微生物培养基中常见成分，各种蛋白胨的生产流程及特性介绍

历史背景

蛋白胨的发展历程始于1880年奈格利（Naegeli）的首次描述，凭借其富含易被细菌利用的氨基酸和含氮化合物，蛋白胨迅速成为培养基种重要的组成成分之一。

蛋白胨的生化过程

蛋白质是所有生物体结构与功能不可或缺的分子。它们由数量不等的氨基酸，通过肽键连接而成，并折叠形成各种复杂空间结构。通过强酸、强碱或蛋白水解酶的作用，蛋白质可经水解过程降解为氨基酸和肽类，从而转化为细胞更易利用的营养形式。蛋白质水解产物，即"蛋白胨"，正是这一过程的最终产物。

蛋白胨的独特性能和特征，主要取决于三大要素：原料蛋白质、酶制剂，以及具体的水解工艺。蛋白胨的生产原料涵盖动物性和植物性两大类蛋白质，包括肉类、乳制品中的酪蛋白和乳清蛋白、明胶等分，以及大豆、酵母和谷物等植物来源成分。酶解过程中用到的酶制剂，既可采用动物器官提取的胰酶（来源于胰脏）和胃蛋白酶（来源于胃粘膜），也可使用植物提取的木瓜蛋白酶、无花果蛋白酶和菠萝蛋白酶，还有微生物发酵产生的各种酶类。这些原料和工艺变量的不同组合，最终造就了各款蛋白胨的独特功能特性。

蛋白胨生产的生化过程

蛋白质水解

强酸水解是一种剧烈的蛋白质分解工艺，通常在高温条件下进行。该过程会无差别地断裂蛋白质底物中的所有肽键，同时导致部分游离氨基酸遭到破坏。其中，色氨酸在酸水解过程中基本完全损失，胱氨酸、丝氨酸和苏氨酸会被部分分解，而天冬酰胺和谷氨酰胺则转化为相应的酸性形式。此外，酸水解还会破坏绝大多数维生素成分，且在后续中和过程中可能形成大量盐类，导致终产物的盐含量偏高。

相比之下，蛋白酶的水解作用更为温和。这类酶解反应无需高温条件，且能特异性识别特定肽键进行切割，最终产物为不同链长的氨基酸和多肽混合物。例如：胃蛋白酶可特异性切断苯丙氨酸或亮氨酸形成的肽键；木瓜蛋白酶则作用于精氨酸、赖氨酸和苯丙氨酸相邻位点；胰酶更可识别包括精氨酸、赖氨酸、酪氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和亮氨酸在内的多种肽键。

近年来，微生物蛋白酶（由微生物分泌的蛋白水解酶）在蛋白胨生产中的应用日益广泛。这些源自细菌、藻类、真菌和酵母的蛋白酶具有多样化的酶活特性，不仅易于大规模生产，且通常只需简单纯化即可满足工业需求。

蛋白胨的工业生产

蛋白胨的工业化生产遵循相似的工艺流程，主要包括水解/消化、离心、 过滤、浓缩和干燥等核心环节。在生产过程中，首先将蛋白质原料与去离子水在大型消化罐中混合形成浓稠悬浮液，并保持持续搅拌。随后调节悬浮液至所选水解酶的最适pH值（例如：胃蛋白酶在pH 2.0时活性最高，而胰蛋白酶则在pH 8.5时达到最佳活性），待温度和pH条件优化后加入适量酶制剂。需要特别说明的是，酶添加量、消化时间以及pH和温度的精确控制，均取决于预设的水解程度指标。

当达到既定蛋白消化程度后，需立即终止酶解反应。通过加热灭活酶制剂或中和酸碱来实现反应终止。随后对蛋白浆料进行离心和/或过滤处理，以去除不溶物并实现产物的澄清与浓缩。真空蒸发技术可加速浓缩过程，所得固体含量约67%的蛋白胨糖浆还需经过pH调节、巴氏杀菌和精细过滤等后续处理。最终通过喷雾干燥或真空烘箱盘式干燥完成深度浓缩，即可获得符合包装要求的成品蛋白胨。

蛋白胨生产的工业过程

超滤

超滤（UF）是一种基于分子量差异的膜分离技术，可用于蛋白质溶液的组分分离与浓缩。在蛋白胨生产过程中，超滤技术被用于制备低内毒素产品。内毒素是革兰阴性菌细胞壁中含有的脂多糖成分，既可随活菌代谢脱落，也会在细菌死亡时释放。由于内毒素会导致人体产生病理反应，因此在制药级产品的制备过程中必须严格控制其含量。在蛋白胨生产工艺中，超滤工序通常安排在干燥步骤之前进行，通过分子量筛分有效去除内毒素等大分子杂质。

肉蛋白胨

肉蛋白胨是通过水解动物蛋白，制得的氨基酸和肽类混合物，能够为微生物生长提供必需氮源。这类蛋白胨的生产工艺具有高度可定制性，通过精准控制原料蛋白质的质量与来源、蛋白消化酶的特性与来源，以及水解、浓缩和干燥等关键工艺参数，可以针对不同微生物的营养需求进行针对性开发。

动物蛋白原料主要来源于肌肉、内脏，及明胶。其中，明胶是通过熬煮动物结缔组织、骨骼和软骨中的胶原蛋白提取而来。在实际生产中，这些原料可以新鲜、冷冻或干燥状态投入使用。

在蛋白水解环节，最常使用的是从猪等动物胃黏膜分离的胃蛋白酶，以及从动物胰腺提取的胰酶复合物。胰酶复合物包含多种功能各异的酶组分，如负责切割精氨酸和赖氨酸羧基端肽键的胰蛋白酶，特异性分解芳香族氨基酸的糜蛋白酶，还有能够从多肽链羧基末端依次水解氨基酸的羧肽酶A和B，以及专门降解弹性蛋白的弹性蛋白酶等。这些酶制剂的合理搭配使用，是实现高效蛋白水解的关键。

肉蛋白胨

酪蛋白蛋白胨

酪蛋白与乳清蛋白胨是从牛乳蛋白质中提取的水解产物。牛乳作为复杂混合物，主要由水分、乳糖、脂类、无机盐和蛋白质组成，其中蛋白质部分以酪蛋白（80%）和乳清蛋白（20%）为主要成分。

在工业生产中，首先通过离心脱脂去除牛乳中的脂肪成分，随后加入盐酸或硫酸，使酪蛋白（不溶性成分）沉淀析出，所得产物称为酸酪蛋白，其不溶于水。

将酸酪蛋白溶于氢氧化钠等碱液，转化为可溶性酪蛋白酸钠（含87%-90%蛋白质），作为水解酪蛋白的基础原料。酪蛋白占牛乳总成分的3%，因其包含常见氨基酸且必需氨基酸含量丰富，被视为最具营养价值的乳蛋白。

分离酪蛋白后获得的澄清上清液，即为乳清（也称乳浆），这是酪蛋白和奶酪生产的副产品。乳清中含有α-乳白蛋白和β-乳球蛋白，通过离子交换、过滤等分离技术可获得乳清蛋白浓缩物，而α-乳白蛋白则需经热变性后分离。乳清蛋白胨是通过酶解这些分离蛋白制得，除游离氨基酸和肽类外，还含有碳水化合物、维生素和矿物质。

酪蛋白胨可通过酸水解或酶解法生产。酸水解通常采用盐酸，能将酪蛋白完全分解为氨基酸等简单化合物；而酶解工艺（主要使用胰酶）则相对温和，不会彻底分解蛋白质。胰酶中的蛋白酶组分（不含脂肪酶和淀粉酶）仅能将蛋白质降解为肽段而非单个氨基酸，因此酶解酪蛋白胨含有更丰富的肽类成分，尤其适合偏好肽类营养的微生物生长。这种部分水解产物，比完全水解的氨基酸混合物，更具营养价值。

大豆蛋白胨

大豆蛋白胨是通过酶解大豆粉制备的全植物源蛋白水解物。由于大豆中含有多种热不稳定性蛋白酶抑制剂，工业生产中通常采用控温烘烤脱脂大豆的方式来消除这些抗营养因子。作为大豆蛋白胨的主要原料，大豆粉富含优质蛋白质、碳水化合物、钙质和B族维生素等营养成分。在酶解工艺环节，主要采用非动物源酶制剂，或使用在无动物成分培养基中培养的，微生物蛋白酶。这种生产工艺既保证了大豆蛋白的高效水解，又避免了动物源性物质的引入，使得最终产物完全符合植物源性蛋白胨的定位要求。

酵母提取物

《美国药典》将酵母提取物定义为"一种水溶性、类似蛋白胨的酵母细胞衍生物"。酵母提取物主要以干燥粉末形式供应，而欧洲制药企业，则采用液态、膏状及粉末三种剂型。

作为培养基的关键成分，酵母提取物不仅能提供丰富的B族维生素（其作为维生素补充剂的用途已在保健食品行业得到长期认可），还含有蛋白质、碳水化合物及多种微量营养素。

酵母提取物有很多种，根据原料来源主要分为两类：啤酒酵母和面包酵母。

啤酒酵母提取物是啤酒酿造业的副产品，其生产涉及去苦味处理（去除啤酒花树脂）工艺。由于使用的菌种和发酵工艺各异，最终产品的品质往往存在较大波动。

面包酵母（酿酒酵母）提取物则属于原生型酵母产品，其生产全程可控：酵母细胞在优化设计的糖蜜培养基中进行12-20小时的补料分批发酵，且发酵过程证实，通气量越大最终产量越高。这种酵母通过温度冲击或渗透压冲击（食品工业常用）启动自溶过程，在10-60小时内，酵母内源酶会持续降解细胞内容物，而冲击温度经过精确控制以避免蛋白酶失活。

自溶完成后，通过离心和多级过滤分离可溶组分，最终产物可喷雾干燥成粉或保持60-80%固形物的浓缩膏状。值得注意的是，酵母提取物的多样性源于多重变量的组合调控，包括：自溶温度、pH值、外源酶添加、培养基成分以及自溶持续时间等参数。

酵母提取物

蛋白胨性能

在蛋白胨生产过程中，原料选择与工艺条件均受到严格管控，以确保批次一致性。生产所用原料，包括蛋白质底物、水解剂及缓冲试剂等，均需符合特定的纯度与质量标准。水解过程中的关键参数（如酶添加量、消化时间、pH值和反应温度）不仅决定了水解程度，更直接影响水解产物的质量，因此需要全程精确调控。此外，纯化、浓缩和干燥等后续工序也需严格规范，因其显著影响蛋白胨的最终特性。每批蛋白水解物出厂前还需通过物理指标、化学成分、分析检测及微生物生长支持等系列测试，从而确保产品质量的稳定可靠。

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更新日期：2025-06-09

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