培養(yǎng)基是微生物純種培養(yǎng)的基礎(chǔ)，它直接影響菌體的生長、代謝、產(chǎn)物的合成和純化。因此，在學(xué)習(xí)掌握培養(yǎng)基各種營養(yǎng)成分的基礎(chǔ)上，合理優(yōu)化實驗和生產(chǎn)用培養(yǎng)基，配制有效而經(jīng)濟(jì)的培養(yǎng)基是微生物工程的一項基本任務(wù)。此外，還要確定哪種滅菌方式對培養(yǎng)基滅菌最有效，既能保證滅菌徹底，又能最大限度地保持營養(yǎng)成分不受破壞。 表2-1 微生物的營養(yǎng)來源
碳源
碳酸氣
淀粉水解糖、糖蜜、亞硫酸鹽紙漿廢液等
石油、正構(gòu)石蠟、天然氣
醋酸、甲醇、乙醇等石油化工產(chǎn)品
氮源
豆餅或蠶蛹水解液、味精廢液、玉米漿、酒糟水等有機(jī)氮
尿素、硫酸銨、氨水、硝酸鹽等無機(jī)鹽、氣態(tài)氮
無機(jī)鹽
磷酸鹽、鉀鹽、鎂鹽、鈣鹽等其他礦鹽
鐵、錳、鈷等微量元素
其他
特殊生長因子
硫胺素、生物素、對氨基苯甲酸、肌醇
水分
一、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分
微生物為了生長、繁殖的需要從外界不斷地吸收營養(yǎng)物質(zhì)，從中獲得能量并合成新的細(xì)胞物質(zhì)，同時排出廢物。研究微生物的營養(yǎng)成分，主要是了解微生物的營養(yǎng)特性和培養(yǎng)條件，進(jìn)一步控制和利用它們更好地為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)。微生物的營養(yǎng)活動，是依靠向外界分泌大量的酶，將周圍環(huán)境中大分子的蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)分解成小分子化合物，再借助細(xì)胞膜的滲透作用吸收這些小分子營養(yǎng)成分來實現(xiàn)的。因此，培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分對微生物的生長、合成酶系及代謝途徑的影響極大。根據(jù)微生物生長、繁殖和發(fā)酵的不同要求，培養(yǎng)基的成分和含量也有所不同，所以培養(yǎng)基的種類很多。但是，無論哪一種培養(yǎng)基，都應(yīng)滿足微生物生長、繁殖和發(fā)酵方面所需要的各種營養(yǎng)物質(zhì)，如表2-1 所示，包括碳源、氮源、無機(jī)鹽、特殊生長因子及水等五大類物質(zhì)。
( 1 ）碳源。碳源主要用來供給菌種生命活動所需的能量和構(gòu)成菌體細(xì)胞以及代謝產(chǎn)物的物質(zhì)基礎(chǔ)。通常用作碳源的物質(zhì)主要是糖類、脂肪及某些有機(jī)酸。霉菌和放線菌均可利用脂肪和某些有機(jī)酸作為碳源。
( 2 ）氮源。氮源主要用來構(gòu)成菌體細(xì)胞物質(zhì)和代謝產(chǎn)物，即蛋白質(zhì)及氨基酸之類的含氮代謝物，通常所用的氮源可分為有機(jī)氮源和無機(jī)氮源兩類。有機(jī)氮源如黃豆餅粉、花生餅粉、棉籽餅粉、玉米漿、蛋白胨、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、發(fā)酵菌絲體和酒糟等；無機(jī)氮源如氨水、硫酸粉、尿素、硝酸鈉、硝酸按和磷酸氫二銨等。
( 3 ）無機(jī)鹽。無機(jī)鹽類是微生物生命活動所不可缺少的物質(zhì)，其主要功能是構(gòu)成菌體的成分，作為酶的組成部分或維持酶的活性，調(diào)節(jié)滲透壓、pH 值、氧化還原電位等。微生物的生長發(fā)育和生物合成過程需要鉛、鎂、硫、磷、鐵、鉀、鈉、氯、鋅、鉆、錳等無機(jī)鹽類與微量元素，一般它們在各種培養(yǎng)基原料中已有足夠含量，毋須再加，但是菌種不同，需要的各種無機(jī)鹽類和微量元素的濃度也不同，必須根據(jù)具體情況予以控制。
( 4 ）特殊生長因子。特殊生長因子的主要功能是構(gòu)成輔酶的組成部分，促進(jìn)生命活動進(jìn)行。微生物所需的特殊生長因子包括生物素、硫胺素、對氨基苯甲酸、肌酸等，但需要量極少。某些微生物自己可以合成所需的生長因子，甚至在體內(nèi)積累，而不需要外界供給。
( 5 ）水。水是微生物生長所必需的，微生物所需的營養(yǎng)物及代謝產(chǎn)物必須溶解于水中，才能通過細(xì)胞膜而被吸收或排出。體內(nèi)各種生化反應(yīng)也必須在水溶液中方能進(jìn)行。發(fā)酵微生物多為異養(yǎng)菌，培養(yǎng)基的碳源多為淀粉、淀粉水解糖等碳水化合物，糖蜜，亞硫酸鹽紙漿廢液，石油、正構(gòu)石蠟、天然氣、醋酸、甲醇、乙醇等石油化工產(chǎn)品。
近年關(guān)于利用氫細(xì)菌由碳酸氣、氫和氮生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白質(zhì)的研究，正在開展之中，因此自養(yǎng)菌在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用亦受到重視。
二、培養(yǎng)基的類型
將各種營養(yǎng)物質(zhì)配制成用來培養(yǎng)微生物的基質(zhì)稱為培養(yǎng)基。培養(yǎng)基根據(jù)營養(yǎng)物質(zhì)的來源分為自然培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基和半合成培養(yǎng)基，根據(jù)培養(yǎng)基制成的形式分為液體培養(yǎng)基和固體培養(yǎng)基，根據(jù)培養(yǎng)基的主要成分或使用目的分為基礎(chǔ)培養(yǎng)基、完全培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基和選擇培養(yǎng)基，根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求分為孢子培養(yǎng)基、種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基等。
培養(yǎng)基有篩選菌種、保藏菌種、檢驗雜菌、培養(yǎng)種子和發(fā)酵生產(chǎn)等多方面用途。微生物工業(yè)生產(chǎn)和實驗研究中廣泛使用的培養(yǎng)基是半合成培養(yǎng)基，它是采用一部分天然有機(jī)物作碳源、氮源和生長因子，再適當(dāng)加入一些化學(xué)藥品配成。其特點是使用含有豐富營養(yǎng)成分的天然物質(zhì)，再補(bǔ)充適量的無機(jī)鹽分便能充分滿足微生物的營養(yǎng)需要，因此，大多數(shù)微生物能夠在此種培養(yǎng)基上生長繁殖和合成代謝產(chǎn)物。
在微生物工業(yè)中液體培養(yǎng)基被廣泛用于種子擴(kuò)大培養(yǎng)和發(fā)酵，也用于搖瓶培養(yǎng)進(jìn)行菌種的選育工作。而固體培養(yǎng)基一般是在液體培養(yǎng)基中加入凝固劑，最常見的凝固劑是瓊脂，主要用于菌種的分離、保藏、菌落特征的觀察、活菌計數(shù)和鑒定菌種等方面。