掌握1、微生物的典型生长曲线及对生产的指导意义2、影响微(精)
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
1、概念 单批培养：按生长曲线描述的方式培养的方法。 连续培养：将新鲜培养基连续加入均匀搅拌的培养物中， 保持细胞浓度、比生长速率、培养环境不随时间变化，维持稳 定状态的培养过程。 2、连续培养方法 恒化器法
恒化培养与恒浊培养的比较
装置
控制对象 生长限 培养液 流速 制因子
生长速度
产物
应用范围
恒化器 培养液 流速
（四） 生产中的应用 1、发酵食品：酸奶、酸菜等 2、酸渍食品：如加入醋酸，增加食品风味。 3 、消毒防腐：如醋酸 , 可杀死沙门氏菌 , 大肠杆菌等。 条件：对人体无毒害，不影响食品的风味，加入食品 后的含量应不超过规定的标准。 举例： ①苯甲酸及其钠盐： pH2.5-4.5 抑菌作用强，果汁、 酸性饮料，含量应≤0.1％ ②山梨酸及其钾盐： pH＜6 对霉菌、酵母抑制强 , 用于 酸性食品防腐饮料。 ③ 丙酸以及其钙盐：酸性环境，抑制霉菌，含量 ≤0.32％。用于酸类、糖类、干酪。 ④ 脱氧醋酸及其钠盐：毒性低，广谱抑菌。用于浓 缩桔浆、清凉饮料 ⑤ 乳酸：抑制细菌，用于空气消毒。
呼吸强度、耗氧、酶活性、生物热等。
二、计数法
1、直接计数： (1)计死活总菌数：显微镜下计数 (2)死活菌分别计数： 酵母：美蓝染色，活细胞无色，死细胞蓝色 细菌：丫啶橙染色，活细胞有橙色荧光， 死细胞发绿色荧光。 2、间接计数法： 是一种活菌计数法 (1)平板菌落计数：好氧菌、厌氧菌均可（实验） 菌样稀释→与培养基混匀浇注平板→倒置培养→统计菌 落形 成单位cfu→乘以稀释倍数→菌样含菌数 用活菌指示剂TTC(2,3,5-氯化三苯基四氮唑)可使菌落在 短时间内形成玫瑰红色——快速鉴定 (2)膜滤器法
二、氧气
按照微生物与氧的关系，可分为： 专性好氧菌：氧分压0.2Pa(10ppm),呼吸产能 兼性厌氧菌：有氧无氧均可生长，有氧呼吸 产能， 无氧发酵或无氧呼吸产能
微 好 氧 菌 : 氧 分 压 0 . 0 1 - - 0 . 0 3 Pa（0.1— 1ppm）,呼吸产能
耐氧菌: 生长不需要氧，但分子氧无毒害。只 能发酵产能 厌氧菌 : 需无氧或基本无氧条件，发酵、无 氧呼吸、循环光磷酸化或甲烷发酵产能；氧剧毒
Industrial Fermentation Setting
第三节影响微生物生长的主要因素
一、温度
（一）微生物生长要有一定的温度范围 温度升高，细胞生化反应速率加快，每升高10℃加快1倍， 但温度升高，细胞内pr、酶和核酸可能受到不可逆的破坏 按微生物的生长速度划分→M温度三基点; 最低生长温度：指微生物能进行生长繁殖的最低温度界限。 微生物在此范围内尚能生长，但生长很慢，若低于此温度，则生 长受到抑制，甚至死亡。一般-10— -5℃，极端-30 ℃ 最高生长温度：指微生物能进行生长繁殖的最高温度界限。 微生物处于这个温度，尚能生长，但生长慢，若高于此温度，则 易于衰老和死亡。一般80-95℃，极端105-150℃ 最适生长温度：指微生物生长速率最高时的温度。 最适生长温度不等于积累代谢物最高时的培养温度。例：乳 酸链球菌的生长最适温度为34℃， 发酵产酸最快的温度为30℃ 青霉素发酵 P161
2、微生物按其生长温度范围分三大类群
低温型微生物:-10-30℃ ， 最适宜10-20℃，分布在地 球两极的水域和土壤，海洋或冷藏场所中。
嗜温型微生物:10-45℃，最适宜25-40℃，大多数微生物。
高温型微生物:25-80℃，最适宜50 ℃ 3、温度系数（Q10）：微生物生长速度与温度的关系，即温 度升高10℃前后微生物生长速度之比。 Q10=VT+10/VT （一般为1.5-2.5）
培养基pH变化的原因及调节
原因: 1.大多数M使培养基pH下降.如乳酸菌分解G产生乳酸
2、有些M使培养基pH上升.如尿素细菌水解尿素产生氨
过酸时： 加NaOH、Na2CO3等碱液中和 治标 过碱时： 过碱时：加H2SO4、HCl等酸液中和 pH调节 加适当氮源：加尿素、NaNO3、 NH4OH或蛋白质 提高通气量 加适当碳源：加糖、乳酸、醋酸、 柠檬酸或油脂等 过碱时 降低通气量
（二）低温对微生物的影响 1 、降低酶活性。大多数微生物活动降低、休 眠，甚至死亡。少数能正长。 ①细胞内水分转变为冰晶体 , 引起细胞明显 脱水,而不能存活。 ②细胞内形成的冰晶对微生物细胞产生机械 性的伤害。 注意 ①微生物不同，反应不同 ②冷冻速度不同，反应不同 ③冷冻和解冻交替，比一直冷冻更易死亡。 ④环境条件不同，反应不同：pH低、水分多， 死亡快；糖 、盐、蛋白质、脂肪含量高则死 亡慢。
Industrial Scale up
To transfer the pilot scale results into a commercially feasible production setting. Fermentor sizes range from 100 L to 500,000 L, depending on products.
恒浊器 菌液密度
有
恒定
低于最高生 不同生长速 实验室为主
长速度 度的菌体 大量菌体或 生产为主
无
不恒定
最高生长 速度
与菌体生长
平行的代谢 产物
Laboratory process development Shake Flask Experiments
Optimization of conditions for cell growth and product formation using shake flask experiments:
过酸时
治本
厌氧培养
p167
第四节微生物培养法
实验室培养法
1.固体培养法： 好氧： 厌氧：试管斜面，培养皿，琼脂平板 2.液态培养法：(1)试管液态培养（2）三角 瓶浅层液态培养 (3)摇瓶培养又称振荡培 养(4)台式发酵罐
二、单细胞微生物的典型生长曲线（见下）
定量描述液体培养基中M群体生长规律的实验曲线称为生长曲 线，M典型生长曲线4个阶段：
1、延滞期：指细胞数目没有增加。
(1)延滞期的特点：P153 5点 (2)影响延滞期的因素：种龄、接种量、培养基成分、培养条件 等。
单细胞微生物典型生长曲线
迟缓期 对数期 稳定期 衰亡期
厌氧菌细胞内缺乏(SOD), 大多数还缺乏过氧化氢酶， 剧毒的O2-.不能被歧化成毒性较低的H2O2 ，因此表现氧毒 害。
Enzymes that destroy toxic oxygen
(a) H2O2+H2O2
(b)
Catalase
过氧化氢酶 过氧化氢酶
2H2O+O2
2H2O+NAD+ H2O2 +O2
9
-1 lg细 胞 数 /个 .ml
8 7 6 5 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 生长时间( h )
活菌数
细菌生长曲线
2、对数期：细胞数目以几何级数增长的时期。 (1)对数期的特点： P154 3点 (2)描述对数期生长的几个参数 繁殖代数：n = lgx2 – lgx1 / lg2＝3.322(lgx2–lgx1) 生长速率常数：R = n / t2 – t1 代时：G = 1 / R = t2 – t1 / n (3)影响指数期微生物代时的因素 i ) 菌种 P155常见M代时 ii ) 营养成分 iii ) 营养物浓度： iv ) 培养温度
Agitation Cooling and heating Air inlet and outlet pH control Nutrient addition Inoculation Viewing port
A series of fermentors used for lab scale process development
Laboratory process development Lab scale fermentor Experiments
Batch
process Fed-batch process Continuous process Semi-continuous process
Fermentation process: Continuous process
Measuring antimicrobial activity
Minimum inhibitory concentration (MIC)
Agar diffusion method
Tube dilution technique
第二节 微生物的生长规律
一、微生物的个体生长与同步生长
1、个体生长：一个微生物从小到大的生长过程。 2、同步生长：某一群体中所有个体细胞尽可能都处于分裂步调 一致的生长状态。
(4)生产中的意义P155
ຫໍສະໝຸດ Baidu
3、稳定期：新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等。
(1)稳定期到来的原因: (2)稳定期的特点： (3)稳定期的重要性： (1)衰亡期特征： P157 (2)衰亡期出现的原因： P156 P156 P157 4点 3点 3点
4、衰亡期：微生物个体死亡速度超过新生速度。
(三)、微生物的连续培养
1. pH
2. Temperature 3. Dissolved oxygen (DO) 4. Substrate choice 5. Maximal and optimal substrate concentration 6. Others
Laboratory Process Development Fermentor Experiments
（三）低温用于食品保藏
低温保藏是食品贮藏中，品质下降最低的一种贮藏方法。
１、寒冷温度：（14-7℃） 嗜冷微生物能生长，但 生长比较慢 ，贮藏有效期比较短，贮藏果蔬食品。
２、冷藏温度：（7-0℃）（常用4-8℃） 嗜冷微生物能缓慢生长，多数病原菌不能生长 ，保 藏有效期较短，贮藏食品：肉、禽蛋、乳品、果蔬等。 ３、冻藏温度：低于0℃（常用-18℃） 几乎可以阻止所有微生物的生长，可进行长期贮藏，但由 于影响食品品质，所以食品工业中一般采取：
厌氧菌有氧毒害的机理
普遍存在于生物体内的超氧阴离子自由基（O2-.）， 因有奇数电子，性质极不稳定，化学反应力极强，可破 坏各种生物大分子和膜结构，对生物体及其有害。 好氧菌因有超氧化物歧化酶(SOD),剧毒的O2-.被歧化 成毒性较低的H2O2,在过氧化氢酶的作用下变成无毒的 H2O,多数耐氧菌能合成SOD,且有过氧化物酶,因此不受毒 害。
第七章 微生物的生长及其控制
掌握： 1、微生物的典型生长曲线及对生产的指导意义 2、影响微生物生长的主要因素及其机理 3、控制有害微生物生长的方法和原理 熟悉：微生物计数法、连续培养方法。 了解：厌氧培养技术。
第一节 测定生长繁殖的方法
生长、繁殖的概念 一、测生长量
1、直接法：测湿重、体积（沉降量）或干重 2、间接法 (1)比浊法:测菌悬液稀释液的透光值（OD值）。 (2)间接成分测定：测含氮量； 测C或P量； 测遗传物质量：DNA，RNA； (3)生理指标法：
H2O2+NADH+H+
Peroxidase
(c) O2-+O2-+2H+
Superoxide dismutase
过氧化氢歧化酶
(d) 4O2-+4H+ Catalase+Superoxide dismutase 2H2O +3O2
三、pH
（一）微生物生长的pH值范围
1、总体说，M生长2＜pH＜9,少数例外.绝大多数在5-9
2、每种M,有自己的生长pH三基点:最低、最适和最高pH值
大肠杆菌:最低pH4.3,最适pH6.0-8.0,最高pH9.5。
3、碱M:喜欢偏碱环境，多数细菌、放线菌 细菌：最适pH7.0-7.6 放线菌:7.5-8.5
4、嗜酸M：适合偏酸环境，多数真菌 和 酵母菌. 霉菌：最适pH 4.0-5.8 酵母菌： 3.8- 6.0 5、耐碱M：pH＞9可生活,如脱氮硫杆菌pH11 下可生活 6、耐酸M：pH＜4可生活，如氧化硫硫杆菌 pH1下可生活 （二）作用机理 1、pH值能影响细胞膜的电荷，从而影响营养 物质的吸收； 2、pH值能影响代谢过程中酶的活性，从而影 响M生命活动
恒化培养与恒浊培养的比较
装置
控制对象 生长限 培养液 流速 制因子
生长速度
产物
应用范围
恒化器 培养液 流速
（四） 生产中的应用 1、发酵食品：酸奶、酸菜等 2、酸渍食品：如加入醋酸，增加食品风味。 3 、消毒防腐：如醋酸 , 可杀死沙门氏菌 , 大肠杆菌等。 条件：对人体无毒害，不影响食品的风味，加入食品 后的含量应不超过规定的标准。 举例： ①苯甲酸及其钠盐： pH2.5-4.5 抑菌作用强，果汁、 酸性饮料，含量应≤0.1％ ②山梨酸及其钾盐： pH＜6 对霉菌、酵母抑制强 , 用于 酸性食品防腐饮料。 ③ 丙酸以及其钙盐：酸性环境，抑制霉菌，含量 ≤0.32％。用于酸类、糖类、干酪。 ④ 脱氧醋酸及其钠盐：毒性低，广谱抑菌。用于浓 缩桔浆、清凉饮料 ⑤ 乳酸：抑制细菌，用于空气消毒。
呼吸强度、耗氧、酶活性、生物热等。
二、计数法
1、直接计数： (1)计死活总菌数：显微镜下计数 (2)死活菌分别计数： 酵母：美蓝染色，活细胞无色，死细胞蓝色 细菌：丫啶橙染色，活细胞有橙色荧光， 死细胞发绿色荧光。 2、间接计数法： 是一种活菌计数法 (1)平板菌落计数：好氧菌、厌氧菌均可（实验） 菌样稀释→与培养基混匀浇注平板→倒置培养→统计菌 落形 成单位cfu→乘以稀释倍数→菌样含菌数 用活菌指示剂TTC(2,3,5-氯化三苯基四氮唑)可使菌落在 短时间内形成玫瑰红色——快速鉴定 (2)膜滤器法
二、氧气
按照微生物与氧的关系，可分为： 专性好氧菌：氧分压0.2Pa(10ppm),呼吸产能 兼性厌氧菌：有氧无氧均可生长，有氧呼吸 产能， 无氧发酵或无氧呼吸产能
微 好 氧 菌 : 氧 分 压 0 . 0 1 - - 0 . 0 3 Pa（0.1— 1ppm）,呼吸产能
耐氧菌: 生长不需要氧，但分子氧无毒害。只 能发酵产能 厌氧菌 : 需无氧或基本无氧条件，发酵、无 氧呼吸、循环光磷酸化或甲烷发酵产能；氧剧毒
Industrial Fermentation Setting
第三节影响微生物生长的主要因素
一、温度
（一）微生物生长要有一定的温度范围 温度升高，细胞生化反应速率加快，每升高10℃加快1倍， 但温度升高，细胞内pr、酶和核酸可能受到不可逆的破坏 按微生物的生长速度划分→M温度三基点; 最低生长温度：指微生物能进行生长繁殖的最低温度界限。 微生物在此范围内尚能生长，但生长很慢，若低于此温度，则生 长受到抑制，甚至死亡。一般-10— -5℃，极端-30 ℃ 最高生长温度：指微生物能进行生长繁殖的最高温度界限。 微生物处于这个温度，尚能生长，但生长慢，若高于此温度，则 易于衰老和死亡。一般80-95℃，极端105-150℃ 最适生长温度：指微生物生长速率最高时的温度。 最适生长温度不等于积累代谢物最高时的培养温度。例：乳 酸链球菌的生长最适温度为34℃， 发酵产酸最快的温度为30℃ 青霉素发酵 P161
2、微生物按其生长温度范围分三大类群
低温型微生物:-10-30℃ ， 最适宜10-20℃，分布在地 球两极的水域和土壤，海洋或冷藏场所中。
嗜温型微生物:10-45℃，最适宜25-40℃，大多数微生物。
高温型微生物:25-80℃，最适宜50 ℃ 3、温度系数（Q10）：微生物生长速度与温度的关系，即温 度升高10℃前后微生物生长速度之比。 Q10=VT+10/VT （一般为1.5-2.5）
培养基pH变化的原因及调节
原因: 1.大多数M使培养基pH下降.如乳酸菌分解G产生乳酸
2、有些M使培养基pH上升.如尿素细菌水解尿素产生氨
过酸时： 加NaOH、Na2CO3等碱液中和 治标 过碱时： 过碱时：加H2SO4、HCl等酸液中和 pH调节 加适当氮源：加尿素、NaNO3、 NH4OH或蛋白质 提高通气量 加适当碳源：加糖、乳酸、醋酸、 柠檬酸或油脂等 过碱时 降低通气量
（二）低温对微生物的影响 1 、降低酶活性。大多数微生物活动降低、休 眠，甚至死亡。少数能正长。 ①细胞内水分转变为冰晶体 , 引起细胞明显 脱水,而不能存活。 ②细胞内形成的冰晶对微生物细胞产生机械 性的伤害。 注意 ①微生物不同，反应不同 ②冷冻速度不同，反应不同 ③冷冻和解冻交替，比一直冷冻更易死亡。 ④环境条件不同，反应不同：pH低、水分多， 死亡快；糖 、盐、蛋白质、脂肪含量高则死 亡慢。
Industrial Scale up
To transfer the pilot scale results into a commercially feasible production setting. Fermentor sizes range from 100 L to 500,000 L, depending on products.
恒浊器 菌液密度
有
恒定
低于最高生 不同生长速 实验室为主
长速度 度的菌体 大量菌体或 生产为主
无
不恒定
最高生长 速度
与菌体生长
平行的代谢 产物
Laboratory process development Shake Flask Experiments
Optimization of conditions for cell growth and product formation using shake flask experiments:
过酸时
治本
厌氧培养
p167
第四节微生物培养法
实验室培养法
1.固体培养法： 好氧： 厌氧：试管斜面，培养皿，琼脂平板 2.液态培养法：(1)试管液态培养（2）三角 瓶浅层液态培养 (3)摇瓶培养又称振荡培 养(4)台式发酵罐
二、单细胞微生物的典型生长曲线（见下）
定量描述液体培养基中M群体生长规律的实验曲线称为生长曲 线，M典型生长曲线4个阶段：
1、延滞期：指细胞数目没有增加。
(1)延滞期的特点：P153 5点 (2)影响延滞期的因素：种龄、接种量、培养基成分、培养条件 等。
单细胞微生物典型生长曲线
迟缓期 对数期 稳定期 衰亡期
厌氧菌细胞内缺乏(SOD), 大多数还缺乏过氧化氢酶， 剧毒的O2-.不能被歧化成毒性较低的H2O2 ，因此表现氧毒 害。
Enzymes that destroy toxic oxygen
(a) H2O2+H2O2
(b)
Catalase
过氧化氢酶 过氧化氢酶
2H2O+O2
2H2O+NAD+ H2O2 +O2
9
-1 lg细 胞 数 /个 .ml
8 7 6 5 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 生长时间( h )
活菌数
细菌生长曲线
2、对数期：细胞数目以几何级数增长的时期。 (1)对数期的特点： P154 3点 (2)描述对数期生长的几个参数 繁殖代数：n = lgx2 – lgx1 / lg2＝3.322(lgx2–lgx1) 生长速率常数：R = n / t2 – t1 代时：G = 1 / R = t2 – t1 / n (3)影响指数期微生物代时的因素 i ) 菌种 P155常见M代时 ii ) 营养成分 iii ) 营养物浓度： iv ) 培养温度
Agitation Cooling and heating Air inlet and outlet pH control Nutrient addition Inoculation Viewing port
A series of fermentors used for lab scale process development
Laboratory process development Lab scale fermentor Experiments
Batch
process Fed-batch process Continuous process Semi-continuous process
Fermentation process: Continuous process
Measuring antimicrobial activity
Minimum inhibitory concentration (MIC)
Agar diffusion method
Tube dilution technique
第二节 微生物的生长规律
一、微生物的个体生长与同步生长
1、个体生长：一个微生物从小到大的生长过程。 2、同步生长：某一群体中所有个体细胞尽可能都处于分裂步调 一致的生长状态。
(4)生产中的意义P155
ຫໍສະໝຸດ Baidu
3、稳定期：新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等。
(1)稳定期到来的原因: (2)稳定期的特点： (3)稳定期的重要性： (1)衰亡期特征： P157 (2)衰亡期出现的原因： P156 P156 P157 4点 3点 3点
4、衰亡期：微生物个体死亡速度超过新生速度。
(三)、微生物的连续培养
1. pH
2. Temperature 3. Dissolved oxygen (DO) 4. Substrate choice 5. Maximal and optimal substrate concentration 6. Others
Laboratory Process Development Fermentor Experiments
（三）低温用于食品保藏
低温保藏是食品贮藏中，品质下降最低的一种贮藏方法。
１、寒冷温度：（14-7℃） 嗜冷微生物能生长，但 生长比较慢 ，贮藏有效期比较短，贮藏果蔬食品。
２、冷藏温度：（7-0℃）（常用4-8℃） 嗜冷微生物能缓慢生长，多数病原菌不能生长 ，保 藏有效期较短，贮藏食品：肉、禽蛋、乳品、果蔬等。 ３、冻藏温度：低于0℃（常用-18℃） 几乎可以阻止所有微生物的生长，可进行长期贮藏，但由 于影响食品品质，所以食品工业中一般采取：
厌氧菌有氧毒害的机理
普遍存在于生物体内的超氧阴离子自由基（O2-.）， 因有奇数电子，性质极不稳定，化学反应力极强，可破 坏各种生物大分子和膜结构，对生物体及其有害。 好氧菌因有超氧化物歧化酶(SOD),剧毒的O2-.被歧化 成毒性较低的H2O2,在过氧化氢酶的作用下变成无毒的 H2O,多数耐氧菌能合成SOD,且有过氧化物酶,因此不受毒 害。
第七章 微生物的生长及其控制
掌握： 1、微生物的典型生长曲线及对生产的指导意义 2、影响微生物生长的主要因素及其机理 3、控制有害微生物生长的方法和原理 熟悉：微生物计数法、连续培养方法。 了解：厌氧培养技术。
第一节 测定生长繁殖的方法
生长、繁殖的概念 一、测生长量
1、直接法：测湿重、体积（沉降量）或干重 2、间接法 (1)比浊法:测菌悬液稀释液的透光值（OD值）。 (2)间接成分测定：测含氮量； 测C或P量； 测遗传物质量：DNA，RNA； (3)生理指标法：
H2O2+NADH+H+
Peroxidase
(c) O2-+O2-+2H+
Superoxide dismutase
过氧化氢歧化酶
(d) 4O2-+4H+ Catalase+Superoxide dismutase 2H2O +3O2
三、pH
（一）微生物生长的pH值范围
1、总体说，M生长2＜pH＜9,少数例外.绝大多数在5-9
2、每种M,有自己的生长pH三基点:最低、最适和最高pH值
大肠杆菌:最低pH4.3,最适pH6.0-8.0,最高pH9.5。
3、碱M:喜欢偏碱环境，多数细菌、放线菌 细菌：最适pH7.0-7.6 放线菌:7.5-8.5
4、嗜酸M：适合偏酸环境，多数真菌 和 酵母菌. 霉菌：最适pH 4.0-5.8 酵母菌： 3.8- 6.0 5、耐碱M：pH＞9可生活,如脱氮硫杆菌pH11 下可生活 6、耐酸M：pH＜4可生活，如氧化硫硫杆菌 pH1下可生活 （二）作用机理 1、pH值能影响细胞膜的电荷，从而影响营养 物质的吸收； 2、pH值能影响代谢过程中酶的活性，从而影 响M生命活动