第1章发酵工程知识清单 高二下学期生物人教版选择性必修3

2/2新教材人教版生物选择性必修3第1章知识点清单目录第1章发酵工程第1节传统发酵技术的应用第2节微生物的培养技术及应用第3节发酵工程及其应用第1章发酵工程第1节传统发酵技术的应用一、发酵与传统发酵技术1.发酵：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.传统发酵技术概念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、制作食品的技术特点以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式和作坊式的实例利用酵母、曲霉和毛霉(起主要作用)等微生物发酵制作腐乳二、尝试制作传统发酵食品1.制作泡菜、果酒和果醋所用菌种的比较乳酸菌酵母菌醋酸菌生物学分类原核生物真核生物原核生物代谢类型异养厌氧异养兼性厌氧异养好氧最适生长温度—约为28℃30~35℃主要应用泡菜的腌制、乳制品的发酵酿酒、制作馒头和面包制作各种风味的醋2.泡菜制作的原理、步骤及注意事项(1)原理：C6H12O62C3H6O3(乳酸)+能量。(2)步骤盐水配制→菜料加工→密封菜坛(3)注意事项①材料的选择及用量a.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。b.用清水和食盐配制质量分数为5%~20%的盐水，盐水要煮沸后冷却。煮沸有两大作用，一是除去水中的氧气，二是杀灭盐水中的杂菌。②防止杂菌污染：泡菜坛洗净并消毒处理、蔬菜洗净并晾干等。③氧气需求a.要选择密封性良好的容器，以创造无氧环境，有利于乳酸菌发酵，防止蔬菜腐烂。b.向泡菜坛坛盖边沿的水槽中注满水，以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境，并在发酵过程中注意经常向水槽中补充水。④控制适宜的发酵温度：温度过高易导致杂菌滋生，温度过低不利于乳酸菌发酵，会使发酵时间延长。3.果酒、果醋制作的原理及步骤(1)酵母菌发酵制作果酒的原理①有氧条件：C6H12O6+6H2O+6O26CO2+12H2O+能量。②无氧条件：C6H12O62C2H5OH(酒精)+2CO2+能量。(2)醋酸菌发酵制作果醋的原理①O2、糖源都充足时：C6H12O6+2O22CH3COOH(乙酸)+2H2O+2CO2+能量。②缺少糖源时：C2H5OH+O2CH3COOH(乙酸)+H2O+能量。(3)步骤 三、果酒泡菜制作过程中乳酸菌数量、乳酸含量和亚硝酸盐含量的变化情况乳酸菌数量乳酸含量亚硝酸盐含量发酵初期少(有O2，乳酸菌活动受抑制)少增加(硝酸盐还原菌的作用)发酵中期最多(乳酸积累，抑制杂菌活动)增多、pH下降下降(硝酸盐还原菌被抑制，部分亚硝酸盐被分解)发酵后期减少(乳酸继续积累，pH继续下降，抑制乳酸菌活动)继续增多，pH继续下降，直至稳定下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制)变化曲线亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的，而不是硝化细菌氧化氨形成的。四、果酒和果醋的制作1.发酵装置图分析装置图结构目的充气口醋酸发酵时连接充气泵进行充气，酒精发酵时关闭充气口排气口用来排出发酵过程中产生的气体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，及时监测发酵的情况2.产物检测果酒的制作果醋的制作相同嗅味、品尝等不同通过酸性重铬酸钾检验酒精通过酸碱指示剂(pH试纸)检测发酵前后发酵液的pH变化3.制作果酒和果醋过程中的注意事项(以葡萄酒和葡萄醋的制作为例)(1)材料的选择与处理：选择新鲜的葡萄，榨汁前先冲洗后再去除枝梗和腐烂的籽粒。对于果酒的自然发酵，冲洗不要反复进行，以免酵母菌数量减少，发酵周期延长。(2)发酵条件的控制①葡萄汁装入发酵瓶中时，要留有大约1/3的空间，目的是先让酵母菌进行有氧呼吸耗尽O2后，再进行酒精发酵，同时防止发酵过程中产生的CO2使发酵液溢出。②酒精发酵过程中先通O2以利于酵母菌大量繁殖，然后密闭充气口以利于酵母菌进行酒精发酵。发酵过程中，适时打开排气口，排出产生的CO2。醋酸发酵为有氧发酵，需适时通过充气口充入无菌空气。③严格控制温度：18~30℃利于酵母菌的酒精发酵；30~35℃利于醋酸菌的醋酸发酵。(3)防止杂菌污染①发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精洗净，并用体积分数为70%的酒精消毒，杀灭部

分微生物，减少杂菌污染。②酒精发酵时，装入葡萄汁后发酵瓶要密封或后期密闭充气口。无氧、偏酸性、

18~30℃的条件下适合酵母菌的生存，不利于绝大多数其他微生物的生存。第2节微生物的培养技术及应用一、培养基的配制1.培养基的概念：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.培养基的种类 3.培养基的组成成分(1)主要营养物质：水、碳源、氮源和无机盐。(2)其他条件：pH、特殊营养物质(如维生素)和O2的需求。培养的微生物需要满足的特殊条件乳酸杆菌培养基中添加维生素霉菌一般将培养基调至酸性细菌一般将培养基调至中性或弱碱性厌氧微生物需要提供无氧的条件二、无菌技术——消毒和灭菌项目条件结果常用方法应用范围消毒较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物煮沸消毒日常用品巴氏消毒不耐高温的液体化学药物消毒操作的空间、操作者的衣着和手等紫外线消毒接种室、接种箱或超净工作台等灭菌强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子湿热灭菌培养基等干热灭菌玻璃器皿、金属用具等灼烧灭菌接种工具等与煮沸消毒法相比，巴氏消毒法的优点是在达到消毒目的的同时，营养物质损失少。三、微生物的纯培养（以酵母菌的纯培养为例）1.相关概念(1)培养物：在微生物学中，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。(2)纯培养物：由单一个体繁殖所获得的微生物群体。(3)纯培养：获得纯培养物的过程。(4)菌落：分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部繁殖形成肉眼可见的、

有一定形态结构的子细胞群体。2.酵母菌纯培养的实验步骤(1)制备培养基制备固体培养基时最后要将冷却凝固的平板倒置，以防止冷凝水滴落在培养基上引发污染。(2)接种和分离酵母菌——平板划线法操作步骤操作内容①接种环灭菌将接种环放在火焰上灼烧，直到接种环的金属丝烧红②取菌种a在火焰旁冷却接种环。同时，拔出装有酵母菌培养液的试管的棉塞b将试管口通过火焰c在火焰附近用接种环蘸取一环菌液d将试管口通过火焰，并塞上棉塞③平板划线a在火焰附近将皿盖打开一条缝隙，用接种环在培养基表面迅速划三至五条平行线，盖上皿盖b灼烧接种环，待其冷却后，从第一次划线的末端开始作第二次划线。重复以上操作，作第三、四、五次划线。注意不要将最后一次的划线与第一次的划线相连(3)培养酵母菌：将接种后的平板和一个未接种的平板倒置，放入28℃左右的恒温培养箱中培养24~48h。四、微生物的选择培养和计数1.选择培养基(1)概念：在微生物学中，将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，称为选择培养基。(2)实例：筛选土壤中分解尿素的细菌的选择培养基以尿素为唯一氮源。2.稀释涂布平板法(1)菌液稀释：10g土样与90mL无菌水混合，取1mL上清液加入盛有9mL无菌水的试管中，依次等比稀释。(2)涂布平板：取0.1mL菌液，滴加到培养基表面→涂布器灭菌→涂布平板。3.微生物的数量测定项目稀释涂布平板法显微镜直接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利用特定的细菌计数板或血细胞计数板，在显微镜下观察、计数，然后再计算一定体积的样品中微生物的数量计算公式每克样品中的菌落数=(C÷V)×MC：某稀释度下平板上生长的平均菌落数；V：涂布平板时所用的稀释液的体积(mL)；M：稀释倍数每毫升原液所含微生物数量：每小格平均微生物数量×400×10000×稀释倍数缺点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不能区分死菌和活菌结果比实际值偏小比实际值偏大五、土壤中分解尿素的细菌的分离与计较1.实验原理(1)分解尿素的原理：土壤中的细菌之所以能分解尿素，是由于它们体内能合成脲酶，这种物质在把尿素分解成无机物的过程中起到催化作用。(2)筛选菌株的原理：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.实验流程五、两种常用接种方法的比较项目平板划线法稀释涂布平板法主要步骤连续划线操作系列稀释操作和涂布平板操作接种工具接种环涂布器注意事项(1)接种环的灼烧①第一次划线前：杀死接种环上的微生物，避免污染培养物；②每次划线后：杀死残留菌种，保证每

次划线菌种来自上次划线末端；③划线结束后：杀死残留菌种，避免污染环境和感染操作者。(2)灼烧接种环之后，要冷却后再进行操作，以免温度过高杀死菌种。(3)划线时最后一次的划线不要与第一次的划线相连。(4)划线力度要适当，防止用力过大将培养基表面划破。(5)培养皿盖不能完全打开，应只打开一条缝隙(1)稀释操作：每支试管及其中的9mL无菌水、移液管等均需灭菌。(2)涂布平板①涂布器用酒精消毒，取出时，让多余酒精在烧杯中滴尽，然后将蘸有少量酒精的涂布器在火焰上灼烧；②不要将过热的涂布器放入盛放酒精的烧杯中，以免引燃其中的酒精；③酒精灯与培养皿之间的距离要合适，移液管管头不能接触任何物体；④培养皿盖不能完全打开，应只打开一条缝隙相同点都能获得单细胞菌落不同点不能对微生物计数能对微生物计数六、选择培养和鉴别培养基的比较1.原理类型原理选择培养基人为提供有利于目的菌生长的条件(包括营养、温度和pH等)，同时抑制或阻止其他微生物的生长鉴别培养基在培养基中加入某种指示剂或化学药品，用于鉴别不同种类的微生物2.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长，达到分离能消除石油污染的微生物的目的培养基放在高温环境中培养能得到耐高温的微生物鉴别培养基伊红—亚甲蓝琼脂培养基可以鉴别大肠杆菌(菌落呈深紫色，并有金属光泽)七、微生物的筛选与鉴别方法1.微生物的筛选方法单菌落挑取法利用平板划线法或稀释涂布平板法接种到固体培养基表面，直接根据微生物菌落的特征利用单菌落挑取的方法获得目的微生物选择培养法利用选择培养基对微生物进行选择培养，直接获得目的微生物鉴别培养法利用鉴别培养基使目的微生物菌落呈现特有的特征，然后筛选目的微生物2.微生物的鉴别方法菌落特征鉴别法根据微生物在固体培养基表面形成的菌落的形状、大小和颜色等特征进行鉴别指示剂鉴别法如以尿素为唯一氮源的培养基中加入酚红指示剂，培养某种微生物后，培养基变红说明该种微生物能够分解尿素染色鉴别法如利用刚果红染色法，根据培养基中出现以纤维素分解菌为中心的透明圈来筛选分解纤维素的微生物第3节发酵工程及其应用一、发酵工程的基本环节1.基本环节2.环节分析(1)选育菌种时可从自然界中筛选，也可通过诱变育种或基因工程育种获得。(2)菌种扩大培养的目的是促使菌体快速增长，满足发酵生产需求。(3)发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节，此阶段在了解发酵进程的同时，还要控制发酵条件。(4)发酵产物有代谢物和微生物细胞本身，前者需要提取、分离和纯化，后者可通过过滤、沉淀等方法分离和干燥。二、发酵工程的应用1.发酵工程的特点：生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等。2.应用应用内容实例在食品工业上的应用生产传统的发酵产品酱油、酒类生产各种各样的食品添加剂(1)通过黑曲霉的发酵制得柠檬酸；(2)由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理就能制成味精生产酶制剂α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等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生长激素释放抑制激素、乙型肝炎疫苗等在农牧业上的应用生产微生物肥料根瘤菌肥、固氮菌肥等生产微生物农药利用苏云金杆菌防治农林虫害等生产微生物饲料用单细胞蛋白制作微生物饲料在其他方面的应用能源物质上的应用利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等极端微生物的应用嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤