精讲册第22章　发酵工程

第5部分生物技术与工程第22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、发酵与传统发酵技术发酵概念利用微生物在适宜的条件下,将原料通过微生物的代为人类所需要的产物的过程原理不同的微生物具有产生不同代能力,利用它们就可以生产出人们所需要的多种产物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。传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主,通常是家庭式或作坊式的二、传统发酵食品的制作1.制作腐乳和泡菜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

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

(1)(选必3P8改编)泡菜发酵时,常常会向泡菜坛中加入“陈泡菜水”,其原因

是

。(2)(选必3P5)腐乳与豆腐相比,所含有机物的种类和能量有哪些变化?为什么?

。“陈泡菜水”中含有较多的乳酸菌,加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌腐乳中有机物的种类增加了,所含的能量却减少了。因为豆腐中的蛋白质被分解成了小分子的肽和氨基酸2.制作果酒和果醋项目果酒制作果醋制作菌种酵母菌:(1)单细胞真菌;(2)代:异养兼性厌氧型,营腐生生活;(3)酿酒酵母的最适生长为28℃醋酸菌:(1)细菌;(2)代:异养需氧型,营腐生生活;(3)多数醋酸菌的最适生长30~35℃原理有氧条件下,酵母菌进行有氧呼吸并大量繁殖;无氧条件下,酵母菌通过无氧呼吸产生酒精:C6H12O6

2C2H5OH+2CO2+能量O2、糖源充足时:C6H12O6+2O2

2CH3COOH+2CO2+2H2O+能量;O2充足、缺少糖源时:C2H5OH+O2

CH3COOH+H2O+能量步骤

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三、发酵工程及其应用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特点生产条件;原料来源丰富且价格低廉;产物专一;废弃物对环境污染小,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;(4)其他方面:利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质;嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂实例:啤酒的工业化生产流程

(1)主发酵:完成酵母菌的繁殖(需要氧气)、大部分糖的分解和代生成;(2)后发酵:主发酵后发酵液不适合饮用,需在低温、密闭环境下储存一段时间进行后发酵,才能形成澄清、成熟的啤酒真题选改判即练即清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.(2024河北,18)从窖泥中分离的酿酒酵母扩大培养时,需在CO2或N2环境中进行。

(

)×解析对分离的酿酒酵母扩大培养时需要在有氧的条件下进行。3.(2024江苏,9)酵母菌培养液使用前要灭活所有细菌,但不能灭活真菌。

(

)×解析酵母菌培养液使用前要灭活所有细菌和真菌等。4.(2023江苏,16)某醋厂在醋酸发酵过程中经常翻动发酵物,此操作可控制发酵

改善通气状况。

(

)√5.(2023山东,20)啤酒的工业化生产,发酵结束后必须进行消毒以延长保存期。

(

)√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,需要接种的菌株较多,故选育出的高产青霉素菌株经扩大

培养后,才可用于工业化生产。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

(2023山东,20)(2022湖北,11)(2021湖北,3)(2021

山东,12)。酵母菌无氧呼吸产生酒精促进酵母菌的增殖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3P8)。微生物培养缩短发酵时间,确保品质稳定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

为糖化),然后才能发酵(选必1P24)。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(选必3P24)(2022山东,20)。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基础培养基+青霉素→分离酵母菌等真菌以尿素为唯一氮源的培养基→分离分解尿素的细菌无碳源培养基→分离自养微生物无氮源培养基→分离固氮微生物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。知识拓展

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。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,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;(3)化学药物消毒,如70%酒精为外植体消

毒;(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,紫外线

照射前,适量喷洒苯酚或煤酚皂溶液等消毒液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二、无菌技术三、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微生物的方法平板划线法注意:最后一次的划线不能与第一次的划线相连接种微生物的方法稀释涂布平板法

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,使本次划线的菌种仅来源于上

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。错

(1)平板划线法可用于微生物纯培养,但一般不用于计数;稀释涂布平板法既

可用于微生物纯培养,又便于计数。(2)菌落是指分散的微生物在适宜的固体培养基表面或繁殖形成的肉眼可见的、

有一定形态结构的子细胞群体,常依据大小、形状、隆起程度、颜色等特征来区分不

同菌种。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四、微生物的计数实例: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错

微生物培养中相关对照的设置(1)要确定培养基是否被污染:根据空白(未接种)培养基是否有菌落生长,若有则被污染。(2)要确定选择培养基是否有选择作用:根据接种后的完全培养基上的菌落数是否明显

多于选择培养基上的菌落数,若多则有选择作用。真题选改判即练即清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。

(

)×解析制作酸奶时牛奶不须经过高压蒸汽灭菌法灭菌。2.(2024浙江6月选考,14)以尿素为唯一氮源的培养基可用于筛选产脲酶细菌。

(

)√3.(2022湖北,5)为防止蛋白质变性,不能用高压蒸汽灭菌法对牛肉膏蛋白胨培养基进行

灭菌。

(

)×解析高的蛋白质仍可作为微生物的氮源,可以用高压蒸汽灭菌法对牛肉膏蛋

白胨培养基进行灭菌。4.(2022辽宁,18)通常微生物培养所用的培养基及接种工具分别采用湿热灭菌和灼烧灭

菌。

(

)√5.(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。

(

)×解析制备灭菌培养基的方法为将装入锥形瓶中的培养基和空的培养皿分别进行灭

菌,待培养基冷却至50℃左右时,将锥形瓶中的培养基分装到灭菌后的培养皿中。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。6.(2020浙江7月选考,19)配制培养基时应根据微生物的种类调整培养基的pH。

(

)√教考衔接

典例

(2020江苏,19,2分)为纯化菌种,在鉴别培养基上划线接种纤维素降解细菌,培养

结果如图所示。下列叙述正确的是

(

)A.倒平板后需间歇晃动,以保证表面平整B.图中Ⅰ、Ⅱ区的细菌数量均太多,应从Ⅲ区挑取单菌落C.该实验结果因单菌落太多,不能达到菌种纯化的目的D.菌落纤维素被降解后,可被刚果红染成红色

B解析