1.培养基的组成

在培养条件中，培养基的组成对菌体的生长和酶的合成都有着最直接的影响。

（1）碳源 碳源是菌体细胞组成的原料，在细菌、酵母和霉菌的细胞干物质中，碳约占50%，是菌体生长发育必需的能源物质。各种微生物利用碳源的能力很不相同，有的可利用多种碳源生长和产酶；有的却只有利用特定的碳源才能进行酶的合成。例如，链霉菌生产葡萄糖异构酶需要D-木糖或木聚糖；假丝酵母生产脂肪酶却只能利用葡萄糖。一般地说，生产与分解代谢有关的酶类应避免使用易被利用的碳源为培养基（如葡萄糖等），也不宜提供过于丰富的碳源，否则可能导致分解代谢产物阻遏。某些碳源是酶的诱导物，选择适宜的碳源既可提高相应酶的产量，也有利于定向地促进某些酶的合成。如甘露聚糖可诱导甘露聚糖酶的生成；玉米芯粉（富含木聚糖）或木聚糖可以诱导嗜热拟青霉和嗜热棉毛菌液体发酵产木聚糖酶；小麦麸皮（富含葡聚糖）可诱导米黑根毛霉分泌葡聚糖酶。

（2）氮源 细胞的干物质中，氮含量仅次于碳和氧，是组成菌体蛋白质和核酸的重要元素。从分子态的N₂到复杂的含氮化合物都能被不同的微生物所利用，不同微生物对氮源的利用情况差异较大。例如，用橘青霉（Penicillium Citrinum）生产5′-磷酸二酯酶，菌的生长和产酶都以有机氮效果为好。有的菌却倾向利用无机氮，例如，以黑曲霉生产淀粉酶，用硝酸盐可使其产酶率显著提高。还有一类情况，菌的生长和产酶阶段对氮源的要求不同。例如，有机氮可促进绿色木霉生长，而铵盐或硝酸盐却有利于其纤维素酶的合成。此外，氮源的具体性质和使用的浓度都能在不同程度上影响到菌体的生长和酶的形成。

（3）碳氮比（C/N）在某些情况下，碳氮化可直接关系到菌的生长和产酶。例如，较低的碳氮比（C/N）常有利于蛋白酶产量的提高，但发酵后期培养基的pH往往会偏移向碱侧，反过来又会阻遏蛋白酶的积累，因此选择并控制适宜的碳氮比也是提高酶产量的一个重要因素。

（4）金属离子及对应的阴离子 这些离子直接参与细胞物质的组成，或作为酶的活性组成部分与活化剂发挥作用。例如，Co²⁺能促进葡萄糖异构酶的生成，而Mn²⁺、Fe²⁺和Ca²⁺等产生的影响却相反。值得注意的是，离子浓度常具有关键的意义。例如，Co²⁺浓度小于5mmol/L时，能显著提高葡萄糖异构酶的产量，但大于5mmol/L时，却产生阻遏效应。至于离子性质，对钠的化合物而言，Na₂CO₃的促进作用最大；对氟的化合物而言，CaF₂促进作用最显著，Cl^-和常起阻遏作用。

（5）生长因子 通常是一些微量有机物，主要是一些B族维生素，也包括氨基酸、嘌呤、嘧啶及其衍生物，有时还包括一些脂肪酸及其他膜成分。生长因子有两种作用，一是对微生物代谢活动起调节作用，在产酶菌的培养过程中，如果添加含有某种生长因子的物质，常可使酶产量大大提高。二是作为辅酶的构成成分，影响酶的活性。某些产酶菌在缺乏它们的培养基中虽然可以很好地生长，而且可以合成酶蛋白，但是形成的酶却可能不具有活性。

（6）pH培养基的酸碱度对微生物的生长和产酶往往有很大影响。大多数细菌的最适pH在7左右，霉菌偏向于酸性。在微生物生长繁殖过程中会产生引起培养基pH改变的代谢产物，尤其当微生物产酸能力较强时，若不适当加以调节，就会抑制甚至杀死其自身。概括地说，对于相当多的水解酶，产酶的最适pH与酶作用的最适pH相近；不过，对于有些水解酶和氧化酶，二者相差可能较大。很多微生物能同时产生几种相关的酶，当培养基pH改变，各种酶的合成比例也可能随之而变。有些酶在其催化过程中能引起介质酸碱度改变，通常有利于那些能产生中和介质产物的酶类生成。培养基的pH和培养基的组成往往有关，特别是培养基组成成分的生理性质对pH有很大的影响。

（7）湿度 湿度能直接影响固体发酵的产酶率，与产酶达到高峰的时间有关。不过由于菌和酶的种类繁多，难以找出一定的规律。而液体发酵不受湿度影响。

据估计，培养基的成本约占发酵成本的70%。在考虑培养基组成时，除了上述各种影响因素外，培养基的价格也应重点考虑。在设计培养基时，可以通过正交法、化学工程法、响应面法等确定最优配方。(www.daowen.com)

2.通气量

由于大多数产酶菌是好氧菌，因此调节通气量对提高酶产量往往有直接意义。一般地说，采用液体深层发酵时，较小的通气量有利于霉菌的孢子萌发和菌体生长，而较大的通气量则常可促进酶的形成。固体发酵似有不同的规律，菌体生长通常要求较好的通气条件，而较小的通气量却能显著提高酶的产量。

3.培养温度

培养温度不仅能影响菌的生长，也能影响酶的合成。微生物不同的生理活动需要在不同温度条件下进行，例如乳酸链球菌在34℃时繁殖速度最快，25～30℃时细胞产量最高，40℃时发酵速度最快，30℃乳酸产量最高。因此，研究不同微生物生长或积累代谢产物阶段时，采用不同最适温度，对提高发酵生产的效率具有十分重要的意义。大多数情况下，产酶菌在低于最适生长温度条件下培养时，酶产量比较高。因此对于生产菌种，要掌握它的不同温度要求，在发酵前期可以将其控制在较高的温度下以利于菌体快速生长，而在发酵后期则应降低温度，以促进产物生成。另一方面，培养温度也可能直接影响酶合成后的稳定性，特别是酶的耐热性。

4.采酶时机

对于大多数胞外酶来说，酶的合成和菌体的生长大致呈平行关系，生长停止时，酶产量达到最大；继续培养酶产量往往会以不同的速度逐渐下降。例如，重组枯草芽孢杆菌生产溶菌酶，培养15h左右达到产酶高峰，菌的生长也趋于稳定；16h后酶产量迅速下降。一般而言，要掌握准确的采酶时机，在实验阶段及中试时就必须严格操作，做出稳定的生长产酶曲线，为工业生产提供可靠数据。一般的生长产酶曲线都是前期快速增长，后期到达一个峰值后开始缓慢降低，如图4-3所示。

图4-3 米黑根毛霉固体发酵产葡聚糖酶曲线示意图

◆—酶活力 ◇—蛋白质含量

优良菌种的筛选、适宜培养条件的确定是获得高酶产量的重要措施，但是仅靠这些办法往往不够，为使酶产量有一个飞跃，还需要另外一些更有效的办法，这将在下面的章节中介绍。