微生物知識(shí)分享：微生物培養(yǎng)基的主要成分綜述！
小楊 / 2023-12-26 08:59:14
一、氮源
凡是微生物利用以構(gòu)成細(xì)胞物質(zhì)中或代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)統(tǒng)稱為氮源。氮源分為無機(jī)氮源和有機(jī)氮源，有機(jī)氮源：花生餅粉、黃豆餅粉、棉籽餅粉、麩皮水解液、玉米漿、廢菌絲體水解液、毛發(fā)水解液、糖蜜、尿素、蛋白胨、魚粉、牛肉膏。無機(jī)氮源：氨水、銨鹽（硫酸銨、氯化銨）、硝酸銨。
無機(jī)氮源：無機(jī)氮源主要是氨水、硝酸鹽、銨鹽，成分單一，只有NH4+能夠進(jìn)行生物合成，在無機(jī)氮的培養(yǎng)基中會(huì)表現(xiàn)為生理酸性或生理堿性。
有機(jī)氮源：成分復(fù)雜，含蛋白質(zhì)、肽類、氨基酸以及少量的糖類、脂肪、無機(jī)鹽、生長因子等。豆粕和花生餅粉主要以大分子蛋白質(zhì)形式存在，需要進(jìn)一步降解成小肽和氨基酸才能被利用，為遲效氮源，在微生物培養(yǎng)過程中需要搭配速效和遲效氮源，以控制菌體生長和代謝產(chǎn)物合成。
玉米漿，是制玉米淀粉的副產(chǎn)物，原料為玉米糝、水、玉米汁。制造玉米淀粉須將玉米粒先用亞硫酸浸泡，將浸泡液濃縮即制成黃褐色的液體，叫玉米漿，含有豐富的可溶性蛋白、生長素和一些前體物質(zhì)，含大約40%～50%固體物質(zhì)。味道微咸，是微生物生長很普遍應(yīng)用的有機(jī)氮源，其主要為較易吸收的蛋白質(zhì)降解產(chǎn)物，特別是氨基酸通過轉(zhuǎn)氨作用直接被機(jī)體利用，為速效氮源。它還能促進(jìn)青霉素等抗生素的生物合成，含氮量3.6%以上。
蛋白胨：廣義的講是所有蛋白胨的總稱。在國內(nèi)習(xí)慣把蛋白胨特指為蛋白胨（主要原料是牛骨），價(jià)格低廉；被廣大用戶用于要求不太高的實(shí)驗(yàn)和生物發(fā)酵中。進(jìn)口的蛋白胨沒有專指一個(gè)具體的一種蛋白胨，如：BD、 OXOID、Pronadisa都會(huì)按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和原料的不同進(jìn)行細(xì)分。
蛋白胨(peptone)國產(chǎn) (狹義)是采用新鮮牛骨及牛肉混合提取，經(jīng)過消化、過濾、濃縮、噴霧干燥而得到的一種淺黃色至類白色的干燥粉末。易溶于水，水溶液呈淡黃色。其不僅含有豐富的氨基酸，特別是含硫氨基酸較多，而且含有更多的細(xì)菌生長需要的維生素和其它生長因子。是生物制藥發(fā)酵及各種培養(yǎng)基制備的基礎(chǔ)原材料。在當(dāng)中它起的主要作用是提供氮源。一般的用量為0.5%～5%能為微生物提供C源、N源、生長因子等營養(yǎng)物質(zhì)?！?br />
胰蛋白胨：國產(chǎn)和進(jìn)口有很大差別，主要是原料來源不同。
1、胰蛋白胨（國產(chǎn)）
是以新鮮牛肉和牛骨經(jīng)胰酶消化，濃縮干燥而成的淺黃色粉末。具有色淺、易溶、透明、無沉淀等良好的物理性狀。含有豐富的氮源、氨基酸等，可配制各種微生物培養(yǎng)基，生化制品及微生物學(xué)科研等領(lǐng)域中。
2、胰蛋白胨（進(jìn)口）Tryptone
進(jìn)口胰蛋白胨與國產(chǎn)的酪蛋白胨相同，也叫胰酪蛋白胨都是采用酪蛋白為原料，經(jīng)過消化、脫色、過濾、濃縮、噴霧干燥而得到的一種淺黃色至類白色的干燥粉末。易溶于水，水溶液呈淡黃色。酪蛋白又稱干酪素是從牛奶中提取的一種營養(yǎng)價(jià)值很高的磷蛋白，是生產(chǎn)蛋白胨常用的原料。用此原料生產(chǎn)的蛋白胨，其氨基酸比較齊全，特別是色氨酸的含量比較高。所以它在細(xì)菌生化試驗(yàn)中最適宜于做靛基質(zhì)和糖發(fā)酵試驗(yàn)。但它缺乏胱氨酸、蛋氨酸等含硫氨基酸，故不適宜做硫化氫試驗(yàn)。
胰蛋白胨的特點(diǎn)：
適宜于：厭氧菌、真菌、肺炎球菌、乳酸桿菌、棒狀桿菌、梭狀桿菌的生長以及水和水乳等細(xì)菌檢驗(yàn)；適宜于硝酸鹽還原試驗(yàn)。
用于原生物的培養(yǎng)和抑菌或殺菌劑的檢測(cè)、抗生素和其它抗菌素的檢測(cè)及配制無菌試驗(yàn)用培養(yǎng)基等，是生物制藥發(fā)酵及各種培養(yǎng)基制備的基礎(chǔ)原材料。在當(dāng)中它起的主要作用是提供氮源以及生長因子。一般的用量為0.5%～5%。
酵母產(chǎn)品介紹
酵母系列產(chǎn)品，我們可以看到酵母粉、酵母浸粉、酵母膏、酵母浸膏等不同名稱，其中酵母粉和酵母膏是直接將酵母細(xì)胞用高溫等方式殺死，其仍以單個(gè)個(gè)體存在，只是已經(jīng)沒有生物活性（不能用來發(fā)面），生產(chǎn)較為簡單；酵母浸出物和酵母浸膏也以酵母細(xì)胞為原料，經(jīng)過自溶酶解、分離、真空濃縮、噴霧干燥等工序精制而成，富含蛋白質(zhì)、多肽、氨基酸、核苷酸、維生素、微量元素等營養(yǎng)成分，其生產(chǎn)工藝較為復(fù)雜，產(chǎn)品更精細(xì)，要求更高。
酵母粉主要采用糖蜜進(jìn)行發(fā)酵而成，發(fā)酵完成后添加各種酶將其降解處理，然后經(jīng)過三步濃縮至固形物含量在30%，然后進(jìn)行噴霧干燥。食品級(jí)酵母浸粉FA、生物級(jí)別FP的區(qū)別在于廠家內(nèi)控指標(biāo)不同，食品級(jí)酵母浸粉要求鮮味、微生物指標(biāo)、肽類含量比較集中，如正態(tài)分布一樣，在某個(gè)區(qū)域較為集中；而微生物級(jí)別的要求稍低一點(diǎn)，但是其氨基酸和肽類分布比較廣泛，適合微生物發(fā)酵。
二、碳源
凡是能夠構(gòu)成微生物細(xì)胞結(jié)構(gòu)和代謝產(chǎn)物中碳素來源的營養(yǎng)物質(zhì)統(tǒng)稱為碳源，常見碳源包括：糖類、淀粉類、糖蜜、纖維素類、醇酸有機(jī)物、脂肪類等。
在工業(yè)生產(chǎn)中，將淀粉水解為葡萄糖的過程稱淀粉的糖化，制得的溶液叫淀粉水解糖。其主要糖分是葡萄糖。根據(jù)水解條件不同，尚有數(shù)量不等的少量麥芽糖及其它一些二糖，低聚糖等復(fù)合糖。
淀粉水解制糖的意義：
1、大多數(shù)微生物不能直接利用淀粉（所有的氨基酸生產(chǎn)菌不能直接利用）；
2、有些微生物能夠直接利用淀粉作原料，但必須在微生物產(chǎn)生淀粉酶后才能進(jìn)行，過程緩慢，發(fā)酵周期延長；
3、若直接利用淀粉作原料，滅菌過程的高溫會(huì)導(dǎo)致淀粉結(jié)塊，發(fā)酵液粘度劇增。
三、無機(jī)鹽
1、構(gòu)成細(xì)胞的組分成分；
2、作為酶的組成部分和維持酶的活性；
3、維持生物體內(nèi)的酸堿平衡，調(diào)節(jié)氫離子濃度，調(diào)節(jié)氧化還原電位；
4、維持細(xì)胞的滲透壓。
作為微生物對(duì)無機(jī)元素的需求，分為主要無機(jī)元素和微量無機(jī)元素兩種，其中磷、硫、鉀、鈉、鎂、鐵，磷硫鉀鎂可以添加磷酸二氫鉀和硫酸鎂即可滿足，其他元素不必添加，可以在碳源和氮源中得到補(bǔ)充。
工業(yè)發(fā)酵中應(yīng)用微生物的生長繁殖和產(chǎn)物合成中都需要無機(jī)鹽和微量元素，如：
磷、硫、鐵、錳、鈣、鎂等。許多金屬離子對(duì)微生物生理活性的作用與其濃度相關(guān)，低濃度往往呈現(xiàn)刺激作用，高濃度卻表現(xiàn)出抑制作用。
錳是枯草芽孢桿菌生長的必需元素，當(dāng)培養(yǎng)基中缺少M(fèi)n2+時(shí)，不適合枯草芽孢桿菌的生長，促進(jìn)芽孢的生成，提高M(jìn)n2+濃度將會(huì)導(dǎo)致培養(yǎng)基成分比例失調(diào)，滲透壓升高等一系列變化，從而誘導(dǎo)芽孢生成。、
磷在菌體生長、繁殖和代謝活動(dòng)中起著極其重要的作用。一方面，磷是構(gòu)成核酸、磷脂、許多輔酶或輔基（輔酶I、輔酶Ⅱ、輔酶A、NAD和NADP等)以及高能磷酸化合物的重要原料，另一方面，磷在代謝調(diào)節(jié)方面也起著重要的作用，磷能促進(jìn)糖代謝的進(jìn)行，促進(jìn)微生物的生長。因此，磷源是枯草芽孢桿菌發(fā)酵培養(yǎng)基中另一個(gè)重要的組成成分，它的濃度直接影響著枯草芽孢桿菌菌體的生長和芽孢的形成。
鉀雖不參與細(xì)胞結(jié)構(gòu)成分，但它是許多酶作用的激活劑，鉀還對(duì)細(xì)胞原生質(zhì)的膠體狀態(tài)和細(xì)胞膜的透性起調(diào)控作用。
鈣主要參與調(diào)節(jié)細(xì)胞的生理狀態(tài)，如：維持細(xì)胞的膠體狀態(tài)，降低細(xì)胞膜的通透性，調(diào)節(jié)pH值等，郭榮君等在研究生防菌BH1時(shí)也發(fā)現(xiàn)速效氮源如蛋白胨等對(duì)菌株芽孢的形成效果較差。在單一無機(jī)鹽影響試驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)CaCO3有利于芽孢的形成。芽孢富含鈣離子，而且大多數(shù)鈣離子與芽孢所特有的化學(xué)成分吡啶二羧酸結(jié)合，形成的鈣－吡啶二羧酸復(fù)合物約占芽孢干重的10%，復(fù)合物通過降低芽孢含水量增加芽孢抗逆性。CaCO3的添加可以為芽孢的形成提供大量的鈣離子，可促進(jìn)芽孢形成。Greene曾報(bào)道大量CaCO3能夠通過調(diào)節(jié)pH來強(qiáng)烈啟動(dòng)芽孢的生成。而本試驗(yàn)在初始pH影響研究中發(fā)現(xiàn)，pH為中性時(shí)芽孢數(shù)量最大，推測(cè)CaCO3也有可能通過緩沖pH促進(jìn)芽孢生成。
四、生長因子
生長因子，是一類調(diào)節(jié)微生物正常生長代謝所必需，但不能用簡單的碳、氮源自行合成的有機(jī)物。廣義的生長因子除了維生素外，還包括堿基、嘌呤、嘧啶、生物素和煙酸等，有時(shí)還包括氨基酸營養(yǎng)缺陷突變株所需要的氨基酸在內(nèi)。
生物素是作為酶的活性基，其濃度范圍1-50ug/L，需求量很好。
氨基酸，微生物生長需要L-氨基酸，在細(xì)菌細(xì)胞壁合成的D-丙氨酸等合成肽聚糖，是組成蛋白質(zhì)和酶的主要結(jié)構(gòu)。玉米漿中氨基酸含量高，含有11種氨基酸，其中D-丙氨酸占25%。
（1）玉米漿：雖然主要用作氮源，但含有乳酸，少量還原糖和多糖，含有豐富的氨基酸，核酸，維生素，無機(jī)鹽等。常作為提供生長因子的物質(zhì)。
（2）麩皮水解液：可代替玉米漿，但蛋白質(zhì)，氨基酸等營養(yǎng)成分比玉米漿少。
（3）糖蜜：兩種糖蜜（cane molasses，beet molasses）均可代替玉米漿。但氨基酸等有機(jī)氮含量較低。
（4）酵母：可用酵母膏，酵母浸出液或直接用酵母粉。
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