发酵培养基成分之无机盐及微量元素

微生物在生长繁殖和生产过程中，需要某些无机盐和微量元素。

无机盐和微量元素是指除碳、氮元素外其他各种重要元素及其供体。它们在机体中的生理功能主要是作为酶活性中心的组成部分，维持生物大分子和细胞结构的稳定性，调节并维持细胞的渗透压平衡，控制细胞的氧化还原电位和作为某些微生物生长的能源物质等。

无机盐和微量元素根据微生物对其需求量的大小不同，有大量元素和微量元素之分。般微生物对大量元素的需求浓度为10-4-10-3

mol-L-1，常以盐的形式加入，如磷酸盐、硫酸盐以及含有钠、钾、钙、镁、铁等金属元素的化合物。微生物的生长还需要某些微量元素，如钻、铜、硒、锰、锌等，这些元素的需要量其微小，通常在10-8-10-6mol-L-1（培养基中含量）。除了合成培养基外，般在天然培养基中不再另外单加入无机盐和微量元素。因为天然培养基中的许多动、植物原料（如花生饼粉、黄豆饼粉、蛋白胨等）都含有多种微量元素，但有些发酵工业中也有单加入微量元素的。例如生产12时，尽管采用天然复合材料做培养基，但因钻元素是12的组成成分，其需求量是随产物量的增加而增加，所以，在培养基中就需要加入氯化钻以补充钻元素的不足。

1.磷酸盐

磷是某些蛋白质和核酸的组成成分，也是二磷酸腺苷（ADp）、三磷酸腺苷（ATp）的组成成分，在代谢途径的调节方面起着很重要的作用。般培养基中磷元素充足能促进微生物的生长。如黑曲霉NRRL330菌种生产a时，若加入0.2%磷酸二氢钾，则活力可比低磷酸盐提高3倍。但磷元素过量时，有些次代谢途径也会受到抑制，次代谢产物的合成常受抑制。例如，在的合成中，磷浓度过高就会抑制6磷酸葡萄糖脱氢酶的活性，使菌体生长旺盛，而的产量却很低，代谢向方向转化。磷元素的主要供体-磷酸盐在培养基中还具有缓冲作用。

微生物对磷的需要量般为0.005~0.01mol-L-1。工业生产上常用K3pO4-3h20、K3pO4和Na2hpO4-12h20、Nah2pO4-2h20等磷酸盐，也可用磷酸（h3pO4）。K3pO4-3h20含磷13.55%，当培养基中用量在1-1.5g-L-1时，磷浓度为0.0044-0.0066mol-L-1。Na2hpO4-12h20含磷8.7%，当培养基中用量在1.7-2.0g·L-1时，磷浓度为0.0048~0.00565mol·L-1。磷酸含磷3.16%，当培养基中用量在0.5~3.7g-L-1时，磷浓度为0.005~0.007mol-L-1。如果使用磷酸，应先用NaOh或KOh中和后加入。另外，玉米浆、糖蜜、淀粉水解糖等原料中还有少量的磷。

2.

镁是某些细菌的叶绿素的组成成分，虽不参与任何细胞结构物质的组成，但它的离子状态是许多重要酶（如己糖磷酸化酶、异柠檬酸脱氢酶、羧化酶等）的激活剂。镁离子能提高些氨基糖苷类抗生素产生菌（如、、新生霉素等产生菌）对自身所产的抗生素的耐受能力。另外，如果镁离子含量太少，还会影响基质的氧化。

般革兰阳性菌对Mg2+的低要求量是25mg-L-1；革兰阴性菌为4-5mg-L-1。MgSO4-7h20中含Mg2+9.87%，发酵培养基用量为

0.25~1g-L-1时，Mg2+浓度25~90mg-L-1。

硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的组成成分和某些辅酶的活性基团，如、硫锌酸和等。在某些产物（如、等分子）中均含硫，所以在这些产物的生产培养基中，需要加入等硫酸盐作为硫源。而如硫化氢、硫化亚铁等还原态的硫化物，对大多数发酵用微生物是有毒的，般不能作为硫源。

3.钾、钠、钙、铁盐

钾不参与细胞结构物质的组成，它与细胞渗透压和透性有关，是许多酶的激活剂。钾对发酵有影响；钾盐少，长菌体；钾盐足够，产。菌体生长需钾量约为0.1g·L-1（以K2SO4计，下同），生成需钾量为0.2~1.0g-L-1。当培养基中使用1g·L-1

K3pO4-3h20时，钾浓度约为0.38g-L-1。如果采用Na2hpO4-12h20时，应配用0.3-0.6g-L-1KCI，此时钾浓度为0.35~0.7g-L-1。

钠离子与维持细胞渗透压有关，故在培养基中常加入少量钠盐，但用量不能过高，否则会影响微生物生长。

钙离子主要控制细胞透性。常用的碳酸钙本身不溶于水，几乎是中性的，但它能与代谢过程中产生的酸起反应，形成中性化合物和二氧化碳，后者从培养基中逸出，因此碳酸钙对培养液的ph有定的调节作用。在配制培养基时要注意两点：是培养基中钙盐过多时，会形成磷酸钙沉淀，降低了培养基中可溶性磷的含量，因此，当培养基中磷和钙均要有较高浓度时，可将两者分别灭菌或逐步补加；二是先要将配好的培养基用碱调ph近中性，才能将CaCO3加入培养基中，这样可防止CaCo3在酸性培养基中被分解，而失去其在发酵过程中的缓冲能力，同时所采用的CaCO3要对其中Ca0等杂质含量做严格控制。

铁是细胞色素、细胞色素氧化酶和*酶的成分，因此铁是菌体有氧氧化的元素。工业生产上般用铁制发酵罐，在般发酵培养基中不再加入含铁化合物。

4.氯离子

氯离子在般微生物中不具有营养作用，但对些嗜盐菌来讲是必需的。此外，在些产生含氯代谢物（如和等）的发酵中，除了从其他天然原料和水中带入的氯离子外，还需加入约0.1%以补充氯离子。啤酒在糖化时，氯离子含量在20-60mg L-1范围内能赋予啤酒柔和的口味，并对酶和酵母的活性有定的促进作用，但氯离子含量过高会引起酵母早衰，使啤酒带有咸味。

5.微量元素

微量元素大部分作为酶的辅基和激活剂。例如，锰是某些酶的激活剂，羧化反应必须有锰参与；在生物合成途径中，草酰琥珀脱羧生成a酮戊二醛是在Mn2+存在下完成的。般培养基配用2mg L-1MnSO4-4h20。