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(共31张PPT)
专题22　发酵工程
新高考生物一轮专题复习
考点1　传统发酵技术
知识　传统发酵技术
一、传统发酵技术
1.原理:在适宜条件下,将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物。
2.菌种:来自原材料中天然存在的微生物,或前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物。
3.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。
4.实例:腐乳
(1)菌种:毛霉(真核生物、需氧型)。
(2)原理:分泌蛋白酶等,将蛋白质分解为小分子的肽和氨基酸。
二、制作传统发酵食品
1.制作传统泡菜
(1)菌种:植物体表面天然存在的乳酸菌(原核生物、厌氧型),常见的乳酸菌包括乳酸链球菌和乳酸
杆菌。
(2)原理:C6H12O6 2C3H6O3(乳酸)+能量。
(3)方法步骤

知识归纳
1.盐水要煮沸冷却后使用,煮沸的目的是杀灭杂菌、除氧;冷却的目的是防止高温杀死蔬菜表面的
乳酸菌等。
2.在泡菜发酵初期,由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃,它们可进行发酵,发酵产物中
有较多的CO2,如果泡菜坛装得太满,发酵液可能会溢出坛外。
3.泡菜“咸而不酸”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。
4.“陈泡菜水”中含有纯度较高的乳酸菌,制泡菜时若加入“陈泡菜水”相当于接种乳酸菌。
果酒制作 菌种 附着在新鲜水果的果皮表面的野生型酵母菌(真核生物、兼性
厌氧型),酿酒酵母的最适生长温度约为28 ℃
原理 先在有氧条件下大量繁殖,再在无氧条件下酒精发酵:C6H12O6
2C2H5OH(酒精)+2CO2+能量
果醋制作 菌种 空气中的醋酸菌(原核生物、好氧型)
原理 ①当O2、糖源充足时:C6H12O6+2O2 2CH3COOH(乙酸)+2H2O
+2CO2+能量
②当缺少糖源(O2充足)时:C2H5OH+O2 CH3COOH(乙酸)+
H2O+能量
2.制作果酒和果醋
(1)菌种及原理
(2)方法步骤

知识归纳　果酒和果醋制作过程中的注意事项
1.葡萄应先冲洗再去除枝梗,避免去枝梗时葡萄破损,引起杂菌污染。
2.瓶中留约1/3空间,可为发酵初期酵母菌大量繁殖提供O2,并防止发酵过程中产生的CO2造成发酵
液溢出。
3.果酒发酵过程中会产生CO2导致瓶内气压升高,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.清洗干净的发酵瓶、榨汁机等器具需用体积分数为70%的酒精消毒。
1.(2022湖南,7)“杏花村酒”的酿制,酵母菌只进行无氧呼吸。 (　 )
答案
2.(2022江苏,16)葡萄果皮上有酵母菌和醋酸菌,制作好葡萄酒后,可直接通入无菌空气制作葡萄
醋。 (　 )
答案
3.(2021辽宁,8)果醋发酵时,乙醇既是醋酸发酵的底物,又可以抑制杂菌繁殖。 (　 )
答案　√
4.(2021湖北,3)馒头制作过程中,酵母菌进行呼吸作用产生CO2。 (　 )
答案　√
5.(2021江苏,14)某同学选用新鲜成熟的葡萄制作果酒和果醋。果醋发酵时,发酵液产生的气泡量
明显少于果酒发酵时。(　 )
答案　√
针对训练
6.(2021山东,12)葡萄酒的颜色是葡萄皮中的色素进入发酵液形成的。 (　 )
答案　√
7.(2020江苏,18)果酒制作过程中,选择新鲜的葡萄略加冲洗,除去枝梗后榨汁。 (　 )
答案　√
8.(2019江苏,9)果醋的制作过程中发酵液pH逐渐降低,果酒制作过程情况相反。 (　 )
答案
9.(2021全国乙,37)米曲霉发酵过程的主要目的是使米曲霉充分生长繁殖,大量分泌制作酱油过程
所需的酶类,这些酶中的　　　 、　　　 能分别将发酵池中的蛋白质和脂肪分解成易于吸
收、风味独特的成分,如将蛋白质分解为小分子的肽和　　　 。
答案　蛋白酶　脂肪酶　氨基酸
考点2　微生物的培养技术及发酵工程
知识1　微生物的培养技术及应用
一、培养基
1.成分
(1)一般都含有水、碳源、氮源和无机盐等营养物质。
营养物质 备注
碳源 提供碳元素的物质;自养微生物以空气中的CO2
为碳源,异养微生物以有机物为碳源
氮源 提供氮元素的物质;固氮微生物以空气中的N2为
氮源
(2)需满足微生物生长对pH、特殊营养物质(如维生素)以及O2的需求。
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。
2.类型(依据培养基的物理性质)
培养基种类 特点 用途
液体培养基 不加凝固剂,呈液体 工业生产等
固体培养基 加凝固剂(如琼脂),呈固体 微生物分离、鉴定、计数等
二、无菌技术
　　获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染。
1.消毒
(1)概念: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)常见方法、适用范围或效果
常见方法 适用范围或效果
煮沸消毒 日常用品(可杀死微生物的营养细胞和部分芽孢)
巴氏消毒 牛奶等不耐高温的液体(可杀死绝大多数微生物,
并且基本不破坏牛奶等中的营养成分)
化学药物消毒 用酒精擦拭双手、用氯气消毒水源等
紫外线消毒 接种室、接种箱等(杀死物体表面或空气中的微
生物;照射前,可适量喷洒石炭酸或煤酚皂溶液等
消毒液加强消毒效果)
2.灭菌
(1)概念: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。
(2)常见方法和适用范围
常见方法 适用范围
湿热灭菌 培养基等(高压蒸汽灭菌的效果最好)
干热灭菌 玻璃器皿(如吸管、培养皿)、金属用具等耐高温
的和需保持干燥的物品
灼烧灭菌 微生物的接种工具(如涂布器、接种环等)
注意 灼烧灭菌应用酒精灯火焰的充分燃烧层(外焰)灼烧。
三、微生物的纯培养
1.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。
2.方法:采用平板划线法和稀释涂布平板法能将单个微生物分散在固体培养基上,之后经培养得到
的单菌落一般是由单个微生物繁殖形成的纯培养物。
(1)平板划线法
①主要过程

　　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。

②培养结果
知识归纳
1.每次都从上一次划线的末端开始划线,注意不要将最后一次的划线与第一次的划线相连。
2.不同阶段灼烧接种环的目的
(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。
3.取菌种、划线操作都要在酒精灯火焰旁的无菌区域进行。
②培养结果

(2)稀释涂布平板法
①主要过程
3.实例——酵母菌的纯培养
(1)制备培养基
①配制培养基:马铃薯去皮切块→加水煮烂→过滤→加糖与琼脂→蒸馏水定容。
②灭菌:培养皿进行干热灭菌;培养基用高压蒸汽灭菌。
③倒平板:待培养基冷却至50 ℃左右,在酒精灯火焰附近进行。

注意 制备固体培养基时,最后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。
(2)接种和分离酵母菌。
(3)培养酵母菌:将接种后的平板和一个未接种的平板(对照)一同倒置恒温培养 24~48 h。
知识归纳
　　一般来说,在相同的培养条件下,同种微生物表现出稳定的菌落特征。在接种酵母菌的培养基
上,观察培养后所形成的菌落的形态(如颜色、形状、大小等),若观察到了不同形态的菌落,则可能
是由接种的菌种不纯或者无菌操作不规范等引起的。
四、微生物的选择培养、鉴定和计数
1.选择培养基和鉴别培养基
(1)选择培养基: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的培养基。
常见种类 基本培养基+青霉素→分离真菌
无碳源培养基→分离自养微生物
无氮源培养基→分离固氮微生物
纤维素为唯一碳源→分离纤维素分解菌
尿素为唯一氮源→分离分解尿素的细菌
(2)鉴别培养基: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。
常见种类 伊红—亚甲蓝琼脂培养基→鉴别大肠杆菌(菌落
呈深紫色,带金属光泽)
刚果红培养基→鉴别纤维素分解菌(菌落周围出
现透明圈)
知识拓展
　　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。
2.微生物的计数
(1)显微镜直接计数法
用具 细菌计数板或血细胞计数板
优点 快速、直观
误差 无法区分死菌和活菌,结果偏大
改进措施 计数前用台盼蓝对细胞进行染色,死细胞会被染
成蓝色,活细胞不着色
(2)稀释涂布平板法
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
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)
误差 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,会使结果偏小
易混易错 平板划线法和稀释涂布平板法均可获得单菌落,进而分离纯化微生物;但只有稀释
涂布平板法可以用于计数。
3.实例——土壤中分解尿素的细菌的分离与计数
(1)实验原理
①能分解尿素的细菌可以合成脲酶,脲酶能催化尿素分解产生NH3,NH3可作为细菌生长的氮源。
②以尿素为唯一氮源的培养基可从土壤中分离出分解尿素的细菌。
(2)用稀释涂布平板法分离与计数尿素分解菌
①用稀释涂布平板法分离尿素分解菌。
②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。
③计数:选择菌落数为30~300的平板计数。
注意
1.选取菌落数目稳定时的记录作为结果。
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。
3.设置空白平板作对照组。
知识拓展　分解尿素的细菌的鉴别
　　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。
10.(2022海南,12)培养细菌时,可选用牛肉膏蛋白胨固体培养基。 (　 )
答案　√
11.(2022湖北,5)为防止蛋白质变性,不能用高压蒸汽灭菌法对牛肉膏蛋白胨培养基进行灭菌。
(　 )
答案
12.(2022辽宁,18)通常微生物培养所用的培养基及接种工具分别采用湿热灭菌和灼烧灭菌。 (　 )
答案　√
13.(2022江苏,3)某同学欲分离产脲酶菌,可在选择培养基中添加尿素作为唯一氮源。 (　 )
答案　√
14.(2021浙江6月选考,17)稀释涂布平板法和平板划线法均能得到单菌落,都可用于细菌计数。
(　 )
答案
15.(2021江苏,18)将培养基分装于培养皿中后灭菌,可降低培养基污染的概率。 (　 )
答案
针对训练
16.(2021天津,1)用石炭酸喷洒教室能达到灭菌目的。 (　 )
答案
17.(2020天津,9)蚕豆瓣可提供微生物生长繁殖所需的碳源和氮源。 (　 )
答案　√
18.(2020浙江7月选考,19)配制培养基时应根据微生物的种类调整培养基的pH。 (　 )
答案　√
19.(2020浙江7月选考,19)利用尿素固体培养基可迅速杀死其他微生物,而保留利用尿素的微生
物。 (　 )
答案
20.(2019江苏,12)接种后的培养皿要倒置,以防培养污染。 (　 )
答案　√
21.(2021河北,23)为了解皮渣中微生物的数量,取10 g皮渣加入90 mL无菌水,混匀、静置后取上清
液,用稀释涂布平板法将0.1 mL稀释液接种于培养基上。104倍稀释对应的三个平板中菌落数量分
别为78、91和95,则每克皮渣中微生物数量为　　　 个。
答案　8.8×106
知识2 发酵工程
一、概念
　　利用微生物的特定功能,通过现代工程技术,规模化生产对人类有用的产品。
二、发酵工程的基本环节

1.选育菌种:可从自然界中筛选,也可通过诱变育种或基因工程育种获得。
2.菌种扩大培养的目的是促使菌体数量快速增长,使接入的菌种满足发酵生产需求。
3.灭菌是获得纯净的微生物培养物的前提,培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
4.发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节,此阶段要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等,
以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分以及严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件。
注意 环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖,而且会影响微生物代谢物的形成。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。
5.发酵产品有微生物代谢物和微生物细胞本身,前者需要根据产物的性质采取适当的提取、分离
和纯化措施来获得,后者可通过过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥来获得。
知识归纳　发酵产品实例
1.微生物代谢物:如α-淀粉酶,生长激素释放抑制激素、柠檬酸等。
2.微生物细胞本身
(1)苏云金杆菌:可防治多种农林虫害的微生物农药。
(2)单细胞蛋白(即微生物菌体):可制成微生物饲料,能使家畜、家禽增重快,产奶或产蛋量显著提
高。
三、实例——啤酒的工业化生产流程
1.发芽:大麦种子发芽,释放淀粉酶。
2.焙烤:加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。
3.碾磨:将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。
4.糖化:淀粉分解,形成糖浆。
5.蒸煮:产生风味组分,终止酶的进一步作用,并对糖浆灭菌。
6.发酵:酵母菌将糖转化为酒精和CO2。
7.消毒:杀死啤酒中的大多数微生物,延长它的保存期。
8.终止:过滤、调节、分装啤酒进行出售。
知识归纳
　　啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的,发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。酵
母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成。主发酵结束后,发酵液还不
适合饮用,要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵,这样才能形成澄清、成熟的啤酒。
22.(2022山东,14)工业化生产青霉素时,选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中。
(　 )
答案　√
23.(2022山东,20)啤酒的工业化生产中,大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工
序后,最终过滤、调节、分装,其中焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌。 (　 )
答案
24.(2018江苏,16)乙醇为挥发性物质,故葡萄酒发酵过程中发酵罐内空气的进气量不宜太大。
(　 )
答案
25.(2018江苏,16)葡萄酒正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压。 (　 )
答案　√
针对训练

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