2023届高三生物一轮复习课件发酵工程

这是一份2023届高三生物一轮复习课件发酵工程，共60页。PPT课件主要包含了27发酵工程，究竟什么是发酵呢，谷氨酸发酵，酵母菌，毛霉真核，小分子的肽和氨基酸，肽+氨基酸，蛋白质，蛋白酶，尝试制作传统发酵食品等内容，欢迎下载使用。
1.27 发酵工程
一.发酵1.概念2.原理3.类型二.传统的发酵技术1.概念2.类型3.实例4.优点5.缺点科学实践：制作泡菜1.原理 2.材料用具3.制作流程 4.注意事项制作果酒和果醋1.原理 2.材料用具3.制作流程 4.注意事项
1.27 发酵工程
三.微生物的培养技术培养基1.概念2.作用3.分类4.成分无菌技术1.消毒2.杀菌微生物的纯培养科学实践：选择培养基四.微生物的选择培养五.微生物的数量计算科学实践：土壤中分解尿素的细菌的分离和计数六.发酵工程及其应用1.发酵工程的基本环节2.发酵工程的应用：食品、医药、农牧【肥料、饲料、农药】
“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？
葡萄酒和葡萄醋都是由葡萄发酵而来，但是一个经酵母菌无氧呼吸产生了酒精，另一个经醋酸菌有氧呼吸产生了醋酸，因此口感不同。
究竟什么是发酵呢？
1857
1897
1940
1957
1970
1980
从传统发酵技术到发酵工程
科学家发现了酶在酵母菌发酵中的作用，之后微生物的分离和纯化技术得到了应用。
1957年用微生物生产谷氨酸获得成功，酶制剂、多糖、维生素发酵工业兴起。
20世纪80年代以后科学家开始运用数学、动力学、化学工程原理以及计算机技术对发酵过程进行综合研究。
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，从而将酵母菌与发酵联系起来。
20世纪40年代利用发酵工程大规模生产青霉素，随着链霉素、金霉素和土霉素等抗生素的发现及生产，抗生素发酵工业兴起。
20世纪70年代以后基因工程。细胞工程等发展，人胰岛素和干扰素大量生产。
约9000年前,我们祖先就会利用微生物将谷物、水果发酵为含酒精的饮料。
一.发酵概念：原理：类型:
指人们利用微生物，在适宜条件下，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。
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。
醋酸发酵、谷氨酸发酵
酒精发酵、乳酸（泡菜、酸奶）发酵
二.传统的发酵技术概念：类型:
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留下来的面团、卤汁等发酵物中微生物进行发酵，制作食品的技术。
二.传统的发酵技术实例：
①原料：豆腐。②参与发酵的微生物： 、 和 等，其中起主要作用的是 。③发酵原理：经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成__________________。
酵母菌
曲霉
毛霉
毛霉（真核）
小分子的肽和氨基酸
肽+氨基酸
概念：
类型:
腐乳
蛋白质
蛋白酶
操作简单，适用于家庭式或作坊式生产，它是文化的传承等。
生产条件不易控制，产品容易受杂菌污染，生产效率较低等。
缺点:
优点:
尝试制作传统发酵食品
乳酸发酵
1.发酵类型
（1）微生物：
（2）原理：
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
空气、土壤、植物体表、人或动物肠道
乳酸链球菌、乳酸杆菌
乳制品的发酵、泡菜的腌制
尝试制作传统发酵食品
1.发酵类型
酒精发酵
（1）微生物：
（2）原理：
C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+能量
酶
酵母菌
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
一类单细胞真菌
酵母菌的出芽生殖
①代谢类型：
②作用：
③分布：
④特点：
⑤应用：
酿酒、制作馒头和面包
尝试制作传统发酵食品
1.发酵类型
醋酸发酵
（1）微生物：
（2）原理：
醋酸菌
①代谢类型：
②作用：
③应用：
异养需氧型
在氧气、糖都充足时，能将糖分解成醋酸；在缺糖时，能将乙醇转化成乙醛，在将乙醛变成醋酸
酿醋
C6H12O6+2O2 —→2CH3COOH（乙酸）+2H2O+2CO2+能量
C2H5OH+O2 —→CH3COOH（乙酸）+H2O+能量
酶
酶
氧气、糖充足时：
缺糖时：
尝试制作传统发酵食品
1.发酵类型：2.实例：
制作泡菜制作果酒和果醋
乳酸发酵酒精发酵醋酸发酵
1.各种新鲜蔬菜均可，如黄瓜、豇豆、萝卜等。
制作泡菜
1.利用植物体表面天然的乳酸菌；2.发酵期间，乳酸会不断的积累，当它的质量百分比为0.4%~0.8%时，泡菜的口味、品质最佳。
3.反应式：
C6H12O6 --→2C3H6O3（乳酸）+能量
酶
原理：
材料用具
2.调味品：如花椒、八角、生姜、蒜瓣及其他香辛料和盐。
3.泡菜坛或其他密封性良好的罐子。
泡菜坛子使用之前要检查密封性。目的是：
给泡菜坛内创造无氧环境，严格控制厌氧条件
制作泡菜
原理：
材料用具
制作流程
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；
①盐的作用：调味；抑制其他微生物生长②盐水浓度要适宜的目的：过高：口味不佳，亚硝酸盐含量高；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。③盐水煮沸的目的：杀灭微生物；去除水中的溶解氧④盐水冷却后使用的目的：为了不影响乳酸菌的生命活动
配制盐水
制作泡菜
原理：
材料用具
制作流程
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；
原料处理蔬菜装坛
配制盐水
加盐水
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，盖好坛盖
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；
制作泡菜
原理：
材料用具
制作流程
（1）用水密封泡菜坛的目的是什么？这说明泡菜制作需要什么条件？
目的是给泡菜坛内创造无氧环境，这说明泡菜制作需要在无氧条件下进行。
（2）为什么泡菜坛只能装八成满？
在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可进行发酵，发酵产物中有较多的CO2，如果泡菜坛装得太满，发酵液可能会溢出坛外； 另外，泡菜坛装得太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂；泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。防止由于产生CO2而导致发酵液溢出坛外；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
结果分析和评价
制作泡菜
原理：
材料用具
制作流程
结果分析和评价
（3）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；
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。
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；
制作泡菜
原理：
材料用具
制作流程
结果分析和评价
泡菜在腌制过程中会有亚硝酸盐产生；膳食中的亚硝酸盐一般不会危害人体健康，但如果人体摄入过量，会发生中毒，甚至死亡；
查阅资料，设计实验跟踪检测泡菜在制作过程中亚硝酸盐含量的变化，并探索腌制方法、时间长短和温度高低等条件对亚硝酸盐含量的影响，寻求提高泡菜质量的措施。
某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加人一些“陈泡菜水”；在用质量百分比为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，结果见曲线图。请你帮他分析相关问题
进一步探究
1.泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量的因素哪些？腌制方法、腌制时间长短、温度高低2.据图分析，从亚硝酸盐的含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适?为什么?应该在10天后食用比较合适；因为这时亚硝酸盐含量已经降到较低的水平3.加入“陈泡菜水”的目的是什么？ “陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌，加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌。4.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？盐浓度高，杀死了乳酸菌等微生物

制作泡菜
某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加人一些“陈泡菜水”；在用质量百分比为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，结果见曲线图。请你帮他分析相关问题
课本P8
制作果酒和果醋
原理：
①许多新鲜水果的果皮表面附着有大量的不同种类的___________；
野生酵母菌
②在这些酵母菌的作用下，水果可以发酵成果酒（通过有氧呼吸大量繁殖，通过无氧呼吸产酒精）
③在有氧的条件下，果酒经醋酸菌的作用还可以进一步发酵成果醋。
④相关反应式
果酒
果醋
制作果酒和果醋
制作果酒
制作果醋
酵母菌
醋酸杆菌
真核生物
原核生物
异养兼性厌氧型
异养需氧型
30—35℃
出芽生殖
二分裂
前期需氧，后期不需氧
一直需氧
约为28 ℃
制作果酒和果醋
原理：
材料用具：
②洗洁精、体积分数70%的酒精、发酵瓶、纱布和榨汁机等
①新鲜的水果（如葡萄、苹果、山楂和龙眼等）
制作果酒和果醋
原理：
材料用具：
制作流程：
器具消毒
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
①70%的酒精的作用：②冲洗的目的：③冲洗1-2次即可，能否反复冲洗，为什么？④为什么去梗前冲洗：⑤葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？⑥每隔12h左右将瓶盖拧松一点的目的：⑦拧松但不打开的目的：
消毒
防止野生菌种数量减少，影响发酵
以防葡萄汁流失和破损导致杂菌污染
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
不能，
去除表面灰尘、污物
冲洗葡萄
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
榨汁装瓶
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
酒精发酵
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.
排出气体
防止O2进入和杂菌污染
注意事项
a.闻；b.品尝；c.使用pH试纸检测检测和比较发酵前后的pH值；d.观察醋酸菌膜是否形成；
制作果酒和果醋
原理：
材料用具：
制作流程：
器具消毒
冲洗葡萄
榨汁装瓶
酒精发酵
打开瓶盖，盖上纱布
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。
果醋检测
果酒检测
可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测
⑧如何检测果酒的发酵情况（检测是否产生酒精）？
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）
⑨醋酸菌从何而来？
⑩如何检测果醋的发酵情况？
打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件（不能利用乙醇）而不能繁殖
注意事项
制作果酒和果醋
原理：
材料用具：
制作流程：
通入空气
关闭
打开，并接入气泵
排出CO2
打开
打开
便于取样监测
关闭
关闭
其目的是防止空气中微生物的污染。
排气口要通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，为什么？
（改良）装置分析：
制作果酒和果醋
酵母菌
醋酸菌
附着在新鲜水果果皮表面的野生酵母菌
空气中的醋酸菌或人工接种的醋酸菌
异养兼性厌氧型
异养需氧型
真核生物
原核生物
18～30℃
30～35℃
10～12d
7～8d
前期需氧，后期不需氧
始终需氧
制作果酒和果醋
原理：
材料用具：
制作流程：
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。如果是用紫色葡萄制作葡萄酒，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。果醋发酵过程中一般不会出现气泡，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。
制作果酒和果醋
原理：
材料用具：
制作流程：
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？果酒中除了酵母菌，还有乳酸菌、醋酸菌等微生物。乳酸菌可能分解果酒中的糖、甘油、酒石酸等，从而使果酒变质。可以通过调节发酵的温度、果酒的pH等来控制乳酸菌和醋酸菌的含量。在有氧的情况下，醋酸菌能把糖分解成醋酸；在缺少糖源的情况下，乙醇便是醋酸菌的碳源和能源，它将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸。由于醋酸菌在有氧的条件下才能进行旺盛的代谢活动，因此在制作果酒的过程中尽量减少O2含量，可以抑制醋酸菌的生长繁殖。
制作果酒和果醋
原理：
材料用具：
制作流程：
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。 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。在工业上，后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。我们制作果醋时，可以先买一瓶醋，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(实际上是醋酸菌)，用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。
制作果酒和果醋
原理：
材料用具：
制作流程：
结果分析与评价：
4.你制作的果酒和果醋的口味如何？如果你对结果不满意，应该如何改进？制作成功的葡萄酒爽口，柔和，有浓郁的果香味；制作成功的果醋有特有的果香，酸味柔和，稍有甜味，不涩。如果对制作结果不满意，应从制作过程全面考虑改进措施，如严格控制发酵条件，发酵所用装置要进行清洗、晾干、消毒等。
少量制作转向大规模生产时，会遇到许多新问题。例如，少量制作果醋时，不需要专门的搅拌装置。而大规模生产果醋时，由于发酵罐容积很大，就需要安装搅拌器，以保障醋酸菌对O2的需求。可见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。自己制作的果酒和果醋并非商品意义上的产品。在实际生产中还需要经过沉淀、过滤、灭菌、装瓶等过程才能获得成品酒或醋。果酒还需要在一定条件下进行后续发酵，以获得特定的风味和色泽。通过深入思考，可以感悟到，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。
课本P8
传统发酵技术
概念
来源
类型
实质
结果
应用
优点
缺点
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。
固体发酵及半固体发酵
原材料中天然存在或面团、卤汁等发酵物中的微生物
有氧或无氧条件下的物质氧化分解
生产人们需要的各种发酵产品
果酒、果醋、泡菜、酱油等的制作
操作简单，便于家庭式或作坊式生产，是文化的传承等
生产条件不易控制，容易受杂菌污染，生产效率较低等。
选择材料
洗净，切块或条状，混合均匀，晾干装坛
装至半坛时，加入香辛料，然后装至八成满
称取食盐
配制盐水
煮沸冷却
发酵
成品
测定亚硝酸盐含量
制作泡菜
果酒和果醋的制作　
发酵器具消毒
挑选葡萄
冲洗
榨汁
酒精发酵
乙酸发酵
监测与鉴定
果酒
果醋
无氧18~30℃
有氧30~35℃
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、芽抱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抱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。
×
×
√
一、概念检测
课本P8
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（ ）A. 腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸发酵B. 制作腐乳利用了毛霉等产生的蛋白酶C. 制作果酒利用了酵母菌在无氧条件下产生酒精D. 制作果醋利用了醋酸菌在无氧条件下产生醋酸
D
二、拓展应用
课本P8
1.请举例说说你身边的传统发酵食品有哪些，它们的制作原理是什么。有机会的话，你也可以尝试做一做。
提示：腐乳、泡菜、酱、豆豉等都是生活中常见的传统发酵食品。
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同学用了没有盖的塑料瓶，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？
C同学的装置更适合制作果醋。出料口可以用来取样；充气口可以在发酵时连接充气泵进行充气，从而有利于醋酸菌更好地进行有氧呼吸，提高发酵效率；排气口可以用来排出在发酵过程中产生的气体，它通过一个长而弯曲的胶管与瓶身连接，其目的是防止空气中微生物的污染。进一步改进：可以在充气口填充棉花或者安装其他过滤装置，以防止充入的气体携带外来杂菌污染发酵液等。
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？
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。
课本P9
实验室培养微生物的条件:
防止杂菌污染，获得纯净的微生物培养物是研究和应用微生物的前提，也是发酵工程的重要基础。
——培养基
——无菌技术
一、要为人们需要的微生物提供合适的营养和环境条件；
二、要确保其他微生物无法混入，并将需要的微生物分离出来。
培养基
1.概念：
培养基是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。
无细胞结构
原核细胞
真核细胞
微生物：
真菌：酵母菌、毛霉等；原生生物：草履虫、变形虫等
微生物的类群
病毒：新冠病毒等RNA病毒；噬菌体等DNA病毒
细菌：蓝细菌、大肠杆菌、乳酸菌、根瘤菌、硝化细菌；放线菌、支原体、衣原体等
难以用肉眼观察的微小生物的统称。【本章主要指真菌和细菌】
培养基
1.概念：
培养基是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。
微生物：
难以用肉眼观察的微小生物的统称。【本章主要指真菌和细菌】
思考：微生物结构简单、形体微小，眼睛看不到，若想看某种纯净的微生物。我们该怎么做？若想通过肉眼能看到细菌，我们又该如何？必须对其进行分离纯化；对微生物进行大量培养，致使其在培养基表面或内部形成菌落。不同的细菌具有不同的菌落。分散的微生物在适宜的琼脂固体培养基表面或内部生长，可以形成肉眼可见的菌落。
培养基
1.概念：
2.作用：
3.分类：
培养基是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。
固体培养基
液体培养基
实验室里：分离、计数、鉴定等
工业上：大规模生产
微生物在琼脂固体培养基的表面或内部生长，形成肉眼可见的菌落。
用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。
培养基
3.分类：
培养基
1.概念：
2.作用：
3.分类：
4.成分：
①碳源：
无机碳源
有机碳源
例如CO2、CO32-、HCO3-等
例如葡萄糖、牛肉膏、蛋白胨等
无机氮源
有机氮源
例如N2、NO3-、NH3、NH4＋等
例如牛肉膏、蛋白胨、尿素等
提供碳元素的物质
提供氮元素的物质
②氮源：
一般情况下，添加无机碳源培养基用来培养自养微生物；添加有机碳源培养基用来培养异养微生物。
一般情况下，培养固氮微生物可以不添加氮源
主要营养物质：
碳源、氮源、水、无机盐
③无机盐：调节酸碱平衡、维持一定的渗透压
有些无机盐离子可以作为化能合成菌的能源（如铁细菌）
培养基
1.概念：
2.作用：
3.分类：
4.成分：
1.分析该培养基的营养构成，上述实例属于固体/液体培养基？
液体培养基
2.为什么培养基需要氮源？
培养基中的氮元素是微生物合成蛋白质、核酸等物质所必需的。
未加琼脂
基础培养基实例——牛肉膏蛋白胨培养基
牛肉膏和蛋白胨来源于动物，含有糖、维生素和有机氮等营养物质。
培养基
1.概念：
2.作用：
3.分类：
4.成分：
5.特殊要求：
在提供上述几种主要营养物质的基础上，培养基还需要满足微生物生长对___、____________以及___的需求；
pH
特殊营养物质
O2
添加维生素
调至酸性
调至中性或弱碱性
提供无氧的条件
6.配制原则
目的要明确：
根据培养的微生物种类、培养的目的等确定培养基的类型和配置量。
营养要协调：
培养基中各营养物质的浓度和比例要适宜
碳氮比为4:1时，谷氨酸棒状杆菌大量繁殖，谷氨酸产量少；碳氮比为3:1时，菌体繁殖受抑制，谷氨酸合成量大增。
PH要适宜：
细菌培养基呈中性或微碱性；霉菌培养基呈酸性。
无菌技术
消毒
灭菌
做好消毒和灭菌工作后，要注意：
避免已经灭菌处理的材料用具与周围物品接触。为了避免周围环境中微生物的污染，接下来的许多操作应在超净工作台并在酒精灯火焰附近进行。
获得纯净的微生物培养物的关键是
无菌技术应围绕着如何避免杂菌的污染展开，主要包括
防止杂菌污染。
消毒
1.概念：
指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。
2.常用的消毒方法：
煮沸消毒法：100℃煮沸5～6min，可以杀死微生物的营养细胞和一部分芽孢。巴氏消毒法：62～65℃下消毒30min或80～90℃处理30s～1min，适合一些不耐高温的液体，如牛奶。可以杀死牛奶中的绝大多数微生物，并且不破坏牛奶的营养成分。化学药剂消毒法：用70%酒精擦拭双手、用氯气消毒水源等。紫外线消毒法：接种室、接种箱或超净工作台在使用前可用紫外线照射30min。在照射前，适量喷洒石碳酸或煤酚皂溶液等消毒液，可以加强消毒效果。
生物消毒法是指利用生物或其代谢物除去环境中部分微生物的方法。（寄生）
灭菌
1.概念：
指使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子。
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。
孢子：
某些生物的繁殖体细菌、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。（离体）能直接发育成新个体。
芽孢和孢子具有高度的耐热性，可抗化学药物和抗辐射
灭菌
2.常用灭菌的方法：
湿热灭菌
干热灭菌
灼烧灭菌
高温蒸汽破坏蛋白质、核酸等结构使其变性。
高压蒸汽灭菌锅内100kPa、121℃下维持15～30min。
接种的金属工具：如：接种环、接种针。接种时用的试管口或瓶口等
耐高温、需要保持干燥的物品,如玻璃器皿和金属用具等
培养基、培养皿等，生产和实验室常用
直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧
物品放入干热灭菌箱,160～170℃加热2～3h
使微生物细胞膜破坏、蛋白质变性和原生质干燥等。
使微生物燃烧
温和
强烈
一部分
所有
部分
全部
煮沸消毒法巴氏消毒法化学药剂消毒法紫外线消毒法
湿热灭菌干热灭菌灼烧灭菌
消毒和灭菌的比较
微生物的纯培养
在微生物学中，将接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体称为培养物。
由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为纯培养物。
1.相关概念
2.微生物纯培养的步骤
培养物：
纯培养物：
纯培养：
获得纯培养物的过程就是纯培养。
菌落：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，这就是菌落单菌落：一般是由单个微生物繁殖形成的纯培养物。获得单菌落的方法： 平板划线法、 稀释涂布平板法
酵母菌的纯培养
微生物群
单个细胞
单菌落
1.实验原理
在相同培养条件下，同种微生物表现出稳定的菌落特征
比如大小、形状、隆起程度、颜色等，是鉴定菌种的重要依据
酵母菌的纯培养
1.实验原理2.目的要求3.材料用具
学会配制培养酵母菌的培养基并倒平板。学会进行无菌操作。尝试通过平板划线操作来获得纯化的酵母菌菌落。 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。
酵母菌的纯培养
4.方法步骤
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（也可用蔗糖代替）、15~20g琼脂，用蒸馏水定容至1000ml。
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100kPa、温度为121℃的条件下，灭菌15~30min。【湿热灭菌】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。【干热灭菌】
倒平板
待培养基冷却到50℃左右时，在酒精灯火焰附近倒平板。
（1）制备培养基
酵母菌的纯培养
4.方法步骤
（1）制备培养基
④等待培养基冷却凝固后，将培养皿倒转过来放置
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（10-20mL）倒入培养皿，立即盖上皿盖。
倒平板注意事项：温度：50℃左右操作：在酒精灯火焰附近冷凝后平板倒置
酵母菌的纯培养
4.方法步骤
（1）制备培养基

实验注意事项、分析、思考
培养基灭菌后为什么要冷却到50℃左右时开始倒平板？ 琼脂是一种多糖，在98℃以上熔化，在44℃以下凝固，倒平板时，高于50℃则会烫手，若低于50℃不及时操作，琼脂会凝固。培养基灭菌后，需要冷却到50℃左右时，才能用来倒平板。你用什么办法来估计培养基的温度？ 可以用手触摸盛有培养基的锥形瓶，感觉温度下降到刚刚不烫手即可。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为什么倒平板和接种整个过程要在酒精灯火焰旁进行？ 避免杂菌污染
酵母菌的纯培养
4.方法步骤
（1）制备培养基

实验注意事项、分析、思考
倒平板时为什么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。在倒平板的过程中，如果不小心将培养基溅在皿盖与皿底之间的部位，这个平板还能用来培养微生物吗？为什么？ 最好不要用这个平板培养微生物。 防止空气中的微生物可能在皿盖与皿底之间的培养基上滋生。平板冷凝后，为什么要将平板倒置？ 平板冷凝后，皿盖上会凝结水珠，凝固后的培养基表面的湿度也比较高，将平板倒置，既可以使培养基表面的水分更好地挥发，又可以防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。怎么确定所倒平板未被杂菌污染？ 将所倒平板放入37℃的恒温箱中培养12h～24h，观察是否有菌落存在以确定是否被污染或灭菌是否彻底。
酵母菌的纯培养
4.方法步骤
（1）制备培养基
（2）接种和分离酵母菌 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。
连续划线法
分区划线法
平板划线法
平板划线法
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。
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。
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5区接种
注意：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。划线首尾不能相接每次划线前接种环进行灭菌；在5个区域划线，接种环灼烧灭菌共6次。划线后,培养皿倒置培养
酵母菌的纯培养
4.方法步骤
（1）制备培养基
（2）接种和分离酵母菌
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。
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。
（3）培养酵母菌
酵母菌的纯培养
4.方法步骤
5.结果分析和评价
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?在接种酵母菌的培养基上,你是否观察到了单菌落?这些菌落的颜色、形状和大小是否一致?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?你是如何记录实验结果的?请与其他同学交流、互评。 提示1：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。 提示2：如果观察到了不同形态的菌落，可能是接种的菌种不纯或无菌操作不规范等原因引起的。
酵母菌的纯培养
4.方法步骤
6.注意事项
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？
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
5.结果分析和评价
酵母菌的纯培养
4.方法步骤
6.注意事项
5.结果分析和评价

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？ 使细菌的数目随着划线次数的增加而逐渐减少，最终能得到由单个细菌繁殖而来的菌落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。
评估论点的可信程度
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？
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-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。
课本P14
一、概念检测
课本P14
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？
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。
二、拓展应用
课本P14
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？ （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（1）：培养皿和培养基。提示（2）：接种。
（3）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。
二、拓展应用
课本P14
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。
（1）摇床转速不同,意味着培养条件有什么不同？
提示：意味着培养液中02含量不同。
（2）从图中数据你可以得出什么结论?其原因是什么?
提示：培养液中02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?
提示：这时候已经达到了环境容纳量。
四.微生物的选择培养和计数
选择培养基
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。
1. 定义
70～80℃的高温
水生栖热菌
2.类型
加入青霉素
酵母菌、霉菌等真菌
高浓度食盐
金黄色葡萄球菌
不加碳源
不加氮源
自养型微生物
固氮菌
选择培养基
选择培养基（添加氨苄青霉素）
例：怎样选择出抗氨苄青霉素能力的细菌?
分离
3.原理
尿素作为唯一氮源？
选择培养基
4.对照原则
怎么证明一个选择培养基具有选择性呢？
应该设置基础培养基（如牛肉膏蛋白胨培养基）或完全培养基作为对照，若基础培养基或完全培养基中生长的菌落数菌多于该选择培养基，则该选择培养基具有选择性。
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？
多于
课本P16
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。 尿素施入土壤后，会被土壤中的某些细菌分解成NH3，再被转化为NO3-、NH4+等被植物吸收。 而这些细菌之所以能分解尿素，是因为它们能合成脲酶。
在选择培养基中，以尿素作为唯一氮源，只有能合成脲酶的细菌才能生长发育繁殖。
1.如果让你配制一种培养基，将土壤稀释液中能分解尿素的细菌分离出来，培养基的配方该如何设计？
2.该培养基与普通培养基有哪些共同点和不同点？
除以尿素作为唯一氮源外，该培养基的其他营养成分与普通培养基基本相同。
选择培养基配方的设计
课本P16
选择培养基配方的设计
配方：
碳源
氮源
①提供无机盐；②调节pH。
凝固剂
鉴定培养基
在培养基中加入某种指示剂或化学药品(不影响微生物正常生长)，使微生物的某种代谢产物与培养基中的特定指示剂或化学药品发生反应。从而达到鉴定的作用。
尿素分解菌
大肠杆菌
加入某种指示剂或化学药品(不影响微生物正常生长)，使微生物的某种代谢产物与培养基中的特定指示剂或化学药品发生反应
培养、分离出目标微生物
鉴别目标微生物
培养酵母菌和霉菌时，可在培养基中加入青霉素，抑制细菌的生长；利用以尿素为唯一氮源的培养基来培养可分解尿素的细菌
可用伊红美蓝培养基鉴定饮用水或乳制品中是否含有大肠杆菌(若有，则菌落呈黑色)
加入不影响甚至促进目标微生物生长，而抑制或阻止其他种类微生物生长的化学物质
课本P17
微生物的选择培养
方法:
稀释涂布平板法
将菌液进行一系列的梯度稀释，然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面，进行培养。
要对土壤进行充分稀释，然后再将菌液涂布到制备好的选择培养基上。
(2)由于土壤细菌的数量庞大，那么怎么获得要想得到特定微生物的纯培养物呢？
(1)1g土壤中有多少能分解尿素的细菌？
分离：获得分解尿素的细菌的纯培养物计数：测定分解尿素的细菌的数量
问题：
——土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
（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
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
实验目的
实验原理
常见的分解尿素的微生物：芽孢杆菌、小球菌、棒状杆菌等细菌，某些真菌和放线菌也能分解尿素。
基本操作:
A、梯度稀释菌液 B、涂布平板
稀释度足够高时，能在培养基表面形成单个菌落。
微生物的选择培养
——土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
基本操作:
细菌宜在酸碱度接近中性的潮湿土壤中生长，绝大部分分布在距地表3~8cm的土壤层。铲去表层土3cm左右，取样，将样品装入事先准备好的信封中。
1.土壤取样
微生物的选择培养
——土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
实验流程
土壤取样
制备培养基
①选择培养基：
以尿素为唯一氮源
②牛肉膏蛋白胨培养基：
作为对照组
如何判断选择培养基是否具有选择作用?预期结果，接种土壤细菌后，①只长能尿素分解细菌，②生长多种微生物
微生物的选择培养
——土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
每次各9mL无菌水
90mL无菌水
10g
将10 g土样加入盛有90mL无菌水的锥形瓶中，充分摇匀，制成菌液。取1mL上清液加入盛有9mL无菌水的试管中，依次等比稀释。
稀释倍数
样品稀释
微生物的选择培养
——土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
微生物的选择培养
基本操作:
涂布平板
③取0.1mL菌液，滴加到培养基表面。
④将涂布器浸在盛有酒精的烧杯中。
⑤将涂布器放在火焰上灼烧，待酒精燃尽、涂布器冷却后，再进行涂布。
⑥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。
待涂布的菌液被培养基吸收后，将平板倒置，放入恒温箱培养。
注意：各梯度分别涂布3个平板（重复实验）1个不涂布作空白对照。
常用微生物分离方法比较
实验流程
土壤取样
制备培养基
① 测细菌数：一般用104、105、106稀释液。② 测放线菌数：一般用103、104、105稀释液。③ 测真菌数：一般用102、103、104稀释液。
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。
在初次实验中，对于稀释的范围没有把握，怎样做才能保证从中选择出菌落数在30～300的平板进行计数？
选择一个比较宽的范围，将1×103～1×107倍稀释的稀释液分别涂布到平板上培养，以保证能从中选择出菌落数在30～300的平板进行计数。
样品稀释与涂布平板
微生物的选择培养
——土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
土壤取样
制备培养基
样品稀释与涂布平板
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。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。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。
微生物的培养与观察
实验流程
微生物的选择培养
——土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
基本操作:
1.土壤取样
2.样品的稀释
3.涂布平板
4.培养与观察
恒温培养箱
待涂布的菌液被培养基吸收后，将平板倒置，放入30-37℃的恒温培养箱中，培养1-2d。
微生物的选择培养
——土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
1.培养时要将一个未接种的培养基和一个已接种的培养基放在一起培养，为什么？
培养未接种的培养基的作用是对照。
2.未接种的培养基表面是否有菌落生长很关键，如果无菌落生长，说明了什么？
未接种的培养基在恒温箱中保温一段时间后，如果无菌落生长，说明培养基制备成功、合格，未受到污染。
微生物的选择培养
——土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
样品稀释涂布平板
微生物的培养与观察
菌落计数
土壤取样
制备培养基
实验流程
微生物的选择培养
——土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
课本P18
微生物的数量测定
间接计数法——稀释涂布平板法
1.原理
当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个单菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌。
2.计数原则
① 一般选择菌落数为30～300的平板计数。② 在同一稀释度下，应至少对3个平板进行重复计数，然后求出平均值。③ 适当的稀释度、涂布是否均匀是成功统计菌落数目的关键。
分析实验结果时，要考虑重复组结果是否接近，如果相差太大，意味着操作有误，需重新实验。
例：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________________________________；2.乙同学_____________________________________________；
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
课本P18
间接计数法——稀释涂布平板法
1.原理
2.计数原则
3.结果分析
①统计的菌落数往往比活菌的实际数目少；②统计结果一般用菌落数而不是用活菌数来表示。
原因：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。
4.计算公式
每克样品中的菌落数＝(C÷V)×M
C代表某一稀释度下平板上生长的平均菌落数；M代表稀释倍数。V代表涂布平板时所用的稀释液的体积(mL)；
5.使用范围
可以用来测定土壤、水、食品等样品中的细菌、酵母菌、芽孢和孢子等的数量，但不适于测定样品中的放线菌、丝状真菌等丝状体微生物的数量。
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。③不适于对运动细菌的计数。
课本P18
微生物的数量测定
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
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
4.计数方法：
每毫升原液所含细菌数＝ 每小格平均细菌数×400×104×稀释倍数
课本P18
微生物的数量测定
显微镜、细菌计数板或血细胞计数板
涂布器
细菌个数
培养基上菌落数
计数方便、操作简单
计数的是活菌
不能区分死菌与活菌
操作较复杂且有一定误差
每毫升原液含菌株数＝每小格平均菌株数×400×104×稀释倍数
每毫升原液含菌株数＝平均菌落数÷所用涂布液体积×稀释倍数
1.10g土样加入盛有90mL无菌水中后，已稀释10倍，计算时，不要忽略；2.由于使用的是选择培养基，所以一般情况下，获得的单菌落即目的菌，但因为有些微生物可以利用目的菌的代谢产物来生长繁殖，所以还需要进一步验证；3.过程中所有操作都应在酒精灯火焰旁进行；4.将涂布器从酒精中取出时，要让多余的酒精在烧杯中滴尽，然后再放在火焰上灼烧；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。5.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。6.建立“有菌观念”。实验室、实验器材(取土样的小铁铲、盛土样的纸袋等)、操作者、空气中都存在微生物，都有污染的可能，必须进行严格的消毒、灭菌，整个实验过程(称取土样、稀释土壤溶液等)要在酒精灯火焰旁进行。7.本实验耗时较长，需要事先规划时间，以便提高实验效率，在操作时有条不紊。
注意事项：
微生物的选择培养
——土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
本实验实验组和对照组设计如下：
土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
1.实验目的
2.实验原理
4.注意事项
3.实验流程
5.结果分析与评价
（1）结合对照组，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。 如果没有接种的培养基上没有菌落生长，说明培养基没有被杂菌污染。如果接种后的完全培养基上的菌落数明显多于选择培养基上的菌落数，说明选择培养基筛选出了一些尿素分解菌。（2）你是否获得了某一稀释度下菌落数为30~300的平板？在这一稀释度下，是否至少有2个平板的菌落数接近？ 如果得到了两个或多个菌落数为30～300的平板，说明稀释度合适，操作比较成功，能够进行菌落的计数。 （3）你统计的每克土样中能分解尿素的细菌的菌落数是多少？与其他同学统计的结果接近吗？如果差异很大,可能是什么原因引起的？ 如果是用同一土样进行的操作，数据应该比较接近。如果差异很大，就需要从操作是否规范、培养基配制是否合理等方面查找原因。
土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
1.实验目的
2.实验原理
4.注意事项
3.实验流程
5.结果分析与评价
未被杂菌污染
被杂菌污染
培养基中混入其他杂菌
选择培养基具有筛选作用
操作成功
土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
6.进一步探究
本活动只是初步筛选了能分解尿素的细菌,对分离的菌种进行鉴定还需要借助生物化学的方法。你可以查阅相关资料,进一步设计实验来鉴定自己分离的菌种。
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。
原理：
脲酶的检测
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。这样，我们就可以初步鉴定该种细菌能够分解尿素。
液体培养基：
可以直接看液体的变色情况。
固体培养基：
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。
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
一、概念检测
课本P20
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。（ ）
√
√
√
D
二、拓展应用
课本P20
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
课本P20
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。
（1）现在要从土壤中分离纤维素分解菌，请你给出详细的实验方案。
提示：可以参考本节“探究·实践”中的设计思路进行设计。
（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。
（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。
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
微生物纯培养技术的建立
密闭式发酵罐的设计成功
发酵工程形成
发酵工程的基本环节
六.发酵工程及其应用
1.形成原由2.基本环节
选育菌种
扩大培养
接种
灭菌
配制培养基
发酵罐内发酵
分离提纯产物
获得产品
发酵工程的基本环节
发酵工程的基本环节
选育菌种
（1）目的：
获得_______________________
性状优良的菌种
（2）菌种来源：
从自然界中筛选、________或_____________。
诱变育种
基因工程育种
（3）实例：
生产柠檬酸
生产啤酒
生产味精
产酸量高的黑曲霉
基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期
谷氨酸棒状杆菌
①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；② C:N的比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。
课本P22旁栏思考
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？
我国幅员辽阔，地理生态环境多样，为各种微生物的生长繁殖提供了条件，这有利于发酵工程选育菌种。 优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败
发酵工程的基本环节
选育菌种扩大培养
工业发酵要想在短时间内得到大量的发酵产物，则需要大量菌体，因此需要进行扩大培养
①为什么要扩大培养？
发酵罐体积一般为几十立方米到几百立方米。
②扩大培养的培养基类型？
液体培养基
发酵工程的基本环节
选育菌种扩大培养配制培养基
①根据菌种的代谢特点，选择不同的材料配制培养基
②配置的培养基要经过反复试验才能大规模应用
灭菌：
目的和原因：
防止杂菌污染，发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
例如：在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。
发酵工程的基本环节
选育菌种
扩大培养
接种
灭菌
配制培养基
将扩大培养的菌种投放到发酵罐中。
发酵罐内发酵
了解发酵进程：
随时检测培养液中微生物的数量、产物的浓度等，以了解发酵进程。
严格控制发酵条件：
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，而且影响微生物代谢物的形成；严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态。
发酵工程的中心环节
比如谷氨酸发酵：
①在_____和______条件下会积累谷氨酸；②在_____条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺；
中性
弱碱性
酸性
发酵工程的基本环节
发酵罐内发酵——中心环节
思考：发酵条件及相应的调节和控制方法：发酵条件包括温度、pH、溶解氧、通气量等：温度：可通过向冷却夹层通入冷水来调控；温度升高的原因： ①微生物分解有机物释放的能量，会引起发酵温度升高； ②机械搅拌也会产生一部分热量引起温度升高。pH：可在培养基中加入缓冲液，在发酵过程中加酸或碱；PH变化的主要原因： 培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。需氧型：通过空气入口通入空气，并调整搅拌叶轮转速增加溶解氧。厌氧型：需封闭空气入口，建立厌氧环境等。
发酵工程的基本环节
发酵罐内发酵
发酵罐
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。
发酵工程的基本环节
选育菌种
扩大培养
接种
灭菌
配制培养基
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
方法：
①如果发酵产品是微生物细胞本身，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如单细胞蛋白。 ②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。
获得产品
发酵工程的基本环节
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？
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.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
①反复试验确定培养基的配方；②对培养基和发酵设备进行严格的灭菌；③随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度等；④及时添加必需的营养组分；⑤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
思考讨论：
发酵工程的基本环节
思考讨论：
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？ 传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离提纯产物。 发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品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？ 不能； 因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。 为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废气培养液进行二次清洁或灭菌处理。

发酵工程的基本环节
结合刚刚的分析，思考发酵工程相比传统发酵技术，有什么优点？
发酵工程的优点：(课本P24)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。
发酵工程的应用
在食品工业上的应用
（1）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
酒类
发酵工程的应用
啤酒的工业化生产流程P24
发酵工程的应用
啤酒的工业化生产流程P24
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。
归纳整理：1.啤酒的发酵过程分为_______和_______两个阶段；2.主发酵阶段完成 ；3.后发酵的条件 ；4.焙烤的目的： ；5.蒸煮的目的： 。
主发酵
后发酵
酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成
低温、密闭的环境下储存一段时间
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活
产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌
啤酒的工业化生产
6.先通气后密封：
“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。
7.后期密封不严，酒会变酸的原因：
P25 讨论
啤酒的工业化生产
1.与传统的手工发酵相比，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。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？ 应该辩证地看待这一产品。 一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。 另一方面，这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。
P25 讨论
啤酒的工业化生产
发酵工程的应用
在食品工业上的应用
（1）生产传统的发酵食品
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。
（2）生产食品添加剂
食品添加剂的作用：
食品添加剂的类型：
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。
发酵工程的应用
在食品工业上的应用
（1）生产传统的发酵食品
（2）生产食品添加剂
（3）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；
绝大多数通过发酵工程生产；
发酵工程的应用
在食品工业上的应用
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
实例：
①利用经过基因改造的微生物生产生长激素释放抑制激素；
②利用基因工程改造的微生物生产疫苗。将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。如某种乙肝疫苗的生产。
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
实例：青霉素高产菌株的培育
③利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；
发酵工程的应用
在食品工业上的应用
在医药工业上的应用
在农牧业上的应用
1.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：
Ⅰ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；
Ⅱ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.
2.生产微生物农药
②作用机理：
利用微生物或其代谢物来防治病虫害
①实例：
【生物防治】
发酵工程的应用
在食品工业上的应用
在医药工业上的应用
在农牧业上的应用
1.生产微生物肥料
2.生产微生物农药
3.生产微生物饲料
①原理：
微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快
②实例1——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；
单细胞蛋白应用：
单细胞蛋白生产过程：
食品添加剂、微生物饲料；
单细胞蛋白成分：
不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质
③实例2-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。
发酵工程的应用
在食品工业上的应用
在医药工业上的应用
在农牧业上的应用——肥料、农药、饲料
在其他方面的应用
（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。
极端微生物：
举例：
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。
纯培养
单一
混合
液体
半固体
无菌
现代工程
杂菌
外界条件
低
多样
高
家庭式
季节
单一
不稳定
微生物
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
一、概念检测
课本P28
与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。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。( ) 后者也可以 (2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、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。 ( )
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发酵获得
二、拓展应用
课本P28
2023/11/15
1.（1）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。（2）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。2.这一风险是存在的。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(如秸秆等)。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。