文档文本内容
第九单元 生物技术与工程
０９
专题二十五 发酵工程
基础篇
2. 考点 一 传统发酵技术 制作果酒和果醋
制作果酒
一、传统发酵技术 １)
1. 原理：在适宜条件下 将原料通过❶ 微生物 ① 菌种 : 附着在新鲜水果的果皮表面的野生型
ꎬ
酵母菌
的代谢转化为人类所需要的产物
ꎮ
ꎮ
2. 原理
菌种：来自原材料中天然存在的微生物 或
② :
ꎬ
酶
前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物 酵母菌无氧时酒精发酵
3. 类型：以混合菌种的❷ 固体发酵及半固
ꎮ
体
酒精 能量
: Ｃ６Ｈ１２ Ｏ６ →
２Ｃ２Ｈ５ＯＨ( )＋２ＣＯ２ ＋ ꎮ
发酵 为主 通常是家庭式或作坊式的
制作果醋
ꎬ ꎮ
２)
4.
结果：生产制作人们需要的各种发酵产物
菌种 空气中的❺ 醋酸菌
ꎬ
① : ꎮ
如酒 醋 酱 腐乳 泡菜 酱油 豆豉等
原理
、 、 、 、 、 、 ꎮ
② :
二、制作传统发酵食品
酶
当 糖源充足时
1.
制作传统泡菜 Ｏ２、 : Ｃ６Ｈ１２ Ｏ６ ＋ ２Ｏ２ →
乙酸 能量
菌种 植物体表面天然存在的❸ 乳酸菌 ２ＣＨ３ＣＯＯＨ( )＋２Ｈ２Ｏ＋２ＣＯ２ ＋
１) : ꎬ
酶
常见的乳酸菌包括乳酸链球菌和乳酸杆菌 当缺少糖源 充足 时
ꎮ (Ｏ２ ) :Ｃ２Ｈ５ＯＨ＋Ｏ２ →
酶 乙酸 能量
２)
原理
:
❹
Ｃ６Ｈ１２Ｏ６ →２Ｃ３Ｈ６Ｏ３
(乳酸)
＋
能量
ꎮ
ＣＨ３ＣＯＯＨ( )＋Ｈ２Ｏ＋
方法步骤 以葡萄酒和葡萄醋的制作为例
方法步骤
３) ( )
３)
疑难突破
思考 盐水要煮沸冷却后使用的目的是什么?
易混易错
提示 煮沸的目的是除去水中的氧气ꎬ杀灭盐水中的其
( )葡萄应先冲洗再去枝梗ꎬ避免杂菌污染ꎮ ( )瓶中
１ ２
他杂菌ꎮ 冷却的目的是保证乳酸菌等微生物的生命活
留约 的空间ꎬ为酵母菌大量繁殖提供 并防止发
１/３ Ｏ２
动不受影响ꎮ
酵液外溢ꎮ ( )果酒发酵时拧松而非打开瓶盖ꎬ可排出
３
知识归纳
ꎬ并防止杂菌进入ꎮ ( )清洗干净的发酵瓶、榨汁机
ＣＯ２ ４
5 ( １ )营造“无氧环境”的 ３ 项措施: 等需用体积分数为 的酒精消毒ꎮ
年 ７０％
选择的泡菜坛要密封性好ꎻ 加入蔬菜后要倒入煮沸冷
高
① ②
考 3. 发酵装置
却的盐水ꎬ使盐水没过全部蔬菜ꎻ 盖上坛盖后要向坛盖边
3 ③
年 沿的水槽中注满清水ꎬ并在发酵过程中注意补充水ꎮ 装置图 如右图所示
模 １) : ꎮ
拟
( )泡菜“咸而不酸”可能是食盐浓度过高、发酵温度过低 结构及功能
２
A ２)
等导致泡菜未能正常发酵ꎮ
版 充气口 制作果酒前期和醋
① :
( )“陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌ꎬ制泡菜时若加
高 ３ 酸发酵时连接充气泵 输入无菌空气
考 入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌ꎮ ꎬ ꎮ
生
排气口 排出酒精发酵时产生的
物
② : ＣＯ２ꎮ
１５２
长而弯曲的胶管 防止空气中的微生物
③ : １ ２ ３ ４ 传统发酵食品的
.√ .√ .√ .✕
污染
ꎮ 制作过程中 利用的是自然界的混合菌 并没有针对
ꎬ ꎬ
出料口 便于取样 及时监测发酵情况
不同食品接种不同的菌种 ５ 泡菜坛只能装
④ : ꎬ ꎮ
ꎮ .✕
注意 葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液 八成满 主要原因是防止杂菌产生的 使发酵液
ꎬ ＣＯ２
形成的ꎮ 外溢
ꎮ
4.
传统发酵中四种常用菌的比较
考点 二 微生物的培养技术及应用
微生物 酵母菌 醋酸菌 乳酸菌 毛霉
生物学 一、培养基
真核生物 原核生物 原核生物 真核生物
分类 1. 概念：人们按照微生物对❶ 营养物质 的不
代谢 异养兼
同需求 配制出供其生长繁殖的营养基质
异养需氧 异养厌氧 异养需氧
ꎬ ꎮ
类型 性厌氧
2.
成分
适宜
室温 为微生物提供水 无机盐 ❷ 碳源 和氮源
温度 １８~３０ ℃ ３０~３５ ℃ １５~１８ ℃ １) 、 、
等营养物质
分泌蛋白 ꎮ
糖 乙酸
发酵 无氧呼吸 → 无氧呼吸 酶、脂肪酶 营养物质 来源 主要功能
或乙醇
原理 产生酒精 → 产生乳酸 分解蛋白
乙醛 乙酸 无机 、 、 构成细胞物质和一
→ 质和脂肪
ＣＯ２ ＮａＨＣＯ３ ＣａＣＯ３
碳源 等含碳无机物 些代谢产物ꎻ
主要 酿酒、 制作酸 碳源
酿醋 制作腐乳 有机 糖类、脂质、蛋白质、 有机碳源既是碳源
用途 发面等 奶、泡菜
碳源 有机酸、牛肉膏等 又是能源
疑难突破
无机
思考 家庭制作果酒时ꎬ不需要严格的消毒过程也能完 、硝酸盐、 等
氮源 ＮＨ３ Ｎ２ 合成蛋白质、核酸及
成发酵ꎬ原因是什么? 氮源
有机 蛋白胨、尿素、氨基 含氮的代谢产物
提示 在缺氧、呈酸性的发酵液中ꎬ酵母菌可以生长繁
氮源 酸等
殖ꎬ而绝大多数其他微生物的生长都因无法适应这一环
参 与 酶 和 核 酸 的
境而受到抑制ꎮ
特殊营 形成ꎻ
维生素、氨基酸、碱基等
考点训练(请判断下列说法是否正确) 养物质 参与代谢过程中的
酶促反应
制作泡菜时 坛子必须密封 防止乳酸菌在有
１. ꎬ ꎬ
需满足微生物生长时对❸ 特殊营养物
氧条件下发酵被抑制
２) ｐＨ 、
ꎮ ( )
质以及 的需求
参与腐乳制作的微生物有多种 其中起主要 Ｏ２ ꎮ
２. ꎬ
知识归纳
作用的是毛霉
ꎮ ( ) ( )培养乳酸杆菌时ꎬ需要在培养基中添加维生素ꎻ
在果酒发酵后期拧松瓶盖的间隔时间可延长 １
３. ꎮ ( )培养霉菌时ꎬ一般需要将培养基调至酸性ꎻ
２
( )培养细菌时ꎬ一般需要将培养基调至中性或弱碱性ꎻ
( ) ３
传统发酵食品的制作过程中 不同的食品接 ( )培养厌氧微生物时ꎬ需要提供无氧的条件ꎮ
４. ꎬ ４
种不同的菌种 3.
类型及应用
ꎮ ( )
制作泡菜时 切好的蔬菜需要装满泡菜坛 专
５. ꎬ ꎮ 依据培养基的物理性质 题
１) 二
十
( )
五
发
酵
工
程
１５３
依据培养基的功能 平板划线法要点
２) ②
二、无菌技术——消毒和灭菌
1.
消毒
连续划线时 每次都从❼ 上一次划线 的末
Ａ. ꎬ
概念 使用较为温和的❹ 物理、化学或生物 等
１) : 端开始划线 注意不要将最后一次的划线与
ꎬ
方法杀死物体表面或内部一部分微生物
ꎮ 第一次的划线相连 培养后一般可在最后
ꎮ
常见方法 适用范围或效果
２) 、 一次的划线区找到单个菌落 如图中的
ꎬ
常见方法 适用范围或效果
区
“４” ꎮ
日常用品(可杀死微生物的营养细胞和
疑难突破
煮沸消毒
部分芽孢)
思考 为什么不要将最后一次的划线与第一次的划线
牛奶等不耐高温的液体(可杀死绝大多
相连?
巴氏消毒 数微生物ꎬ并且基本不破坏牛奶等中的
提示 通常最后一次划线已经可将酵母菌稀释成单个
营养成分)
细胞ꎬ如果与第一次划线相连ꎬ则增加了酵母菌数目ꎬ可
化学药物
用酒精擦拭双手、用氯气消毒水源等
能得不到单菌落ꎮ
消毒
区别以下不同阶段灼烧接种环的目的
接种室、接种箱等(杀死物体表面或空气
Ｂ.
紫外线
中的微生物ꎻ照射前ꎬ可喷洒适量石炭酸 蘸取菌液前 杀死接种环上原有的微生物
消毒 ａ. : ꎮ
或煤酚皂溶液等消毒液加强消毒效果) 每次划线之前 杀死上次划线后接种环上残
ｂ. :
2.
灭菌 留的菌种 使本次划线的菌种直接来源于上
ꎬ
概念 使用强烈的理化方法杀死物体内外 次划线的末端
１) : ꎮ
❺ 所有的微生物 包括芽孢和孢子 划线结束后 及时杀死接种环上残存的菌种
ꎬ ꎮ ｃ. : ꎬ
常见方法和适用范围 避免菌种污染环境和感染操作者
２) ꎮ
常见方法 适用范围 稀释涂布平板法
２)
湿热灭菌 培养基等(高压蒸汽灭菌的效果最好) 系列稀释 将 土样与 无菌水混合
① : １０ ｇ ９０ ｍＬ
玻璃器皿、金属用具等耐高温的和需保持 已稀释 倍 计算时不能忽略 按图中所
干热灭菌 ( １０ ꎬ )ꎬ
干燥的物品 示依次等比稀释
ꎮ
灼烧灭菌 微生物的接种工具(如涂布器、接种环等)
三、微生物的纯培养
1.
原理：将单个微生物分散在固体培养基上
ꎬ
可经培养得到❻ 单菌落 纯培养物
5 ( )ꎮ
年 2. 常用方法：平板划线法和稀释涂布平板法
高 ꎮ
考
平板划线法 涂布平板
3
１) ②
年
主要过程
模
①
拟
A
版
高
考
生
物
１５４
3. 实例：酵母菌的纯培养 易混易错
制备培养酵母菌的培养基 选择培养基和鉴别培养基的实例对比
１)
配制培养基 马铃薯去皮切块 加水煮烂 过 类型 实例
① : → →
培养基中加入青霉素用于分离得到酵母菌等真菌
滤 加葡萄糖或蔗糖与琼脂 蒸馏水定容
→ → ꎮ 培养基中加入高浓度的食盐用于分离得到金
灭菌 培养皿等用干热灭菌 灭菌
② : (１６０~１７０ ℃ 黄色葡萄球菌
培养基用❽ 高压蒸汽灭菌
以尿素为唯一氮源的培养基用于分离分解尿
２ ｈ)ꎻ (１００ ｋＰａ、
灭菌 选择 素的细菌
１２１ ℃ １５~３０ ｍｉｎ)ꎮ
培养基 不添加氮源的培养基用于分离固氮微生物
倒平板 待培养基冷却至 左右 在
③ : ５０ ℃ ꎬ
石油是唯一碳源时ꎬ能够利用石油的微生物可以生
❾ 酒精灯火焰 附近进行
ꎮ 存ꎬ可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 伊红—亚甲蓝琼脂培养基可用来鉴别大肠杆
培养基 菌(菌落呈深紫色ꎬ带金属光泽)
制备固体培养基时 最后要将冷却凝固的平板
ꎬ
倒置 以防止冷凝水滴落在培养基上造成污染 知识归纳
ꎬ ꎮ
三种鉴别微生物的方法
接种和分离酵母菌 可用平板划线法将聚集
２) :
( )菌落特征鉴别法:根据微生物在固体平板培养基表面形
的菌种逐步稀释分散到培养基表面 １
ꎮ 成的菌落的形状、大小、隆起程度和颜色等特征进行鉴别ꎮ
培养酵母菌 将接种后的平板和一个未接种的平
３) : ( )指示剂鉴别法:如在以尿素为唯一氮源的培养基中加入
２
板 起对照作用 以证明培养基在使用前未被杂
( ꎬ 酚红指示剂ꎬ培养某种微生物后ꎬ若指示剂变红ꎬ说明该种
菌污染 一同倒置 左右恒温培养
) ꎬ２８ ℃ ２４~４８ ｈꎮ 微生物能够分解尿素ꎮ ( )染色鉴别法:如利用刚果红染色
３
四、微生物的选择培养、鉴定和计数
法鉴别纤维素分解菌ꎬ刚果红可与纤维素形成红色复合物ꎬ
1.
微生物的选择培养 当纤维素被纤维素分解菌分解后ꎬ复合物就无法形成ꎬ培养
微生物筛选原理 人为提供有利于 目的菌 生 基中会出现以纤维素分解菌为中心的透明圈ꎮ
:
长的条件 同时抑制或阻止其他微生物的生长 利
ꎬ ꎬ 分离与计数
３)
用的是选择培养基
ꎮ 用稀释涂布平板法分离分解尿素的细菌
2. ① ꎮ
土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
培养 恒温培养箱中培养
② : ꎮ
实验原理
１) 计数 选择菌落数为 的平板计数
③ : ３０~３００ ꎮ
能分解尿素的细菌可以合成脲酶 脲酶能催
① ꎬ 注意事项
４)
化尿素分解产生 可作为细菌生长
ＮＨ３ꎬＮＨ３ 选取菌落数目稳定时的记录作为结果
① ꎮ
的 氮源
ꎮ 重复实验 统计时取平均值
② ꎬ ꎮ
以 尿素 为唯一氮源的培养基可从土壤
3.
② 微生物的数量测定方法
中分离出分解尿素的细菌
ꎮ 显微镜直接计数法
１)
鉴别方法
２) 用具 细菌计数板或血细胞计数板
升高可使酚红指示剂变红 脲酶可将尿
ｐＨ ꎬ
优点 快速、直观
素分解成氨 使培养基 升高 故在培养基 专
ꎬ ｐＨ ꎬ 题
中加入酚红指示剂 若指示剂变红 则说明 误差 无法区分死菌和活菌ꎬ结果偏大 二
十
ꎬ ꎬ
五
该细菌能分解尿素 计数前用台盼蓝对细胞进行染色ꎬ死细胞
ꎮ 改进措施 发
会被染成蓝色ꎬ活细胞不着色
酵
工
程
１５５
稀释涂布平板法 考点 三 发酵工程及其应用
２)
当样品的稀释度足够高时ꎬ培养基表面生长的 一、发酵工程的基本环节
原理
一个单菌落ꎬ来源于样品稀释液中的一个活菌 1.
发酵工程
每克样品的菌落数 Ｃ/Ｖ Ｍ(Ｃ:平均菌落数ꎻＶ:
公式 ＝ × 概念 利用❶ 微生物 的特定功能 通过现
涂布的稀释液体积ꎻＭ:稀释倍数) １) : ꎬ
代工程技术 规模化生产对人类有用的产
当两个或多个细胞连在一起时ꎬ平板上观察到 ꎬ
误差 品 涉及菌种的❷ 选育和培养 产品的
的只是一个菌落ꎬ会使结果偏小 ꎬ 、
❸ 分离和提纯 等方面
疑难突破 ꎮ
发酵工程属于多学科的综合工程 综合了
思考 实验中初步估测样品中细菌细胞数为 ７个 ꎬ ２) ꎮ
２×１０ /ｍＬ
微生物学 化学工程 基因工程 细胞工程
若要在每个平板上涂布 稀释后的菌液ꎬ且保证每 、 、 、 、
１００ μＬ
机械工程和计算机软硬件工程
个平板上长出的菌落数不超过 个ꎬ则至少应将样品
ꎮ
２００
2.
发酵工程的基本环节
中的菌液稀释多少倍?
提示 利用上述表中的公式直接求算ꎬ则样品中的菌株
数 ７个 、Ｃ 个、Ｖ ꎬ套用
＝２×１０ /ｍＬ ＝２００ ＝１００ μＬ＝０.１ ｍＬ
公式直接求得Ｍ ４ꎮ
＝１０
选育菌种 可从❹ 自然界 中筛选 也可通
１) : ꎬ
考点训练(请判断下列说法是否正确)
过诱变育种或基因工程育种获得
ꎮ
微生物在琼脂固体培养基表面或内部生长繁
菌种扩大培养的目的是促使❺ 菌体数量快
１.
２)
殖可以形成肉眼可见的菌落
速增长 使接入菌种的总体积满足发酵生
ꎮ ( )
ꎬ
培养基中碳源和氮源可分别为培养的微生物
产需求
２.
ꎮ
提供碳元素 氮元素
发酵罐内发酵生产是发酵工程的中心环节 此
、 ꎮ ( )
３) ꎬ
湿热灭菌就是高压蒸汽灭菌 干热灭菌就是
阶段在了解发酵进程的同时 还要及时添加必
３. ꎬ
ꎬ
灼烧灭菌
需的营养组分以及严格控制❻ 发酵条件
ꎮ ( )
ꎮ
微生物纯培养就是不含有代谢废物的微生物
发酵产品有微生物代谢物和微生物细胞本
４.
４)
培养物
身 前者需要根据产物的性质采取适当的提
ꎮ ( )
ꎬ
细菌计数板就是血细胞计数板 二者的原理 取 ❼ 分离和纯化 措施 后者可通过❽ 过
５. ꎬ
、 ꎬ
相同 滤、沉淀 等方法将菌体分离和干燥
ꎮ ( )
ꎮ
3.
发酵工程的特点：生产条件温和 原料来源
１ ２ ３ 湿热灭菌是利用沸水
、
.√ .√ .✕ 、
丰富且价格低廉 产物专一 废弃物对环境的
流通蒸汽或高压蒸汽进行灭菌的方法 高压蒸汽灭菌
ꎬ 、 、
是湿热灭菌中的一种 干热灭菌和灼烧灭菌是两类不 污染小且容易处理等
ꎻ ꎮ
同的灭菌方法 前者需要使用干热灭菌箱 后者直接 易混易错
ꎬ ꎬ
5 将需要灭菌的用具放在酒精灯火焰的充分燃烧层灼 ( )传统发酵技术得到的产品一般不进行分离、提纯ꎬ而发
１
年
高 烧 ４ 获得纯培养物的过程就是纯培养 纯培 酵工程得到的产品需根据发酵产品类型进行分离、提纯ꎮ
ꎮ .✕ ꎬ
考
3 养物是由单一个体繁殖所获得的微生物群体 ( )发酵生产排出的气体和废弃物不能直接排放到外界
ꎮ ２
年
模 ５ 细菌计数板和血细胞计数板的计数原理相同 环境中ꎬ以免对环境造成污染ꎮ
.✕ ꎬ
拟
但前者比后者薄 前者可对细菌等较小的细胞进行观
A ꎬ
版 察和计数 而后者可用于相对较大的细胞如酵母菌等
ꎬ
高 的计数
考 ꎮ
生
物
１５６
二、发酵工程的应用 极端微生物的应用 如嗜热菌 嗜盐菌可以
２) ꎬ 、
1.
在食品工业上的应用 用来生产洗涤剂
ꎮ
生产传统的发酵产品 疑难突破
１) ꎮ
以大豆为主要原料 利用产生蛋白酶的霉菌 思考１ 青霉素发酵是高耗氧过程ꎬ如何能够在发酵过
① ꎬ
程中给微生物持续高效地供氧呢? (提示:血红蛋白具
如黑曲霉 将原料中的蛋白质水解成
( )ꎬ
有携带氧的能力)
❾ 小分子的肽和氨基酸 然后经淋洗 调
ꎬ 、
提示１ 可以用基因工程的方法ꎬ将血红蛋白基因转入
制成酱油产品
ꎮ 青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率ꎮ
以谷物或水果等为原料 利用酿酒酵母发酵
② ꎬ 思考２ 引起全球新冠肺炎大流行的元凶是新冠病毒ꎬ
生产各种酒类
ꎮ 利用发酵工程相关知识ꎬ如何大量生产新冠病毒疫苗?
啤酒的工业化生产流程 八步两个阶段
提示２ 可将新冠病毒的抗原基因转入某种微生物体
③ ———“ ”
内ꎬ再通过发酵工程大量生产新冠病毒疫苗ꎮ
考点训练(请判断下列说法是否正确)
在发酵工程中 可通过诱变育种 基因工程育
生产食品添加剂 如通过黑曲霉发酵制得柠 １. ꎬ 、
２) ꎬ
种获得菌种
檬酸 由谷氨酸棒状杆菌发酵得到谷氨酸 ꎮ ( )
ꎻ ꎬ
在连续培养过程中补充的同种培养液和空气
谷氨酸再经过一系列处理制成味精 ２.
ꎮ
须先灭菌
生产酶制剂 如淀粉酶 果胶酶等 ꎮ ( )
３) ꎬ 、 ꎮ
2. 通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细
在医药工业上的应用
３.
胞蛋白
生产各种药物 疫苗等 ꎮ ( )
、 ꎮ
3. 乳酸菌可代替酵母菌用于乙醇的生产
在农牧业上的应用
４. ꎮ ( )
发酵罐中微生物的生长繁殖 代谢物的形成
生产微生物肥料 如固氮菌肥等 ５. 、
１) ꎬ ꎮ
速度都与搅拌速度无关
生产微生物农药 如苏云金杆菌可防治多种 ꎮ ( )
２) ꎬ
发酵工程与传统发酵技术最大的区别是前者
农林虫害 白僵菌可防治玉米螟 松毛虫等 ６.
ꎻ 、
可以用微生物进行发酵
虫害 井冈霉素可防治水稻枯纹病 ꎮ ( )
ꎻ ꎮ
生产微生物饲料 如单细胞蛋白 微生物菌 １ ２ ３ 单细胞蛋白就是微生物
３) ꎬ ( .√ .√ .✕
体 制成的微生物饲料能使家禽 家畜增重 细胞本身 ４ 乳酸菌为厌氧生物 无氧呼吸的
) 、 ꎮ .✕ ꎬ
快 产奶或产蛋量显著提高 在青贮饲料中 产物是乳酸 无酒精 故不能代替酵母菌用于乙醇的
ꎬ ꎻ ꎬ ꎬ
生产 ５ 发酵罐中微生物的生长繁殖 代谢物
添加乳酸菌 可提高饲料品质 使饲料保鲜
ꎮ .✕ 、
ꎬ ꎬ ꎬ
的形成速度都与搅拌速度有关 ６ 传统发酵
动物食用后可提高动物免疫力 ꎮ .✕
ꎮ
技术和发酵工程都是利用微生物的发酵来实现相关
4.
在其他方面的应用
产品的生产的
利用纤维废料发酵生产酒精 乙烯等能源物质 ꎮ
１) 、 ꎮ
专
题
二
十
五
发
酵
工
程
１５７
