2026届高三生物一轮复习课件 第53讲发酵工程

一、传统发酵技术应用 ①概念： 人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。 ②原理： 不同的微生物具有产生不同代谢物的能力。 ③类型： 需氧发酵 厌氧发酵 如：醋酸发酵、谷氨酸发酵 如：酒精发酵、乳酸发酵 (2).传统发酵技术 ①概念： 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 ②类型： 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。 1.发酵与传统发酵技术 （1）.发酵 2.传统发酵食品的制作 （1）腐乳: 酵母，曲霉和毛霉（主要）等，真核；异养需氧型;适宜温度:15-18℃ ①菌种: ②制作原理 ③制作过程 让豆腐上长出毛霉 加盐腌制 加卤汤装瓶 密封腌制 目的：让毛霉等产生蛋白酶和脂肪酶 目的:析出豆腐中的:水分、抑制不需要的微生物生长 酒:抑制微生物生长，并使腐乳具有独特香味;香辛料:调味，防腐杀菌 豆腐 肽和氨基酸；脂肪 脂肪酸和甘油 蛋白酶 脂肪酶 ①菌种： ②发酵原理： 乳酸菌（常见乳酸杆菌、乳酸链球菌）：原核生物 C6H12O6 2C3H6O3（乳酸）+ 能量 酶 当质量分数为0.4%~0.8%时，泡菜的口味、品质最佳。 ③.方法步骤 异养厌氧型 a.菌种来源： b.代谢类型： 植物体表面天然的乳酸菌 （2）泡菜的制作 配制盐水 原料处理 、装坛 加盐水 封坛发酵 质量百分比为5%-20%的盐水，煮沸，冷却 过高:乳酸发酵受抑制，泡菜风味差 过低:杂菌易繁殖，导致泡菜变质 杀菌、除氧 洗净 切块状（条状） 晾干 装坛（装八成满） 防止由于产生CO2而导致发酵液溢出坛外； 防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂。 留有一定空间，方便拿取泡菜 盐水没过菜料，盖好坛盖 向坛盖边缘的水槽中注满水，并在发酵过程中注意补充水 创造无氧环境 ④泡菜发酵过程中乳酸菌数量、乳酸含量和亚硝酸盐含量的变化情况 发酵时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵初期 发酵中期 发酵后期 变化曲线 少 少 增加（硝酸盐还原菌的作用） 最多 增多 达到最多后开始下降（硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解） 减少 继续增多，最后保持稳定 下降至保持相对稳定（硝酸盐还原菌被完全抑制） （O2抑制乳酸菌活动） （乳酸积累，抑制其他菌活动） （乳酸积累，pH下降，抑制乳酸菌活动） (3)果酒和果醋 ①菌种: 果酒： 果醋： 酵母菌:真核；兼性厌氧型 ；生长温度：18～30℃，最适为28℃左右 醋酸菌。原核生物；异养好氧型；生长温度最适为30～35 ℃ ②制作原理 果酒： a.有氧条件大量繁殖：C6H12O6+6O2 +6H2O→6CO2+12H2O+能量 b无氧条件下进行酒精发酵：C6H12O6→ 2CO2+2C2H5OH+能量 果醋： a.糖源、氧气均充足： b.糖源不足、氧气充足： 将糖分解为醋酸：C6H12O6＋2O2→ 2CH3COOH＋2CO2＋2H2O 将乙醇转化为乙醛，再转化为乙酸：C2H5OH+O2→H2O+CH3COOH+能量 体积分数为70%的酒精消毒 要留有大约1/3的空间 温度18-30℃，每隔12h左右将瓶盖拧松一点（注意：不是打开瓶盖），此后再拧紧瓶盖。发酵时间为10-12d。 用清水冲洗1-2次，再去除枝梗 避免葡萄破损，减少杂菌污染 ①发酵初期提供有氧条件，利于酵母菌快速繁殖； ②防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出。 防止菌种减少，影响发酵 排出气体 当葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布，进行葡萄醋的发酵。发酵温度为30-35℃，时间为7-8d。 空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖 ③制作步骤： 和腐烂的籽粒，沥干 器具消毒 冲洗葡萄 榨汁装瓶 果酒发酵 果醋发酵 防止空气中微生物的污染 可以在充气口填充棉花或者安装其他过滤装置，以防止充入的气体携带外来杂菌污染发酵液等 【拓展延伸】果酒制作发酵装置及各部件的作用 _____ （1）发酵前期充气口_______输入无菌空气，让__________增殖，后期关闭充气口，进行__________排气口排出_________在醋酸发酵时连接充气泵进行__________ 打开 酵母菌 酒精发酵 充气 （2）为什么排气口胶管长而弯曲？ （3）该装置还能继续改进吗？ CO2 C 1．蓝莓果实中含有丰富的营养成分，具有防止脑神经老化、保护视力、强心、抗癌、软化血管、增强人体免疫等功能。蓝莓酒和蓝莓醋被称为“液体黄金”“口服化妆品”等。图甲是以鲜蓝莓为原料发酵制作蓝莓酒和蓝莓醋的过程简图，图乙是传统发酵技术的装置图。下列叙述正确的是(　　) A．用重铬酸钾检测出现橙色说明发酵过程产生了酒精 B．利用蓝莓制作蓝莓醋时，利用图乙装置必须先进行酒精发酵然后再进行醋酸发酵 C．蓝莓酒制作需要的温度比蓝莓醋制作的温度要低 D．图乙装置中d排气管长而弯曲可防止空气中的杂菌污染，装入蓝莓汁后需要灭菌 2.《齐民要术》记载了一种称为“动酒酢(“酢”同“醋”)法”的酿醋工艺：“大率酒一斗，用水三斗，合瓮盛，置日中曝之。七日后当臭，衣(指菌膜)生，勿得怪也，但停置，勿移动，挠搅之。数十日，醋成”。下列有关叙述错误的是 A.该方法的原理是醋酸菌在缺少糖源时可将乙醇最终转化为乙酸 B.加水的目的是对酒进行稀释，避免酒精浓度过高杀死醋酸菌 C.“衣”位于变酸的酒表面，是由原酒中的酵母菌大量繁殖形成的 D.挠搅有利于酒精与醋酸菌充分接触，还可以增加溶液中的溶解氧 √ _____ 10 3．泡菜（乳酸发酵过的蔬菜）是许多亚洲国家的传统食品，在发酵液中通常发现的微生物包括乳酸菌、酵母和丝状真菌。如图表示这3种不同微生物群中活细胞数和卷心菜乳酸发酵过程中pH的变化。发酵液中的溶解氧随时间下降，在第22天被完全耗尽。下列说法错误的是（　　） A．pH从第1天到第3天的下降主要由乳酸菌产生的乳酸引起 B．酵母细胞在第26天后开始产生酒精 C．酵母细胞从第10天到第22天的生长与发酵液中的氧气有关 D．一些丝状真菌在低pH下表现出较高的耐受性 B 4.有关泡菜中亚硝酸盐含量的研究表明，亚硝酸盐的含量高低和亚硝酸盐含量峰值时间的早晚与食盐的浓度有关(如图)，下列有关叙述不正确的( ) A.食盐的浓度越高，亚硝酸盐生成越快， 亚硝酸盐含量峰值出现的越早 B.取食泡菜时，时间别太长，防止空气 进入 C.臭味的产生可能与取食过程中带入坛 内油脂类物质有关 D.所用的食盐水经煮沸后可除去水中的 氧气并杀灭杂菌 A 1.培养基的配制 (1).概念： 人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出供其生长繁殖的营养基质。 (2).作用： 用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。 （3）.类型： 物理性质 固体培养基 液体培养基 加凝固剂，如琼脂。用于分离、计数、鉴定等 按用途 不加凝固剂。用于扩大培养、工业生产等 选择培养基 鉴别培养基 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。用于培养、分离出特定微生物 在培养基中加入某种指示剂或化学药品,用以鉴别不同种类的微生物 二.微生物的培养技术及应用 (4).培养基的营养构成: ①基本成分： 碳源、氮源、水、无机盐 碳源： 无机碳源： CO2、CO32-、HCO3- 有机碳源： 葡萄糖、牛肉膏、蛋白胨等 一般情况下，添加无机碳源培养基用来培养自养微生物；添加有机碳源培养基用来培养异养微生物。自养型微生物与异养型微生物培养基的主要差别在于碳源 氮源： 无机氮源： NH4＋、NO3-、NH3等 有机氮源： 牛肉膏、蛋白胨、尿素、氨基酸等 一般情况下，不添加氮源培养基可用来培养固氮微生物。 注：含C、H、O、N的有机物是异养型微生物的碳源、氮源、能源 氮是微生物合成蛋白质、核酸等物质必须的元素。 ②特殊需求： ④培养厌氧微生物时，需要提供 的条件。 ①培养乳酸杆菌时，需要在培养基中添加 ； ②培养霉菌时，需要将培养基调至 ； ③培养细菌时，需要将培养基调至 ； 维生素 酸性 中性或弱碱性 无氧 维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等（牛肉膏、酵母膏、蛋白胨中含有） 思考：所有微生物是否都可以用培养基进行培养? 否。病毒是没有细胞结构的微生物,必须在活细胞内寄生并以复制的方式增殖,因此不能用培养基进行培养。 培养基还需要满足微生物生长对pH、特殊营养物质以及氧气的需求。 注：牛肉膏、蛋白胨：来源于动物，含有糖、维生素和有机氮等营养物质 除上述营养物质外，培养基是否还需要其他物质呢？ 维生素可以提高这些酶的活性，至少提高50%以上，从而增强乳酸杆菌的代谢能力。如某些维生素、氨基酸、嘌呤、嘧啶等。酵母浸粉、牛肉浸膏或植物组织提取液等天然物质中含有不同的生长因子。 15 2.无菌技术 (1).对象： ①实验操作的空间、操作者的衣着和手。 ②培养的器皿、接种用具和培养基等。 (2).目的： 获得纯净的培养物 (3).关键： 防止杂菌污染 (4）.类型： 使用较为温和的物理或化学等方法杀死物体表面或内部一部分微生物 消毒： 灭菌： 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 ①概念 消毒、灭菌 17 类型 适用范围 操作方法 消 毒 灭 菌 煮沸消毒 生活用品 100℃煮沸5～6min 巴氏消毒 不耐高温的液体 63～65℃煮30min或72-76℃煮15s或80-85℃煮10-15s 化学药剂 生物活体、水源等 酒精擦拭双手、氯气消毒水源 紫外线 紫外线照射30min 灼烧灭菌 接种工具、试管口或瓶口等 酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧 干热灭菌 玻璃器皿和金属用具等 物品放入干热灭菌箱,160～170℃加热2～3h 湿热灭菌 培养基、容器等 高压蒸汽灭菌锅内,100kPa,温度121 ℃,15～30min 接种室，超净工作台 ②.比较 3：微生物的纯培养 （1）.纯培养物： 由单一个体繁殖所获得的微生物群体 （2）.纯培养： 获得纯培养物的过程 （3）.常用方法： 平板划线和稀释涂布平板 （4）.菌落： 分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体。 （5）.单菌落： 一般是由单个微生物繁殖形成的纯培养物 （6）.过程： ①.配制培养基： 称取 切块 煮沸 过滤 加葡萄糖、琼脂 定容 ②.灭菌： 培养基：湿热灭菌；培养皿：干热灭菌 ③倒平板： 拔出棉塞 瓶口迅速通过火焰 培养基倒入培养皿，立即盖上皿盖。 冷凝后倒置 【注意】：①倒平板时培养基的温度50℃左右 ②在酒精灯火焰附近操作③倒平板时不能将培养皿完全打开④冷凝后平板倒置。 ④接种和分离酵母菌 平板划线法 a.原理： 通过接种环在固体培养基表面连续划线的操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。经数次划线后培养，可以分离得到单菌落。 b.主要步骤 接种环灼烧 冷却后取菌种 第一次平行划线 重复以上操作 c,注意事项 a:接种环只蘸一次菌液,但要在培养基不同位置连续划线多次. b:划线首尾不能相接 c:每次划线前接种环进行灭菌 d:每次划线从上一次划线的末端开始 e:划线操作结束后，仍需灼烧接种环 以免温度太高，杀死菌种 能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐步减少，最终能得到由单个细菌繁殖而来的单菌落。 d.灼烧接种环目的 杀死接种环上残留的菌种，避免细菌污染环境和感染操作者 杀死上次划线时残留菌种，使下一次划线的菌种直接来源上次划线的末端，从而使每次划线时菌种数目逐渐减少，直至得到单个细胞 杀死接种环上原有微生物 灼烧时期 目的 取菌种前 每次划线前 接种结束后 (5).培养酵母菌： 完成平板划线后，待菌液被培养基吸收，将接种后的平板和一个未接种的平板倒置，放入28℃左右的恒温培养箱中培养24-28h。 既可以防止培养基表面的水分挥发；又可以防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染 作对照，该培养皿无菌落说明培养基没有污染 （1）、概念： 将菌液进行充分稀释，然后再将菌液涂布到选择培养基上的过程。 1.稀释涂布平板法 （2）、过程： ①土壤取样 ③梯度稀释 ②制成菌液 称取土壤10g，放入90mL无菌水的锥形瓶中 1 mL 1 mL 1 mL 1 mL 1×102 1×103 1×104 1×106 1×107 90mL无菌水 1×10 1 mL 1×105 1×103 1 mL 三.微生物的选择培养和计数 ④涂布平板 1×107 移液枪 Ⅱ：涂布器消毒、灭菌 浸 烧 Ⅲ:涂布平板 注意：要让多余的酒精在烧杯中滴尽，然后再放在火焰上灼烧 Ⅰ：取0.1mL菌液滴加到培养基表面 (3).菌落培养 待涂布的菌液被培养基吸收后，将平板倒置，放入30-37℃的恒温培养箱中，培养1-2d。 注意：培养时要将一个未接种的培养基和一个已接种的培养基放在一起培养 用涂布器将菌液均匀地涂布在培养基表面。涂布时可转动培养皿，使涂布均匀。 2. 稀释涂布平板法计数 （1）原理： 当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌。通过计数平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌。 （2）原则: ①一般选择菌落数为30-300的平板计数。 ②同一稀释度至少对3个平板进行重复计数，然后求平均值 （3）缺点: 统计的菌落数往往比活菌的实际数目少 原因：当两个或多个细胞连在一起时，平板上观察到的只是一个菌落。 ③统计的结果一般用菌落数而不是活菌数表示 注意：恰当的稀释度、涂布是否均匀是成功统计菌落数目的关键。 每g样品中的菌落数＝(C÷V)×M （4）计算公式： C：代表某一稀释度下平板上生长的平均菌落数 V：代表涂布平板时所用的稀释液的体积(mL) M代表稀释倍数 不能区分死菌与活菌； 个体小的细菌在显微镜下难以观察； 2.计数板计数法 ①原理：利用细菌计数板或血细胞计数板，在显微镜下计算一定容积里样品中微生物的数量。 ②缺点： 四.发酵工程及其应用 是指利用微生物的特定功能，通过现代化工程技术，规模化生产对人类有用的产品。 2.基本环节： 选育菌种 扩大培养 制备培养基 灭菌 发酵罐内发酵 分离、提纯产物 获得产品 接种 获得菌种方法： 从自然界中筛选、诱变育种、基因工程育种 一般为液体培养基 目的 避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量 发酵工程的中心环节 微生物细胞：采用过滤、沉淀等方法；代谢物：可蒸馏、萃取等方法分离、提纯。 1：概念 3.制啤酒的过程可总结归纳为哪些环节？ 发芽 焙烤 碾磨 糖化 蒸煮 发酵 消毒 终止 目的： 淀粉→麦芽糖→葡萄糖 目的： 糖浆 啤酒花 冷却 主发酵 接种 过滤 后发酵 加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活 产生风味组分，终止酶的作用对糖浆灭菌 思考（1）.与传统的手工发酵相比，在啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高? 菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等 （2）.发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？ 酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸 4.发酵工程的应用 (1).发酵工程的特点： 产物专一 生产条件温和 原料来源丰富且价格低廉 废弃物对环境污染小且容易处理 (2）.在食品工业上的应用 ①生产传统的发酵食品 ②生产食品添加剂 ③生产酶制剂 食品添加剂的优点： 增加食物的营养，改善食品的口味、色泽和品质，延长食品的保存期 (3).在医药工业上的应用 ①采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物 ②直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品 (4).在农牧业上的应用 ①生产微生物肥料 根瘤菌肥、固氮菌肥 Ⅰ微生物肥料的种类： Ⅱ微生物肥料的作用 a: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； b:有的微生物肥料可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生 利用微生物或其代谢物来防治病虫害 Ⅰ.微生物农药的作用： Ⅱ .防治类型属于生物防治 ②. 生产微生物农药 ③生产微生物饲料 原理:微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快 实例1——单细胞蛋白 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； ③实例2——乳酸菌 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。 1.在实验室培养微生物，需要人为地为微生物提供适宜的营养和环境条件。下列关于培养基配制的说法正确的是( ) A.培养基中需要碳源、氮源、水和无机盐齐全 B.培养基中必须添加琼脂 C.培养基制备中均需调节pH至酸性 D.无论哪种培养基均需要灭菌 √ 2.解脂菌能利用分泌的脂肪酶将脂肪分解成脂肪酸和甘油并吸收利用。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。甲菌菌落周围呈现深蓝色，乙菌菌落周围不变色。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 √ D 3．巴氏杀菌乳是以生牛(羊)乳为原料，经巴氏杀菌等工序制得的液体产品，根据国家标准(GB19645－2010)每毫升合格巴氏杀菌乳中细菌总数不得超过50 000个。某兴趣小组进行了新鲜牛奶合适的消毒温度的探究，相关实验操作不合理的是(　　) A．配制牛肉膏蛋白胨培养基并在121 ℃、100 kPa条件下处理15～30 min B．将等量的新鲜牛奶分别置于60 ℃、70 ℃、80 ℃、90 ℃恒温水浴锅中处理15 min C．对处理后的牛奶进行依次等比稀释后，利用稀释涂布平板法接种并在37 ℃下培养24 h D．统计培养基上全部菌落数，以菌落数最少组的处理温度作为最适消毒温度 D 4.野生型大肠杆菌菌株能在基本培养基上生长，氨基酸营养缺陷型菌株由于发生基因突变而无法合成某种氨基酸，只能在完全培养基上生长，如图为纯化某氨基酸营养缺陷型突变株的部分流程图，数字代表培养基，A、B、C表示操作步骤。下列有关说法错误的是(　　) A.①②④为完全培养基，③为基本培养基 B.A操作的目的是提高该突变菌株的浓度 C.B操作可用涂布器蘸取菌液均匀地涂布在②表面 D.经C过程原位影印及培养后，可从④中挑取D菌落进行纯化培养 √ 5.科研人员在富含纤维素的培养基中加入刚果红(刚果红能与纤维素结合形成红色复合物，但不能与纤维素水解后产生的纤维二糖和葡萄糖发生反应)，再接种土壤浸出液，准备从土壤中筛选出高效降解纤维素的细菌。如图表示恒温培养后平板中菌落周围出现透明圈的情况，下列有关说法错误的是(　) A.可用牛肉膏、蛋白胨配制该培养基 B.培养基的pH需调至中性或弱碱性 C.所用接种方法为稀释涂布平板法 D.应选择图中菌落③作为目的菌种进行推广使用 √ 图1 图2 6.高温淀粉酶在大规模工业生产中有很大的实用性。研究者从热泉中筛选高效产生高温淀粉酶的嗜热菌，其筛选过程如图1所示。将得到的菌悬液转接于同时含有葡萄糖和淀粉作碳源的固体培养基上培养，得到若干菌落后用碘液进行显色处理，得到如图2所示结果。下列说法不正确的是(　　) A.过程①、②合称为稀释涂布平板法 B.甲、乙试管中的液体均为选择培养基 C.接种Ⅱ号培养基的方法为平板划线法 D.图2中周围不显蓝色的菌落中含有所需菌种 √ C 7.如图是研究人员从红棕壤中筛选高效分解尿素的细菌的过程示意图，有关叙述错误的是(　　) A.在配制步骤③的培养基时，应添加琼脂 B.步骤③纯化分解尿素的细菌的原理是将聚集的细菌分散，可以获得单细胞菌落 C.步骤③采用涂布平板法接种，并需向牛肉膏蛋白胨培养基中加入尿素 D.步骤④挑取③中不同种的菌落分别接种，可通过比较溶液pH的变化大小来比较细菌分解尿素的能力 √ $