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1、1 第五章 微生物和發(fā)酵工程 知識(shí)清單 微 生 物 的 類 群 細(xì)菌的結(jié) 構(gòu)和繁殖 細(xì)菌的結(jié) 構(gòu) 細(xì)菌的繁殖 基本結(jié)構(gòu) 成分為 1 2 細(xì)胞質(zhì)及 3 由一個(gè)大型 4 分子構(gòu)成 細(xì)菌細(xì)胞質(zhì)中含有 5 質(zhì)粒和一些貯藏顆粒 質(zhì)粒上面含有幾個(gè)到幾百個(gè)基因 控制 著細(xì)菌的 6 7 8 等 性狀特殊結(jié)構(gòu) 9 10 及 11 等 繁殖方式 12 方式 菌落 概念 單個(gè)或少數(shù)細(xì)菌在 13 培養(yǎng)基上大量繁殖時(shí) 所 形成的肉眼可 見的 具一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的子細(xì)胞群體特點(diǎn) 不同種類的細(xì)菌所形成的菌落在 14 等方面具一定 特征 是 15 的 重要依據(jù) 如 16 常形成較小較厚邊緣較整齊 的菌落 17 的 細(xì)菌則形成較大

2、而扁平 邊緣呈波狀或鋸齒狀的菌落 病毒的結(jié) 構(gòu)和繁殖 病毒的結(jié) 構(gòu) 病毒的繁殖 舉例 噬 菌體侵染細(xì) 菌過程 結(jié)構(gòu)組成 由 18 和 19 兩部分構(gòu)成 二者合稱 為 20 有些病毒在其外面還有一層由蛋白質(zhì) 多糖 和脂類構(gòu)成的膜叫 21 且上面有刺突 如 22 病毒 各結(jié)構(gòu)的功 能 病毒衣殼 具保護(hù) 23 決定 24 等功能 核酸 一種病毒只含 25 種核酸 即 26 其功能是 27 控制著 28 如病毒的 29 30 等 進(jìn)行場所 只能在 31 中進(jìn)行 吸附 注入 32 合成 33 和 34 裝配 釋放 模板 35 原料 能量 酶 由 36 提供 清單一 微生物的類群 2 微 生 物 的 營

3、養(yǎng) 微生物需 要的營養(yǎng) 物質(zhì)及功 能 碳 源 氮 源 概念 凡是能為微生物提供所需 1 元素的營 養(yǎng)物質(zhì)即碳源 作用 主要用于構(gòu)成微生物的 10 和 11 有 些碳源還是異養(yǎng)微生物的 12 物質(zhì) 因此微生物對碳源需求量最大 培養(yǎng)基 的種類 按物理性質(zhì) 為 45 培養(yǎng)基 主要用于工業(yè)生產(chǎn) 46 需不需 加凝固劑 按培養(yǎng) 基用途 清單二 微生物的營養(yǎng) 代謝 生長 無機(jī)碳源 2 3 等有機(jī)碳源 4 5 等有機(jī)物 6 7 等天然物質(zhì) 分類 最常用的碳源 8 尤其是 9 概念 凡是能為微生物提供生長所需 13 元素的營養(yǎng)物質(zhì) 即氮源 作用 主要用于 23 對于異養(yǎng)微生物來說含 C H O N 的化合物

4、既是 24 又是 25 物質(zhì) 因此微生物對碳源需求量最大 無機(jī)氮源 14 15 16 17 等有機(jī)氮源 18 19 20 及氨基酸等 分類 最常用的碳源 21 22 等 生 長 因 子 概念 微生物生長不可缺少的 26 叫生長因子 作用 它們一般是 30 和 31 的組成部分 種類 27 28 29 等 需補(bǔ)充原因 由于缺乏合成這些物質(zhì)所需的 32 或 33 一些天然物質(zhì) 如 34 35 36 等可為微生物提供生長因子 培養(yǎng)基 的配制 原則 目的要明確 即依據(jù)培養(yǎng)的微生物的 37 及 38 選擇原料配制培養(yǎng)基 PH 要適宜 這是由于各種微生物所需值不同 如 42 放線菌為 43 真菌為 44

5、營養(yǎng)要協(xié)調(diào) 配制培養(yǎng)基時(shí)須注意各種營養(yǎng)物質(zhì)的 39 和 40 在各種營養(yǎng) 物質(zhì)比例中 41 的比最重要 47 培養(yǎng)基 主要用于微生物的分離計(jì)數(shù) 48 培養(yǎng)基 主要用于 49 按化學(xué)成分 分 50 培養(yǎng)基 用化學(xué)成分已知的化學(xué)物質(zhì)配制 常用于 51 52 培養(yǎng)基 化學(xué)物質(zhì)不明確的天然物質(zhì) 常用于 53 54 培養(yǎng)基 在培養(yǎng)基中加入 55 以抑制不需 微生物生長 促進(jìn)所需微生物生長 如當(dāng)需要酵母菌和霉菌時(shí) 可在 培養(yǎng)基中加入 56 在培養(yǎng)基中加入高濃度食鹽可 抑制多數(shù)細(xì)菌生長 但不影響 57 的生長58 培養(yǎng)基 根據(jù)微生物代謝特點(diǎn) 在培養(yǎng)基中加入 59 配制而成 可用以 60 例如在培養(yǎng)基中加入

6、61 可用以鑒別乳制品或飲用水中大腸桿菌等細(xì)菌 如果有 則其代謝產(chǎn) 物就與該試劑結(jié)合 使菌落呈 62 色并 63 3 微生物的 代謝產(chǎn)物 初 級(jí) 代 謝 產(chǎn) 物 概念 微生物通過代謝活動(dòng)產(chǎn)生的 生長繁殖 1 必需 非 必需 的物質(zhì)舉 例 2 等 是否必需 初級(jí)代謝產(chǎn)物合成發(fā)生障礙 均 5 會(huì) 不 會(huì) 影響微生物正 常生命活動(dòng) 微生物 代謝的 調(diào)節(jié) 酶合成的調(diào) 節(jié) 酶活性的調(diào) 節(jié) 特點(diǎn) 微生物種類不同 初級(jí)代謝產(chǎn)物 3 基 本相同 不同 產(chǎn)生時(shí)期 4 微生物 代謝的 人工控 制 控制對象 改變微生物 27 控制 28 控制目的 最大限度地 33 控制方式 29 處理 選擇符合生產(chǎn)要求的菌種 或控

7、制發(fā)酵 條件 如 30 31 32 等 物質(zhì)比例中 41 的比最重要 微 生 物 的 代 謝 次 級(jí) 代 謝 產(chǎn) 物 概念 6 是否生長所必需 9 特點(diǎn) 微生物種類不同 其次級(jí)代謝產(chǎn)物 8 相同 不同 產(chǎn)生時(shí)期 生長到一定階段才產(chǎn)生 舉例 7 等 對象 組成酶 微生物細(xì)胞內(nèi) 10 的酶 它們的合成只受 11 控制 誘導(dǎo)酶 在 12 情況下才合成的酶 其合成受 13 控制結(jié)果 細(xì)胞內(nèi)酶的種類 14 意義 既保證了 15 又避免了 16 增強(qiáng) 了 17 對象 改變 18 來調(diào)節(jié)代謝速率 原理 19 與 20 結(jié)合 致 使 21 這種變化是 22 當(dāng) 23 時(shí) 酶結(jié)構(gòu)便會(huì)復(fù)原特點(diǎn) 24 25 意義

8、避免代謝產(chǎn)物 26 4 微生物群 體的生長 規(guī)律 生長曲線形成 將 1 接種到 2 的 3 培養(yǎng)基中 并置于 4 條件下 培養(yǎng) 定期 5 影響微 生物生 長的環(huán) 境因素 溫度 每種微生物只能在一定溫度范圍內(nèi)生長 絕大多數(shù)微生物最適生長溫度為 37 溫度過 高時(shí) 細(xì)胞內(nèi)的 38 和 39 會(huì)發(fā)生 40 氧 據(jù)對氧的需求狀況可分 43 44 包 括 45 型 及 46 等類型 產(chǎn)甲烷桿菌屬 47 類型 酵母菌屬 48 類型 pH 每種微生物最適 pH 不同 超過最適 pH 范圍后就會(huì)影響 41 及 42 等 從 而影響微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的吸收 微 生 物 的 生 長 生長曲 線 測定方法 一種是測

9、6 另一種是測 7 生長特點(diǎn) 細(xì)菌的生長速率不是 8 而是 9 概念 以 10 為橫坐標(biāo) 以 11 為 為縱坐標(biāo)作圖 便可得到 反映細(xì)菌生長規(guī)律的曲線 此即生長曲線 曲線組 成 調(diào)整期 成因 對新環(huán)境的 12 過程特點(diǎn) 一般不立即 13 代謝 14 體積 15 大量合成 16 時(shí)期長短因素 與 17 及 18 有關(guān) 對數(shù)期 成因 條件適宜 特點(diǎn) 進(jìn)入 19 階段 細(xì)胞數(shù) 目以 20 形 式增加 代謝 21 個(gè)體 22 穩(wěn)定應(yīng)用 常作為 23 和 24 的材料 穩(wěn)定期 成因 生存條件惡化 如 25 26 27 等特點(diǎn) 細(xì)菌分裂速度 28 培養(yǎng)基中新增加的細(xì) 胞數(shù) 29 多于 少于 約等于 死亡的

10、細(xì)胞數(shù) 此時(shí) 細(xì)菌數(shù)達(dá) 30 細(xì)胞內(nèi)大量積累代謝產(chǎn) 物特別是 31 代 謝產(chǎn)物 某些細(xì)菌會(huì)出現(xiàn) 32 應(yīng)用 改善和控制條件延長穩(wěn)定期 提高代謝產(chǎn)物產(chǎn)量 即 33 培養(yǎng)法 此法縮短了 34 提高了 35 并且便于 36 衰亡期 細(xì)胞死亡速率超過繁殖速率 最終導(dǎo)致培養(yǎng)基中活菌數(shù)目急劇下降 此時(shí)細(xì)胞會(huì)出現(xiàn)多種形態(tài)甚至畸形 有些細(xì)胞開始解體 釋放出代 謝產(chǎn)物等 5 培養(yǎng)基配制完成后 投放到發(fā)酵罐中 通入 8 的蒸汽進(jìn)行滅菌 冷卻 后在 9 條件下加入菌種 即為接種 應(yīng)用發(fā)酵 工程的生 產(chǎn)實(shí)例 谷氨酸 發(fā)酵 發(fā)酵工 程的應(yīng) 用 發(fā) 酵 工 程 簡 介 培養(yǎng)基 按物理性質(zhì)屬 3 培養(yǎng)基按化學(xué)成分屬 4 培

11、養(yǎng)基 培養(yǎng)基中除水 無機(jī)鹽外 碳源由 5 提供 氮源來自 6 生長因子為 7 發(fā)酵過程 氧氣供應(yīng)谷氨酸棒狀桿菌是 10 菌 因此發(fā)酵過程中要不斷 通入 11 并攪拌 攪拌的意義是 12 及 13 溫度 14 pH 15 時(shí)間 28 32 h 發(fā)酵工 程的概 念和內(nèi) 容 概念 采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段 利用 16 為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品或直 接把 17 應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的一種新技術(shù) 內(nèi)容 菌種的選育 方法為 18 19 及 20 其中 21 的方法獲得的微生物可生產(chǎn)出一般微生 物不能生產(chǎn)的產(chǎn)品培養(yǎng)基的配制 要根據(jù) 22 選擇原料配制培養(yǎng)基且配 方要經(jīng)過 27 后才能確定 滅菌 發(fā)酵過程中一旦污染雜菌將會(huì)

12、導(dǎo)致 24 甚至 25 因此 26 及 27 均需經(jīng)過嚴(yán)格滅菌擴(kuò)大培養(yǎng)和接種 要將選育出的優(yōu)良菌種經(jīng)過 28 達(dá) 一定數(shù)量后再進(jìn)行接種 29 這是發(fā)酵的中心階段 此過程中除需隨時(shí)取樣檢測外 還要即時(shí) 30 以滿足菌種的 31 同時(shí)要嚴(yán)格控制 32 與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件 這是因?yàn)榄h(huán)境條件的變化 不僅會(huì) 33 而且會(huì) 34 如谷氨酸發(fā)酵中 當(dāng) 35 時(shí)谷氨酸棒狀桿菌就會(huì)生成乙 酰谷氨酰胺 當(dāng) 36 時(shí) 生成的代謝產(chǎn)物就會(huì)是乳酸 或琥珀酸 其中 對溶氧的控制可通過 37 及 38 調(diào)節(jié) 對 pH 的控制可通過 39 及 40 調(diào)節(jié) 分離提純 發(fā)酵工程產(chǎn)品有兩類 既 41 和 42 如果產(chǎn)品是 43 可采

13、用過濾 沉淀等方法分離 如 果產(chǎn)品是 44 可 采用 45 等方法提取 分離提純后的 產(chǎn)品還要經(jīng)過 46 才 能成為正式產(chǎn)品 醫(yī)藥工業(yè)方面 生產(chǎn)人們使用最多的藥物即 47 及基因工程 藥品 食品工業(yè)方面 生產(chǎn) 48 發(fā)酵產(chǎn)品 酒精 醋等 生產(chǎn) 49 及微生物菌體 50 清單三 發(fā)酵工 程 常用谷氨酸產(chǎn)生菌 1 2 等 食品工業(yè)方面 生產(chǎn) 48 發(fā)酵產(chǎn)品 酒精 醋等 生產(chǎn) 49 及微生物 菌體 50 6 清單一 微生物的類群 1 肽聚糖 2 細(xì)胞膜 3 擬核 4 環(huán)狀 DNA 5 核糖體 6 抗藥性 7 固氮 8 抗生 素合成 9 芽孢 10 鞭毛 11 莢膜 12 二分裂 13 固體 14 大

14、小 形狀 光澤度 顏色 硬度 透明度 15 菌種鑒定 16 無鞭 毛的球菌 17 有鞭毛 18 核酸 19 衣殼 20 核 衣殼 21 囊膜 22 流行性感冒 23 病毒核 酸 24 病毒抗原特異性 25 一 26 DNA 或 RNA 27 貯藏病毒的全部遺傳 信息 28 病毒的一切性狀 29 形態(tài)結(jié)構(gòu) 30 致病性 31 宿主細(xì)胞 32 核酸 DNA 33 蛋白質(zhì)外殼 34 DNA 35 噬菌 體 DNA 36 宿主細(xì)胞 清單二 微生物的營養(yǎng) 1 碳 2 NaHCO 3 3 CO2 4 糖類 5 脂肪酸 6 花生粉餅 7 石油 8 糖類 9 葡 萄糖 10 細(xì)胞物質(zhì) 11 一些代謝產(chǎn)物 12

15、 主要能源 13 氮 14 分子態(tài)氮 15 氨 16 銨 鹽 17 硝酸鹽 18 尿素 19 牛肉膏 20 蛋白胨 21 銨鹽 22 硝酸鹽 23 合成蛋白質(zhì) 核酸及含氮的代謝產(chǎn)物 24 碳源 25 氮源 26 微量有機(jī)物 27 維生素 28 氨基酸 29 堿基 30 酶 31 核酸 32 酶 33 合成的 能力有限 34 酵母膏 35 蛋白胨 36 動(dòng)植物組織提取液 37 種類 38 培養(yǎng)目的 39 濃度 40 比例 41C 與 N 42 6 5 7 5 43 7 5 8 5 44 5 0 6 0 45 液 體 46 不需 47 固體 48 半固體 49 觀察微生物的運(yùn)動(dòng) 菌種鑒定等 50

16、合成 51 分類 鑒定 52 天然 53 工業(yè)生產(chǎn) 54 選擇 55 某種化 學(xué)物質(zhì) 56 青霉素 57 金黃色葡萄球菌 58 鑒別 59 某種指示劑或化學(xué)藥品 60 鑒別不同種類的微生物 61 伊紅和 美藍(lán) 62 深紫色 63 帶有金屬光澤 微生物的代謝 1 必需 2 氨基酸 核苷酸 多糖 維 生素 3 基本相同 4 全過程 5 會(huì) 6 微生物生長到一定階段才產(chǎn)生 對該微 生物無明顯生理功能或并非生長和繁殖所 必需的物質(zhì) 7 抗生素 毒素 激素 色素 8 不同 9 不是 10 一直存在 11 遺傳物質(zhì) 12 某種物 質(zhì)存在 13 遺傳物質(zhì)和外界物質(zhì) 14 增多 15 代謝需要 16 細(xì)胞內(nèi)物

17、質(zhì)和能量的浪費(fèi) 17 對環(huán) 境的適應(yīng)能力 18 酶的結(jié)構(gòu) 19 代謝 過程中產(chǎn)生的物質(zhì) 20 酶 21 酶的結(jié) 構(gòu)發(fā)生 22 可逆的 23 代謝產(chǎn)物與酶 脫離 24 快速 25 精細(xì) 26 大量 積累 27 遺傳特性 28 發(fā)酵條件 29 誘變 30 溫度 31 溶氧 32 pH 33 得到各種代謝產(chǎn)物 微生物的生長 1 少量的某種細(xì)菌 2 恒定容積 3 液體 4 適宜的 7 5 取樣測定培養(yǎng)基里的細(xì)菌群體的生長情 況 6 細(xì)菌的細(xì)胞數(shù)目 7 重量 8 始終 不變的 9 隨時(shí)間的推移發(fā)生了有規(guī)律的變化 10 時(shí)間 11 細(xì)菌數(shù)目的對數(shù) 12 一個(gè)短暫的調(diào)整 或適應(yīng) 13 開始分裂繁殖 14 活

18、躍 15 增長較 快 16 細(xì)胞分裂所需的酶類 ATP 以 及其他細(xì)胞成分 17 菌種 18 培養(yǎng)條 件 19 快速分裂 20 等比數(shù)列 21 旺盛 22 形態(tài) 生理 特性 23 生產(chǎn)用菌種 24 科研 25 營養(yǎng)物 質(zhì)的消耗 26 有害代謝產(chǎn)物的積累 27pH 的變化 28 下降 29 約等于 30 動(dòng)態(tài)平衡 31 次級(jí) 32 芽孢 33 連續(xù) 34 培 養(yǎng)周期 35 設(shè)備利用率 36 自動(dòng)化管理 37 25 37 38 蛋白質(zhì) 39 核酸 40 不可逆的破壞 41 酶的活性 42 細(xì)胞膜的穩(wěn)定性 43 好氧型 44 厭氧型 45 嚴(yán)格厭氧 46 兼性厭氧型 47 厭氧 48 兼性厭氧 清單

19、三 發(fā)酵工程 1 谷氨酸棒狀桿菌 2 黃色短桿菌 3 液體 4 天然 5 豆餅 玉米漿 6 尿素 7 生 物素 8 98kPa 9 無菌 10 好氧 11 無菌空氣 12 使空氣形成細(xì)小的氣 泡 迅速溶氧 14 30 37 15 7 8 16 微生物的某些特定功能 17 微生物 18 人工誘變 19 基因工程 20 細(xì)胞工程 21 基 因工程 22 培養(yǎng)基的配制原則 23 反復(fù)的試驗(yàn) 24 產(chǎn)量大大下降 25 得不到產(chǎn)品 26 培養(yǎng)基 27 發(fā)酵設(shè) 備 28 多次擴(kuò)大培養(yǎng) 29 發(fā)酵過程 30 添加必需的培養(yǎng)基組分 31 營養(yǎng)需要 32 溫度 pH 溶氧 通 氣量 33 影響菌種的生長繁殖 34 影響菌種 代謝產(chǎn)物的形成 35pH 呈酸性 36 溶氧不足 37 通 氣量 38 攪拌速度 39 加料裝置添加酸或堿調(diào)節(jié) 40 培養(yǎng) 基中添加 pH 緩沖液 41 代謝產(chǎn)物 42 菌體本身 43 菌體 44 代謝產(chǎn)物 45 蒸餾 萃取 離子交換 46 質(zhì)量檢 查合格 47 抗生素 48 傳統(tǒng) 49 各種 各樣的食品添加劑 50 單細(xì)胞蛋白