培養(yǎng)基的配置原則
1、選擇適宜的營養(yǎng)物質(zhì)
總體而言，所有微生物生長繁殖均需要培養(yǎng)基含有碳源、氮源、無機(jī)鹽、生長因子、水及能源，但由于微生物營養(yǎng)類型復(fù)雜，不同微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的需求是不一樣的，因此首先要根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需求配制針對性強(qiáng)的培養(yǎng)基。自養(yǎng)型微生物能從簡單的無機(jī)物合成自身需要的糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸、維生素等復(fù)雜的有機(jī)物，因此培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基*可以(或應(yīng)該)由簡單的無機(jī)物組成。例如，培養(yǎng)化能自養(yǎng)型的氧化硫硫桿菌(Thiobacillus thiooxdans)的培養(yǎng)基組成見表3.9。在該培養(yǎng)基配制過程中并未專門加入其他碳源物質(zhì)，而是依靠空氣中和溶于水中的CO2為氧化硫硫桿菌提供碳源。
就微生物主要類型而言，有細(xì)菌、放線菌、酵母菌、霉菌、原生動物、藻類及病毒之分，培養(yǎng)它們所需的培養(yǎng)基各不相同。在實(shí)驗(yàn)室中常用niurougao蛋白胨培養(yǎng)基(或簡稱普通肉湯培養(yǎng)基)培養(yǎng)細(xì)菌，用高氏I號合成培養(yǎng)基培養(yǎng)放線菌，培養(yǎng)酵母菌一般用麥芽汁培養(yǎng)基，培養(yǎng)霉菌則一般用查氏合成培養(yǎng)基。
2、營養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適
培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)濃度合適時微生物才能生長良好，營養(yǎng)物質(zhì)濃度過低時不能滿足微生物正常生長所需，濃度過高時則可能對微生物生長起抑制作用，例如高濃度糖類物質(zhì)、無機(jī)鹽、重金屬離子等不僅不能維持和促進(jìn)微生物的生長，反而起到抑菌或殺菌作用。另外，培養(yǎng)基中各營養(yǎng)物質(zhì)之間的濃度配比也直接影響微生物的生長繁殖和(或)代謝產(chǎn)物的形成和積累，其中碳氮比(C/N)的影響較大。嚴(yán)格地講，碳氮比指培養(yǎng)基中碳元素與氮元素的物質(zhì)的量比值，有時也指培養(yǎng)基中還原糖與粗蛋白之比。例如，在利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸的過程中，培養(yǎng)基碳氮比為4/1時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；當(dāng)培養(yǎng)基碳氮比為3/1時，菌體繁殖受到抑制，谷氨酸產(chǎn)量則大量增加。再如，在抗生素發(fā)酵生產(chǎn)過程中，可以通過控制培養(yǎng)基中*氮(或碳)源與遲效氮(或碳)源之間的比例來控制菌體生長與抗生素的合成協(xié)調(diào)。
3、控制pH條件
培養(yǎng)基的pH必須控制在一定的范圍內(nèi)，以滿足不同類型微生物的生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。各類微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的適pH條件各不相同，一般來講，細(xì)菌與放線菌適于在pH7-7.5范圍內(nèi)生長，酵母菌和霉菌通常在pH4.5-6范圍內(nèi)生長。值得注意的是，在微生物生長繁殖和代謝過程中，由于營養(yǎng)物質(zhì)被分解利用和代謝產(chǎn)物的形成與積累，會導(dǎo)致培養(yǎng)基pH發(fā)生變化，若不對培養(yǎng)基pH條件進(jìn)行控制，往往導(dǎo)致微生物生長速度下降或(和)代謝產(chǎn)物產(chǎn)量下降。因此，為了維持培養(yǎng)基pH的相對恒定，通常在培養(yǎng)基中加入pH緩沖劑，常用的緩沖劑是一氫和二氫磷酸鹽(如KH2PO4 和K2HPO4)組成的混合物。K2HPO4溶液呈堿性，KH2PO4溶液呈酸性，兩種物質(zhì)的等量混合溶液的pH為6.8。當(dāng)培養(yǎng)基中酸性物質(zhì)積累導(dǎo)致H+濃度增加時，H+與弱堿性鹽結(jié)合形成弱酸性化合物，培養(yǎng)基pH不會過度降低；如果培養(yǎng)基中OH-濃度增加，OH-則與弱酸性鹽結(jié)合形成弱堿性化合物，培養(yǎng)基pH也不會過度升高。
但KH2PO4 和K2HPO4緩沖系統(tǒng)只能在一定的pH范圍內(nèi)(6.4-7.2)起調(diào)節(jié)作用。有些微生物，如乳酸菌能大量產(chǎn)酸，上述緩沖系統(tǒng)就難以起到緩沖作用，此時可在培養(yǎng)基中添加難溶的碳酸鹽(如CaCO3)來進(jìn)行調(diào)節(jié)，CaCO3難溶于水，不會使培養(yǎng)基pH過度升高，但它可以不斷中和微生物產(chǎn)生的酸，同時釋放出CO2，將培養(yǎng)基pH控制在一定范圍內(nèi)。
在培養(yǎng)基中還存在一些天然的緩沖系統(tǒng)，如氨基酸、肽、蛋白質(zhì)都屬于兩性電解質(zhì)，也可起到緩沖劑的作用。
4、控制氧化還原電位(redox potential)
不同類型微生物生長對氧化還原電位(F)的要求不一樣，一般好氧性微生物在F值為+0.1V以上時可正常生長，一般以+0.3一+0.4V為宜，厭氧性微生物只能在F值低于+0.1V條件下生長，兼性厭氧微生物在F值為+0.1V以上時進(jìn)行好氧呼吸，在+0.1V以下時進(jìn)行發(fā)酵。F值與氧分壓和pH有關(guān)，也受某些微生物代謝產(chǎn)物的影響。在pH相對穩(wěn)定的條件下，可通過增加通氣量(如振蕩培養(yǎng)、攪拌)提高培養(yǎng)基的氧分壓，或加入氧化劑，從而增加F值；在培養(yǎng)基中加入抗壞血酸、硫化氫、半胱氨酸、谷胱甘肽、二硫蘇糖醇等還原性物質(zhì)可降低F值。
5、原料來源的選擇
在配制培養(yǎng)基時應(yīng)盡量利用廉價且易于獲得的原料作為培養(yǎng)基成分，特別是在發(fā)酵工業(yè)中，培養(yǎng)基用量很大，利用低成本的原料更體現(xiàn)出其經(jīng)濟(jì)價值。例如，在微生物單細(xì)胞蛋白的工業(yè)生產(chǎn)過程中，常常利用糖蜜(制糖工業(yè)中含有蔗糖的廢液)、乳清(乳制品工業(yè)中含有乳糖的廢液)、豆制品工業(yè)廢液及黑廢液(造紙工業(yè)中含有戊糖和己糖的亞硫酸紙漿)等都可作為培養(yǎng)基的原料。再如，工業(yè)上的甲烷發(fā)酵主要利用廢水、廢渣作原料，而在我國農(nóng)村，已推廣利用人畜糞便及禾草為原料發(fā)酵生產(chǎn)甲烷作為燃料。另外，大量的農(nóng)副產(chǎn)品或制品，如鼓皮、米糠、玉米漿、酵母浸膏、酒糟、豆餅、花生餅、蛋白胨等都是常用的發(fā)酵工業(yè)原料。
6、滅菌處理
要獲得微生物純培養(yǎng)，必須避免雜菌污染，因此對所用器材及工作場所進(jìn)行消毒與滅菌。對培養(yǎng)基而言，更是要進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌。對培養(yǎng)基一般采取高壓蒸汽滅菌，一般培養(yǎng)基用1.05kg/cm2，121.3℃條件下維持15-30min可達(dá)到滅菌目的。在高壓蒸汽滅菌過程中，長時間高溫會使某些不耐熱物質(zhì)遭到破壞，如使糖類物質(zhì)形成氨基糖、焦糖，因此含糖培養(yǎng)基常在0.56kg/ cm2，112.6℃15-30分鐘進(jìn)行滅菌，某些對糖類要求較高的培養(yǎng)基，可先將糖進(jìn)行過濾除菌或間歇滅菌，再與其他已滅菌的成分混合；長時間高溫還會引起磷酸鹽、碳酸鹽與某些陽離子(特別是鈣、鎂、鐵離子)結(jié)合形成難溶性復(fù)合物而產(chǎn)生沉淀，因此，在配制用于觀察和定量測定微生物生長狀況的合成培養(yǎng)基時，常需在培養(yǎng)基中加入少量螯合劑，避免培養(yǎng)基中產(chǎn)生沉淀，常用的螯合劑為乙二胺四乙酸(EDTA)。還可以將含鈣、鎂、鐵等離子的成分與磷酸鹽、碳酸鹽分別進(jìn)行滅菌，然后再混合，避免形成沉淀；高壓蒸汽滅菌后，培養(yǎng)基pH會發(fā)生改變(一般使pH降低)，可根據(jù)所培養(yǎng)微生物的要求，在培養(yǎng)基滅菌前后加以調(diào)整。
在配制培養(yǎng)基過程中，泡沫的存在對滅菌處理極不利，因?yàn)榕菽械目諝庑纬筛魺釋?，使泡沫中微生物難以被殺死。因而有時需要在培養(yǎng)基中加入消泡沫劑以減少泡沫的產(chǎn)生，或適當(dāng)提高滅菌溫度。