第一節(jié)　發(fā)酵工業(yè)原料

一、發(fā)酵工業(yè)原料選擇的依據(jù)

發(fā)酵原料的營養(yǎng)成分對微生物的生長、繁殖及代謝的影響極大。微生物生長、繁殖以及代謝的要求不同，其發(fā)酵原料成分和含量的要求也存在差異。因此，原料的種類很多，但無論哪種原料，都應(yīng)滿足微生物生長、繁殖和代謝方面所需要的各種營養(yǎng)物質(zhì)，如碳源、氮源、無機(jī)鹽、生長因子和水。從工藝角度來看，凡是能被生物細(xì)胞利用并轉(zhuǎn)化成所需的代謝產(chǎn)物或菌體的物料，都可作為發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)的原料。例如選擇淀粉質(zhì)原料生產(chǎn)酒精時，從工藝的角度著眼，任何含有可發(fā)酵性糖或可變?yōu)榘l(fā)酵性糖的原料，都可作為酒精生產(chǎn)的原料。

對于工業(yè)上大規(guī)模投入生產(chǎn)的原料，除了要提出工藝上的要求外，還要提出生產(chǎn)管理和經(jīng)濟(jì)上的要求，因此，在選擇工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)酒精的原料時，應(yīng)考慮下列條件：

（1）因地制宜，就地取材，原料產(chǎn)地離工廠要近，便于運(yùn)輸，節(jié)省費(fèi)用。

（2）營養(yǎng)物質(zhì)的組成比較豐富，濃度恰當(dāng)，能滿足菌種發(fā)育和生長繁殖成大量有生理功能菌絲體的需要，更重要的是能顯示出產(chǎn)物合成的潛力。

（3）原料資源要豐富，容易收集。由于酒精生產(chǎn)需要大量原料，要保證一定的庫存量。

（4）原料要容易貯藏　應(yīng)考慮到新鮮原料內(nèi)含水量多，不耐久藏，最好選擇經(jīng)干燥后含水極少的干原料，易于保藏，不易腐爛。

（5）在一定條件下，所采用的各種成分（生產(chǎn)上常稱為原材料）彼此之間不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，理化性質(zhì)相對穩(wěn)定。

（6）生產(chǎn)過程中，既不影響通氣與攪拌的效果，又不影響產(chǎn)物的分離精制和廢物處理。

（7）對人類的身體無損害，影響發(fā)酵過程的雜質(zhì)含量應(yīng)當(dāng)極少，或者幾乎不含。

（8）原料價格低廉，可降低產(chǎn)品成本。

此外，還應(yīng)當(dāng)考慮大力節(jié)約糧食原料，盡量少用或不用糧食原料，充分利用當(dāng)?shù)氐姆羌Z食原料，廣泛利用野生植物原料，同時利用農(nóng)林副產(chǎn)物和植物纖維原料，以及亞硫酸鹽紙漿廢液等，這對于節(jié)約糧食原料有著重要意義。

二、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分

工業(yè)微生物絕大部分都是異養(yǎng)型微生物，它需要糖類、蛋白質(zhì)和前體等物質(zhì)提供能量。

（一）基本營養(yǎng)源

基本營養(yǎng)源主要為微生物提供生長相應(yīng)的營養(yǎng)條件，包括碳源、氮源、無機(jī)鹽、生長因子和水分等。

1.碳源

凡是能為微生物的生長和代謝提供碳來源的物質(zhì)統(tǒng)稱為碳源。因為微生物細(xì)胞的原生質(zhì)體（細(xì)胞內(nèi)碳架結(jié)構(gòu)）以及幾乎所有的代謝產(chǎn)物都是含有碳的有機(jī)物質(zhì)，碳源是微生物細(xì)胞壁、莢膜和細(xì)胞貯藏物質(zhì)的主要構(gòu)成成分，且絕大多數(shù)微生物的碳源可以兼作能源。因此，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)。

常用的碳源物質(zhì)有葡萄糖、蔗糖、甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜及纖維素等。

（1）純糖原料　葡萄糖是碳源中最易利用的糖，它是由淀粉加工制備的，其產(chǎn)品有固體粉狀葡萄糖和葡萄糖漿（含有少量的雙糖）。幾乎所有微生物都能利用葡萄糖，所以葡萄糖常作為培養(yǎng)基的一種主要成分，廣泛運(yùn)用于抗生素、氨基酸、有機(jī)酸、多糖、黃原膠等發(fā)酵生產(chǎn)中。但是過多的葡萄糖會過分加速菌體的呼吸，以致培養(yǎng)基中的溶解氧不能滿足需要，使一些中間產(chǎn)物不能完全氧化而積累在菌體或培養(yǎng)基中（如丙酮酸、乳酸、乙酸等），導(dǎo)致pH值下降，影響某些酶的活性，從而抑制微生物的生長和產(chǎn)物的合成。

工業(yè)發(fā)酵中使用的蔗糖和乳糖既有純制產(chǎn)品，又有含此兩種糖的糖蜜和乳清，麥芽糖多用于制糖漿。它們主要用于抗生素、氨基酸、有機(jī)酸、酶類的發(fā)酵。

（2）淀粉質(zhì)原料　淀粉為白色無定形的結(jié)晶粉末，存在于各種植物組織中。在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)淀粉有圓形、橢圓形和多角形三種形狀。淀粉的分子單位是葡萄糖，由許多葡萄糖脫水縮聚而成，其分子式可用（C₆H₁₀O₅）_n表示。淀粉一般有直鏈淀粉和支鏈淀粉兩種。直鏈淀粉由不分支的葡萄糖鏈構(gòu)成，葡萄糖分子間以α-1，4-糖苷鍵聚合而成，聚合度一般為100～6000。支鏈淀粉的直鏈由葡萄糖分子以α-1，4-糖苷鍵相連接，而支鏈與直鏈葡萄糖分子以α-1，6-糖苷鍵相連接，它的分子呈樹枝狀，形成分支結(jié)構(gòu)。支鏈淀粉分子較大，聚合度為1×10³～3×10⁶，一般在6000以上。

發(fā)酵生產(chǎn)的淀粉質(zhì)原料，一般可分成幾類，見表3-1。

（3）糖蜜原料　糖蜜是甘蔗或甜菜糖廠的一種副產(chǎn)物，又稱橘水。糖蜜含糖量很高，這些糖分就目前制糖工業(yè)技術(shù)水平已不能或不宜用結(jié)晶方法進(jìn)行回收。糖蜜是一種非結(jié)晶糖分，因其本身就含有相當(dāng)數(shù)量的可發(fā)酵性糖，無須糖化。因此，糖蜜是微生物工業(yè)大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)酒精、甘油、丙酮、丁醇、檸檬酸、谷氨酸、食用酵母及液態(tài)飼料等的良好原料。

糖蜜可分為甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜。甘蔗糖蜜是以甘蔗為原料的糖廠的一種副產(chǎn)物。我國南方各省位于亞熱帶，氣候溫和，適于種植甘蔗，如廣東、廣西、福建、四川和臺灣等地均盛產(chǎn)甘蔗，甘蔗糖蜜的產(chǎn)量為原料甘蔗的2.5%～3%。甘蔗糖蜜中含有30%～36%的蔗糖與20%的轉(zhuǎn)化糖。甜菜的種植以東北、西北、華北等地區(qū)為主，甜菜糖蜜為甜菜糖廠的一種副產(chǎn)物，它的產(chǎn)量為甜菜的3%～4%。 糖蜜中干物質(zhì)的濃度很大，在80～90°Bx，含50%以上糖分、5%～12%的膠體物質(zhì)以及10%～12%的灰分，如果不進(jìn)行預(yù)處理，則微生物無法生長和發(fā)酵，故糖蜜發(fā)酵前的處理非常重要。

（4）纖維素原料　發(fā)酵工業(yè)是用糧最多的產(chǎn)業(yè)部門，每生產(chǎn)1t酒精，耗糧3t左右，每生產(chǎn)1t有機(jī)酸，耗糧3～8t，抗生素、酶制劑等用糧量尤其大，全世界微生物工業(yè)消耗的糧食原料數(shù)量是十分驚人的。隨著微生物工業(yè)的日益發(fā)展，面臨著原料供應(yīng)不足的問題，人們迫切需要開辟新的原料途徑，如利用纖維素、石油等。雖然石油代糧發(fā)酵研究已取得大量可轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)的成果，但是由于石油儲量和開采量的限制，特別是石油消耗加速而導(dǎo)致石油價格持續(xù)攀升，嚴(yán)重阻礙了石油代糧發(fā)酵的產(chǎn)業(yè)化步伐。因此，人們不得不重新尋找新的代糧發(fā)酵原料。

目前，纖維素成為最現(xiàn)實可行的天然資源。因為它是自然界最豐富的可再生資源，每年通過光合作用合成1×10¹²t以上，這是世界糧食產(chǎn)量的幾百倍。所以，開發(fā)纖維素代糧發(fā)酵的前景廣闊，特別是20世紀(jì)80年代后，隨著各國對環(huán)境問題的關(guān)注而更傾向于開發(fā)利用能夠生物降解、環(huán)境協(xié)調(diào)良好且取之不盡、用之不竭的天然原料——纖維素。

纖維素是一種復(fù)雜的、天然的高分子多糖化合物，分子結(jié)構(gòu)與淀粉相似，是由D-吡喃葡萄糖環(huán)經(jīng)β-1，4-糖苷鍵組成的直鏈多糖，來源于棉花、木材、麻類、草類、某些海洋生物的外殼及各種農(nóng)產(chǎn)品，其基本的結(jié)構(gòu)單位是纖維二糖。纖維素的分子量可達(dá)幾十萬，甚至幾百萬，水解纖維素可得到葡萄糖。

木質(zhì)纖維素的主要來源是農(nóng)作物秸稈，是世界上最豐富的物質(zhì)之一，全世界每年秸稈產(chǎn)量約為29億噸。木質(zhì)纖維素除纖維素外，還包括半纖維素和木質(zhì)素。半纖維素是一大類結(jié)構(gòu)不同的多聚糖的統(tǒng)稱；木質(zhì)素是一種高分子芳香族化合物，不能水解成糖，但可用作燃料。

酶解成本較高是纖維素代糧發(fā)酵的主要障礙，美國已投入上千萬美元進(jìn)行降低纖維素酶解成本的研究，一旦纖維素酶解成本降低到可經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)，開發(fā)利用纖維素就進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化的實質(zhì)階段。由于酶解后的單糖非常容易被多種生物利用，所以可進(jìn)行多種發(fā)酵產(chǎn)品的開發(fā)應(yīng)用。

（5）其他碳源　乙醇、甘露醇和甘油可作為微生物的碳源和能源。除乙酸已用作微生物的培養(yǎng)基外，其他有機(jī)酸比糖類較難被微生物吸收，作為碳源的效果不如糖類。脂類物質(zhì)更難被微生物作為碳源利用，但并不是不能利用，低濃度的高級脂肪酸還可刺激某些細(xì)菌的生長。少數(shù)自養(yǎng)型微生物以CO₂或碳酸鹽作為唯一或主要的碳源，因為這兩者為碳的最高氧化形式，必須經(jīng)過預(yù)還原才能轉(zhuǎn)化為細(xì)胞有機(jī)物質(zhì)的碳架，這個過程需要能量。大多數(shù)需要有機(jī)碳源的微生物（指異氧型）也需要CO₂，因為有些生物合成反應(yīng)（如丙酮酸的羧化和脂肪酸的合成）需要CO₂，只是需要量較少而已。雖然這些生物合成反應(yīng)所需的CO₂可以從有機(jī)碳源和能源的代謝中獲取，但如果完全排除CO₂，往往會推遲或阻止微生物在有機(jī)培養(yǎng)基中的生長。少數(shù)細(xì)菌和真菌需要環(huán)境中含有較多的CO₂（5%～10%）才能在有機(jī)培養(yǎng)基中生長。

2.氮源

凡是能為微生物的生長和代謝提供氮來源的物質(zhì)統(tǒng)稱為氮源，氮是組成微生物細(xì)胞的第二大要素。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。一般來說，一個細(xì)菌細(xì)胞中氮元素的含量約占細(xì)胞干重的12%。

發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中的氮源有以下幾種：

無機(jī)氮源：氨水、硫酸銨、尿素、硝酸鈉、硝酸銨、磷酸氫二銨等。無機(jī)氮源的利用速度一般比有機(jī)氮源快，因此無機(jī)氮源又被稱作速效氮源。

有機(jī)氮源：利用緩慢，包括蛋白胨、牛肉膏、花生餅粉、黃豆餅粉、棉籽餅粉、玉米漿、酵母粉、麩皮水解液、魚粉、蠶蛹粉、發(fā)酵菌絲體和酒糟等。工業(yè)上常用的有機(jī)氮源及含氮量見表3-2。

（1）玉米漿　是一種用亞硫酸浸泡玉米而得的浸泡水濃縮物，含豐富的氨基酸、核酸、維生素、無機(jī)鹽等，它的平均化學(xué)組成見表3-3。

（2）黃豆餅粉　水分11%，總氮11.2%，類脂物0.6%，總糖30%，灰分6.5%。

（3）麩皮水解液　可以代替玉米漿，但蛋白質(zhì)、氨基酸等營養(yǎng)成分比玉米漿少。

（4）尿素　菌體必須含脲酶方可使用。

（5）氨水　是一種無機(jī)氮源，目前常在生產(chǎn)中使用高濃度液氨，因分解，容易帶來pH波動的問題。

天然原料中的有機(jī)氮源由于產(chǎn)地不同，加工方法不同，其質(zhì)量不穩(wěn)定，常引起發(fā)酵水平波動。因此，在選擇有機(jī)氮源時要注意品種、產(chǎn)地、加工方法、貯藏條件對發(fā)酵的影響。凡能利用無機(jī)氮源的微生物，一般也能利用有機(jī)氮源，但有些微生物在只含無機(jī)氮源的培養(yǎng)基中不能繁殖，因為它們沒有將無機(jī)氮化合物轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮化合物的能力。在發(fā)酵工業(yè)上，常常需要注意氮源與菌體生長和代謝產(chǎn)物合成的相關(guān)性。

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。無機(jī)鹽類中的元素可分為主要元素和微量元素兩大類，主要元素有P、S、Mg、K、Ca等，微量元素有Fe、Cu、Zn、Mn等。在制備培養(yǎng)基時，通常加入K₂HPO₄（或KH₂PO₄）、MgSO₄就可滿足制備條件，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.生長因子

生長因子一般指微生物生長所不可缺少的，能調(diào)節(jié)微生物的代謝活動，不能從一般的碳源和氮源物質(zhì)合成，必須另外添加的微量有機(jī)物，一般指B族維生素，也有氨基酸、嘌呤和嘧啶。

在微生物的科研和生產(chǎn)中，酵母膏、玉米漿、肝臟浸出液等，通常被作為生長因子的來源物質(zhì)。事實上，許多作為碳源和氮源的天然成分，如麥芽汁、牛肉膏、麩皮、米糠、土豆汁等本身就含有極為豐富的生長因子，一般在這類培養(yǎng)基中，無須再另外添加生長因子。

5.水分

水既是微生物細(xì)胞的重要組成成分，占細(xì)胞總量的80%～90%，又是微生物體內(nèi)和體外的溶劑，營養(yǎng)物質(zhì)只有溶解于水才能被細(xì)胞吸收；同時，一定量的水分是維持細(xì)胞滲透壓的必要條件，代謝產(chǎn)物也只有通過水才能排出菌體外。由于水的比熱容高，因此水又是熱的良導(dǎo)體，能夠有效調(diào)節(jié)細(xì)胞的溫度。

（二）前體、促進(jìn)劑和抑制劑

發(fā)酵培養(yǎng)基中某些成分的加入有助于調(diào)節(jié)產(chǎn)物的形成，并不促進(jìn)微生物的生長，這些添加的物質(zhì)包括前體、抑制劑和促進(jìn)劑（包括誘導(dǎo)劑、生長因子）等。

1.前體

前體指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成過程中結(jié)合到產(chǎn)物分子上，而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化，但是產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。前體最早是從青霉素的生產(chǎn)中發(fā)現(xiàn)的，在青霉素生產(chǎn)中，人們發(fā)現(xiàn)加入玉米漿后，青霉素產(chǎn)量可大大提高，進(jìn)一步研究后發(fā)現(xiàn)發(fā)酵單位增長的主要原因是玉米漿中含有苯乙胺，它被優(yōu)先結(jié)合到青霉素分子中去，從而提高了青霉素的產(chǎn)量。

2.促進(jìn)劑和抑制劑

促進(jìn)劑和抑制劑是指通過促進(jìn)或抑制某一反應(yīng)的發(fā)生來調(diào)節(jié)微生物的代謝，使生化反應(yīng)集中在目標(biāo)產(chǎn)物的形成上，從而提高產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量的物質(zhì)，前者稱為促進(jìn)劑，后者稱為抑制劑。例如加巴比妥鹽能使利福霉素的發(fā)酵單位增加等。

在發(fā)酵過程中除了要加入上述物質(zhì)外，有時還要加入消泡劑、表面活性劑等物質(zhì)，以提高發(fā)酵罐的裝料量和使產(chǎn)物析出。

三、常用發(fā)酵原料的化學(xué)組成

發(fā)酵原料所含的化學(xué)成分，不僅關(guān)系著生產(chǎn)率的高低，同時也影響生產(chǎn)的工藝過程。常用原料中主要的化學(xué)成分見表3-4～表3-6。

1.糖類

原料中所含的淀粉，或與淀粉類似的菊糖、蔗糖、麥芽糖、果糖及葡萄糖等，都可以發(fā)酵生成產(chǎn)品，同時也是霉菌和酵母的營養(yǎng)及能源，原料中含這些物質(zhì)越多，生成的酒精也就越多，所以它和產(chǎn)量有著密切的關(guān)系。糖類中的五碳糖多存在于原料的皮層，如麩皮、高粱糠、谷糠、花生殼等，它不但影響淀粉含量，發(fā)酵中也易生成有害的糠醛。纖維素雖屬于糖類，但不被淀粉水解，只起填充作用，對于發(fā)酵沒有直接影響。

2.蛋白質(zhì)

原料含有的蛋白質(zhì)，在發(fā)酵生產(chǎn)過程中，經(jīng)蛋白酶水解后，可作為微生物生長繁殖的重要營養(yǎng)成分，而微生物細(xì)胞中，30%～50%（干重）是蛋白質(zhì)。一般來說，當(dāng)培養(yǎng)基內(nèi)氮的含量適當(dāng)，則微生物生長旺盛，酶的含量也較高。有些原料所含蛋白質(zhì)有時不能滿足微生物生長和繁殖的要求，則應(yīng)從外界加入氮源。氮源一般包括有機(jī)氮源和無機(jī)氮源兩種，根據(jù)不同情況，添加不同種類的氮源。

3.脂肪

脂肪對發(fā)酵有影響，如高粱糠、米糠等含油脂多，則產(chǎn)酸較快，產(chǎn)酸幅度也較大。一些發(fā)酵工廠如采用玉米作為原料，需要把玉米胚芽除去。

4.灰分

灰分中的磷、硫、鎂、鉀、鈣等是構(gòu)成菌體細(xì)胞和輔酶的重要成分。另外，灰分還有調(diào)節(jié)培養(yǎng)基滲透壓的作用，是微生物生長不可缺少的。在一般原料中，灰分的含量通常足夠。

四、培養(yǎng)基的類型

在微生物發(fā)酵工業(yè)中，培養(yǎng)基是決定發(fā)酵生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素之一，培養(yǎng)基的成分和配比合適與否對生長菌的生長繁殖、代謝產(chǎn)物的發(fā)酵提取工藝及最終產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量都產(chǎn)生相當(dāng)大的影響。良好的培養(yǎng)基能充分發(fā)揮生產(chǎn)菌種的生物合成能力，與有效的培養(yǎng)條件相配合就可達(dá)到最大的生產(chǎn)效率。因此，在發(fā)酵工業(yè)中，培養(yǎng)基的組成是決定生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素，合理配比對發(fā)酵生產(chǎn)具有重要意義。

1.根據(jù)營養(yǎng)物質(zhì)的不同來源

（1）天然培養(yǎng)基　是用各種植物和動物組織或微生物的浸出物、水解液等物質(zhì)（如牛肉膏、酵母膏、麥芽汁、米曲汁、蛋白胨等）以及天然的含有豐富營養(yǎng)的有機(jī)物質(zhì)（如馬鈴薯、玉米粉、麩皮、花生餅粉等）制成的培養(yǎng)基。天然培養(yǎng)基在發(fā)酵工業(yè)中普遍使用，優(yōu)點是配制方便、經(jīng)濟(jì)、營養(yǎng)豐富，適合于微生物生長。但是，它的化學(xué)成分不清楚或不穩(wěn)定（受產(chǎn)地、品種、保存加工方法等因素影響）。

（2）合成培養(yǎng)基　使用成分完全了解的化學(xué)藥品配制而成的培養(yǎng)基稱為合成培養(yǎng)基。合成培養(yǎng)基的特點是化學(xué)成分明確、穩(wěn)定，重復(fù)性好，但價格較貴，培養(yǎng)的微生物生長較慢。合成培養(yǎng)基適用于實驗室進(jìn)行微生物生理、遺傳育種及高產(chǎn)菌種性能的研究；在生產(chǎn)某些疫苗過程中，為防止異性蛋白等雜質(zhì)混入，也經(jīng)常使用。培養(yǎng)放線菌的高氏一號培養(yǎng)基和培養(yǎng)真菌的察氏培養(yǎng)基都屬于合成培養(yǎng)基。

（3）半合成培養(yǎng)基　以天然的有機(jī)物作為碳源、氮源及生長因子的來源，并適當(dāng)加入一些化學(xué)藥品以補(bǔ)充無機(jī)鹽成分，使其更能充分滿足微生物對營養(yǎng)的需求。例如，培養(yǎng)真菌用的馬鈴薯蔗糖培養(yǎng)基等。此類培養(yǎng)基的特點是配制方便、成本低、微生物生長良好、應(yīng)用很廣，大多數(shù)微生物都能在此類培養(yǎng)基上生長。發(fā)酵生產(chǎn)和實驗室中應(yīng)用的大多數(shù)培養(yǎng)基都屬于半合成培養(yǎng)基。

2.根據(jù)培養(yǎng)基的用途

（1）基礎(chǔ)培養(yǎng)基　基礎(chǔ)培養(yǎng)基又稱最低限度培養(yǎng)基，指能滿足某菌種的野生型（原養(yǎng)型）菌株最低營養(yǎng)要求的合成培養(yǎng)基。不同微生物的基礎(chǔ)培養(yǎng)基不相同，有的極為簡單，如大腸桿菌的基本培養(yǎng)基；有的極為復(fù)雜，如一些乳酸菌、酵母菌或梭菌的基本培養(yǎng)基?；九囵B(yǎng)基有時也需要添加生長因子等。

若在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中加入富含氨基酸、維生素、堿基等生長因子的營養(yǎng)物質(zhì)，如蛋白胨、酵母膏等，就可滿足各種營養(yǎng)缺陷型菌株的生長需求，這種培養(yǎng)基稱為完全培養(yǎng)基。若在基礎(chǔ)培養(yǎng)基中只是針對性地加入一種或幾種營養(yǎng)成分，以滿足相應(yīng)的營養(yǎng)缺陷型菌株生長，那么，這種培養(yǎng)基稱為補(bǔ)充培養(yǎng)基。

（2）增殖培養(yǎng)基　增殖培養(yǎng)基又名富集培養(yǎng)基。富集培養(yǎng)基是在普通培養(yǎng)基中加入血液、動（植）物組織液或其他營養(yǎng)物（或生長因子）的一類營養(yǎng)豐富的培養(yǎng)基。它主要用于培養(yǎng)某種或某類營養(yǎng)要求苛刻的異養(yǎng)型微生物，或者用來選擇性培養(yǎng)（分離、篩選、富集）某種微生物。增殖培養(yǎng)基具有助長某種微生物的生長，抑制其他微生物生長的功能。廣義上講，保藏培養(yǎng)基和鑒別培養(yǎng)基也屬于富集培養(yǎng)基。

（3）鑒別培養(yǎng)基　在培養(yǎng)基中添加某種或某些化學(xué)試劑后，某種微生物生長過程中產(chǎn)生的特殊代謝產(chǎn)物會與加入的這些化學(xué)試劑反應(yīng)，依靠指示劑的顯色反應(yīng)，借以鑒別不同種類的微生物。這種培養(yǎng)基稱為鑒別培養(yǎng)基。

例如：檢測飲用水、乳品中是否含腸道致病菌的伊紅-美藍(lán)乳糖培養(yǎng)基，即EMB（eosin methylene blue）培養(yǎng)基。其成分是：蛋白胨10g，乳糖10g，K₂HPO₄ 2g，2%伊紅20mL，0.325%美藍(lán)20mL，蒸餾水1000mL，pH 7.2。

其中的伊紅和美藍(lán)兩種苯胺染料可以抑制革蘭氏陽性菌和一些難培養(yǎng)的革蘭氏陰性菌。試樣中的多種腸道菌會在EMB培養(yǎng)基上產(chǎn)生相互易區(qū)分的特征菌落，因而易于辨認(rèn)。尤其是大腸桿菌，因其強(qiáng)烈分解乳糖而產(chǎn)生大量混合酸，使菌體帶H⁺，很容易染上酸性染料伊紅，伊紅又與美藍(lán)結(jié)合，其復(fù)合物為黑色，所以，大腸桿菌的菌落呈紫黑色并帶金屬光澤，其菌落較小。產(chǎn)氣桿菌產(chǎn)生少量酸，菌落呈棕色；變形桿菌不能發(fā)酵乳糖，菌落無色、透明。

（4）選擇培養(yǎng)基　根據(jù)某種或某類微生物的特殊營養(yǎng)要求，或?qū)δ承┪锢?、化學(xué)條件的抗性而設(shè)計的培養(yǎng)基，稱為選擇培養(yǎng)基。利用這種培養(yǎng)基可以把某種或某類微生物從混雜的微生物群體中分離出來。常用抑菌劑或殺菌劑（如染色劑、抗生素等）來抑制不需要的菌的生長，而促進(jìn)某種需要的菌的生長。

3.根據(jù)培養(yǎng)基的物理形狀

（1）液體培養(yǎng)基　各營養(yǎng)成分按一定比例配制而成的水溶液或液體狀態(tài)的培養(yǎng)基稱為液體培養(yǎng)基。工業(yè)上絕大多數(shù)發(fā)酵都采用液體培養(yǎng)基。實驗室中微生物的生理、代謝研究和獲取大量菌體也常利用液體培養(yǎng)基。

（2）固體培養(yǎng)基　在液體培養(yǎng)基中加入一定量的凝固劑（如瓊脂、明膠等）配制而成的固體狀態(tài)的培養(yǎng)基。固體培養(yǎng)基在科學(xué)研究和生產(chǎn)實踐中具有很多用途，例如它可用于菌種分離、鑒定、菌落計數(shù)、檢測雜菌、選種、育種、菌種保藏、抗生素等生物活性物質(zhì)的效價測定及獲取孢子等。在發(fā)酵工業(yè)常用固體培養(yǎng)基進(jìn)行固體發(fā)酵。

瓊脂是最好的凝固劑。它是從海藻中提取的多糖類物質(zhì)，主要由瓊脂糖和瓊脂膠兩種多糖組成。除極少數(shù)菌外，大多數(shù)微生物無法降解瓊脂。瓊脂在45℃固化，約100℃才熔化，滅菌過程中不會被破壞，并且價格低廉。培養(yǎng)基中加0.5%瓊脂可以獲得半固體培養(yǎng)基，加入1.5%～2.0%瓊脂即獲得固體培養(yǎng)基，加8%瓊脂則獲得硬固體培養(yǎng)基。

明膠也是一種凝固劑。它是由動物的皮、骨、韌帶等煮熬而成的一種蛋白質(zhì)，含有多種氨基酸，可作為許多微生物的氮源。明膠在20℃凝固，28～35℃熔化，所以，只能在20～25℃溫度范圍作凝固劑使用，適用面很窄，但可用于特殊檢驗。

硅膠是硅酸鈉（Na₂SiO₃）和硅酸鉀（K₂SiO₃）與鹽酸和硫酸中和反應(yīng)時凝結(jié)成的膠體。因為它屬于完全的無機(jī)物質(zhì)，在研究分離自養(yǎng)菌時用作培養(yǎng)基的凝固劑。硅膠一旦凝固后，就無法再熔化。

（3）半固體培養(yǎng)基　半固體培養(yǎng)基是指瓊脂加入量為0.2%～0.5%而配制的固體狀態(tài)的培養(yǎng)基。半固體培養(yǎng)基有許多特殊的用途，如可以通過穿刺培養(yǎng)觀察細(xì)菌的運(yùn)動能力，進(jìn)行厭氧菌的培養(yǎng)及菌種保藏等。

4.根據(jù)培養(yǎng)基在發(fā)酵生產(chǎn)中的應(yīng)用

（1）繁殖和保藏培養(yǎng)基　主要用于微生物細(xì)胞生長、繁殖和保藏，大部分情況下是斜面培養(yǎng)基，包括細(xì)菌、酵母菌等的斜面培養(yǎng)基以及霉菌、放線菌產(chǎn)孢子培養(yǎng)基或麩曲培養(yǎng)基等。此類培養(yǎng)基的特點是：①富含有機(jī)氮源，少含碳源；②所用無機(jī)鹽的濃度要適量；③pH值和濕度要適中。

（2）種子培養(yǎng)基　種子培養(yǎng)基是適合微生物菌體生長的培養(yǎng)基，目的是為下一步發(fā)酵提供數(shù)量較多、強(qiáng)壯而整齊的種子細(xì)胞。種子培養(yǎng)基的一般要求：①氮源、維生素豐富，氮源含量高些，總濃度稀?。虎谏倭刻荚?，若糖分過多，菌體代謝活動旺盛，產(chǎn)生有機(jī)酸，使pH值下降，菌種容易衰老；③種子培養(yǎng)基成分應(yīng)與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分相近，以縮短發(fā)酵階段的適應(yīng)期（延滯期）。谷氨酸發(fā)酵不同培養(yǎng)基的組成，見表3-7。

（3）發(fā)酵培養(yǎng)基　用于生產(chǎn)預(yù)定發(fā)酵產(chǎn)物的培養(yǎng)基。因此必須根據(jù)產(chǎn)物合成的特點來設(shè)計培養(yǎng)基。一般的發(fā)酵產(chǎn)物以碳為主要元素，所以，發(fā)酵培養(yǎng)基中的碳源含量往往高于種子培養(yǎng)基。若產(chǎn)物的含氮量高，應(yīng)增加氮源。在大規(guī)模生產(chǎn)時，原料應(yīng)該價廉易得，還應(yīng)有利于下游的分離提取工作。