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第 1 章 发酵工程
第 1 节 传统发酵技术的应用
1.P 从社会中来：“葡萄美酒夜光杯，欲饮琵琶马，上催。醉卧沙场君莫笑，古来征战几人回。”(唐.王
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翰)诗中捉及的葡萄酒是人类利用微生物发酵制作而来的。通过微生物的发酵作用还可以制作葡萄醋。葡萄
酒和葡萄醋都是以葡萄为原料发酵而来的饮品，为什么一个是醇厚浓郁、耐人寻味的酒，一个却是酸味柔
和、口感绵长的醋呢?它们的制作方法有什么不同?你想不想自己动手制作葡萄酒和葡萄醋呢?
2.P 探究·实践：制作传统发酵食品
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结果分析与评价
（1）用水密封泡菜坛的目的是什么?这说明泡菜制作需要什么条件?
（2）为什么菜料只能装八成满?
（3）你腌制的泡菜成功吗?色泽如何?口味如何?
3.P 探究·实践：制作果酒和果醋
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结果分析与评价
（1）在制作果酒和果醋的过程中，发酵液分别有哪些变化?其中最明显的变化发生在发酵后多少天?引起变
化的原因是什么?
（2）在制作果酒的过程中，除酵母菌之外，是否还有其他微生物生长?它们会对果酒发酵产生影响吗?如果
有，如何避免这种影响?（3）在制作果醋的过程中，酵母菌是否还会继续发酵?醋酸菌从何而来?采用什么措施可以加快果醋的制作?
（4）你制作的果酒和果醋的口味如何?如果你对结果不满意，应该如何改进?
4.P 到社会中去：查阅关于果酒和果醋工业化生产的工艺流程，比较自己制作果酒和果醋的方法与这些流
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程有哪些异同。在此基础上，请思考:当把少量制作转化为大规模生产时，需要解决哪些实际问题?你能从
中体会到技术与工程的区别和联系吗?
5.P 练习与应用
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一、概念检测
1.油炸臭豆腐是我国一些地方的风味小吃。制作时需要将豆腐浸人含有乳酸菌、芽孢杆菌等微生物的卤汁
中发酵。判断下列相关表述是否正确。
(1)卤汁中的乳酸菌和芽孢杆菌不存在竞争关系。( )
(2)乳酸菌发酵产生了乳酸和CO。( )
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(3)微生物发酵产生了不同的代谢物使得该臭豆腐具有特殊的味道。( )
2.传统发酵食品的制作需要各种各样的微生物。下列相关叙述错误的是( )
A.腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸发酵 B.制作腐乳利用了毛霉等产生的蛋白酶
C.制作果酒利用了酵母菌在无氧条件下产生酒精 D.制作果醋利用了醋酸菌在无氧条件下产生醋酸
二、拓展应用
1.请举例说说你身边的传统发酵食品有哪些，它们的制作原理是什么？有机会的话，你也可以尝试做一做。
2.某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”;在用质量百分比为5%的
食盐水制作泡菜时，他在不同时间测定了泡菜中亚硝酸盐的含量，结果见右栏曲线图。请你帮他分析相
关问题。
(1)据图分析，从亚硝酸盐的含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适?为什么?
(2)他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成这个结果最可能的原因是什么?
(3)加入“陈泡菜水”的目的是什么?
3.有3位同学分别采用了3种不同的发酵装置来制作果醋。A同学用的是带盖的塑料瓶; B同学用了没有盖
的塑料瓶，在发酵过程中无盖的瓶口一直由捆绑在瓶口的8层纱布覆盖; C同学示的发酵装置。结合果醋的
制作原理，你认为哪--种发酵
装置更适合制作果出料口-醋?你还能继续改进这种装置吗?
第 2 节 微生物的培养技术及应用
1.P 从社会中来：在经过杀菌处理的牛奶中添加某些对人体有益的细菌，再经过发酵就可以制成酸奶。由
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于制作工艺并不复杂，一些人会在家里自制酸奶。自制酸奶虽然方便，但是食用自制酸奶导致食物中毒的
事例屡见不鲜，主要原因是在制作过程中有杂菌混入。那么，怎祥才能保证无处不在的杂菌不混入发酵物中呢?
2.P 旁栏思考题：为什么培养基需要有氮源?
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3.P 旁栏思考题：无菌技术除用来防止实验室的培养物被其他外来微生物污染外，还有什么作用?
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4.P 探究·实践：酵母菌的纯培养
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（1）在未接种的培养基表面是否有菌落生长?如果有，说明了什么?
5.P 思维训练：评估论点的可信度
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有一段时间，水果“酵素"风靡各地。水果“酵素”制作的大致过程是:将洗净、切成块状的水果放入洁净
的容器，再加入糖和水，密封，置于阴凉处发酵两周。
有人说，吃水果“酵素"可以美容.减肥、促进消化和提高免疫力。请评估这一论点是否可信。追问以下问
题可以帮助你分析。酵素”是什么?水果“酵素”的制作原理是什么?水果“酵索"中可能含有哪些成分?它
有没有无法从其他食品中获取但又是维护人体健康所必需的成分?水果“酵索”中的所有成分都有益于人
体健康吗?
如果要更加有力地支持或反驳水果“酵素”有益健康的论点，应该怎样获取证据?
6..P 练习与应用
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一、概念检测
1.微生物的纯培养既需要适宜的培养基，又要防止杂菌污染。判断下列相关表述是否正确。
(1)培养基中的营养物质浓度越高，对微生物的生长越有利。( )
(2)消毒和灭菌的杀菌程度存在差异。 ( )
(3)微生物的纯培养物就是不含有代谢废物的微生物培养物。( )
2.日常生活中保存食品的方法有哪些?这些方法是如何阻止或抑制微生物生长的?1．（P14）二、拓展应用
1.某同学将5个手指尖在贴有“洗手前”标签的培养基上轻轻按一下。然后用肥皂将该手洗干净，再将5
个指尖在贴有“洗手后”标签的同种培养基上轻轻按一下。将这两个培养皿放入 37 C恒温培养箱中培养
24 h后，发现贴有“洗手后”标签的培养皿中菌落较少。请分析回答下列问题。
(1)这个实验中需要进行灭菌处理的材料用具有______________________________________。
(2)“将指尖在培养基上轻轻按一下”相当于微生物培养中的哪一步操作?
(3)从实验结果来看，洗手后我们就能进行无菌操作了吗?操作时，我们可以采用什么方法？
2.某生物兴趣小组将从葡萄皮上成功分离来的野生酵母菌分别接种于 3个盛有等量同种液体培养基的锥形
瓶中，并放置在摇床上培养，摇床转速分别为 210r/min.230r/min和250r/min。培
养时间与酵母菌种群密度的关系如下图所示。请分析回答下列问题。
(1)摇床转速不同，意昧着培养条件有什么不同?
(2)从图中数据你可以得出什么结论?其原因是什么?
(3)为什么培养8h后，其中2个锥形瓶中酵母菌的种群密度基本达到稳定?
02 微生物的选择培养和计数
7.P 思考·讨论：选择培养基配方设计
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（1）如果让你配制一种培养基，将土壤稀释液中能分解尿素的细菌分离出来，培养基的配方该如何设计?
（2）该培养基与普通培养基有哪些共同点和不同点?8.P 探究·实践：土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
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（1）结合对照组，分析培养物中是否有杂菌污染以及选择培养基是否筛选出一些菌落。
（2）你是否获得了某一稀释度下菌落数目为30-300的平板?在这一稀释度下，是否至少有2个平板的菌落
数接近?
（3）你统计的每克上样中能分解尿素的细菌的菌落数是多少?与其他同学统计的结果接近吗?如果差异很大，
可能是什么原因引起的?
9.P 练习与应用
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一、概念检测
1.判断下列表述是否正确。
(1)不同浓度的菌液都可以在培养基表面形成单菌落。( )
(2)进行微生物选择培养的日的是分析不同微生物的营养需求。( )
(3)微生物的选择培养需要设置对照组来判断选择培养基是否起到了选择作用。( )
2.用稀释涂布平板法来统计样品中的活菌数时，通过统计平板上的菌落数就能推测出样品中的活菌数，原
因是()
A.菌落中的细菌数日是固定的 B.平板上的-一个菌落就是一个细菌
C.通过此方法统计的菌落数与活菌的实际数目相同 D.平板上的一个菌落一般来源于样品稀释液中的一个
活菌
二、拓展应用
1. 反刍动物，如牛和羊，具有特殊的器官一瘤胃。在瘤胃中生活着多种微生物，其中许多微生物能分解尿
素。请你设计一个实验，从瘤胃中分离出能够分解尿素的微生物。2.地球上的植物每年产生的纤维素超过70亿吨，其中40%-60%能被土壤中某些微生物分解利用，这是因为
它们能够产生纤维素酶。对这些微生物的研究与应用，使人们能够利用秸秆等废弃物生产酒精，
用纤维索酶处理服装面料等。已知刚果红是一种染料，它可以与像纤维索这样的多糖物质形成
红色复合物，但并不与水解后的纤维二糖、葡萄糖等发生这种反应。当我们在含有纤维素的培
养基中加入刚果红时，刚果红与纤维素形成红色复合物;而当纤维系被纤维索分解菌分解后，
复合物就无法形成，培养基中会出现以这些菌为中心的透明圈(如下图所示)。请回答下列问题。
（1）现在要从土壤中分离纤维素分解菌，请你给出详细的实验方案。
(2)你打算到什么环境中去寻找纤维素分解菌?为什么?
(3)有同学说，可以把滤纸埋在土壤中，经过一段时间后，再从已腐烂的滤纸上筛选纤维素分解菌。请你评
价这一做法。
第 3 节 发酵工程及其应用
1.P 从社会中来：青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。早期科学家只能从青霉菌中提取少量青霉
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素，它的价格贵如金。随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等，青霉素步入了产业化生产的道路。如今，
1瓶规格160万单位的青霉素注射剂的价格只要I元左右。那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢?
2.P 旁栏思考题：某镇独产一种美酒，以下是对该镇环境的描述:四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独
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特的微生物群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中菌种
选有的重要性有什么启示?3.P 思考·讨论：发酵工程基本流程的分析
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结合图1-9，分析和讨论以下问题。
（1）微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素?
（2）怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要?
（3）在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处?
（4）在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗?为什么?
4.P 思考·讨论：啤酒的工业化生产流程
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（1）与传统的手工发酵相比，在下面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段保证了啤酒的产量和质量有
明显的提高?
（2）现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、
不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业"啤酒更健康，你怎么看待这个问题?
“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证地
看待大规模生产与小规模制作?
5.P 旁栏思考题：请你回忆一下自己做过的生物学实验，想一想曾经使用过哪些酶制剂。
266.P 练习与应用
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一、概念检测
1.与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。判断下列相关表述是否正
确。
(1)发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。( )
(2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。( )
(3)在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢途径。
( )
(4)通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。( )
二、拓展应用
1.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提
出解决这些问题的思路。
(1)青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢?(提示:血红蛋白具有
携带O2的能力)
(2)在发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉
素的合成过程中，它们有一-个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造
青霉素生产菌使其只生产青霉素，或者只生产头孢霉素呢?
2.通过微生物发酵，可以将粮食(如玉米、小麦等)及各种植物纤维加工成燃料乙醇;将燃料乙醇和普通汽油
按一定 比例混配，就形成了目前在我国多地广”泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油
的环保性令人称道。调查显示，使用乙醇汽油与使用普通汽油相比，排放到空气
中的NO 、CO等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生”;但也有人认
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为，生产燃料乙醇需要消耗大量粮食，会增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查
阅资料，评估这一风险，并说明在生产时应如何规避这一风险。7.P 复习与提高
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1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的，难以降解的有机化合物A.其研究团队用化合物A.磷酸盐。
镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如
下图所示，请分析回答问题。
(1)在墙养基中加人化合物A的目的是_________________，这种培养基属于________培养基。
(2)培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量________的培养液，接人新的墙养液中连续培养，使目的
菌的数量________。
(3)若要研究目的菌的生长规律，可挑取单个菌落进行液体培养，再采用________方法进行计数。请你预测
目的菌的种群数量会发生怎样的变化。
(4)将目的菌用于环境保护实践时，还有哪些问题需要解决?
(5)有人提出。可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物A的细菌，请分析这种方法是否可行。
2. 某个高温日。某校三位商中学生相约去吃冰激凌，之局两人都出现腹泻现象，于是他们怀疑冰激凌中
的大肠杆菌含量超标。老师建议他们利用学过的有关微生物培养的知识对此冰激凌进行检测。经过一香资料查阅，他们提出了如下实验设计思路。
立即去卖冰激凌的小店再买一个同样品牌的同种冰教凌:配制伊红一重甲蓝球脂培养基(该培养基可用来鉴
别大肠轩菌，生长在此培养基上的大肠杆菌菌落里深紫色，并有全属光泽)、天菌、倒平板:取10mL刚融化
的冰激凌作为原液。然后进行梯度稀释，稀释信数为1x 10~1x 10' ;取每个浓度的水激凌液各0.1 mL.用涂布
平板法进行接种。每个浓度涂3个平板，一其培券18个平板:在适宣温度下培养48 h.统计菌落数目。(1)请
你从下面几个角度对这三位同学的思路进行评议。
①他们只打算对一个冰激凌进行检测，理由是:两个人吃过冰激凌后。都拉肚子了。所以再检测一个就足以
说明问题。你同意这样的观点吗?为什么?
②有没有必要对冰激凌原液进行梯度稀释?为什么? [提示:我国卫生部门规定了饮用水标准，1mL自来水中
细菌总数不可以超过100个(37C培养24h).1000mL自来水中大肠杆菌菌落数不能超过3个(37 C培养48 h)]
③他们认为，在用该方法统计菌落数目时不需要设计对照组，所以只准备培养18个平板。你认为在这项检
测中是否需要对照组?为什么?
(2)下图所示为4种菌落分布图，一般不能由涂布平板法得到的是（ ）
(3)在完曾实验设计思路后，三位同学进行了实验。培养结果显示，除了深紫色菌落，还有其他菌落存在，
这说明了什么?如果以菌落数代表样品中的大肠杆菌数量，则统计结果比实际值是偏多还是偏少?为什么?(4)如果实验结果显示，检测的冰激凌中大肠杆菌含量超标了。接下来他们应该做什么?
