工业微生物学基础课件

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1、第二章第二章 工业微生物学基础工业微生物学基础n 第一节第一节 微生物的特点微生物的特点n 第二节第二节 工业生产中常见的微生物工业生产中常见的微生物n 第三节第三节 微生物菌种的分离选育与保藏微生物菌种的分离选育与保藏n 第四节第四节 微生物的营养微生物的营养n 第五节第五节 影响微生物生长发育的因素影响微生物生长发育的因素n 第六节第六节 微生物的培养微生物的培养n第七节第七节 灭菌技术灭菌技术工业微生物学基础第二章教学目的与要求：第二章教学目的与要求：n掌握微生物的细胞结构、特点及鉴别。掌握微生物的细胞结构、特点及鉴别。n掌握诱变育种的理论和原生质体融合技术的步骤。掌握诱变育种的理论和原

2、生质体融合技术的步骤。n熟悉微生物的营养和微生物对营养物质的吸收过程。熟悉微生物的营养和微生物对营养物质的吸收过程。n会分析影响微生物生长发育的因素。会分析影响微生物生长发育的因素。n掌握微生物群体的生长规律，了解微生物的培养过程。掌握微生物群体的生长规律，了解微生物的培养过程。n熟悉灭菌的方法。熟悉灭菌的方法。 工业微生物学基础 第一节第一节 微生物的特点微生物的特点n微生物微生物(microorganism microbe)(microorganism microbe)n是一切微小生物的总称，它们是一些个体是一切微小生物的总称，它们是一些个体微小，需借助显微镜才能看清其外形、结微小，需借助

3、显微镜才能看清其外形、结构简单的低等生物；构简单的低等生物；n它们有的是单细胞，有的是多细胞，还有它们有的是单细胞，有的是多细胞，还有些没有细胞结构。些没有细胞结构。 工业微生物学基础n从生化观点看，微生物是一种从生化观点看，微生物是一种生物催化剂生物催化剂，它促使生物物质转化的进行。它促使生物物质转化的进行。n另一方面，微生物细胞又与反应工程中的反应器十分相象，原料中的养分（即反应物）透过微生物活细胞周围的细胞壁和细胞膜，进入微生物体内，由微生物体内酶系的催化作用，把反应物转化为产物，最后产物被释放出来。n所以从化学工程角度考虑，微生物细胞又所以从化学工程角度考虑，微生物细胞又可认为是一种极

4、其可认为是一种极其微小的微小的“反应器反应器”。 工业微生物学基础微生物个体所特有的小体积、大表面积的特点，给微生物个体所特有的小体积、大表面积的特点，给它们带来了一系列有别于其他高等生物的特征：它们带来了一系列有别于其他高等生物的特征：n（1 1）体积小，表面大）体积小，表面大n微生物的个体都极其微小，一般用微米（即微生物的个体都极其微小，一般用微米（即1010-6-6m)m)或纳米或纳米（即（即1010-9-9m)m)作单位。以微生物的典型代表作单位。以微生物的典型代表-细菌为例，其细菌为例，其最普遍的杆菌的平均长度最普遍的杆菌的平均长度2 2微米，微米，15001500个杆菌头尾衔接起个

5、杆菌头尾衔接起来仅有一粒芝麻长，细菌的重量更微乎其微，每毫克细菌来仅有一粒芝麻长，细菌的重量更微乎其微，每毫克细菌数比全地球人口总数还多。数比全地球人口总数还多。n任何物体被分割得越细，其比表面积（单位体积所占有的任何物体被分割得越细，其比表面积（单位体积所占有的表面积）就越大，大肠杆菌的这一比值可高达表面积）就越大，大肠杆菌的这一比值可高达3030万。微生万。微生物的这种小体积大表面积的特点，特别有利于它们与周围物的这种小体积大表面积的特点，特别有利于它们与周围环境进行物质、能量和信息的交换。实际上，微生物的一环境进行物质、能量和信息的交换。实际上，微生物的一系列其他属性都和这一特点密切相关

6、。系列其他属性都和这一特点密切相关。工业微生物学基础（2 2）种类多、分布广）种类多、分布广n目前已发现的微生物在目前已发现的微生物在10万万种以上。不同种类的微生物具种以上。不同种类的微生物具有不同的代谢方式，能分解各式各样的有机物质和无机物有不同的代谢方式，能分解各式各样的有机物质和无机物质：质：n凡动植物能利用的营养物质，微生物一概可以利用；凡动植物能利用的营养物质，微生物一概可以利用；n而大量为动植物所不能利用的，甚至是剧毒的物质，微生而大量为动植物所不能利用的，甚至是剧毒的物质，微生物照样可以很好的利用。物照样可以很好的利用。n由于微生物的食谱极广、生长要求不高以及生长繁殖速度由于微

7、生物的食谱极广、生长要求不高以及生长繁殖速度特别快等原因，使得它们在自然界中分布极其广泛，上至特别快等原因，使得它们在自然界中分布极其广泛，上至天空下至深海，到处都有微生物存在，天空下至深海，到处都有微生物存在，n而土壤则是各种微生物的大本营。一亩肥沃的土壤，在而土壤则是各种微生物的大本营。一亩肥沃的土壤，在150cm深的表土内就含有深的表土内就含有300kg以上的真菌以上的真菌 和裂殖菌和裂殖菌。工业微生物学基础n固氮菌固氮菌zotobacteraceae细菌的一科。菌体杆状、卵圆形或球形，细菌的一科。菌体杆状、卵圆形或球形，无内生芽孢无内生芽孢 ，革兰氏染色阴性。严格好氧，革兰氏染色阴性。

8、严格好氧性，有机营养型，能固定空气中的氮素。性，有机营养型，能固定空气中的氮素。包括固氮菌属、氮单孢菌属、拜耶林克氏包括固氮菌属、氮单孢菌属、拜耶林克氏菌属和德克斯氏菌属。菌属和德克斯氏菌属。 工业微生物学基础（3 3）生长旺、繁殖快）生长旺、繁殖快n在生物界中，微生物具有极高的繁殖速度，其中以二均分裂方式繁殖的细菌尤为突出。n例如，大肠杆菌在37下以20min分裂一次计，则一个细胞经48h后可产生2.21043个后代，假如一个细菌重量为10-12克，那么这时的总重量将在2.21025吨，即相当于4000个地球之重 。工业微生物学基础工业微生物学基础（4 4）适应强，易变异）适应强，易变异n微

9、生物对环境条件尤其是恶劣的极端环境所具有的惊人微生物对环境条件尤其是恶劣的极端环境所具有的惊人适应力，堪称生物界之最。适应力，堪称生物界之最。n例如，某些细菌可在例如，某些细菌可在100100以上的温度条件下正常生长；以上的温度条件下正常生长；n大多数细菌能耐大多数细菌能耐0-1960-196的任何低温；的任何低温；n一些嗜盐菌甚至能在一些嗜盐菌甚至能在32%32%的饱和盐水中正常生活；的饱和盐水中正常生活；n许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥条件下保藏几许多微生物尤其是产芽孢的细菌可在干燥条件下保藏几十年、几百年甚至上千年。十年、几百年甚至上千年。n此外，耐酸碱、抗辐射、耐缺氧、耐毒物等特

10、性在微生此外，耐酸碱、抗辐射、耐缺氧、耐毒物等特性在微生物中也是极为常见的。物中也是极为常见的。工业微生物学基础n由于微生物的个体一般都是单细胞或接近由于微生物的个体一般都是单细胞或接近于单细胞，利用物理或化学的人工诱变处于单细胞，利用物理或化学的人工诱变处理后，容易使它们的遗传性质发生变异，理后，容易使它们的遗传性质发生变异，从而改变微生物的代谢途径，产生新菌种，从而改变微生物的代谢途径，产生新菌种，达到为人类服务的目的。达到为人类服务的目的。 工业微生物学基础第二节第二节 工业生产中常见的微生物工业生产中常见的微生物n自然界里，微生物的种类繁多，可粗分为自然界里，微生物的种类繁多，可粗分为

11、：工业微生物学基础n原核微生物原核微生物(prokaryotic microbe): 指核质和指核质和细胞质之间不存在明显核膜，其染色体由单一核细胞质之间不存在明显核膜，其染色体由单一核酸组成的一类微生物。酸组成的一类微生物。n细胞内有明显的核区，但没有核膜、核仁，核区细胞内有明显的核区，但没有核膜、核仁，核区内含有一条内含有一条DNADNA构成的细菌染色体。构成的细菌染色体。n真核微生物真核微生物(Eucarvotic microbe):凡是细胞凡是细胞核具有核膜核具有核膜,能进行有丝分裂能进行有丝分裂,细胞质中存在线粒细胞质中存在线粒体或同时存在叶绿体等细胞器的微小生物体或同时存在叶绿体等

12、细胞器的微小生物,都称为都称为真核微生物真核微生物.n细胞内含有具体的细胞核，细胞核有核仁，核膜细胞内含有具体的细胞核，细胞核有核仁，核膜和一至数条和一至数条DNADNA构成的构成的染色体染色体。n非细胞生物非细胞生物没有完整的细胞结构，仅含有一种没有完整的细胞结构，仅含有一种类型的核酸（类型的核酸（DNADNA或或RNARNA）不能进行独立的代谢作）不能进行独立的代谢作用，如用，如病毒（病毒（virus） n噬菌体（噬菌体（phage）是侵染细菌的微生物病毒）是侵染细菌的微生物病毒 工业微生物学基础n人类在人类在100多年前从植物的多年前从植物的花粉细胞花粉细胞中，发现了一中，发现了一些丝状

13、和粒状的东西些丝状和粒状的东西.n直到直到1879年德国生物学家弗莱明（年德国生物学家弗莱明（Fleming1843一一1905）把细胞核中的丝状和粒状的东西，用染料染红并观）把细胞核中的丝状和粒状的东西，用染料染红并观察它，发现这些东西平时散漫地分布在细胞核中，当细胞察它，发现这些东西平时散漫地分布在细胞核中，当细胞分裂时，散漫的染色物体便浓缩，形成一定数目和一定形分裂时，散漫的染色物体便浓缩，形成一定数目和一定形状的条状物，到分裂完成时，条状物又疏松为散漫状，后状的条状物，到分裂完成时，条状物又疏松为散漫状，后来科学家就把这种染色的条状物称为染色体来科学家就把这种染色的条状物称为染色体n染

14、色体（染色体（chromosome）由由DNA、蛋白质以及、蛋白质以及少量的少量的RNA构成的线状或短棒状的物质，是遗传构成的线状或短棒状的物质，是遗传物质的载体。物质的载体。n它是由细胞分裂间期的染色质高度螺旋化的产物。它是由细胞分裂间期的染色质高度螺旋化的产物。 工业微生物学基础染色体是遗传信息的主要携带者，存在染色体是遗传信息的主要携带者，存在于细胞核内。于细胞核内。n18831883年美国学者提出了遗传基因在染色体上的学说年美国学者提出了遗传基因在染色体上的学说. .n19281928年摩尔根证实了染色体是遗传基因的载体，从而年摩尔根证实了染色体是遗传基因的载体，从而获得了生理医学诺贝

15、尔奖。获得了生理医学诺贝尔奖。n19561956年年美籍华裔遗传学家美籍华裔遗传学家Joe Hin Tjio(庄有兴庄有兴) )等人等人明确了人类每个细胞有明确了人类每个细胞有4646条染色体，条染色体，4646条染色体按其条染色体按其大小、形态配成大小、形态配成2323对，第一对到第二十二对叫做常染对，第一对到第二十二对叫做常染色体，为男女共有，第二十三对是一对性染色体。女色体，为男女共有，第二十三对是一对性染色体。女性性染色体是两条性性染色体是两条X X染色体，而男性是染色体，而男性是X X染色体和染色体和Y Y染色染色体各一条。体各一条。工业微生物学基础一、细菌（一、细菌（germs ）

16、n细菌是自然界中分布最广、数量最多，细菌是自然界中分布最广、数量最多，与人类关系最密切的一类微生物。与人类关系最密切的一类微生物。n细菌为单细胞生物，分裂繁殖，体积细菌为单细胞生物，分裂繁殖，体积很小，直径约很小，直径约0.5m0.5m，长度约，长度约0.5-0.5-5m5m，具有杆状、球状、螺旋状等基，具有杆状、球状、螺旋状等基本形态本形态n（见图（见图2-12-1）。）。工业微生物学基础工业微生物学基础工业微生物学基础n1982年，澳大利亚学者巴里年，澳大利亚学者巴里马歇尔和罗马歇尔和罗宾宾沃伦发现了幽门螺杆菌沃伦发现了幽门螺杆菌(Helicobacter pylori,Hp)，并证明该细

17、菌感染胃部会导致，并证明该细菌感染胃部会导致胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡。胃炎、胃溃疡和十二指肠溃疡。n这一研究成果打破了当时流行的医学教条，这一研究成果打破了当时流行的医学教条，并最终于并最终于20多年后帮助两位科学家赢取了多年后帮助两位科学家赢取了2005年诺贝尔医学奖。年诺贝尔医学奖。n大量研究表明，超过大量研究表明，超过90%的十二指肠溃疡的十二指肠溃疡和和80%左右的胃溃疡，都是由幽门螺杆菌左右的胃溃疡，都是由幽门螺杆菌感染所导致的。感染所导致的。 工业微生物学基础工业微生物学基础n大肠杆菌，是大肠杆菌，是Escherich在在1885年发现的，在相当年发现的，在相当长的一段时间内，一

18、直被当作正常肠道菌群的组成长的一段时间内，一直被当作正常肠道菌群的组成部分，认为是非致病菌。部分，认为是非致病菌。n直到直到20世纪中叶，才认识到一些特殊血清型的大肠世纪中叶，才认识到一些特殊血清型的大肠杆菌对人和动物有病原性，尤其对杆菌对人和动物有病原性，尤其对婴儿婴儿和幼畜（禽）和幼畜（禽），常引起严重腹泻和败血症，常引起严重腹泻和败血症n某些血清型的大肠杆菌可引起不同症状的腹泻，根某些血清型的大肠杆菌可引起不同症状的腹泻，根据不同的生物学特性将致病性大肠杆菌分为据不同的生物学特性将致病性大肠杆菌分为5类：类：n致病性大肠杆菌致病性大肠杆菌(EPEC)、肠产毒性大肠杆菌、肠产毒性大肠杆菌(

19、ETEC)、肠侵袭性大肠杆菌肠侵袭性大肠杆菌(EIEC)、肠出血性大肠杆菌、肠出血性大肠杆菌(EIIEC)、肠黏附性大肠杆菌、肠黏附性大肠杆菌(EAEC)。工业微生物学基础n细菌的细胞在原核生物中具有代表性，细菌的细胞在原核生物中具有代表性，它主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、它主要由细胞壁、细胞膜、细胞质、类核及内含物等构成。类核及内含物等构成。n有些细胞还有荚膜或鞭毛；有些细胞还有荚膜或鞭毛；n有的细胞可形成芽孢。有的细胞可形成芽孢。n图图2-22-2是细菌细胞的结构模式图。是细菌细胞的结构模式图。工业微生物学基础工业微生物学基础细胞壁细胞壁(cellwall)是细菌细胞的外壁，是细菌细胞的外

20、壁，n质地坚韧而略有弹性、具有固定菌体外形质地坚韧而略有弹性、具有固定菌体外形和保护细胞内在物质的作用。和保护细胞内在物质的作用。工业微生物学基础细胞膜细胞膜(cell membrane) :n又称质膜又称质膜. .细胞表面的一层薄膜细胞表面的一层薄膜. .有时称为细胞外有时称为细胞外膜或原生质膜膜或原生质膜. .n主要结构成份一般是蛋白质占主要结构成份一般是蛋白质占60%-80%,60%-80%,类脂占类脂占20%-40%,20%-40%,碳水化合物约占碳水化合物约占5%(5%(分布在类脂和蛋白质分布在类脂和蛋白质之间之间).). n它的功能是能选择性地控制与外界的交换作用摄它的功能是能选择

21、性地控制与外界的交换作用摄进细菌需要的营养物质并排出多余的代谢产物，进细菌需要的营养物质并排出多余的代谢产物，细胞膜还有让胞外酶向菌体外透过的功能。细胞膜还有让胞外酶向菌体外透过的功能。n细胞体内的酶系也主要集中在细胞膜的内侧细胞体内的酶系也主要集中在细胞膜的内侧. .工业微生物学基础工业微生物学基础n细胞质细胞质(cytoplasm)是细菌细胞的基础物质，是细菌细胞的基础物质，是一种无色透明的胶状物，主要成分是核是一种无色透明的胶状物，主要成分是核糖体、蛋白质、核酸、脂类及少量糖类和糖体、蛋白质、核酸、脂类及少量糖类和无机盐类。细胞质是细菌的内在环境，具无机盐类。细胞质是细菌的内在环境，具有

22、生命活动的各种特性，含有各种酶系，有生命活动的各种特性，含有各种酶系，使细菌细胞与其周围环境不断地进行新陈使细菌细胞与其周围环境不断地进行新陈代谢作用。代谢作用。工业微生物学基础细胞核细胞核(nucleus)的主要成分是脱氧的主要成分是脱氧核糖核酸核糖核酸DNADNAn是负载细菌遗传信息的物质基础。是负载细菌遗传信息的物质基础。n细菌是一种比较原始的生物，它的细胞核没有核细菌是一种比较原始的生物，它的细胞核没有核膜，无固定的形状，称原核或类核。膜，无固定的形状，称原核或类核。n类核是与高等生物细胞核功能相似的核物质，又类核是与高等生物细胞核功能相似的核物质，又称染色体或细菌染色体，一般位于细胞

23、的中央部称染色体或细菌染色体，一般位于细胞的中央部分，呈球状、卵圆状、亚铃状或带状。分，呈球状、卵圆状、亚铃状或带状。工业微生物学基础n质粒（质粒（plasmid)，存在于一些细菌的细胞存在于一些细菌的细胞质中。它是存在于细胞染色体外或附加于质中。它是存在于细胞染色体外或附加于染色体上的遗传物质，这些遗传物质往往染色体上的遗传物质，这些遗传物质往往与细胞主要代谢无关。质粒一般由闭合环与细胞主要代谢无关。质粒一般由闭合环状双螺旋状双螺旋DNADNA分子构成。分子构成。n核糖体核糖体(Ribosome)，是由核糖核酸和蛋白是由核糖核酸和蛋白质组成的微粒，称为核糖核蛋白体，简称质组成的微粒，称为核糖

24、核蛋白体，简称核糖体。分布在细胞质中，是微生物合成核糖体。分布在细胞质中，是微生物合成酶或蛋白质的酶或蛋白质的“车间车间”，是细菌发育、增，是细菌发育、增殖、遗传所不可缺少的重要细胞器。殖、遗传所不可缺少的重要细胞器。工业微生物学基础n芽孢（芽孢（spore）是某些细菌在其生长发育后是某些细菌在其生长发育后期，在细胞内部形成的一种圆形或椭圆形期，在细胞内部形成的一种圆形或椭圆形的抵抗不良环境的休眠体。一旦获得适宜的抵抗不良环境的休眠体。一旦获得适宜的环境，芽孢就会萌发成为营养细胞（一的环境，芽孢就会萌发成为营养细胞（一般的菌体细胞）。般的菌体细胞）。 工业微生物学基础n菌落菌落 (colony

25、). 将单个微生物细胞或一小将单个微生物细胞或一小堆同种细胞接种在固体培养基的表面时，堆同种细胞接种在固体培养基的表面时，细胞就会迅速进行生长繁殖，形成以母细细胞就会迅速进行生长繁殖，形成以母细胞为中心的一堆肉眼可见的、有一定形态胞为中心的一堆肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞集团。构造的子细胞集团。n如果将某一纯种的大量细胞密集的接种到如果将某一纯种的大量细胞密集的接种到固体培养基表面，长成的各菌落相互联接固体培养基表面，长成的各菌落相互联接成一片，这就是成一片，这就是菌苔菌苔(lawn) 。n细菌的菌落的特征：细菌的菌落的特征：湿润、较透明、易挑湿润、较透明、易挑取、质地均匀以及菌落正反面

26、或边缘与中取、质地均匀以及菌落正反面或边缘与中央部位的颜色一致等央部位的颜色一致等 工业微生物学基础沙门氏菌显色培养基 工业微生物学基础工业微生物学基础二、放线菌二、放线菌(Actinomycete) n是因在培养基的表面上的菌落呈放射状而得名。是因在培养基的表面上的菌落呈放射状而得名。n放线菌的菌丝有基内菌丝和气生菌丝两种：放线菌的菌丝有基内菌丝和气生菌丝两种：n匍伏生长于培养基表面或深入培养基里面摄取养匍伏生长于培养基表面或深入培养基里面摄取养料的称料的称基内（或营养）菌丝基内（或营养）菌丝；n基内菌丝发育到一定阶段后向空间长出的菌丝体，基内菌丝发育到一定阶段后向空间长出的菌丝体，称为称为

27、气生菌丝气生菌丝；气生菌丝发育到一定阶段后其上；气生菌丝发育到一定阶段后其上面形成面形成孢子丝孢子丝，孢子丝是气生菌丝的一部分，其，孢子丝是气生菌丝的一部分，其形状有直、波曲、螺旋、轮生之分。形状有直、波曲、螺旋、轮生之分。n放线菌的孢子落入适宜的培养基中就可以繁殖出放线菌的孢子落入适宜的培养基中就可以繁殖出新的菌体。新的菌体。 工业微生物学基础工业微生物学基础工业微生物学基础工业微生物学基础工业微生物学基础放线菌虽然有发育良好的菌丝体，放线菌虽然有发育良好的菌丝体，n但无横隔，是单细胞，菌丝和孢子内不具有完整但无横隔，是单细胞，菌丝和孢子内不具有完整的核，由一团脱氧核糖核酸（的核，由一团脱氧

28、核糖核酸（DNA）的小纤维构）的小纤维构成，没有核膜、核仁、线粒体等，因此，放线菌成，没有核膜、核仁、线粒体等，因此，放线菌属于原核微生物。属于原核微生物。n放射菌广泛存在于泥土中，通常每克土壤中含有放射菌广泛存在于泥土中，通常每克土壤中含有104-106个放线菌土壤的土腥味便是这类微生物散个放线菌土壤的土腥味便是这类微生物散发的。发的。n大多数放线菌是腐生菌，对自然界的物质循环起大多数放线菌是腐生菌，对自然界的物质循环起着一定的作用；着一定的作用；n少数为寄生菌，能引起人和动植物的病害；少数为寄生菌，能引起人和动植物的病害；n有的放线菌与植物共生，可固定大气中的氮。有的放线菌与植物共生，可固

29、定大气中的氮。 工业微生物学基础放线菌最大的经济价值是放线菌最大的经济价值是n产生能抑制其他微生物生长的抗生素，可用于治疗人和动产生能抑制其他微生物生长的抗生素，可用于治疗人和动植物的疾病。植物的疾病。n据统计从自然界发现和分离了据统计从自然界发现和分离了55005500种以自上的抗生素，其种以自上的抗生素，其中大约中大约2/32/3由放线菌产生，用于临床和工农林业生产上的由放线菌产生，用于临床和工农林业生产上的约百种，如链霉素、四环素、庆大霉素、土霉素、金霉素、约百种，如链霉素、四环素、庆大霉素、土霉素、金霉素、春雷霉素、争光霉素、灭瘟素等。此外放线菌在甾体转化、春雷霉素、争光霉素、灭瘟素等

30、。此外放线菌在甾体转化、石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有所应用。石油脱蜡、烃类发酵、污水处理等方面也有所应用。n放线菌的菌落特征：干燥、不透明、表面呈紧密的丝绒状，放线菌的菌落特征：干燥、不透明、表面呈紧密的丝绒状，上有一层色彩鲜艳的干粉；菌落和培养基的连接紧密，难上有一层色彩鲜艳的干粉；菌落和培养基的连接紧密，难以挑取；菌落的正反面颜色常常不一致；菌落边缘培养基以挑取；菌落的正反面颜色常常不一致；菌落边缘培养基的平面有变形现象等。的平面有变形现象等。工业微生物学基础工业微生物学基础工业微生物学基础三、酵母菌（三、酵母菌（yeast） n酵母菌是单细胞真核微生物，酵母菌的形酵母菌是单细胞

31、真核微生物，酵母菌的形态多种多样，其菌体细胞以卵形为主，其态多种多样，其菌体细胞以卵形为主，其次有球形、椭圆形、柠檬形、腊肠形及荷次有球形、椭圆形、柠檬形、腊肠形及荷藕形等藕形等 工业微生物学基础酵母菌的菌落工业微生物学基础酵母菌的繁殖方式分酵母菌的繁殖方式分n无性繁殖，最普遍方式是芽殖，即酵无性繁殖，最普遍方式是芽殖，即酵母细胞长到一定程度后能反复出芽繁母细胞长到一定程度后能反复出芽繁殖后代。殖后代。 n有性繁殖，用裂殖方式繁殖有性繁殖，用裂殖方式繁殖n酵母菌在自然界分布很广，主要生长酵母菌在自然界分布很广，主要生长在偏酸性的含糖环境中，在水果、蔬在偏酸性的含糖环境中，在水果、蔬菜、蜜饯的表

32、面和在果园土壤中最为菜、蜜饯的表面和在果园土壤中最为常见常见 工业微生物学基础酵母菌的菌落特征与细菌的相仿，酵母菌的菌落特征与细菌的相仿，n但较不透明，且颜色比较单调，多呈但较不透明，且颜色比较单调，多呈乳白色或矿烛色，少数为红色，个别乳白色或矿烛色，少数为红色，个别为黑色。为黑色。n酵母菌菌落一般会散发出悦人的酒香酵母菌菌落一般会散发出悦人的酒香味。味。n酵母在发酵生产中有着特别重要的地酵母在发酵生产中有着特别重要的地位。位。 工业微生物学基础工业微生物学基础工业微生物学基础四、霉菌(molds) n霉菌亦称丝状真菌，是真菌的主要代表霉菌亦称丝状真菌，是真菌的主要代表，意即，意即发霉的真发霉

33、的真菌菌，它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体，但又不象蘑菇那样产，它们往往能形成分枝繁茂的菌丝体，但又不象蘑菇那样产生大型的子实体。在潮湿温暖的地方，很多物品上长出一些肉生大型的子实体。在潮湿温暖的地方，很多物品上长出一些肉眼可见的绒毛状、絮状或蛛网状的菌落，那就是霉菌。眼可见的绒毛状、絮状或蛛网状的菌落，那就是霉菌。如根霉、如根霉、毛霉、曲霉、青霉等真菌。毛霉、曲霉、青霉等真菌。n霉菌的营养体由菌丝组成，菌丝可以无限制的伸长和霉菌的营养体由菌丝组成，菌丝可以无限制的伸长和产生分支，分支的菌丝相互交错在一起，形成菌丝体，产生分支，分支的菌丝相互交错在一起，形成菌丝体，通常其大小肉眼可见。通常其大小

34、肉眼可见。n真菌（真菌（Fungus）是一种真核生物。最常见的真菌是各）是一种真核生物。最常见的真菌是各类类蕈（蕈（xun)类类，另外真菌也包括霉菌和酵母，另外真菌也包括霉菌和酵母 工业微生物学基础霉菌的菌丝有两类：霉菌的菌丝有两类：n一一类菌丝中无横隔，整个菌丝体就是一个类菌丝中无横隔，整个菌丝体就是一个单细胞，含有多个细胞核，例如毛霉、根单细胞，含有多个细胞核，例如毛霉、根霉及犁头霉等；霉及犁头霉等；n另一类菌丝由多细胞构成，内有横隔，每另一类菌丝由多细胞构成，内有横隔，每段就是一个细胞，横隔中央有极细的孔，段就是一个细胞，横隔中央有极细的孔，使细胞质与养料沟通，大多数霉菌均属这使细胞质与

35、养料沟通，大多数霉菌均属这类菌丝体。类菌丝体。n霉菌的繁殖主要依靠孢子进行。形成孢子霉菌的繁殖主要依靠孢子进行。形成孢子的方式分为无性和有性两类，但霉菌主要的方式分为无性和有性两类，但霉菌主要是用无性孢子进行繁殖的。是用无性孢子进行繁殖的。 工业微生物学基础n霉菌的菌落特征与放线菌接近。霉菌霉菌的菌落特征与放线菌接近。霉菌的菌落形态较大，质地一般比放线菌的菌落形态较大，质地一般比放线菌疏松，外观干燥不透明，呈现或紧或疏松，外观干燥不透明，呈现或紧或松的蛛网状、绒毛状或棉絮状；菌落松的蛛网状、绒毛状或棉絮状；菌落与培养基连接紧密，不易挑取，菌落与培养基连接紧密，不易挑取，菌落正反面的颜色和边缘与

36、中心的颜色常正反面的颜色和边缘与中心的颜色常不一致。不一致。工业微生物学基础n霉菌在自然界分布很广，与工农业生产和人们日霉菌在自然界分布很广，与工农业生产和人们日常生活关系密切。它分解一些复杂的有机物（如常生活关系密切。它分解一些复杂的有机物（如纤维素、几丁质、蛋白质等）的能力纤维素、几丁质、蛋白质等）的能力 较强，对自较强，对自然界物质循环起着重要作用。然界物质循环起着重要作用。n除用于传统的酿洒、制酱和做其他发酵食品外，除用于传统的酿洒、制酱和做其他发酵食品外，在近代发酵工业中，更是广泛利用霉菌来生产酒在近代发酵工业中，更是广泛利用霉菌来生产酒精、有机酸、抗生素、维生素、激素、酶制剂等精、

37、有机酸、抗生素、维生素、激素、酶制剂等多种有用物品。多种有用物品。n霉菌也有不利的一面，它能引起家副产品、衣物、霉菌也有不利的一面，它能引起家副产品、衣物、食品、原料、器材和产品等发霉变质，有的还能食品、原料、器材和产品等发霉变质，有的还能引起人类和动植物的疾病，特别是近年来发现黄引起人类和动植物的疾病，特别是近年来发现黄曲霉寄生在谷物上，产生黄曲霉素，有明显的致曲霉寄生在谷物上，产生黄曲霉素，有明显的致癌作用，已引起人们的重视癌作用，已引起人们的重视。工业微生物学基础工业微生物学基础工业微生物学基础n青霉素青霉素是抗菌素的一种，是从青霉菌培养液中提制是抗菌素的一种，是从青霉菌培养液中提制的药

38、物，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素的药物，是第一种能够治疗人类疾病的抗生素。n 青霉素的发现者是英国细菌学家弗莱明。青霉素的发现者是英国细菌学家弗莱明。1928年年的一天，弗莱明在他的一间简陋的实验室里研究导的一天，弗莱明在他的一间简陋的实验室里研究导致人体发热的葡萄球菌。由于盖子没有盖好，他发致人体发热的葡萄球菌。由于盖子没有盖好，他发觉培养细菌用的琼脂上附了一层青霉菌。这是从楼觉培养细菌用的琼脂上附了一层青霉菌。这是从楼上的一位研究青霉菌的学者的窗口飘落进来的。上的一位研究青霉菌的学者的窗口飘落进来的。n使弗莱明感到惊讶的是，在青霉菌的近旁，葡萄球使弗莱明感到惊讶的是，在青霉菌的近旁，葡

39、萄球菌忽然不见了。这个偶然的发现深深吸引了他，他菌忽然不见了。这个偶然的发现深深吸引了他，他设法培养这种霉菌进行多次试验，证明青霉素可以设法培养这种霉菌进行多次试验，证明青霉素可以在几小时内将葡萄球菌全部杀死。弗莱明据此发明在几小时内将葡萄球菌全部杀死。弗莱明据此发明了葡萄球菌的克星了葡萄球菌的克星青霉素。青霉素。 工业微生物学基础工业微生物学基础n图中央是青霉菌，周围是致病细菌。距青霉素最远的细菌个大、色浓，活力十足；距青霉菌较近的细菌个较小、色较浅，活力较差；而最接近青霉菌的细菌个最小、色发白，显然已经死亡 工业微生物学基础五、病毒（五、病毒（virus）n病毒是一类比细菌小，没有细胞结构

40、，不病毒是一类比细菌小，没有细胞结构，不能独立生活的微生物能独立生活的微生物 n病毒个体极其微小，要有电子显微镜才能病毒个体极其微小，要有电子显微镜才能看到，尚构不成一个完整的细胞（非细胞看到，尚构不成一个完整的细胞（非细胞微生物），它具有一个核酸构成的微生物），它具有一个核酸构成的“芯子芯子”，外包一层蛋白质外壳，无独立生活能，外包一层蛋白质外壳，无独立生活能力，只能存活于别的生物的活细胞中，其力，只能存活于别的生物的活细胞中，其寄生性具有高度的专一性寄生性具有高度的专一性 工业微生物学基础工业微生物学基础工业微生物学基础工业微生物学基础工业微生物学基础工业微生物学基础工业微生物学基础当噬菌

41、体（当噬菌体（phage）与敏感菌的细胞相遇后，）与敏感菌的细胞相遇后，n首先吸附于敏感菌的细胞壁上，然后噬菌首先吸附于敏感菌的细胞壁上，然后噬菌体的尾部分泌出溶菌酶将敏感菌的细胞壁体的尾部分泌出溶菌酶将敏感菌的细胞壁溶成孔洞，溶成孔洞，n尾鞘收缩将噬菌体头部内的核酸压人宿主尾鞘收缩将噬菌体头部内的核酸压人宿主细胞，利用宿主细胞提供的原料、能量和细胞，利用宿主细胞提供的原料、能量和合成场所，在噬菌体核酸的控制下进行噬合成场所，在噬菌体核酸的控制下进行噬菌体核酸的复制及蛋白质进行装配，从而菌体核酸的复制及蛋白质进行装配，从而形成许多新的噬菌体。形成许多新的噬菌体。n新的噬菌体成熟后，寄主细胞破裂

42、，释放新的噬菌体成熟后，寄主细胞破裂，释放出大量噬菌体。出大量噬菌体。 工业微生物学基础工业微生物学基础工业微生物学基础第三节第三节 微生物菌种的分离选育与保藏微生物菌种的分离选育与保藏n选育优良菌种的意义选育优良菌种的意义: :n提高发酵产品的质量和产量，提高发酵产品的质量和产量，n提高发酵原料的利用率，提高发酵原料的利用率，n还可增加品种，还可增加品种，n缩短生产周期，缩短生产周期，n改进发酵和提炼工艺条件。改进发酵和提炼工艺条件。工业微生物学基础一、微生物菌种的分离一、微生物菌种的分离n现有菌种是有限的，迄今生产上使用的菌现有菌种是有限的，迄今生产上使用的菌种，最初都是从自然界分离得到的

43、，新菌种，最初都是从自然界分离得到的，新菌种的分离是一项长期而又重要的任务。种的分离是一项长期而又重要的任务。n从自然界分离新菌种一般步骤是：从自然界分离新菌种一般步骤是：n采样采样 增殖培养增殖培养 纯种分离纯种分离 较优菌株。较优菌株。工业微生物学基础（一）采样（一）采样n采样是根据微生物的生态特点从自然界取样分离采样是根据微生物的生态特点从自然界取样分离所需菌种的过程。所需菌种的过程。n例如，到堆积枯枝、落叶和朽木的地方分离产纤维素酶的菌种，从果皮上分离酒精酵母，从油田附近土壤中得到石油酵母，从污泥中得到甲烷产生菌，从海洋中可分离到耐盐和低温生产菌等。n土壤是微生物的大本营，如果预先不了

44、解某种生土壤是微生物的大本营，如果预先不了解某种生产菌的具体来源，一般可从土壤中分离产菌的具体来源，一般可从土壤中分离. .n采土方式一般是在除去表土，取离地面采土方式一般是在除去表土，取离地面5-15cm5-15cm处处的土样。的土样。工业微生物学基础（二）增殖培养（二）增殖培养n增殖培养就是给混合菌群提供一些有利于增殖培养就是给混合菌群提供一些有利于所需菌株生长或不利于其他菌型生长的条所需菌株生长或不利于其他菌型生长的条件以促使所需菌株大量繁殖，从而有利于件以促使所需菌株大量繁殖，从而有利于分离所需菌株。分离所需菌株。n碳源利用的控制；碳源利用的控制；n控制增殖培养基的控制增殖培养基的pH

45、pH值；值；n添加一些专一性的抑制剂；添加一些专一性的抑制剂；n控制增殖培养的温度。控制增殖培养的温度。工业微生物学基础（三）纯种分离（三）纯种分离n尽管通过增殖培养，但微生物仍处于混杂尽管通过增殖培养，但微生物仍处于混杂生长状态，必须分离纯化，才能获得纯种。生长状态，必须分离纯化，才能获得纯种。n分离方法很多，常用的有划线法和稀释法。分离方法很多，常用的有划线法和稀释法。n划线法是将含菌样品在固体培养基表面作划线法是将含菌样品在固体培养基表面作有规则的划线（扇形划线法、方格划线法有规则的划线（扇形划线法、方格划线法及平行划线法等），菌样经过多次从点到及平行划线法等），菌样经过多次从点到线的稀

46、释，最后经培养得到单菌落。线的稀释，最后经培养得到单菌落。n稀释法是将含菌样品经过多次充分稀释，稀释法是将含菌样品经过多次充分稀释，使每一微生物远离其他微生物而单独生长使每一微生物远离其他微生物而单独生长成为菌落，从而得到纯种。成为菌落，从而得到纯种。工业微生物学基础（四）筛选（四）筛选n菌种筛选的目的是为了找出优壮菌株。菌种筛选的目的是为了找出优壮菌株。n方法很多，如观察生产的速度、形状、耐环境变方法很多，如观察生产的速度、形状、耐环境变化及作用底物的情况等。化及作用底物的情况等。n筛选产酶菌时可在培养基上添加酶作用的底物，筛选产酶菌时可在培养基上添加酶作用的底物，从观察底物的变化情况来确认

47、菌种的产酶能力。从观察底物的变化情况来确认菌种的产酶能力。n例如在筛选产例如在筛选产-淀粉酶的菌种时，可在琼脂培养基中加淀粉酶的菌种时，可在琼脂培养基中加1%1%的可溶性淀粉，再在培养基上涂布菌悬液，经一定时间的可溶性淀粉，再在培养基上涂布菌悬液，经一定时间后喷上稀后喷上稀I I2 2-KI-KI溶液，产生淀粉酶的菌周围就出现透明圈，溶液，产生淀粉酶的菌周围就出现透明圈，无活力者呈蓝色，透明圈愈大，表示活力愈高。然后，再无活力者呈蓝色，透明圈愈大，表示活力愈高。然后，再采用与生产相近的培养基和培养条件，通过三角瓶进行小采用与生产相近的培养基和培养条件，通过三角瓶进行小型发酵试验，以求得到适合工

48、业生产用的菌种。型发酵试验，以求得到适合工业生产用的菌种。工业微生物学基础二、诱变育种二、诱变育种n从自然界筛选出来的菌种，往往还不完全从自然界筛选出来的菌种，往往还不完全符合生产的要求，如产量低、副产物多、符合生产的要求，如产量低、副产物多、生产周期长等，所以还要进行育种，目的生产周期长等，所以还要进行育种，目的是对菌种进行改良，符合生产要求。是对菌种进行改良，符合生产要求。n诱变育种是以诱发突变为基础的育种。诱变育种是以诱发突变为基础的育种。n是迄今为止国内外提高菌种产量、性能的是迄今为止国内外提高菌种产量、性能的主要手段之一。主要手段之一。 工业微生物学基础可遗传的变化称为变异（可遗传的

49、变化称为变异（variationvariation）n又称突变，它是微生物产生变种的根源，又称突变，它是微生物产生变种的根源，是育种的基础。是育种的基础。n根据发生的原因，可分为自然突变和诱发根据发生的原因，可分为自然突变和诱发突变：自然突变是指在自然条件下发生的突变：自然突变是指在自然条件下发生的基因突变基因突变(gene mutation)(gene mutation)，发生的频率很，发生的频率很小，一般仅小，一般仅1010-8-8-10-10-10-10左右。左右。n诱发突变是指用各种物理化学因素人工诱诱发突变是指用各种物理化学因素人工诱发的基因突变，后者的突变率发的基因突变，后者的突变

50、率(mutation (mutation rate)rate)要比前者的高得多，要比前者的高得多， 工业微生物学基础诱变育种的理论根据是：n一切诱变剂的作用机制都是引起一切诱变剂的作用机制都是引起DNADNA分子结分子结构改变，也就是引起负载在构改变，也就是引起负载在DNADNA上的遗传物上的遗传物质的基本单位质的基本单位-基因上的碱基对发生改变。基因上的碱基对发生改变。n这样形成的异常的遗传信息，必须造成某这样形成的异常的遗传信息，必须造成某些蛋白质结构变异，而使细胞的功能发生些蛋白质结构变异，而使细胞的功能发生改变。改变。工业微生物学基础n能诱发基因突变并使突变率超过自然突变水平能诱发基因

51、突变并使突变率超过自然突变水平的物理、化学因子都称之为的物理、化学因子都称之为诱变剂诱变剂（mutagen）n诱变育种诱变育种就是采用合适的诱变剂处理均匀分散就是采用合适的诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群，在引起多数细胞致死的同时，的微生物细胞群，在引起多数细胞致死的同时，使存活个体中使存活个体中DNA结构变化频率大幅度提高，结构变化频率大幅度提高，然后用合适的方法淘汰负变异株，选出极少数然后用合适的方法淘汰负变异株，选出极少数性能优良的正变异株，以达到培育优良菌种的性能优良的正变异株，以达到培育优良菌种的目的。目的。工业微生物学基础n物理诱变剂很多，如紫外线、物理诱变剂很多，如紫外线、X-X

52、-射线、射线、射线、快中子和超声波等，其中以紫射线、快中子和超声波等，其中以紫外线应用最广。外线应用最广。n化学诱变剂种类也很多，如碱基类似化学诱变剂种类也很多，如碱基类似物、烷化剂等，使用最多、最有效的物、烷化剂等，使用最多、最有效的是烷化剂。是烷化剂。工业微生物学基础n突变一旦发生，突变细胞能够建立起新的突变一旦发生，突变细胞能够建立起新的表型（表型是指生物个体能被观察到的特表型（表型是指生物个体能被观察到的特殊性状），并将突变的性状遗传给后代。殊性状），并将突变的性状遗传给后代。n在一定的培养基上将很容易发现一些菌落在一定的培养基上将很容易发现一些菌落的形状、色泽和亲代功株不同，这可作为

53、的形状、色泽和亲代功株不同，这可作为诱变效果的定性指标。诱变效果的定性指标。n要确立诱变后的产量水平，则只有通过进要确立诱变后的产量水平，则只有通过进一步准确测量才能知道。一步准确测量才能知道。工业微生物学基础三、原生质体融合技术三、原生质体融合技术n原生质体融合（原生质体融合（protoplast fusionprotoplast fusion）是通）是通过人工的方法，使遗传性状不同的两细胞过人工的方法，使遗传性状不同的两细胞的原生质体发生融合，并进而发生基因重的原生质体发生融合，并进而发生基因重组以产生同时带有双亲性状的、遗传性稳组以产生同时带有双亲性状的、遗传性稳定的杂种细胞的过程。定的

54、杂种细胞的过程。n新近出现的原生质体融合技术，由于大大提高了新近出现的原生质体融合技术，由于大大提高了重组频率，并扩大了重组幅度，成为一种具有很重组频率，并扩大了重组幅度，成为一种具有很大潜力的新的育种技术。大潜力的新的育种技术。工业微生物学基础能进行原生质体融合的细胞能进行原生质体融合的细胞n是极其广泛的，不仅包括原核生物中的细菌和放线菌，还是极其广泛的，不仅包括原核生物中的细菌和放线菌，还包括各种真核生物的细胞，如属于真核微生物的酵母菌、包括各种真核生物的细胞，如属于真核微生物的酵母菌、霉菌以及高等动植物和人体的不同细胞。霉菌以及高等动植物和人体的不同细胞。n原生质体融合可以发生在不同种属

55、，甚至亲缘关原生质体融合可以发生在不同种属，甚至亲缘关系较远的类属细胞之间。系较远的类属细胞之间。n细胞融合有有性与无性之分，前者为发生于生殖细胞融合有有性与无性之分，前者为发生于生殖细胞之间的融合现象，后者为在生物体细胞之间细胞之间的融合现象，后者为在生物体细胞之间发生的融合现象。发生的融合现象。n这里介绍的是微生物细胞之间的无性融合。这里介绍的是微生物细胞之间的无性融合。工业微生物学基础原生质体融合的主要步骤是：原生质体融合的主要步骤是：n选择两个有特殊价值并带有选择性遗传标选择两个有特殊价值并带有选择性遗传标记的细胞作为亲本，记的细胞作为亲本，n在高渗溶液中，用适当的脱壁酶去除细胞在高渗

56、溶液中，用适当的脱壁酶去除细胞壁，由细胞膜包裹的球体叫做壁，由细胞膜包裹的球体叫做原生质体原生质体n原生质体对溶液和培养基的渗透压很敏感，原生质体对溶液和培养基的渗透压很敏感，必须在高渗透压的溶液或培养基中才能维必须在高渗透压的溶液或培养基中才能维持其生存，在低渗透压溶液中细胞膜会破持其生存，在低渗透压溶液中细胞膜会破裂而死亡。裂而死亡。n两种不同的原生质体在高渗条件下混合，两种不同的原生质体在高渗条件下混合，在助融剂聚乙二醇（在助融剂聚乙二醇（PEGPEG）和）和CaCa2+2+作用下，作用下，发生细胞膜的结合。发生细胞膜的结合。 工业微生物学基础PEG是一种脱水剂，n由于脱水作用，使原生质

57、体开始集聚收缩、相邻由于脱水作用，使原生质体开始集聚收缩、相邻原生质体的大部分面积紧密接触。原生质体的大部分面积紧密接触。n开始原生质体融合仅在接触部位的一小块区域，开始原生质体融合仅在接触部位的一小块区域，形成细小的形成细小的原生质桥原生质桥，继而逐渐变大导致两个原，继而逐渐变大导致两个原生质体融合。生质体融合。nCaCa2+2+可提高融合频率。可提高融合频率。n在融合时两亲本基因组由接触到交换，从而实现在融合时两亲本基因组由接触到交换，从而实现基因重组，在再生的新细胞中就有可能带有两个基因重组，在再生的新细胞中就有可能带有两个亲本细胞的特性亲本细胞的特性 工业微生物学基础工业微生物学基础工

58、业微生物学基础用原生质体融合进行基因重组的优点：用原生质体融合进行基因重组的优点：n1 1、遗传物质的交换没有细胞壁的障碍，既使是相、遗传物质的交换没有细胞壁的障碍，既使是相同结合型的真菌也能进行原生质体融合；同结合型的真菌也能进行原生质体融合；n2 2、原生质体融合后两亲株的基因组之间有机会发、原生质体融合后两亲株的基因组之间有机会发生多次交换，产生各种各样的基因组合而得到多生多次交换，产生各种各样的基因组合而得到多种类型的重组子，参与融合的亲株数并不限于种类型的重组子，参与融合的亲株数并不限于2 2个，个，可以多至可以多至3 3个、个、4 4个，这是一般常规杂交所达不到个，这是一般常规杂交

59、所达不到的；的；n3 3、可以用温度、药物、紫外线等处理，钝化亲株、可以用温度、药物、紫外线等处理，钝化亲株的一方或双方，然后使之融合，在再生菌落中筛的一方或双方，然后使之融合，在再生菌落中筛选重组子。选重组子。工业微生物学基础四、菌种保藏四、菌种保藏n微生物具有生命活动能力，其世代时微生物具有生命活动能力，其世代时间一般是很短的，在传代过程中易发间一般是很短的，在传代过程中易发生变异甚至死亡，常常造成工业菌种生变异甚至死亡，常常造成工业菌种的退化，有可能使优良菌种丢失。的退化，有可能使优良菌种丢失。n所以必须做好菌种的保藏，使之达到所以必须做好菌种的保藏，使之达到不死、不衰、不乱，以便于研究

60、、交不死、不衰、不乱，以便于研究、交换和使用。换和使用。工业微生物学基础菌种保藏(preservation)n主要是根据菌种的生理生化特点，人主要是根据菌种的生理生化特点，人工创造条件，使孢子或菌体的生长代工创造条件，使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低，以减少其变异。谢活动尽量降低，以减少其变异。n一般可通过保持培养基营养成分在最一般可通过保持培养基营养成分在最低水平，并在缺氧、干燥、低温、避低水平，并在缺氧、干燥、低温、避光下使菌种处于光下使菌种处于“休眠休眠”状态，抑制状态，抑制其繁殖能力。其繁殖能力。 工业微生物学基础1 1斜面冰箱保藏法斜面冰箱保藏法n这是一种短期过渡的保藏方法。将已长

61、好的斜面菌种，置这是一种短期过渡的保藏方法。将已长好的斜面菌种，置于于44左右的冰箱保存，一般保存期为左右的冰箱保存，一般保存期为3636个月。个月。n2沙土管保藏法沙土管保藏法n适合于产孢子或芽孢的微生物的方法。将洗净、烘干、过适合于产孢子或芽孢的微生物的方法。将洗净、烘干、过筛彻底灭菌后的沙土分装在小试管内，再将菌种制成悬浮筛彻底灭菌后的沙土分装在小试管内，再将菌种制成悬浮液滴入沙土管中或将斜面孢子刮下直接与沙土混合，置于液滴入沙土管中或将斜面孢子刮下直接与沙土混合，置于干燥器中真空抽干，放冰箱内保存，保存期可达数年。干燥器中真空抽干，放冰箱内保存，保存期可达数年。n3 3石石蜡油蜡油油封

62、保藏法油封保藏法n向培养成熟的菌种斜面上，注入一层灭过菌的石蜡油，向培养成熟的菌种斜面上，注入一层灭过菌的石蜡油，（高于斜面（高于斜面1cm1cm），然后封口保存，保存期可达数年。此），然后封口保存，保存期可达数年。此法不能用于可利用石蜡作为碳源的微生物。法不能用于可利用石蜡作为碳源的微生物。工业微生物学基础工业微生物学基础4真空干燥冷冻保藏法真空干燥冷冻保藏法n其原理是在较低温度下（其原理是在较低温度下（-15-15），快速将细胞冻结，然），快速将细胞冻结，然后在真空中使水分升华。在这样的环境中，微生物的生长后在真空中使水分升华。在这样的环境中，微生物的生长和代谢都暂时停止，不易发生变异。和

63、代谢都暂时停止，不易发生变异。n菌种保存期较长，一般在菌种保存期较长，一般在5 5年以上；需要一定的设备，要年以上；需要一定的设备，要求较严格；但该法保藏效果好，对各种微生物都适用，国求较严格；但该法保藏效果好，对各种微生物都适用，国内外应用广泛。内外应用广泛。n5液氮超低温保藏法液氮超低温保藏法n液氮温度可达液氮温度可达-196-196，远低于细胞新陈代谢停止的温度，远低于细胞新陈代谢停止的温度（-130-130），所以此时菌种的代谢活动已停止。），所以此时菌种的代谢活动已停止。n适用范围最广的微生物保藏法；保存期最长；保藏费用最适用范围最广的微生物保藏法；保存期最长；保藏费用最高。目前仅用

64、于保存经济价值高，容易变异，或其他方法高。目前仅用于保存经济价值高，容易变异，或其他方法不能长期保存的菌种。不能长期保存的菌种。工业微生物学基础思考题n1、什么是微生物？可粗分为几类？举例说明。n2、微生物有哪些特点？最基本的是什么?n3、什么是自然突变和诱发突变？诱变育种的实质是什么？n、如何进行原生质体融合？其优点有哪些？n、为什么要对菌种保藏？方法有几种？工业微生物学基础 第四节第四节 微生物的营养微生物的营养n微生物从环境获得它们合成自身的细胞物质和提供机体进行各种生理活动所需的能量以及形成代谢产物所需的营养物质的全过程称为微生物的营养微生物的营养（nutrition）.n微生物种类繁

65、多，对营养物质的需求也有微生物种类繁多，对营养物质的需求也有很大的差异，但从化学组成来看，微生物很大的差异，但从化学组成来看，微生物所需要的基本营养及其主要功能等方面仍所需要的基本营养及其主要功能等方面仍具有许多共同规律。具有许多共同规律。n因此，在认识它们共性的基础上，掌握各因此，在认识它们共性的基础上，掌握各类型微生物的营养特性，就可有效地培养、类型微生物的营养特性，就可有效地培养、利用和控制微生物。利用和控制微生物。工业微生物学基础一、微生物的营养类型一、微生物的营养类型n根据所需碳素营养来源的不同可分为：根据所需碳素营养来源的不同可分为：n自养微生物和异养微生物两大类；自养微生物和异养

66、微生物两大类；n根据微生物所需能源的不同又可将其根据微生物所需能源的不同又可将其营养类型区分为：营养类型区分为：n光能营养型和化能营养型两类。光能营养型和化能营养型两类。工业微生物学基础（一）自养型（无机营养型）微生物（一）自养型（无机营养型）微生物 自养微生物合成能力较强，能在完全无机物的环境中生长繁殖。它具有完备的酶系统，能利用CO2或碳酸盐作为碳源，以氨或硝酸盐为氮源，用以合成细胞的有机物质。n化能自养型 所需能源来自无机物氧化过程释放出的化学能。 工业微生物学基础n硝化细菌硝化细菌包括两个细菌亚群，一类是亚硝酸细包括两个细菌亚群，一类是亚硝酸细菌（又称氨氧化菌），将氨氧化成亚硝酸，另一

67、菌（又称氨氧化菌），将氨氧化成亚硝酸，另一类是硝酸细菌（又称硝化细菌），将亚硝酸氧化类是硝酸细菌（又称硝化细菌），将亚硝酸氧化成硝酸。成硝酸。n这两类菌能分别从以上氧化过程中获得生长所需这两类菌能分别从以上氧化过程中获得生长所需要的能量，但其能量利用率不高，故生长较缓慢，要的能量，但其能量利用率不高，故生长较缓慢，其平均代时（即细菌繁殖一代所需要的时间）在其平均代时（即细菌繁殖一代所需要的时间）在1010小时以上。小时以上。n这两类菌通常生活在一起，这样便避免了亚硝酸这两类菌通常生活在一起，这样便避免了亚硝酸盐在土壤中的积累，有利于机体正常生长，而土盐在土壤中的积累，有利于机体正常生长，而土壤

68、中的氨或铵盐必需在以上两类细菌的共同作用壤中的氨或铵盐必需在以上两类细菌的共同作用下才能转变为硝酸盐。从而增加植物可利用的氮下才能转变为硝酸盐。从而增加植物可利用的氮素营养。素营养。 工业微生物学基础工业微生物学基础硝化细菌能使土壤中的氨转变为硝硝化细菌能使土壤中的氨转变为硝酸（有利于提高土壤肥力酸（有利于提高土壤肥力）工业微生物学基础n细菌把氨氧化过程中所释放出的能量细菌把氨氧化过程中所释放出的能量Q用于还原用于还原CO2，使其成为自身所需的，使其成为自身所需的细胞物质（细胞物质（）。）。工业微生物学基础n光能自养型光能自养型 其能源来自光，它们利用光能其能源来自光，它们利用光能进行光合作用

69、以获得能量、同化进行光合作用以获得能量、同化COCO2 2，合成，合成自身的细胞物质自身的细胞物质（） 。n它们的营养方式与绿色植物相似，它它们的营养方式与绿色植物相似，它们的菌体含有叶绿素等光合色素。们的菌体含有叶绿素等光合色素。n藻类和大多数光合细菌属此类型。藻类和大多数光合细菌属此类型。 工业微生物学基础n例如泥生绿硫细菌（常存在含例如泥生绿硫细菌（常存在含H H2 2S S的污泥中）的污泥中）在有光条件下，以在有光条件下，以H H2 2S S为供氢体，将为供氢体，将COCO2 2同化同化成细胞有机物质（成细胞有机物质（CHCH2 2O O），而无氧放出，积），而无氧放出，积累的是硫累的

70、是硫 工业微生物学基础（二）异养型（有机营养型）微生物（二）异养型（有机营养型）微生物n异养微生物的的合成能力较差，至少需要一种有异养微生物的的合成能力较差，至少需要一种有机物存在才能生长，主要以有机含碳化合物作为机物存在才能生长，主要以有机含碳化合物作为碳源，氮源可以是无机物或有机物，碳源，氮源可以是无机物或有机物，n其能源除少数来源于光能外，大多数来自有机物其能源除少数来源于光能外，大多数来自有机物分解（氧化、发酵等）产生的化学能。分解（氧化、发酵等）产生的化学能。n化能异养微生物种类和数量都很多，与人类的关化能异养微生物种类和数量都很多，与人类的关系最为密切，研究也最深入。目前工业发酵中

71、使系最为密切，研究也最深入。目前工业发酵中使用的菌种（细菌、放线菌、霉菌、酵母菌、食用用的菌种（细菌、放线菌、霉菌、酵母菌、食用菌等）都是这种类型的微生物。菌等）都是这种类型的微生物。工业微生物学基础在自养型和异养型之间，光能型与化能在自养型和异养型之间，光能型与化能型之间都存在有中间过渡的类型，称为型之间都存在有中间过渡的类型，称为兼性营养型兼性营养型。 n氢细菌可以在完全无机物的环境中利用氢的氧化获得能量，氢细菌可以在完全无机物的环境中利用氢的氧化获得能量，将将COCO2 2还原成细胞物质而进行自养生活，但若环境中存在还原成细胞物质而进行自养生活，但若环境中存在有机物时，它便直接利用有机物

72、进行异养生活。有机物时，它便直接利用有机物进行异养生活。兼性化兼性化能自养菌能自养菌n异养型微生物虽不能以二氧化碳作为唯一的碳源，但大多异养型微生物虽不能以二氧化碳作为唯一的碳源，但大多数异养型微生物都有固定二氧化碳的能力例如数异养型微生物都有固定二氧化碳的能力例如COCO2 2与丙与丙酮酸生成草酰乙酸，这是异养机体中普遍存在的反应。酮酸生成草酰乙酸，这是异养机体中普遍存在的反应。n红螺菌红螺菌是既可利用光能又可利用化学能的典型例子，它在是既可利用光能又可利用化学能的典型例子，它在光及厌氧的情况下，利用光能同化光及厌氧的情况下，利用光能同化COCO2 2；而在黑暗和好氧；而在黑暗和好氧条件下，

73、又可利用有机物的氧化所产生的化学能推动代谢条件下，又可利用有机物的氧化所产生的化学能推动代谢作用。作用。 工业微生物学基础工业微生物学基础二、微生物的营养基质二、微生物的营养基质n从微生物细胞物质成分的分析可知，微生物从微生物细胞物质成分的分析可知，微生物细胞含有细胞含有80%80%左右的水分和左右的水分和20%20%左右的干物质。左右的干物质。n干物质中，碳素约占干物质中，碳素约占50%50%，氮素约，氮素约5%-13%5%-13%，无，无机元素约占机元素约占3%-10%3%-10%。n因此，微生物的生长除水分外还需要碳源、因此，微生物的生长除水分外还需要碳源、氮源和各种无机元素，有些还需要

74、维生素等氮源和各种无机元素，有些还需要维生素等生物辅助物。生物辅助物。工业微生物学基础（一）碳源（一）碳源（carbon source）n碳是构成菌体成分的主要元素，是产生各种代谢产物和细胞内碳架结构的重要来源；n碳元素同时又是供给微生物维持生命活动的主要能源(energy source)。n含碳化合物在微生物代谢过程中被氧化降解，并释放出能量，该项能量先被贮存在磷酸基化合物-三磷酸腺苷（ATP）中，然后在微生物需要时逐渐放出供微生物使用。n多数微生物利用碳源有一定的选择性，对碳源的利用形式和程度不同，其代谢途径也不同。工业微生物学基础n常用的碳源有葡萄糖、乳糖、蔗糖、糖蜜、淀粉等。常用的碳源

75、有葡萄糖、乳糖、蔗糖、糖蜜、淀粉等。n葡萄糖是单糖，微生物可以直接吸收，且吸收和利用都葡萄糖是单糖，微生物可以直接吸收，且吸收和利用都很快，称为很快，称为活性碳源活性碳源，多用于菌种和种子培养。，多用于菌种和种子培养。n糖蜜是制糖生产的结晶母液，含有较丰富的糖、氮素化糖蜜是制糖生产的结晶母液，含有较丰富的糖、氮素化合物、无机盐和维生素，它是微生物工业物美价廉的原合物、无机盐和维生素，它是微生物工业物美价廉的原料。糖蜜含糖量可达料。糖蜜含糖量可达50%-75%50%-75%，在酵母、丙酮、丁醇、，在酵母、丙酮、丁醇、抗生素、酒精等微生物中常用它作为碳源。抗生素、酒精等微生物中常用它作为碳源。n淀

76、粉、糊精等多糖都要经菌体产生的胞外酶水解形成单淀粉、糊精等多糖都要经菌体产生的胞外酶水解形成单糖后再被吸收利用，因而其吸收代谢比较缓慢，故称糖后再被吸收利用，因而其吸收代谢比较缓慢，故称惰惰性碳源性碳源，其来源丰富、价格较低，常用于发酵。常用的，其来源丰富、价格较低，常用于发酵。常用的淀粉有玉米、甘薯、土豆、野生植物淀粉以及麸皮、米淀粉有玉米、甘薯、土豆、野生植物淀粉以及麸皮、米糠等。糠等。n近年来，把醇类、简单的有机酸以及石油烃作为碳源已近年来，把醇类、简单的有机酸以及石油烃作为碳源已日益受到重视。日益受到重视。工业微生物学基础（二）氮源（二）氮源(nitrogen source)n主要用来

77、构成菌体细胞中的蛋白质、核酸、酶及主要用来构成菌体细胞中的蛋白质、核酸、酶及各种代谢产物的含氮有机物。各种代谢产物的含氮有机物。n不同种类的微生物对各种氮源的利用能力不同的不同种类的微生物对各种氮源的利用能力不同的n固氮微生物能利用自然界存在的分子态氮，固氮微生物能利用自然界存在的分子态氮，n但大多数只能利用无机、有机含氮化合物作氮源。但大多数只能利用无机、有机含氮化合物作氮源。工业微生物学基础常用的有机氮源有花生饼、豆饼、棉子饼常用的有机氮源有花生饼、豆饼、棉子饼n菜子浆、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、酒槽等菜子浆、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、酒槽等n它们在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌它们

78、在微生物分泌的蛋白酶作用下，水解成氨基酸，被菌体吸收后再进一步分解代谢。体吸收后再进一步分解代谢。n有机氮源除含有丰富的蛋白质、多肽和游离氨基酸外，还有机氮源除含有丰富的蛋白质、多肽和游离氨基酸外，还含有少量的糖类、脂肪、无机盐、维生素及某些生长因子，含有少量的糖类、脂肪、无机盐、维生素及某些生长因子，因而有机氮源是培养微生物的理想基质。因而有机氮源是培养微生物的理想基质。n常用的无机氮源有铵盐、硝酸盐、尿素和氨水等，微生物常用的无机氮源有铵盐、硝酸盐、尿素和氨水等，微生物对它们的吸收利用一般比有机氮源快，所以也称之为迅速对它们的吸收利用一般比有机氮源快，所以也称之为迅速利用的氮源。利用的氮源

79、。n在多数情况下，将有机氮源和无机氮源配合使用效果更佳。在多数情况下，将有机氮源和无机氮源配合使用效果更佳。工业微生物学基础（三）无机元素（三）无机元素n无机盐是微生物生命活动所不可缺少的物无机盐是微生物生命活动所不可缺少的物质，它的主要功能是：质，它的主要功能是：n构成菌体的组成成分；构成菌体的组成成分；n作为酶活性集团的组成部分；作为酶活性集团的组成部分；n调节微生物体内的调节微生物体内的pHpH值和氧化还原电位；值和氧化还原电位；n有些元素如有些元素如S S、FeFe等还同时作为某些自养菌等还同时作为某些自养菌的能源。的能源。工业微生物学基础在微生物细胞中主要是在微生物细胞中主要是C、H

80、、O、N、nP、S六种元素，占细胞干重的六种元素，占细胞干重的95%以上。以上。n此外此外K K、MgMg、CaCa、FeFe、MnMn、CoCo、MoMo、ZnZn等元素也是等元素也是大多数微生物都需要的元素。大多数微生物都需要的元素。nC C、H H、O O、N N、P P、S S、K K、MgMg、CaCa、FeFe是微生物需要是微生物需要量大的元素，称之为量大的元素，称之为大量元素大量元素。nMnMn、CoCo、CuCu、ZnZn、MoMo、NiNi等元素的需要量极少，等元素的需要量极少，这些元素称为这些元素称为微量元素微量元素。n它们一般混杂在培养基的大量元素或水中，在发它们一般混杂

81、在培养基的大量元素或水中，在发酵生产中，除特殊需要外，一般无需另外加入。酵生产中，除特殊需要外，一般无需另外加入。工业微生物学基础（四）生长因子（四）生长因子(growth factor)n在微生物生长发育过程中不可缺少而需要在微生物生长发育过程中不可缺少而需要量又极少的一类特殊营养物质，一般称之量又极少的一类特殊营养物质，一般称之为生长因子（或生长辅助物）。为生长因子（或生长辅助物）。n包括维生素、氨基酸、核苷酸等，它们以包括维生素、氨基酸、核苷酸等，它们以辅酶辅酶或或辅基辅基的形式参与菌体生长发育过程的形式参与菌体生长发育过程的酶促反应。的酶促反应。工业微生物学基础n大部分异养微生物及所有

82、自养微生物自己可以合大部分异养微生物及所有自养微生物自己可以合成所需要的生长辅助物质。成所需要的生长辅助物质。n某些微生物甚至可以在自己的细胞中积累这种或某些微生物甚至可以在自己的细胞中积累这种或那种维生素，那种维生素， 人们可以利用这些微生物来生产某人们可以利用这些微生物来生产某些维生素，如利用棉病囊酶菌生产核黄素（维生些维生素，如利用棉病囊酶菌生产核黄素（维生素素B B），利用酵母生产维生素），利用酵母生产维生素B1B1、B2B2。n但有一些微生物自身不能合成某些生长因子，发但有一些微生物自身不能合成某些生长因子，发酵时需另外补加。酵时需另外补加。n实际上许多作为碳源、氮源的天然成分如玉米

83、浆、实际上许多作为碳源、氮源的天然成分如玉米浆、麦芽、马铃薯、麸皮、米糠等本身就含有丰富的麦芽、马铃薯、麸皮、米糠等本身就含有丰富的生长辅助物。生长辅助物。工业微生物学基础n三、微生物的培养基三、微生物的培养基n人工配制适于微生物生长繁殖或累积代人工配制适于微生物生长繁殖或累积代谢产物的营养基质称为培养基谢产物的营养基质称为培养基(culture (culture medium)medium)。n微生物种类不同，所需要的培养基也不微生物种类不同，所需要的培养基也不同，就是对同一菌种，由于使用目的不同，就是对同一菌种，由于使用目的不同，对培养基的要求也不完全一样，微同，对培养基的要求也不完全一样

84、，微生物培养基可按不同特点分类。生物培养基可按不同特点分类。工业微生物学基础n（一）按培养基的物理状态分类（一）按培养基的物理状态分类n固体培养基固体培养基solid mediumsolid medium，又分为两大类：，又分为两大类：n一类是以麸皮、米糠、豆饼粉、花生饼粉等为原一类是以麸皮、米糠、豆饼粉、花生饼粉等为原料，加入适量的无机盐和水分而进行固体培养用料，加入适量的无机盐和水分而进行固体培养用的培养基，如白酒厂、酿造厂等就常用这类培养的培养基，如白酒厂、酿造厂等就常用这类培养基来培养微生物；基来培养微生物；n另一类是在溶解的培养液中添加某种胶凝剂，如另一类是在溶解的培养液中添加某种胶

85、凝剂，如琼脂、明胶等，使之转为固体形式，这就是实验琼脂、明胶等，使之转为固体形式，这就是实验室中常采用的固体斜面和固体平板培养基，这种室中常采用的固体斜面和固体平板培养基，这种培养基广泛用于微生物的分离、鉴定、保藏、计培养基广泛用于微生物的分离、鉴定、保藏、计数及菌落特征的观察等。数及菌落特征的观察等。工业微生物学基础n液体培养基（液体培养基（liquid medium） n把培养基成分溶解或悬浮在水中而进行液体培养的培养基称为液体培养基。n由于液体培养基中营养物质分散均匀，又能与微生物表面充分接触，还能大量溶解微生物的代谢产物。n因而，液体培养基广泛用于微生物的培养、研究和大规模工业化生产。

86、工业微生物学基础（二）按营养物质的来源分类（二）按营养物质的来源分类n合成培养基（合成培养基（synthetic medium) synthetic medium) 由已知化学成由已知化学成分及数量的化学药品配制而成，适合于定量的研分及数量的化学药品配制而成，适合于定量的研究工作，但通常微生物在合成培养基上生长缓慢。究工作，但通常微生物在合成培养基上生长缓慢。n天然培养基（天然培养基（complex modium complex modium ） 由动植物组织由动植物组织或微生物的浸出物，水解液等物质（如蛋白胨、或微生物的浸出物，水解液等物质（如蛋白胨、牛肉膏、麦芽汁），以及天然的含有丰富营养

87、的牛肉膏、麦芽汁），以及天然的含有丰富营养的有机物质（如玉米粉、马铃薯、米糠、豆饼粉等）有机物质（如玉米粉、马铃薯、米糠、豆饼粉等）制成的培养基，又称综合培养基，天然培养基配制成的培养基，又称综合培养基，天然培养基配制方便，价格低廉，适合于各类异养微生物生长。制方便，价格低廉，适合于各类异养微生物生长。工业微生物学基础n牛肉膏（Beef Extract）又称牛肉浸膏，是用新鲜牛肉经过剔除脂肪、消化、过滤、浓缩而得到的一种棕黄色至棕褐色的膏状物。牛肉膏当中含有肌酸、肌酸酐、多肽类、氨基酸类、核苷酸类、有机酸类、矿物质类及维生素类的水溶性物质。广泛应用于生物制药发酵及各种培养基的制备。它起的主要作

88、用是补充蛋白胨以及其它氮源的营养不足。一般的用量为0.3%0.5%。n蛋白胨用新鲜牛骨及牛肉混合提取，经过消化、过滤、浓缩、喷雾干燥而得到的一种浅黄色至类白色的干燥粉末。易溶于水，水溶液呈淡黄色。蛋白胨当中不仅含有丰富的氨基酸，特别是含硫氨基酸较多，而且含有更多的细菌生长需要的维生素和其它生长因子。是生物制药发酵及各种培养基制备的基础原材料。它起的主要作用是提供氮源。一般的用量为0.5%5%。工业微生物学基础n半合成培养基（半合成培养基（semi-synthetic medium）n在天然培养基的基础上，适当加入一些化在天然培养基的基础上，适当加入一些化学药品，以补充无机盐等物质的不足，充学药

89、品，以补充无机盐等物质的不足，充分满足微生物对营养的需要。分满足微生物对营养的需要。n这种半合成培养基在生产和实验室中使用这种半合成培养基在生产和实验室中使用最多。最多。工业微生物学基础（三）按培养基的用途分类（三）按培养基的用途分类n基础培养基基础培养基(basic medium)(basic medium) n 微生物所需要的物质大部分是相同的，先配制一微生物所需要的物质大部分是相同的，先配制一种含有相同成分的培养基，在使用时，根据微生种含有相同成分的培养基，在使用时，根据微生物的特殊需要，在培养基内再加入所需要的物质。物的特殊需要，在培养基内再加入所需要的物质。n鉴别培养基鉴别培养基（d

90、ifferential mediumdifferential medium） n 根据微生物能否利用培养基中某种营养成分，依根据微生物能否利用培养基中某种营养成分，依靠指示剂的显色反应或其他某种明显的特征性变靠指示剂的显色反应或其他某种明显的特征性变化，以鉴别不同种类微生物的培养基。化，以鉴别不同种类微生物的培养基。 工业微生物学基础伊红美蓝乳糖培养基（伊红美蓝乳糖培养基（EMB培养基）培养基）n是最常见的鉴别培养基之一，它在饮用水、是最常见的鉴别培养基之一，它在饮用水、乳品检验及遗传学研究上起着重要作用。改乳品检验及遗传学研究上起着重要作用。改良后的伊红美蓝乳糖培养基的成分是良后的伊红美蓝乳

91、糖培养基的成分是：n蛋白胨蛋白胨 10g 伊红伊红Y 0.4gn乳糖乳糖 5g 美蓝美蓝 0.065gn蔗糖蔗糖 2g 蒸馏水蒸馏水 1000mlnK2HPO4 2g pH 7.2工业微生物学基础n其中伊红和美蓝是两种苯胺染料。其中伊红和美蓝是两种苯胺染料。n试样中的多种肠道菌会在试样中的多种肠道菌会在EMBEMB培养基上产生易培养基上产生易于相互区分的特征菌落，因而易于辨认。于相互区分的特征菌落，因而易于辨认。n尤其是大肠杆菌，因其强烈分解乳糖而产生尤其是大肠杆菌，因其强烈分解乳糖而产生大量混合酸，而使酸性染料伊红变红，大量混合酸，而使酸性染料伊红变红，n又因伊红与美蓝结合，所以菌落被染上深

92、紫又因伊红与美蓝结合，所以菌落被染上深紫色，色，n从菌落表面的反射光中还可看到绿色金属闪从菌落表面的反射光中还可看到绿色金属闪光。光。工业微生物学基础n加富培养基（加富培养基（enriched mediumenriched medium）n有利于某种微生物而不适于其他微生物生长而设计有利于某种微生物而不适于其他微生物生长而设计的培养基，称加富培养基，又称增殖培养基，通过的培养基，称加富培养基，又称增殖培养基，通过培养达到从自然界分离出某种微生物的目的。培养达到从自然界分离出某种微生物的目的。n选择培养基（选择培养基（selected mediumselected medium）n在培养基中加入

93、某种化学物质以抑制不需要菌种的在培养基中加入某种化学物质以抑制不需要菌种的生长而保证需要菌种的生长，从而在混杂的微生物生长而保证需要菌种的生长，从而在混杂的微生物中选出需要的菌种。中选出需要的菌种。n增殖培养基和鉴别培养基也可以是选择培养基，但增殖培养基和鉴别培养基也可以是选择培养基，但选择培养基一般是指含有抑菌剂和杀菌剂的培养基。选择培养基一般是指含有抑菌剂和杀菌剂的培养基。 工业微生物学基础四、微生物对营养物质的吸收四、微生物对营养物质的吸收n微生物的细胞膜具有通透性，营养物质只有微生物的细胞膜具有通透性，营养物质只有透过细胞膜，才有可能被细胞所吸收。透过细胞膜，才有可能被细胞所吸收。n细

94、胞膜对各种营养物质的通透性与营养物质细胞膜对各种营养物质的通透性与营养物质的性质及化学结构有很大的关系；水是最容的性质及化学结构有很大的关系；水是最容易透过细胞膜的；易透过细胞膜的；n大分子的化合物（如淀粉、蛋白质等）需要大分子的化合物（如淀粉、蛋白质等）需要经过微生物所分泌的胞外酶水解成为小分子经过微生物所分泌的胞外酶水解成为小分子的可溶性物质后，才能被透过的可溶性物质后，才能被透过 工业微生物学基础n浓度高的营养物质，依靠浓度梯度的扩散浓度高的营养物质，依靠浓度梯度的扩散力，通过细胞膜进入细胞内，细胞只是被力，通过细胞膜进入细胞内，细胞只是被动地接受透入的物质，这称为动地接受透入的物质，这

95、称为被动吸收被动吸收，这是单纯的物理过程，也称单纯扩散。这是单纯的物理过程，也称单纯扩散。n某些可溶性物质，如糖类、氨基酸、金属某些可溶性物质，如糖类、氨基酸、金属离子等却能逆细胞内外浓度差而透过细胞离子等却能逆细胞内外浓度差而透过细胞膜。这种现象称为细胞的膜。这种现象称为细胞的主动吸收主动吸收或主动或主动运输运输 工业微生物学基础n主动吸收的过程一般认为是外界的物质先主动吸收的过程一般认为是外界的物质先与细胞膜上特异的载体蛋白结合，依靠能与细胞膜上特异的载体蛋白结合，依靠能量的消耗，以复合体的形式逆浓度梯度输量的消耗，以复合体的形式逆浓度梯度输送，载体蛋白经过结构调整和变化，将物送，载体蛋白

96、经过结构调整和变化，将物质释放于胞内，载体蛋白再恢复初始状态。质释放于胞内，载体蛋白再恢复初始状态。n这种特异载体蛋白又叫这种特异载体蛋白又叫通透酶通透酶 工业微生物学基础工业微生物学基础第五节第五节 影响微生物生长发育的因素影响微生物生长发育的因素n微生物在生命活动过程中，与周围环境有微生物在生命活动过程中，与周围环境有着密切的联系，影响其生长发育的因素，着密切的联系，影响其生长发育的因素，除培养基的组成外，还有温度、除培养基的组成外，还有温度、值、值、通气、搅拌等环境因素。通气、搅拌等环境因素。n不同种类的微生物，对环境因素要求不同不同种类的微生物，对环境因素要求不同; ;n同一种微生物在

97、不同的生长阶段需要环境同一种微生物在不同的生长阶段需要环境因素的量也不同。因素的量也不同。工业微生物学基础n1 1温度温度n微生物的生长实际上是生物体的一系列生微生物的生长实际上是生物体的一系列生物化学反应、酶反应的有机组合。因此，物化学反应、酶反应的有机组合。因此，温度对微生物生长具有极其重要的作用。温度对微生物生长具有极其重要的作用。n按适于生长的温度范围，微生物大致可分按适于生长的温度范围，微生物大致可分为低温菌、中温菌和高温菌，如下表所示为低温菌、中温菌和高温菌，如下表所示工业微生物学基础一般工业上常用的菌株属于中温菌，一般工业上常用的菌株属于中温菌，n大多在其生长的最适温度（大多在其

98、生长的最适温度（20-4020-40）进行反应，）进行反应，但在啤酒等酿造工业则在但在啤酒等酿造工业则在2020以下进行低温发酵。以下进行低温发酵。n随着温度的升高，细胞的生长速率随之增加，随着温度的升高，细胞的生长速率随之增加，在一定温度范围内，符合阿累尼乌斯定律。在一定温度范围内，符合阿累尼乌斯定律。n当温度超出一定范围时，由于蛋白质等细胞当温度超出一定范围时，由于蛋白质等细胞结构物质热变性而导致生长速度急剧下降结构物质热变性而导致生长速度急剧下降。 工业微生物学基础工业微生物学基础n温度对细胞的酶结构与组成有较大的影响，温度对细胞的酶结构与组成有较大的影响，它关系到代谢途径和代谢产物的生

99、物合成。它关系到代谢途径和代谢产物的生物合成。n如：用黑曲霉生产柠檬酸时，随培养温度的如：用黑曲霉生产柠檬酸时，随培养温度的升高升高, ,草酸产量增加，柠檬酸产量下降。草酸产量增加，柠檬酸产量下降。n在用链霉素发酵生产四环素时会同时产生金在用链霉素发酵生产四环素时会同时产生金霉素：霉素：n若培养温度在若培养温度在3030以上，随着温度的增加，以上，随着温度的增加，四环素产量增加；四环素产量增加；n当温度达到当温度达到3535时，金霉素几乎完全停止产时，金霉素几乎完全停止产生而仅产生四环素。生而仅产生四环素。工业微生物学基础最适温度是一个相对的概念，n最适合于菌体的生长温度示必最适合于微生物的生

100、物合成，反之亦然n在工业发酵中，为取得高产发酵，要特别注意发酵过程中的菌体生长菌体生长与代谢产物积累代谢产物积累两个阶段的最适温度的控制。工业微生物学基础2 2pHpH值值n各种微生物需要在一定的各种微生物需要在一定的pHpH值环境下方能正常值环境下方能正常繁殖。繁殖。n如果如果pHpH值不合适：不但妨碍菌体的正常生长，值不合适：不但妨碍菌体的正常生长，而且还会改变微生物代谢途径和产物的性质。而且还会改变微生物代谢途径和产物的性质。n一般来说，细菌在中性或弱碱性条件下生长良一般来说，细菌在中性或弱碱性条件下生长良好，酵母和霉菌喜欢酸性，而乳酸菌和醋酸菌好，酵母和霉菌喜欢酸性，而乳酸菌和醋酸菌则

101、对低则对低pHpH值环境有很好的耐受性。值环境有很好的耐受性。工业微生物学基础n不同种类的微生物有其最适的不同种类的微生物有其最适的pHpH值。值。n同一微生物在其不同的生长阶段和不同的同一微生物在其不同的生长阶段和不同的生理、生化过程中，也有生理、生化过程中，也有不同的不同的pHpH值值要求。要求。n这时发酵生产中的这时发酵生产中的pHpH值控制尤为重要。值控制尤为重要。n例如，黑曲霉在例如，黑曲霉在pHpH值为值为2-2.52-2.5范围内有利于范围内有利于产柠檬酸，在产柠檬酸，在pHpH值为值为2.5-6.52.5-6.5范围内以菌体范围内以菌体生长为主，而在生长为主，而在pHpH值为值

102、为7 7左右时，则以合成左右时，则以合成草酸为主。草酸为主。 工业微生物学基础n微生物在其生命活动过程中，会改变外界环境的微生物在其生命活动过程中，会改变外界环境的pHpH值，这就是通常遇到的培养基的原始值，这就是通常遇到的培养基的原始pHpH值在微值在微生物培养过程中会发生改变的原因。其中可能发生物培养过程中会发生改变的原因。其中可能发生的反应如下生的反应如下工业微生物学基础n在一般培养过程中，上述变酸与变碱两种过程往往以前者在一般培养过程中，上述变酸与变碱两种过程往往以前者占优势，一般培养基会变得较酸。对碳氮比低的培养基，占优势，一般培养基会变得较酸。对碳氮比低的培养基，经培养后，其经培养

103、后，其pHpH值也可能会上升。值也可能会上升。n对发酵生产来说，对发酵生产来说，pHpH值的这种变化往往对生产不利，因此，值的这种变化往往对生产不利，因此，在微生物的培养过程中，及时调节合适的在微生物的培养过程中，及时调节合适的pHpH值很有必要。值很有必要。pHpH值的调节措施可归纳如下值的调节措施可归纳如下工业微生物学基础3通气与搅拌n通气程度对微生物生长繁殖影响很大，通气程度对微生物生长繁殖影响很大，按照各种生物对氧的要求不同，可将按照各种生物对氧的要求不同，可将它们分成三类：它们分成三类：n好氧性微生物好氧性微生物n厌氧性微生物厌氧性微生物n兼性微生物兼性微生物工业微生物学基础（1 1

104、）好氧性微生物）好氧性微生物n好氧微生物也称好气微生物，此类微生物在生长繁殖过程好氧微生物也称好气微生物，此类微生物在生长繁殖过程中，需要不断地摄取周围环境中的氧。中，需要不断地摄取周围环境中的氧。n微生物能利用的氧是溶解于培养基中的微生物能利用的氧是溶解于培养基中的溶解氧（溶解氧（DODO）。）。n从空气中的氧溶解到液体培养基中，再透过细胞膜进入细从空气中的氧溶解到液体培养基中，再透过细胞膜进入细胞内，最后才参与细胞的生化反应胞内，最后才参与细胞的生化反应d d过程，称为过程，称为氧的传递氧的传递。n不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度称不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度称临界氧浓度临界氧浓度。n

105、如酵母菌在如酵母菌在2020时的临界氧浓度为时的临界氧浓度为0.0037mmol/l0.0037mmol/l。n生物合成最适氧浓度与临界氧浓度是不同的，生物合成最适氧浓度与临界氧浓度是不同的，n前者指溶氧浓度对生物合成的最适范围。前者指溶氧浓度对生物合成的最适范围。工业微生物学基础n（2 2）厌氧性微生物）厌氧性微生物n此类微生物不需要分子态氧，分子态此类微生物不需要分子态氧，分子态氧对它们有毒害作用。氧对它们有毒害作用。n如丙酮丁醇产生菌只能在无氧条件下如丙酮丁醇产生菌只能在无氧条件下生活。生活。工业微生物学基础（3 3）兼性微生物）兼性微生物n兼性微生物既能在有氧条件下生长，又能在无氧兼性

106、微生物既能在有氧条件下生长，又能在无氧条件下生活。条件下生活。n如酵母在有氧条件下迅速生长繁殖，如酵母在有氧条件下迅速生长繁殖， 产生大量产生大量菌体；在无氧条件下则进行发酵，产生大量酒精。菌体；在无氧条件下则进行发酵，产生大量酒精。n目前工业上应用的微生物，除酒精、丙酮、丁醇目前工业上应用的微生物，除酒精、丙酮、丁醇及乳酸发酵外基本上都是好氧菌。及乳酸发酵外基本上都是好氧菌。 工业微生物学基础n菌种、培养时间、培养基和设备性能的不同，对菌种、培养时间、培养基和设备性能的不同，对通气量的要求也不同；通气量的要求也不同；n通气量要根据培养基中所需的溶解氧而定。通气量要根据培养基中所需的溶解氧而定

107、。n发酵初期，虽然幼细胞的呼吸强度大，耗氧多，发酵初期，虽然幼细胞的呼吸强度大，耗氧多，但因菌体少，相对地通气量可少些；但因菌体少，相对地通气量可少些；n菌体繁殖旺盛时则耗氧多，通气量要求多些。菌体繁殖旺盛时则耗氧多，通气量要求多些。n通气除供给菌体发酵所需氧气外，还有驱除培养通气除供给菌体发酵所需氧气外，还有驱除培养基中代谢废气的作用。基中代谢废气的作用。n在液体深层发酵中除不断通气外，还需搅拌打碎在液体深层发酵中除不断通气外，还需搅拌打碎气泡，增加气液接触面积，加速氧的溶解速度，气泡，增加气液接触面积，加速氧的溶解速度，提高空气利用率，促进微生物的繁殖。提高空气利用率，促进微生物的繁殖。n

108、但是过度剧烈的搅拌也会导致培养液大量涌泡，但是过度剧烈的搅拌也会导致培养液大量涌泡，增加污染杂菌的的机会。增加污染杂菌的的机会。工业微生物学基础n4.基质浓度基质浓度n菌体生长速率是基质浓度的函数，常用莫诺菌体生长速率是基质浓度的函数，常用莫诺(Monod)(Monod)模型来描述微生物的比生长速率与基质浓模型来描述微生物的比生长速率与基质浓度的关系度的关系工业微生物学基础由方程可见：当由方程可见：当CsKs时，时，接近于接近于m工业微生物学基础 第六节第六节 微生物的培养微生物的培养n工业上微生物培养过程可分为五类：工业上微生物培养过程可分为五类：n1、以微生物菌体为产品，如酵母、单细胞蛋白

109、的生产；、以微生物菌体为产品，如酵母、单细胞蛋白的生产；n2、以微生物酶为产品、以微生物酶为产品-酶制剂工业；酶制剂工业；n3、为了除去某种物质，如废水的生化处理；、为了除去某种物质，如废水的生化处理；n4、以微生物的代谢产物为产品，如氨基酸、有机酸、抗、以微生物的代谢产物为产品，如氨基酸、有机酸、抗生素、溶剂、疫苗以及各种生理活性物质的生产；生素、溶剂、疫苗以及各种生理活性物质的生产；n 5、 特定的转化反应过程，微生物细胞能将一种化合物特定的转化反应过程，微生物细胞能将一种化合物转化成化学结构相似，但更有价值的化合物。转化成化学结构相似，但更有价值的化合物。工业微生物学基础n为了获得大量的

110、为了获得大量的微生物菌体或微生物微生物菌体或微生物的代谢产物的代谢产物，需要对分离到的纯种微，需要对分离到的纯种微生物进行人工培养。生物进行人工培养。n培养方法主要有培养方法主要有固体培养、液体深层固体培养、液体深层培养和载体培养培养和载体培养等。等。n按培养过程的操作方式又可分为按培养过程的操作方式又可分为分批分批培养、连续培养培养、连续培养。工业微生物学基础一、微生物的培养方法一、微生物的培养方法（一（一) )固体培养固体培养固体培养方法是将纯种微生物接种在固体培养上。固体培养方法是将纯种微生物接种在固体培养上。又可分为浅盘法与深层法，统称曲法培养。又可分为浅盘法与深层法，统称曲法培养。)

111、固体培养最大的特点是固体曲的酶活力高，培养基固体培养最大的特点是固体曲的酶活力高，培养基疏松，内部充满空气，因此既可静置培养，又可通疏松，内部充满空气，因此既可静置培养，又可通风培养风培养. .缺点是劳动强度大。缺点是劳动强度大。目前比较完善的深层固体通风制曲可以在曲房周围目前比较完善的深层固体通风制曲可以在曲房周围使用循环的冷却增湿的无菌空气来控制温度，曲层的翻动使用循环的冷却增湿的无菌空气来控制温度，曲层的翻动自动化自动化 工业微生物学基础n酒曲酿酒是中国酿酒的精华所在。酒曲酿酒是中国酿酒的精华所在。n酒曲中所生长的微生物主要是霉菌。酒曲中所生长的微生物主要是霉菌。 n对霉菌的利用是中国人

112、的一大发明创造。对霉菌的利用是中国人的一大发明创造。日本有位著名的微生物学家坂口谨一郎教日本有位著名的微生物学家坂口谨一郎教授认为这甚至可与中国古代的四大发明相授认为这甚至可与中国古代的四大发明相媲美媲美 n蘖曲蘖曲(酒曲酒曲):发霉的谷物称为曲，发芽的发霉的谷物称为曲，发芽的谷物称为蘖谷物称为蘖 工业微生物学基础工业上固体培养的一种般程序是工业上固体培养的一种般程序是工业微生物学基础（二）液体深层培养（二）液体深层培养n在液体深层培养时，菌体在液体培养基中处于悬浮状态，导入培养基中的无菌空气通过气液传质界面进入液相，再扩散进入细胞内部。 n液体深层培养是在专门的发酵罐中进行的。n它的优点是可

113、以根据微生物在生长过程中对碳源、氮源、生长因子等营养物质的不同需要，合理配制，及时补加；n随时调节pH值、温度及通风量，使微生物培养过程的生长、代谢都控制在最佳状态而收到最好的培养效果。n液体深层培养是一种比较科学的微生物工业化培养方法。工业微生物学基础n现代啤酒的酿造工艺流程：现代啤酒的酿造工艺流程：n首先把麦芽在滚筒碾碎机中碾碎，注入热水混合，旋转首先把麦芽在滚筒碾碎机中碾碎，注入热水混合，旋转入麦芽汁桶，制造出麦芽汁，甜甜的麦芽汁被过滤后流入麦芽汁桶，制造出麦芽汁，甜甜的麦芽汁被过滤后流入酿造罐，再用热水喷射麦芽汁沉淀物，以带走剩余的入酿造罐，再用热水喷射麦芽汁沉淀物，以带走剩余的麦芽汁

114、。过滤后的麦芽汁谷物渣可以做牲畜的饲料。麦芽汁。过滤后的麦芽汁谷物渣可以做牲畜的饲料。n接下来在酿造罐中再煮沸麦芽汁并添加啤酒花接下来在酿造罐中再煮沸麦芽汁并添加啤酒花(啤酒具啤酒具有独特的苦味和香气并有防腐和澄清麦芽汁的能力有独特的苦味和香气并有防腐和澄清麦芽汁的能力) ，通常要通常要1.5-3个小时。个小时。n然后过滤啤酒花沉淀，用离心法离调沉淀的蛋白质，冷然后过滤啤酒花沉淀，用离心法离调沉淀的蛋白质，冷却至发酵温度，把麦芽汁输送至初级发酵池，在那里加却至发酵温度，把麦芽汁输送至初级发酵池，在那里加入新鲜酵母，发酵一段入新鲜酵母，发酵一段(5-10天天)再被注入后熟罐，在那再被注入后熟罐，

115、在那里进一步进行发酵（一到两周）直到啤酒成熟。最后经里进一步进行发酵（一到两周）直到啤酒成熟。最后经过过滤和罐装，并加入二氧化碳。过过滤和罐装，并加入二氧化碳。工业微生物学基础工业微生物学基础（三）载体培养（三）载体培养n兼备固体培养与液体深层培养特点的培养方法：兼备固体培养与液体深层培养特点的培养方法：n以天然或人工合成的多孔材料代替麸皮之类的以天然或人工合成的多孔材料代替麸皮之类的固体基质作为微生物生长的载体；固体基质作为微生物生长的载体；n营养成分可以严格控制；营养成分可以严格控制；n发酵结束后只须将菌体和培养液挤压出来进行发酵结束后只须将菌体和培养液挤压出来进行抽提，载体又可重新使用；

116、抽提，载体又可重新使用；n载体经得起蒸汽加热和药物灭菌，具有多孔结载体经得起蒸汽加热和药物灭菌，具有多孔结构，既有足够的表面积，又能允许空气流通。构，既有足够的表面积，又能允许空气流通。n目前脲烷泡沫塑料块用得较多。目前脲烷泡沫塑料块用得较多。工业微生物学基础二、微生物的分批培养二、微生物的分批培养n分批培养（分批培养（batch culturebatch culture）是一种间歇培）是一种间歇培养方式，其操作步骤是：养方式，其操作步骤是：n在生物反应器中装入培养基，灭菌（或在在生物反应器中装入培养基，灭菌（或在灭过菌的生物反应器中加入经过灭菌的培灭过菌的生物反应器中加入经过灭菌的培养基）；

117、养基）；n在适当温度下接种；在适当温度下接种；n维持一定条件进行培养。维持一定条件进行培养。n接种后，除了耗气培养过程需要通入无菌空气外，接种后，除了耗气培养过程需要通入无菌空气外，不再加入营养物料，待生物反应进行到一定程度不再加入营养物料，待生物反应进行到一定程度后，将全部培养液放出进行后处理。后，将全部培养液放出进行后处理。工业微生物学基础n分批培养的操作和设备比较简单，是生产分批培养的操作和设备比较简单，是生产和研究中普遍使用的一种培养方式。和研究中普遍使用的一种培养方式。n为了提高生物反应器的生产效率，通常采为了提高生物反应器的生产效率，通常采用多级分批培养的方法。用多级分批培养的方法

118、。n即在小型生物反应器中接入少量种子，经即在小型生物反应器中接入少量种子，经分批培养获得较大量的细胞作为种子；分批培养获得较大量的细胞作为种子；n再转入大型生物反应器中再转入大型生物反应器中 进行发酵，获得进行发酵，获得产物。产物。工业微生物学基础工业微生物学基础n可见：主要设备包括主培养罐和种菌培养罐，可见：主要设备包括主培养罐和种菌培养罐，都是深层培养罐；都是深层培养罐；n这些设备都分别装有培养基配制、蒸煮灭菌、这些设备都分别装有培养基配制、蒸煮灭菌、通气用空气压缩机及除菌、搅拌、消沫等附属通气用空气压缩机及除菌、搅拌、消沫等附属装置和设备。装置和设备。n种子罐培养的目的是为发酵罐准备培养

119、用的菌种子罐培养的目的是为发酵罐准备培养用的菌体。体。n目的代谢产物是在发酵罐中得到的。目的代谢产物是在发酵罐中得到的。工业微生物学基础（一）种子的扩大培养（一）种子的扩大培养n是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。数量和质量的纯种过程。n这些纯种培养物称为种子。具备的条件：这些纯种培养物称为种子。具备的条件：n生活旺盛有活力，移种至发酵罐后能迅速生长，生活旺盛有活力，移种

120、至发酵罐后能迅速生长，缩短延滞期；缩短延滞期；n菌体总量适宜，以保证在大发酵罐中有适当的菌体总量适宜，以保证在大发酵罐中有适当的接种量；接种量；n生理状态稳定；无杂菌；保持稳定的生产能力。生理状态稳定；无杂菌；保持稳定的生产能力。工业微生物学基础1、种子制备的工艺流程n如图如图2-142-14所示。所示。n步骤步骤1-61-6为实验室种子制备分阶段，包括琼脂斜面、固体为实验室种子制备分阶段，包括琼脂斜面、固体培养基扩大培养或摇瓶液体培养；步骤培养基扩大培养或摇瓶液体培养；步骤7-97-9为生产车间种为生产车间种子制备阶段子制备阶段。 工业微生物学基础2、种子罐级数、种子罐级数n种子罐级数是指制

121、备种子需逐级扩大培养的次数，通种子罐级数是指制备种子需逐级扩大培养的次数，通常根据种子的生长繁殖速度而定。常根据种子的生长繁殖速度而定。n如谷氨酸及其他氨基酸所用菌种是细菌，生长繁殖速如谷氨酸及其他氨基酸所用菌种是细菌，生长繁殖速度很快，常采用一级种子罐扩大培养，也称二级发酵，度很快，常采用一级种子罐扩大培养，也称二级发酵，即将种子接入种子罐中扩大培养后移入发酵罐中；即将种子接入种子罐中扩大培养后移入发酵罐中；n而在抗生素的生产中，放线菌的生长繁殖速度较慢，而在抗生素的生产中，放线菌的生长繁殖速度较慢，常采用二级种子扩大培养，也称三级发酵。常采用二级种子扩大培养，也称三级发酵。n一般一般50m

122、50m3 3以上的发酵罐都采用三级或四级发酵。以上的发酵罐都采用三级或四级发酵。工业微生物学基础工业微生物学基础工业微生物学基础3、种龄与接种量、种龄与接种量n种龄是指种子罐中培养的菌丝体开始移入种龄是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。n通常种龄以菌丝处于生命极为旺盛的对数通常种龄以菌丝处于生命极为旺盛的对数生长期为宜。生长期为宜。n过于年青的种子接入发酵罐后往往会出现过于年青的种子接入发酵罐后往往会出现前期生长缓慢，发酵周期延长；前期生长缓慢，发酵周期延长；n过老的种子会引起生产能力下降。过老的种子会引起生产能力下降。工业微生物

123、学基础n接种量是指移入的种子液体积和接种培养液的接种量是指移入的种子液体积和接种培养液的体积的比例。体积的比例。n采用较大的接种量可以缩短发酵罐中菌丝繁殖采用较大的接种量可以缩短发酵罐中菌丝繁殖到达高峰的时间。到达高峰的时间。n近年来，生产上多采用加大种子量及采用丰富近年来，生产上多采用加大种子量及采用丰富培养基的方法作为获得高产的措施。有的采用培养基的方法作为获得高产的措施。有的采用两只种子罐接一只发酵罐的双种法。也有的采两只种子罐接一只发酵罐的双种法。也有的采用倒种法，即以适宜的发酵液倒出适量给另一用倒种法，即以适宜的发酵液倒出适量给另一发酵罐作种子。发酵罐作种子。n接种量与培养物生产过程

124、的延滞期长短成反比。接种量与培养物生产过程的延滞期长短成反比。n接种量不宜过多，因种子培养费时，且过多的接种量不宜过多，因种子培养费时，且过多的移入代谢废物会影响正常发酵。移入代谢废物会影响正常发酵。工业微生物学基础（二）微生物群体的生长规律（二）微生物群体的生长规律n在分批式微生物培养中，细胞、营养物质和产物在分批式微生物培养中，细胞、营养物质和产物浓度不断发生变化，即培养过程是在非定常态下浓度不断发生变化，即培养过程是在非定常态下进行的。进行的。n细菌浓度随培养时间变化的规律在半对数坐标上细菌浓度随培养时间变化的规律在半对数坐标上的标绘如图的标绘如图2-152-15所示。图中曲线称为微生物

125、分批所示。图中曲线称为微生物分批培养时的生长曲线。它代表了微生物在新的适宜培养时的生长曲线。它代表了微生物在新的适宜环境中生长繁殖直至衰老死亡全过程的动态变化。环境中生长繁殖直至衰老死亡全过程的动态变化。n图图2-152-15还同时标明了菌体生长速率随培养时间的还同时标明了菌体生长速率随培养时间的变化规律。根据微生物生长繁殖速率的不同，可变化规律。根据微生物生长繁殖速率的不同，可将生长曲线大致分为延滞期、对数生长期、稳定将生长曲线大致分为延滞期、对数生长期、稳定期和衰亡期四个阶段。期和衰亡期四个阶段。工业微生物学基础工业微生物学基础1、延滞期、延滞期（lag phase）n培养基接种后，细胞并

126、不立即生长繁殖，其细胞数在一培养基接种后，细胞并不立即生长繁殖，其细胞数在一定时间内无明显增加，这一分阶段称为延滞期（又称调定时间内无明显增加，这一分阶段称为延滞期（又称调整期或适应期）。整期或适应期）。n延滞期是细胞在环境改变后表现出来的一个适应阶段。延滞期是细胞在环境改变后表现出来的一个适应阶段。（水土不服水土不服）n延滞期的长短与种子种龄、接种量及培养条件等有关，延滞期的长短与种子种龄、接种量及培养条件等有关，短的仅几分种，长可达数小时甚至更长。短的仅几分种，长可达数小时甚至更长。n因此，发酵工程中常采用以下措施：因此，发酵工程中常采用以下措施：n使用处于对数生长期的微生物作为扩大培养的

127、菌种；使用处于对数生长期的微生物作为扩大培养的菌种；n增大接种量以及在种子培养基中加入发酵培养基的某些增大接种量以及在种子培养基中加入发酵培养基的某些成分。成分。工业微生物学基础2、对数生长期（、对数生长期（log phase） 细胞经过延滞期后适应了新环境，生理状细胞经过延滞期后适应了新环境，生理状态也较为活跃，细胞开始迅速繁殖。由于态也较为活跃，细胞开始迅速繁殖。由于细菌以分裂方式繁殖，细胞数目呈几何级细菌以分裂方式繁殖，细胞数目呈几何级数增加，故称为对数期，也称为指数期。数增加，故称为对数期，也称为指数期。n在对数期，根据细胞增加的总数可以计算在对数期，根据细胞增加的总数可以计算出细胞每

128、分裂一次所需的时间出细胞每分裂一次所需的时间-代时、单代时、单位时间内繁殖的代数位时间内繁殖的代数-生长速率。生长速率。工业微生物学基础工业微生物学基础3、稳定期（、稳定期（stationary phase）n随着细胞的生长繁殖，培养基中营养物质逐渐减随着细胞的生长繁殖，培养基中营养物质逐渐减少，而代谢产物的逐渐增多，以及细菌生长引起少，而代谢产物的逐渐增多，以及细菌生长引起周围环境条件（如周围环境条件（如值、温度等）的变化，使值、温度等）的变化，使得细胞的繁殖速度逐渐降低，得细胞的繁殖速度逐渐降低，当细胞的繁殖速率当细胞的繁殖速率与死亡速率相等时，细胞生长进入稳定期（也称与死亡速率相等时，细

129、胞生长进入稳定期（也称静止期），细胞浓度达到极大值。静止期），细胞浓度达到极大值。n发酵工业中发酵产品主要在此阶段形成和积累。发酵工业中发酵产品主要在此阶段形成和积累。n生产中常采用补充营养物质和调整生产中常采用补充营养物质和调整pHpH值等措施，值等措施，以延长微生物的稳定期以提高代谢产物的产量。以延长微生物的稳定期以提高代谢产物的产量。工业微生物学基础4.衰亡期衰亡期(decline phase or death phase)n 培养基中营养成分耗尽，代谢产物大量积培养基中营养成分耗尽，代谢产物大量积累，这时能够继续繁殖的细胞越来越少直累，这时能够继续繁殖的细胞越来越少直至为零，而死亡的细

130、胞数则越来越多，即至为零，而死亡的细胞数则越来越多，即活细胞数显著下降，故称此时期为衰亡期。活细胞数显著下降，故称此时期为衰亡期。n大多数分批培养都在进入衰亡期前结束。大多数分批培养都在进入衰亡期前结束。工业微生物学基础n可见，微生物生长曲线是描述微生物在可见，微生物生长曲线是描述微生物在一定生活环境中生长繁殖和死亡规律的。一定生活环境中生长繁殖和死亡规律的。n既可作为营养和环境因素影响的理论研既可作为营养和环境因素影响的理论研究指标，究指标，n又可作为控制微生物生长发育和发酵生又可作为控制微生物生长发育和发酵生产的重要依据。产的重要依据。工业微生物学基础工业微生物学基础三、微生物的连续培养n

131、分批培养过程都处于不恒定的状态下进行，间歇分批培养过程都处于不恒定的状态下进行，间歇操作，不利于生产。操作，不利于生产。n如果在微生物培养中不断的放出培养液，同时补如果在微生物培养中不断的放出培养液，同时补入等量的新鲜液，进行连续培养（入等量的新鲜液，进行连续培养（continuous continuous culture,culture,又称连续发酵）。又称连续发酵）。n可以保持微生物恒定的培养条件，有效地延长对可以保持微生物恒定的培养条件，有效地延长对数期到稳定期的阶段，使微生物的生长速度、代数期到稳定期的阶段，使微生物的生长速度、代谢活动都处于恒定状态，从而达到增加发酵产物谢活动都处于恒

132、定状态，从而达到增加发酵产物产量，提高发酵指数的目的。产量，提高发酵指数的目的。工业微生物学基础（一）单级连续培养（一）单级连续培养n以恒定的流量供给底物，并排除等流量的培养液，假定混合充分，则培养器中培养液各组分分布均匀，体积保持恒定，则可以近似认为是全混流反应过程。工业微生物学基础对菌体作物料衡算：对菌体作物料衡算：工业微生物学基础n由于在反应器中充分混合，培养基加入反应由于在反应器中充分混合，培养基加入反应器后立即被分散均匀，流出液的组成与器内器后立即被分散均匀，流出液的组成与器内培养液组成相同，连续培养达到稳定时培养液组成相同，连续培养达到稳定时n dCx/dt=0 dCx/dt=0n

133、所以所以 =F/V=D =F/V=DnD D为流出量为流出量F F与培养液体积与培养液体积V V之比，称为稀释率。之比，称为稀释率。说明单级连续培养处于稳定状态时，说明单级连续培养处于稳定状态时，D D与与相相等。等。n这是连续培养的一个十分重要的特性。这是连续培养的一个十分重要的特性。工业微生物学基础n但稀释率但稀释率D D有限制，由有限制，由MonodMonod公式计算，临公式计算，临界稀释率界稀释率DcDc等于临界比生长速率等于临界比生长速率m m。nD D如果大于如果大于DcDc，菌体的比生长速率低于稀释，菌体的比生长速率低于稀释率，菌体不断被冲走，最终被全部洗出率，菌体不断被冲走，最

134、终被全部洗出（此点称为洗出点）。（此点称为洗出点）。n如果以菌体为生产目的：生产率如果以菌体为生产目的：生产率P=DCx,P=DCx,由由图可见也存在最大值，与此相对应的稀释图可见也存在最大值，与此相对应的稀释率称为最适稀释率率称为最适稀释率Dm,Dm,实际生产可控制实际生产可控制D D在在略低于略低于DmDm操作。操作。工业微生物学基础工业微生物学基础（二）具有细胞循环的单级连续培养（二）具有细胞循环的单级连续培养n发酵过程实际上是一个自催化反应发酵过程实际上是一个自催化反应过程，如果增加菌体浓度，可以加过程，如果增加菌体浓度，可以加快发酵速度，因此快发酵速度，因此n在连续培养中为了保持发酵

135、罐内微在连续培养中为了保持发酵罐内微生物的较高浓度，采取将流出的微生物的较高浓度，采取将流出的微生物细胞部分的返回发酵罐的方法。生物细胞部分的返回发酵罐的方法。n循环菌体的分离方法有离心分离法、循环菌体的分离方法有离心分离法、沉降分离法和膜分离法。沉降分离法和膜分离法。工业微生物学基础工业微生物学基础n同样对菌体作物料衡算：同样对菌体作物料衡算：n循环比循环比=返回料液与供给新鲜料液之比返回料液与供给新鲜料液之比n菌体浓缩因子菌体浓缩因子=循环液中菌体浓度与进入分离装循环液中菌体浓度与进入分离装置装置的培养液中菌体浓度之比置装置的培养液中菌体浓度之比n 加入加入 + + 生长生长 - -流出流

136、出 = = 积累积累nCxF+CxV-FCxF+CxV-F（1+1+）Cx=VdCx/dtCx=VdCx/dtn稳定状态下稳定状态下dCx/dt=0 dCx/dt=0 n所以所以 D D=F/V=F/V=/=/（1-+1-+）n显然显然 D Dn所以可以在高的稀释率下操作，细胞不会被洗出，所以可以在高的稀释率下操作，细胞不会被洗出，同时培养器中的菌体浓度也会更大，循环比同时培养器中的菌体浓度也会更大，循环比大，大，D D和和CxCx也大，因而生产能力也大，因而生产能力P P也大也大。工业微生物学基础工业微生物学基础（三）多级连续培养（三）多级连续培养n多级连续培养是一个具有多个串联培养器（发多

137、级连续培养是一个具有多个串联培养器（发酵罐）的连续反应系统，将灭菌的培养液不断酵罐）的连续反应系统，将灭菌的培养液不断的流入第一个发酵罐，发酵液则以同样流量依的流入第一个发酵罐，发酵液则以同样流量依次流入下一个发酵罐，从最后一个流出。次流入下一个发酵罐，从最后一个流出。n可以在每个罐中控制不同的反应条件（温度、可以在每个罐中控制不同的反应条件（温度、pHpH值、通风量等）以满足微生物生长各个阶段值、通风量等）以满足微生物生长各个阶段的不同要求，使培养液的营养成分得到充分利的不同要求，使培养液的营养成分得到充分利用。最后流出的发酵液中细胞和产物的浓度较用。最后流出的发酵液中细胞和产物的浓度较高，

138、是一个较经济的连续培养方法。高，是一个较经济的连续培养方法。工业微生物学基础（四）连续培养的优缺点（四）连续培养的优缺点优点：优点：1 1、培养液的浓度和代谢产物含量的相对稳定，因而产品产、培养液的浓度和代谢产物含量的相对稳定，因而产品产量和质量稳定；量和质量稳定；n2 2、连续操作，提高设备利用率；、连续操作，提高设备利用率；n3 3、有利于机械化操作，便于自控。、有利于机械化操作，便于自控。缺点：缺点：1 1、连续培养延续的时间长，发生杂菌污染的机会比较多；、连续培养延续的时间长，发生杂菌污染的机会比较多；n2 2、长期进行连续培养时细胞发生变异退化的可能性比分批培、长期进行连续培养时细胞

139、发生变异退化的可能性比分批培养突出；养突出；n3 3、细胞在反应器壁、搅拌轴、排液管等处生长，增加了连续、细胞在反应器壁、搅拌轴、排液管等处生长，增加了连续培养的困难。培养的困难。连续培养虽不如分批培养普遍，但在工业上的应用范围也在日益扩连续培养虽不如分批培养普遍，但在工业上的应用范围也在日益扩大，目前主要用于面包酵母、单细胞蛋白、丙酮、啤酒、果大，目前主要用于面包酵母、单细胞蛋白、丙酮、啤酒、果葡糖浆等生产以及废水处理。葡糖浆等生产以及废水处理。工业微生物学基础四、微生物的补料分批培养四、微生物的补料分批培养n补料分批培养又称半分批培养或半连续培补料分批培养又称半分批培养或半连续培养，是指在

140、分批培养中补加新鲜培养基，养，是指在分批培养中补加新鲜培养基，但不同时取出培养液的方法。但不同时取出培养液的方法。n它是一种介于分批培养和连续培养之间的它是一种介于分批培养和连续培养之间的操作方法。补料操作可以间歇地进行，也操作方法。补料操作可以间歇地进行，也可连续进行（流加）。可连续进行（流加）。n补料分批培养的优点是可以对培养液中的补料分批培养的优点是可以对培养液中的基质浓度加以控制，提高产物的生产效率。基质浓度加以控制，提高产物的生产效率。 工业微生物学基础补料分批培养在以下情况中应用：n1、发生底物抑制的过程。、发生底物抑制的过程。 采用补料培养法，可使底物浓度保持采用补料培养法，可使

141、底物浓度保持在较低水平，解除它们对细胞生长的抑制作用。在较低水平，解除它们对细胞生长的抑制作用。n2、发生快速利用碳源而产生阻遏效应的过程。、发生快速利用碳源而产生阻遏效应的过程。例如，青霉素发例如，青霉素发酵中，以易被菌体利用的葡萄糖为碳源时，若葡萄糖浓度稍有偏酵中，以易被菌体利用的葡萄糖为碳源时，若葡萄糖浓度稍有偏高，菌体将大量生长而造成摄氧率增大，摄氧率超出生物反应器高，菌体将大量生长而造成摄氧率增大，摄氧率超出生物反应器的供氧能力时，发生的供氧能力时，发生pH值下降，青霉素产量降低。采用补料的值下降，青霉素产量降低。采用补料的方法则可使葡萄糖浓度维持在最适宜的水平，从而大大提高青霉方法

142、则可使葡萄糖浓度维持在最适宜的水平，从而大大提高青霉素产量。素产量。n3、细胞的高密度培养。、细胞的高密度培养。 在培养过程中通过高浓度营养物质的流在培养过程中通过高浓度营养物质的流加，反应器中的细胞浓度可以达以相当高的程度。加，反应器中的细胞浓度可以达以相当高的程度。n4、前体的补充。、前体的补充。在某些生产过程中，加入前体可大大提高产物在某些生产过程中，加入前体可大大提高产物的生成量，但如果前体对细胞有毒性，就不能大量加入前体，而的生成量，但如果前体对细胞有毒性，就不能大量加入前体，而要采取补加的办法。例如，苯乙酸是青霉素发酵的前体，但苯乙要采取补加的办法。例如，苯乙酸是青霉素发酵的前体，

143、但苯乙酸对青霉素有毒性，可采用补料的方法使苯乙酸维持在低浓度，酸对青霉素有毒性，可采用补料的方法使苯乙酸维持在低浓度，既可满足青霉素合成的需要，又大大减少了苯乙酸的抑制作用。既可满足青霉素合成的需要，又大大减少了苯乙酸的抑制作用。工业微生物学基础前体前体n指某一代谢中间体的前一阶段的物质。指某一代谢中间体的前一阶段的物质。n例如葡萄糖是糖原或乳酸的前体物质；例如葡萄糖是糖原或乳酸的前体物质；n原叶绿素是叶绿素的前体物质；原叶绿素是叶绿素的前体物质；n原维生素是维生素的前体物质。原维生素是维生素的前体物质。n一般在生物合成反应的中间过程中，某一阶段前一般在生物合成反应的中间过程中，某一阶段前的物

144、质，都可以说是该阶段物质的前体物质。的物质，都可以说是该阶段物质的前体物质。n按惯例是不包括极简单的原料物质的。按惯例是不包括极简单的原料物质的。 工业微生物学基础工业微生物学基础 第七节第七节 灭菌技术灭菌技术n（1 1）由于杂菌的污染，使生物反应的基质或产）由于杂菌的污染，使生物反应的基质或产物因杂菌消耗而损失，造成生产能力下降；物因杂菌消耗而损失，造成生产能力下降；n（2 2）由于杂菌所产生的一些代谢产物，或发酵）由于杂菌所产生的一些代谢产物，或发酵液在染菌后改变了某些理化性质，使产物的提液在染菌后改变了某些理化性质，使产物的提取变得困难，造成收得率降低或使产品质量下取变得困难，造成收得

145、率降低或使产品质量下降；降；n（3 3）污染的杂菌大量繁殖，会改变反应介质的）污染的杂菌大量繁殖，会改变反应介质的pHpH值，从而使生物反应发生异常变化；值，从而使生物反应发生异常变化；n （4 4）发生噬菌体污染，使生产菌细胞裂解，）发生噬菌体污染，使生产菌细胞裂解，导致生产失败。导致生产失败。工业微生物学基础一、灭菌方法一、灭菌方法n所谓灭菌（所谓灭菌（sterilizationsterilization）就是指用物理）就是指用物理或化学方法杀灭或去除物料或设备中一切或化学方法杀灭或去除物料或设备中一切有生命物质的过程。有生命物质的过程。n常用的灭菌方法有以下几种常用的灭菌方法有以下几种:

146、 :n 干热灭菌干热灭菌 火焰灼烧火焰灼烧 、电热或红外线、电热或红外线 加热的方法，使微生物细胞成分氧化、蛋加热的方法，使微生物细胞成分氧化、蛋白质变性等导致微生物死亡白质变性等导致微生物死亡 。n由于微生物对干热的耐受能力比湿热强得由于微生物对干热的耐受能力比湿热强得多，因此，干热灭菌不如湿热灭菌有效。多，因此，干热灭菌不如湿热灭菌有效。 工业微生物学基础n湿热灭菌湿热灭菌 即利用饱和蒸汽有很大的穿透即利用饱和蒸汽有很大的穿透力，而且在冷凝时放出大量的冷凝热，很力，而且在冷凝时放出大量的冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀灭各种微生物。容易使蛋白质凝固而杀灭各种微生物。n蒸汽价格低廉，来源方便，

147、灭菌效果可靠，蒸汽价格低廉，来源方便，灭菌效果可靠，为发酵工业最基本的灭菌方法。为发酵工业最基本的灭菌方法。n通常用蒸汽灭菌的条件是在通常用蒸汽灭菌的条件是在120120，压力约，压力约0.2MPa0.2MPa，时间维持，时间维持20-30min20-30min。工业微生物学基础n 过滤除菌过滤除菌 即利用过滤方法截留微生物，即利用过滤方法截留微生物，达以除菌的目的。达以除菌的目的。n工业上利用过滤方法大量制备无菌空气。工业上利用过滤方法大量制备无菌空气。n 除以上三种灭菌方法还有化学药剂灭菌、除以上三种灭菌方法还有化学药剂灭菌、射线灭菌等方法，但在发酵工业中应用不射线灭菌等方法，但在发酵工业

148、中应用不多。多。工业微生物学基础二、微生物的死亡速率二、微生物的死亡速率n微生物受热死亡的主要原因微生物受热死亡的主要原因是高热能使蛋白质变性是高热能使蛋白质变性，这种，这种反应属于单分子反应，死亡速率可视为一级反应，反应属于单分子反应，死亡速率可视为一级反应，n即与残存的微生物数量成正比，即即与残存的微生物数量成正比，即n -dN/dt=kN -dN/dt=kN （2-262-26）n 式中式中 N- N-存活的微生物数；存活的微生物数；n t- t-时间，秒时间，秒 s s；n k- k-速率常数或比死亡率速率常数或比死亡率 s s-1-1n若开始灭菌（若开始灭菌（t=0t=0）时，微生物

149、数为）时，微生物数为No No ，积分上式则有：，积分上式则有：n lnN/No=-kt lnN/No=-kt （2-272-27）n或或 N=Noexp(-kt) N=Noexp(-kt) （2-282-28）n式中式中N N为经过时间为经过时间t t后残留的微生物数。后残留的微生物数。n若要求灭菌后绝对无菌，即若要求灭菌后绝对无菌，即N=0N=0，则从式（，则从式（2-272-27）可以看）可以看出灭菌时间将趋于无穷大，显然是不可能的。出灭菌时间将趋于无穷大，显然是不可能的。 工业微生物学基础将残存率将残存率N/NoN/No对时间在半对数坐标上标绘，可得微对时间在半对数坐标上标绘，可得微生

150、物在不同温度下的残存曲线。如图生物在不同温度下的残存曲线。如图2-202-20所示：所示： 工业微生物学基础死亡速率与温度的关系符合阿伦尼死亡速率与温度的关系符合阿伦尼乌斯公式乌斯公式:工业微生物学基础 E/R是微生物受热死亡对温度敏感性的是微生物受热死亡对温度敏感性的量度，其值愈大，微生物死亡速率随温量度，其值愈大，微生物死亡速率随温度变化愈明显度变化愈明显。n 必须指出，在对培养基进行热灭菌时，培养必须指出，在对培养基进行热灭菌时，培养基中一些不太稳定的成分也会因受热而破坏，基中一些不太稳定的成分也会因受热而破坏，例如，糖溶液会焦化变色、蛋白质变性、维生例如，糖溶液会焦化变色、蛋白质变性、

151、维生素失活、一些化合物发生水解等。素失活、一些化合物发生水解等。n培养基受热破坏也可看作一级反应。培养基受热破坏也可看作一级反应。工业微生物学基础n -dc/dt=kdcn式中式中 c-对热不稳定物质的浓度，对热不稳定物质的浓度，mol/ln kd -分解速率常数分解速率常数,s-1n温度对温度对kd的影响也遵循阿仑尼乌斯定律。表的影响也遵循阿仑尼乌斯定律。表2-3列列出了某些细菌芽孢受热死亡和培养基中营养成分出了某些细菌芽孢受热死亡和培养基中营养成分受热分解的活化能数据，可见前者比后者大得多受热分解的活化能数据，可见前者比后者大得多 工业微生物学基础嗜热脂肪芽孢杆菌孢子在灭菌要求达到嗜热脂肪

152、芽孢杆菌孢子在灭菌要求达到N/N0=10-16时，温度对时，温度对B1的影响如表：的影响如表：工业微生物学基础n当温度升高时，微生物死亡率的增加，要当温度升高时，微生物死亡率的增加，要比营养成分的分解速率的增加大得多。比营养成分的分解速率的增加大得多。n因而在较高温度下可以缩短灭菌时间而减因而在较高温度下可以缩短灭菌时间而减少营养成分的损失少营养成分的损失，n这就是高温瞬时灭菌法这就是高温瞬时灭菌法-n(high temperature short time,HTST灭菌法灭菌法)。 HTSTHTST的理论基础。的理论基础。工业微生物学基础n巴氏灭菌法巴氏灭菌法(pasteurization)

153、，亦称低温消毒法，亦称低温消毒法，是一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物是一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法品中营养物质风味不变的消毒法,现在常常被广义现在常常被广义地用于定义需要杀死各种病原菌的热处理方法。地用于定义需要杀死各种病原菌的热处理方法。n巴氏灭菌法的产生来源于巴氏灭菌法的产生来源于巴斯德巴斯德解决啤酒变酸的解决啤酒变酸的问题。问题。 (以以5060的温度加热啤酒半小时，就可的温度加热啤酒半小时，就可以杀死啤酒里的乳酸杆菌和芽孢，而不必煮沸以杀死啤酒里的乳酸杆菌和芽孢，而不必煮沸 )n巴氏消毒其实就是利用病原体不是很耐热的特点，用适当巴氏消毒其

154、实就是利用病原体不是很耐热的特点，用适当的温度和保温时间处理，将其全部杀灭。但经巴氏消毒后，的温度和保温时间处理，将其全部杀灭。但经巴氏消毒后，仍保留了小部分无害或有益、较耐热的细菌或细菌芽孢，仍保留了小部分无害或有益、较耐热的细菌或细菌芽孢，因此巴氏消毒牛奶要在因此巴氏消毒牛奶要在44左右的温度下保存，且只能保左右的温度下保存，且只能保存存310310天，最多天，最多1616天天 工业微生物学基础n国际上通用的巴氏消毒法主要有两种国际上通用的巴氏消毒法主要有两种:n一种是将牛奶加热到一种是将牛奶加热到6265，保持，保持30分分n钟。采用这一方法，可杀死牛奶中各种生钟。采用这一方法，可杀死牛

155、奶中各种生n长型致病菌，灭菌效率可达长型致病菌，灭菌效率可达97.3%99.9%，经消毒，经消毒后残留的只是部分嗜热菌及耐热性菌以及芽孢等，后残留的只是部分嗜热菌及耐热性菌以及芽孢等，但这些细菌多数是乳酸菌，乳酸菌不但对人无害反但这些细菌多数是乳酸菌，乳酸菌不但对人无害反而有益健康。而有益健康。 n第二种方法将牛奶加热到第二种方法将牛奶加热到7590，保温，保温1516秒，秒，其杀菌时间更短，工作效率更高。但杀菌的基本原其杀菌时间更短，工作效率更高。但杀菌的基本原则是，能将病原菌杀死即可，温度太高反而会有较则是，能将病原菌杀死即可，温度太高反而会有较多的营养损失。多的营养损失。n巴氏消毒纯鲜奶

156、较好地保存了牛奶的营养与天然巴氏消毒纯鲜奶较好地保存了牛奶的营养与天然风味，在所有牛奶品种中是最好的一种风味，在所有牛奶品种中是最好的一种 工业微生物学基础三、培养基灭菌三、培养基灭菌n微生物在受热后均会死亡，但不同微生物在受热死亡微生物在受热后均会死亡，但不同微生物在受热死亡的难易程度不同；的难易程度不同；n有些微生物受热后很易死亡；有些微生物受热后很易死亡；n但另有一些微生物有极强的耐热性，往往需要用较高但另有一些微生物有极强的耐热性，往往需要用较高的温度和较长的时间才能把它们杀死。的温度和较长的时间才能把它们杀死。n一般说来营养细胞容易被杀死；一般说来营养细胞容易被杀死；n而芽孢则因有致

157、密的外皮和干燥的内含物而极难致死。而芽孢则因有致密的外皮和干燥的内含物而极难致死。 工业微生物学基础表表2-5所示为各种微生物在湿加热时所示为各种微生物在湿加热时所呈现出的相对耐热性。所呈现出的相对耐热性。 工业微生物学基础n数据表明，细菌芽孢对湿热的耐热性远大于其数据表明，细菌芽孢对湿热的耐热性远大于其他任何一种杂菌的耐热性。他任何一种杂菌的耐热性。n所以，设计灭菌操作时必须以所以，设计灭菌操作时必须以细菌芽孢作为杀细菌芽孢作为杀灭对象，因为只要杀灭了芽孢、其他杂菌一定灭对象，因为只要杀灭了芽孢、其他杂菌一定也都被杀灭。也都被杀灭。n这一点，既是食品灭菌的依据，也是发酵培养这一点，既是食品灭

158、菌的依据，也是发酵培养基灭菌操作的基础。基灭菌操作的基础。 工业微生物学基础（一）培养基间歇灭菌（一）培养基间歇灭菌n间歇灭菌又称分批灭菌，方法是将配制好间歇灭菌又称分批灭菌，方法是将配制好的培养基和所用设备一起进行灭菌操作，的培养基和所用设备一起进行灭菌操作，也称实罐灭菌。也称实罐灭菌。n优点优点：间歇灭菌不需专门的灭菌设备，投：间歇灭菌不需专门的灭菌设备，投资少，设备简单，灭菌效果可靠。资少，设备简单，灭菌效果可靠。n缺点：缺点：加热和冷却时间长，延长了发酵罐加热和冷却时间长，延长了发酵罐的使用周期，使培养基养分受到破坏。间的使用周期，使培养基养分受到破坏。间歇灭菌的蒸汽一般在（歇灭菌的蒸

159、汽一般在（3-43-4）10105 5PaPa（表压）（表压）就可满足要求。就可满足要求。 工业微生物学基础n间歇灭菌是中小型发间歇灭菌是中小型发酵罐经常采用的一种酵罐经常采用的一种培养基灭菌方法。培养基灭菌方法。n整个灭菌操作过程由整个灭菌操作过程由加热、保温和冷却加热、保温和冷却三三个阶段组成，灭菌主个阶段组成，灭菌主要是在保温过程实现。要是在保温过程实现。n但在升温的后期和冷但在升温的后期和冷却的初期，培养基的却的初期，培养基的温度高，因而也有一温度高，因而也有一定的灭菌效果。定的灭菌效果。工业微生物学基础（二）培养基连续灭菌（二）培养基连续灭菌连续灭菌的加热、保温和冷却三个阶段是连续灭

160、菌的加热、保温和冷却三个阶段是分别在不同的专用设备中进行的分别在不同的专用设备中进行的。优点：优点：由于培养基能在短时间内加热到保温阶段，由于培养基能在短时间内加热到保温阶段，并能很快被冷却，因此，可在比分批灭菌并能很快被冷却，因此，可在比分批灭菌更高的灭菌条件下灭菌，使灭菌时间缩短，更高的灭菌条件下灭菌，使灭菌时间缩短，减少了营养物质的破坏。减少了营养物质的破坏。连续灭菌所用蒸汽压力一般高于连续灭菌所用蒸汽压力一般高于5105105 5Pa(Pa(表压）。表压）。缺点缺点：连续灭菌设备比较复杂，投资较大。：连续灭菌设备比较复杂，投资较大。工业微生物学基础图图2-22系由管式或板式热交换器把培

161、养基间接加热系由管式或板式热交换器把培养基间接加热和冷却，其特点是单位体积的热交换器具有高的传和冷却，其特点是单位体积的热交换器具有高的传热面积，且可根据生产需要，改变换热面积的大小热面积，且可根据生产需要，改变换热面积的大小工业微生物学基础图图2-232-23则用蒸汽把培养基直接加热至灭菌温度经保温后，再则用蒸汽把培养基直接加热至灭菌温度经保温后，再进行闪急冷却，这一流程的特点是加热、冷却过程极为短暂，进行闪急冷却，这一流程的特点是加热、冷却过程极为短暂，有利于实现有利于实现HTSTHTST灭菌法；但缺点是培养基将被蒸汽的灭菌法；但缺点是培养基将被蒸汽的冷凝水稀释冷凝水稀释 工业微生物学基础

162、四、空气除菌四、空气除菌n好氧微生物在发酵过程中所需要的氧气是从空好氧微生物在发酵过程中所需要的氧气是从空气中取得的，但空气中夹带有大量的杂菌，如气中取得的，但空气中夹带有大量的杂菌，如果这些杂菌进入发酵系统，就会在适当的条件果这些杂菌进入发酵系统，就会在适当的条件下大量繁殖，产生各种无用的代谢产物，干扰下大量繁殖，产生各种无用的代谢产物，干扰破坏甚至造成发酵生产的彻底失败。破坏甚至造成发酵生产的彻底失败。n因此，空气的除菌是发酵生产中的必要环节。因此，空气的除菌是发酵生产中的必要环节。除菌方法很多，如除菌方法很多，如干热杀菌法、辐照法、化学干热杀菌法、辐照法、化学法、静电法、过滤法法、静电法

163、、过滤法等。但发酵工业中广泛使等。但发酵工业中广泛使用的是用的是过滤除菌法过滤除菌法。工业微生物学基础n 过滤除菌法，是让含菌空气通过过滤介质，过滤除菌法，是让含菌空气通过过滤介质，以阻截空气中所有微生物，而取得无菌空气以阻截空气中所有微生物，而取得无菌空气。n按除菌机制不同，可分为绝对过滤和深层介质按除菌机制不同，可分为绝对过滤和深层介质过滤两类：过滤两类：n绝对过滤所用过滤介质的滤孔小于细胞和孢子，绝对过滤所用过滤介质的滤孔小于细胞和孢子，从而将微生物阻留在介质的一侧从而将微生物阻留在介质的一侧。n特点：特点：除菌效果好，但所用材料成本较高，为除菌效果好，但所用材料成本较高，为了使过滤介质

164、有较长的使用寿命，要求空气在了使过滤介质有较长的使用寿命，要求空气在进行过滤前，先经过粗滤器除去较大的颗粒。进行过滤前，先经过粗滤器除去较大的颗粒。n应用场合应用场合：主要应用于医疗及特种发酵。：主要应用于医疗及特种发酵。 工业微生物学基础n深层介质过滤所用介质所用介质的孔隙一般大于深层介质过滤所用介质所用介质的孔隙一般大于微生物细胞，为了达到所需的除菌效果，介质必微生物细胞，为了达到所需的除菌效果，介质必须有一定的厚度须有一定的厚度。n除菌机理：主要是依靠气流通过滤层时，基于滤除菌机理：主要是依靠气流通过滤层时，基于滤层纤维网格的层层阻碍，破使气体产生无数次改层纤维网格的层层阻碍，破使气体产

165、生无数次改变气速大小和方向的绕流运动，而菌体微粒由于变气速大小和方向的绕流运动，而菌体微粒由于惯性作用而离开气流，在磨擦、粘附作用下被滞惯性作用而离开气流，在磨擦、粘附作用下被滞留在介质表面上，这种捕集微粒的作用叫做留在介质表面上，这种捕集微粒的作用叫做惯性惯性撞击截留作用。撞击截留作用。 工业微生物学基础目前工厂和实验室多采用深层介质过滤。又可分为目前工厂和实验室多采用深层介质过滤。又可分为两类：第一类过滤介质有棉花、玻璃纤维两类：第一类过滤介质有棉花、玻璃纤维 、合成纤、合成纤维和颗粒状活性炭；第二类是将过滤材料制成纤维维和颗粒状活性炭；第二类是将过滤材料制成纤维滤纸滤纸 、金属烧结版等。、金属烧结版等。工业微生物学基础思考题n、什么叫营养？什么叫自养和异养微生物？n、营养物质进入细胞的方式有哪些？n、间歇培养中，微生物的培养曲线可分为哪几个阶段，其特点是什么？n、影响微生物生长发育的因素有哪些？n、分批培养和连续培养各有什么特点？n、什么是好养、厌氧和兼性微生物？n7、灭菌的方法有几种?HTST灭菌法的理论基础是什么?n8、深层过滤的滤孔大于菌体,为什么也可以除菌?工业微生物学基础