培養基的成分及來源
碳源
即提供微生物菌種的生長繁殖所需的能源和合成菌體所必需的碳成分，同時提供合成目的產物所必須的碳成分。 常見的來源主要有糖類、油脂、有機酸、正烷烴等。 工業上常用的糖類主要包括：葡萄糖、糖蜜（製糖生產時的結晶母液）、澱粉等。
氮源
氮源主要用於構成菌體細胞物質（氨基酸，蛋白質、核酸等）和含氮代謝物。常用的氮源可分為兩大類：有機氮源和無機氮源。有機氮源和無機氮源應當混合使用，在發酵早期應使用容易利用易同化的氮源，即無機氮源；到了中期，菌體的代謝酶係已形成，則利用蛋白質。
無機氮源
無機氮源主要包括氨鹽、硝酸鹽和氨水。 微生物對它們的吸收快，所以也稱之謂迅速利用的氮源。但無機氮源的迅速利用常會引起pH的變化。
無機氮源被菌體作為氮源利用後，培養液中就留下了酸性或堿性物質，這種經微生物生理作用（代謝）後能形成酸性物質的無機氮源叫生理酸性物質，如硫酸胺；若菌體代謝後能產生堿性物質的則此種無機氮源稱為生理堿性物質，如硝酸鈉。正確使用生理酸堿性物質，對穩定和調節發酵過程的pH有積極作用。
有機氮源
有機氮源主要來源於工業上一些廉價的原料：花生餅粉、黃豆餅粉、棉子餅粉、玉米漿、玉米蛋白粉、蛋白腖、酵母粉、魚粉、蠶蛹粉、尿素、廢菌絲體和酒糟等。其成分複雜，除提供氮源外，有些有機氮源還提供大量的無機鹽及生長因子。
無機鹽與微量元素
這類物質的作用各不相同，主要在碳氮源上以鹽形式為補充。
十大元素: 碳, 氫, 氧, 氮, 磷, 鉀, 硫, 鈣, 鎂
微量元素: 硼, 錳, 鋅, 鉬, 鈷, 碘, 銅, 等
生長因子、前體和產物促進劑
生長因子
從廣義上講，凡是微生物生長不可缺少的微量的有機物質，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、維生素等均稱生長因子。如以糖質原料為碳源的穀氨酸生產菌均為生物素缺陷型，以生物素為生長因子，生長因子對發酵的調控起到重要的作用。有機氮源是這些生長因子的重要來源，多數有機氮源含有較多的B簇維生素和微量元素及一些微生物生長不可缺少的生長因子。
前體
前體指某些化合物加入到發酵培養基中，能直接為微生物在生物合成過程中合成到產物物分子中去，而其自身的結構並沒有多大變化，但是產物的產量卻因加入前體而有較大的提高。
產物促進劑
指那些非細胞生長所必須的營養物，又非前體，但加入後卻能提高產量的添加劑。其提高產量的機製還不完全清楚，其原因可能是多方麵的，主要包括：有些促進劑本身是酶的誘導物；有些促進劑是表麵活性劑，可改善細胞的透性，改善細胞與氧的接觸從而促進酶的分泌與生產，也有人認為表麵活性劑對酶的表麵失活有保護作用；有些促進劑的作用是沉澱或螯合有害的重金屬離子。
水
對於發酵工廠來說，恒定的水源是至關重要的，因為在不同水源中存在的各種因素對微生物發酵代謝影響甚大。水源質量的主要考慮參數包括pH值、溶解氧、可溶性固體、汙染程度以及礦物質組成和含量。
培養基的設計與優化
目前還不能完全從生化反應的基本原理來推斷和計算出適合某一菌種的培養基配方，隻能用生物化學、細胞生物學、微生物學等的基本理論，參照前人所使用的較適合某一類菌種的經驗配方，再結合所用菌種和產品的特性，采用搖瓶、玻璃罐等小型發酵設備，按照一定的實驗設計和實驗方法選擇出較為適合的培養基。
培養基設計的基本步驟是：
1.根據前人的經驗和培養基成分確定時一些必須考慮的問題，初步確定可能的培養基成分.
2.通過單因子實驗最終確定出最為適宜的培養基成分 。
3.當培養基成分確定後，剩下的問題就是各成分最適的濃度，由於培養基成分很多，為減少實驗次數常采用一些合理的實驗設計方法。這些實驗往往基於多因子實驗，包含均勻設計、正交實驗設計、響應麵分析等。
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