微生物中培養(yǎng)基配制的原理是什么？
發(fā)布時間：
2022-12-24
作者：
培養(yǎng)基公司
微生物中培養(yǎng)基配制的原理
微生物中培養(yǎng)基配制的原理是按照微生物生長的營養(yǎng)需求及其相互比例配制的。牛肉膏和蛋白胨提供微生物生長所需的蛋白質(zhì)，核酸和維生素，無機鹽[微量元素]，瓊脂只為培養(yǎng)基提供半固體的支撐結(jié)構(gòu)，不提供微生物生長的營養(yǎng)。有時，也根據(jù)所培養(yǎng)的微生物的特殊需要配制，如特別提供某種營養(yǎng)素，或?qū)ｉT缺乏某種營養(yǎng)素，使微生物得以鑒別和分離。
培養(yǎng)基是供微生物生長、繁殖、代謝的混合養(yǎng)料。由于微生物具有不同的營養(yǎng)類型，對營養(yǎng)物質(zhì)的要求也各不相同，加之實驗和研究的目的不同，所以培養(yǎng)基的種類很多，使用的原料也各有差異，但從營養(yǎng)角度分析，培養(yǎng)基中一般含有微生物所必需的碳源、氮源、無機鹽、生長素以及水分等。另外，培養(yǎng)基還應具有適宜的ph值、一定的緩沖能力、一定的氧化還原電位及合適的滲透壓。
瓊脂是從石花菜等海藻中提取的膠體物質(zhì)，是應用最廣的凝固劑。加瓊脂制成的培養(yǎng)基在98-100攝氏度下融化，于45攝氏度以下凝固。但多次反復融化，其凝固性降低。
一經(jīng)制成就應及時徹底滅菌，以備純培養(yǎng)用。一般滅菌采用高壓蒸汽滅菌。
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、無機鹽、生長因子、水及能源，但由于微生物營養(yǎng)類型復雜，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)需求配制針對性強的培養(yǎng)基。自養(yǎng)型微生物能從簡單的元機物合成自身需要的糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸、維生素等復雜的有機物，因此培養(yǎng)自養(yǎng)型微生物的培養(yǎng)基完全可以[或應該]由簡單的無機物組成。
就微生物主要類型而言，有細菌、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。在實驗室中常用牛肉膏蛋白胨[或簡稱普通肉湯培養(yǎng)基]培養(yǎng)細菌，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)、無機鹽、重金屬離子等不僅不能維持和促進微生物的生長，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/l時，菌體大量繁殖，谷氨酸積累少；當培養(yǎng)基碳氮比為3/l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，可以通過控制速效氮[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)物的最適ph條件各不相同，一般來講，細菌與放線菌適于在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，會導致ph發(fā)生變化，若不對ph條件進行控制，往往導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。當培養(yǎng)基中酸性物質(zhì)積累導致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OH-濃度增加，OH-則與弱酸性鹽結(jié)合形成弱堿性化合物，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[ph6.4-7.2]內(nèi)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，此時可添加難溶的碳酸鹽[如CaCO3]來進行調(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以上時進行好氧呼吸，在+0.1V以下時進行發(fā)酵。F值與氧分壓和ph有關，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
在配制時應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)濟價值。例如，在微生物單細胞蛋白的工業(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行消毒與滅菌。對培養(yǎng)基而言，更是要進行嚴格的滅菌。對培養(yǎng)基一般采取高壓蒸汽滅菌，一般培養(yǎng)基用1.05千克/cm2，121.3攝氏度條件下維持15-30分鐘可達到滅菌目的。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0.56千克/cm2，112.6攝氏度15-30分鐘進行滅菌，某些對糖類要求較高的培養(yǎng)基，可先將糖進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時，常需在培養(yǎng)基中加入少量螯合劑，避免產(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，因為泡沫中的空氣形成隔熱層，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，或適當提高滅。
