由人工配制的适合微生物生长繁殖或产生代谢物的营养基质,称为培养基。配制好培养基,是从事一系列微生物制品生产或科研的重要基础工作。由于自然界中微生物的种类繁多,而营养方式又各异,因此,要根据实际情况有所调整、改善,才能配制好培养基。配制的培养基必须立即进行..,以防杂菌生长。

配制培养基的目的,是为了分离、培养、研究和利用微生物,因此要配好培养基,必须掌握以下原则。

一、目的明确

由于培养目的不同,所用的培养基或培养基成分、比例也不同。人工培养微生物,按照培养目的来配制培养基,有时是为了获得微生物菌体,有时是为了获得微生物的某种代谢产物,有时是为了实验室用或大生产用。如果为了得到菌体,可增加培养基中的氨的含量,有利于菌体蛋白质的合成。如果是为了得到代谢产物,若代谢产物是不含氨的有机酸或醇类时,培养基中的碳源比例要高;若代谢产物是含氨量较高的氨基酸类时,氮源的比例就应高些。如用酵母菌发酵生产乙醇时,在菌体生长阶段需要供应充足的氮源,而在发酵产生乙醇的阶段,则通过限制氮源的供应来限制菌体的生长。若某种培养基用于实验室研究时,一般不必过多地计较其成本。实验室中常用一些农产品,如土豆、豆芽、麦芽、玉米面、胡萝卜等。若配制生产上的发酵培养基,应尽量减少成本,选用合适的原料,如所用的碳源多为薯干淀粉、玉米粉、葡萄糖等。从经济效果考虑,可用植物淀粉、纤维水解物、废糖蜜等来代替,如所用的氮源多为花生饼粉、黄豆粉、尿素等,也可用棉籽饼粉、玉米酱、花生饼、豆饼、酒精、蚕蝶粉等。

二、选择适宜的营养物质

制备培养基首先应根据所培养微生物的特性和培养目的,选择所需要的一切物质。微生物的营养物质包括碳源、氮源、矿质元素、水及生长因子等。但不同营养类型的微生物要求不同。如自养微生物可用CO2为..的或主要的碳源,所用的培养基不能含有有机物,应完全是简单的无机物,因为它们有较强的合成能力,可将这些简单的物质及CO2合成自己细胞的糖、脂肪、蛋白质、核酸、维生素等复杂物质;如异养微生物由于不能用CO2为主要碳源,培养基中则必须至少有一种有机物,有的还需要多种有机物质。有机物是多种多样的,微生物利用有机物的能力各不相同,在培养基中加入有机物时必须注意,自生固氮微生物的培养基不需要添加氮源,否则会丧失固氮能力,自养菌利用的是无机氮,异养菌的氮源可以是无机的,也可以是有机的。实验室中常用的无机氮源是铵盐和硝酸盐:有机氮源是蛋白胨、酵母膏、豆芽汁、马铃薯汁等,这些物质除作为氮源外,还可提供无机盐、维生素、氨基酸、生长素及碳水化合物等。若分离某种特异的微生物,还应采用特殊的培养基。对于某些需要添加生长因子才能生长的微生物,还需要加入它们需要的生长因子。

三、注意各成分的比例和浓度

培养基中各种营养物质的比例是影响微生物生长的重要因素。如果某种物质过量,会影响微生物生长和代谢产物的产量;不足时会阻碍微生物的生长。配制培养基一定要注意营养物质的浓度和比例。在浓度方面,微生物一般不适宜在高浓度下生长,如蔗糖是许多微生物的主要营养物质,浓度适宜时是良好的碳源,但是高浓度的蔗糖反而抑制微生物的生长。应注意培养基内有机物质和矿质元素浓度的限制。在培养基内,一般碳源占百分之几,氮源占千分之几,磷、钾用量为0.05%左右,镁、硫用量为0.02%左右。在配比方面,要考虑碳源和氮源的配比,即碳氮比(用C/N表示,它是指培养基中所含的碳原子物质的量与氮原子物质的量之比)。对于化能异养微生物,碳源又是能源,因而需要量.多。氮源是合成原生质的主要原料,对微生物的生长繁殖影响也很大,不同的微生物对营养物质的碳氨比要求不同,营养物质的碳氨比约在(20～25):1时,有利于大多数微生物的生长。如细菌和酵母菌细胞的C/N约为5:1,而霉菌细胞的C/N约为10:1。

四、调节好适宜的酸碱度(pH值)

培养基应保持微生物生长发育所需要的酸碱度。酸碱度通常用氢离子浓度的负对数pH值来表示。微生物对环境的pH值很敏感,适合的pH值有利于微生物的生长和代谢,而不适宜的pH值环境则会抑制微生物的生长和代谢。所谓适合的pH值,是指在这种pH值条件下,微生物的生长或代谢旺盛。配制培养基时,应选用氢氧化钠、石灰、盐酸或过磷酸钙等来调节pH值。一般放线菌、细菌所需的pH值为中性至微碱性(pH值在7.0～7.5),酵母菌和霉菌需偏酸性(pH值4.5～6.0)。因培养基经..和微生物生长后易变酸,所以..前培养基的pH值应略高于所需求的pH值。

培养基的pH值常会随代谢产物的增加而变化,从而会影响生长,甚至导致死亡。因此,工业生产上,要重视pH值的调节。如用黑曲霉来生产糖化酶时,在前期必须将pH值控制在6.5左右,菌体才能旺盛地生长;到了中期,即菌体进入产霉的时期,pH值必须自然下降或人工控制在3.5以下,使酶的产量达到高峰,否则会出现只长菌体而不产酶,或酶活力极低的现象。实验室中,通常加入一些缓冲物质,如磷酸盐、碳酸盐、蛋白胨、氨基酸等,除提供营养作用外,还可使酸碱度有一定缓冲性。常用的缓冲剂是磷酸氢二钾和磷酸二氢钾。当配制产酸能力强的微生物的培养基时,除加缓冲剂外,还要加入1%～5%的碳酸钙,以不断中和微生物所产生的酸。

五、调整适宜的氧气和二氧化碳的浓度

氧气是好氧性微生物的基本营养。但对于专性厌氧微生物来说,氧气是有害因素,在配制这类微生物的培养基时,要加入还原剂如胱氨酸、巯基乙酸钠、Na2S和抗坏血酸等。培养自养型微生物时,可在培养基中加入NaHCO3提高二氧化碳的含量,但在好氧条件下不能采用这种方法,因为二氧化碳会很快散失到大气中,使培养基呈碱性。