精讲册第19章　发酵工程

第5部分生物技术与工程第19章发酵工程目录第1节传统发酵技术与发酵工

考点清单

即练即清第2节微生物的培养技术与应用

考点清单

即练即清第1节传统发酵技术与发酵

工程一、传统发酵技术原理在适宜条件下,将原料通过微生物的代为人类所需要的产物发酵食品不同风味的原因(1)不同微生物或同种微生物在不同环境条件下形成的代不同;(2)不同的微生物、不同的菌株能够分泌的酶种类不同,分解大分子有机物后形成的产物也就不同;(3)菌株在遗传上的差异(注:菌株是指来自一种微生物的每一个来源不同的纯培养物);(4)混菌发酵过程中,菌种中不同微生物可能互利,可能竞争,也可能存在一种排斥其他若干种微生物

生长的现象;不同微生物相互作用可导致发酵制品风味不同二、传统发酵食品的制作1.制作泡菜菌种——乳酸菌(1)原核生物,细菌;(2)常用附生在蔬菜表面的植物乳杆菌、短乳杆菌和明串珠菌等;(3)代为异养厌氧型,营腐生生活发酵原理乳酸菌无氧呼吸产生乳酸:C6H12O6

2C3H6O3(乳酸)+能量步骤及检测

注意事项(1)盐水要煮沸冷却后使用,煮沸的目的是杀灭杂菌、除去氧气;冷却的目的是防止高蔬菜表

面的乳酸菌等。(2)盐水要浸没全部菜料,目的是为乳酸菌发酵创造无氧环境。(3)盖好坛盖后,向坛盖边沿的水槽中注满水,原因是阻止空气进入,为乳酸菌发酵提供无氧环境。(4)泡菜“咸而不酸”的原因可能是食盐浓度过高、发酵低等导致泡菜未能正常发酵小表达

泡菜发酵时,常常会向泡菜坛中加入“陈泡菜水”,其原因是

。“陈泡菜水”中含有较多的乳酸菌,加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌2.制作果酒和果醋果酒的制作菌种——酵母菌(1)真核生物,单细胞真菌;(2)代:异养兼性厌氧型(在有氧和无氧的条件下都能生存),营腐生生活;(3)酿酒酵母的最适生长25~30℃发酵原理酵母菌无氧呼吸产生酒精和CO2:C6H12O6

2C2H5OH(酒精)+2CO2+能量;果醋的制作菌种——醋酸菌(1)原核生物,细菌;(2)代为异养需氧型,营腐生生活;(3)多数醋酸菌的最适生长30~35℃发酵原理(1)当氧气、糖源均充足时:C6H12O6+2O2

2CH3COOH(乙酸)+2H2O+2CO2+能量;(2)当氧气充足、缺少糖源时:C2H5OH+O2

CH3COOH(乙酸)+H2O+能量(直接将乙醇转化为乙醛,再将乙醛变为乙酸)果酒和果醋的制作步骤注意事项(1)葡萄应先冲洗再去除枝梗,避免去除枝梗时葡萄破损,引起杂菌污染。(2)瓶中留约1/3的空间,可为发酵初期酵母菌大量繁殖提供O2,并防止发酵中产生的CO2造成发酵液溢出。(3)果酒发酵过程中会产生CO2使瓶内气压升高,需拧松瓶盖放气,但不要完全打开,否则可能会被杂菌污染。(4)先酿制果酒再生产果醋的优势:①先酿制果酒,发酵液能够抑制杂菌生长,有利于提高果醋产率;②果酒有利于溶出水果中的风味物质并保留在果醋中续表三、发酵工程及其应用基本环节

应用(1)食品工业:生产传统发酵产品、食品添加剂、酶制剂等;(2)医药工业:生产抗生素、氨基酸、激素、免疫调节剂、疫苗等;(3)农牧业:生产微生物肥料、微生物农药、微生物饲料(如单细胞蛋白)等知识归纳

单细胞蛋白(1)以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料,通过发酵获得大量的微生物

菌体,即单细胞蛋白。(2)单细胞蛋白应用实例:在青贮饲料中添加乳酸菌,可以提高饲料的品质,使饲料保鲜,

动物食用后还能提高免疫力。真题选改判1.(2024江苏,14)制作酸奶的牛奶须经过高压蒸汽灭菌后再接种乳酸菌。

(

)✕即练即清解析

制作酸奶时牛奶不需经过高压蒸汽灭菌。

2.(2024河北,18)传统白酒的酿造是在以酿酒酵母为主的多种微生物共同作用下完成

的。(

)√3.(2024河北,18)从谷物原料发酵形成的酒糟中,可分离出产淀粉酶的微生物。

(

)√解析

谷物原料如高粱等富含淀粉,因此从谷物原料发酵形成的酒糟中可分离出产淀粉酶的微生物。4.(2023浙江6月选考,12)若果酒酿造过程中酒变酸,则可能是发酵坛密封不严。

(

)√5.(2023江苏,16)啤酒酿造流程中适当增加溶解氧可缩短发酵时间。

(

)√解析

酒曲中的酵母菌属于兼性厌氧菌,若适当增加溶解氧,有利于酵母菌自身的增殖,从而缩短发酵时间。

6.(2022山东,14)工业化生产青霉素时,选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发

酵罐中。

(

)√解析

工业发酵罐体积较大,接种的菌株数量要足够多。

从真题到教材7.传统酿酒技术与工业酿酒技术都利用了

的原理,发酵前

都要在有氧的环境中

(2022湖北,11)(2021山东,12)。8.家庭果酒酿制时榨汁后直接可以发酵,工业上大规模生产时,通常需要先通过

技术获得单一菌种,再将它们接种到物料中进行发酵,目的是

(选必3P31)(2020山东,12)。9.利用高粱、大麦等粮食进行白酒或啤酒发酵时,需先将

(该过程称酵母菌无氧呼吸产生酒精促进酵母菌的增殖微生物培养缩短发酵时间,确保品质稳定为糖化),然后才能发酵(2020浙江7月选考,19)。白酒酿造和啤酒酿造的区别:白酒酿造

利用酒曲中的霉菌进行糖化,将淀粉分解为葡萄糖(2023浙江6月选考,12),啤酒酿造利

用了

进行糖化。淀粉分解形成糖浆大麦种子发芽释放的淀粉酶第2节微生物的培养技术与

应用一、培养基培养基的成分一般都含有水、碳源(提供碳元素的物质)、氮源(提供氮元素的物质)和无机盐等营养物质碳源功能构成细胞物质;有机碳源既是碳源又是能源来源(1)无机碳源:CO2、NaHCO3、CaCO3等;(2)有机碳源:糖类、脂质、蛋白质、有机酸、牛肉膏、蛋白胨等氮源功能用于合成蛋白质、核酸及其他含氮的物质来源(1)无机氮源:N2、硝酸盐、NH3等;(2)有机氮源:蛋白胨、尿素、氨基酸等生长因子微生物自身不能合成或合成量不足,但又是微生物生长和代需的小分子,如某些维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等培养基的分类

注:与液体培养基相比,固体培养基及半固体培养基还需要加入凝固剂,如琼脂续表应用选择培养基概念允种类的微生物生长,同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基实例(1)基础培养基+青霉素→分离酵母菌等真菌;(2)无碳源培养基→分离自养微生物;(3)无氮源培养基→分离固氮微生物;(4)以尿素为唯一氮源的培养基→分离分解尿素的细菌;(5)以纤维素为唯一碳源的培养基→分离纤维素分解菌鉴别培养基内容在基础培养基中,加入某种特殊的化学物质,这种物质会与某种微生物的代生反应,产生明显的特征性变化,根据这种特征性变化,将该种微生物与其他微生物区分开来实例(1)伊红-亚甲蓝琼脂培养基鉴别大肠杆菌→菌落呈深紫色,并带有金属光泽;(2)加入酚红指示剂的培养基鉴别分解尿素的微生物→菌落成红色;(3)加入刚果红的培养基鉴别纤维素分解菌→菌落生透明圈。注:根据透明圈直径与菌落直径的比值,可以判断纤维素分解菌分解纤维素的能力,比值越大,分解能力越强续表知识归纳

(1)培养霉菌时,一般需要将培养基调至酸性;培养细菌时,一般需要将培养基调至中性或弱碱性。(2)“细菌喜荤,霉菌喜素”,是说细菌培养基要含有较高的有机氮,常用蛋白胨和酵母

提取物等来配制;霉菌培养基一般用可溶性淀粉加无机物配制,或用添加蔗糖的豆芽汁

等配制。(3)培养厌氧微生物时,需要提供无氧的条件。小表达

(1)[2023湖南,21(1)]若从植物根际土壤中筛选分解淀粉的固氮细菌,培养基的主要营养物质包括水和

。(2)在液体培养基表面加入凡士林或液体石蜡,可以获得

微生物。无机盐、淀粉厌氧型消毒定义使用较为物理、化学或生物等方法杀死物体表面或一部分微生物常见方法(1)煮沸消毒法,如制作泡菜时将盐水煮沸。(2)巴氏消毒法,如对新鲜牛奶消毒。(3)化学药物消毒,如用75%酒精擦手。(4)紫外线消毒,如细胞培养室、CO2培养箱、接种室、超净工作台等用紫外线消毒灭菌定义使用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(注意:灭菌也会使实验所用的

生物学材料灭活)常见方法(1)湿热灭菌:①可用高压蒸汽灭菌锅进行;②适用于培养基等的灭菌。(2)干热灭菌:①使用干热灭菌箱进行;②适用于玻璃器皿(如培养皿)、金属用具等耐高需

要保持干燥的物品的灭菌。(3)灼烧灭菌:①在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧;②适用于接种工具(如涂布器、接种环)以及接

种过程中的试管口或瓶口等容染的部位。(4)G6玻璃砂漏斗过滤灭菌:适用于受热会分解的尿素、115℃以上会焦化的葡萄糖等二、无菌技术小表达

与煮沸消毒法相比,对鲜牛奶采用巴氏消毒法的优点是

。绝大多数微生物,并且基本不破坏牛奶中的营养成分可以杀死牛奶中的单菌落在固体培养基上采用划线或稀释涂布的方法接种,通过培养能获得由一个细胞分裂形成的、肉眼可见的、有一定形态构造的子细胞集团接种微生物的方法平板划线法

三、对目标微生物的分离和纯化接种微生物的方法稀释涂布平板法

实例:接种、培养并分离酵母菌

注意:要将冷却凝固的平板倒置,以防止冷凝水滴落在培养基上造成污染续表知识归纳

平板划线中不同阶段灼烧接种环的目的(1)第一次操作:杀死接种环上原有的微生物。(2)每次划线之前:杀死上次划线后接种环上残留的菌种,使本次划线的菌种直接来源于

上次划线的末端。(3)划线结束后:杀死接种环上残存的菌种,避免微生物污染环境和感染操作者。知识拓展

目标微生物筛选过程中常见的“圈”(1)透明圈(水解圈):如在固体培养基中掺入可被特定菌分解的物质,造成有颜色或浑浊

不透明的培养基背景,接种特定菌后,该菌会分解此物质使菌落现透明圈。可根

据透明圈直径与菌落直径的比值筛选分解该物质能力强的微生物,如在选择培养基中

加入碳酸钙,可根据透明圈的大小筛选高产有机酸的菌株。(2)抑菌圈:利用待测药物在固体培养基中扩散使其微生物生长受到抑制而形成

抑菌圈,抑菌圈的大小由抑制物的浓度与微生物的抗性决定,可用于测试药物的抑菌效

果或筛选耐药微生物。四、微生物的计数方法显微镜直接计数法(1)用具:血细胞计数板(酵母菌、霉菌孢子等计数)或细菌计数板(细菌等计数);(2)误差:计数活菌数时,该实验结果较实际结果偏大,原因是观察时无法区分死菌和活菌,将死菌计入总数;(3)改进措施:可在计数前使用台盼蓝染液染色,死细胞会被染成蓝色,活细胞不着色活菌计数——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;(2)计算公式:每克样品的菌体数=(C/V)×M(C:某一稀释度下,平板上生长的平均菌落数;V:涂布的稀释液体积;M:稀释倍数);(3)误差:该实验结果较实际结果偏小,原因是当两个或多个细胞连在一起时,平板上只能观察到一个菌落实例:能分解尿素的微生物的分离与计数原理(1)只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素,脲酶能催化尿素分解产生NH3,NH3可以作为细菌生

长所需的氮源;(2)利用以尿素为唯一氮源的培养基可从土壤中分离出能分解尿素的细菌分离用稀释涂布平板法分离分解尿素的细菌鉴别pH升高可使酚红指示剂变红,脲酶可将尿素分解成氨,使培养基pH升高,故在培养基中加入酚红

指示剂,若指示剂变红,则说明该细菌能分解尿素培养恒箱中培养。一般选择1×104、1×105、1×106倍稀释的稀释液进行平板培养计数一般选取菌落数为30~300的平板进行计数注意事项(1)选取菌落数目稳定时的记录作为结果→为了防止因培养时间不足而遗漏菌落数目;(2)在同一稀释度下,应至少对3个平板进行重复计数,取平均值→可减少偶然误差;(3)设置空白平板作对照组→排除平板被杂菌污染的可能性续表小表达

单个细菌在平板上会形成菌落,研究人员通常可根据菌落的形状、大小、颜色等特征来初步区分不同种的微生物,原因是

。在一定的培养条件下,不同种微生物表现出各自稳定的菌落特征知识归纳

血细胞计数板的使用血细胞计数板的结构(1)计数室的容积为0.1mm3(1×10-4mL),1个计数室共400个小方格;(2)计数室通常有两种规格:25个中方格×16个小方格(如图3)和16个中方格×25个小方格(如图4)计数方法(以25×16型为例)可用五点取样法统计图3中的总菌数,计算公式如下:1mL培养液中的细胞个数=

×400×104×稀释倍数注意事项(1)计数时先将盖玻片放在血细胞计数板的计数室上,将培养液滴于盖玻片边缘,让培养液自行渗入,多余的培养液用滤纸吸去。稍待片刻,待酵母菌全部沉降到计数室底部再计数。(2)从试管中取样前要轻轻振荡试