发酵生产中如何确定最佳培养基配方
培养基的选择
不同的微生物对培养基的要求不同，所以不同的微生物培养工艺对原料的要求也不同。根据具体情况，从微生物营养需求的特点和生产工艺的要求出发，选择合适的营养培养基，使其既能满足微生物生长的需要，又能获得高产产品，同时要符合增产节约、因地制宜的原则。
1，根据微生物的特性来选择培养基。
用于大规模培养的微生物主要包括细菌、酵母菌、霉菌和放线菌。他们对营养素的要求不同，各有特点。在实际应用中，应根据微生物的不同特性考虑培养基的组成，并对典型培养基配方进行必要的调整。
2.根据发酵方式选择培养基。
液体和固体介质各有用途和优缺点。在液体培养基中，营养物质以溶质状态溶于水中，使微生物充分接触和利用营养物质，更有利于微生物的生长和代谢产物的更好积累。在工业上，液体培养基深层发酵具有发酵效率高、操作方便、便于机械化和自动化、降低劳动强度、占地面积小、产量高等优点。所以在发酵工业中，种子大多是在液体培养基中培养发酵，根据微生物的需氧量，分别采用静态或通气模式培养。固体培养基常用于微生物菌种的保存、分离、菌落特征鉴定和活细胞计数测定。此外，一些固体原料，如小米、大米、麸皮、土豆等。工业上常用的是直接做成斜面或茄子瓶来培养霉菌和放线菌。
3、来自生产实践和科学实验的不同要求。
在生产过程中，由于菌种保存、种子扩大培养、发酵生产等各个阶段的目的和要求不同，所选培养基中的成分比例也应不同。一般来说，种子培养基主要用于微生物细胞的生长和增殖。为了在短时间内获得大量健壮的种子细胞，种子培养基应营养丰富、完整，氮源与维生素的比例要高，所用原料要易于被微生物细胞吸收利用。葡萄糖、硫酸铵、尿素、玉米糖浆、酵母提取物、麦芽汁和米曲汁是制备培养基的常用原料。发酵培养基除了维持微生物细胞的正常生长外，主要需要合成预定的发酵产物，因此发酵培养基中碳源物质的含量往往高于种子培养基。当然，如果产品是含氮物质，氮源的供给也要相应增加。此外，发酵培养基应考虑便于发酵操作，不影响产物的提取分离和产品质量。
4.从经济效益角度选择生产原料。
从科学的角度来看，培养基的经济性通常不被重视。对于生产工艺，由于制备发酵培养基的原料多为粮食、油脂、蛋白质等。，而工业发酵消耗大量的原料，除了易被微生物利用，符合生产工艺要求外，在工业发酵中选择培养基原料时还应考虑经济效益，必须以价格低廉、来源丰富、运输方便、就地取材、无毒为前提。
培养基制备的原则
培养基的制备必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分；有利于降低培养基原料单耗，单位营养物质合成的产物数量多或产量大；有利于提高培养基产品的浓度，从而提高单位体积发酵罐的生产能力；有利于提高产品的合成速度，缩短发酵周期；尽量减少副产品的形成；减少发酵过程中对通气和搅拌的影响，有利于提高氧气利用率，降低能耗；有利于产品的分离纯化；并尽量减少产生“三废”的物质。
当然，设计任何一种培养基都不可能满足上述所有要求，需要根据具体情况把握主要环节。既能满足微生物的营养要求，又能获得优质高产的产品，还符合增产节约、因地制宜的原则。发酵培养基的主要作用是获得预期的产物，培养基必须根据产物的特性进行设计。因此要求营养要适当丰富和完整，细菌要生长迅速和健壮，整个代谢过程的pH值要适宜和稳定。糖和氮的代谢完全可以满足高单位罐和批次的要求，可以充分发挥菌株生产合成代谢产物的能力。此外，还需要降低成本。
1，根据不同微生物的营养需求配制不同的培养基。
不同的微生物需要不同的培养基成分。确定合适的培养基，需要了解生产菌株的来源、生理生化特性和一般营养需求，根据不同生产菌株的培养条件、生物合成的代谢途径和代谢产物的化学性质来确定培养基。
2.营养素的适当比例
微生物需要的营养物质要有适当的比例，培养基中碳氮比(C/N)在发酵工业中尤为重要。不同的微生物菌株和不同的发酵产物需要不同的C/N比。在不同的生长阶段，对碳氮比的最适要求是不同的。培养基中碳氮比不仅会影响微生物细胞的生长，还会影响发酵的代谢途径。因为碳既是碳架又是能源，所以用的比氮多。从元素分析来看，酵母细胞的碳氮比约为100:20，霉菌细胞的碳氮比约为100:10。一般来说，发酵培养基中碳氮比大约为100: (0.2 ~ 2.0)，但在氨基酸发酵中，由于产物中含有氮，碳氮比相对较高。比如谷氨酸发酵中碳氮比是100: (15 ~ 21)。如果碳氮比为100: (0.2 ~ 2.0)，就会出现只有细菌生长，几乎不产生谷氨酸的现象。
碳氮比随碳水化合物和氮源的种类以及通气和搅拌的条件而变化，因此很难确定一个统一的比例。一般情况下，碳氮比过低会导致细菌生长旺盛，容易引起细菌的过早老化和自溶，影响产物的积累；碳氮比过大，细菌数量少，不利于产物的积累；碳氮适宜，但高浓度的碳氮源仍可导致细胞大量增殖，增加发酵液粘度，影响溶氧浓度，易引起细胞代谢异常，影响产物合成；碳、氮源适宜，但碳氮源浓度过低，会影响细菌的繁殖和产物的积累。
3.渗透压力
配制培养基时，要注意营养物质的适当浓度。营养物质浓度过低，不仅不能满足微生物生长对营养物质的需求，也不利于提高发酵产品的产量和提高设备的利用率。但是，当培养基中营养物质的浓度过高时，由于培养基溶液的高渗透压，微生物的生长会受到抑制。此外，培养基中各种离子的浓度比也会影响培养基的渗透压和微生物的代谢活动。所以培养基中各种离子的比例要求要平衡。在发酵生产过程中，在不影响微生物生理特性和代谢转化率的情况下，通常倾向于在较高浓度下发酵，以提高产品产量，并尽可能选择高渗透压的生产菌株。当然，如果介质浓度过高，介质的粘度会增加，溶解氧会降低。
4.ph值
各种微生物的正常生长需要一个合适的pH值。一般霉菌和酵母菌更适合弱酸性环境，放线菌和细菌适合中性或微碱性环境。所以在配制培养基时，如果pH值不合适，就必须进行调整。当微生物在培养过程中改变培养基的pH值，不利于自身生长时，应根据微生物细胞对各种营养物质的利用率来考虑培养基的组成，同时加入缓冲液来调节培养液的pH值。
5.氧化还原电位
对于大多数微生物来说，培养基的氧化还原电位一般对其生长影响不大，即适合其生长的氧化还原电位较宽。然而，对于厌氧菌，由于氧的毒性作用，常常在培养基中加入还原剂来降低氧化还原电位。
配制培养基时，不仅要注意上述原则，还要考虑添加营养物质的顺序。为了避免沉淀造成营养物质的损失，添加营养物质的顺序一般是先添加缓冲化合物，溶解后再添加主要物质，再添加维生素、氨基酸等生长素。