【3年高考2年模拟】2016届高三生物一轮课件：第31讲《传统发酵技术与微生物的应用》

1、知识一传统发酵技术一、果酒和果醋的制作1.制作原理与条件知识梳理知识梳理 果酒制作果醋制作菌种 酵母 菌 醋酸 菌原理无氧呼吸产生 酒精 (1)O2、糖源充足:糖 醋酸 (2)有O2、无糖:乙醇 乙醛 醋酸温度酒精发酵 1825 最适为 3035 空气前期: 需 氧后期: 不需 氧需充足的氧气时间1012 d78 d2.制作流程3.葡萄酒呈现深红色的原因是 红葡萄皮的色素进入发酵液 。4.现在工厂生产果酒,为提高果酒的品质,更好地抑制其他微生物的生长,采取的措施是直接在果汁中加入 人工培养 的酵母菌。二、腐乳的制作1.菌种:主要是 毛霉 。2.原理(1)蛋白质肽、氨基酸;(2)脂肪甘油+脂肪酸

2、3.腐乳的制作流程三、泡菜的腌制和亚硝酸盐的测定1.作用菌类: 假丝酵母和乳酸菌 。2.原料:白菜、洋白菜等。3.原理:假丝酵母和乳酸菌将糖转化成 乳酸 和醇类。4.制作步骤5.亚硝酸盐含量的测定(1)亚硝酸盐的产生:由 假丝酵母 产生。(2)亚硝酸盐的危害: 可转变成致癌物亚硝胺 。(3)亚硝酸盐含量测定:在盐酸酸化条件下,亚硝酸盐与 对氨基苯磺酸 发生重氮化反应后,与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合形成 玫瑰红色 产物,将显色反应后的样品与已知浓度的标准显色液进行目测比较,大致估算出泡菜中亚硝酸盐的含量。1.生物技术在食品加工中的应用十分广泛,如果酒、果醋、腐乳、泡菜的制作就是生活中常见的例子

3、。下图是果酒制果醋的发酵装置,分析回答下列问题:(1)果酒制作中的原材料通常是葡萄,但对葡萄不能进行反复冲洗,其原因是 。(2)在图乙中遗漏了一个装置,请以文字加以补充。(3)如果将该装置改为酒精的发酵装置,则温度应该控制在 。此时装置需要修改的地方是 。果酒制果醋的反应式为: 。(4)在果醋发酵过程中,用 检测是否有醋酸生成。答案 (1)葡萄上存在酵母菌,反复冲洗,会洗去大量的酵母菌,不利于酒精发酵(2)缺少一个排气口,应补上一个排气口装置,并连上一根长而弯曲的管子(3)1825 不需要通入空气C2H5OH+O2CH3COOH+H2O(4)pH试纸解析 (1)果酒通常是以葡萄为原料,通过酵母

4、菌发酵获得的,而酵母菌主要存在于果实的表面,所以不能对葡萄进行反复冲洗。(2)乙装置没有排气管道,所以应添加排气口,并连上一根长而弯曲的管子。(3)酵母菌产生酒精需进行无氧呼吸,所以生产酒精不需通入空气。20 左右最适合酵母菌繁殖,所以酒精发酵时一般将温度控制在1825 。(4)用pH试纸检测装置中培养液的pH,以检测是否有醋酸生成。2.腊肉、腌白菜、腐乳等是家庭中常见的一些腌制品,其味道鲜美,便于保存。请联系生活实际,回答下列问题:(1)腊肉和腌白菜能保存较长时间而不腐败,原因是 。(2)腐乳制作的原理是 。(3)制作腐乳的卤汤中通常要加入料酒、黄酒等,含量一般控制在12%左右,其目的是 。

5、(4)腌白菜味道鲜美,但最好是等腌制好后再食用,若过早食用会影响人体健康,请分析原因。答案 (1)腌制液盐浓度过高,微生物因失水而不能生存(2)毛霉等微生物产生的蛋白酶将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸;脂肪酶将脂肪水解为甘油和脂肪酸(3)抑制微生物的生长,同时使腐乳具有独特的香味(4)未腌制成熟的白菜中,亚硝酸盐等物质的含量过高,食用后可能会影响人体健康。解析 (1)由于腌制液盐浓度过高,微生物失水死亡,所以腊肉和腌白菜能保存比较长的时间。(2)腐乳的制作原理是毛霉等微生物产生的蛋白酶将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸,脂肪酶将脂肪分解成甘油和脂肪酸。(3)制作腐乳的卤汤中加入料

6、酒、黄酒的目的是抑制微生物的生长,同时能使腐乳具有独特的香味。(4)白菜腌制的过程中,由于微生物的作用,会产生硝酸盐和亚硝酸盐等物质,未腌制成熟的白菜中,亚硝酸盐等物质含量高,食用后可能会影响人体健康。知识二微生物的培养与应用知识二微生物的培养与应用一、微生物的实验室培养1.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)营养构成:水、 无机盐 、 碳 源、 氮 源和生长因子。(3)类型:根据物理性质可分为固体培养基、半固体培养基和 液体培养基 ;根据功能可分为选择培养基和 鉴别 培养基。(4)制备步骤:计算称量溶化灭菌倒平板。2.无菌技术(连线

7、)注意:(1)消毒仅杀死物体表面或内部的部分微生物。(2)灭菌可以杀死物体内外所有的微生物,包括芽孢和孢子。二、大肠杆菌的纯化培养1.纯化大肠杆菌,其关键的步骤是 接种 。2.纯化培养原理:在培养基上得到由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的 菌落 ,即可获得较纯的菌种。3.纯化培养方法:平板划线法和稀释涂布平板法。(1)平板划线法:通过接种环在琼脂固体培养基表面连续划线 的操作,将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。(2)稀释涂布平板法:将菌液进行一系列的 梯度稀释 ,然后将不同稀释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面。三、纤维素分解菌的分离1.纤维素酶(1)组成:纤维素分解菌可产生 纤维素酶

8、,纤维素酶是一种复合酶,它包括C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶。(2)作用:纤维素 纤维二糖 葡萄糖2.纤维素分解菌的分离(1)方法: 刚果红染色法 。(2)原理 红色复合物 红色消失、出现 透明圈 。(3)标志:使用以纤维素为唯一碳源的选择培养基,根据 是否产生透明圈 来筛选纤维素分解菌。(4)操作流程土壤取样:富含 纤维素 的环境选择培养:用 选择培养基 培养,以增加纤维素分解菌的数量刚果红纤维素 梯度稀释 涂布平板:将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上挑选产生透明圈的菌落:产生 纤维素酶 的菌落周围出现透明圈项目详细内容实验原理(1)能合成 脲酶 的细菌才能分解尿素(2)配制以 尿素 为唯一

9、氮源的培养基,能够生长的细菌就是能分解尿素的细菌数量统计(1) 直接计数 法(显微镜下用特定细菌计数板或血细胞计数板)(2)间接计数法: 稀释涂布平板法 实验流程土壤取样配制土壤溶液和制备培养基系列稀释涂布平板与培养菌落计数四、土壤中分解尿素的细菌的分离1.如图甲、乙是微生物接种常用的两种方法,请回答相关问题:(1)图甲是利用 法进行微生物接种,图乙是利用 法进行微生物接种。这两种方法所用的接种工具分别是 和 ;对这两种接种工具进行灭菌和消毒的方法依次是 和酒精消毒。(2)接种操作为什么一定要在酒精灯火焰附近进行? 。(3)接种后,在固体培养基上培养细菌时为什么进行倒置培养? 。(4)如图是采

10、用上述接种方法接种后培养的效果图解,其接种方法是 (填图甲或图乙)。答案 (1)平板划线稀释涂布平板接种环涂布器灼烧灭菌(2)火焰附近存在着无菌区域(3)避免培养过程产生的水分影响微生物的生长(4)图乙解析图甲和图乙分别表示平板划线法和稀释涂布平板法,这两种方法所用的接种工具分别是接种环和涂布器。由于在酒精灯火焰附近存在着无菌区域,因此接种常在酒精灯火焰附近进行。在微生物培养过程中会产生水,对微生物的生长造成影响,故在固体培养基上培养细菌时需要倒置培养。2.有些微生物能合成纤维素酶。研究人员用化合物A、硝酸盐、磷酸盐以及微量元素配制的培养基,成功地筛选出能产生纤维素酶的微生物。分析回答下列问题

11、。(1)培养基中加入的化合物A是 ,为微生物的生长提供 ,这种培养基属于 培养基。(2)为了筛选出能产生纤维素酶的微生物,向培养基中加入 。(3)在筛选出能产生纤维素酶的微生物之前,可用液体培养基进行培养,增加微生物的浓度。若要获得纯净的菌株,常采用平板划线的方法进行接种,此过程所用的接种工具是 ,操作时采用 灭菌的方法,还可用 法操作。(4)实验结束后,使用过的培养基经过灭菌处理才能倒掉,这样做的目的是 。答案 (1)纤维素碳源选择(2)刚果红(3)接种环灼烧稀释涂布平板(4)防止造成环境污染解析 (1)纤维素酶是一种复合酶,一般认为它至少包括三种组分,即C1酶、CX酶和葡萄糖苷酶,前两种酶

12、使纤维素分解成纤维二糖,第三种酶将纤维二糖分解成葡萄糖。在这三种酶的协同作用下,纤维素最终被水解成葡萄糖,为微生物的生长提供营养,同样,也可以为人类所利用。要筛选出能产生纤维素酶的微生物,应用选择培养基,在培养基中加入纤维素作为唯一的碳源,能在此培养基中存活的微生物就是能产生纤维素酶的微生物。(2)刚果红可以和像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物,而不与水解后的纤维二糖和葡萄糖发生这种反应。纤维素分解菌能产生纤维素酶分解纤维素,从而使菌落周围形成透明圈。(3)获得纯净的菌株的两种方法为平板划线法和稀释涂布平板法。(4)实验结束后,使用过的培养基经过灭菌处理才能倒掉,这样可避免微生物对环境造成污

13、染。3.纤维素分解菌能够产生纤维素酶分解纤维素。回答下列问题:(1)在筛选纤维素分解菌的过程中,通常用 染色法,这种方法能够通过颜色反应直接对纤维素分解菌进行筛选。(2)乙同学打算从牛胃中分离纤维素分解菌并计数,与分离醋酸菌相比,进行培养时除了营养不同外,最主要的实验条件差别是 ,该同学采用活菌计数法统计的菌落数目往往比活菌的实际数目 。(3)丙同学在提取和分离纤维素酶的过程中,为了防止外界酸和碱对酶活性的影响,采取的措施是向提取液和分离液中添加 ;若探究纤维素酶活性的最适温度,如何设置对照? 。答案 (1)刚果红(2)保证无氧环境小(低)(3)缓冲溶液设置不同的温度梯度进行相互对照解析 (1

14、)利用刚果红染色法来筛选纤维素分解菌,刚果红能与培养基中的纤维素形成红色复合物。当培养基中的纤维素被纤维素酶分解后,刚果红纤维素的复合物就无法形成,培养基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈。(2)牛胃内是无氧环境,故应在无氧环境下分离牛胃中的纤维素分解菌。相距很近的细菌可以形成一个菌落,故菌落数比活菌数少。(3)在提取液和分离液中添加缓冲溶液可保证提取液和分离液的pH不受干扰。探究某种酶活性的最适温度应设置不同的温度梯度进行相互对照。突破一传统发酵技术突破一传统发酵技术1.果酒和果醋发酵装置的设计思路(1)因酵母菌的繁殖需要空气,醋酸菌是好氧菌,所以在果酒制作的前期和果醋制作的整个过程中都需

15、氧。因酵母菌产生酒精是在无氧条件下,应控制充入氧的量,故应在充气口设置开关。(2)由于在发酵过程中都产生CO2 ,因此又需设排气口;为防止空气中微生物的污染,排气口应连接一个长而弯曲的胶管。重难突破重难突破(3)因要对发酵的情况进行及时监测,应设置出料口便于取料。(4)果酒和果醋的发酵装置及各个部件的作用装置图结构或操作目的充气口醋酸发酵时连接充气泵,输入无菌空气; 制酒时关闭充气口排气口用来排出CO2长而弯曲的胶管防止空气中微生物的污染出料口便于取料,及时监测发酵进行的情况2.影响腐乳品质的因素(1)盐a.浓度过低,不足以抑制微生物生长,豆腐易腐败变质。b.浓度过高,会影响腐乳口味。(2)酒

16、的含量:一般控制在12%左右。(3)香辛料:具调味、杀菌作用。(4)温度:1518 。3.泡菜制作的注意事项(1)材料的选择及用量蔬菜应新鲜,若放置时间过长,蔬菜中的硝酸盐易被还原成亚硝酸盐。清水和盐的质量比为4 1,盐水要煮沸后冷却待用。盐水煮沸有两大作用,一是除去水中的氧气,二是杀灭盐水中的其他细菌。(2)防止杂菌污染:每次取样用具要洗净,取样后要迅速封口。(3)氧气需求泡菜坛要选择透气性差的容器,以创造无氧环境,有利于乳酸菌发酵,防止蔬菜腐烂。坛盖边沿的水槽中要注满水,以保证乳酸菌发酵所需的无氧环境,并注意在发酵过程中要经常补充坛盖边沿水槽中的水。(4)温度:发酵过程控制在室温即可,最好

17、在2636 。温度过高,则易滋生杂菌;温度过低,则发酵时间延长。典例1如图简单表示葡萄酒的酿制过程,请据图分析:(1)葡萄酒的酿制原理是:先通气使酵母菌进行 ,以增加酵母菌的数量,然后使酵母菌 获得葡萄酒。(2)随着发酵过程的加深,液体密度会逐渐变低(可用密度计测量)。其原因是 。(3)在甲中进行搅拌的目的是 ,丙中一段时间后,揭开盖子是否能够产生果醋? 。(填“能”或“不能”)(4)苹果醋是最受欢迎的饮料之一,其生产过程中利用了 的发酵作用。在传统发酵技术中,果醋制作往往在果酒制作的基础上进行,其相关的反应式为: 。解析 (1)酵母菌为一种兼性厌氧真菌,在有氧情况下可进行有氧呼吸,无氧时则进

18、行酒精发酵。(2)由于发酵时糖被消耗,产生酒精和CO2,而酒精的密度比糖和水低,这是液体密度降低的原因。(3)搅拌可增加甲内溶氧量,酵母菌有氧呼吸需要氧。揭盖后氧气充足,丙中酒精可在醋酸菌作用下被氧化生成醋酸。(4)果醋制作过程中,起作用的微生物主要是醋酸菌。答案 (1)有氧呼吸发酵(2)由于发酵时糖被消耗,产生了酒精和CO2,而酒精密度比糖和水低(3)增加溶氧量能(4)醋酸菌C2H5OH+O2CH3COOH+H2O1-1从古至今,酒就与人类生活息息相关。请回答与酿酒有关的问题:(1)人类使用酿制葡萄酒的微生物主要是酵母菌,酵母菌酒精发酵的反应式是 ;进行酒精发酵一般将温度控制在 。(2)葡萄

19、酒呈现深红色的原因是 。(3)现在工厂化生产果酒,为提高果酒的品质,更好地抑制其他微生物的生长,采取的措施是 ,并接入合适的菌种。(4)某同学人工自酿葡萄酒时,在发酵后期向发酵液中通入空气,并将发酵液置于3035 环境中,结果发现发酵液中有 出现,这类微生物在糖类缺乏时可以使 转化为 ,后者再转化为 。答案 (1)C6H12O6 2C2H5OH+2CO21825 (2)红葡萄皮的色素进入发酵液(3)对原料和设备进行消毒和灭菌(4)醋酸菌乙醇乙醛醋酸解析 (1)酿制葡萄酒使用的微生物主要是酵母菌,酵母菌酒精发酵的最适温度是1825 。(2)红葡萄皮的色素进入发酵液,故葡萄酒常呈现深红色。(3)为

20、提高果酒的品质,更好地抑制其他微生物的生长,需对原料和设备进行消毒和灭菌后,再接入合适的菌种。(4)酿制葡萄酒时,若在发酵后期向发酵液中通入空气,并将发酵液置于3035 环境中,在糖类缺乏时,醋酸菌可把乙醇转化为乙醛,再将乙醛转化为醋酸。突破二微生物的培养与应用1.选择培养基和鉴别培养基的应用实例类型实例选择培养基培养基中加入青霉素分离得到酵母菌和霉菌培养基中加入高浓度的食盐用于分离得到金黄色葡萄球菌以尿素作为唯一氮源的培养基用于分离分解尿素的细菌不添加氮源的培养基用于分离固氮微生物石油是唯一碳源时,可以抑制不能利用石油的微生物的生长,使能够利用石油的微生物生存,达到分离能消除石油污染的微生物

21、的目的培养基放在高温环境中培养只能得到耐高温的微生物鉴别培养基伊红美蓝培养基可以鉴别大肠杆菌(菌落呈深紫色并带金属光泽)2.微生物的纯化培养方法 平板划线法稀释涂布平板法目的 在培养基上形成由单个菌种繁殖而来的子细胞群体菌落培养 平板冷凝后倒置培养,使培养基表面的水分更好地挥发,防止皿盖上水珠落入培养基造成污染操作过程接种环灭菌取菌液在培养基上划线培养皿倒置培养稀释菌液取菌液于培养基表面涂布器灭菌均匀涂布菌液培养皿倒置培养注意事项(1)接种环的灼烧第一次划线前:杀死接种环上的微生物,避免污染培养物之后每次划线前:杀死残留菌种,保证每次划线菌种来自上次划线末端划线结束后:杀死残留菌种,避免污染环

22、境和感染操作者(2)灼烧接种环之后,要冷却后再进行操作,以免温度太高杀死菌种(3)划线时最后一区域不要与第一区域相连(4)划线用力要大小适当,防止用力过大将培养基划破(1)稀释操作时:每支试管及其中的9 mL水、移液管等均需灭菌;操作时,试管口和移液管应在离火焰12 cm处(2)涂布平板时涂布器用体积分数为70%的酒精消毒,取出时让多余酒精在烧杯中滴尽,然后将沾有少量酒精的涂布器在酒精灯火焰上引燃不要将过热的涂布器放在盛放酒精的烧杯中,以免引燃其中的酒精酒精灯与培养皿距离要合适,移液管管头不要接触任何物体3.统计菌落数目的方法(1)显微镜直接计数法原理:利用特定细菌计数板或血细胞计数板,在显微

23、镜下计算一定容积的样品中微生物的数量。方法:用计数板计数。缺点:不能区分死菌与活菌。(2)间接计数法(活菌计数法)原理:当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个菌落,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。计算公式:每克样品中的菌株数=(CV)M,其中,C代表某一稀释度下平板上生长的平均菌落数,V代表涂布平板时所用的稀释液的体积(mL),M代表稀释倍数。操作:设置重复组,增强实验的说服力与准确性。同时为了保证结果准确,一般选择菌落数在30300的平板进行计数。典例2根据分离以尿素为氮源的微生物实验,回答下列问题:(1)写出脲酶降解尿素的反应式

24、: 。(2)该实验分离细菌时用浓度为10-4和10-5土壤稀释液接种,更容易形成单菌落的是 。(3)A同学筛选出的菌落为150个,其他同学只筛选出50个,并且他在设计实验时并没有设置对照。你认为A同学结果产生的原因可能有哪些? 。如何设计对照实验排除可能影响实验结果的因素: 。(4)涂布平板的所有操作怎样保证无菌? 。(5)有脲酶的细菌在生态稳态上起什么作用? 。 解析脲即尿素,是蛋白质降解的产物。有一些细菌含有脲酶可以分解尿素,利用尿素作为其生长的氮源。本实验使用稀释涂布平板法分离以尿素为氮源的微生物,用浓度为10-4和10-5土壤稀释液接种,更容易形成单菌落的是10-5土壤稀释液。A同学结

25、果产生的原因可能是土样不同,也可能是培养基污染或操作失误,排除方案有二:一是由其他同学用与A同学一样的土壤进行实验,如果与A同学一致,则证明无误,如果结果不同,则证明A同学存在操作失误或培养基配制有问题;另一种方案是将A同学配制的培养基在不加土样的情况下进行培养,作为空白对照,以证明培养基是否受到污染。答案 (1)CO(NH2)2+H2O 2NH3+CO2(2)10-5土壤稀释液(3)可能是土样不同,也可能是培养基污染或操作失误方案有二:一是由其他同学用与A同学一样的土壤进行实验,如果与A同学一致,则证明无误,如果结果不同,则证明A同学存在操作失误或培养基配制有问题;另一种方案是将A同学配制的培养基在不加土样的情况下进行培养,作为空白对照,以证明培养基是否受到污染(4)应从操作的各个细节保证“无菌”,都应在火焰附近进行。例如,酒精灯与培养皿的距离要合适、移液管头不要接触任何