Питательная среда должна быть стерильной.

В производстве фармацевтической продукции применяются натуральные, полусинтетические и синтетические питательные среды. Сырьем для натуральных средслужат животные ткани, микроорганизмы, растения, овощи, фрукты, зерно и другие продукты, а также отходы производства. К плюсам использования натуральных сред относится наличие всего комплекса необходимых компонентов, к минусам – малая пригодность для крупнотоннажных производств из-за непостоянства состава. Комплексные натуральные среды, состоящие из пшеничных отрубей и биошрота, широко используются для получения ферментов. Естественные среды, представляющие собой экстракты растительного и животного материала (виноградный сок, молоко, пептон, сыворотку), долгое время были единственными для культивации микроорганизмов и клеток тканей. Подобные среды удобны, так как содержат все источники, необходимые для роста и размножения, имеют неопределенное содержание макро- и микроэлементов.

Полусинтетические среды состоят из соединений известной химической природы и комплекса неопределенных веществ. Это меласса, кукурузный экстракт, отруби, жидкие парафины, древесные гидролизаты и другие отходы пищевых и непищевых производств (антибиотики, аминокислоты, дрожжи, ферменты).

Синтетические среды состоят из химически чистых, строго дозированных веществ, служащих для культивирования микроорганизмов и простейших в лабораторных условиях. Среди таких веществ – соединения известной химической природы: этанола, метанола, природного газа и метана.

Питательные среды могут иметь неопределенный состав, то есть включать биогенные добавки - мясной экстракт, кукурузную муку, морские водоросли и т.д. Применяют также среды, приготовленные из чистых химических соединений в заранее определенных соотношениях - синтетические среды. Среды обоих типов имеют как преимущества, так и недостатки. С экономической точки зрения наиболее целесообразно употребление более дешевого природного сырья. Применение синтетических сред строго определенного состава позволяет регулировать протекающие в биореакторе процессы, добиваться их оптимизации. Компромиссным подходом является использование полусинтетических сред, в состав которых вместе с соединениями известной химической природы входят биогенные добавки.

Компонентный состав сред зависит от пищевых потребностей микроорганизмов. Конструктивные и энергетические процессы у микроорганизмов крайне разнообразны, поэтому столь же разнообразны их потребности в питательных веществах. Например, автотрофные организмы синтезируют органические вещества клеток из СО₂ и Н₂О с утилизацией энергии света (фотоавтотрофы) или химических реакций окисления (хемоавтотрофы), поэтому питательные среды для таких микроорганизмов могут не содержать органические соединения. Очень простые по составу среды для культивирования цианобактерий: источником энергии служит свет, углерода - СО₂, азота - N₂.

Однако во многих биотехнологических производствах используются микроорганизмы, требующие органических источников углерода и энергии (гетеротрофы). Так как микроорганизмы способны ассимилировать любые органические соединения, то потенциальными ресурсами для биотехнологии могут служить все мировые запасы органических веществ. При выборе сырья необходимо учитывать его влияние на себестоимость готового продукта, доступность, методы получения, свойства и качественные характеристики.

Потребности микроорганизмов в тех или иных соединениях определяются особенностями данного вида. В самом приближенном виде физиологические потребности микроорганизмов в питательных веществах можно выявить, определив химический состав микробной клетки. Среда для выращивания микроорганизмов должна включать элементы, которые входят в состав клеток, и сохранять правильные соотношения этих элементов.

В состав практически любой питательной среды входят такие компоненты, как вода, соединения углерода, азота, фосфора и других минеральных веществ, витамины.

Вода. Вода должна отвечать требованиям ГОСТ (чистая, бесцветная, без привкуса, запаха и осадка).

Источники углерода. Легкодоступными считаются сахара: глюкоза, сахароза, лактоза, за ними следуют многоатомные спирты: глицерин, маннит и др. Далее следуют полисахариды: целлюлоза, гемицеллюлоза, крахмал, которые могут стать источниками углерода либо после превращения их в усвояемые микроорганизмами моно- и низкомолекулярные олигосахариды, либо если микроорганизмы имеют набор ферментов, гидролизующих эти вещества. Такими микроорганизмами являются плесневые грибы родов Aspergillus, Penicilli-um, бактерии рода Bacillus и др.

На практике встречается большое количество микроорганизмов, которые успешно утилизируют органические кислоты, особенно в анаэробных условиях.

Низкомолекулярные спирты - метанол и этанол - относятся к числу перспективных видов сырья. Многие дрожжи родов Candida, Hansenula и др. способны ассимилировать этанол. Дрожжи родов Pichia, Candida и др., бактерии рода Flavobacterium используют в качестве единственного источника углерода метанол.

Некоторые виды микроорганизмов (незначительная часть) используют в качестве источника углерода и энергии углеводороды: н-алканы и некоторые фракции нефти.

Источники азота. Азот может содержаться в форме неорганических солей или кислот. Большинство дрожжей хорошо усваивает аммиачные соли, а также аммиак из водного раствора, потребность в нитратах испытывают только некоторые виды дрожжей. Источником азота могут служить и органические соединения: аминокислоты, мочевина и т.д., которые легко усваиваются микроорганизмами.

Известно, что бактерии более требовательны к источникам азота, чем другие микроорганизмы (грибы, актиномицеты и дрожжи).

Источники фосфора. Фосфор является важнейшим компонентом клетки. Он входит в состав АТФ (аденозинтрифосфата), АДФ, АМФ и тем самым обеспечивает нормальное течение энергетического обмена в клетке, а также синтез белков, нуклеиновых кислот и другие процессы биосинтеза. Фосфор вносят в среду в виде солей фосфорной кислоты.

Источники витаминов и микроэлементов. Потребность микроорганизмов в витаминах и микроэлементах различна, тем не менее практически все микроорганизмы лучше растут в присутствии витаминов. Эффективной добавкой к питательным средам оказался кукурузный экстракт благодаря наличию в нем витаминов, аминокислот и минеральных элементов в легко ассимилируемых формах. В рецептуры сред включают также дрожжевой автолизат, дрожжевой экстракт, сок картофеля, молочную сыворотку, экстракт солодовых ростков и другие продукты. Микроэлементы в состав питательных сред вводят в микродозах, в противном случае они оказывают ингибирующее действие на микробные клетки.

Состав питательной среды для конкретного вида микроорганизма устанавливается экспериментально. Задача специалиста, оптимизирующего состав среды, - выбрать из перечня источников углерода, азота, фосфора и других веществ наиболее оправданные в экономическом и экологическом отношении и внести их в необходимом соотношении.

Питательная среда — однокомпонентный или многокомпонентный субстрат, применяемый для культивирования микроорганизмов или культур клетоквысших организмов.

Селекция продуцентов БАВ.