高中生物总复习讲解课件：专题20 发酵工程(共21张PPT)

(共21张PPT)
第5部分　生物技术与工程
专题20　发酵工程
考点1　传统发酵技术
一、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)代谢类型为异养需氧型,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)代谢类型为异养厌氧
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
泡菜 的 制作 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温杀死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、发酵温度过低等导致泡菜未能正常发酵
小表达 (选择性必修3 P8 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　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
“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
果酒 的 制作 菌种—— 酵母菌 (1)真核生物,单细胞真菌;(2)代谢类型:异养兼性厌氧型(在有氧和无氧的条件下都能生存),营腐生生活;(3)酿酒酵母的最适生长温度约为28 ℃
发酵原理 酵母菌无氧呼吸产生酒精和CO2:C6H12O6 2C2H5OH(酒精)+2CO2+能量
果醋 的 制作 菌种—— 醋酸菌 (1)原核生物,细菌;(2)代谢类型为异养需氧型,营腐生生活;(3)多数醋酸菌的最适生长温度为30~35 ℃
发酵原理 (1)当氧气、糖源均充足时:C6H12O6+2O2 2CH3COOH(乙酸)+2H2O+2CO2+能量
(2)当氧气充足、缺少糖源时:C2H5OH+O2 CH3COOH(乙酸)+H2O+能量(直接将乙醇转化为乙醛,再将乙醛变为乙酸)
2.制作果酒和果醋
果酒和果醋的 制作 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
考点2　微生物的培养技术及应用
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谢所必需的小分子,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
实例 (1)基础培养基+青霉素→分离酵母菌等真菌;
(2)无碳源培养基→分离自养微生物;
(3)无氮源培养基→分离固氮微生物;
(4)以尿素为唯一氮源的培养基→分离分解尿素的细菌;
(5)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谢物发生反应,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→菌落周围变成红色;
(3)加入刚果红的培养基鉴别纤维素分解菌→菌落周围产生透明圈。
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。
小表达 (1)[2023湖南,21(1)]若从植物根际土壤中筛选分解淀粉的固氮细菌,培养基
的主要营养物质包括水和　　　　　　 。
(2)在液体培养基表面加入凡士林或液体石蜡,可以获得　　　 微生物。
无机盐、淀粉
厌氧型
二、无菌技术
消 毒 定义 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
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;
(3)化学药物消毒,如用酒精擦手;
(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
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)、金属用具等耐高温的和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易被污染的部位
小表达 (1)(选必3 P11改编)与煮沸消毒法相比,对鲜牛奶采用巴氏消毒法的优点是
　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　 。
(2)(选必3 P11改编)利用紫外线消毒时,增强消毒效果的方法有　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　 。
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
紫外线照射前,适量喷洒苯酚或煤酚皂溶液等消毒液
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

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燃烧接种环的目的
(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,使本次划线的菌种直接来源
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。
四、微生物的计数
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,该实验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:每克样品的菌落数=(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
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 恒温培养箱中培养。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
小表达 [2019全国Ⅲ,37(3)]单个细菌在平板上会形成菌落,研究人员通常可根据菌落
的形状、大小、颜色等特征来初步区分不同种的微生物,原因是　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 。
在一定的培养条件下,不同种微生物表现出各自稳定的菌落特征
考点3　发酵工程及其应用
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
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谢物的生成;
(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
知识归纳 单细胞蛋白
(1)以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料,通过发酵获得大量的微生物
菌体,即单细胞蛋白。
(2)单细胞蛋白应用实例: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。