精讲册第21章　发酵工程

第5部分生物技术与工程第21章发酵工程高考生物学某省市专用目录第1节传统发酵技术

考点清单

即练即清

考法清单第2节微生物的培养技术与应用

考点清单

即练即清

考法清单第3节发酵工程及其应用

考点清单

即练即清提升提升第1节传统发酵技术提升一、传统发酵技术菌种来源类型实质应用原材料中天然存在的或前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主将原料通过微生物的代为人类所需要的产物果酒、果醋、泡菜、酱油等的制作二、传统发酵食品的制作1.腐乳和泡菜的制作腐乳的制作菌种多种微生物参与了豆腐的发酵,如酵母、曲霉和毛霉等,其中起主要作用的是毛霉。毛霉:(1)真核生物,真菌;(2)代为异养需氧型,营腐生生活发酵原理豆腐中的蛋白质被微生物产生的蛋白酶分解成小分子的肽和氨基酸泡菜的制作菌种——乳酸菌(1)原核生物,细菌;(2)常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌;(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

知识归纳

在泡菜制作过程中营造“无氧环境”的措施:①盐水煮沸冷却后使用;②使

盐水没过全部菜料;③盖上坛盖后在坛盖边沿的水槽中注满水,并在发酵过程中注意经

常向水槽中补充水。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.果酒和果醋的制作果酒的制作菌种——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为28℃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

苏教速览

酸奶的制作

小表达

(1)(2022江苏,16改编)将葡萄汁装入发酵瓶中,要留有大约1/3的空间,原因是

。(2)制作葡萄酒的过程中,发酵瓶需每隔12h左右拧松瓶盖一次,目的是

。

(“能”或“不能”)打开瓶盖,原因是

。可为发酵初期酵母菌大量繁殖提供O2,并防止发酵过程中发酵液溢出酵瓶内气压过大放出CO2,防止发不能避免杂菌污染发酵液即练即清真题选改判1.(2024江苏,14)制作泡菜的菜料不宜完全淹没在煮沸后冷却的盐水中。

(

)×解析

制作泡菜是利用乳酸菌无氧呼吸产生乳酸,因此煮沸后冷却的盐水要浸没全部

菜料,目的是为乳酸菌发酵创造无氧环境。2.(2021江苏,14)果酒发酵时,每日放气需迅速,避免空气回流入发酵容器。

(

)×解析

果酒发酵利用的是酵母菌的无氧呼吸,随着果酒发酵的进行,装置内会产生CO2,

容器内压强大于外界,所以空气不会回流,且每日放气需缓慢进行,避免发酵液溢出。3.(2021江苏,14)某同学选用新鲜成熟的葡萄制作果酒和果醋。果醋发酵时,发酵液产

生的气泡量明显少于果酒发酵时。

(

)√解析

果酒发酵时产物是酒精和CO2,以酒精为底物进行果醋发酵时没有气体产生。4.(2021辽宁,8)酵母菌和醋酸杆菌发酵过程中控制通气的情况不同。

(

)√5.(2023北京,13)向泡菜坛盖边沿的水槽中注满水形成无菌环境。

(

)×解析

向泡菜坛盖边沿的水槽中注满水,目的是形成的无氧环境,有利于乳酸菌的

繁殖。从真题到教材6.豆腐中的蛋白质被分解成

,多种微生物参与了豆腐的发酵,其

中起主要作用的是

(2021全国乙,37)。小分子的肽和氨基酸毛霉7.制作葡萄酒时,起发酵作用的主要是附着在葡萄果皮上的

。新鲜葡萄榨汁前需要

(2020江苏,18),果酒发酵时要将制在

(2022江苏,16)。

是生产果醋的主要发酵菌种,其是好氧细菌,当O2、糖源都

充足时能通过复杂的化学反应将糖分解成

,当缺少糖源时,则直接将乙醇转化为

,再将

变为

。制作果醋时,要将制在

(2022江苏,16)

(2024湖北,1)。野生酵母菌先冲洗后去枝梗18~30℃醋酸菌乙酸乙醛乙醛乙酸30~35℃8.制作传统泡菜是利用植物体表面天然的

来进行发酵的,新鲜蔬菜装坛后

要注入

的盐水(质量分数为5%~20%为宜),使盐水没过全部菜料(2024江

苏,14)。乳酸菌煮沸冷却传统发酵技术的应用典例

(2025届镇江期初,8)下列关于传统发酵的叙述,错误的是

(

)A.制作果醋时,醋酸菌可将糖或酒精转化为乙酸和水B.制作泡菜时,需对菜料进行消毒以保证发酵过程无杂菌污染C.制作米酒时,需将蒸熟的糯米冷却后加酒曲以防止杀死菌种D.制作酱油时,不断进行搅拌有利于黑曲霉等微生物快速繁殖B解析

当氧气、糖源都充足时,醋酸菌将糖分解为乙酸、CO2和水;当氧气充足、缺少

糖源时,醋酸菌将乙醇变为乙醛,再将乙醛变为乙酸,该过程中有水的产生,A正确。制作

传统泡菜是利用植物体表面天然的乳酸菌进行发酵,不需要对菜料进行消毒,B错误。

酿制米酒时,若将糯米蒸熟后立即加入酒曲,会杀死酵母菌菌种,因此加酒曲前需将蒸熟

的糯米冷却,C正确。利用黑曲霉发酵生产酱油过程中,不断搅拌会使发酵液中溶解氧

增多,有利于其通过有氧呼吸快速繁殖,D正确。变式

同知识不同考查角度菌种代谢

(2021湖北,3,2分)中国的统美食制作

过程蕴含了生物发酵技术。下列叙述正确的是

(

)A.泡菜制作过程中,酵母菌将葡萄糖分解成乳酸B.馒头制作过程中,酵母菌进行呼吸作用产生CO2C.米酒制作过程中,将容器密封可以促进酵母菌生长D.酸奶制作过程中,后期低可产生大量乳酸杆菌B解析

泡菜制作的原理是乳酸菌无氧呼吸分解葡萄糖并产生乳酸,A错误;密封容器中

酵母菌无氧呼吸产能较少,不利于其生长繁殖,但其进行无氧呼吸可产生酒精,C错误;低

制酶的活性,酸奶制作过程中的低不利于乳酸杆菌繁殖,D错误。第2节微生物的培养技术与应用提升一、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,如琼脂知识归纳

(1)培养乳酸杆菌时,需要在培养基中添加维生素。(2)培养霉菌时,一般需

要将培养基调至酸性。(3)培养细菌时,一般需要将培养基调至中性或弱碱性。(4)培养

厌氧微生物时,需要提供无氧的条件。苏教速览

(1)基础培养基、完全培养基和补充培养基①基础培养基:含一般微生物生长繁殖所需要的基本物质,仅能满足野生型菌株生长需

要的培养基。②完全培养基:能够满足各种营养缺陷型菌株生长需要的培养基。③补充培养基:能满足相应的营养缺陷型菌株生长需要的培养基。(2)加富培养基也称营养培养基,即在培养基中加入有利于某些微生物生长和繁殖所需

的特殊物质,如血清。其一般用于培养营养要求比较苛刻的异养微生物。(3)加富培养基与选择培养基的区别①采用加富培养基的目的是增加所需分离的微生物的数量,使其形成生长优势,以分离出该种微生物。②采用选择培养基的目的一般是抑制不需要的微生物生长和繁殖,而使所需要的微生

物增殖,再分离所需微生物。二、无菌技术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;(5)生物消毒法是指利用生物或其代去环境中的部分微生物的方法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苏教速览

发酵工程的灭菌方法种类内容备注化学试剂灭菌法采用灭菌剂(如甲醛、氯、高锰酸钾)灭菌的方法灭菌剂可能会与培养基中的一些成分发生作用,因此该方法一般不用于培养基的灭菌射线灭菌法利用紫外线等产生的高能粒子进行灭菌的方法紫外线的穿透力弱,一般用于表面和空气的灭菌。X射线和γ射线也常用于灭菌干热灭菌法包括干热空气灭菌法和火焰灼烧法①干热空气灭菌法主要用于要求保持干燥的实验器具(如培养皿、接种针和移液管)的灭菌。②火焰灼烧法常用于接种等操作过程种类内容备注湿热灭菌法利用饱和蒸汽进行灭菌的方法①一般在121℃、气压约100kPa的条件下维持15~20min。②湿热灭菌时蒸汽穿透力大,蒸汽与较低体表面接触凝结为水时可放出大量能量,吸收了蒸汽水分和热量的菌体蛋白质。③相同湿热灭菌比干热灭菌更有效过滤除菌法通过过滤阻留微生物从而达到除菌目的的方法①在工业生产上一般利用过滤除菌法制备无菌空气,用于好氧微生物的发酵。②在产品提取过程中,也可以利用过滤除菌法处理料液,以获得无菌产品小表达

(1)与煮沸消毒法相比,对鲜牛奶采用巴氏消毒法的优点是

。(2)利用紫外线消毒时,增强消毒效果的方法有

。可以杀死牛奶中的绝大多数微生物,并且基本不破坏牛奶中的营养成分紫外线照射前,适量喷洒苯酚或煤酚皂溶液等消毒液三、微生物的纯培养概念由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为纯培养物,获得纯培养物的过程就是纯培养接种和分离微生物的方法平板划线法

稀释涂布平板法

实例:酵母菌的纯培养

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。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:土壤中分解尿素的细菌的分离与计数原理(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小表达

[2022河北,23(2)改编]培养枯草芽孢杆菌过程中抽样检测活菌数量时,应采用

稀释涂布平板法,而非显微镜直接计数法的原因是

。样品稀释度足够高时,用稀释涂布平板法在培养基上看到的每一个菌落都来自一个活细胞,而显微镜直接计数法会将死亡的枯草芽孢杆菌也计算在内即练即清真题选改判1.(2024江苏,9)可用稀释涂布平板法对酵母菌进行计数。

(

)√2.(2023江苏,7)血细胞计数板既可用于酵母菌的数量测定,也可用于细菌的数量测定。

(

)×解析

血细胞计数板适用于相对较大的酵母菌的计数,较小的细菌的数量测定常用细

菌计数板。3.(2022江苏,3)某同学欲分离产脲酶菌,可在选择培养基中添加尿素作为唯一氮源。

(

)√4.(2023辽宁,9)同一稀释度下至少对3个平板计数并取平均值。

(

)√5.(2023山东,15)不含氮源的平板不能用于微生物培养。

(

)×解析

不含氮源的平板可以用于固氮微生物的培养。6.(2021江苏,18)将培养基分装于培养皿中后灭菌,可降低培养基污染的概率。

(

)×解析

若将培养基先分装于培养皿再进行灭菌,则培养基进水或溢出等。从真题到教材7.微生物培养基可分为选择培养基、鉴别培养基和加富培养基,如分离出分解尿素的

细菌可用以

为唯一氮源的

培养基(2022江苏,3)。尿素选择8.填写相应物品常用的消毒或灭菌方法。牛奶:

;接种室或超净工作台:

;接种环或涂布器:

;培养皿:

;培养基:

(2023江苏,7)(2023重庆,16)(2022辽宁,18)。巴氏消毒法紫外线消毒法灼烧灭菌干热灭菌湿热灭菌(高压蒸汽灭菌)9.稀释涂布平板法统计的是样品中的

数目,当样品的稀释度足够高时,培养基表

面生长的一个

,来源于样品稀释液中的一个

。显微镜直接计数法统计

的结果一般是

(人教版选必3P18)(2024全国甲,37)。活菌单菌落活菌活菌数和死菌数的总和10.稀释涂布平板法计数活菌数目时,通常选用一定稀释范围的样品液进行培养,以获得

菌落数为

、适于计数的平板,在同一稀释度下至少对

个平板进行重复计数,然后求出

,(2023辽宁,9)。稀释涂布平板法既可用于微生物的

,也可以用于

(2024江苏,9)。30~300三平均值分离微生物计数微生物的分离和鉴定1.微生物的分离——使用选择培养基分离特定微生物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2.微生物的鉴定(1)菌落特征鉴别法:根据微生物在固体平板培养基表面形成的菌落的形状、大小、隆

起程度和颜色等特征进行鉴别。(2)使用鉴别培养基鉴定在基础培养基中,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。(3)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透明圈

示例分析透明圈筛选纤维素分解菌时,向含纤维素的培养基中加入刚果红,刚果

红与纤维素形成红色复合物,培养基呈红色,纤维素分解菌的菌

落形成透明圈

透明圈和菌落直径的比值(D/d)可表示微生物分解纤维素的能力知识拓展

抑菌圈示例及分析

示例分析抑菌圈枯草芽孢杆菌对番茄灰霉病菌有抑制作用,检测枯草芽孢杆菌对番茄灰霉病菌的抑制作用时,可取适量番茄灰霉病菌菌液涂布于固体培养基上,将无菌滤纸片在枯草芽孢杆菌菌液中浸泡后覆盖于固体培养基上,数秒后取出滤纸片,培养皿倒置培养

根据抑菌圈大小可判定枯草芽孢杆菌的抑菌效果典例

(2025届南通期初,12)水体中氮素的去除对清洁水体有重要意义,异养硝化细菌

能将硝酸铵转化为氨,科研工筛选出异养硝化细菌ZW2和ZW5菌株,并研

究其转化能力,结果如图。相关叙述正确的是

(

)A.进行ZW2和ZW5菌株初步筛选时,采用平板划线法接种并计数B.初步筛选并培养后,一般依据菌落形状等特征来区分不同的微生物C.鉴别ZW2和ZW5菌株时,培养基中需要添加刚果红作为指示剂D.ZW2菌株的转化能力较ZW5强,可以扩大化培养用于水体净化B解析

分离微生物常用的方法有平板划线法和稀释涂布平板法,但平板划线法不能用

于菌株的计数,A错误;可根据菌落的形状、大小、隆起程度和颜色等方面的特征区别

不同微生物,B正确;刚果红可用来鉴定纤维素分解菌,结合题干“异养硝化细菌能将硝

酸铵转化为氨”和“氨可使培养基pH升高,pH升高可使酚红指示剂变红”,可知鉴别

ZW2和ZW5菌株时,培养基中需要添加酚红指示剂,C错误;由图分析可知,ZW5菌落周

围的红色圈面积更大,说明其将硝酸铵转化为氨的能力更强,故应该选择ZW5菌株扩大

化培养用于水体净化,D错误。变式

同考法不同情境解脂菌

(2021山东,14,2分)解脂菌能利用分泌的脂肪酶将脂

肪分解成脂肪酸并吸收利用。脂肪酸会使醇溶青琼脂平板变为深蓝色。将不

能直接吸收脂肪的甲、乙两种菌分别等量接种在醇溶青琼脂平板上培养。甲菌菌落

现深蓝色,乙菌菌落变色。下列说法错误的是

(

)A.甲菌属于解脂菌B.实验中所用培养基以脂肪为唯一碳源C.可将两种菌分别接种在同一平板的不同区域进行对比D.该平板可用来比较解脂菌分泌脂肪酶的能力

B解析

甲菌菌