第1章 发酵工程——2022-2023学年高二生物下学期期末知识点精讲+训练学案+期末模拟卷

第1章 发酵工程

第1节 传统发酵技术的应用

[主干知识]

一、发酵与传统发酵技术

1．发酵：指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。

2．传统发酵技术

直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术一般称为传统发酵技术。

二、腐乳、泡菜、果酒和果醋的制作原理

1．腐乳的制作

(1)菌种：酵母、曲霉、毛霉等，起主要作用的是毛霉。

(2)发酵原理：豆腐中的蛋白质经毛霉等微生物发酵分解成小分子的肽和氨基酸。

2．泡菜的制作

(1)菌种：乳酸菌。

(2)发酵原理：乳酸菌在无氧的情况下，将葡萄糖分解成乳酸。反应式：

C6H12O62C3H6O3(乳酸)＋能量。

3．果酒的制作

(1)菌种：酵母菌。

(2)发酵原理：酵母菌在无氧条件下，进行酒精发酵，产生酒精。反应式：

C6H12O62C2H5OH(酒精)＋2CO2＋能量。

4．果醋的制作

(1)菌种：醋酸菌。

(2)发酵原理

①当O2、糖源都充足时，醋酸菌能将糖分解成乙酸。

反应式：C6H12O6＋2O22CH3COOH(乙酸)＋2H2O＋2CO2＋能量。

②当缺少糖源时，醋酸菌则将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸。反应式：

C2H5OH＋O2CH3COOH(乙酸)＋H2O＋能量。

三、制作泡菜、果酒和果醋的实验流程

1．制作泡菜的实验流程

2．制作果酒和果醋的实验流程

[易错辨析]

:

(1)传统发酵以混合菌种的液体发酵为主，通常是工厂式生产(×)

(2)制备泡菜时，盐水煮沸后可以立即使用(×)

(3)泡菜的制作前期需要通入氧气，后期应严格保持无氧条件(×)

(4)酵母菌是嗜温菌，所以果酒发酵所需的最适温度高于果醋发酵温度(×)

(5)为防止杂菌污染，要用无水乙醇擦拭发酵瓶(×)

(6)只有在糖源充足的情况下才能进行醋酸发酵(×)

(7)在利用葡萄发酵生产果酒的后期，加入醋酸菌即可产生醋酸(×)

 第2节 微生物的培养技术及应用

[主干知识]

一、培养基

1．概念：人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质。

2．种类(按物理性质分)

液体培养基固体培养基

3．营养构成：各种培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐，此外还要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及O2的需求。

二、无菌技术

获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染，无菌技术主要包括消毒和灭菌。二者的区别如下表所示。

三、微生物的纯培养

1．相关概念

(1)培养物：在微生物学中，将接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体称为培养物。

(2)纯培养物：由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为纯培养物。

(3)纯培养：获得纯培养物的过程就是纯培养。

2．酵母菌的纯培养

四、选择培养基

1．微生物筛选的原理：人为提供有利于目的菌生长的条件(包括营养、温度、pH等)，同时抑制或阻止其他微生物的生长。

2．选择培养基：在微生物学中，允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基。

五、微生物的选择培养

―→―→―→

六、微生物的数量测定

1．稀释涂布平板法

(1)原理：当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个单菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌。

(2)注意事项

①一般选择菌落数为30～300的平板进行计数。

②通常选用一定稀释范围的样品液进行培养，以保证获得菌落数为30～300、适于计数的平板。

③在同一稀释度下，应至少对个平板进行重复计数，然后求出平均值。

④统计的菌落数往往比活菌的实际数目。这是因为当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。因此，统计结果一般用菌落数而不是用活菌数来表示。

2．测定微生物数量的另一种常用方法：显微镜直接计数法。

七、土壤中分解尿素的细菌的分离与计数

1．原理

绝大多数微生物都能利用葡萄糖，但是只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素。利用以尿素作为唯一氮源的选择培养基，可以从土壤中分离出分解尿素的细菌。

2．实验设计

(1)土壤取样：铲去表层土，在距地表3～8 cm的土壤层取样。

(2)样品的稀释：测定土壤中细菌的数量，一般选用1×104、1×105和1×106倍稀释的稀释液进行平板培养。

(3)微生物的培养与观察：细菌一般在30～37 ℃的温度下培养1～2 d。每隔24 h统计一次菌落数目，选取菌落数目稳定时的记录作为结果。

  [易错辨析]

(1)所有的培养基中都要加入琼脂(×)

(2)微生物在液体培养基中生长可形成菌落(×)

(3)获得纯净微生物培养物的关键是防止杂菌污染(√)

(4)无菌操作的对象只要是没有生物活性的材料(如培养基、接种环等)都可采用湿热灭菌法进行灭菌(×)

(5)为了防止污染，接种环经火焰灭菌后应趁热快速挑取菌落(×)

(6)选择培养基可以鉴定某种微生物的种类(×)

(7)稀释涂布平板法既能分离细菌，也能对细菌进行计数(√)

(8)只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素(√)

(9)筛选分解尿素的细菌应以尿素作为培养基中的唯一氮源(√)

第3节　发酵工程及其应用

[主干知识]

一、发酵工程的概念

发酵工程是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。

二、发酵工程的基本环节

三、发酵工程的应用

1．在食品工业上的应用

(1)生产传统的发酵产品，如酱油和各种酒类。

(2)生产各种各样的食品添加剂，如柠檬酸和谷氨酸等。

(3)生产酶制剂，如α淀粉酶、β淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。

2．在医药工业上的应用

生产抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等。

3．在农牧业上的应用

(1)生产微生物肥料，如根瘤菌肥、固氮菌肥等。

(2)生产微生物农药，如苏云金杆菌、白僵菌、井冈霉素等。

(3)生产微生物饲料，如单细胞蛋白。

4．在其他方面的应用

(1)利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。

(2)嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。

[易错辨析]

(1)发酵是指利用微生物的生命活动来获得各种不同代谢产物的过程(×)

(2)发酵工程中，温度和pH的改变会影响微生物的代谢途径(√)

(3)单细胞蛋白就是从人工培养的微生物菌体中提取的蛋白质(×)

(4)发酵工程一般用半固体培养基(×)

本章重难点讲解

一、传统发酵技术中常用菌种的比较

二、果酒制作与果醋制作的比较

三、制作果酒和果醋的发酵装置分析

四、泡菜制作的注意事项

(1)泡菜坛的选择：应选择火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛。

(2)盐水按水盐质量比为4∶1配制，煮沸冷却后待用。煮沸有两大作用，一是除去水中的氧气，二是杀灭盐水中的细菌。

(3)材料装至八成满时，再加入盐水至没过全部菜料，盖好坛盖。

(4)封坛时，坛盖边沿的水槽中要注满水，严格密封，以保证乳酸菌发酵所需的无氧环境，并注意在发酵过程中经常补水。

(5)注意控制温度、食盐水浓度和发酵时间。温度过高，食盐水浓度低于10%，腌制时间过短，会造成其他细菌大量繁殖，亚硝酸盐含量升高。一般亚硝酸盐含量在泡菜腌制10 d后开始下降。食盐水浓度过高，会使泡菜口味不佳，甚至影响乳酸菌的发酵。

五、果酒和果醋制作成功的关键

六、泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化

七、培养基配制的原则

(1)目的要明确：配制时应根据微生物的种类、培养目的等确定配制的培养基种类。

(2)营养要协调：营养物质的浓度和比例要适宜。营养物质浓度过低不能满足微生物营养需要，过高对微生物的生长有抑制作用。

(3)pH要适宜：各种微生物适宜生长的pH范围不同，如细菌的适宜pH为6.5～7.5、放线菌的适宜pH为7.5～8.5、真菌的适宜pH为5.0～6.0。为维持pH的相对恒定，可在培养基中加入缓冲剂，常用的缓冲剂是磷酸氢二钾磷酸二氢钾。

八、培养基的成分

九、动物、微生物和绿色植物所需营养物质的比较

十、几种常用灭菌和消毒方法的比较

十一、倒平板操作的注意事项

(1)培养基要冷却到50 ℃左右时开始倒平板。温度过高会烫手，过低培养基又会凝固。

(2)要使锥形瓶的瓶口通过酒精灯火焰。通过灼烧灭菌，防止瓶口的微生物污染培养基。

(3)倒平板时，要用左手的拇指和食指将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙，不要完全打开，以免杂菌污染培养基。

(4)平板冷凝后，要将平板倒置。因为平板冷凝后，皿盖上会凝结水珠，培养基表面的温度也较高，平板倒置后，既可避免培养基表面的水分更快地挥发，又可防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。

(5)在倒平板的过程中，如果不小心将培养基溅在皿盖与皿底之间的部位，那么这个平板不能用来培养微生物，因为空气中的微生物可能在皿盖与皿底之间的培养基上滋生。

(6)整个操作过程要在酒精灯火焰旁进行，避免杂菌污染。

十二、平板划线操作的注意事项

(1)灼烧接种环，待其冷却后才能伸入菌液，以免温度太高杀死菌种。

(2)第二次及其以后的划线操作总是从上一次划线末端开始，能使微生物的数目随着划线次数的增加而逐渐减少，最终得到由单个菌种繁殖而来的菌落。

(3)划线时最后一区不要与第一区相连。

(4)划线用力大小要适当，防止用力过大将培养基划破。

(5)操作第一步即取菌种之前及每次划线之前都需要进行火焰灼烧灭菌，划线操作结束时，仍需灼烧接种环，每次灼烧的目的如下表：

十三、选择培养基与鉴别培养基

十四、平板划线法和稀释涂布平板法的区别

十五、两种微生物计数方法的比较

十六、分离尿素分解菌操作中的注意事项

(1)在实验操作中，每个步骤都要注意无菌操作，以防培养基被污染，影响实验效果。

(2)样品稀释液的最佳浓度为获得每个平板上最终有30～300个菌落，细菌一般为104、105、106倍的稀释液，放线菌一般为103、104、105倍的稀释液，真菌一般为102、103、104倍的稀释液。

(3)为排除非测试因素(培养基)的干扰，实验需设置牛肉膏蛋白胨培养基进行空白对照。

(4)每一稀释倍数的菌液都至少要涂布3个平板，作为实验重复，求其平均值，若其中有菌落数与其他实验差距悬殊的，需要对该平板进行重新制作。

(5)注意培养时间和温度，获取准确的菌落数。细菌：30～37 ℃，培养1～2 d；放线菌：25～28 ℃，培养5～7 d；霉菌(真菌)：一般在25～28 ℃，培养3～4 d。

(6)微生物的菌落特征包括菌落的形状、大小、隆起程度和颜色等。仔细观察分离到的菌落，记录它们的特征。

十七、结果分析与评价