在发酵罐中培养大肠杆菌时，通常会使用特定的发酵培养基，这些培养基根据大肠杆菌的生长需求和生产目的进行了优化。以下是一些常用的发酵培养基及其配方：大肠杆菌常用的发酵培养基主要包括以下几种：

1. LB培养基（Lysogeny Broth）

LB培养基是常用的大肠杆菌培养基，适用于大肠杆菌的生长、维持和大规模培养。

主要成分：

· 胰蛋白胨（Tryptone）：10 g/L

· 酵母提取物（Yeast Extract）：5 g/L

· 氯化钠（NaCl）：10 g/L

特点：

· 营养丰富，适合大肠杆菌快速生长。

· 可以添加琼脂制成固体培养基。

2. TB培养基（Terrific Broth）

TB培养基比LB培养基含有更多的营养成分，适合于高密度发酵。

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

· 磷酸氢二钾（KH2PO4）：12.54 g/L

· 磷酸二氢钾（K2H2PO4）：8.56 g/L

· 氯化铵（NH4Cl）：3.4 g/L

特点：

· 提供更高的营养物质，适合于高密度细胞培养。

· 常用于蛋白质表达和大规模生产。

3. SOB培养基：

适用于大肠杆菌蛋白表达，能够提高蛋白产出量，也用于配制SOC培养基。

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

特点：

· 成分更复杂，营养更丰富，氮含量高，适合于分子生物学实验。

4. SOC培养基：
主要用于大肠杆菌感受态细胞的制备和转化，能够提高转化效率，也适用于蛋白表达。

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

特点：

· 在SOB培养基的基础上增加了葡萄糖，提供了直接的碳源，有利于大肠杆菌生长。

5. M9培养基

M9培养基是一种基本培养基，通常用于特定的实验需求，如营养缺陷型菌株的培养。

主要成分：

· 葡萄糖（Glucose）：4 g/L

· 氯化铵（(NH4Cl）：1 g/L

· 氯化钠（NaCl）：0.5 g/L

· 磷酸氢二钾（KH2PO4）：3g/L

· 磷酸二氢钠（Na2H2PO4）：6.78 g/L

· 硫酸镁（MgSO4）:0.241 g/L

· 氯化钙（CaCl2）:0.011 g/L

特点：

· 营养成分较为简单，常用于基础研究或需要严格控制营养条件的实验。

6. 2xYT培养基

2xYT培养基是LB培养基的变种，含有更高的营养成分，适合于高密度培养。

主要成分：

· 胰蛋白胨（Tryptone）：16 g/L

· 酵母提取物（Yeast Extract）：10 g/L

· 氯化钠（NaCl）：5 g/L

特点：

· 营养丰富，适合于高密度大肠杆菌培养。

补充物：

在大肠杆菌发酵过程中，还可能需要添加以下补充物：

· 抗生素：用于选择抗性菌株。

· 诱导剂：如IPTG，用于诱导重组蛋白的表达。

· 微量元素和维生素溶液：用于支持细胞生长。

在发酵过程中，培养基的配方和条件（如pH、温度、溶解氧等）需要根据具体的实验目的和生产要求进行调整。比如：如果需要进行高密度发酵，需要增加硫酸镁的量，补料加入合适酵母浸粉可以加提高发酵周期，加入硫酸铵可以提高菌浓。发酵过程应在严格的无菌条件下进行，并监控发酵过程的各项参数，以确保发酵达到预期的结果。

大肠杆菌发酵工艺开发流程通常包括以下几个关键步骤：

1、菌株的构建：

首先需要选择一个优良的菌株，包括基因工程路线设计、菌株改造与筛选、摇瓶条件摸索等。

2、培养基的优化：

培养基是大肠杆菌发酵工艺的重要组成部分。需要根据不同菌株和产品要求调整培养基配方，对培养基成份比较了解，可以进行DOE筛选，主要成分包括碳源、氮源、无机盐和生长因子等的搭配比例。

3、工艺参数优化与控制：

温度：大肠杆菌生长的最佳温度通常为37℃，但根据发酵目的和菌种特性，可以适当调整温度范围。

pH值：大肠杆菌最适生长的pH值为7±0.2。发酵过程中需要通过酸碱补料策略维持发酵液的pH值稳定。

溶氧（DO）：大肠杆菌的临界溶解氧浓度范围为20%~30%。溶氧不足会导致乙酸积累，影响菌体生长；溶氧过高则可能产生氧中毒现象。因此，需要通过调节搅拌转速、通气量等参数来控制溶氧水平。

补料策略：选择补料分批式发酵，以实现大肠杆菌的高密度发酵和获得更多的生物质。补料过程中需要实时监测发酵液中的养分消耗情况，进行补料工艺的开发，确定补料种类与补料时间与补料量。

    发酵工艺开发过程中可以采用minitab或者JMP等类似软件进行DOE的实验方法设计，以加快实验过程，找到更好更稳健的工艺参数。