在發酵罐中培養大腸桿菌時，通常會使用特定的發酵培養基，這些培養基根據大腸桿菌的生長需求和生產目的進行了優化。以下是一些常用的發酵培養基及其配方：大腸桿菌常用的發酵培養基主要包括以下幾種：

1. LB培養基（Lysogeny Broth）

LB培養基是常用的大腸桿菌培養基，適用于大腸桿菌的生長、維持和大規模培養。

主要成分：

· 胰蛋白胨（Tryptone）：10 g/L

· 酵母提取物（Yeast Extract）：5 g/L

· 氯化鈉（NaCl）：10 g/L

特點：

· 營養豐富，適合大腸桿菌快速生長。

· 可以添加瓊脂制成固體培養基。

2. TB培養基（Terrific Broth）

TB培養基比LB培養基含有更多的營養成分，適合于高密度發酵。

主要成分：

· 胰蛋白胨（Tryptone）：12 g/L

· 酵母提取物（Yeast Extract）：24 g/L

· 甘油（Glycerol）：4 mL/L

· 磷酸氫二鉀（KH2PO4）：12.54 g/L

· 磷酸二氫鉀（K2H2PO4）：8.56 g/L

· 氯化銨（NH4Cl）：3.4 g/L

特點：

· 提供更高的營養物質，適合于高密度細胞培養。

· 常用于蛋白質表達和大規模生產。

3. SOB培養基：

適用于大腸桿菌蛋白表達，能夠提高蛋白產出量，也用于配制SOC培養基。

主要成分：

· 2% 胰蛋白胨

· 0.5% 酵母提取物

· 10 mM NaCl

· 2.5 mM KCl

· 10 mM MgCl2

· 10 mM MgSO4

· pH7.5

特點：

· 成分更復雜，營養更豐富，氮含量高，適合于分子生物學實驗。

4. SOC培養基：
主要用于大腸桿菌感受態細胞的制備和轉化，能夠提高轉化效率，也適用于蛋白表達。

主要成分：

· 2% 胰蛋白胨

· 0.5% 酵母提取物

· 10 mM NaCl

· 2.5 mM KCl

· 10 mM MgCl2

· 10 mM MgSO4

· 20 mM D-葡萄糖

· pH7.5

特點：

· 在SOB培養基的基礎上增加了葡萄糖，提供了直接的碳源，有利于大腸桿菌生長。

5. M9培養基

M9培養基是一種基本培養基，通常用于特定的實驗需求，如營養缺陷型菌株的培養。

主要成分：

· 葡萄糖（Glucose）：4 g/L

· 氯化銨（(NH4Cl）：1 g/L

· 氯化鈉（NaCl）：0.5 g/L

· 磷酸氫二鉀（KH2PO4）：3g/L

· 磷酸二氫鈉（Na2H2PO4）：6.78 g/L

· 硫酸鎂（MgSO4）:0.241 g/L

· 氯化鈣（CaCl2）:0.011 g/L

特點：

· 營養成分較為簡單，常用于基礎研究或需要嚴格控制營養條件的實驗。

6. 2xYT培養基

2xYT培養基是LB培養基的變種，含有更高的營養成分，適合于高密度培養。

主要成分：

· 胰蛋白胨（Tryptone）：16 g/L

· 酵母提取物（Yeast Extract）：10 g/L

· 氯化鈉（NaCl）：5 g/L

特點：

· 營養豐富，適合于高密度大腸桿菌培養。

補充物：

在大腸桿菌發酵過程中，還可能需要添加以下補充物：

· 抗生素：用于選擇抗性菌株。

· 誘導劑：如IPTG，用于誘導重組蛋白的表達。

· 微量元素和維生素溶液：用于支持細胞生長。

在發酵過程中，培養基的配方和條件（如pH、溫度、溶解氧等）需要根據具體的實驗目的和生產要求進行調整。比如：如果需要進行高密度發酵，需要增加硫酸鎂的量，補料加入合適酵母浸粉可以加提高發酵周期，加入硫酸銨可以提高菌濃。發酵過程應在嚴格的無菌條件下進行，并監控發酵過程的各項參數，以確保發酵達到預期的結果。

大腸桿菌發酵工藝開發流程通常包括以下幾個關鍵步驟：

1、菌株的構建：

首先需要選擇一個優良的菌株，包括基因工程路線設計、菌株改造與篩選、搖瓶條件摸索等。

2、培養基的優化：

培養基是大腸桿菌發酵工藝的重要組成部分。需要根據不同菌株和產品要求調整培養基配方，對培養基成份比較了解，可以進行DOE篩選，主要成分包括碳源、氮源、無機鹽和生長因子等的搭配比例。

3、工藝參數優化與控制：

溫度：大腸桿菌生長的最佳溫度通常為37℃，但根據發酵目的和菌種特性，可以適當調整溫度范圍。

pH值：大腸桿菌最適生長的pH值為7±0.2。發酵過程中需要通過酸堿補料策略維持發酵液的pH值穩定。

溶氧（DO）：大腸桿菌的臨界溶解氧濃度范圍為20%~30%。溶氧不足會導致乙酸積累，影響菌體生長；溶氧過高則可能產生氧中毒現象。因此，需要通過調節攪拌轉速、通氣量等參數來控制溶氧水平。

補料策略：選擇補料分批式發酵，以實現大腸桿菌的高密度發酵和獲得更多的生物質。補料過程中需要實時監測發酵液中的養分消耗情況，進行補料工藝的開發，確定補料種類與補料時間與補料量。

    發酵工藝開發過程中可以采用minitab或者JMP等類似軟件進行DOE的實驗方法設計，以加快實驗過程，找到更好更穩健的工藝參數。