第1章 发酵工程（知识清单）生物人教版选择性必修3

该高中生物学知识清单系统覆盖发酵工程单元核心内容，包含传统发酵技术应用、微生物培养技术及发酵工程应用三大知识范畴，搭建从基础定义、技术流程到实际应用的递进式学习支架。 清单采用星级难度标注（如传统发酵食品制作原理标为五星重点）和表格对比（果酒果醋发酵条件对比表）构建知识体系，培养科学思维与探究实践能力。设计“易错辨析”（消毒与灭菌区别）“记忆技巧”（平板划线仅纯化等口诀）等模块，不同基础学生可高效掌握要点，教师能据此精准设计教学，提升课堂实效。

第1章 发酵工程（知识清单） 第一节 传统发酵技术的应用 考点1 传统发酵技术定义★★☆☆☆ 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留下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术，一般称为传统发酵技术。 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。 考点2 常见发酵菌种★★☆☆☆ 1、乳酸菌 乳酸菌是厌氧细菌，在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸(反应简式①),可用于乳制品的发酵、泡菜的腌制等。乳酸菌种类很多，在自然界中分布广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内都有乳酸菌分布。常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。 2、酵母菌 酵母菌是一类单细胞真菌，能以多种糖类作为营养物质和能量的来源，因此在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面经常可以发现酵母菌的存在。 酵母菌是兼性厌氧微生物，在无氧条件下能进行酒精发酵(反应简式②),可用于酿酒、制作馒头和面包等。 温度是影响酵母菌生长的重要因素，酿酒酵母的最适生长温度约为28℃ 3、醋酸菌 醋酸菌（原核生物）在有氧条件下，先将乙醇转化为乙醛，再将乙醛转化为醋酸，反应式：C₂H₅OH+O₂→CH₃COOH+H₂O+少量能量，适宜温度为30-35℃，需要持续通入无菌空气。 4、其他发酵菌种 毛霉： 毛霉（真核生物）等微生物产生的蛋白酶和脂肪酶，将豆腐中的蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸，将脂肪分解为甘油和脂肪酸，使腐乳具有独特的风味。 毛霉的生长适宜温度为15-18℃，需要保持一定的湿度。 产品：腐乳。 考点3 传统发酵食品制作原理、流程及其注意事项★★★★★ 传统发酵 所用菌种 制作原理 实验材料与用具 制作流程 注意事项 泡菜的制作 乳酸菌 利用乳酸菌（原核生物）在无氧条件下进行乳酸发酵，将葡萄糖分解为乳酸，反应式：C₆H₁₂O₆→2C₃H₆O₃+少量能量，乳酸积累使泡菜具有酸味，且抑制其他杂菌的生长。 乳酸菌为异养厌氧型微生物 材料：新鲜蔬菜（白菜、萝卜、黄瓜等）、食盐、清水、乳酸菌（或利用蔬菜表面的野生乳酸菌）。 用具：泡菜坛（带水槽的密封坛）、菜刀、砧板、天平、漏斗等 配制盐水：用清水和食盐配制质量分数为5%-20%的盐水，将盐水煮沸冷却（煮沸可杀死盐水中的杂菌，冷却防止杀死乳酸菌）。 装坛：将新鲜蔬菜洗净、切分，装入泡菜坛中，装至半坛时放入蒜瓣、生姜等香辛料，继续装至八成满→倒入冷却后的盐水，使盐水淹没全部蔬菜→盖好坛盖，向坛盖边缘的水槽中注满水，形成密封环境。 发酵：发酵过程注意经常向水槽中补充水，根据室内温度控制发酵时间。 泡菜坛需选择无裂纹、无砂眼的，保证密封性能良好，避免氧气进入导致泡菜变质。发酵过程中要保持坛盖水槽中的水始终充足，防止空气进入坛内。泡菜发酵过程中亚硝酸盐含量会先升高后降低，一般在发酵10天后亚硝酸盐含量降至安全水平，此时食用较为安全。 果酒的制作 酵母菌 酵母菌（真核生物）在无氧条件下进行酒精发酵，反应式：C₆H₁₂O₆→2C₂H₅OH+2CO₂+少量能量，适宜温度为18-25℃，此温度下酵母菌繁殖速度快，发酵效率高 材料：新鲜葡萄（或苹果）、洗洁精、体积分数为70%的酒精。 用具：榨汁机、发酵瓶（或泡菜坛）、玻璃棒、pH试纸、滤纸等 挑选新鲜葡萄→用清水冲洗1-2次（避免过度冲洗导致野生酵母菌流失）→去除枝梗→榨汁→将葡萄汁装入发酵瓶（留约1/3空间，防止发酵液溢出）→密封发酵（每隔12小时左右拧松瓶盖排气，防止瓶内压力过大）→10-12天后取样检测，可通过嗅味和品尝判断发酵是否完成 发酵器需消毒，防止杂菌污染。 果酒发酵过程中，严格控制无氧环境，若有氧会导致酵母菌进行有氧呼吸，不产生酒精。 果醋的制作 醋酸菌 醋酸菌（原核生物）在有氧条件下，先将乙醇转化为乙醛，再将乙醛转化为醋酸，反应式：C₂H₅OH+O₂→CH₃COOH+H₂O+少量能量，适宜温度为30-35℃，需要持续通入无菌空气。 材料：发酵好的葡萄酒、体积分数为70%的酒精。 用具：榨汁机、发酵瓶（或泡菜坛）、玻璃棒、pH试纸、滤纸等 果醋制作：当果酒发酵完成后，打开瓶盖，通入无菌空气→接种醋酸菌→保持30-35℃温度发酵→7-8天后，若发酵液出现酸味，且pH值下降到3.0-3.5左右，说明果醋发酵完成。 发酵器需消毒，防止杂菌污染。 果醋发酵时需保证充足的氧气供应，可通过在发酵瓶上安装气泵持续通气。 特别提醒 果酒和果醋发酵过程菌种和条件易弄混 项目 制作果酒 制作果醋 发酵菌种 酵母菌 醋酸菌 代谢类型 异养兼性厌氧型 异养需氧型 发酵过程 有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量；无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量 O2、糖源充足时：C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量； O2充足、缺少糖源时：C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量 对氧的需求 前期需氧，后期不需氧 一直需氧 产物检测 闻气味、品尝、酸性条件下的重铬酸钾(橙色→灰绿色) 酸碱指示剂(pH试纸)、闻气味、品尝 考点4 传统发酵技术与工业发酵的区别★★☆☆☆ 传统发酵技术：没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。 菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等，往往会造成发酵食品的品质不一。 工业发酵：工业上大规模生产时，通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵，可以缩短发酵时间，确保品质稳定。 第2节 微生物的培养技术及应用 考点1 培养基的配制★★★☆☆ 1、 培养基的分类 （1）按物理状态分： 液体培养基：不含凝固剂（如 ），呈液体状态，适用于 、 及 。 固体培养基：呈固体状态的培养基。在液体培养基中加入 后制成的 琼脂固体培养基，是实验室中最常用的培养基之一。 半固体培养基：加入少量凝固剂，用于观察微生物的运动、鉴定菌种、测定噬菌体的效价。 （2）按用途分： 选择培养基：加入某种化学物质， 不需要的微生物生长， 所需微生物生长，如以尿素为唯一氮源的培养基可筛选尿素分解菌。 鉴别培养基：加入某种 ，用于 不同种类的微生物，如伊红美蓝培养基可鉴别大肠杆菌（形成黑色带有金属光泽的菌落）。 通用培养基：含有微生物生长所需的基本营养物质，用于培养多种微生物，如牛肉膏蛋白胨培养基。 特别提醒 1、 固体培养基和液体培养基的主要区别：固体培养基加入了凝固剂 。 2、 选择培养基：加入某种化学物质，抑制不需要的微生物生长，一般 所需菌种可生长； 鉴别培养基：加入某种指示剂或化学药品，用于鉴别不同种类的微生物，培养基上 ，但是只有能发生特殊反应的菌落被鉴别出来。 2、培养基配方 （1）一般都含有 等营养物质。 碳源：提供微生物生长所需碳元素的物质，如葡萄糖、蔗糖、淀粉、石油等，是微生物合成细胞物质和代谢产物的主要原料。 氮源：提供微生物生长所需氮元素的物质，如尿素、牛肉膏、蛋白胨、硝酸盐等，用于合成蛋白质、核酸等。 水：微生物细胞的主要组成成分，参与代谢反应，运输营养物质和代谢产物。 无机盐：如钾、钠、钙、镁、磷、硫等，作为酶的辅助因子，维持细胞的渗透压和pH值。 （2）培养基还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及O₂的需求。 如:乳酸杆菌:添加 ;霉菌:将pH调至 ;细菌:将pH调至 ;厌氧微生物:提供 。 考点2 无菌技术★★★★☆ 1、分类 （1）消毒：是指使用 的物理、化学或生物等方法杀死物体 微生物。 （2）灭菌：则是指使用 的理化方法杀死物体 的微生物，包括芽孢和孢子。 消毒和灭菌工作主要包括两个方面：对操作的空间、操作者的衣着和手进行清洁和消毒；将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等进行灭菌。 常用灭菌方法简介： 易错辨析：消毒和灭菌的区别 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为紫外线照射是灭菌方法 紫外线照射是消毒方法 紫外消毒 认为杀死表面所有微生物就是灭菌 灭菌指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。 消毒：温和，部分； 灭菌：强烈，所有 考点3. 微生物的纯培养★★★★★ 1、常用纯培养方法 平板划线法：用 在固体培养基表面连续划线，将菌种逐步稀释，最终得到单个菌落，适用于微生物的分离和纯化。 稀释涂布平板法：将菌液进行一系列梯度稀释，然后取少量稀释液涂布在固体培养基表面，培养后得到单个菌落，适用于微生物的 。 平板划线法基本过程： 稀释涂布平板法基本过程 A、梯度稀释：将待测样品用无菌水或生理盐水进行系列梯度稀释（如10⁻¹、10⁻²…10⁻ⁿ），每级稀释需充分混匀。 B、涂布平板：取适宜稀释度的菌悬液（通常0.1-0.2mL）滴加到固体培养基平板表面，用无菌涂布器（经酒精灭菌冷却后）将菌液均匀涂布于整个平板表面。 C、培养：待菌液完全吸收后，将平板 （防止 ），置于适宜温度（如37℃）的恒温培养箱中培养一定时间（通常18-24h），使单个微生物细胞生长繁殖形成单菌落。 D、计数：选取菌落数在 之间的平板，统计菌落数量，按公式“菌落数=平板菌落数×稀释倍数/取样体积”计算样品中微生物浓度。 易错辨析：平板划线法和稀释涂布平板法的区别 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为两种方法都可以进行菌落计数，只是操作方法不同 只有稀释涂布平板法可以计数 平板划线仅纯化，稀释涂布可计数 第3节 发酵工程及其应用 考点1.发酵工程的基本环节★★☆☆☆ 1.菌种的选育 方法：自然选育、诱变育种、基因工程育种等 2.扩大培养 3.配制培养基、灭菌、接种 （1）接种的目的：将选育好的菌种接入灭菌后的培养基中，使其在适宜的条件下生长和代谢。 （2）常用接种方法 平板划线法：用接种环在固体培养基表面连续划线，将菌种逐步稀释，最终得到单个菌落，适用于微生物的分离和纯化。 稀释涂布平板法：将菌液进行一系列梯度稀释，然后取少量稀释液涂布在固体培养基表面，培养后得到单个菌落，适用于微生物的分离、纯化和计数。 4.发酵罐内的发酵 发酵过程是发酵工程的核心环节，需要严格控制发酵条件，保证微生物的生长和代谢朝着预期的方向进行。 （1）发酵条件的控制 温度：不同微生物的最适生长温度不同，发酵过程中需保持适宜的温度，温度过高会导致微生物死亡或酶失活，温度过低会抑制微生物的生长和代谢。可通过发酵罐的加热或冷却装置调节温度。 pH：微生物生长和代谢需要适宜的pH值，pH值过高或过低都会影响酶的活性和细胞膜的稳定性。可通过在培养基中加入缓冲剂（如磷酸缓冲液），或在发酵过程中添加酸或碱调节pH值。 例如，谷氨酸的发酵生产：在 条件下会积累 ；在 条件下则容易形成 。 溶解氧：对于需氧微生物，发酵过程中需要保证充足的溶解氧供应，可通过搅拌、通气等方式增加溶解氧含量；对于厌氧微生物，需严格控制无氧环境，可通过密封发酵罐或通入氮气排除氧气。 搅拌速度：搅拌可使培养基中的营养物质分布均匀，提高 含量，促进微生物的生长，但搅拌速度过快 ，需根据微生物的种类和发酵阶段调整搅拌速度。 （2）发酵过程的监测 定期取样检测培养基中的营养物质含量、微生物的数量和生长状态、代谢产物的含量等，及时调整发酵条件，保证发酵过程的顺利进行。 常用检测方法：显微镜计数法测定微生物数量，比浊法测定微生物的生长量，高效液相色谱法测定代谢产物的含量等。 5.产品的分离提纯 如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用 等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的 措施来获得产品。 6.获得产品 考点2 发酵工程的应用★★☆☆☆ 1、在食品工业中的应用 （1）生产传统发酵食品：利用发酵工程大规模生产啤酒、食醋、酱油、腐乳、泡菜等传统发酵食品，提高 。 （2）生产食品添加剂：生产柠檬酸、味精（谷氨酸钠）、维生素、甜味剂等食品添加剂，如利用黑曲霉发酵生产柠檬酸，利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，再转化为味精。 （3）酶制剂：在食品工业中，我们还会经常用到一些酶制剂，如α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。目前，已有50多种酶制剂成功用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等方面。这些酶制剂除少数由动植物生产外，绝大多数也是通过发酵工程生产的。 2、在医药工业中的应用 （1）生产抗生素； （2）生产激素：利用基因工程菌发酵生产胰岛素、生长激素、促红细胞生成素等激素，如利用大肠杆菌发酵生产人胰岛素，用于治疗糖尿病。 （3）生产疫苗：利用微生物发酵生产乙肝疫苗、流感疫苗、狂犬病疫苗等，如乙肝疫苗是利用酵母菌表达乙肝表面抗原制成的，用于预防乙肝病毒感染。 3、在农牧业中的应用 （1）微生物肥料：微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的 等来 ， ， ，常见的有 、 等。有的微生物肥料还可以抑制 的生长，从而减少病害的发生。 （2）微生物农药：与传统的化学农药不同，微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。例如，苏云金杆菌可以用来防治80多种农林虫害；利用白僵菌可以防治玉米螟、松毛虫等虫害；一种放线菌产生的抗生素——井冈霉素可以用于防治水稻枯纹病。微生物农药作为生物防治的重要手段，将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用。 （3）饲料添加剂：研究表明，微生物含有丰富的蛋白质，如细菌的蛋白质含量占细胞干重的60%～80%,而且细菌生长繁殖速度很快。因此，许多国家以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过 ，即单细胞蛋白。用酵母菌等生产的单细胞蛋白可以作为食品添加剂；用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提。另外，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。 易错辨析：单细胞蛋白的理解 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为单细胞蛋白指的是细胞内的蛋白质 微生物含有丰富的蛋白质，因此通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白 单细胞蛋白是菌体 4、其他方面的应用 随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。像这样的发酵原料的改变推动着发酵工业迅速发展，对解决资源短缺与环境污染问题具有重要意义。 自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在各种极端恶劣的环境(如高温、高压、高盐和低温等环境)中正常生活，对它们的研究已成为国际热点，其中一些极端微生物已应用于生产实践。例如，嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。 发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。截至2015年，我国生物发酵产业年总产值近2900亿元，产品总量位居世界第一。我国是名副其实的发酵大国。 热点问题分析 传统发酵工程的考察：我国传统发酵工艺承载数千年饮食文化与民俗智慧，是中华民族文化身份的重要标识。研究可系统梳理其历史、技艺与文化内涵，为非遗传承提供学术支撑，避免技艺流失，通过活态传承让年轻人理解传统文化价值，延续文化根脉。这也是我国正在大力发展的内容，可极大程度提高我国人民的文化自信。 考点预测： 1. 有关我国传统发酵食品制作工艺的分析，如黄酒的制作； 2. 根据我国古籍内容分析使用的发酵方法、原理等； 3. 结合新的发酵工程技术与传统发酵技术，合理改良传统发酵工艺。 1．(2025·河南，6)食醋和黄酒是我国传统的日常调味品，均通过发酵技术生产。下列叙述错误的是(　　) A．醋酸的发酵是好氧发酵，而酒精的发酵是厌氧发酵 B．以谷物为原料酿造食醋和黄酒时，伴有pH下降和气体产生 C．食醋和黄酒发酵过程中，微生物繁殖越快发酵产物产率越高 D．使用天然混合菌种发酵往往会造成传统发酵食品的品质不一 2．(2025·湖南，5)采集果园土壤进行微生物分离或计数。下列叙述正确的是(　　) A．稀释涂布平板法和平板划线法都能用于尿素分解菌的分离和计数 B．完成平板划线后，培养时需增加一个未接种的平板作为对照 C．土壤中分离得到的醋酸菌能在无氧条件下将葡萄糖分解成乙酸 D．用于筛选尿素分解菌的培养基含有蛋白胨、尿素和无机盐等营养物质 3．(2025·陕晋宁青，3)我国是世界上最大的柠檬酸生产国。利用黑曲霉通过深层通气液体发酵技术生产柠檬酸，流程如图。下列叙述错误的是(　　) A．淀粉水解糖为发酵提供碳源和能源 B．扩大培养可提供足量的黑曲霉菌种 C．培养基、发酵罐和空气的灭菌方法相同 D．通气、搅拌有利于溶解氧增加和柠檬酸积累 4．(2025·银川一模)尿素[CO(NH2)2]含氮量高，化学性质相对稳定，是现代农业生产中一种重要的氮肥，但若不经细菌的分解，就不能更好地被植物利用。某科研小组为了将土壤中分解尿素的细菌纯化培养，进行了如下操作，请回答下列问题： 成分 KH2PO4 Na2HPO4 MgSO4·7H2O 葡萄糖 尿素 琼脂 含量/g 1.4 2.1 0.2 10.0 1.0 15.0 操作 将上述物质溶解后，用蒸馏水定容至1 000 mL (1)如表是尿素分解菌的选择培养基配方，选择培养基是指__________________________。 本实验中有两组对照，一组是未接种的牛肉膏蛋白胨培养基平板和选择培养基平板，另一组是已接种的牛肉膏蛋白胨培养基平板和选择培养基平板。前一组的平板上如果____________________，说明培养基在使用前未被杂菌污染；后一组的平板上如果_____________________________，可以说明选择培养基具有选择作用。 (2)将5 g土壤溶于45 mL无菌水，再稀释105倍，按图[　　]__________________(填数字及名称)接种方式将0.1 mL样品接种到3个培养基上，统计菌落数目为134、131、137，据此可得出每克土壤中的尿素分解菌活菌数约为________________个。 (3)分解尿素的细菌能合成________，催化尿素分解产生的NH3可以作为细菌生长的氮源。如果培养基中加入了酚红指示剂，尿素分解的产物NH3会使培养基的pH升高，酚红指示剂将变红，根据功能划分该培养基属于________培养基。 (4)土壤中的某些固氮菌可以利用空气中的氮气作为氮源(如圆褐固氮菌能将大气中的氮气转化为NH3)，请设计实验进一步确定平板上分离得到的细菌是否为固氮菌(写出简要思路及预期结果)。 _________________________________________________________________________。 第1页共14页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第1章 发酵工程（知识清单） 第一节 传统发酵技术的应用 考点1 传统发酵技术定义★★☆☆☆ 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留下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术，一般称为传统发酵技术。 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。 考点2 常见发酵菌种★★☆☆☆ 1、乳酸菌 乳酸菌是厌氧细菌，在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸(反应简式①),可用于乳制品的发酵、泡菜的腌制等。乳酸菌种类很多，在自然界中分布广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道内都有乳酸菌分布。常见的乳酸菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。 2、酵母菌 酵母菌是一类单细胞真菌，能以多种糖类作为营养物质和能量的来源，因此在一些含糖量较高的水果、蔬菜表面经常可以发现酵母菌的存在。 酵母菌是兼性厌氧微生物，在无氧条件下能进行酒精发酵(反应简式②),可用于酿酒、制作馒头和面包等。 温度是影响酵母菌生长的重要因素，酿酒酵母的最适生长温度约为28℃ 3、醋酸菌 醋酸菌（原核生物）在有氧条件下，先将乙醇转化为乙醛，再将乙醛转化为醋酸，反应式：C₂H₅OH+O₂→CH₃COOH+H₂O+少量能量，适宜温度为30-35℃，需要持续通入无菌空气。 4、其他发酵菌种 毛霉： 毛霉（真核生物）等微生物产生的蛋白酶和脂肪酶，将豆腐中的蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸，将脂肪分解为甘油和脂肪酸，使腐乳具有独特的风味。 毛霉的生长适宜温度为15-18℃，需要保持一定的湿度。 产品：腐乳。 考点3 传统发酵食品制作原理、流程及其注意事项★★★★★ 传统发酵 所用菌种 制作原理 实验材料与用具 制作流程 注意事项 泡菜的制作 乳酸菌 利用乳酸菌（原核生物）在无氧条件下进行乳酸发酵，将葡萄糖分解为乳酸，反应式：C₆H₁₂O₆→2C₃H₆O₃+少量能量，乳酸积累使泡菜具有酸味，且抑制其他杂菌的生长。 乳酸菌为异养厌氧型微生物 材料：新鲜蔬菜（白菜、萝卜、黄瓜等）、食盐、清水、乳酸菌（或利用蔬菜表面的野生乳酸菌）。 用具：泡菜坛（带水槽的密封坛）、菜刀、砧板、天平、漏斗等 配制盐水：用清水和食盐配制质量分数为5%-20%的盐水，将盐水煮沸冷却（煮沸可杀死盐水中的杂菌，冷却防止杀死乳酸菌）。 装坛：将新鲜蔬菜洗净、切分，装入泡菜坛中，装至半坛时放入蒜瓣、生姜等香辛料，继续装至八成满→倒入冷却后的盐水，使盐水淹没全部蔬菜→盖好坛盖，向坛盖边缘的水槽中注满水，形成密封环境。 发酵：发酵过程注意经常向水槽中补充水，根据室内温度控制发酵时间。 泡菜坛需选择无裂纹、无砂眼的，保证密封性能良好，避免氧气进入导致泡菜变质。发酵过程中要保持坛盖水槽中的水始终充足，防止空气进入坛内。泡菜发酵过程中亚硝酸盐含量会先升高后降低，一般在发酵10天后亚硝酸盐含量降至安全水平，此时食用较为安全。 果酒的制作 酵母菌 酵母菌（真核生物）在无氧条件下进行酒精发酵，反应式：C₆H₁₂O₆→2C₂H₅OH+2CO₂+少量能量，适宜温度为18-25℃，此温度下酵母菌繁殖速度快，发酵效率高 材料：新鲜葡萄（或苹果）、洗洁精、体积分数为70%的酒精。 用具：榨汁机、发酵瓶（或泡菜坛）、玻璃棒、pH试纸、滤纸等 挑选新鲜葡萄→用清水冲洗1-2次（避免过度冲洗导致野生酵母菌流失）→去除枝梗→榨汁→将葡萄汁装入发酵瓶（留约1/3空间，防止发酵液溢出）→密封发酵（每隔12小时左右拧松瓶盖排气，防止瓶内压力过大）→10-12天后取样检测，可通过嗅味和品尝判断发酵是否完成 发酵器需消毒，防止杂菌污染。 果酒发酵过程中，严格控制无氧环境，若有氧会导致酵母菌进行有氧呼吸，不产生酒精。 果醋的制作 醋酸菌 醋酸菌（原核生物）在有氧条件下，先将乙醇转化为乙醛，再将乙醛转化为醋酸，反应式：C₂H₅OH+O₂→CH₃COOH+H₂O+少量能量，适宜温度为30-35℃，需要持续通入无菌空气。 材料：发酵好的葡萄酒、体积分数为70%的酒精。 用具：榨汁机、发酵瓶（或泡菜坛）、玻璃棒、pH试纸、滤纸等 果醋制作：当果酒发酵完成后，打开瓶盖，通入无菌空气→接种醋酸菌→保持30-35℃温度发酵→7-8天后，若发酵液出现酸味，且pH值下降到3.0-3.5左右，说明果醋发酵完成。 发酵器需消毒，防止杂菌污染。 果醋发酵时需保证充足的氧气供应，可通过在发酵瓶上安装气泵持续通气。 特别提醒 果酒和果醋发酵过程菌种和条件易弄混 项目 制作果酒 制作果醋 发酵菌种 酵母菌 醋酸菌 代谢类型 异养兼性厌氧型 异养需氧型 发酵过程 有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖：C6H12O6＋6H2O＋6O26CO2＋12H2O＋能量；无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精：C6H12O62C2H5OH＋2CO2＋能量 O2、糖源充足时：C6H12O6＋2O22CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量； O2充足、缺少糖源时：C2H5OH＋O2CH3COOH＋H2O＋能量 对氧的需求 前期需氧，后期不需氧 一直需氧 产物检测 闻气味、品尝、酸性条件下的重铬酸钾(橙色→灰绿色) 酸碱指示剂(pH试纸)、闻气味、品尝 考点4 传统发酵技术与工业发酵的区别★★☆☆☆ 传统发酵技术：没有接种菌种，而是利用了天然存在的菌种。 菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等，往往会造成发酵食品的品质不一。 工业发酵：工业上大规模生产时，通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种，再将它们接种到物料中进行发酵，可以缩短发酵时间，确保品质稳定。 第2节 微生物的培养技术及应用 考点1 培养基的配制★★★☆☆ 1、 培养基的分类 （1）按物理状态分： 液体培养基：不含凝固剂（如琼脂），呈液体状态，适用于微生物的大量增殖、生理生化试验及代谢产物的动态监测。 固体培养基：呈固体状态的培养基。在液体培养基中加入琼脂后制成的 琼脂固体培养基，是实验室中最常用的培养基之一。 半固体培养基：加入少量凝固剂，用于观察微生物的运动、鉴定菌种、测定噬菌体的效价。 （2）按用途分： 选择培养基：加入某种化学物质，抑制不需要的微生物生长，促进所需微生物生长，如以尿素为唯一氮源的培养基可筛选尿素分解菌。 鉴别培养基：加入某种指示剂或化学药品，用于鉴别不同种类的微生物，如伊红美蓝培养基可鉴别大肠杆菌（形成黑色带有金属光泽的菌落）。 通用培养基：含有微生物生长所需的基本营养物质，用于培养多种微生物，如牛肉膏蛋白胨培养基。 特别提醒 1、 固体培养基和液体培养基的主要区别：固体培养基加入了凝固剂琼脂。 2、 选择培养基：加入某种化学物质，抑制不需要的微生物生长，一般只有所需菌种可生长； 鉴别培养基：加入某种指示剂或化学药品，用于鉴别不同种类的微生物，培养基上可以有多种菌种生长，但是只有能发生特殊反应的菌落被鉴别出来。 2、培养基配方 （1）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：提供微生物生长所需碳元素的物质，如葡萄糖、蔗糖、淀粉、石油等，是微生物合成细胞物质和代谢产物的主要原料。 氮源：提供微生物生长所需氮元素的物质，如尿素、牛肉膏、蛋白胨、硝酸盐等，用于合成蛋白质、核酸等。 水：微生物细胞的主要组成成分，参与代谢反应，运输营养物质和代谢产物。 无机盐：如钾、钠、钙、镁、磷、硫等，作为酶的辅助因子，维持细胞的渗透压和pH值。 （2）培养基还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及O₂的需求。 如:乳酸杆菌:添加维生素;霉菌:将pH调至酸性;细菌:将pH调至中性或弱碱性;厌氧微生物:提供无氧条件。 考点2 无菌技术★★★★☆ 1、分类 （1）消毒：是指使用较为温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物。 （2）灭菌：则是指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。 消毒和灭菌工作主要包括两个方面：对操作的空间、操作者的衣着和手进行清洁和消毒；将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等进行灭菌。 常用灭菌方法简介： 易错辨析：消毒和灭菌的区别 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为紫外线照射是灭菌方法 紫外线照射是消毒方法 紫外消毒 认为杀死表面所有微生物就是灭菌 灭菌指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。 消毒：温和，部分； 灭菌：强烈，所有 考点3 微生物的纯培养★★★★★ 1、常用纯培养方法 平板划线法：用接种环在固体培养基表面连续划线，将菌种逐步稀释，最终得到单个菌落，适用于微生物的分离和纯化。 稀释涂布平板法：将菌液进行一系列梯度稀释，然后取少量稀释液涂布在固体培养基表面，培养后得到单个菌落，适用于微生物的分离、纯化和计数。 平板划线法基本过程： 稀释涂布平板法基本过程 A、梯度稀释：将待测样品用无菌水或生理盐水进行系列梯度稀释（如10⁻¹、10⁻²…10⁻ⁿ），每级稀释需充分混匀。 B、涂布平板：取适宜稀释度的菌悬液（通常0.1-0.2mL）滴加到固体培养基平板表面，用无菌涂布器（经酒精灭菌冷却后）将菌液均匀涂布于整个平板表面。 C、培养：待菌液完全吸收后，将平板倒置（防止冷凝水污染菌落），置于适宜温度（如37℃）的恒温培养箱中培养一定时间（通常18-24h），使单个微生物细胞生长繁殖形成单菌落。 D、计数：选取菌落数在30-300之间的平板，统计菌落数量，按公式“菌落数=平板菌落数×稀释倍数/取样体积”计算样品中微生物浓度。 易错辨析：平板划线法和稀释涂布平板法的区别 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为两种方法都可以进行菌落计数，只是操作方法不同 只有稀释涂布平板法可以计数 平板划线仅纯化，稀释涂布可计数 第3节 发酵工程及其应用 考点1 发酵工程的基本环节★★☆☆☆ 1.菌种的选育 方法：自然选育、诱变育种、基因工程育种等 2.扩大培养 3.配制培养基、灭菌、接种 （1）接种的目的：将选育好的菌种接入灭菌后的培养基中，使其在适宜的条件下生长和代谢。 （2）常用接种方法 平板划线法：用接种环在固体培养基表面连续划线，将菌种逐步稀释，最终得到单个菌落，适用于微生物的分离和纯化。 稀释涂布平板法：将菌液进行一系列梯度稀释，然后取少量稀释液涂布在固体培养基表面，培养后得到单个菌落，适用于微生物的分离、纯化和计数。 4.发酵罐内的发酵 发酵过程是发酵工程的核心环节，需要严格控制发酵条件，保证微生物的生长和代谢朝着预期的方向进行。 （1）发酵条件的控制 温度：不同微生物的最适生长温度不同，发酵过程中需保持适宜的温度，温度过高会导致微生物死亡或酶失活，温度过低会抑制微生物的生长和代谢。可通过发酵罐的加热或冷却装置调节温度。 pH：微生物生长和代谢需要适宜的pH值，pH值过高或过低都会影响酶的活性和细胞膜的稳定性。可通过在培养基中加入缓冲剂（如磷酸缓冲液），或在发酵过程中添加酸或碱调节pH值。 例如，谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。 溶解氧：对于需氧微生物，发酵过程中需要保证充足的溶解氧供应，可通过搅拌、通气等方式增加溶解氧含量；对于厌氧微生物，需严格控制无氧环境，可通过密封发酵罐或通入氮气排除氧气。 搅拌速度：搅拌可使培养基中的营养物质分布均匀，提高溶解氧含量，促进微生物的生长，但搅拌速度过快会损伤微生物细胞，需根据微生物的种类和发酵阶段调整搅拌速度。 （2）发酵过程的监测 定期取样检测培养基中的营养物质含量、微生物的数量和生长状态、代谢产物的含量等，及时调整发酵条件，保证发酵过程的顺利进行。 常用检测方法：显微镜计数法测定微生物数量，比浊法测定微生物的生长量，高效液相色谱法测定代谢产物的含量等。 5.产品的分离提纯 如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。 6.获得产品 考点2 发酵工程的应用★★☆☆☆ 1、在食品工业中的应用 （1）生产传统发酵食品：利用发酵工程大规模生产啤酒、食醋、酱油、腐乳、泡菜等传统发酵食品，提高生产效率和产品质量的稳定性。 （2）生产食品添加剂：生产柠檬酸、味精（谷氨酸钠）、维生素、甜味剂等食品添加剂，如利用黑曲霉发酵生产柠檬酸，利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，再转化为味精。 （3）酶制剂：在食品工业中，我们还会经常用到一些酶制剂，如α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。目前，已有50多种酶制剂成功用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等方面。这些酶制剂除少数由动植物生产外，绝大多数也是通过发酵工程生产的。 2、在医药工业中的应用 （1）生产抗生素； （2）生产激素：利用基因工程菌发酵生产胰岛素、生长激素、促红细胞生成素等激素，如利用大肠杆菌发酵生产人胰岛素，用于治疗糖尿病。 （3）生产疫苗：利用微生物发酵生产乙肝疫苗、流感疫苗、狂犬病疫苗等，如乙肝疫苗是利用酵母菌表达乙肝表面抗原制成的，用于预防乙肝病毒感染。 3、在农牧业中的应用 （1）微生物肥料：微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等(图1-12)。有的微生物肥料还可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。 （2）微生物农药：与传统的化学农药不同，微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。例如，苏云金杆菌可以用来防治80多种农林虫害；利用白僵菌可以防治玉米螟、松毛虫等虫害；一种放线菌产生的抗生素——井冈霉素可以用于防治水稻枯纹病。微生物农药作为生物防治的重要手段，将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用。 （3）饲料添加剂：研究表明，微生物含有丰富的蛋白质，如细菌的蛋白质含量占细胞干重的60%～80%,而且细菌生长繁殖速度很快。因此，许多国家以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白。用酵母菌等生产的单细胞蛋白可以作为食品添加剂；用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提。另外，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。 易错辨析：单细胞蛋白的理解 易错表现 正确理解 记忆技巧 认为单细胞蛋白指的是细胞内的蛋白质 微生物含有丰富的蛋白质，因此通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白 单细胞蛋白是菌体 4、其他方面的应用 随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。像这样的发酵原料的改变推动着发酵工业迅速发展，对解决资源短缺与环境污染问题具有重要意义。 自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在各种极端恶劣的环境(如高温、高压、高盐和低温等环境)中正常生活，对它们的研究已成为国际热点，其中一些极端微生物已应用于生产实践。例如，嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。 发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。截至2015年，我国生物发酵产业年总产值近2900亿元，产品总量位居世界第一。我国是名副其实的发酵大国。 热点问题分析 传统发酵工程的考察：我国传统发酵工艺承载数千年饮食文化与民俗智慧，是中华民族文化身份的重要标识。研究可系统梳理其历史、技艺与文化内涵，为非遗传承提供学术支撑，避免技艺流失，通过活态传承让年轻人理解传统文化价值，延续文化根脉。这也是我国正在大力发展的内容，可极大程度提高我国人民的文化自信。 考点预测： 1. 有关我国传统发酵食品制作工艺的分析，如黄酒的制作； 2. 根据我国古籍内容分析使用的发酵方法、原理等； 3. 结合新的发酵工程技术与传统发酵技术，合理改良传统发酵工艺。 1．(2025·河南，6)食醋和黄酒是我国传统的日常调味品，均通过发酵技术生产。下列叙述错误的是(　　) A．醋酸的发酵是好氧发酵，而酒精的发酵是厌氧发酵 B．以谷物为原料酿造食醋和黄酒时，伴有pH下降和气体产生 C．食醋和黄酒发酵过程中，微生物繁殖越快发酵产物产率越高 D．使用天然混合菌种发酵往往会造成传统发酵食品的品质不一 【答案】C 【解析】发酵过程中，微生物繁殖速度与产物产率并非必然呈正相关，因为微生物的代谢途径和产物积累受到多种因素的调控，过度繁殖可能会消耗过多营养物质，导致发酵产物的合成受到影响，C错误。 2．(2025·湖南，5)采集果园土壤进行微生物分离或计数。下列叙述正确的是(　　) A．稀释涂布平板法和平板划线法都能用于尿素分解菌的分离和计数 B．完成平板划线后，培养时需增加一个未接种的平板作为对照 C．土壤中分离得到的醋酸菌能在无氧条件下将葡萄糖分解成乙酸 D．用于筛选尿素分解菌的培养基含有蛋白胨、尿素和无机盐等营养物质 【答案】B 【解析】平板划线法只能用于微生物的分离，不能用于计数，A错误；为了检测培养基是否彻底灭菌，完成平板划线后，培养时需增加一个未接种的平板作为对照，B正确；醋酸菌是好氧细菌，在有氧条件下才能将葡萄糖分解成乙酸，C错误；筛选尿素分解菌的培养基应以尿素为唯一氮源，培养基中不能含有蛋白胨，D错误。 3．(2025·陕晋宁青，3)我国是世界上最大的柠檬酸生产国。利用黑曲霉通过深层通气液体发酵技术生产柠檬酸，流程如图。下列叙述错误的是(　　) A．淀粉水解糖为发酵提供碳源和能源 B．扩大培养可提供足量的黑曲霉菌种 C．培养基、发酵罐和空气的灭菌方法相同 D．通气、搅拌有利于溶解氧增加和柠檬酸积累 【答案】C 【解析】淀粉水解形成的糖类可以作为黑曲霉生存所需的碳源，氧化分解可以为黑曲霉提供能源，A正确；通过液体培养基的扩大培养，可以为后续的发酵罐内发酵提供足量的黑曲霉菌种，B正确；空气一般用过滤除菌的方式，培养基一般用高压蒸汽灭菌的方式，发酵罐可以用高温灭菌的方式等，因此它们的灭菌方法不相同，C错误；已知利用黑曲霉通过深层通气液体发酵技术生产柠檬酸，则通气、搅拌有利于溶解氧增加和发酵产物柠檬酸的积累，D正确。 【解题方法归纳】 这三题都是对基础知识的考察，但是需要对知识熟练掌握并融会贯通，学习时可借助构建思维导图建立知识点之间的联系。 4．(2025·银川一模)尿素[CO(NH2)2]含氮量高，化学性质相对稳定，是现代农业生产中一种重要的氮肥，但若不经细菌的分解，就不能更好地被植物利用。某科研小组为了将土壤中分解尿素的细菌纯化培养，进行了如下操作，请回答下列问题： 成分 KH2PO4 Na2HPO4 MgSO4·7H2O 葡萄糖 尿素 琼脂 含量/g 1.4 2.1 0.2 10.0 1.0 15.0 操作 将上述物质溶解后，用蒸馏水定容至1 000 mL (1)如表是尿素分解菌的选择培养基配方，选择培养基是指__________________________。 本实验中有两组对照，一组是未接种的牛肉膏蛋白胨培养基平板和选择培养基平板，另一组是已接种的牛肉膏蛋白胨培养基平板和选择培养基平板。前一组的平板上如果____________________，说明培养基在使用前未被杂菌污染；后一组的平板上如果_____________________________，可以说明选择培养基具有选择作用。 (2)将5 g土壤溶于45 mL无菌水，再稀释105倍，按图[　　]__________________(填数字及名称)接种方式将0.1 mL样品接种到3个培养基上，统计菌落数目为134、131、137，据此可得出每克土壤中的尿素分解菌活菌数约为________________个。 (3)分解尿素的细菌能合成________，催化尿素分解产生的NH3可以作为细菌生长的氮源。如果培养基中加入了酚红指示剂，尿素分解的产物NH3会使培养基的pH升高，酚红指示剂将变红，根据功能划分该培养基属于________培养基。 (4)土壤中的某些固氮菌可以利用空气中的氮气作为氮源(如圆褐固氮菌能将大气中的氮气转化为NH3)，请设计实验进一步确定平板上分离得到的细菌是否为固氮菌(写出简要思路及预期结果)。 _________________________________________________________________________。 【答案】(1)允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基　没有菌落生长　牛肉膏蛋白胨培养基上的菌落数显著多于选择培养基　 (2)1　稀释涂布平板法　1.34×109　 (3)脲酶　鉴别　 (4)将平板上分离得到的细菌接种到无氮源的培养基上培养一段时间后，观察是否有菌落出现。若能长出菌落，说明该菌为固氮菌，否则不是固氮菌 【解析】(1)在微生物学中，将允许特定种类的微生物生长，同时抑制或阻止其他种类微生物生长的培养基称为选择培养基。本实验中有两组对照，一组是未接种的牛肉膏蛋白胨培养基平板和选择培养基平板，可证明培养基灭菌是否彻底；另一组是已接种的牛肉膏蛋白胨培养基平板。前一组的平板上如果没有菌落生长，可以说明培养基在使用前未被杂菌污染；后一组的平板上如果菌落数显著多于同一稀释度的选择培养基平板上的，可以说明选择培养基具有选择作用。(2)统计菌落数目一般使用稀释涂布平板法，将5 g土壤溶于45 mL无菌水，再稀释105倍，按图1稀释涂布平板法接种方式，将0.1 mL样品接种到3个培养基上，统计菌落数目为134、131、137，据此可得出每克土壤中的尿素分解菌活菌数约为(134＋131＋137)÷3÷0.1×10×105＝1.34×109(个)。(4)土壤中的某些固氮菌可以利用空气中的氮气作为氮源，设计实验时用到的是无氮源培养基，然后观察是否有菌落出现即可。简要思路、预期结果和结论：将平板上分离得到的细菌接种到无氮源的培养基上培养，若能生长，说明该菌为固氮菌，否则不是固氮菌。 【解题方法归纳】 本题在基础知识的基础上考察了学生对知识点之间的对比及延伸，需要学生在理解的基础上并会迁移应用。因此要求学生学习过程中要理解知识内涵，多进行变式训练，类比教材上实验进行实验设计。 第1页共14页 学科网（北京）股份有限公司 $