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专题十三　发酵工程
(一)传统发酵技术与发酵工程及其应用
晨背·必备知识
1．(选择性必修3 P5)发酵是指人们利用微生物，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．(选择性必修3 P5)腐乳一直受到人们的喜爱。这是因为经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，其中起主要作用的是毛霉。
3．(选择性必修3 P5)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。
4．(选择性必修3 P7)醋酸菌是好氧细菌，当O2、糖源都充足时能通过复杂的化学反应将糖分解成乙酸；当缺少糖源时则直接将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为乙酸。
5．(选择性必修3 P7)制作葡萄酒时，要将温度控制在18～30 ℃。制作葡萄醋时，要将温度控制在30～35 ℃。
6．(选择性必修3 P22～23)发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离和提纯等方面，其中发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。
7．(选择性必修3 P23)发酵产品的分离、提纯要根据产品类型选择不同方法，若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。
8．(选择性必修3 P23)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。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。
9．(选择性必修3 P27)单细胞蛋白是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得的大量的微生物菌体。
晚练·思维表达
1．微生物菌剂通常有液态和固态两种。如图是通过发酵工程制备菌剂的流程。
(1)你认为工业生产中应首选制备液态还是固态的微生物菌剂？并阐述理由。
提示：液态的微生物菌剂。原因是制备方法简单(无需选择合适载体、干燥、粉碎等操作)、成本低、使用方便、启动时间短。
(2)微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需考虑的因素有哪些？
提示：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件易控制；菌种不易变异、退化。
(3)如何对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
提示：要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长、繁殖，同时及时添加必需的营养组分。
2．啤酒的工业化生产流程
(1)生产流程图
(2)生产流程中几个关键环节的作用
①焙烤：加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。
②糖化：淀粉分解，形成糖浆。
③蒸煮：产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。
④发酵：酵母菌将糖转化为酒精和CO2。
⑤消毒：杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。
(二)微生物的培养技术及应用
晨背·必备知识
1．(选择性必修3 P9～10)培养基的概念、用途和成分
(1)概念：人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出的供其生长繁殖的营养基质。
(2)用途：用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。
(3)培养基的成分：①主要营养物质：水、碳源、氮源、无机盐等。②其他条件：pH、特殊营养物质和O2。例如，在培养乳酸杆菌时，需要在培养基中添加维生素；在培养霉菌时，一般需要将培养基调至酸性；在培养细菌时，一般需要将培养基调至中性或弱碱性。
2．(选择性必修3 P10)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，无菌技术主要包括消毒和灭菌。
(1)消毒
①概念：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常用方法：煮沸消毒、巴氏消毒等。
(2)灭菌
①概念：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。
②常用方法：湿热灭菌、干热灭菌和灼烧灭菌等。
3．(选择性必修3 P11～12)微生物纯培养的相关概念
(1)培养物：在微生物学中，将接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体。
(2)纯培养物：由单一个体繁殖所获得的微生物群体。
(3)纯培养：获得纯培养物的过程。
(4)菌落：分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体。
4．(选择性必修3 P12)获得单菌落的方法：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。
5．(选择性必修3 P16)选择培养基：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。
6．平板划线法和稀释涂布平板法的比较
项目 平板划线法 稀释涂布平板法
主要步骤 接种环在固体培养基表面连续划线 等比稀释操作和涂布平板操作
单菌落 的获得 从最后划线的区域挑取 稀释度合适，整个平板上都可找到单菌落
共同点 都能将微生物分散到固体培养基表面，以获得单细胞菌落，达到分离纯化微生物的目的，也可用于观察菌落特征
7.(选择性必修3 P18)微生物的数量测定
(1)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。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌。
②计数原则：一般选择菌落数为30～300的平板进行计数。样品的稀释度将直接影响平板上的菌落数目，通常选用一定稀释范围的样品液进行培养。在同一稀释度下，应至少对3个平板进行重复计数，然后求出平均值。
③计算公式
每克样品中的菌株数＝×
稀释倍数
(2)显微镜直接计数法
一种常用的、快速直观的测定微生物数量的方法。该方法利用特定的细菌计数板或血细胞计数板，在显微镜下观察、计数，然后再计算一定体积的样品中微生物的数量，统计的结果一般是活菌数和死菌数的总和。
晚练·思维表达
1．只有能分解尿素的微生物才能在尿素固体培养基上生长，这是因为分解尿素的微生物能合成脲酶，而脲酶可将尿素分解成氨，从而为微生物提供氮源。
2．利用稀释涂布平板法进行微生物数量测定时，统计的菌落数往往比活菌的实际数目要少，这是因为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．在倒平板的过程中，若不小心将培养基溅在皿盖与皿底之间的部位，则该平板不能继续用于培养微生物，原因是空气中的微生物可能在皿盖与皿底之间的培养基上滋生。
4．培养过程中抽样检测活菌数量时，应利用稀释涂布平板法而不用显微镜直接计数法，其原因是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，而显微镜直接计数法会将死菌也计算在内。

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