了得網研究生_益生菌培養與應用

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益生菌是能夠提高人、動物和植物健康水平的活菌、代謝產物與酶的總稱。關於人類微生物組特別是人體微生物群落結構與身心健康之間的關繫是國內外研發的熱點和前沿。本書從微生物的特性及益生菌的發展趨勢入手，詳細介紹了乳酸菌、芽孢杆菌、光合微生物和真菌四大類益生菌的生理生態特性、培養和應用，*後闡述益生菌對人類、動植物以及環境的作用和機理。
本書可以作為微生物學、生物技術、生物醫藥、食品科學、動物營養和動物養殖等相關專業的高年級大學生或研究生的課程教材，也可以作為企事業單位相關研發人員的參考書。

內容簡介

益生菌是能夠提高人、動物和植物健康水平的活菌、代謝產物與酶的總稱，關於人類微生物組特別是人體微生物群落結構與身心健康之間的關繫是國內外研究的熱點和前沿。本書從微生物的特性及益生菌的發展趨勢入手，詳細介紹乳酸菌、芽孢杆菌、光合微生物和真菌四大類益生菌的生理生態特性、培養及應用，*後闡述益生菌對人類、動植物以及環境的作用和作用機理。
本書可以作為微生物學、生物技術、生物醫藥、食品科學、動物營養和動物養殖等相關專業的高年級大學生或研究生的課程教材，也可以作為企事業單位相關研發人員的參考書。

第1章.緒.論 1
1.1.微生物及其特性 2
1.2.微生物的細胞形態和結構 3
1.3.微生物的生態 7
本章要點 12
習題 13
參考文獻 14
第2章.益生菌 15
2.1.益生菌概述 16
2.2.益生菌的研發歷程 16
2.3.益生菌種 19
2.4.益生菌 25
2.5.益生菌存在的問題與發展趨勢 27
本章要點 29第1章.緒.論 1
1.1.微生物及其特性 2
1.2.微生物的細胞形態和結構 3
1.3.微生物的生態 7
本章要點 12
習題 13
參考文獻 14
第2章.益生菌 15
2.1.益生菌概述 16
2.2.益生菌的研發歷程 16
2.3.益生菌種 19
2.4.益生菌 25
2.5.益生菌存在的問題與發展趨勢 27
本章要點 29
習題 30
參考文獻 31
第3章.乳酸菌 33
3.1.乳酸菌概述 34
3.1.1.乳酸菌的發現 34
3.1.2.乳酸菌的定義和分類方法 38
3.1.3.乳酸菌的分布 40
3.2.乳酸菌的生理特性 43
3.2.1.乳酸菌的營養 43
3.2.2.乳酸菌的代謝途徑 46
3.2.3.影響乳酸菌生長的因素 56
3.2.4.乳酸菌的分離和培養 59
3.2.5.乳酸菌的鋻定 66
3.3.乳酸菌微生態制劑發酵生產工藝 75
3.3.1.高密度培養 75
3.3.2.乳酸菌粉劑的制備 77
3.3.3.乳酸菌微膠囊的制備 78
3.4.乳酸菌在食品中的應用 81
3.4.1.乳酸菌在乳制品中的應用 81
3.4.2.乳酸菌在肉制品中的應用 84
3.4.3.乳酸菌在果蔬發酵中的應用 87
3.4.4.乳酸菌在釀造工業中的應用 88
3.4.5.乳酸菌在谷物制品中的應用 90
3.5.乳酸菌在畜禽養殖中的應用 92
3.6.乳酸菌在醫療保健中的應用 94
3.7.乳酸菌的其他應用 98
本章要點 101
習題 102
參考文獻 103
第4章.芽孢類益生菌 105
4.1.芽孢杆菌的由來與分類 107
4.1.1.芽孢杆菌屬的由來 107
4.1.2.芽孢杆菌的分類 107
4.2.芽孢杆菌的形態特征 110
4.2.1.芽孢杆菌的菌落形態 110
4.2.2.芽孢杆菌的細胞形態與結構 111
4.2.3.芽孢杆菌的芽孢形態 113
4.2.4.益生芽孢杆菌典型種的特征 119
4.3.芽孢杆菌的分離與鋻定 123
4.3.1.芽孢杆菌的來源 123
4.3.2.芽孢杆菌的生理生化特征分析 124
4.3.3.分子鋻定 128
4.4.芽孢杆菌的代謝與代謝產物 129
4.4.1.芽孢杆菌的代謝 129
4.4.2.芽孢杆菌的代謝產物 132
4.5.芽孢杆菌的生長特性及培養條件 139
4.5.1.芽孢杆菌的生長特性 139
4.5.2.芽孢杆菌的培養條件 140
4.6.枯草芽孢杆菌類微生態制劑生產工藝 144
4.6.1.菌種復壯和活化 144
4.6.2.種子制備 145
4.6.3.發酵工藝控制 146
4.6.4.生產中獲得較高芽孢率的措施 149
4.6.5.芽孢的萌發 151
4.6.6.芽孢杆菌活菌與芽孢計數方法 151
4.7.芽孢杆菌在畜禽養殖行業中的應用及機理 153
4.7.1.我國畜禽養殖業存在的問題 153
4.7.2.芽孢杆菌在畜禽養殖行業中的應用與效果 156
4.7.3.芽孢類微生態制劑的作用機理 160
4.8.芽孢杆菌在農業生產中的應用及機理 162
4.8.1.芽孢杆菌的生防應用 162
4.8.2.芽孢杆菌的生防機理形式 163
4.8.3.新型高效微生物肥料 164
4.9.芽孢杆菌在醫藥衛生、酶制劑及環境保護方面的應用 165
本章要點 169
習題 170
參考文獻 171
第5章.光合微生物 173
5.1.光合微生物簡介 174
5.1.1.微藻的分類與生態 174
5.1.2.光合細菌的分類與生態 175
5.2.光合微生物的典型菌種 177
5.2.1.微藻的典型菌種 177
5.2.2.光合細菌的典型菌種 181
5.3.光合微生物的生長與培養 184
5.3.1.光合微生物的生長特性 184
5.3.2.光合微生物的培養與環境條件 184
5.3.3.光合微生物的計數方法 186
5.4.光合微生物的作用機理與應用 187
5.4.1.光合微生物的作用機理 187
5.4.2.光合微生物的應用 192
本章要點 196
習題 197
參考文獻 198
第6章.真菌益生菌 201
6.1.酵母菌 203
6.1.1.酵母菌概述 203
6.1.2.酵母菌的培養特性和發酵工藝 210
6.1.3.酵母菌在人類生活中的應用 214
6.1.4.酵母菌在動物生產中的應用 217
6.1.5.酵母菌在其他方面的應用 223
6.2.其他類真菌益生菌 229
6.2.1.有益霉菌 229
6.2.2.蕈菌 231
本章要點 234
習題 235
參考文獻 236
第7章.益生菌對人類的作用及作用機理 241
7.1.人體微生物 242
7.2.益生菌與人老齡化 245
7.3.調節腸道微生態平衡，防治腹瀉和便秘 247
7.4.緩解乳糖不耐癥狀 251
7.5.防治陰道炎 252
7.6.改善睡眠、增強人體免疫力 253
7.7.防治骨質疏松和過敏 255
7.8.降低血清膽固醇、減肥 258
7.9.預防癌癥和抑制腫瘤生長 262
本章要點 264
習題 265
參考文獻 266
第8章.益生菌對動植物和環境的作用及作用機理 267
8.1.益生菌對植物的作用及作用機理 268
8.2.益生菌對動物的作用及作用機理 271
8.3.益生菌對養殖環境的作用及作用機理 279
本章要點 282
習題 283
參考文獻 284

前言

益生菌是一類對宿主有益的活性微生物，是定殖於人體腸道、生殖繫統內，能產生確切健康功效從而改善宿主微生態平衡、發揮有益作用的活性的微生物、代謝產物和酶的總稱。益生菌的研究屬於微生物生態學的範疇，涉及的內容主要包括微生物與其周圍生物與非生物環境之間的相互關繫和作用機理研究。在正常情況下，人體內微生物的種類可以達到1萬多種，總細胞數比人體細胞數還多10倍以上，其中細菌、真菌和寄生蟲至少有100萬億，病毒數量更可以達到驚人的1000 萬億以上。微生物幾乎無孔不入，它們遍布在人體的所有環境暴露表面，但主要定居於消化道內，其次是呼吸道、生殖泌尿道和體表等部位。人類腸道微生物以細菌為主，正常的腸道菌群能合成維生素，促進生長發育和物質代謝，提高免疫功能，因而是維持人體身心健康的必要因素，同時也是反映人體內環境是否穩定的一面鏡子。隨著科學技術的發展，以及人類生活水平的不斷提高，益生菌的醫療和保健功效也越來越受到科研和技術工作者的關注，對於益生菌的作用機理和重要性的研究也逐漸深入。同時，益生菌潛在的巨大經濟、社會和生態效益也使得其成為目前國內外研究的前沿和熱點。當今世界上功能強大的益生菌產品是各類微生物組成的復合活性益生菌，已經廣泛應用於生物醫藥、工農業、食品和生物健康等領域。益生菌是一類對宿主有益的活性微生物，是定殖於人體腸道、生殖繫統內，能產生確切健康功效從而改善宿主微生態平衡、發揮有益作用的活性的微生物、代謝產物和酶的總稱。益生菌的研究屬於微生物生態學的範疇，涉及的內容主要包括微生物與其周圍生物與非生物環境之間的相互關繫和作用機理研究。在正常情況下，人體內微生物的種類可以達到1萬多種，總細胞數比人體細胞數還多10倍以上，其中細菌、真菌和寄生蟲至少有100萬億，病毒數量更可以達到驚人的1000 萬億以上。微生物幾乎無孔不入，它們遍布在人體的所有環境暴露表面，但主要定居於消化道內，其次是呼吸道、生殖泌尿道和體表等部位。人類腸道微生物以細菌為主，正常的腸道菌群能合成維生素，促進生長發育和物質代謝，提高免疫功能，因而是維持人體身心健康的必要因素，同時也是反映人體內環境是否穩定的一面鏡子。隨著科學技術的發展，以及人類生活水平的不斷提高，益生菌的醫療和保健功效也越來越受到科研和技術工作者的關注，對於益生菌的作用機理和重要性的研究也逐漸深入。同時，益生菌潛在的巨大經濟、社會和生態效益也使得其成為目前國內外研究的前沿和熱點。當今世界上功能強大的益生菌產品是各類微生物組成的復合活性益生菌，已經廣泛應用於生物醫藥、工農業、食品和生物健康等領域。
人纔培養和技術人員培訓是益生菌研發領域的一項重要任務。目前，國內缺乏益生菌的培養和應用的教材，也鮮有專業開設益生菌的課程。於是，編者根據自己多年的微生物篩選、鋻定、培養和應用研究工作，結合國內外益生菌的研發趨勢，編著了本書，其目的是為對益生菌感興趣的高年級大學生、研究生提供一本比較繫統的教科書。企事業單位研發人員也可以將其作為參考書。本書主要面向具有一定微生物學基本知識的人員，首先簡單概述微生物的特性、細胞形態和結構，接著介紹益生菌的研發歷程、益生菌的關繫以及益生菌存在的問題和發展趨勢，然後重點闡述乳酸菌、芽孢杆菌、酵母菌和光合細菌等四類益生菌種的生理特性、作用機理、培養條件、生產工藝及應用領域，後介紹益生菌對人類、動植物和環境的作用及作用機理。
筆者主要負責第1、2、7、8章的撰寫，尹春華副教授編寫了第4章，劉曉璐副教授編寫了第6章，呂樂和許倩倩兩位工程師分別編寫了第3章和第5章。張海洋博士負責書稿的整理、編輯和校對工作。課題組內的研究生對書稿的圖片修改給予了無私的幫助，北京科技大學教務處對本書的編寫也給予了巨大支持，在此向他們表達誠摯的謝意！
益生菌的培養與應用是一個發展迅速的研究領域，知識領域在不斷拓寬，新的益生菌菌種也不斷湧現，很多概念和內容也在不斷更新，寫好這樣一部教材確實困難。由於編者知識水平和能力有限，書中錯誤之處在所難免，懇切希望得到廣大師生、同行和讀者的批評指正。
闫海
2018年7月

在線試讀

益生菌培養與應用

2

1.1 微生物及其特性

自荷蘭商人列文·虎克（Antonie van Leeuwenhoek，1632—1723）用自制
顯微鏡首次觀察到微生物（microorganisms）以來，人們對微生物的認識也就
300多年的歷史。作為一門獨立的微生物學科，遠比動物學和植物學晚得多，
隻有100多年的歷史。雖然微生物學科誕生與發展的時間短暫且經歷了艱難曲
折的歷程，但微生物作為地球上小的生命體，在有機物的生物降解尤其是人
類的生存發展和身心健康方面發揮著越來越巨大且不可替代的作用。

微生物是用肉眼難以看清的個體微小、結構簡單的低等生物（organisms too
small to be seen clearly by the unaided eye）的總稱，其範疇包括病毒（virus）、
細菌（bacteria）、真菌（fungi）、微藻（microalgae）和微型原生動物（protozoan）。
在1969年美國生物學家魏泰克（R.H.Whittaker，1924—1980）進行的原核生益生菌培養與應用

2

1.1 微生物及其特性

自荷蘭商人列文·虎克（Antonie van Leeuwenhoek，1632—1723）用自制
顯微鏡首次觀察到微生物（microorganisms）以來，人們對微生物的認識也就
300多年的歷史。作為一門獨立的微生物學科，遠比動物學和植物學晚得多，
隻有100多年的歷史。雖然微生物學科誕生與發展的時間短暫且經歷了艱難曲
折的歷程，但微生物作為地球上小的生命體，在有機物的生物降解尤其是人
類的生存發展和身心健康方面發揮著越來越巨大且不可替代的作用。

微生物是用肉眼難以看清的個體微小、結構簡單的低等生物（organisms too
small to be seen clearly by the unaided eye）的總稱，其範疇包括病毒（virus）、
細菌（bacteria）、真菌（fungi）、微藻（microalgae）和微型原生動物（protozoan）。
在1969年美國生物學家魏泰克（R.H.Whittaker，1924—1980）進行的原核生
物界（monera）、原生生物界（protista）、真菌界（fungi）、植物界（plantae）
和動物界（animalia）的生物5界劃分中，微生物占據了4界。另外，微生物
在1977年卡爾·沃斯（Carl Woese）依據16S rRNA序列差別提出的細菌域
（bacteria）、古生菌域（archaea）和真核生物域（eukarya）的生物3域中占據2
域多。

與動物和植物相比，微生物雖然個體微小，但具有如下基本特性：①個體
小、比表面積大。小的納米細菌隻有50 nm，的納米比亞硫珍珠菌也僅
有100~750 μm。②生長繁殖快。在條件適宜時細菌每20 min即可分裂一次，
生物量增加1倍，在細胞生物界有無以倫比的生長繁殖速度。③代謝轉化快。
500 kg公牛對食物的消化速率為0.5 kg/h，而500 kg 酵母利用有機物的速率卻
高達50000 kg/h，微生物的代謝強度是高等動物的成千上萬倍。④營養範圍廣。
微生物不僅可以代謝轉化蛋白質、脂肪、糖類和無機鹽，而且對於動植物難以
利用的物質如纖維素、石油和塑料及有毒有害有機物也能綜合利用，變廢為寶。

第1章緒論

3

⑤種類多，分布廣。微生物在自然界中的分布極廣泛，幾乎無處不在，無處不有，
上至幾萬米高空，下至幾千米深的海底，熱達100℃以上的溫泉，冷至–80℃的
極地，都可以找到它們的蹤跡。⑥容易培養。微生物對營養要求不高，農副產
品、有機廢棄物和有機廢水等都可以用來培養微生物。⑦容易變異。微生物突
變頻率雖不高，但因繁殖快、數量多，因而在短時間內可產生大量變異的後代，
擴大了其代謝範圍與能力。

1.2 微生物的細胞形態和結構

病毒（virus）是超顯微、沒有細胞結構、獨立於其宿主進化史的專性
活細胞內寄生的生物，其DNA或RNA基因組被其所編碼的蛋白質殼體化。病
毒在活細胞外具有一般化學大分子特征，而一旦進入宿主細胞又具有生命特征。
病毒的主要特點有：①無細胞結構，專性活細胞內寄生；②沒有酶或酶繫統極
不完全，不能進行獨立的代謝活動；③個體極微小，能通過0.22 μm細菌濾器；
④對抗生素不敏感，而對干擾素敏感。存在於細胞外的病毒毒粒主要表現為球
形（20面體）、杆狀和復雜形狀3種主要形態（圖1-1）。能夠侵染原核微生物
的病毒叫噬菌體，主要表現為復雜形態，其繁殖過程可分為吸附、侵入、脫殼、
核酸復制與生物大分子合成和裝配與裂解釋放5個階段。

病毒是一種非細胞生命形態，是由核酸分子（DNA或RNA）與蛋白質構
成的靠寄生生活的生命體。病毒的基本結構為核酸核心和蛋白衣殼，有些復雜
的病毒在衣殼的外面包裹著一層由脂類和多糖組成的包膜，有的包膜上還長有
刺突（圖1-2）。

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