第一章 发酵工程课件（4份）

(共32张PPT)
选择性必修3《生物技术与工程》
第1章 发酵工程
1.1 传统发酵技术的应用
发酵工程：是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。
汉代砖刻上的酿酒图
我国古代酿酒作坊的绘画作品
从传统发酵技术到发酵工程
我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。后来又生产酱油、醋、豆豉、腐乳和酸奶等发酵食品。
约9000年前
20世纪70年代以后
1857年
1897年
20世纪80年代
1957年
20世纪
40年代
巴斯德证明酒精发酵是由活的酵母菌引起的。
科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用。微生物的分离和纯化技术得到了应用，作坊式手工生产向现代工业化生产方向发展。
在厌氧发酵技术的基础上，建立了深层通气液体发酵技术。产业化生产青霉素。
通过人工诱变特定微生物，获得具有更高生产能力的突变类型。
基因工程和细胞工程等的发展，使发酵工程进入定向育种的新阶段。
人类开始自动记录和控制发酵过程的全部参数，大批量合理生产发酵产物。
科技探索之路
第1节 传统发酵技术的应用
“葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马上催。醉卧沙场君莫笑，古来征战几人回”（唐 王翰）诗中提及的葡萄酒是人类利用微生物发酵制作而来的。通过微生物的发酵作用还可以制作葡萄醋。葡萄酒和葡萄醋都是以葡萄为原料发酵而来的饮品，为什么一个是醇厚浓郁、耐人寻味的酒，一个却是酸味柔和、口感绵长的醋呢？它们的制作方法有什么不同？你想不想自己动手制作葡萄酒和葡萄醋呢？
都是由葡萄糖发酵而来，但一个是经酵母菌无氧呼吸产生了酒精，另外一个是经醋酸菌有氧呼吸产生了醋酸，因此口感不相同。
约9000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。酿酒技术给古代人民的生活增添了丰富的色彩。许多古老的酿酒工艺一直保留并延续至今。
汉代砖刻上的酿酒图
展示我国古代酿酒作坊的绘画作品
古代酿酒的方法
1857年，法国微生物学家巴斯德通过实验证明，酒精发酵是由活的酵母菌引起的。
一、发酵与传统发酵技术
人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
1. 概念：
不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们 就可以生产出人们所需要的多种产物。
(一) 发酵
3. 类型
需氧发酵
厌氧发酵
醋酸发酵
谷氨酸发酵
酒精发酵
乳酸发酵
据氧气需求情况及发酵生成产物
1、概念： 是指直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。
2、特点：
3、食品：腐乳，酱油，酱，醋，泡菜和豆豉等。
(二) 传统发酵技术
混合菌种；
固体发酵、半固体发酵；
家庭式制作、作坊式制作。
阅读p5中间有关于腐乳的制作过程，回答以下问题。
制作腐乳利用哪些微生物？这些微生物来自哪里？制作原理是什么？
传统发酵技术的概念及特点是什么？优点和缺点分别是什么？
每年进行同样的操作，但是每年制作的腐乳或豆瓣酱的口感都不完全相同，有些年份甚至制作不成功，你知道这是为什么吗？
优点：操作简单、便于家庭式或作坊式生产，它是文化的传承等。
缺点：生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率低下等。
(二) 传统发酵技术
生产条件不易控制，容易受杂菌污染（缺点）
传统发酵食品——腐乳
【思考】毛霉是怎样将蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸的
提示:毛霉产生的蛋白酶将蛋白质分解。
豆腐发酵中的毛霉
1.原理：
2.微生物：
蛋白质
小分子肽 + 氨基酸
蛋白酶
毛霉(主要)、酵母、曲霉等
毛霉：丝状真菌（具发达的白色菌丝）、异养需氧型、孢子生殖。
3.过程：
让豆腐上长出毛霉
加盐腌制
加卤汤 装瓶
密封腌制
思考辨析
1.使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？属于发酵吗？
不属于；使用前一次发酵保存下来的面团进行的才算。
2.直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳属于传统发酵技术吗？
属于
【练习】下列有关传统发酵技术的叙述，正确的是(　 )
A.发酵所用的微生物均为原核生物
B.不同发酵产品所用原料必定不同
C.传统发酵均需在通气条件下进行
D.发酵所用菌种都是天然存在的微生物
D
1. 下列关于传统发酵食品的叙述，不正确的是(　　)
传统发酵产品需要多种多样的微生物
腐乳的制作直接利用了原料中天然存在的毛霉、酵母等微生物
传统发酵食品以单一菌种的固体发酵和半固体发酵为主
腐乳的制作需通过微生物的代谢把蛋白质转化为人需要的氨基酸
课堂随练
P8【概念检测】
1、油炸臭豆腐是我国一些地方的风味小吃。制作时需要将豆腐浸入含有乳酸菌、芽孢杆菌等微生物的卤汁中发酵。判断下列相关表述是否正确。
（1）卤汁中的乳酸菌和芽孢杆菌不存在竞争关系。（ ）
（2）乳酸菌发酵产生了乳酸和CO2。（ ）
（3）微生物发酵产生了不同的代谢物使得该臭豆腐具有特殊的味道。（ ）
二
腐乳
泡菜
果酒
果醋
二、传统发酵食品制作
(一) 泡菜的制作
1. 菌种来源：
①代谢类型：
②作用：
④种类：
③分布：
⑤应用：
乳酸菌
异养厌氧型
在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸
广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内
乳酸链球菌、乳酸杆菌
乳制品的发酵、泡菜的腌制
植物体表面天然的乳酸菌
生殖方式：
分类：
原核生物（细菌）
二分裂
乳酸杆菌（制作酸奶）
乳酸链球菌（制作泡菜）
亚硝酸盐的含量低
当质量分数为0.4%~0.8%时，泡菜的口味、品质最佳。
2. 原理：
3. 材料用具：
C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量
酶
食盐、清水、新鲜蔬菜、蒜瓣、生姜及其它香辛料、泡菜坛或其它密封性良好的罐子等。
无氧的情况下,乳酸菌将_______分解为_____。
葡萄糖
乳酸
反应简式:
尝试制作传统发酵食品
4. 制作过程：
(一) 泡菜的制作
用清水和食盐配制质量百分比为5%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用；
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖；
配制盐水
蔬菜处理装坛
加盐水
封坛发酵
向坛盖边缘的水槽中注满水，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水；
根据室内温度控制发酵时间。
将新鲜蔬菜洗净，切成块状或条状，混合均匀，晾干后装入泡菜坛内；装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满；
过高：乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；
过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质。
杀菌除氧
（杀灭水中微生物及除去水中氧气）
创造无氧环境
在泡菜发酵初期，酵母菌等较为活跃，发酵产物中有较多的CO2，防止发酵液溢出坛外；
防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂；
同时留有一定空间，也更方便拿取泡菜。
为了不影响乳酸菌等微生物的生命活动
调味，抑制微生物生长
若温度偏高则有害菌活动力强；若温度偏低则不利于乳酸发酵，导致发酵时间延长。
成果展示:
泡菜好吃，但不宜多吃，泡菜中亚硝酸盐会危及人体健康
思考：如何判断你腌制的泡菜是否成功？色泽如何？口味如何？
泡菜质量可以根据泡菜的色泽和风味进行初步的评定；
根据亚硝酸盐的含量来评定；
根据不同时期泡菜坛中乳酸菌的数量来评定。
可以通过在显微镜下观察乳酸菌的形态；
一般来说，腌制成功的泡菜汤清亮，无梅花浮膜，菜质脆嫩度适口，酸甜咸味适宜，具有一定的香气，咀嚼后无渣等。
亚硝酸盐含量的测定
标准显色液
检测原理——颜色反应
在酸性条件，亚硝酸盐与特定化学物质反应，出现玫瑰红。
待检液进行反应后与标准显色液进行比较，可估算其含量。
(1)亚硝酸盐为白色粉末，外观与食盐相似，有咸味，易溶于水，可作食品添加剂。
(2)亚硝酸盐分布广泛，蔬菜、咸菜、豆粉中均含有。
(3)膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，绝大部分亚硝酸盐随尿排出。
(4)当人体摄入的亚硝酸盐总量达到0.3g～0.5g时，会引起中毒；达到3g时，会引起死亡。
.
亚硝酸盐
适宜pH、温度
一定的微生物
亚硝胺
硝酸盐
硝酸盐还原菌(还原)
维生素C、E酚类物质(氧化)
动物实验表明：
研究表明：
亚硝胺具有致癌作用，对动物具有致畸和致突变作用
人类的某些癌症与亚硝胺(化学致癌因子)有关
P8【拓展应用】
2、某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“陈泡菜水”；在用5%的食盐水制作泡菜时，他在不同时间测定了泡菜中亚硝酸盐的含量，结果见右栏曲线图，请你帮他分析问题。
（1）据图分析，从亚硝酸盐含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适？为什么？
（2）他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成这个结果最可能的原因是什么？
（3）加入“陈泡菜水”的目的是什么？
10天后食用比较好，因为此时的亚硝酸盐含量低。
可能是食盐浓度过高(杀死了乳酸菌等微生物)、发酵温度过低等导致泡菜未能正常发酵。
“陈泡菜水”含乳酸菌，相对于接种乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。
5. 泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化：
(一) 泡菜的制作
时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐
发酵前期
发酵中期
发酵后期
变化曲线
少（O2抑制乳酸菌活动）
少
增加（硝酸盐还原菌的作用）
最多（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。乳酸积累，抑制其他菌活动）
增多,pH下降
达到最多后开始下降（硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解）
减少（乳酸积累，pH下降，抑制乳酸菌活动）
继续增多，pH继续下降
最后保持稳定
下降至保持相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制）
　泡菜制作的两个易错点
(1)误认为只有乳酸菌发酵:前期主要是酵母菌等有氧发酵消耗氧气,形成无氧环境,后期主要是乳酸发酵。
(2)误认为泡菜制作全过程都是无氧发酵,蔬菜装坛能装满:装八成满,防止早期酵母菌等发酵产生的CO2使发酵液溢出。
【误区警示】
老坛酸菜
酿酒
尝试制作传统发酵食品
1. 原理：
2. 应用的微生物：
(二) 果酒的制作
C6H12O6 2C2H5OH（酒精）+ 2CO2+ 能量
酶
异养兼性厌氧型
在无氧情况下进行酒精发酵
含糖量较高的蔬菜、水果表面
酿酒、制作馒头和面包
植物体表面天然的酵母菌
①代谢类型：
②作用：
⑤应用：
③分布：
酵母菌
④适宜温度：
酿酒酵母约为28 ℃
生殖方式：
分类：
真核生物（真菌）
出芽生殖、孢子生殖
尝试制作传统发酵食品
1. 原理：
2. 应用的微生物：
(三) 果醋的制作
3. 材料用具：
C6H12O6 + 2O2 2CH3COOH（乙酸）+ 2H2O + 2CO2 + 能量
酶
好氧细菌
30~35 ℃
各种风味的醋
新鲜水果、洗洁精、体积分数70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等
①代谢类型：
②作用：
③适宜温度：
醋酸菌
④应用：
在氧气、糖源充足时,将糖分解成醋酸;
当缺少糖源时，将乙醇变为乙醛，再将乙醛变为醋酸。
C2H5OH + O2 CH3COOH（乙酸）+ H2O + 能量
酶
尝试制作传统发酵食品
4. 制作过程
将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干备用;
用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（注意：要留有大约1/3的空间），盖好瓶盖;
将温度控制在18-30℃进行发酵，在发酵过程中，
每隔12h左右将瓶盖拧松一点（注意：不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。
发酵时间为10-12d。可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测。
取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干;
去除表面灰尘、污物
避免葡萄破损，
减少被杂菌污染的机会
先让酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖，耗尽O2后，再进行酒精发酵；
防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出或气压过大引起“爆瓶”
防止野生菌种数量减少，影响发酵
排出气体
防止杂菌污染
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
果酒发酵
果醋发酵
当葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布，进行葡萄醋的发酵。发酵温度为30-35℃，时间为7-8d。
空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖
尝试制作传统发酵食品
5. 结果分析与评价
（1）在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化？
其中最明显的变化发生在发酵后多少天？引起变化的原因是什么？
在葡萄酒的制作过程中，发酵液会产生气泡，这是因为酵母菌发酵产生CO2；
开始发酵后，CO2产生越来越多，会使发酵液出现“沸腾”现象，在发酵的10天后，这种现象最明显。
发酵过程产热，会使发酵液温度上升，应注意控温；
随着发酵时间的延长，由果皮进入发酵液的花青素会越来越多，因而发酵液的颜色会逐渐加深变成深红色。
果醋发酵完成时，在发酵液的液面上会出现一层菌膜，这是醋酸菌膜。
尝试制作传统发酵食品
5. 结果分析与评价
（2）在制作果酒的过程中，除了酵母菌，是否还有其他微生物生长？
它们会对果酒发酵产生影响吗？如果有，如何避免这种影响？
还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。
可以通过减少O2含量、调节发酵温度、pH来控制醋酸菌含量。
可以通过调节发酵的温度、pH等来控制乳酸菌含量；
在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸或者把乙醇转化为乙醛进而转化为醋酸。
乳酸菌能将糖分解为甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。
尝试制作传统发酵食品
5. 结果分析与评价
（3）在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵？
醋酸菌从何而来？采用什么措施可以加快果醋的制作？
随着醋酸发酵的进行，发酵液的pH、发酵温度等均不利于酵母菌的生长繁殖，因此酵母菌活性很低，不会继续发酵。
在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。或者买一瓶醋，将其打开暴露于空气中，一段时间后在醋的表面会有一层薄膜（即醋酸菌膜），用这层薄膜进行接种亦可。
在我们的实验条件下，当打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件而不能繁殖。
尝试制作传统发酵食品
5. 结果分析与评价
（4）如何检测果酒、果醋的发酵情况（检测是否产生酒精、醋酸）？
a.闻
b.品尝
c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测（橙色→灰绿色）
a.闻；
b.品尝；
c.使用pH试纸检测和比较发酵前后的pH值；
d.观察醋酸菌膜是否形成；
橙色
灰绿色
尝试制作传统发酵食品
到社会中去
查阅关于果酒和果醋工业化生产的工艺流程，比较自己制作果酒和果醋的方法与这些流程有哪些异同。在此基础上，请思考：当把少量制作转化为大规模生产时，需要解决哪些实际问题？你能从中体会到技术与工程的区别的和联系吗？
在大规模生产发酵产品时，需要进行更为全面周详的考虑，如考虑原料的来源与选样、菌种的选育与培养、发酵设备的选择、发酵条件的自动化控制、发酵产品的质量控制、成本价格等。
工程、技术与科学的不同——科学以“发现”为核心，技术以“发明”为核心，工程以“建造”和“产品”为核心。技术要通过工程设计等环节，将一系列相关技术体系化地组合起来，才能转化应用在工程中，大规模生产人们需要的产品。
P8【概念检测】
2. 传统发酵食品的制作需要各种各样的微生物。下列相关叙述错误的是(　　)
腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸发酵
制作腐乳利用了毛霉等产生的蛋白酶
制作果酒利用了酵母菌在无氧条件下产生酒精
制作果醋利用了醋酸菌在无氧条件下产生醋酸
练习与应用
P8【拓展应用】
3、有3位同学分别采用了3种不同的发酵装置来制作果醋。A同学用的是带盖的塑料瓶；B同学用的是没有盖的塑料瓶，在发酵过程中无盖的瓶口一直由捆绑在瓶口的8层纱布覆盖；C同学则设计了如右图所示的发酵装置。结合果醋的制作原理，你认为哪一种发酵装置更适合制作果醋？你还能继续改进这种装置吗？
练习与应用
C同学的装置更适合制作果醋。
防止空气中微生物的污染
结构 作用 酒精发酵时状态 醋酸发酵
时状态
充气口
排气口
出料口
通入空气
关闭
打开，
并接入气泵
排出CO2
打开
打开
便于取样检测
关闭
关闭
填充棉花或者安装其他过滤装置
选择自己想吃的食品，自制起来！
你可以的！！
谢 谢！(共42张PPT)
1
什么是无菌技术
2
什么是培养基？如何配制？
3
怎样进行酵母菌的纯培养
1.2 微生物的基本培养技术及应用
一、微生物的基本培养技术
向经过杀菌处理的牛奶中添加某些对人体有益的细菌，再经过发酵就可以制成酸奶，由于制作工艺并不复杂，一些人会在家里自制酸奶，自制酸奶虽然方便，但是食用自制酸奶导致肠胃不适的事件屡见不鲜，主要原因是在制作过程中有杂菌混入。那么，怎样才能保证无处不在的杂菌不混入发酵物中呢？
酸奶
从社会中来
应该先对制作用具和原料进行灭菌处理，再接种纯的菌种，并控制发酵条件，避免杂菌进入。
这需要应用无菌技术和微生物的培养技术
1）微生物有哪些类群： ；
2）培养基的作用和类型： ；
3）培养基的成分： ；
4）消毒的方法： 。
5）灭菌的方法： 。
阅读课本P9-11，快速找答案
1.微生物的类群
细菌 (乳酸菌、醋酸菌等)、放线菌等
原生生物 (如草履虫、衣藻等)
真菌 (如酵母菌、霉菌等)
病毒（无细胞结构）
（难以用肉眼观察的微小生物的统称）
真核生物
微生物结构简单、形体微小，眼睛看不到，若想得到纯净的微生物，就必须对其进行培养和分离。
2.实验室培养微生物条件
1）提供微生物生长繁殖所需营养和环境条件
——培养基
2）确保其它微生物无法混入
——无菌技术
一.培养基的配制
1.培养基概念：
人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质。
3.培养基类型：
2.培养基作用：
用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。
（ ①提供微生物繁殖所需各种营养， ②提供异养微生物的能源）
固体培养基(加入琼脂)
液体培养基(未加入琼脂)
琼脂：是一种凝固剂，从红藻中提取的多糖。在98℃以上熔化，在44℃以下凝固，在常温培养条件下呈固态。
1)基本成分：水、碳源、氮源、无机盐
①碳源
无机碳源：
有机碳源：
CO2、CO32-、HCO3-
糖类、脂肪酸、牛肉膏、蛋白胨等
②氮源
无机氮源：
有机氮源：
牛肉膏、蛋白胨、尿素、氨基酸等
自养微生物
（提供C元素的物质）
（提供N元素的物质）
来源：动物
作用：为微生物的生长提供有机C、有机N和维生素等营养物质
异养微生物
NH4＋、NO3-、N2和NH3等
4.培养基的营养构成：
Zn、Cu、Mn、Co、Mo等
大量元素：
微量元素：
Ca、K 、Mg等
③无机盐
为什么培养基需要氮源？
是微生物合成蛋白质、核酸等物质所必需的。
2)特殊需求：
满足微生物对 ____________________的需求
④培养厌氧微生物时，需要提供_____的条件。
①培养乳酸杆菌时，需要在培养基中添加_______；
②培养霉菌时，需要将培养基调至_____；
③培养细菌时，需要将培养基调至_____________；
维生素
酸性
中性或弱碱性
无氧
pH、特殊营养物质、氧气
表1-1 1000ml牛肉膏蛋白胨培养基的营养组成 组分 含量 提供的主要营养
牛肉膏 5g 碳源、磷酸盐和维生素等
蛋白胨 10g 氮源和维生素等
NaCl 5g 无机盐
H2O 定容至1000ml 水
实例：细菌培养基——牛肉膏蛋白胨培养基
补充资料：培养基的类型及用途
划分标准 培养基种类 特点 用途
物理性质
化学成分
用途
不加凝固剂
加凝固剂，如琼脂
工业生产、扩大培养
观察微生物的运动、
分类、鉴定
微生物分离、鉴定、活菌计数、保藏菌种
含化学成分不明确的天然物质
工业生产
培养基成分明确
分类、鉴定
允许特定种类的微生物生长,同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基
培养、分离出特定微生物
在培养基中加入某种指示剂或化学药品,用以鉴别不同种类的微生物
鉴别不同种类微生物
天然培养基
合成培养基
固体培养基
液体培养基
半固体培养基
选择培养基
鉴别培养基
具体处理 原理 目的
选择培养基 加入青霉素 青霉素能抑制细菌生长， 对真菌无作用
不加氮源 固氮微生物能利用空气中的氮气
不加有机碳源 自养型微生物能利用无机碳源
鉴别培养基 加入酚红 尿素被分解产生氨，培养基呈碱性，酚红指示剂变红。
加入刚果红 刚果红与纤维素能形成红色复合物，当纤维素被分解后，复合物就无法形成，培养基中会出现以菌落为中心的透明圈。
分离酵母菌、霉菌等真菌
分离固氮菌
分离自养微生物
鉴别分解尿素的细菌
鉴别分解纤维素的细菌
　　获得纯净培养物的关键是 。
思考：无菌技术除了用来防止实验室的培养物被其他外来微生物污染外，还有什么目的？（教材P10旁栏）
还能有效避免操作者自身被微生物感染。
防止杂菌的污染
实验前：
对操作空间、操作人员的衣着和手进行清洁和消毒
对所用器皿、接种用具和培养基灭菌
操作时：
在超净工作台上并在酒精灯火焰附近进行操作
避免已灭菌处理材料再次污染
二、无菌技术
超净工作台
使用较为温和的物理、化学或生物等方法，杀死物体表面或内部一部分微生物。
（1）概念：
（2）消毒的方法：
①煮沸消毒法： 100℃煮沸5-6min。
②巴氏消毒法： 62-65℃下煮30min 或 80-90℃下煮30s-1min。
③化学药剂消毒法：用70%酒精擦拭双手；氯气消毒水源。
④紫外线消毒法：
用紫外灯照射接种室、接种箱、超净工作台
适量喷洒石炭酸或煤酚皂溶液可加强消毒效果
1.消毒
2.灭菌
（1）概念：
指使用强烈的理化方法杀死物体内外所有微生物，包括芽孢和孢子。
（2）灭菌的方法：
湿热灭菌（高压蒸汽灭菌法）
干热灭菌法、灼烧灭菌法
芽孢：
有些细菌在一定的条件下，细胞里面形成一个椭圆形的休眠体，叫做芽孢。
注：芽孢壁很厚，对干旱、低温、高温等恶劣的环境有很强的抵抗力。例如，有的细菌的芽孢，煮沸3小时以后才死亡。
孢子：
细菌、原生动物、真菌和植物等产生的一种有繁殖作用的无性生殖细胞，能直接发育成新个体。
原理：高温蒸汽破坏蛋白质、核酸等结构使其变性
优点：操作简便，效果可靠，可以杀灭所有的生物，包括最耐热的某些微生物的休眠体。基本保持培养基的营养成分不被破坏。
对象：培养基等
注：使用后的培养基必须灭菌后
才能丢弃，以免污染环境。
高压蒸汽灭菌锅内100kPa、121℃下维持15-30min
高压蒸汽灭菌锅
（1）湿热灭菌
原理：使微生物细胞膜破坏、蛋白质变性和原生质
干燥等
对象：耐高温，需保持干燥的物品，适用于
玻璃器皿 (如试管、培养皿、吸管、注射器)
金属器具 (如针头、 镊子、剪刀等)的灭菌
（2）干热灭菌：干热灭菌箱内160-170 ℃下加热2-3h
（3）灼烧灭菌：酒精灯火焰灼烧
原理：使微生物燃烧（彻底）
对象：接种工具如接种环、接种针，以及接种过
程中的试管口或瓶口等易被污染部位
类型 适用范围 操作方法
消 毒
灭 菌
较为温和理化方法，杀死部分微生物（不包括芽孢、孢子）
强烈的理化方法，杀死所有微生物（包括芽孢、孢子）
煮沸消毒法
日常生活
100 ℃煮沸5～6 min
巴氏消毒法
不耐高温的液体
62～65 ℃煮30 min或80-90 ℃煮30s-1 min
化学药剂
生物活体、水源等
擦拭等,如用酒精擦拭双手、用氯气消毒水源
紫外线
紫外线照射30 min
灼烧灭菌
接种的金属工具、接种时用的试管口或瓶口等
直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧
干热灭菌
耐高温、需要保持干燥的物品,如玻璃器皿和金属用具等
物品放入干热灭菌箱,160～170 ℃加热2～3h
湿热灭菌
培养基等,生产和实验室常用
高压蒸汽灭菌锅内,100 kPa,温度121 ℃,15～30 min
接种室、接种箱，超净工作台
总结：消毒与灭菌的比较
由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为纯培养物，获得纯培养物的过程就是纯培养。
②.方法步骤：
01
02
03
04
配制培养基
灭菌
倒平板
接种和分离
培养
05
微生物群
分散或稀释
单个细胞
单个菌落
繁殖
4.微生物的纯培养
① 概念：
分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体，这就是菌落。采用平板划线法和稀释涂布平板法能将单个微生物分散在固体培养基上，之后经培养得到的单菌落一般是由单个微生物繁殖形成的纯培养物。
③.酵母菌的纯培养：
目的要求：
1.学会配制培养酵母菌的培养基并倒平板。
2.学会进行无菌操作。
3.尝试通过平板划线操作来获得纯化的酵母菌菌落。
材料用具：
酵母菌培养液、马铃薯、葡萄糖(或蔗糖)、琼脂、蒸馏水、天平、小刀、纱布、烧杯、锥形瓶、棉塞、牛皮纸(或报纸)、皮筋、培养皿、接种环、酒精灯、超净工作台、高压蒸汽灭菌锅、干热灭菌箱和恒温培养箱等。
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养：
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配制培养基
灭菌
倒平板
接种和分离
培养
05
配制培养基：称取去皮马铃薯200g，切成小块，加水1000ml，加热煮沸至马铃薯软烂，用纱布过滤。向滤液中加入20g葡萄糖(可用蔗糖代替)、15-20g琼脂，用蒸馏水定容至1000ml。
表1-1 1000ml牛肉膏蛋白胨培养基的营养组成 组分 含量 提供的主要营养
牛肉膏 5g 碳源、磷酸盐和维生素等
蛋白胨 10g 氮源和维生素等
NaCl 5g 无机盐
H2O 定容至1000ml 水
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养：
如果需要调节培养基的pH，应该在定容完成后，灭菌之前进行操作。
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配制培养基
灭菌
倒平板
接种和分离
培养
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灭菌：将配制好的培养基转移到锥形瓶中，加棉塞，包上牛皮纸，并用皮筋勒紧，再放入高压蒸汽灭菌锅中，在压力为 100 KPa、温度为 121℃的条件下，灭菌 15 ~ 30 min。将 5 ~ 8 套培养皿包成一包，用几层牛皮纸包紧，放入干热灭菌箱内，在 160~170 ℃灭菌 2h。
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养：
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配制培养基
灭菌
倒平板
接种和分离
培养
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倒平板：待培养基冷却至50℃左右时，在酒精灯火焰附近倒平板。倒平板的具体操作步骤如下：
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养：
①拔出锥形瓶的棉塞。
②将瓶口迅速通过火焰。
③用拇指和食指将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙，将培养基（10～20 mL）倒入培养皿，立即盖上皿盖。
④等待培养基冷却凝固后，将培养皿倒过来放置。
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配制培养基
灭菌
倒平板
接种和分离
培养
05
倒平板：待培养基冷却至50℃左右时，在酒精灯火焰附近倒平板。倒平板的具体操作步骤如下：
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养：
2.在倒平板的过程中，为什么需要使锥形瓶的瓶口通过火焰？
通过灼烧灭菌，防止瓶口的微生物污染培养基。
琼脂是一种多糖，在44℃以下凝固，倒平板时，若低于50℃不及时操作，琼脂会凝固。倒平板时高于50 ℃则会烫手。
1.培养基灭菌后为什么要冷却到50℃左右时开始倒平板？
3.为什么倒平板时，将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙，不能完全打开？
防止杂菌污染培养基
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配制培养基
灭菌
倒平板
接种和分离
培养
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倒平板：待培养基冷却至50℃左右时，在酒精灯火焰附近倒平板。倒平板的具体操作步骤如下：
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养：
5.平板冷凝后，为什么要将平板倒置？
不能；因为空气中的微生物可能在皿盖与皿底之间的培养基上滋生。
4.在倒平板的过程中，若不小心将培养基溅在皿盖与皿底之间部位，这个平板还能用来培养微生物吗？为什么？
平板冷凝后，皿盖上会凝结水珠，将平板倒置，既可以防止皿盖上的水珠落入培养基造成污染,又可以防止培养基表面水分过度挥发。
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配制培养基
灭菌
倒平板
接种和分离
培养
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接种：指在无菌条件下将微生物或含菌材料转移到合适其生长繁殖的培养基中的过程。
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养：
接种工具：
接种针——用于穿刺接种；
接种环——用于斜面接种或平板划线接种；
玻璃涂布器——用于涂布平板接种；
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配制培养基
灭菌
倒平板
接种和分离
培养
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接种的方法：涂布平板法、穿刺接种法、斜面接种法、平板划线法
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养：
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配制培养基
灭菌
倒平板
接种和分离
培养
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通过接种环在固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基表面。经过数次划线后培养可以分离得到单菌落。
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养：
连续划线法
分区划线法
①将接种环放在火焰上灼烧，直到接种环的金属丝烧红。
②在火焰旁冷却接种环，并拔出装有酵母菌的棉塞。
③将试管口通过火焰
④将已冷却的接种环伸入菌液中，蘸取一环菌液。
⑤将试管通过火焰，并塞上棉塞。
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养
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配制培养基
灭菌
倒平板
接种和分离
培养
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——平板划线法
⑥左手在火焰附近将皿盖打开一条缝隙，右手将沾有菌种的接种环迅速伸入平板内，划三至五条平行线，盖上皿盖。注意不要划破培养基。
⑦灼烧接种环，待其冷却后，从第一区域划线的末端开始往第二区域内划线。重复以上操作，在三、四、五区域内划线。注意不要将最后一区的划线与第一区相连。
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养
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配制培养基
灭菌
倒平板
接种和分离
培养
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——平板划线法
1
2
3
4
5
灼烧接种环
蘸取菌液
第1区接种
灼烧接种环
第2区接种
灼烧接种环
第3区接种
第4区接种
注意：
①接种环只蘸一次菌液,但要在培养基不同位置连续划线多次。
②划线首尾不能相接
③每次划线前接种环进行灭菌
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养——平板划线法
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配制培养基
灭菌
倒平板
接种和分离
培养
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灼烧接种环
第5区接种
灼烧接种环
灼烧接种环
1.为什么在操作第一步以及每次划线之前都要灼烧接种环？在划线操作结束时,仍然需要灼烧接种环吗？为什么？
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养
灼烧时期 目的
取菌种前
每次划线前
接种结束后
杀死接种环上残留的菌种，避免细菌污染环境和感染操作者。
杀死上次划线时残留菌种，使下一次划线的菌种直接来源上次划线的末端，从而使每次划线时菌种数目逐渐减少，直至得到单个细胞。
杀死接种环上原有微生物，避免污染培养物
2.在灼烧接种环之后，要等其冷却再进行划线，目的是什么？
避免温度过高杀死菌种
3.除第一次划线外，每次划线都从上一次划线的末端开始，目的是什么？
使微生物的数目随着划线次数的增加而逐渐减少，最终能得到由单个微生物繁殖而来的菌落
4.为什么划线时要注意不能划破培养基？
①一旦划破，会造成划线不均匀，难以达到分离单菌落的目的；
②存留在划破处的单个细胞无法形成规矩的菌落，菌落会沿着划破处生长，会形成一个条状的菌落
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养
培养：完成平板划线后，待菌液被培养基吸收，将接种后的平板和一个未接种的平板倒置，放入 28℃ 左右（培养温度因酵母菌种类的不同而稍有差异）的恒温培养箱中培养 24 ~ 48h。
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养
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04
配制培养基
灭菌
倒平板
接种和分离
培养
05
避免杂菌污染
2.为什么倒平板和接种整个过程要在酒精灯火焰旁进行？
1.未接种的培养基直接培养起什么作用？
做空白对照，若培养后培养基表面无菌落，则说明培养基没有污染。
警示：在实验室中，切不可吃东西、喝水，离开实验室时一定要洗手，以防止被微生物感染。使用后的培养基在丢弃前一定要进行灭菌处理，以免污染环境。
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养
分析评价：
1.在未接种的培养基表面是否有菌落生长？如果有，说明了什么？
2.这些菌落的颜色、大小是否一致？如果你观察到了不同形态的菌落，你能分析出可能是由哪些原因引起的吗？
在未接种的培养基表面应该没有菌落生长，如果有，说明培养基被杂菌污染。
如果观察到了不同形态的菌落，可能是接种的菌种不纯或者无菌操作不规范等原因引起的。
有一段时间，水果“酵素”风靡各地。水果“
酵素”制作的大致过程是：将洗净、切成块状的水
果放入洁净的容器，再加入糖和水,密封，置于阴凉
处发酵一至两周。有人说，吃水果“酵素”可以美
容、减肥、促进消化和提高免疫力。请评估这一论点是否可信。追问以下问题可以帮助你分析。
“酵素”是什么？水果“酵素”的制作原理是什么？水果“酵素”中可能含有哪些成分？它是否含有人们无法从其他食品中获取但又是维护健康所必需的成分？水果“酵素”中的所有成分都有益于人体健康吗？
如果要更加有力地支持或反驳水果“酵素”有益健康的论点，应该怎样获取证据？
4.微生物的纯培养
所谓"酵素"，就是"酶"的另一种说法。"酵素"制作就是利用微生物进行无氧呼吸的原理，进行像制作泡菜一样的发酵。这样制作的"酵素"中可能有糖类（包括一些简单的糖和膳食纤维等）、蛋白质（包括多种酶）、有机酸等成分，不存在它独有的、特殊的营养物质，其中甚至可能含有微生物发酵产生的有毒物质，食用后可能会危害人体健康。因此，"吃水果'酵素'可以美容、减肥、促进消化和提高免疫力"的论点值得怀疑。可以通过查阅专业学术期刊上发表的有关研究论文，或亲自检测水果"酵素"中的成分，获取科学可靠的证据进行全面论证。
4.微生物的纯培养
③.酵母菌的纯培养
1.微生物的纯培养既需要适宜的培养基，又要防止杂菌污染。判断下列相关表述是否正确。
（1）培养基中的营养物质浓度越高，对微生物的生长越有利。（ ）
（2）消毒和灭菌的杀菌程度存在差异。 （ ）
（3）微生物的纯培养物就是不含有代谢废物的微生物培养物。（ ）
×
√
×
2.日常生活中保存食品的方法有哪些？这些方法是如何阻止或抑制微生物生长的？
日常生活中保存食品的方法有干制、腌制、低温储存等。干制可以降低食品的水分含量；腌制可以通过食盐、糖等制造高渗环境，从而抑制微生物的生长和繁殖；低温则是通过降低微生物的代谢速率来抑制微生物的生长和繁殖。
4.微生物的纯培养
1.某同学将5个手指尖在贴有“洗手前”标签的培养基上轻轻按一下。然后用肥皂将该手洗干净，再将5个指尖在贴有“洗手后”标签的同种培养基上轻轻按一下。将这两个培养皿放入37℃恒温培养箱中培养24h后，发现贴有“洗手后”标签的培养皿中菌落较少。请分析回答下列问题。
（1）这个实验中需要进行灭菌处理的材料用具有？
（2）“将指尖在培养基上轻轻按一下”相当于微生物培养中的哪一步操作？
接种
（3）从实验结果来看,洗手后我们就能进行无菌操作了吗？操作时，我们可以采用什么方法来避免手上微生物的污染？
提示：通过实验结果可以看到，洗手后手上还有一些微生物，不能直接进行无菌操作。可以通过用酒精棉球擦拭双手，或戴消过毒的手套等方法来避免手上微生物的污染。
培养皿和培养基。
4.微生物的纯培养
2.某生物兴趣小组将从葡萄皮上成功分离来的野生酵母菌分别接种于3个盛有等量同种液体培养基的锥形瓶中，并放置在摇床上培养，摇床转速分别为 210 r/min， 230 r/min和250 r/min。培养时间与酵母菌种群密度的关系如下图所示。请分析回答下列问题。
意味着培养液中O2含量不同。
（1）摇床转速不同,意味着培养条件有什么不同？
培养液中O2含量越高,酵母菌种群密度越大。
（2）从图中数据你可以得出什么结论 其原因是什么
培养液中O2含量越高,酵母菌种群密度越大。
（3）为什么培养8h后，其中2个锥形瓶中酵母菌的种群密度基本达到稳定
4.微生物的纯培养
2.某生物兴趣小组将从葡萄皮上成功分离来的野生酵母菌分别接种于3个盛有等量同种液体培养基的锥形瓶中，并放置在摇床上培养，摇床转速分别为 210 r/min， 230 r/min和250 r/min。培养时间与酵母菌种群密度的关系如下图所示。请分析回答下列问题。
提示：日常生活中保存食品的方法有干制、腌制、低温储存等。干制可以降低食品的水分含量；腌制可以通过食盐、糖等制造高渗环境，从而抑制微生物的生长和繁殖；低温则是通过降低微生物的代谢速率来抑制微生物的生长和繁殖。
4.微生物的纯培养
5．马铃薯琼脂培养基常用于真菌的筛选，其配制过程如下：将马铃薯去皮切块，加水煮沸至其软烂，过滤得到马铃薯浸出液。在马铃薯浸出液中加入一定量琼脂，用水定容后灭菌。下列相关叙述错误的是(　)
A．应在培养基中加入链霉素，以抑制细菌的生长
B．除碳源外，马铃薯浸出液还提供氮源和无机盐
C．氮源进入细胞后，可参与合成核苷酸等物质
D．加入碘液后，周围为蓝色的菌落一般能产生淀粉酶
D
6．如图为实验室培养和纯化大肠杆菌过程中的部分操作步骤，下列说法不正确的是(　　)
A．①步骤使用的培养基是已经调节过pH并灭菌的培养基
B．①②③步骤操作时需要在酒精灯火焰旁进行
C．③到④的过程中，接种环共灼烧了5次
D．④步骤操作时，不能将第1区和第5区的划线相连
C(共34张PPT)
微生物的基本培养技术
1、实验室培养微生物条件
1）提供微生物生长繁殖所需营养和环境条件
—培养基
2）确保其它微生物无法混入
—无菌技术
高压蒸汽灭菌
温故知新：
课题背景
自然界中微生物数量繁多，种类庞杂，要想从中分离出需要的特定微生物并不容易，尤其当要分离的微生物在混合菌群中不是优势种群时，更难实现。
稀释涂布平板法呈现的杂菌群
那么我们又如何达成这一目标呢？
科学家们应用选择性培养基解决了这一难题。
1.2.2微生物的选择培养和计数
一、选择培养基
美国黄石国家公园的一个热泉
1973年，科学家从美国黄石国家公园的热泉中筛选出水生栖热菌，进而提取出耐高温的DNA聚合酶。
为什么水生栖热菌能从热泉中筛选出来呢？
实验室微生物的筛选时，可人为提供有利于目的菌生长的条件（包括营养、温度、pH等），同时抑制或阻止其他微生物生长。
在微生物学中，将允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基，称为选择培养基。
因为水生栖热菌能在70-80℃的高温条件下生存，而绝大多数微生物在此条件下不能生存。
培养基中加氨苄青霉素
具有氨苄青霉素抗性的菌落
没有氨苄青霉素抗性的细菌
培养基应有菌落
没有氨苄青霉素抗性的细菌被淘汰
怎样选择出抗氨苄青霉素能力的细菌
举例1
加入青霉素：
不加氮源：
不加含碳有机物：
——分离出固氮菌
——分离出自养型微生物
补充资料1-几种选择培养基举例
那么如果让你分离土壤中分解尿素的细菌，你应该怎么设计呢？
思考-讨论
选择培养基配方的设计
尿素的立体结构
尿素［CO(NH2)2］含氮量高，化学性质稳定，是现代农业生产中一种重要的氮肥。尿素被土壤中某些细菌分解成NH3,再被转化为NO3-、NH4+等被植物吸收。
这些细菌之所以能分解尿素，是因为能合成脲酶，来催化尿素分解。
讨论：
1、你如何设计培养基配方，将土壤稀释液中能分解尿素
的细菌分离出来？
2、该培养基与普通培养基有哪些共同点和不同点？
培养基添加尿素作唯一氮源，只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素。缺乏脲酶的微生物由于不能分解尿素、缺乏氮源而不能生长发育繁殖，所以用此培养基就能够选择出分解尿素的微生物。
牛肉膏 5.0g
蛋白胨 10.0g
NaCl 5.0g
琼脂 20.0g
蒸馏水 定容到1000ml
KH2PO4 1.4g
NaH2PO4 2.1g
MgSO4·7H2O 0.2g
葡萄糖 10.0g
尿素CO(NH2)2 1.0g
琼脂 15.0g
蒸馏水 定容到1000ml
配方一：培养细菌
配方二：培养可以分解尿素的细菌
补充资料2-普通培养基与选择培养基的比较
1、从物理性质看此培养基属于哪类？从用途上属于哪类培养基？
固体培养基
配方二是以尿素作唯一氮源的选择培养基
2、此培养基中共有哪些成分？在此培养基中哪些作为碳源、氮源？
碳源： 配方二氮源：
成分：
碳源、氮源、水、无机盐
二、微生物的选择培养
3）样品梯度稀释与涂布平板
4）培养与观察
二、微生物的选择培养
6支试管，分别加入9ml无菌水
1ml
102
1ml
103
1ml
104
1ml
105
1ml
106
1ml
107
3）样品梯度稀释与涂布平板
移液枪
稀释10倍菌液
101
土壤10g
在火焰旁称取土壤10g，加入90ml无菌水中，摇匀，制成稀释10倍的土壤菌液。
分别取1ml上清液，加入盛有9ml无菌水的试管中，制成不同稀释倍数的菌液。
取6支试管，分别加入9ml无菌水。
1、将涂布器浸在盛有酒精的烧杯中
滴
2、取少量稀释液（不超过0.1ml ），滴加到培养基表面
灼
3、将沾有少量酒精的涂布器在火焰上引燃，待酒精燃尽后，冷却8-10s。
涂
4、用涂布器将菌液均匀地涂布在培养基表面。涂布时可转动培养皿，使涂布均匀
各梯度分别至少涂布3个平板
浸
不要将过热的涂布器放在盛有酒精的烧杯中，以免引燃酒精。
放入37℃恒温箱中培养1～2d
4）培养与观察
稀释103倍
稀释104倍
稀释105倍
空白对照
恒温培养箱
（一）间接计数法——稀释涂布平板法
1.原理
当样品的稀释度足够___时，培养基表面生长的一个____，来源于__________中的一个____；通过计数平板上的____数，就能推测出样品中大约含有多少_____；
*样品的稀释度将直接影响平板上的菌落数目；
高
菌落
样品稀释液
活菌
活菌
菌落
稀释103倍
稀释104倍
稀释105倍
空白对照
三、微生物的计数
2.计数原则*
（1）选择菌落数为_______的平板计数**；
（2）____稀释度下，应____对___个
平板进行重复计数，然后求出______；
3.结果分析
（1）统计的菌落数往往比活菌的实际数目____；
原因*：___________________________________
（2）统计结果一般用_______而不是用活菌数来表示；
30-300
同一
至少
3
平均值
少
当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落
菌落数
（3）计算
C代表某一稀释度下平板上生长菌落数的平均值；
V代表涂布平板时吸取的稀释液体积数值(mL)；
M代表稀释倍数；
则每g样品中的细菌数=__________
现学现用：
某同学在稀释倍数为106的培养基中测得平板上菌落数的平均数为234，那么每g样品中的菌落数是（涂布平板时所用稀释液的体积为0.1mL) ( )
A. 2.34×108 B. 2.34×109
C. 234 D. 23.4
（C÷V）×M
B
思考：
某两位同学用稀释涂布平板法测定同一土壤样品中的细菌数。从对应稀释倍数为106的培养基中，得到以下两种统计结果：甲同学在该浓度下涂布了一个平板，统计的菌落数为230；乙同学在该浓度下涂布了A、B、C三个平板，统计的菌落数分别为21、212、256，该同学以这三个平板上菌落数的平均值163作为统计结果。
请评价这两位同学的实验结果的有效性：
1.甲同学________________；
原因是________________；
2.乙同学________________；
原因是_____________________________；
实验操作不合理
未设置重复实验组
结果计算不合理
21与另外两组数值相差太大，应舍去
（二）直接计数法——显微镜直接计数
1.原理
利用特定的_________或___________在______下观察、计数，然后再计算________的样品中微生物的数量；
*血细胞计数板常用对相对较大的酵母菌细胞、霉菌孢子等；
细菌计数板可对细菌等较小的细胞进行观察和计数；
2.优点
________
3.缺点
（1）统计结果一般是__________________
不能区分死菌与活菌
（2）个体小的细菌在显微镜下难以观察
细菌计数板
血细胞计数板
显微镜
一定体积
快速直观
活菌数和死菌数的总和
1.实验目的
（1）从土壤中分离出能够分解尿素的细菌
（2）统计每克土壤样品中究竟含有多少这样的细菌
2.实验原理
绝大多数微生物都能利用葡萄糖，但是只有能合成_____的微生物才能分解尿素，利用________________的_____培养基，可以从土壤中分离出_______的细菌
脲酶
以尿素作为唯一氮源
选择
分解尿素
探究-实践
四、土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
3.实验步骤
（1）制备培养基
①选择培养基 *以尿素为唯一氮源
②牛肉膏蛋白胨完全培养基、空白培养基
*作为对照组，来判断选择培养基是否具有选择作用以及培养基是否被污染
葡萄糖 10.0g
尿素 1.0g
KH2PO4 1.4g
Na2HPO4 2.1g
MgSO4·7H2O 0.2g
琼脂 15.0g
蒸馏水 1000ml
3.实验步骤
（2）土壤取样
①取样地点要求：酸碱度接近中性的潮湿土壤
*细菌适宜在该环境中生长
②取样过程：铲去表土（一般3cm左右）
*细菌绝大部分分布在距地表3-8cm的土壤层
③注意事项：
取土样时用的铁铲和取样袋在使用前都需要灭菌
操作完成后，一定要洗手
（3）样品的稀释与涂布平板
①每个浓度至少设置3+1个平板，计数时求平均值。
（3）样品的稀释与涂布平板
②不同微生物在土壤中含量不同，分离不同的微生物采用不同的稀释度，以保证获得菌落数在30～300之间适于计数的平板。
*测细菌时，一般选用104、105、106倍稀释的稀释液进行平板培养，第一次实验时，梯度可适当放宽103-107
③注意事项：本实验使用的平板和试管较多，为了避免混淆，最好在使用前做好标记。例如，在标记培养皿时应该注明组别、培养日期和平板上培养样品的稀释度等；
（4）微生物的培养与观察
①培养条件：不同种类的微生物，往往需要不同的培养温度和培养时间。
*细菌一般在30-37℃的温度下培养1-2d
②观察：每隔24h统计一次菌落数目，选取菌落数目稳定时的记录作为结果。
*防止因培养时间不足而导致遗漏菌落的数目
③一般来说，在相同的培养条件下，同种微生物表现出稳定的菌落特征，如形状、大小和颜色等。
结果分析与评价
1.结合对照，分析培养物中是否有杂菌污染以及选择培养基是否筛选出一些菌落。
2.是否获得了某一稀释度下，菌落数目在30——300的平板 在这稀释度下，是否至少有两个平板的菌落数相近？
3.你统计的每克土壤中含有能分解尿素的细菌的菌落数是多少？与其他同学的结果接近吗？如果差异很大，可能是什么原因引起的？
拓展——分解尿素细菌的进一步鉴定
1.原理
细菌合成的脲酶将尿素分解为氨，氨会使培养基的碱性增强，pH升高，因此可以通过检测培养基pH的变化来判断是否发生了该化学反应，进而判断该菌是否为尿素分解细菌；
2.方法
在以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂，培养某种细菌后，如果pH升高，指示剂将变红：
*液体培养基可以直接看液体的变色情况；
*固体培养基上可以观察菌落周围是否出现红色环带；
*红色环带直径与菌落直径比值越大，说明分解能力越___
强
平板划线法 稀释涂布平板法
纯化原理
接种工具
单菌落的获得
用途
接种效果图
相同点
通过连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散
将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释程度的菌液分别涂布到固体培养基的表面，进行培养，以得到单菌落
接种环
涂布器
从最后划线的区域挑取
稀释度合适，整个平板上都可找到单菌落
分离纯化菌种，获得单菌落
①分离纯化菌种，获得单菌落②用于计数
①都能分离纯化菌种
②都是在固体培养基上进行的
五、
两种
纯培养方法
对比
到社会中去
1、空气中微生物总数的检测？
2、水中细菌总数的检测？
3、牛奶中细菌的分离与计数？
4、土壤中真菌（或放线菌）的分离与计数？
不同菌落的颜色与形状
课堂小结
微生物的数量测定
选择培养基的作用
微生物选择培养获取纯培养物的方法-稀释涂布平板法
微
生
物
的
选
择
培
养
和
计
数
选择培养基
微生物的选择培养
科学实例
筛选原则
选择培养基的概念及举例
稀释涂布平板法的操作过程
间接计数法 — 稀释涂布平板法
直接计数 —计数板计数法
土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
培养基的制备
实验设计
（1）土壤取样
（2）样品的稀释
（3）稀释涂布平板法接种
（4）微生物的培养与观察
实验设计
一、概念检测
1. 研究人员用无机盐、琼脂和石油配制的培养基从被石油污染的土壤中筛选出了一种石油降解菌。判断下列相关表述是否正确。
（1）这种培养基是一种选择培养基。（ ）
（2）利用这种石油降解菌可以降解石油。修复土壤。（ ）
（3）相对于未被污染的土壤,从被石油污染的土壤中更容易分离到石油降解菌。（ ）
√
√
√
一、概念检测
2.用稀释涂布平板法来统计样品中的活菌数时，通过统计平板上的菌落数就能推测出样品中的活菌数,原因是（ ）
A. 菌落中的细菌数目是固定的
B. 平板上的一个菌落就是一个细菌
C. 通过此方法统计的菌落数与活菌的实际数目相同
D. 平板上的一个菌落一般来源于样品稀释液中的一个活菌
D
二、拓展应用
1.反刍（chú）动物，如牛和羊具有特殊的器官一瘤胃。在瘤胃中生活着多种微生物，其中许多微生物能分解尿素。请你设计一个实验从瘤胃中分离出能够分解尿素的微生物。
反刍动物的瘤胃中有大量的微生物，其中就有分解尿素的微生物。由于瘤胃中的微生物多为厌氧菌，接触空气后会死亡，因此分离其中能分解尿素的微生物除了需要准备选择培养基，还应该参照厌氧菌的培养方法进行实验设计。
二、拓展应用
2.地球上的植物每年产生的纤维素超过70亿吨，其中 40% ~ 60% 能被土壤中某些微生物分解利用，这是因为它们能够产生纤维素酶。对这些微生物的研究与应用，使人们能够利用精杆等生产酒精，用纤维索酶处理服装面料等。已知刚果红是一种染料，它可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物，但并不与水解后的纤维二糖、葡萄糖等发生这种反应。当我们在含有纤维素的培养基中加入刚果红时，刚果红与纤维素形成红色复合物；而当纤维索被纤维素分解菌分解后，复合物就无法形成，培养基中会出现以这些菌为中心的透明圈(如下图所示)。请回答下列问题。
（2）你打算到什么环境中去寻找纤维素分解菌？为什么？
提示：纤维素分解菌大多分布在富含纤维素
的环境中，采集土样时，可以选择纤维素丰
富的环境，如树林中多年落叶形成的腐殖土等。
二、拓展应用
2.地球上的植物每年产生的纤维素超过70亿吨，其中 40% ~ 60% 能被土壤中某些微生物分解利用，这是因为它们能够产生纤维素酶。对这些微生物的研究与应用，使人们能够利用精杆等生产酒精，用纤维索酶处理服装面料等。已知刚果红是一种染料，它可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物，但并不与水解后的纤维二糖、葡萄糖等发生这种反应。当我们在含有纤维素的培养基中加入刚果红时，刚果红与纤维素形成红色复合物；而当纤维索被纤维素分解菌分解后，复合物就无法形成，培养基中会出现以这些菌为中心的透明圈(如下图所示)。请回答下列问题。
（3）有同学说,可以把滤纸埋在土壤中,经过一段时间后,再从已腐烂的滤纸上筛选纤维素分解菌。请你评价这一做法。
提示：这是人工设置适合纤维素分解菌生存
的环境,腐烂的滤纸上很可能有纤维素分解菌。(共57张PPT)
第3节 发酵工程及其应用
一、发酵工程的基本环节
二、发酵工程的应用
1、在食品工业上的应用
2、在医药工业上的应用
3、在农牧业上的应用
4、其他方面的应用
学习目标
1.通过分析发酵工程示意图，了解发酵工程的一般流程，知道发酵工程的基本环节和发酵罐的构成，培养科学思维，联系生产实际，培养社会责任意识。
2.通过资料分析，了解发酵工程的应用，了解发酵工程在工业、医药工业、农牧业及其他方面的应用，联系生产、生活实际，培养社会责任意识。
青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。早期科学家只能从青霉菌中提取少量，价格贵如金。随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等，青霉素步入了产业化生产的道路。如今，一瓶规格160万单位青霉素注射剂的价格只要1元左右。那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？
选育高产菌种
扩大培养
配制培养基
灭菌
接种
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
发酵工程的形成
微生物纯培养技术的建立
密闭式发酵罐的设计成功
人们对发酵原理的认识
发酵工程形成
那么发酵工程的基本环节是什么呢？
发酵工程能够生成哪些产品呢？
一、发酵工程的基本环节
1．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。
（1）选育菌种
性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。在啤酒生产中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速发酵过程，缩短生产周期。
（2）扩大培养
工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。
一、发酵工程的基本环节
（3）培养基配制
在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。
（4）灭菌
发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。例如，在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
一、发酵工程的基本环节
（5）接种
（6）发酵罐内发酵
现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。
这是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。例如，谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。
中心
环节
补充内容：
① 谷氨酸发酵常用菌种为谷氨酸棒状杆菌；
② 谷氨酸棒状杆菌的代谢类型为异养需氧型，其与有氧呼吸有关的酶主要存在于细胞膜上；
③ C:N的数值也会影响谷氨酸发酵过程：
C:N=4:1时，菌体大量繁殖，谷氨酸产生量较少；
C:N=3:1时，菌体繁殖受抑制，谷氨酸产生量较多。
发酵罐内发酵——发酵工程的中心环节
发酵容器
________
发酵罐
电动机D1
排气管C3
pH计B3
冷却水排出口C2
冷却夹层
发酵液
搅拌叶轮D2
生物传感器装置B4
空气入口A4
放料管A2
A3 阀门
A1培养物或营养物质的加入口
B1观察孔
B2取样管
B5温度传感器和控制装置
C1冷却水进入口
装置编号 主要用途
A1-A3
A4
B1-B5
C1、C2
C3
D1、D2
控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养
控制溶解氧
通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测。
通过控制冷水流速调节罐温
调节罐压
电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热。
一、发酵工程的基本环节
（7）分离、提纯产物
如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。
（8）获得产品
发酵工程的基本环节
选育菌种:可以从自然界中筛选,也可通过诱变育种或基因工程获得
扩大培养
发酵罐内发酵:发酵工程的中心环节。在了解发酵进程的同时,还要控制发酵条件。如环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖,而且会影响微生物代谢物的形成
接种
灭菌:不能有杂菌污染。如在青霉素生产过程中如果污染了杂菌,某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉
分离、提纯产物:
(1)若产品是微生物本身,可采用过滤、沉淀等方法;
(2)若产品是代谢物,可根据产物性质采取适当的措施
获得产品
各环节需要注意的地方
环节 目的
菌种选育
扩大培养
培养基的配制
灭菌
产品的
分离、提纯
性状优良菌种可从自然界筛选，也可通过诱变育种或基因工程育种获得。
工业发酵罐体积大，接种菌种总体积大。发酵前需对菌种扩大培养。
选原料制备培养基。生产实践中，培养基配方要经过反复实验才能确定。
发酵工程所用大多为单一菌种，有杂菌污染影响产量，培养基和设备需严格灭菌
现代发酵工程的大型发酵罐有计算机控制系统，能对温度、PH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养进行监测和控制。还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。
发酵工程的中心环节，发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产品浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，严格控制温度、PH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅影响微生物生长繁殖，还影响微生物代谢物的形成。
如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束后，采用过滤、沉淀方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可据产物性质采取适当提取、分离纯化措施来获得产品。
接种
发酵罐发酵
发酵工程的基本环节分析
1. 微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？
2. 怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
3. 在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？
4. 在进行发酵时，排出的气体和发起培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？
结合图1-9，分析和讨论以下问题。
1.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时，需要考虑哪些因素？
2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
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。
严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件，使用计算机控制系统对各种条件进行监测和控制，以及反馈控制及时添加必需的营养组分；
发酵工程基本环节分析
发酵工程基本环节分析
3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？
4.在进行发酵生产时,排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗 为什么？
旁栏思考（p22）：
某镇特产一种美酒 ，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？
发酵工程的优点：
①生产条件温和；
②原料来源丰富且价格低廉；
③产物专一；
④废弃物对环境的污染小和容易处理；
因此，发酵工程在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工业。
二、发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用
第一，生产传统的发酵食品。
如：用大豆来生产酱油产品。谷物或水果生产各种酒类。
大豆
（蛋白质)
黑曲霉
（蛋白酶）
小分子的肽和氨基酸
酱油
淋洗、调制
谷物或水果
酿酒酵母
酒类
二、发酵工程的应用
啤酒的工业化生产流程
我国是世界上啤酒的生产和消费大国。啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的，其工业化生产流程如下图所示。其中发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成。主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异。
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
主发酵
消毒
终止
后发酵
完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。
主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在低温、密闭的环境下 储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。
啤酒的工业化流程
二、发酵工程的应用
啤酒的工业化生产流程
1.与传统的手工发酵相比，在下面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？
提示：菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制，产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。
啤酒的工业化生产流程
2.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？
思考·讨论 啤酒的工业化生产流程
二、讨论
1.酵母菌酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？
2.啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？
“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖；
“密封”的目的是使酵母菌进行酒精发酵产生酒精。
酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。
（二）发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用
第二，生产各种各样的食品添加剂。
食品添加剂不仅可以增加食品的营养，改善食品的口味、色泽和品质，有时还可以延长食品的保存期。许多食品添加剂都通过发酵工程生产。
添加剂类型 举例
酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸
增味剂 5-肌苷酸二钠、谷氨酸钠
着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素
增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶
防腐剂 乳酸链球菌素、溶菌酶
（二）发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用
第二，生产各种各样的食品添加剂。
添加剂类型 举例
酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸
增味剂 5-肌苷酸二钠、谷氨酸钠
着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素
增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、
结冷胶
防腐剂 乳酸链球菌素、溶菌酶
实例：
① 柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂，可以通过黑曲霉的发酵制得。
② 由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理就能制作味精。
食品添加剂优点:
增加食物的营养，改善食品的口味、色泽和品质，延长食品的保存期。
食品添加剂有23个类别，2000多个品种，包括酸度调节剂、抗结剂、消泡剂、抗氧化剂、漂白剂、膨松剂、着色剂、护色剂、酶制剂、增味剂、营养强化剂、防腐剂、甜味剂、增稠剂、香料等。
二、发酵工程的应用
食品添加剂 ≠ 违法添加物
公众谈食品添加剂色变，更多的原因是混淆了非法添加物和食品添加剂的概念，把一些非法添加物的罪名扣到食品添加剂的头上显然是不公平的。
《国务院办公厅关于严厉打击食品非法添加行为切实加强食品添加剂监管的通知》中要求规范食品添加剂生产使用：严禁使用非食用物质生产复配食品添加剂，不得购入标识不规范、来源不明的食品添加剂，严肃查处超范围、超限量等滥用食品添加剂的行为，同时要求在2011年年底前制定并公布复配食品添加剂通用安全标准和食品添加剂标识标准。
二、发酵工程的应用
（二）发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用
第三，生产酶制剂。
① 常见酶制剂
α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶。
② 酶制剂应用
食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等。
③ 酶制剂来源
少数由动植物生产；绝大多数是通过发酵工程生产的。
请你回忆一下自己做过的生物学实验，想一想曾经使用过哪些酶制剂。
淀粉酶等。
（二）发酵工程的应用
2.在医药工业上的应用
（1）采用基因工程的方法,将植物或动物的基因转移到微生物中,获得具有某种药物生产能力的微生物。如利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素。
（2）直接对菌种进行改造,再通过发酵技术大量生产所需要的产品。如通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素。
（二）发酵工程的应用
2.在医药工业上的应用
（3）未来可能用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物。
（4）利用基因工程将病原体的抗原基因转入微生物细胞，制成生物疫苗。如一种生产乙型肝炎疫苗的方法就是将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产。
（二）发酵工程的应用
3.在农牧业上的应用
第一，生产微生物肥料。
① 微生物肥料的种类
根瘤菌肥、固氮菌肥
② 微生物肥料的作用
微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。
有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。
（二）发酵工程的应用
3.在农牧业上的应用
与传统的化学农药不同，微生物农药是利用微生物
或其代谢物来防治病虫害的。
如：利用苏云金杆菌防治多种农林虫害；利用白僵菌防治玉米螟和松毛虫；一种放线菌产生的抗生素——井冈霉素可防治水稻枯纹病。
微生物农药作为生物防治的重要手段。将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用。
第二，生产微生物农药。
微生物或代谢产物 防治病虫害种类
苏云金杆菌 80多种农林害虫
白僵菌 玉米螟、松毛虫
一种放线菌产生的抗生素（井冈霉素） 水稻枯纹病
（二）发酵工程的应用
3.在农牧业上的应用
第三，生产微生物饲料。
微生物含有丰富的蛋白质，如细菌的蛋白质含量占细胞干重的 60%~80% ,而且细菌生长繁殖速度很快。
单细胞蛋白：以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体。即单细胞蛋白。
单细胞蛋白的应用：可以作为食品添加剂、微生物饲料等。其中微生物饲料能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。
乳酸菌：在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。
二、发酵工程的应用
单细胞蛋白不仅含有丰富的蛋白质，还有糖类、脂质和维生素等物质，以后我老牛是不是吃点微生物菌体就可以健康的活下去呢？
（二）发酵工程的应用
4.在其他方面的应用
发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。
（1）解决资源短缺与环境污染问题
随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。
（2）将极端微生物应用于生产实践
自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在极端恶劣的环境（高温、高压、高盐和低温等环境）中正常生活。
例如嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。
思考
提示：在农业生产中,可以利用农作物废弃物生产食用菌,利用菌糠生产有机肥或部分替代动物饲料;在植物保护方面,应用微生物产生的抗生素来生产生物农药,治理病虫害等。
1.请列举一下发酵工程在环境保护方面的其他应用。
提示：利用微生物发酵清理城市废弃物垃圾,利用发酵工程使烟气脱硫,还可以利用微生物工程除臭等。
2.请列举一下发酵工程在其他行业中的应用。
二、发酵工程的应用
具体应用 成果
在食品工业上的应用 生产传统的发酵产品 利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类。
生产各种各样的食品添加剂 利用黑曲霉发酵生产柠檬酸、利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸。
生产酶制剂 利用微生物发酵生产淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等。
在医药工业上的应用 通过工程菌生产药物 利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素。
通过改造菌种生产药物 通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素
二、发酵工程的应用
具体应用 成果
在农牧业上的应用 生产微生物肥料 利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥。
生产微生物农药 利用苏云金杆菌防治多种农林虫害、利用白僵菌防治玉米螟和松毛虫。
在农牧业上的应用 生产微生物饲料 利用淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液通过发酵获得大量微生物菌体用于饲料生产。
在其他方面的应用 解决资源短缺和环境污染问题 利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯
对极端微生物的利用 利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂
二、发酵工程的应用
食品工业
医药工业
生产传统发酵食品
农牧业
其他方面
生产食品添加剂
发酵工程应用
生产酶制剂
采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物。
直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。
生产微生物肥料
生产微生物农药
生产微生物饲料
解决资源短缺与环境污染问题
将极端微生物应用于生产实践
1.列出你昨天一天的食谱，看看那些食品是直接由微生物发酵产生的？那些食品中添加了经发酵生产的食品添加剂？
2.当地是否有发酵生产企业？如果有，请进行以下调查活动。
（1）咨询当地政府管理部门，了解以下信息：这些企业的年产值是多少？占当地国民生产总值的比例是多少？提供了多少就业岗位？
（2）你的家人和朋友是否有正在从事分解工业生产的，如果有，咨询以下问题：他们所在公司目前生产那些分解产品？经济效益如何？该行业遇到的主要困难是什么？要解决这些困难，对分解技术提出了那些新要求？
练习与应用
一、概念检测
与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质粒明显提高。判断下列相关表述是否正确。
（1）发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。（ ）
（2）发酵工程的产品主要包括微生物的代谢、酶及菌体本身。（ ）
（3）在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢途径。（ ）
（4）通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。（ ）
×
√
×
√
练习与应用
二、拓展应用
1.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。
（1）青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？
提示：可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。
练习与应用
二、拓展应用
1.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。
（2）在发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同的酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？
提示：可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。
练习与应用
二、拓展应用
2. 通过微生物发酵，可以将粮食（如玉米、小麦等）及各种植物纤维加工成燃料乙醇；将燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配，就形成了目前在我国多地广泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道。调查显示，使用乙醇汽油与使用普通汽油相比，排放到空气中的 NO2、CO等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生”；但也有人认为，生产燃料乙醇需要消耗大量的粮食，会增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查阅资料，评估这一风险，并说明在生产时应如何规避这一风险。
提示：在生产燃料乙醇时,为了规避这一风险，应该使用陈化粮食(如陈化的稻谷等)或者非粮食生物材料(如秸杆等)。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流入市场。
复习与提高
1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。
（1）在培养基中加入化合物A的目的是____________________________，这种培养基属于_______培养基。
（2）培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量 的培养液，接入新的培养中续培养，使目的菌的数量___________。
筛选出可降解化合物A的微生物
选择
显著降低
扩增
复习与提高
（3）若要研究目的菌的生长规律，可挑取单个菌落进行液体培养，再采用 _____________ 方法进行计数。请你预测目的菌的种群数量会发生怎样的变化。
细菌计数板计数
S形增长
（4）将目的菌用于环境保护实践时,还有哪些问题需要解决
提示：目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物A后是否会产生二次污染等问题都需要研究清楚后，才能进行实践。
复习与提高
1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。
（5）有人提出,可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物A的细菌,请分析这种方法是否可行。
提示：可行。这是后面将要学习的基因工程的基本思路。
2.某个高温日，某校三位高中学生相约去吃冰激凌，之后两人都出现腹泻现象，于是他们怀疑冰激凌中的大肠杆菌含量超标。老师建议他们利用学过的有关微生物培养的知识对此冰激凌进行检测。经过一番资料查阅,他们提出了如下实验设计思路。
立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰激凌；配制伊红一亚甲蓝琼脂培养基（该培养基可用来鉴别大肠杆菌，生长在此培养基上的大肠杆菌菌落呈深紫色，并有金属光泽）、灭菌、倒平板；取10 mL刚融化的冰激凌作为原液，然后进行梯度稀释,稀释倍数为1× 10~1×105 ；取每个浓度的冰激凌液各0.1 mL，用涂布平板法进行接种，每个浓度涂3个平板，一共培养18 个平板;在适宜温度下培养48 h，统计菌落数目。
复习与提高
（1）请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。
①他们只打算对一个冰激凌进行检测，理由是：两个人吃过冰激凌后，都拉肚子了，所以再检测一个就足以说明问题。你同意这样的观点吗？为什么？
②有没有必要对冰激凌原液进行梯度稀释？为什么？【提示：我国卫生部门规定了饮用水标准， 1mL自来水中细菌总数不可以超过100个（37 ℃培养24 h），
1 000 mL自来水中大肠杆菌菌落数不能超过3个（37℃培养48 h）】
③他们认为,在用该方法统计菌落数目时不需要设计对照组,所以只准备培养18个平板。你认为在这项检测中是否需要对照组 为什么
（2）下图所示为4种菌落分布图，一般不能由涂布平板法得到的是_________。
（3）在完善实验设计思路后,三位同学进行了实验。培养结果显示,除了深紫色菌落,还有其他菌落存在,这说明了什么 如果以菌落数代表样品中的大肠杆菌数量,则统计结果比实际值是偏多还是偏少 为什么
（4）如果实验结果显示,检测的冰激凌中大肠杆菌含量超标了。接下来他们应该做什么
（1）请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。
①他们只打算对一个冰激凌进行检测，理由是：两个人吃过冰激凌后，都拉肚子了，所以再检测一个就足以说明问题。你同意这样的观点吗？为什么？
提示：不同意。
只检测一个冰激凌数据太少，不能排除偶然因素的影响。
复习与提高
（1）请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。
②有没有必要对冰激凌原液进行梯度稀释？为什么？【提示：我国卫生部门规定了饮用水标准， 1mL自来水中细菌总数不可以超过100个（37 ℃培养24 h），1 000 mL自来水中大肠杆菌菌落数不能超过3个（37℃培养48 h）】
提示：没有必要。
根据国家的标准，自来水中的大肠杆菌数目应该是非常少的。即使冰激凌中大肠杆菌数目超标了，也不可能很离谱，如果进行梯度稀释，最后培养出来的菌落数可能不在计数要求的范围内，从而导致结果误差大。解答这个问题的时候，应该让学生明白并不是所有的细菌检测培养都需要进行梯度稀释，而是要根据实际情况来确定培养方案。
复习与提高
（1）请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。
③他们认为，在用该方法统计菌落数目时不需要设计对照组,所以只准备培养18个平板。你认为在这项检测中是否需要对照组？为什么？
提示：需要设置对照组。严格来说，应该设置两组对照组。一组为阴性对照组，不进行涂布或者用无菌水涂布平板；另一组为阳性对照组，涂布大肠杆菌。前者可以说明培养基是否被污染，后者可以说明该培养基能否培养出大肠杆菌。
复习与提高
（2）下图所示为4种菌落分布图，一般不能由涂布平板法得到的是_________。
复习与提高
（3）在完善实验设计思路后，三位同学进行了实验。培养结果显示，除了深紫色菌落，还有其他菌落存在，这说明了什么？如果以菌落数代表样品中的大肠杆菌数量，则统计结果比实际值是偏多还是偏少？为什么？
提示：说明冰激凌中不仅有大肠杆菌，还有其他细菌或真菌等。统计结果比实际值偏少。
因为有些菌落可能会重叠，统计时容易将其误认为是一个茵落，并且这种计数方法统计的是活菌的数目。
复习与提高
（4）如果实验结果显示,检测的冰激凌中大肠杆菌含量超标了。接下来他们应该做什么
提示：应该马上去小店告知店主这批冰激凌不能再卖了；还要告知食品卫生管理部门，以对这批冰激凌的来源进行追踪调查。
其他合理答案也可。
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