微生物生长及其控制00002.pptx
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1、第一节第一节 测定生长繁殖的方法测定生长繁殖的方法生长、繁殖的概念生长、繁殖的概念一、测生长量一、测生长量 1 1、直接法直接法:测湿重、体积(沉降量)或干重:测湿重、体积(沉降量)或干重2 2、间接法间接法(1)(1)比浊法比浊法:测菌悬液稀释液的透光值(测菌悬液稀释液的透光值(ODOD值)。值)。(2)(2)间接成分测定:测含氮量;间接成分测定:测含氮量;测测C C或或P P量;量;测遗传物质量:测遗传物质量:DNADNA,RNARNA;(3)(3)生理指标法:生理指标法:呼吸强度、耗氧、酶活性、生物热等。呼吸强度、耗氧、酶活性、生物热等。二、计数法二、计数法1 1、直接计数:、直接计数:
2、(1)(1)计死活总菌数计死活总菌数:显微镜下计数:显微镜下计数 (2)(2)死活菌分别计数死活菌分别计数:酵母:美蓝染色,活细胞无色,死细胞蓝色酵母: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,细菌:丫啶橙染色,活细胞有橙色荧光,死细胞发绿色荧光。死细胞发绿色荧光。2 2、间接计数法:、间接计数法:是一种是一种活菌计数法活菌计数法 (1)(1)平板菌落计数平板菌落计数:好氧菌、厌氧菌均可(实验):好氧菌、厌氧菌均可(实验)菌样稀释菌样稀释与培养基混匀浇注平板与培养基混匀浇注平板倒置培养倒置培养统计统计菌菌落形落形 成单位成单位cfucfu乘以稀释倍数乘以稀释倍数菌样
3、含菌数菌样含菌数 用活菌指示剂用活菌指示剂TTC(2,3,5-TTC(2,3,5-氯化三苯基四氮唑氯化三苯基四氮唑)可使菌落在可使菌落在短时间内形成玫瑰红色短时间内形成玫瑰红色快速鉴定快速鉴定 (2)(2)膜滤器法膜滤器法Measuring antimicrobial activityMinimum inhibitory concentration(MIC)Minimum inhibitory concentration(MIC)Tube dilution techniqueAgar diffusion method第二节第二节 微生物的生长规律微生物的生长规律一一、微生物的个体生长与同步生长
4、、微生物的个体生长与同步生长 1 1、个体生长:一个微生物从小到大的生长过程。、个体生长:一个微生物从小到大的生长过程。2 2、同步生长同步生长:某一群体中所有个体细胞尽可能都处于分裂步调: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。一致的生长状态。二、单细胞微生物的典型生长曲线(见下)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定量描述液体培养基中M M群体生长规律的实验曲线称为群体生长规律的实验曲线称为生长曲生长曲线,线,M M典型生长曲线典型生长曲线4 4个阶段:个阶段:1 1、延滞期:指细胞数目没有增加。延滞期:指细胞数目没有增加。(1)(1)延滞期的特点:
5、延滞期的特点:P153 5P153 5点点 (2)(2)影响延滞期的因素:种龄、接种量、培养基成分、培养条件影响延滞期的因素:种龄、接种量、培养基成分、培养条件等。等。细菌生长曲线细菌生长曲线迟缓期迟缓期 对数期对数期稳定期稳定期衰亡期衰亡期活菌数活菌数单细胞微生物典型生长曲线2 2、对数期:细胞数目以几何级数增长的时期。对数期:细胞数目以几何级数增长的时期。(1)(1)对数期的特点:对数期的特点:P154 3P154 3点点(2)(2)描述对数期生长的几个参数描述对数期生长的几个参数 繁殖代数繁殖代数:n=lgxn=lgx2 2 lgx lgx1 1/lg2/lg23.322(lgx3.32
6、2(lgx2 2lgxlgx1 1)生长速率常数生长速率常数:R=n/tR=n/t2 2 t t1 1 代时代时:G=1/R=tG=1/R=t2 2 t t1 1/n/n(3)(3)影响指数期微生物代时的因素影响指数期微生物代时的因素 i)i)菌种菌种 P155P155常见常见M M代时代时 ii)ii)营养成分营养成分 iii)iii)营养物浓度:营养物浓度:iv)iv)培养温度培养温度 (4)(4)生产中的意义生产中的意义P155P155 3 3 3 3、稳定期:稳定期:稳定期:稳定期:新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等。新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等。新繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等。新
7、繁殖的细胞数与衰亡的细胞数相等。(1)(1)稳定期到来的原因稳定期到来的原因:P156 4P156 4点点 (2)(2)稳定期的特点:稳定期的特点:P156 3P156 3点点 (3)(3)稳定期的重要性:稳定期的重要性:P157 3P157 3点点 4 4、衰亡期:微生物个体死亡速度超过新生速度。衰亡期:微生物个体死亡速度超过新生速度。(1)(1)衰亡期特征:衰亡期特征:P157P157(2)(2)衰亡期出现的原因:衰亡期出现的原因:(三三)、微生物的连续培养、微生物的连续培养 1 1、概念、概念 单批培养:按生长曲线描述的方式培养的方法。单批培养:按生长曲线描述的方式培养的方法。连续培养连
8、续培养:将新鲜培养基连续加入均匀搅拌的培养物中,: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。定状态的培养过程。2 2、连续培养方法、连续培养方法 恒化器法恒化器法 恒浊器法恒浊器法恒化培养与恒浊培养的比较恒化培养与恒浊培养的比较装置 控制对象 生长限制因子 培养液流速 生长速度 产物 应用范围 恒化器 培养液流速 有 恒定 低于最高生长速度 不同生长速度的菌体 实验室为主 恒浊器 菌液密度 无 不恒定 最高生长速度 大量菌体或与菌体生长平行的代谢产物 生产为主 Labor
9、atory process developmentLaboratory process developmentShake Flask ExperimentsShake Flask ExperimentsOptimization of conditions for cell growth and product formation using shake flask experiments:1.pH2.Temperature3.Dissolved oxygen(DO)4.Substrate choice5.Maximal and optimal substrate concentration6.
10、OthersLaboratory Process DevelopmentFermentor ExperimentslAgitationlCooling and heatinglAir inlet and outletlpH controllNutrient additionlInoculationlViewing portA series of fermentors used for lab scale process developmentLaboratory process developmentLab scale fermentor ExperimentslBatch processlF
11、ed-batch processlContinuous processlSemi-continuous processFermentation process:Continuous processIndustrial Scale uplTo transfer the pilot scale results into a commercially feasible production setting.lFermentor sizes range from 100 L to 500,000 L,depending on products.Industrial Fermentation Setti
12、ng第三节影响第三节影响M M生长的主要因素生长的主要因素一、温度一、温度(一)微生物生长要有一定的温度范围(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,每升高温度升高,细胞生化反应速率加快,每升高1010加快加快1 1倍,倍,但温度升高,细胞内但温度升高,细胞内prpr、酶和核酸可能受到不可逆的破坏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按微生物的生长速度划分MM温度三基点温度三基点;最低生长温度:指微生物能进行生长繁殖的最低温度界限。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,则生微生物在此范围内
13、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。一般长受到抑制,甚至死亡。一般-10-5-10-5,极端,极端-30-30 最高生长温度:指微生物能进行生长繁殖的最高温度界限。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。一般易于衰老和死亡。一般80-9580-95,极端,极端105-150105-150 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: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:乳最适
14、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酸链球菌的生长最适温度为3434,发酵产酸最快的温度为发酵产酸最快的温度为3030 青霉素发酵青霉素发酵 P161P1612、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)1、降低酶活性。大多数微生物活动降低、休
15、眠,甚至死亡。少数能正长。细胞内水分转变为冰晶体,引起细胞明显脱水,而不能存活。细胞内形成的冰晶对微生物细胞产生机械性的伤害。注意 微生物不同,反应不同 冷冻速度不同,反应不同 冷冻和解冻交替,比一直冷冻更易死亡。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。(二)低温对微生物的影响(三)低温用于食品保藏(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。低温保藏是食品贮藏中,品质下降最低的一种贮藏方法。、寒寒冷冷温温度度:(14-714-7)嗜嗜冷冷微微生生物物能能生生长长,但但生长比较慢生长比较慢 ,贮藏有效期比较短,贮藏果蔬食品。
16、,贮藏有效期比较短,贮藏果蔬食品。、冷藏温度冷藏温度:(:(7-07-0)(常用)(常用4-84-8)嗜嗜冷冷微微生生物物能能缓缓慢慢生生长长,多多数数病病原原菌菌不不能能生生长长 ,保保藏有效期较短,贮藏食品:肉、禽蛋、乳品、果蔬等。藏有效期较短,贮藏食品:肉、禽蛋、乳品、果蔬等。、冻藏温度冻藏温度:低于:低于00(常用(常用-18-18)几几乎乎可可以以阻阻止止所所有有微微生生物物的的生生长长,可可进进行行长长期期贮贮藏藏,但但由由于影响食品品质,所以食品工业中一般采取:于影响食品品质,所以食品工业中一般采取:二、氧气二、氧气 按照微生物与氧的关系,可分为:按照微生物与氧的关系,可分为:专
17、性好氧菌专性好氧菌:氧分压:氧分压0.20.2Pa(10ppm),Pa(10ppm),呼吸产能呼吸产能 兼兼性性厌厌氧氧菌菌:有有氧氧无无氧氧均均可可生生长长,有有氧氧呼呼吸吸产产能,能,无氧发酵或无氧呼吸产能无氧发酵或无氧呼吸产能 微微 好好 氧氧 菌菌:氧氧 分分 压压 0.01-0.030.01-0.03PaPa(0.10.11ppm1ppm),呼吸产能呼吸产能 耐耐氧氧菌菌:生生长长不不需需要要氧氧,但但分分子子氧氧无无毒毒害害。只只能发酵产能能发酵产能 厌厌氧氧菌菌:需需无无氧氧或或基基本本无无氧氧条条件件,发发酵酵、无无氧氧呼吸、循环光磷酸化或甲烷发酵产能;氧剧毒呼吸、循环光磷酸化
18、或甲烷发酵产能;氧剧毒 厌氧菌有氧毒害的机理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(普遍存在于生物体内的超氧阴离子自由基(O2-.O2-.),),因有奇数因有奇数电子电子,性质极不稳定,化学反应力极强,可破,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。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好氧菌因有超氧化物歧化酶(SOD),SOD),剧毒的剧毒的O2-.O2-.被歧化被歧化成毒性较低的成毒性较低的H2O2,H2O2,在过氧化氢酶的作用下变成无毒的在过氧化氢酶的作用下变成无毒的H2O,H2O,多数耐氧菌能合成多数
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