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默写
1.接种环灭菌的方法： ；培养皿灭菌的方法： ；培养基灭菌的方法： .
2.平板倒置的目的是 。3.微生物接种的常用方法 （最简单）和 （需要计数）。
4.接种前灼烧接种环的目的是 。
每次划线之前灼烧接种环的目的是
；
接种结束后灼烧接种环的目的是 。
5.稀释涂布平板法统计菌落数目往往比活菌的实际数目低的原因是
。
6.微生物培养时，选取菌落数目 时的记录作为结果，为什么？
。
灼烧灭菌
干热灭菌
高压蒸汽灭菌
①防止培养基表面的水分过快挥发，
②防止皿盖上的冷凝水珠落入培养基，影响微生物的生长。
平板划线法_
稀释涂布平板法
避免接种环上可能存在的微生物污染培养物
杀死上次划线后接种环上残留的菌种，保证下一次划线时，菌种直接来源于上次划线的末端，从而通过划线次数的增加，使每次划线时菌种的数目逐渐减少，从而得到菌落。
及时杀死接种环上残留的菌种，避免微生物污染环境和感染操作者。
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。
防止因培养时间不足而导致遗漏菌落的数目
稳定
第3节 发酵工程及其应用
对发酵原理的认识
微生物纯培养技术建立
密闭式发酵罐设计成功
严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等)
大规模生产
发酵产品
微生物的特定功能
现代化工程技术
利用微生物的特定功能，通过现代化工程技术，规模化生产对人类有用的产品。
——发酵工程
一、发酵工程
从社会中来 P22
青霉素的生产
青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素，在“二战”期间，青霉素挽救了数以万计的生命，被称为“有魔力的子弹”。其发现者亚历山大·弗莱明（英国1881-1955。青霉素之父）在1945年获诺贝尔生理学医学奖。
早期科学家只能从青霉菌中提取少量青霉素，它的价格贵如金。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，1瓶规格160万单位的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
二、发酵工程的基本环节
结合教科书第22~23页图1-9“发酵工程的基本环节和发酵罐示意图”，回答下列问题
1.可通过哪些途径获得发酵工程使用的优良菌种
从自然界中获取、诱变育种、基因工程
2.获得优良菌种后为什么要对菌种进行扩大培养？
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
3.引起发酵罐内培养液的温度和pH变化的原因有哪些？发酵工程中如何调节温度和pH
温度：原因：微生物分解有机物释放的能量，机械搅拌也会引起温度升高。
方法：常用冷却水进行温度的调节
pH: 原因：培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。
方法：是在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱
菌种来源
①自然界中筛选
②诱变育种
③基因工程育种
选育菌种
发酵工程基本环节：
产柠檬酸量高的黑曲霉
基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵过程，缩短生产周期
1）发酵工程选用的菌种时需要考虑哪些因素
①生产所需代谢物的产量高；
②菌种不易变异、退化等；
③能在低成本的培养基上快速生长繁殖；
④发酵条件易控制 。
扩大培养
发酵工程基本环节：
快速增加菌种数量，确保有充足的菌体参与发酵
目 的：
3）菌种扩大培养的最佳时期？
将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。
2）扩大培养所用的培养基，从物理性质上，一般选 培养基进行培养。
液体
液体使微生物与营养物质接触更充分，提高营养物质的利用率，利于微生物的繁殖。
配制培养基
发酵工程基本环节：
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。 优化培养基设计（成分、比例等）
发酵工程基本环节：
配制培养基
灭 菌
发酵工程基本环节：
避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量
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。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
干热灭菌箱
将 的菌种投放到 中。
发酵罐
扩大培养后
接 种
目 的：
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
—发酵工程的中心环节
发酵罐发酵
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。
发酵罐发酵
发酵工程基本环节：
3）为什么要严格控制发酵条件？
①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；
实例——谷氨酸发酵 P23
②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
要求：
①随时检测;
②及时添加营养
③严格控制发酵条件；
发酵罐发酵
发酵工程基本环节：
4）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
发酵工程与现代工程技术相结合，或直接用微生物反应器，进行大规模发酵生产。可以连续发酵和半连续性发酵；电脑控制实行高度的自动化；采用基因重组菌生产，可以加压生产等。
传统发酵工艺是间歇发酵，人工操作，用天然菌种，常温常压进行。
—发酵工程的中心环节
要求：
①随时检测;
②及时添加营养
③严格控制发酵条件；
分离、提纯，获得产品
发酵工程基本环节：
5）发酵生产排出的气体和废弃培养液等不能直接排放到外界环境，需如何处理
二次清洁或灭菌处理。达到清洁生产的要求。
发酵产物类型 获得产品的方法
微生物细胞
代谢物
过滤、沉淀等方法
适当的提取、分离和纯化措施
总结：发酵工程的基本环节
选育菌种
获得性状优良的菌种
自然界中筛选、诱变育种、基因工程育种
扩大菌种
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
培养基的配制
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
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
中心环节
目的：
来源：
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。( )
×
√
√
×
产物专一
生产条件温和
原料来源丰富且价格低廉
废弃物对环境污染小且容易处理
发酵工程的特点
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
在其他方面的应用
发酵工程的应用
二、发酵工程的应用
发酵工程的应用
（一）在食品工业上的应用
1. 生产传统发酵产品
酱油
大豆
(主要原料)
黑曲霉
(蛋白酶)
小分子肽
和氨基酸
淋洗、调制
(1)酱油的生产
谷物或水果
酿酒酵母
各种酒类
(2)各种酒类的生产
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？
思考·讨论 啤酒的工业化生产流程
一、过程概述：
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
“通气”：酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖；“密封”：酵母菌进行酒精发酵产生酒精。
酒精在醋酸菌的作用下产生醋酸。
阅读课本P24
发酵工程的应用
1. 生产传统发酵产品
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
消毒
终止
加啤酒花
冷却
过滤
主发酵
后发酵
酵母菌繁殖，大部分糖分解和代谢物生成。
在低温、密闭的环境下储存一段时间，形成澄清、成熟的啤酒。
啤酒的工业化生产流程:
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。
1.与传统的手工发酵相比，啤酒发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？
（一）在食品工业上的应用
①使啤酒具有清爽的芳香气、苦味和反腐剂
②形成啤酒优良的泡沫
③有利于麦芽汁的澄清
④平衡麦芽汁的自然甜度并激发食欲
发酵工程的应用
1. 生产传统发酵产品
啤酒的工业化生产流程:
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生产的，存在啤酒品质不稳定，价格昂贵的问题。
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
（一）在食品工业上的应用
2
发酵工程的应用
类别 “精酿”啤酒 “工业”啤酒
原料
是否添加食品添加剂
麦芽汁浓度
发酵时间
特点
只使用麦芽、啤酒花、酵母菌和水
麦芽、啤酒花、酵母菌、水、大米、玉米、淀粉等
不添加
添加
较高，口味浓郁
较低，口味清淡
长，可达2个月
短，通常7天左右
产量低、价格高
产量高、价格低
发酵工程的应用
2. 生产各种各样的食品添加剂
添加剂类型
酸度调节剂
增味剂
着色剂
增稠剂
防腐剂
添加了柠檬酸的饮料
增加食品的营养
改善食品的口味、色泽和品质
延长食品的保存期
食品添加剂的作用
（一）在食品工业上的应用
发酵工程的应用
3. 生产酶制剂
食品直接生产
改进生产工艺
简化生产过程
提高产品产量
延长食品储存期
改善产品的品质
和口味
酶制剂的作用
酶制剂
果胶酶
脂肪酶
α-淀粉酶
β-淀粉酶
氨基酸肽酶
（一）在食品工业上的应用
发酵工程的应用
（二）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
利用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、增强植物抗病性和抗逆性。
利用微生物或其代谢物来防治病虫害。
以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业废料等为原料，通过发酵获得的大量微生物菌体。
——单细胞蛋白
2
发酵工程的应用
项目 微生物农药防治 化学农药防治
防治机理
优点
缺点
利用微生物或代谢物进行防治
成本低、无污染，可以维持生态平衡
防治速度慢
利用化学药剂（如杀虫剂、杀鼠剂）等进行防治
见效快，操作简单
成本高，污染环境，不利于维持生态平衡
微生物农药防治和化学农药防治的比较
发酵工程的应用
（三）在医药工业上的应用
基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合
动植物的基因
微生物
直接改造微生物
转入
微生物
病原体的
抗原基因
转入
发酵
工程
药物
药物
疫苗
各种抗生素
多种氨基酸
多种激素
多种免疫调节剂
发酵工程的应用
（三）在其他方面的应用
1.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、乙烯等能源物质
2.对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用
利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂
嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量
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
本节小结
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:血红蛋白具有携带O2的能力)
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
(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生产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？
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、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风险。
存在风险。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。
练习与应用
【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，请分析冋答问题。
(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。
筛选出可以降解化合物A的微生物
选择
(2) 培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量 的培养液，接入新的培养液中连 续培养，使目的菌的数量 。
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型增长
(4) 将目的菌用于环境保护实践时，还有哪些问题需要解决？
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。
(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。
可行。这是后面将要学习的基因工程的基本思路。
【复习与提高】
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 x 10 1 X105；取每个浓度的冰激凌液各0.1mL，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。
(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？
不同意。提示：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】
② 有没有必要对冰激凌原液进行梯度稀释？为什么？【提示：我国卫生部门规定的饮用水标 准是：1 mL自来水中细菌总数不可以超过100个(37℃培养24h), 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)］
没有必要。提示：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。
(1) 请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。
【复习与提高】
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？
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。
(1) 请你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。
(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 _____ 。
B
【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？
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菌落，并且这种计数方法统计的是活菌的数目。
(4) 如果实验结果显示，检测的冰激凌中大 肠杆菌含挝超标了。接下来他们应该做什么？
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。
2．发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如下图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际，回答相关问题。
(1)图中①表示的育种方法是
________________。
(2)人工控制微生物代谢的措施包
括________________ 和 __________________________。
(3)在赖氨酸或谷氨酸发酵过程中，产物源源不断
地产生，这说明该生产采用了________的发酵方式。在生产过程中，常需增加通氧量，因此判断赖氨酸或谷氨酸发酵菌种为 ______菌。
(4)当发酵生产的产品是代谢产物时，还要采用____________________等分离提纯的方法进行提取。
诱变育种
改变微生物遗传特性 　 控制生产过程中的各种条件
连续培养
好氧
萃取(或蒸馏或离子交换等)
牛刀小试
默写
4.啤酒的发酵过程分为_______和_______两个阶段；
5.主发酵阶段完成_________________________ _______；
6.后发酵的条件_________________________ _；
7.焙烤的目的：_______________________ ____；
8.蒸煮的目的：__________________________________ 。
9.啤酒的工业化生产流程:
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
1.发酵工程的中心环节是_______ ____
2.选育菌种的方法（菌种来源）______ _____、________或___________ ；发酵产品是微生物细胞本身时，可在发酵结束之后，采用_____、_____等方法将菌体分离和干燥。
3.柠檬酸可以通过______的发酵制得；______经过一系列处理就能制成味精；
由__________ ___发酵可以得到谷氨酸；
发酵罐内发酵
自然界中筛选
诱变育种
基因工程育种
过滤
沉淀
黑曲霉
谷氨酸
谷氨酸棒状杆菌
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
消毒
终止
加啤酒花
冷却
过滤

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