微生物工程工艺原理实验讲义

微生物工程工艺原理实验讲义一、实验课程概述微生物工程工艺原理实验是微生物工程专业的重要实践教学环节。通过本实验课程，学生将深入理解微生物工程的基本原理和工艺流程，掌握相关实验技能和操作方法，培养观察、分析和解决问题的能力，为今后从事微生物工程领域的科研、生产和技术管理工作奠定坚实的基础。

本实验课程涵盖了微生物培养、发酵过程监测与控制、产物提取与分析等多个方面的实验内容，旨在使学生在理论学习的基础上，通过实际操作获得更直观、更深入的认识和体验。

二、实验目的1.熟悉微生物工程的基本工艺流程和实验设备，掌握微生物培养、发酵、产物提取等关键操作技术。2.了解不同微生物的生长特性和发酵条件对产物合成的影响，学会通过实验优化发酵工艺参数。3.掌握发酵过程中各项参数的监测方法，如温度、pH、溶解氧、生物量等，并能运用所学知识对实验数据进行分析和处理。4.学会运用合适的方法提取和分析发酵产物，了解产物的性质和纯度检测方法。5.培养学生的团队协作精神、创新思维和严谨的科学态度，提高学生的实践动手能力和综合素质。

三、实验基本要求1.实验前必须认真预习实验教材，明确实验目的、原理、步骤和注意事项，写出预习报告。2.严格遵守实验室规章制度，听从教师指导，按照操作规程进行实验操作。爱护实验设备和仪器，节约实验材料和试剂。3.认真观察实验现象，如实记录实验数据，实验过程中要保持严谨的科学态度，不得随意篡改数据。实验结束后，及时整理实验数据，撰写实验报告。4.实验报告应包括实验目的、原理、材料与方法、实验结果、讨论与结论等内容。实验结果应清晰准确地呈现实验数据和图表，并对实验结果进行分析和讨论。结论部分应总结实验的主要收获和体会，对实验中存在的问题提出改进建议。5.实验结束后，清理实验台面，将实验仪器和设备归位，做好实验室卫生工作。

四、实验安全注意事项1.进入实验室必须穿戴实验服，佩戴防护眼镜，长发需束起。2.严格遵守实验室的各项安全操作规程，使用易燃、易爆、有毒有害试剂时要特别小心，避免发生火灾、爆炸和中毒事故。3.实验过程中产生的废弃物要按照规定分类收集，妥善处理，不得随意丢弃。4.实验室内严禁吸烟、饮食和打闹，保持实验室安静和整洁。5.如遇突发事故，应立即停止实验，采取相应的应急措施，并及时向教师报告。

五、实验内容与步骤

实验一：微生物的培养与观察1.实验目的掌握微生物接种、培养的基本操作技术。观察不同微生物的形态特征和生长现象。2.实验材料菌种：大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、酿酒酵母。培养基：牛肉膏蛋白胨培养基、麦芽汁培养基。仪器与设备：高压灭菌锅、培养箱、超净工作台、显微镜、接种环、酒精灯等。3.实验步骤培养基的制备按照配方配制牛肉膏蛋白胨培养基和麦芽汁培养基，调节pH至适宜范围。将培养基分装到三角瓶中，塞上棉塞，包扎好，进行高压灭菌（121℃，20min）。接种在超净工作台上，点燃酒精灯，用接种环蘸取少量菌种，在培养基斜面上划线接种。接种后，将三角瓶置于培养箱中，在适宜温度下培养。大肠杆菌和枯草芽孢杆菌培养温度为37℃，酿酒酵母培养温度为28℃。培养观察每天观察微生物的生长情况，记录生长现象，如菌落形态、颜色、大小等。培养一定时间后，取少量菌液制成涂片，经革兰氏染色后，在显微镜下观察微生物的形态结构。4.实验结果记录不同微生物在培养基上的生长现象，绘制菌落形态图。描述革兰氏染色后不同微生物的形态特征，如大肠杆菌为革兰氏阴性短杆菌，枯草芽孢杆菌为革兰氏阳性杆菌，酿酒酵母为圆形或椭圆形的单细胞真菌。5.讨论与结论分析不同微生物在不同培养基上的生长差异及其原因。讨论革兰氏染色结果在微生物分类鉴定中的意义。

实验二：发酵培养基的优化1.实验目的了解发酵培养基的组成及其对微生物生长和产物合成的影响。掌握通过单因素实验优化发酵培养基的方法。2.实验材料菌种：谷氨酸棒杆菌。基础培养基：葡萄糖、玉米浆、尿素、磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸亚铁等。实验因素：碳源（葡萄糖、蔗糖、淀粉）、氮源（尿素、硫酸铵、酵母粉）、无机盐（磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸亚铁）。仪器与设备：摇床、发酵罐、分光光度计、酸度计等。3.实验步骤单因素实验设计碳源对谷氨酸棒杆菌生长和产酸的影响：分别以葡萄糖、蔗糖、淀粉为唯一碳源，配制培养基，接种谷氨酸棒杆菌，在摇床上培养，测定不同时间的生物量和谷氨酸产量。氮源对谷氨酸棒杆菌生长和产酸的影响：分别以尿素、硫酸铵、酵母粉为唯一氮源，配制培养基，接种谷氨酸棒杆菌，在摇床上培养，测定不同时间的生物量和谷氨酸产量。无机盐对谷氨酸棒杆菌生长和产酸的影响：分别改变磷酸二氢钾、硫酸镁、硫酸亚铁的浓度，配制培养基，接种谷氨酸棒杆菌，在摇床上培养，测定不同时间的生物量和谷氨酸产量。实验操作按照设计好的培养基配方配制培养基，调节pH至适宜范围，分装到三角瓶中，进行高压灭菌。在超净工作台上，将活化好的谷氨酸棒杆菌接种到培养基中，置于摇床上，在适宜温度（30℃）、转速（180r/min）下培养。定期取样，测定生物量（采用分光光度计在600nm波长下测定吸光度）和谷氨酸产量（采用茚三酮比色法测定）。4.实验结果记录不同碳源、氮源、无机盐条件下谷氨酸棒杆菌的生长和产酸数据，绘制生长曲线和产酸曲线。比较不同因素对谷氨酸棒杆菌生长和产酸的影响，确定较优的发酵培养基组成。5.讨论与结论分析不同碳源、氮源、无机盐对谷氨酸棒杆菌生长和产酸的影响机制。根据实验结果，总结优化发酵培养基的方法和原则。

实验三：发酵过程参数的监测与控制1.实验目的掌握发酵过程中温度、pH、溶解氧等参数的监测方法。了解发酵过程的控制策略，学会运用简单的控制方法维持发酵过程的稳定。2.实验材料菌种：酿酒酵母。发酵培养基：葡萄糖、酵母膏、磷酸二氢钾、硫酸镁等。仪器与设备：发酵罐、温度传感器、pH电极、溶解氧电极、蠕动泵、加热棒、酸碱溶液等。3.实验步骤发酵罐的准备检查发酵罐的各部件是否正常，将发酵培养基装入发酵罐中，进行灭菌处理。安装温度传感器、pH电极、溶解氧电极，调试监测系统。接种与发酵在超净工作台上，将活化好的酿酒酵母接种到发酵罐中，开启搅拌器和通气装置，设置发酵温度为28℃。监测发酵过程中的温度、pH、溶解氧等参数，记录实验数据。控制实验温度控制：当发酵温度偏离设定值时，通过加热棒或冷却装置调节温度，使其保持在28℃。pH控制：当发酵液pH偏离设定值时，通过蠕动泵添加酸碱溶液调节pH，使其保持在适宜范围（5.06.0）。溶解氧控制：通过调节通气量维持发酵液中的溶解氧在一定水平（如58mg/L）。4.实验结果记录发酵过程中温度、pH、溶解氧等参数的变化情况，绘制参数变化曲线。观察发酵过程中酵母的生长和代谢情况，如泡沫产生、发酵液颜色变化等。5.讨论与结论分析发酵过程中各参数变化的原因及其对酵母生长和发酵的影响。讨论不同控制策略在维持发酵过程稳定方面的效果和优缺点。

实验四：发酵产物的提取与分析1.实验目的掌握发酵产物的提取方法和原理。学会运用合适的分析方法检测发酵产物的纯度和含量。2.实验材料发酵液：由酿酒酵母发酵葡萄糖产生的乙醇发酵液。试剂：无水乙醇、硫酸、重铬酸钾、氢氧化钠等。仪器与设备：蒸馏装置、气相色谱仪、酸度计、电子天平、容量瓶等。3.实验步骤发酵产物的提取将发酵液进行蒸馏，收集馏出液，得到粗乙醇产品。产物分析乙醇含量测定：采用重铬酸钾比色法测定乙醇含量。取一定体积的粗乙醇产品，加入适量的重铬酸钾溶液和硫酸，在沸水浴中加热反应一定时间，冷却后，用分光光度计在特定波长下测定吸光度，根据标准曲线计算乙醇含量。纯度检测：采用气相色谱仪分析粗乙醇产品的纯度，确定其中乙醇及其他杂质的含量。4.实验结果记录蒸馏得到的粗乙醇产品的体积和重铬酸钾比色法测定的乙醇含量。给出气相色谱分析结果，列出粗乙醇产品中各成分的含量。5.讨论与结论分析重铬酸钾比色法测定乙醇含量的原理和影响因素。讨论气相色谱法在发酵产物纯度检测中的应用和优势。

六、实验报告要求1.实验报告应包括以下内容：实验题目实验目的实验原理实验材料与方法：详细列出实验所用的菌种、培养基、仪器设备、实验步骤等。实验结果：如实记录实验过程中获得的数据、图表、实验现象等，并对结果进行简要描述。讨论与结论：对实验结果进行深入分析和讨论，解释实验现象和结果产生的原因，总结实验的主要收获和体会，得出实验结论。同时，对实验中存在的问题提出改进建议。2.实验报告应书写工整、语言通顺、逻辑清晰。图表应准确、规范，并附有相应的标题和说明。实验数据应进行合理的整理和分析，不得抄袭他人实验报告。

七、考核方式1.实验操作考核（40%）：考查学生在实验过程中的操作技能、实验规范和团队协作能力。2.实验报告考核（40%）：根据实验报