微生物知识分享：微生物培养基的主要成分综述！
小杨 / 2023-12-26 08:59:14
一、氮源
凡是微生物利用以构成细胞物质中或代谢产物中氮素来源的营养物质统称为氮源。氮源分为无机氮源和有机氮源，有机氮源：花生饼粉、黄豆饼粉、棉籽饼粉、麸皮水解液、玉米浆、废菌丝体水解液、毛发水解液、糖蜜、尿素、蛋白胨、鱼粉、牛肉膏。无机氮源：氨水、铵盐（硫酸铵、氯化铵）、硝酸铵。
无机氮源：无机氮源主要是氨水、硝酸盐、铵盐，成分单一，只有NH4+能够进行生物合成，在无机氮的培养基中会表现为生理酸性或生理碱性。
有机氮源：成分复杂，含蛋白质、肽类、氨基酸以及少量的糖类、脂肪、无机盐、生长因子等。豆粕和花生饼粉主要以大分子蛋白质形式存在，需要进一步降解成小肽和氨基酸才能被利用，为迟效氮源，在微生物培养过程中需要搭配速效和迟效氮源，以控制菌体生长和代谢产物合成。
玉米浆，是制玉米淀粉的副产物，原料为玉米糁、水、玉米汁。制造玉米淀粉须将玉米粒先用亚硫酸浸泡，将浸泡液浓缩即制成黄褐色的液体，叫玉米浆，含有丰富的可溶性蛋白、生长素和一些前体物质，含大约40%～50%固体物质。味道微咸，是微生物生长很普遍应用的有机氮源，其主要为较易吸收的蛋白质降解产物，特别是氨基酸通过转氨作用直接被机体利用，为速效氮源。它还能促进青霉素等抗生素的生物合成，含氮量3.6%以上。
蛋白胨：广义的讲是所有蛋白胨的总称。在国内习惯把蛋白胨特指为蛋白胨（主要原料是牛骨），价格低廉；被广大用户用于要求不太高的实验和生物发酵中。进口的蛋白胨没有专指一个具体的一种蛋白胨，如：BD、 OXOID、Pronadisa都会按照技术标准和原料的不同进行细分。
蛋白胨(peptone)国产 (狭义)是采用新鲜牛骨及牛肉混合提取，经过消化、过滤、浓缩、喷雾干燥而得到的一种浅黄色至类白色的干燥粉末。易溶于水，水溶液呈淡黄色。其不仅含有丰富的氨基酸，特别是含硫氨基酸较多，而且含有更多的细菌生长需要的维生素和其它生长因子。是生物制药发酵及各种培养基制备的基础原材料。在当中它起的主要作用是提供氮源。一般的用量为0.5%～5%能为微生物提供C源、N源、生长因子等营养物质。
胰蛋白胨：国产和进口有很大差别，主要是原料来源不同。
1、胰蛋白胨（国产）
是以新鲜牛肉和牛骨经胰酶消化，浓缩干燥而成的浅黄色粉末。具有色浅、易溶、透明、无沉淀等良好的物理性状。含有丰富的氮源、氨基酸等，可配制各种微生物培养基，生化制品及微生物学科研等领域中。
2、胰蛋白胨（进口）Tryptone
进口胰蛋白胨与国产的酪蛋白胨相同，也叫胰酪蛋白胨都是采用酪蛋白为原料，经过消化、脱色、过滤、浓缩、喷雾干燥而得到的一种浅黄色至类白色的干燥粉末。易溶于水，水溶液呈淡黄色。酪蛋白又称干酪素是从牛奶中提取的一种营养价值很高的磷蛋白，是生产蛋白胨常用的原料。用此原料生产的蛋白胨，其氨基酸比较齐全，特别是色氨酸的含量比较高。所以它在细菌生化试验中最适宜于做靛基质和糖发酵试验。但它缺乏胱氨酸、蛋氨酸等含硫氨基酸，故不适宜做硫化氢试验。
胰蛋白胨的特点：
适宜于：厌氧菌、真菌、肺炎球菌、乳酸杆菌、棒状杆菌、梭状杆菌的生长以及水和水乳等细菌检验；适宜于硝酸盐还原试验。
用于原生物的培养和抑菌或杀菌剂的检测、抗生素和其它抗菌素的检测及配制无菌试验用培养基等，是生物制药发酵及各种培养基制备的基础原材料。在当中它起的主要作用是提供氮源以及生长因子。一般的用量为0.5%～5%。
酵母产品介绍
酵母系列产品，我们可以看到酵母粉、酵母浸粉、酵母膏、酵母浸膏等不同名称，其中酵母粉和酵母膏是直接将酵母细胞用高温等方式杀死，其仍以单个个体存在，只是已经没有生物活性（不能用来发面），生产较为简单；酵母浸出物和酵母浸膏也以酵母细胞为原料，经过自溶酶解、分离、真空浓缩、喷雾干燥等工序精制而成，富含蛋白质、多肽、氨基酸、核苷酸、维生素、微量元素等营养成分，其生产工艺较为复杂，产品更精细，要求更高。
酵母粉主要采用糖蜜进行发酵而成，发酵完成后添加各种酶将其降解处理，然后经过三步浓缩至固形物含量在30%，然后进行喷雾干燥。食品级酵母浸粉FA、生物级别FP的区别在于厂家内控指标不同，食品级酵母浸粉要求鲜味、微生物指标、肽类含量比较集中，如正态分布一样，在某个区域较为集中；而微生物级别的要求稍低一点，但是其氨基酸和肽类分布比较广泛，适合微生物发酵。
二、碳源
凡是能够构成微生物细胞结构和代谢产物中碳素来源的营养物质统称为碳源，常见碳源包括：糖类、淀粉类、糖蜜、纤维素类、醇酸有机物、脂肪类等。
在工业生产中，将淀粉水解为葡萄糖的过程称淀粉的糖化，制得的溶液叫淀粉水解糖。其主要糖分是葡萄糖。根据水解条件不同，尚有数量不等的少量麦芽糖及其它一些二糖，低聚糖等复合糖。
淀粉水解制糖的意义：
1、大多数微生物不能直接利用淀粉（所有的氨基酸生产菌不能直接利用）；
2、有些微生物能够直接利用淀粉作原料，但必须在微生物产生淀粉酶后才能进行，过程缓慢，发酵周期延长；
3、若直接利用淀粉作原料，灭菌过程的高温会导致淀粉结块，发酵液粘度剧增。
三、无机盐
1、构成细胞的组分成分；
2、作为酶的组成部分和维持酶的活性；
3、维持生物体内的酸碱平衡，调节氢离子浓度，调节氧化还原电位；
4、维持细胞的渗透压。
作为微生物对无机元素的需求，分为主要无机元素和微量无机元素两种，其中磷、硫、钾、钠、镁、铁，磷硫钾镁可以添加磷酸二氢钾和硫酸镁即可满足，其他元素不必添加，可以在碳源和氮源中得到补充。
工业发酵中应用微生物的生长繁殖和产物合成中都需要无机盐和微量元素，如：
磷、硫、铁、锰、钙、镁等。许多金属离子对微生物生理活性的作用与其浓度相关，低浓度往往呈现刺激作用，高浓度却表现出抑制作用。
锰是枯草芽孢杆菌生长的必需元素，当培养基中缺少Mn2+时，不适合枯草芽孢杆菌的生长，促进芽孢的生成，提高Mn2+浓度将会导致培养基成分比例失调，渗透压升高等一系列变化，从而诱导芽孢生成。、
磷在菌体生长、繁殖和代谢活动中起着极其重要的作用。一方面，磷是构成核酸、磷脂、许多辅酶或辅基（辅酶I、辅酶Ⅱ、辅酶A、NAD和NADP等)以及高能磷酸化合物的重要原料，另一方面，磷在代谢调节方面也起着重要的作用，磷能促进糖代谢的进行，促进微生物的生长。因此，磷源是枯草芽孢杆菌发酵培养基中另一个重要的组成成分，它的浓度直接影响着枯草芽孢杆菌菌体的生长和芽孢的形成。
钾虽不参与细胞结构成分，但它是许多酶作用的激活剂，钾还对细胞原生质的胶体状态和细胞膜的透性起调控作用。
钙主要参与调节细胞的生理状态，如：维持细胞的胶体状态，降低细胞膜的通透性，调节pH值等，郭荣君等在研究生防菌BH1时也发现速效氮源如蛋白胨等对菌株芽孢的形成效果较差。在单一无机盐影响试验中，发现CaCO3有利于芽孢的形成。芽孢富含钙离子，而且大多数钙离子与芽孢所特有的化学成分吡啶二羧酸结合，形成的钙－吡啶二羧酸复合物约占芽孢干重的10%，复合物通过降低芽孢含水量增加芽孢抗逆性。CaCO3的添加可以为芽孢的形成提供大量的钙离子，可促进芽孢形成。Greene曾报道大量CaCO3能够通过调节pH来强烈启动芽孢的生成。而本试验在初始pH影响研究中发现，pH为中性时芽孢数量最大，推测CaCO3也有可能通过缓冲pH促进芽孢生成。
四、生长因子
生长因子，是一类调节微生物正常生长代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物。广义的生长因子除了维生素外，还包括碱基、嘌呤、嘧啶、生物素和烟酸等，有时还包括氨基酸营养缺陷突变株所需要的氨基酸在内。
生物素是作为酶的活性基，其浓度范围1-50ug/L，需求量很好。
氨基酸，微生物生长需要L-氨基酸，在细菌细胞壁合成的D-丙氨酸等合成肽聚糖，是组成蛋白质和酶的主要结构。玉米浆中氨基酸含量高，含有11种氨基酸，其中D-丙氨酸占25%。
（1）玉米浆：虽然主要用作氮源，但含有乳酸，少量还原糖和多糖，含有丰富的氨基酸，核酸，维生素，无机盐等。常作为提供生长因子的物质。
（2）麸皮水解液：可代替玉米浆，但蛋白质，氨基酸等营养成分比玉米浆少。
（3）糖蜜：两种糖蜜（cane molasses，beet molasses）均可代替玉米浆。但氨基酸等有机氮含量较低。
（4）酵母：可用酵母膏，酵母浸出液或直接用酵母粉。
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