CN109988796A - 一种发酵培养基及其培养细菌纤维素膜的方法 - Google Patents

一种发酵培养基及其培养细菌纤维素膜的方法 Download PDF

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丁海微
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Abstract

本发明公开了一种发酵培养基及其培养细菌纤维素膜的方法,发酵培养基的配方包括:按每升培养基加入碳源33g,氮源24g,无机盐1.5g,氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml;本发明通过培养基的配方配合添加醋酸调控发酵培养基的pH的方法,实现无需灭菌,就能具有优秀的抑菌效果;且将pH调节在4.0‑4.2时,得到的产品经清洗和压水后具有优秀的吸液性能,提高使用舒适感,加快伤口愈合;得到的产品经清洗后具有优秀的透明度,方便观察伤口情况,可作为一款可视性伤口愈合敷料,在伤口创面敷料上具有很好的应用前景。

Description

一种发酵培养基及其培养细菌纤维素膜的方法
技术领域
本发明涉及一种细菌纤维素生产领域,特别是一种发酵培养基及其培养细菌纤维素膜的方法。
背景技术
细菌纤维素(Bacterial Cellulose,简称BC)是一种由细菌发酵产生的天然纤维素的统称。由醋酸菌属(Acetobacter)、土壤杆菌属(Agrobacterium)、根瘤菌属(Rhizobium)和八叠球菌属(Sarcina)等中的某种微生物发酵产生,其典型的代表菌为木葡糖醋酸杆菌(Glucoacetobacter xylinum)。细菌纤维素与植物纤维素具有相同的化学组成,由D-吡喃葡萄糖酐以β-1,4-糖苷键连接而成的链状高分子,但细菌纤维素的形态结构和超分子结构与植物纤维素有很大的不同,属于典型的生物纳米纤维材料。目前,利用微生物发酵生产细菌纤维素,在食品、造纸、医药和生物工程方面已有广泛应用。
在进行细菌纤维素生产培养过程中,如培养基灭菌不彻底、器皿消毒不彻底和培养环境控制不严格等问题都可能在培养过程中出现染菌现象。在进行细菌纤维素膜培养过程中,染菌大致可分为两个时期:接种后静态培养前期,在该阶段主要污染菌为酵母菌,酵母菌能在培养基中迅速生长繁殖,并会分泌纤维素酶,在细菌纤维素培养中往往会造成大面积毁灭性的损失。静态培养后期,在该阶段主要污染菌为霉菌和细菌,其中细菌污染情况很少发生。由于霉菌染菌发生在后期,细菌纤维素膜已有一定的厚度,且霉菌的生长繁殖速度相对较慢,一般只会造成小范围的局部损失。
在传统细菌纤维素生产工艺中,培养基一般需要经过高温灭菌的过程,虽然高温灭菌能杀灭培养基中的微生物,但高温也会破坏培养基中一些营养成分,造成培养基营养成分的损失,同时高温灭菌过程需要配套设备、时间和能源等一系列资源。因此,打破传灭菌工艺,开发一种不需灭菌的细菌纤维素培养基制备方法在细菌纤维素生产发酵应用中不仅能抑制细菌纤维素培养过程中的染菌情况发生,提高制成率,也能消减灭菌过程中所需的设备、时间和能源,缩短周期和成本。
一般的伤口敷料如纱布、无纺布敷贴和泡沫类敷料等,由于其材料特性,透明度不高,不能直接观察伤口情况。如伤口发生感染或二次损伤等情况,不能通过直接观察,及时发现伤口情况,给患者带来一定的影响。开发一种可作为可视性伤口敷料的材料用于伤口创面覆盖,观察伤口情况,及时发现患者伤口感染或二次损伤等情况,对患者伤口治愈有很好的促进作用。
市场需要一种无需灭菌且制造出的细菌纤维素膜透明度好,吸液性能好的细菌纤维素培养方法,本发明解决这样的问题。
发明内容
为解决现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种发酵培养基及其培养细菌纤维素膜的方法,通过培养基的配方配合添加醋酸调控发酵培养基的pH的方法,实现无需灭菌,就能具有优秀的抑菌效果;且将pH调节在4.0-4.2时,得到的产品经清洗和压水后具有优秀的吸液性能,提高使用舒适感,加快伤口愈合;得到的产品经清洗后具有优秀的透明度,方便观察伤口情况。
为了实现上述目标,本发明采用如下的技术方案:
一种发酵培养基,配方包括:按每升培养基加入碳源33g,氮源24g,无机盐1.5g,氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml。
前述的一种发酵培养基,碳源包括:葡萄糖20g,蔗糖8g,甘油5g。
前述的一种发酵培养基,氮源包括:蛋白胨10g,玉米浆7g,硫酸铵7g。
前述的一种发酵培养基,无机盐包括:氯化钠0.4g,氯化钾0.1g,氯化钙0.2g,硫酸镁0.1g,磷酸二氢钠0.3g,磷酸二氢钾0.4g。
一种发酵培养基培养细菌纤维素膜的方法,发酵培养基的配方包括:按每升培养基加入碳源33g,氮源24g,无机盐1.5g,氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml;
培养方法包括如下步骤:
步骤一,按照配方配置发酵培养基;
步骤二,用酸溶液调节发酵培养基pH到4.2以下;
步骤三,在调节好pH的发酵培养基中接入木醋杆菌;
步骤四,将接种后的培养基搅拌均匀后分装,并透气封口,在28~30℃环境下,静态培养5~8天,得到细菌纤维素膜。
前述的一种发酵培养基培养细菌纤维素膜的方法,酸溶液为醋酸。
前述的一种发酵培养基培养细菌纤维素膜的方法,步骤二,用醋酸调节发酵培养基pH为4.0~4.2。
前述的一种发酵培养基培养细菌纤维素膜的方法,步骤三,在调节好pH的发酵培养基中接入木醋杆菌,木醋杆菌的接入量占发酵培养基量的6~20%(v/v)。
本发明的有益之处在于:
本发明利用调节培养基pH值的方法来达到培养基无需经过高温灭菌即可接种进行细菌纤维素的培养,即保证了培养基营养成分不被破坏,还降低了细菌纤维素膜在培养过程中的染菌情况,提高了制成率,同时又减少了高温灭菌环节,降低了培养门槛,减免了高温灭菌过程所需的资源,如设备、能源、人力和时间等,缩短了周期,大大节省了培养细菌纤维素的成本,能够适应于大规模生产;
培养基配方中含有醋酸,一方面能与培养基中其他一些成份形成缓冲盐体系维持培养基pH,另一方面醋酸可作为木醋杆菌利用的碳源和增效因子,提高细菌纤维素的产量;
利用本发明的方法培养的得到的细菌纤维素膜经清洗后,压水前和压水后的膜片覆于人体皮肤上观察具有很好的透明性;同时,压水后的膜片具有很好的吸液性能,结合细菌纤维素本身生物相容性好的特点,可作为一款可视性伤口愈合敷料,在伤口创面敷料上具有很好的应用前景。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍。
一种发酵培养基,配方包括:按每升培养基加入碳源33g,氮源24g,无机盐1.5g,氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml。
作为一种优选实施例,碳源包括:葡萄糖20g,蔗糖8g,甘油5g。
作为一种优选实施例,氮源包括:蛋白胨10g,玉米浆7g,硫酸铵7g。
作为一种优选实施例,无机盐包括:氯化钠0.4g,氯化钾0.1g,氯化钙0.2g,硫酸镁0.1g,磷酸二氢钠0.3g,磷酸二氢钾0.4g。
一种发酵培养基培养细菌纤维素膜的方法,包括如下步骤:
步骤一,按照配方配置发酵培养基。
步骤二,用酸溶液调节发酵培养基pH到4.2以下;作为一种优选,酸溶液为醋酸。作为一种优选,pH调节范围为4.0~4.2。
步骤三,在调节好pH的发酵培养基中接入木醋杆菌;作为一种优选,木醋杆菌的接入量占发酵培养基量的6~20%(v/v)。
步骤四,将接种后的培养基搅拌均匀后分装,并透气封口,在28~30℃环境下,静态培养5~8天,得到细菌纤维素膜。
以下通过实验验证本发明的有益效果;
△实验一,验证本发明通过培养基的配方结合PH的调节能抑制杂菌生长;
实验过程:
下述实例中的木醋杆菌购于中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心,菌种编号1.1812。
实施例1
(1)培养基制备:按每升培养基加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g),氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g),无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g),氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml配置成发酵培养基,备用。
(2)pH调节:用醋酸调节培养基pH至4.2。
(3)接种:在上述培养基中按6%(占培养基)的接种量接入木醋杆菌,搅拌。
(4)定量500ml分装倒入浅盘,用保鲜膜戳孔透气封口,在28℃环境下,静态培养8天,无染菌,得到细菌纤维素膜片,清洗干燥后测得干膜重为2.8g。
实施例2
(1)培养基制备:按每升培养基加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g),氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g),无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g),氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml配置成发酵培养基,备用。
(2)pH调节:用醋酸调节培养基pH至5.2。
(3)接种:在上述培养基中按6%(占培养基)的接种量接入木醋杆菌,搅拌。
(4)定量500ml分装倒入浅盘,用保鲜膜戳孔透气封口,在28℃环境下,静态培养8天,全部染菌,不能得到细菌纤维素膜片。
实施例3
(1)培养基制备:按每升培养基加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g),氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g),无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g),氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml配置成发酵培养基,备用。
(2)pH调节:用醋酸调节培养基pH至4.0。
(3)接种:在上述培养基中按20%(占培养基)的接种量接入木醋杆菌,搅拌。
(4)定量500ml分装倒入浅盘,用保鲜膜戳孔透气封口,在28℃环境下,静态培养5天,无染菌,得到细菌纤维素膜片,清洗干燥后测得干膜重为3.8g。
实施例4
(1)培养基制备:按每升培养基加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g),氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g),无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g),氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml配置成发酵培养基,备用。
(2)pH调节:用醋酸调节培养基pH至4.8。
(3)接种:在上述培养基中按20%(占培养基)的接种量接入木醋杆菌,搅拌。
(4)定量500ml分装倒入浅盘,用保鲜膜戳孔透气封口,在28℃环境下,静态培养5天,全部染菌,不能得到细菌纤维素膜片。
实施例5
(1)培养基制备:按每升培养基加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g),氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g),无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g),氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml配置成发酵培养基,备用。
(2)pH调节:用醋酸调节培养基pH至4.5。
(3)接种:在上述培养基中按20%(占培养基)的接种量接入木醋杆菌,搅拌。
(4)定量500ml分装倒入浅盘,用保鲜膜戳孔透气封口,在28℃环境下,静态培养5天,局部染菌,不能得到细菌纤维素膜片。
△通过如上实验得出醋酸调节培养基不同pH与染菌情况,结果如表1:
醋酸调节培养基的pH 染菌情况
实施例1得到的产品 4.2 无染菌
实施例2得到的产品 5.2 染菌
实施例3得到的产品 4.0 无染菌
实施例4得到的产品 4.8 染菌
实施例5得到的产品 4.5 染菌
结果分析:用醋酸调节培养基的pH低于4.2的情况下,可以抑制细菌的生长。
木醋杆菌在食品行业用于糖醋的酿造,对醋酸及低pH环境有很好的适应性。本方法在培养基中加入醋酸,形成较低的pH环境,能很好的抑制杂菌,在接种木醋杆菌后,由于其菌种特性,能快速繁殖,形成优势菌群,进一步抑制了其他杂菌的生长繁殖,达到不用灭菌也能抑制杂菌的效果,进而达到不未灭菌的发酵培养基发酵生产细菌纤维素的目的。
醋酸作为一种有机酸,能参与木醋杆菌的三羧酸循环(Tricarboxylic AcidCycle,TCA),在木醋杆菌的生长早期促进代谢流从纤维素的合成转向TCA循环,产生更多的能量,加速细菌的生长和***,结合前期发酵培养基中几乎无细菌纤维素生产,培养液粘稠度低不会抑制木醋杆菌的运动,在早期发酵培养基中木醋杆菌的数量多且均匀。在木醋杆菌的生长中、后期代谢流从TCA循环转向纤维素的合成时,木醋杆菌在培养基中合成的纤维素分布更加均匀,避免了膜表面因纤维过度生长和内部纤维团聚导致的膜片透明度下降,及减少膜表面纤维过度生长和膜内部纤维团聚所导致的膜片孔隙小,吸液性能低的现象。因此,该方法培养得到的细菌纤维膜片纤维分布及孔隙均匀,具有很好的吸液率和透明度。
△实验二;
为了验证本方法培养得到的细菌纤维素膜经清洗和压水后具有很好的吸液性能,做如下实验:
实验过程:
按照如下实施例培养细菌纤维素膜,清洗后压水计算吸液率;
实施例6
(1)培养基制备:按每升培养基加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g),氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g),无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g),氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml配置成发酵培养基,备用。
(2)pH调节:用醋酸调节培养基pH至4.2。
(3)接种:在上述培养基中按6%(占培养基)的接种量接入木醋杆菌,搅拌。
(4)定量500ml分装倒入浅盘,用保鲜膜戳孔透气封口,在28℃环境下,静态培养8天,无染菌,得到细菌纤维素膜片。
(5)将培养得到的细菌纤维素膜片清洗后压水至含水率为95%,切割成10cm×10cm,称量初始重量W1为11.6g,放入生理盐水中,静置24小时,用吸水纸或毛巾吸去表面生理盐水,称量24小时后的重量W2为36.3g,按公式(W2 ˉW1)/W1计算得到24h吸液率为212.9%。
实施例7
(1)培养基制备:按每升培养基加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g),氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g),无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g),氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml配置成发酵培养基,备用。
(2)pH调节:用醋酸调节培养基pH至4.0。
(3)接种:在上述培养基中按20%(占培养基)的接种量接入木醋杆菌,搅拌。
(4)定量500ml分装倒入浅盘,用保鲜膜戳孔透气封口,在28℃环境下,静态培养5天,无染菌,得到细菌纤维素膜片。
(5)将培养得到的细菌纤维素膜片清洗后压水至含水率为95%,切割成10cm×10cm,称量初始重量W1为12.4g,放入生理盐水中,静置24小时,用吸水纸或毛巾吸去表面生理盐水,称量24小时后的重量W2为40.6g,按公式(W2 ˉW1)/W1计算得到24h吸液率为227.4%。
实施例8
(1)培养基制备:按每升培养基加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g),氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g),无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g),氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml配置成发酵培养基,105℃灭菌15min,冷却后备用。
(2)pH调节:用醋酸调节培养基pH至5.2。
(3)接种:在上述培养基中按6%(占培养基)的接种量接入木醋杆菌,搅拌。
(4)定量500ml分装倒入浅盘,用保鲜膜戳孔透气封口,在28℃环境下,静态培养8天。
(5)将培养得到的细菌纤维素膜片清洗后,压水至含水率为95%,切割成10cm×10cm,称量初始重量W1为10.2g,放入生理盐水中,静置24小时,用吸水纸或毛巾吸去表面生理盐水,称量24小时后的重量W2为24.7g,按公式(W2ˉW1)/W1计算得到24h吸液率为142.2%。
通过对比如上实验,得出如下结论。
若通过添加醋酸调控发酵培养基的pH范围在4.0-4.2,细菌纤维素膜片24h吸液率大于200%,说明本发明方法培养得到的膜片经清洗和压水后具有很好的吸液性能。
△实验三:
为了验证方法培养得到的细菌纤维素膜清洗后,压水前和压水后的膜片具有透明性好的特点,做如下实验:
按照如下实施例培养细菌纤维素膜,清洗后观察透明度;
实施例9
(1)培养基制备:按每升培养基加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g),氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g),无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g),氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml配置成发酵培养基,备用。
(2)pH调节:用醋酸调节培养基pH至4.2。
(3)接种:在上述培养基中按6%(占培养基)的接种量接入木醋杆菌,搅拌。
(4)定量500ml分装倒入浅盘,用保鲜膜戳孔透气封口,在28℃环境下,静态培养8天,无染菌,得到细菌纤维素膜片。
(5)将培养得到的细菌纤维素膜片,压水前与压水后的膜片覆于人体皮肤上观察,能清楚观察到皮肤,膜片透明度好。
实施例10
(1)培养基制备:按每升培养基加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g),氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g),无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g),氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml配置成发酵培养基,备用。
(2)pH调节:用醋酸调节培养基pH至4.0。
(3)接种:在上述培养基中按20%(占培养基)的接种量接入木醋杆菌,搅拌。
(4)定量500ml分装倒入浅盘,用保鲜膜戳孔透气封口,在28℃环境下,静态培养5天,无染菌,得到细菌纤维素膜片。
(5)将培养得到的细菌纤维素膜片清洗后,压水前与压水后的膜片覆于人体皮肤上观察,能清楚观察到皮肤,膜片透明度好。
实施例11
(1)培养基制备:按每升培养基加入碳源33g(葡萄糖20g、蔗糖8g和甘油5g),氮源24g(蛋白胨10g、玉米浆7g、硫酸铵7g),无机盐1.5g(氯化钠0.4g、氯化钾0.1g、氯化钙0.2g、硫酸镁0.1g、磷酸二氢钠0.3g、磷酸二氢钾0.4g),氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml配置成发酵培养基,105℃灭菌15min,冷却后备用。
(2)pH调节:用醋酸调节培养基pH至5.2。
(3)接种:在上述培养基中按6%(占培养基)的接种量接入木醋杆菌,搅拌。
(4)定量500ml分装倒入浅盘,用保鲜膜戳孔透气封口,在28℃环境下,静态培养8天。
(5)将培养得到的细菌纤维素膜片清洗后,压水前与压水后的膜片进行观察,膜片透明度差。
通过如上实验得出醋酸调节培养基pH与膜片透明度情况,结果如下表2:
表2
通过对比如上实验,得出如下结论。
若通过添加醋酸调控发酵培养基的pH范围在4.0-4.2,细菌纤维素膜片清洗后具有优秀的透明度,可以作为可视性伤口愈合敷料。
本发明实现了通过醋酸来调节未灭菌培养基pH来抑制细菌纤维素培养过程中的染菌情况发生,且培养基培养基pH越低抑菌情况越好;在调节pH为4.0-4.2时,压水前和压水后的膜片覆于人体皮肤上观察具有很好的透明性;同时,压水后的膜片具有很好的吸液性能,结合细菌纤维素本身生物相容性好的特点,可作为一款可视性伤口愈合敷料,在伤口创面敷料上具有很好的应用前景。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解,上述实施例不以任何形式限制本发明,凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种发酵培养基,其特征在于,配方包括:按每升培养基加入碳源33g,氮源24g,无机盐1.5g,氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml。
2.根据权利要求1所述的一种发酵培养基,其特征在于,所述碳源包括:葡萄糖20g,蔗糖8g,甘油5g。
3.根据权利要求1所述的一种发酵培养基,其特征在于,所述氮源包括:蛋白胨10g,玉米浆7g,硫酸铵7g。
4.根据权利要求1所述的一种发酵培养基,其特征在于,所述无机盐包括:氯化钠0.4g,氯化钾0.1g,氯化钙0.2g,硫酸镁0.1g,磷酸二氢钠0.3g,磷酸二氢钾0.4g。
5.一种发酵培养基培养细菌纤维素膜的方法,其特征在于,发酵培养基的配方包括:按每升培养基加入碳源33g,氮源24g,无机盐1.5g,氢氧化钠2g,柠檬酸0.8g和醋酸3ml;
培养方法包括如下步骤:
步骤一,按照配方配置发酵培养基;
步骤二,用酸溶液调节发酵培养基pH到4.2以下;
步骤三,在调节好pH的发酵培养基中接入木醋杆菌;
步骤四,将接种后的培养基搅拌均匀后分装,并透气封口,在28~30℃环境下,静态培养5~8天,得到细菌纤维素膜。
6.根据权利要求5所述的一种发酵培养基培养细菌纤维素膜的方法,其特征在于,所述酸溶液为醋酸。
7.根据权利要求6所述的一种发酵培养基培养细菌纤维素膜的方法,其特征在于,步骤二,用醋酸调节发酵培养基pH为4.0~4.2。
8.根据权利要求5所述的一种发酵培养基培养细菌纤维素膜的方法,其特征在于,步骤三,在调节好pH的发酵培养基中接入木醋杆菌,木醋杆菌的接入量占发酵培养基量的6~20%(v/v)。
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