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微生物的培养方法
 微生物培养的目的各有不同，有些是以大
量增殖微生物菌体为目标（如单细胞蛋白
或胞内产物），有些则是希望在微生物生
长的同时，实现目标代谢产物的大量积累。
由于培养目标的不同，在培养方法上也就
存在许多差别。
 从历史发展的角度来看，微生物培养技术的发展主
要有以下特点：
 ①从少量培养发展到大规模培养；
 ②从浅盘培养发展到厚层固体或深层（液体）培养；
 ③从以固体培养为主发展到以液体培养为主；
 ④从静止式液体培养发展到通气搅拌式液体培养；
 ⑤从分批培养发展到连续培养以至多级连续培养；
 ⑥从游离的微生物细胞培养发展到利用固定化细胞
培养；
 ⑦从单一微生物培养发展到混合微生物培养；
 ⑧从利用野生菌种发展到利用变异菌株以及“工程
菌”。
根据微生物种类、培养目的和要求、规模和资金投
入的不同可以有不同形式的培养装置。
一、投料方式
1、分批培养
2、连续培养
3、补料分批培养
二、培养状态
1、固体培养
2、液体培养
三、氧气
1、厌氧
2、好氧
四、菌种的数量
1、纯种培养
2、混菌培养
一、投料方式
 1、分批培养
 细菌、酵母、霉菌的生长曲线
 一次性投料，一次性收获
延滞期
少量细菌接种到新鲜培养基后，一般不立即进
行繁殖，生长速度近于零。因此在开始一段时间
，细菌数几乎保持不变，甚至稍有减少。这段时
间被称为延迟期，又称为迟缓期、调整期或滞留
适应期。
（1）延滞期出现原因
（2）延滞的特点
（3）影响延滞期限长短的因素
（4）缩短延滞期的意义及方法
（1）延滞期出现原因
A、微生物接种到一个新的环境，暂缺乏足够
的能量和必需的生长因子；
B、“种子”老化（即处于非对数生长期）或
未充分活化。
C、接种时造成的损伤
（2）延滞期的特点
 特点：
 1）生长速率常数为零；
 2）细胞形态变大或增长，许多杆菌可长成丝状。.细菌
数量不增加或增加很少，代谢活跃；
 3）细胞内RNA，尤其是rRNA的含量很高，细胞的嗜
碱性强；
 4）合成代谢十分活跃，核糖体、酶类和ATP的合成加
速，易产生各种诱导酶
 5）对外界不良条件如NaCl溶液、温度和抗生素等理、
理化因素反应敏感。
（3）影响延滞期时间长短的因素
A、菌种特性
B、接种龄:以对数期接种龄的种子接种，延滞期短
C、接种量:发酵工业上通常采用种子：发酵
培养基=1：10
D、培养基成分:一般要求发酵培养基的成分
或种子培养基的成分尽量接近，且应适当丰富些。
（4）缩短延滞期的意义及方法
（1）意义：
可以缩短生产周期，提高设备利用率
（2）缩短延滞期的方法
A、通过遗传学方法改变种的遗传特性使迟缓期
缩短
B、接种对数生长期的菌种，采用最适菌龄
C、尽量使接种前后所使用的培养基组成不要相
差太大
D、加大接种量
指数期
对数期又称指数期。这一阶段突出特点是细菌数以几何级数
增加，代时稳定，细菌数目的增加与原生质总量的增加，与菌液混
浊度的增加均呈正相关性。
特点
 1）生长速率常数R最大代时最短，生长
速度最快；
 2）细胞稳定（平衡）生长：细胞内各种
物质按比例生长，菌体成分均匀；
 3）酶系活跃，代谢旺盛 。
稳定期
（1）出现原因
A、营养的消耗
B、营养物的比例失调
C、引起pH值EH值的改变
D、有害代谢产物积累
（2）特点：
1）生长常数为零，新生=死亡，达到动态
平衡；
2）活菌数的总量达到最大值；
3）胞内的储藏物开始形成（如肝糖粒、脂
肪粒等）；
4）某些芽孢菌的芽孢开始形成；
5）某些细菌过量积累次级代谢产物，如抗
生素、维生素等。
衰亡期
特点：
1）细菌代谢活性降低；
2）细菌衰老并出现自溶；
3）产生或释放出一些产物；如氨基酸、转化酶、外肽酶
或抗生素等。
4）菌体细胞呈现多种形态，有时产生畸形，细胞大小悬
殊；有些革兰氏染色反应阳性菌此时会变成阴性反应
2、连续培养
是在微生物的整个培养期间，通过一定的
方式使微生物能以恒定的比生长速率生
长并能持续下去的一种培养方法。
基本原则：在微生物培养过程中不断的补
充营养物质和以同样的速率移出培养物。
连续发酵的优点：
1、高效
2、产品质量较稳定
3、节约了大量动力、人力、水和蒸汽，且使水、
气、电的负荷均衡合理。
缺点：
1、菌种易退化
2、易污染杂菌
3、营养物的利用率一般低于单批增大。
恒化器：与恒浊器相反，是
一种设法使培养液流速保
持不变，并使微生物始终
在低于其最高生长速率条
件下进行生长繁殖的一种
连续培养装置。
恒浊器：根据培养器内微生
物的生长密度，并借光电
控制系统来控制培养液流
速，以取得菌体密度高，
生长速度恒定的微生物细
胞的连续培养器。
恒浊器与恒化器的比较
装置
控制对象 培养基 培养基 生长
流速
速率
产物
应用范围
恒浊器 菌体密度 无限制 不恒定 最高
（内控制）生长因
速率
子
大量菌体 生产为主
或与菌体
相平行的
代谢产物
恒化器 培养基流 有限制 恒定
速（外控 生长因
制）
子
不同生长 实验室为
速率的菌 主
体
低于
最高
速率
 固定化细胞连续培养
 细胞固定化就是通过包埋法、微胶囊化、吸
附法等手段，将微生物细胞限制在载体的内
部或表面。
 固定化细胞培养与游离细胞培养相比，有以
下一些优势：①固定化可提供较高的细胞密
度；②固定化减少了细胞的流失，使细胞可
以反复利用；③固定化可以提供对细胞有利
的微环境；④可以保护某些细胞免受剪切损
伤； ⑤简化了下游的细胞分离步骤。
固定化载体常常易碎，且固定的细胞容易脱落等原因的存在
，固定化细胞培养器中的剪切力也不宜过高，一般采用填充
柱、流动床或气升式反应器。机械搅拌式反应器只适用于载
体牢固、不易脱落的固定化细胞。通常是将固定化细胞装在
反应器内，一端流入培养基，另一端放出发酵液，而固定化
微生物细胞始终停留在反应器内。
3、补料分批发酵
在生产实践中．完全封闭式的分批培养或纯粹
的连续培养较为少见，更多见的是两者的折中
形式——补料分批或流加发酵。
补料发酵是根据菌株生长和初始培养基的特
点，在分批培养的某些阶段适当补加部分配料
成分或碳源，以提高菌体或代谢产物的产率。
流加营养：水解糖（葡萄糖）、氨水
补料分批发酵的特点有：
1）可以减弱底物和代谢产物的抑制。微生物的生长会受到
高浓度底物和逐步过量产生的代谢产物的抑制，若将初始底
物浓度降低，就会限制菌体密度和产物浓度的提高。但采用
间歇补料．通过不断的流加限制性底物就可克服该缺点。可
以避免葡萄糖效应对微生物生长和产物积累的影响。流加补
料还可稀释降低代谢产物的浓度，减轻其抑制生长作用。
2）增加次级代谢产物的产量。次级代谢产物的合成常常在
生长平衡期才开始合成，与稳定期的细胞密度和延续时间密
切相关。但间歇发酵的平衡期比较短，因营养物质已大量消
耗．可同化量很少．很快就进入衰亡期。通过补料可延长平
衡期．增加次级代谢产物的产量。
3） 可以提高发酵的细胞密度。补料发酵时不
断地向发酵罐补偿限制性底物，微生物始终能
获得充分的营养，菌体密度就可以增加，合理
改进发酵工艺．细胞密度可以达到10％以上干
细胞，大大提高产率。
4）可以恒定培养条件。发酵过程中的培养环
境会随着代谢作用的进行而变化，如培养基的
pH值，这时可流加氨水或通氨来恒定pH值．
还补充氮源。
二、培养状态
 1、固体培养
 2、液体培养
1、固体培养
 固体培养就是利用固体培养基进行微生
物的繁殖。固体培养在微生物鉴定、计
数、纯化和保藏等方面发挥着重要作用。
一些丝状真菌可以进行生产规模的固体
发酵。
实验室常见的固体培养
试管斜面、培养皿平板、较大型的克氏扁瓶和茄子
瓶斜面。用于菌种的分离、纯化、保藏和生产种子
的制备。
（1）用接种环挑取原始培养物后，在固体培养基
表面划线接种
（2）用涂布棒将少量的液体培养物涂布在整个固
体培养基表面
（3）将少量液体培养物与融化后降温至50～60度
的固体培养基混匀，倒入培养皿中，浇注成平板。
接种后的培养物直接放入培养箱中恒温培养。
这些方法适用于好氧和兼性好氧微生物的培养。
微好氧微生物采取穿刺培养
对厌氧菌培养必需创造更严格的无氧环境
厌氧培养皿。厌氧罐，Hungate滚管技术
生产中常见的固体培养
在生产实践中，好氧真菌的固体培养方法都是将接
种后的固体基质薄薄地摊铺在容器的表面，可使菌体
获得充足的氧气，又可以将生长过程中产生的热量及
时释放。
固体培养使用的基本培养基原料是小麦麸皮等。灭
菌后待冷却到合适温度便可接种。固体培养基中的含
水量控制在40％～80％之间（典型的液体培养基含水
量在95％以上），细菌和酵母菌将无法忍受如此低水
含量的环境，所以，固体培养被细菌或酵母菌污染的
可能性大大降低。
麸曲、食用菌、酱豆、米酒
米曲霉固体培养生产日本酒曲
2.液体培养
液体培养就是将微生物接种到液体培养
基中进行培养。由于大多数发酵微生物是
好氧性的，而且微生物只能利用溶解氧，
所以，如何保证在培养液中有较高的溶解
氧浓度至关重要。一般可通过增加液体与
氧的接触面积或提高氧分压来提高溶氧速
率。
 实验室常见的液体培养

在实验室进行好氧菌液体培养的方法主要有
四种。
 （ 1）试管液体培养 此法的通气效果一般较
差，仅适用于培养兼性好氧菌，以及进行微生
物的各种生理生化试验。
 （2）浅层液体培养 在三角烧瓶中装入浅层培
养液，其通气量与装液量、棉塞通气程度密切
相关。通气量对微生物的生长速度和生长量有
很大关系，该方法一般也仅适于兼性好氧菌。
 （3）摇瓶培养
 盖8～12层纱布或用疏松的棉塞塞住以阻止
空气中杂菌或杂质进入瓶内，而空气可以
透过纱布或棉塞供微生物呼吸之用。
 一般装液量为三角瓶的 10％以下，如
250ml三角瓶装 10～20ml培养液。
 三角瓶内设置挡板或添加玻璃珠等。将摇
瓶放在摇床上以一定速度保温振荡培养，
摇床有旋转式和往复式两类。
摇瓶培养在实验室里被广泛用于微生
物的生理生化试验、发酵和菌种筛选等，
也常在发酵工业中用于种子培养。
 （4）台式发酵罐
 实验室用的发酵罐体积一般
为几升到几十升。自动控制
和记录装置如配置有PH、
溶解氧、温度和泡沫检测电
极，有加热或冷却装置，有
补料、消泡和PH调节用的
酸或碱贮罐及其自动记录装
置，大多由计算机控制。因
为它的结构与生产用的大型
发酵罐接近，所以，它是实
验室模拟生产实践的主要试
验工具
 生产中常见的液体培养

液体培养生产效率高，适于机械化和自动化，所
以它是当前微生物发酵工业的主要生产方式。液体
培养有静置培养和通气培养两种类型：静置培养适
于厌氧菌发酵，如酒精、丙酮一丁醇、乳酸等发酵；
通气发酵适于好氧菌发酵，如抗生素、氨基酸、核
苷酸等发酵。
 （1）浅盘培养：容器中盛装浅层液体静立培养，
没有通气搅拌设备，全靠液体表面与空气接触进行
氧气交换，这是最为原始的液体培养形式，劳动强
度大，生产效率低，易污染。早期的青霉素和柠檬
酸发酵曾采用过浅盘培养。当时生产一千克青霉素
就需要100万个容积为一升的培养瓶。
（2）发酵罐深层培养
液体深层培养的主体设备是发酵罐。
 发酵罐可以为微生物提供丰富而均匀的
营养，良好的通气搅拌，适宜的温度和
酸碱度，并能防止杂菌污染。为此，发
酵罐通常配备有培养基配制系统、蒸汽
灭菌系统、空气压缩过滤系统和补料系
统。其生产效率较高，易于控制，产品
质量稳定，因而在发酵工业中被广泛应
用。但是，深层培养耗费的动力较大，
设备较为复杂，需要较大的投资。
 大型发酵罐的发酵一般需分几级进行，使发
酵的种子逐级扩大，以提高发酵罐的利用率
并节约能源等。罐的级数一般是根据菌体繁
殖速度以及发酵罐的容积而确定的：如谷氨
酸发酵多采用二级培养；而生长较慢的青霉
素和链霉素生产菌种一般需要三级培养。
 大规模液体培养的厌氧菌：丙酮-丁醇发酵
 丙酮-丁醇梭菌的生长可以分为两个阶段：
 前期较短，以产菌体为主，生长温度以37℃
为宜；
 后期较长，以产丙酮一丁醇为主，温度以
33℃为宜。
 这样的生产流程可连续运转一年以上，并达
到比单级连续发酵高得多的生产效率。
三、其他培养方法
1、双菌或者多菌培养
现代发酵工业以纯种发酵为主，而传统的固
态白酒和酱油的发酵都是多菌培养发酵的结果
。在自然界微生物之间的共生与互生关系也是
双菌与多菌共同生存的常例，这种关系反映了
微生物存在着代谢”接力棒”的依赖状态，能
相互改善生存条件。
双菌发酵：维生素C的二步法
▲采用欧文氏菌和棒状杆菌进行串联发酵，先将厂葡
萄糖转化成2，5-二酮基葡萄糖酸．再进一步转化产牛
2-酮某古龙酸。
▲以山梨醇作为发酵的主要原料，利用生黑葡萄糖酸
杆菌或弱氧醋酸杆菌先进行第 一步发酵，所生成的 山
梨糖80℃加热几分钟后再加入灭菌的辅料（玉米浆，
尿素及无机盐等），开始第二步的混合菌株发酵。当
作为伴生菌的芽孢杆菌开始形成芽孢时，产酸菌株开
始产酸。
淀粉---酒精的双菌发酵
用固定化的混合菌种将淀粉原料转化成乙醇。
用海藻酸钠包埋黑曲霉和运动发酵单胞菌，形
成固定化细胞小球。黑曲霉好氧，故长在小球
表层，运动发酵单胞菌厌氧，生长在小球中间
。当淀粉液流过固定化细胞反应器时，表层的
黑曲霉将淀粉分解成葡萄糖并进入小球内层，
运动发酵单胞菌随即将葡萄糖转化成乙醇。
许多发酵是纯菌株无法实现的．只有混合菌
株才能完成．所以采用混菌培养有可能获得
新型的或优质的发酵产品，有时比单菌培养
更快、更有效．更简便．当然混菌培养的反
应机制较复杂。
2、同步培养
同步培养：是一种培养方法，它能使群体中不同
步的细胞转变成能同时进行生长或分裂的群体
细胞。
同步生长：以同步培养方法使群体细胞能处于同
一生长阶段，产同时进行分裂的生长方式称为
同步生长。
同步细胞或同步培养物：能过同步培养方法获得
的细胞称~。
同步培养物常被用来研究在单个细胞上难以研究的生理与遗传特性
和作为工业发酵的种子，它一种理想的材料。
机械筛选方法
（1）离心方法
（2）过滤分离法
（3）硝酸纤维素滤膜
法
环境条件控制技术
（1）温度：通过适宜与不适宜温度的交替处理之后，
通过培养可获得同步细胞。
（2）培养基成分控制：将不同步的细菌在营养
不足的条件下培养一段时间，然后转移至营养丰富的
培养基中培养，能获得同步细胞。
（3）其他：光照与黑暗交替培养获得光合细菌的同
步细菌；加热杀死芽孢杆菌获得芽孢杆菌的同步细胞。
3、高密度细胞培养
一般是指在液体培养中细胞含量超过常规培养10倍
以上的发酵技术。在采用毕氏酵母高密度细胞发酵时
，生物量达到100g/L（以干重计），代谢物的产量也
大为提高。 所以该技术能大大提高生产产率，并提
高产物的分离和提取效率。
高密度细胞培养的条件：
▲要选育合适的菌种
▲改进培养工艺：如优化培养基的成分和比例；采用
补料技术；提高溶氧浓度和防止有害产物的生成等。
采用毕赤氏酵母
高密度细胞发酵
的对比照．
营养是一切生命活动所需物质的总称。微生物的营养包括碳
源、氮源、能源、无机盐、生长因于和水。其中水的需要量最
大，在基质中碳源所需的量最大，其次是氮源。不同的微生物
有不同的营养类型，碳源和氮源有很大差异。实验室和工业上
常用的碳源和氮源。
微生物学实验和生产中根据用途有多种类型的培养基，可以
按需选用，也可改进和优化。
微生物生长的测定方法。稀释平板法，比浊法
微生物的生长过程根据细胞生理状态分成四个基本阶段，根
据研究和生产需要可以加以控制。
微生物的培养方法