增殖培養基

培養基的選擇應根據微生物生長代謝活動的需要，並有利於合成細胞物質和生物化工產品的生成。培養基中主要含有水、碳源(能源)、氮源、礦物質，有的還需要提供維生素等。在酶反應過程中，原料液中被轉化的物質亦即酶的作用物，亦可稱為底物。

按其組成成分分成三類：

①天然培養基,全由天然產物組成，例如含澱粉、黃豆餅粉等天然物質；

②複合培養基，由部分天然產物和部分已知成分的化合物組成，例如其中的氮源既有天然物質黃豆餅粉，又有合成化合物硫酸銨；

③合成培養基，全由已知成分的化合物所組成，例如以純的碳水化合物或碳氫化合物為碳源，以銨鹽為氮源。天然培養基和複合培養基常用於工業生產，而合成培養基(偶爾包括複合培養基)則常用於試驗。

按用途分類包括：

①基礎培養基，營養需求相似的一些生物其所需的營養物大體相同，因之可配製一種適合於它們共同需要的含有基本營養成分的基礎培養基；

②增殖培養基，又稱豐富培養基，常用於菌種選育方面。它是由基礎培養基，再加入特殊的營養物質，以使某種差異型微生物在其中迅速生長繁殖；

③鑑別培養基，即在培養基中加入某種試劑，從而在培養過程中表現出特殊反應，用以鑑別不同類型的微生物，如無菌試驗用的酚紅肉湯培養基，就是一種鑑別培養基；

④選擇培養基，根據某些微生物具有特殊營養要求，或對某些化學物質具有抗性而設計的,例如在配方中加入某種化學藥物,以限制對敏感菌的生長繁殖，而將對其不敏感的所需的微生物分離出來。如在分離酵母菌時，可加入青黴素、鏈黴素等以抑制細菌的生長。

培養基還可根據其形態分成液體或固體培養基。例如用於無菌試驗的肉湯培養基為液體培養基。用於培養青黴菌孢子的小米或大米為固體培養基，在培養基中加入適量瓊脂而形成的凝膠培養基，也稱固體培養基。

培養基的選擇一般儘可能要滿足以下要求：①單位質量基質，應能產生最大量的生物物質或生物化工產品，並且要使所產生的生物物質或生物化工產品在發酵液中的濃度最高，產率最高，使不需要的其他代謝產物的生成，限在最低範圍內。②培養基成本低、質量均一併隨時保證提供使用。③培養基使用時，對通氣、攪拌、後處理和三廢治理等方面所產生的問題最少 ^[1]  。

培養基的成分包括:碳源、氮源、礦物質,以及其他必需物質。這些成分通過生物反應過程，生成生物物質、生物化工產品，並放出CO₂、H₂O和熱量。 培養基的成分還可以由發酵過程中所需的元素出發，如C、H、O、N、S、P、Mg、K等。此外,必要時還有一些需要量很少的微量元素,如Fe、Zn、Cu、Mn、Co、Mo、B等。在發酵過程中某些生物本身不能合成的物質，如氨基酸、維生素或核苷酸等，必要時亦作為營養物質加入到培養基中。

碳源

具有雙重作用。生物在產生生物物質或生物化工產品過程中，它不僅為其提供碳源，也為其提供能源。碳水化合物是微生物發酵中的主要碳源，包括澱粉、葡萄糖、蔗糖和乳糖等。此外，植物油如豆油、棉籽油、玉米油等亦常被應用作為碳源。這類油常與表面活性劑合用，以消除發酵過程中所產生的泡沫。甲醇可用以生產單細胞蛋白。正烷烴類可用以生產有機酸、氨基酸和維生素等，甚至二氧化碳也可作為光合細菌的碳源。

包括無機氮源和有機氮源。無機氮源包括氨、銨鹽及硝酸鹽等，它們在被應用時應注意發酵中pH的變化；有機氮源包括氨基酸、蛋白質及尿素等，有機氮源的加入往往加快了生物的生長。因考慮到成本因素，一些有機氮源，如黃豆餅粉、花生餅粉、棉籽餅粉、玉米漿、魚粉、酵母粉等常被選用。

培養基的組成中除了水分外，碳源和氮源的含量是最大的。碳源含量一般不超過10%，氮源含量較低，一般碳氮比應為3～4:1。碳、氮源含量不能過高的原因是避免產生基質或產物對反應的抑制和因滲透壓過高引起細胞失水而死亡。

礦物質

培養基中 Mg、P、K、S、Ca、Cl常是主要的礦物質的組成成分，其他如Co、Cu、Fe、Mn、Mo及Zn也往往不可少，但需要量很小，可從其他主要培養基成分中得到。如是使用合成培養基就需要把這些微量元素加進去。它們不僅為生物生長所必需，也是為了得到某些產物所必不可少者。例如生物合成青黴素或頭孢菌素需要一定量的硫；生物合成維生素B12需要一定量的鈷。

維生素

某些生物在培養過程中需要某些維生素，往往在天然培養基中已經提供了必要的維生素，但在某些特殊情況下需單獨加入維生素。例如在穀氨酸生產過程中需加入生物素,某些植物細胞培養中需要硫胺素(維生素B1)。

緩衝劑

由於發酵過程中pH對形成生物產物的影響很大，為維持穩定的pH，常採用緩衝劑，例如碳酸鈣或磷酸鹽。後者除能調節pH外，還為培養基提供磷源。 前體或代謝調節劑 　前體是指某一種化合物被加入到發酵培養基中之後，能直接參與產物的生物合成中去。如在青黴素G（即苄基青黴素）的發酵過程中,加入適當的苄基化合物（如苯乙酸）能明顯提高青黴素 G的產量。 代謝調節劑中包括抑制劑和誘導劑，當一種抑制劑加入到發酵過程中時能抑制不需要的產物，而大量產生所需的特定產物（或中間體）。如在四環素發酵中，加入溴化物能抑制金黴素(即氯四環素)的形成，從而增加四環素的產量。至於誘導劑，多數酶的生成需要它來誘導。在正常情況下,酶所需的基質或基質的類似物,可用作誘導劑。如麴黴產生α－澱粉酶時需要澱粉作誘導劑。

也稱消泡劑，一種表面活性劑，能降低泡沫的表面張力，從而消除發酵中泡沫。在多數好氣發酵中需解決泡沫問題。泡沫形成的主要原因是由於在培養基中有蛋白質，從而在發酵液和空氣泡之間的界面上形成膜，這種膜不易被破壞。泡沫大量形成後，能進入發酵罐的排氣管道而造成發酵染菌及發酵液流失。常用的消泡劑為油脂類、酯類、硅油及聚氧乙烯－聚氧丙烯甘油醚。加入消泡劑能降低氧傳遞率達50%，因此消泡劑應儘量少加。

在大規模連續發酵培養單細胞蛋白中，需將發酵液循環以充分利用其中的營養物質。但在循環過程中需調節其中營養物的含量水平。採用此工藝時，常注意防止在單細胞蛋白飼料中，過多積累不必要的其他代謝物。 動物細胞的培養基，包括葡萄糖（有時加半乳糖）、氨基酸（有時加蛋白水解液）、維生素、激素、無機鹽及血清等,其中血清常是必要的，且含量要佔5%～10%。由於它的來源有限，價格高昂，因此正在進行無血清培養的研究。植物細胞的培養基，除了包括微生物培養基的基本成分外，還必須包含植物激素（如生長素、細胞分裂素等）、植物生長調節劑(人工合成的外源激素)及必要的前體 ^[2]  。

培養基在使用前通過高壓或過濾滅菌。防止污染應該注意以下事項：

確認工作細胞庫是否被污染，確認毒種工作種子批是否被污染，確認所用培養基及其添加成分(如小牛血清、NaHCO3等)是否被污染，均可用細菌、真菌及支原體無菌試驗來確認並排除。同時要對無菌試驗培養基的靈敏度進行驗證。實際生產中，可以從配製好的培養液中取少量加入營養瓊脂於恆温培養箱內培養，48小時即可觀察有無污染。

其它：高壓滅菌設備、過濾除菌設備均應進行驗證，確保滅菌和除菌效果;前者應在投產前及其後的每6個月進行驗證，後者應在每次除菌前、後進行驗證工作(至少應在除菌後進行一次)。

另外，應將有毒區與無毒區嚴格分開，並有各自獨立的空氣淨化系統及孵室，有毒區對無毒區應保持相對負壓，防止病毒對培養細胞(尤其是細胞庫)的污染。