专题三 发酵工程（期末复习课件）高二生物下学期沪科版

专题三 发酵工程 01 微生物的培养 1.1培养基为微生物提供所需营养物质 （1）碳源 概念 来源 作用 利用有机碳源的微生物——异养型微生物，如大肠杆菌 利用无机碳源的微生物——自养型微生物，如蓝藻 为微生物提供 碳素来源 有机碳源： 牛肉膏、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、淀粉等有机物； 无机碳源： CO2等无机物 形成微生物结构物质等含碳有机物 有的可以作为能源物质 1、培养基的营养成分 1.1培养基为微生物提供所需营养物质 （2）氮源 1、培养基的营养成分 概念 来源 作用 为微生物提供 氮素来源 有机氮源： 蛋白胨、氨基酸、牛肉膏、尿素； 无机氮源： N2、铵盐、硝酸盐等无机物 合成细胞中的蛋白质、核酸等含氮物质 N2只能被固氮微生物利用，如自生固氮菌 1.1培养基为微生物提供所需营养物质 （3）无机盐 1、培养基的营养成分 来源 作用 举例 磷酸盐、硫酸盐、氯化物、Na、Mg以及微量元素Zn、Fe等 作为酶的辅助因子 参与调节渗透压 既提供无机盐， 又提供氮源 牛肉膏MgSO4、 NaCl、 NH4SO4 1.1培养基为微生物提供所需营养物质 （4）生长因子 1、培养基的营养成分 概念 来源 注意事项 自身不能合成或合成量不足，但为生长代谢所必需的物质 嘌呤、嘧啶、维生素、氨基酸、牛肉膏、蛋白胨等 并不是所有的微生物都需要额外添加生长因子， 如大肠杆菌和光合细菌 （5）水 1.1培养基为微生物提供所需营养物质 2、培养基的类型 分类标准 类型 配制特点 主要应用 根据培养基的成分来源 天然培养基 含化学组成不确定的成分 如牛肉膏蛋白胨培养基 合成培养基 化学成分完全确定的物质 如无氮培养基 1.1培养基为微生物提供所需营养物质 2、培养基的类型 分类标准 类型 配制特点 主要应用 根据培养基的物理性质 固体培养基 1.5~2.0%琼脂 微生物分离、鉴定、 计数和菌种保存 半固体培养基 0.3~0.7%琼脂 观察微生物的运动 和分类鉴定 液体培养基 不加琼脂 微生物大量培养 96℃以上溶化 42℃以下凝固 +琼脂 1.1培养基为微生物提供所需营养物质 2、培养基的类型 分类标准 类型 配制特点 主要应用 举例 根据培养基的用途 通用培养基 可以满足多种微生物的营养需求 培养多种细菌 酵母浸粉胨葡萄糖培养基 选择培养基 具有一定的选择作用 用于菌种分离 （即从多种细菌中分离出某种细菌） 不加氮源的无氮培养基（可分离出自生固氮菌）； 鉴别培养基 发生某些反应，使目标菌种表现不同 用于区分和鉴定不同微生物 伊红-美蓝培养基，大肠杆菌菌落呈金属光泽的紫黑色 1.1培养基为微生物提供所需营养物质 3、无菌技术 防止纯种微生物被其他微生物污染，且自身也不污染操作环境的技术称为无菌技术。 1.1培养基为微生物提供所需营养物质 3、无菌技术 消毒：采用较温和的理化条件，仅杀死物体内外一部分对人体或动植物有害的病原菌，但对被消毒的对象基本无害。 常用消毒方法：煮沸消毒法、巴氏消毒法（不耐高温物体如牛奶）、和化学药物消毒（酒精擦拭双手、氯气消毒水源）。 1.1培养基为微生物提供所需营养物质 3、无菌技术 灭菌：采用强烈的理化条件使物体内外的一切微生物（包括芽孢）丧失其生长繁殖能力的措施。 常用灭菌方法有： ①高温灭菌：高压蒸汽灭菌(0.1MPa、121℃，15-30min)、 干热灭菌 （火焰灼烧和烘箱干燥灭菌） ②过滤灭菌（将含菌的液体或气体通过高温灭菌的过滤介质，阻截其中的微生物） ③辐射灭菌（利用电离辐射或紫外辐射等杀灭微生物） 炭疽杆菌 炭疽杆菌芽孢 1.1培养基为微生物提供所需营养物质 3、无菌技术 灭菌：采用强烈的理化条件使物体内外的一切微生物（包括芽孢）丧失其生长繁殖能力的措施。 常用灭菌方法有： ①高温灭菌：高压蒸汽灭菌(0.1MPa、121℃，15-30min)、 干热灭菌 （火焰灼烧和烘箱干燥灭菌） ②过滤灭菌（将含菌的液体或气体通过高温灭菌的过滤介质，阻截其中的微生物） ③辐射灭菌（利用电离辐射或紫外辐射等杀灭微生物） 炭疽杆菌 炭疽杆菌芽孢 配制原则： 1、根据微生物的营养需要选择适宜的营养物质 2、PH要适宜 3、严格灭菌（杀死所有的微生物及芽孢） （高压蒸汽灭菌：0.1MPa、121℃，15-30min） 炭疽杆菌 炭疽杆菌芽孢 自生固氮菌——无氮培养基 光合细菌——无碳培养基 4、实验：酵母浸粉胨葡萄糖培养基的配制 1.1培养基为微生物提供所需营养物质 称量 溶解 定容 调pH 分装 灭菌 倒平板 加热沸腾后加入琼脂，不断搅拌至完全融化 用热水定容到1000ml 10%NaOH或 HCl调节 分装后 用牛皮纸包扎 高压蒸汽灭菌 （杀死细菌和芽孢） 4、实验：酵母浸粉胨葡萄糖培养基的配制 1.1培养基为微生物提供所需营养物质 4、实验：酵母浸粉胨葡萄糖培养基的配制 1.1培养基为微生物提供所需营养物质 7. 倒平板: 在火焰附近 打开三角烧瓶 火焰灼烧三角烧瓶瓶口 在火焰附近 倾倒，皿盖只开部分，皿底铺20ml培养基 待培养基凝固后将其倒置 1、微生物接种的方法 1.2 微生物的分离和纯化 ① 平板划线法获取单个菌落 接种环：用接种环在固体培养基表面划线，随着划线延长或次数增加，附着在接种环上的微生物会越来越少 线条代表划线路径 ① 平板划线法获取单个菌落 单菌落 A B C D C→A→B→D 1.2 微生物的分离和纯化 1、微生物接种的方法 单菌落 A B C D ② 稀释涂布平板法获取单个菌落 1.2 微生物的分离和纯化 1、微生物接种的方法 A B C D ② 稀释涂布平板法获取单个菌落 涂布棒 移液器 移液器吸头 1、微生物接种的方法 1.2 微生物的分离和纯化 单菌落 A B C D ② 稀释涂布平板法获取单个菌落 计算公式：每克样品中的菌株数＝(C÷V)×M， 其中，C代表某一稀释度下平板上生长的平均菌落数，V代表涂布平板时所用的稀释液的体积(mL)，M代表稀释倍数。 1、微生物接种的方法 1.2 微生物的分离和纯化 2、微生物的计数 ①稀释涂布平板法 计数原理：一个单菌落是由一个菌体细胞生长繁殖而成； 操作：一般选择菌落数在30～300 的平板进行计数。 1.2 微生物的分离和纯化 2、微生物的计数 ②显微镜计数法（血细胞计数板） 显微镜计数法是利用血细胞计数板在显微镜下直接观察微生物细胞并进行计数的方法。 显微镜直接计数也是测定微生物数量的常用方法，但它不能区别死细胞或活细胞，对活动能力强的活细胞也难以计数。 1.2 微生物的分离和纯化 02 发酵技术和工程的应用 1、果酒的制作 2.1 运用传统发酵技术生产多种食品 1.菌种：酵母菌，属异养兼气型微生物。 在有氧条件下，酵母菌进行有氧呼吸，大量繁殖； 在无氧条件下，酵母菌进行酒精发酵 2.原理：酵母菌无氧呼吸产生酒精   3.反应式：葡萄糖→2乙醇＋2CO2+少量能量 4.条件： ①温度。18-25℃适合酵母菌酒精发酵； ②发酵期间通过打开出气管，间或放气几次； ③发酵瓶装入葡萄汁后留有1/3的空间。 2.1 运用传统发酵技术生产多种食品 1.菌种：醋酸菌，属异养需氧型细菌。 2.原理：当氧气充足时，醋酸菌将乙醇变为乙醛，再变为醋酸。 3.条件：醋酸菌的最适生长温度30-35℃，需适时通入无菌空气，充气口和排气口都打开。 2、果醋的制作 2.1 运用传统发酵技术生产多种食品 3、酸奶的制作 1.菌种：乳酸菌，属于异养厌氧型细菌。 2.原理：乳酸菌在发酵过程中产生乳酸，乳酸可以使牛奶中的蛋白质凝固，同时产生酸奶独特的风味物质。 3.条件：将接种后的原料置于40~42℃的恒温培养箱中保温 4~6h。 2.2 现代发酵工程 1、发酵工程的环节 发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等方面。 2.2 现代发酵工程 1、发酵工程的环节 （1）菌种的选育 自然界优良常规菌种 诱变筛选菌种 基因工程改造菌种 ①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖； ②生产所需代谢物的产量高； ③发酵条件易控制； ④菌种不易变异，退化等。 2.2 现代发酵工程 1、发酵工程的环节 （2）菌种的扩大培养 培养基配制、灭菌 菌种经过斜面培养、三角瓶和种子罐的扩大培养而获得大量的种子，这称为微生物菌种的逐级扩大培养，是微生物逐渐适应发酵培养基的过程，随着逐级扩大培养，微生物菌种实现数量增多活性增强。 扩大培养所用的培养基，从物理性质上划分，一般选 培养基进行培养。 液体 2.2 现代发酵工程 1、发酵工程的环节 （3）发酵罐 监测温度、pH和溶解氧浓度：每一种微生物都有一个适宜生长和产物生成的温度、pH和溶解氧浓度。 控温：随着发酵温度的升高，在发酵罐内的管路中通入循环冷水来调控温度。 溶解氧：好氧发酵时，需要不断向发酵罐中供给足够的无菌空气，并持续搅拌，以满足微生物菌种对溶解氧的需求。 搅拌： 促进菌体细胞、培养基成分、无菌空气和水分混合。 过量搅拌可能会对微生物细胞造成伤害。 消除泡沫：大规模发酵过程往往会产生大量泡沫，因此需要加入消泡剂以消除泡沫。 图3 发酵罐结构及工艺控制示意图 2.2 现代发酵工程 2、发酵工程的应用 2.2 现代发酵工程 $$