。因为它含有丰富的氨基酸( 丙氨酸、 赖氨酸、谷氨酸、缬氨酸、苯丙氨酸等) 、还原糖、磷、微量元素和生长素。玉米浆是玉米淀粉生产中的副产物，其中固体物含量在50％左右，还含有较多的有机酸，如乳酸，所以玉米浆的 pH在4左右。 2.2.2 无机氮源 常用的无机氮源有铵盐，硝酸盐和氨水等。微生物对它们的吸收利用一般比有机氮源快， 所以也称之谓迅速利用的氮源。但无机氮源的迅速利用常会引起pH的变化。 氨水在发酵中除可以调节pH外，它也是一种容易被利用的氮源，在许多抗生素的生产中得到普遍使用。氨水因碱性较强，因此使用时要防止局部过碱，加强搅拌，并少量多次地加入。 2.3 无机盐微生物在生长繁殖和生产过程中，需要某些无机盐和微量元素如磷、 镁、 硫、 钾、 钠、 铁、氯、锰、锌、钙等，以作为其生理活性物质的组成或生理活性作用的调节物，这些物质一般在低浓度时对微生物生长和产物合成有促进作用，在高浓度时常表现出明显的抑制作用。在培养基中，镁、磷、钾、硫、钙和氯等常以盐的形式( 如硫酸镁、磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、碳酸钙、氯化钾等) 加入，而钴、铜、铁、锰、锌、钼等缺少了对微生物生长固然不利，但因其需要量很少，除了合成培养基外，一般在复合培养基中不再另外单独加入。 2.3.1 磷 是核酸和蛋白质的必要成分，也是重要的能量传递者——三磷酸腺苷的成分；在代谢途径的调节方面，磷起着很重要的作用，磷有利于糖代谢的进行，因此它能促进微生物的生长。但磷若过量时，许多产物的合成常受抑制。2.3.2镁 除了组成某些细胞的叶绿素的成分外，并不参与任何细胞物质的组成。但它处于离子状态时，则是许多重要酶( 如己糖磷酸化酶、柠檬酸脱氢酶、羧化酶等) 的激活剂，镁离子不但影响基质的氧化，还影响蛋白质的合成。镁常以硫酸镁的形式加入培养基中。 2.3.3 氯 氯离子在一般微生物中不具有营养作用，但对一些嗜盐菌来讲是需要的，在一些产生含氯代谢物的发酵中，除了从其它天然原料和水中带入的氯离子外，还需加入约0.1％氯化钾以补充氯离子。 2.3.4钠、钾、钙 钠、钾、钙等离子虽不参与细胞的组成，但仍是微生物发酵培养基的必要成分。钠、钾离子与维持细胞渗透压有关，故在培养基中常加入少量钠盐、钾盐，但用量不能过高，否则会影响微生物生长。钙离子能控制细胞透性，它不能逆转高浓度无机磷对某些产品的抑制作用。 2.4前体、 促进荆和抑制剂发酵培养基中某些成分的加入有助于调节产物的形成，而并不促进微生物的生长。这些添加的物质包括前体、抑制剂和促进剂／ 包括诱导剂、生长因子等) 。2.4.1前体 指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。 2.4.2促进剂 指那些既不是营养物又不是前体，但却能提高产量的添加剂。 2.4.3抑制剂 在发酵过程中加入抑制剂会抑制某些代谢途径的进行， 同时会使另一代谢途径活跃，从而获得人们所需的某种产物或使正常代谢的某一代谢中间物积累起来。 2.5 水 除了少数微生物如蓝细菌能利用水中的氢作为还原CO2时的还原剂外，其他微生物都不是利用水作为营养物质。即使如此，由于水在微生物的生命活动过程包括营养过程中的重要性，它仍应属于营养要素之一，为培养基的重要组成之一。 3 结束语 对某一微生物和产品来讲，究竟用哪些原料作培养基还需经过一系列实验的摸索，能确定一种既有利于微生物生长，又能保证得到高产优质的较为理想的培养基配方。另外，工业生产培养基所用的原材料还必须来源丰富、价格低廉、质量稳定。当然一种好的培养基配方还应随菌种的改良、发酵控制条件( pH、溶解氧、中间补料等工艺条件) 和发酵设备的变化而作相应的变化。