【串讲课件】第1章 发酵工程（期中复习课件）高二生物下学期人教版

这是一份【串讲课件】第1章 发酵工程（期中复习课件）高二生物下学期人教版，共67页。PPT课件主要包含了CONTENTS，考点扫描，期中考情，提升演练，知识回顾，人类所需产物，谷氨酸发酵，需氧发酵，厌氧发酵，发酵类型等内容，欢迎下载使用。
3大知识回顾·考点解析·考点突破
优质试题训练，助力成绩提升
把握考情，备考心中有数
考点01 传统发酵技术的应用
指人们利用微生物，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的过程。
微生物代谢产生的某些产物
(乙醇、乙酸、乳酸、氨基酸、抗生素、酶制剂等)
不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们既可以生产出人们所需要的多种产物
同一种微生物处于不同环境条件下时，代谢途径也会出现差异。
如酵母菌在无氧和有氧条件下的代谢途径不同。
酒精、乳酸（泡菜、酸奶）发酵
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。
生产条件不易控制，易受杂菌污染，生产效率较低，产物不单一等
有氧或无氧条件下的物质氧化分解
厌氧细菌，代谢类型为异养厌氧型。
广泛分布于空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内。
适宜发酵温度为30～40℃。
在无氧的条件下，将葡萄糖分解成乳酸。
乳酸链球菌和乳酸杆菌。
(1)泡菜腌制的原理——乳酸菌发酵
用清水和食盐配制质量百分比为5%-20%的盐水，并将盐水煮沸，冷却待用；
将新鲜蔬菜洗净，切成块状或条状，混合均匀，晾干后装入泡菜坛内；装至半坛时，加入蒜瓣、生姜及其他香辛料，继续装至八成满；
盐的作用：盐水浓度要适宜的目的：盐水煮沸的目的：
调味；抑制其他微生物生长
过高：影响口感，亚硝酸盐含量高； 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。
杀灭微生物；去除水中的溶解氧
将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，使盐水没过菜料，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经常向水槽中补充水；根据室内温度控制发酵时间；
盐水冷却后使用的目的：
为了不影响乳酸菌的生命活动
（1）制作果酒的菌种：
酵母菌（单细胞真菌，真核生物）
有氧条件下，进行有氧呼吸，大量繁殖：
无氧条件下，进行无氧呼吸产生酒精：
附着在葡萄皮上的野生型酵母菌
酿酒酵母最适生长温度约为28 ℃
当氧气、糖源都充足时，糖 醋酸；当缺少糖源时，乙醇 乙醛 醋酸。
（2）制作果醋的菌种：
果酒和果醋的制作步骤及目的
将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精清洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干备用
取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干
用榨汁机榨取葡萄汁，将葡萄汁装入发酵瓶（注意：要留有大约1/3的空间），盖好瓶盖
将温度控制在18-30℃进行发酵，在发酵过程中，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.
①70%的酒精的作用：②冲洗的目的：③能否反复冲洗，为什么？④为什么去梗前冲洗：
以防葡萄汁流失和破损导致杂菌污染
a.先让酵母菌进行有氧呼吸，快速繁殖，耗尽O2后，再进行酒精发酵；
b.防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出
不能，会影响野生酵母菌数量
防止O2进入和杂菌污染
⑥每隔12h左右将瓶盖拧松一点的目的：⑦拧松但不打开的目的：
⑤葡萄汁装入发酵瓶时，为何要留有1/3的空间？
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。
可通过从发酵瓶口取样来对发酵的情况进行检测
⑧如何检测果酒的发酵情况（检测是否产生酒精）？
c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测（橙色→灰绿色）
⑩如何检测果醋的发酵情况？
a.闻；b.品尝；c.使用pH试纸检测和比较发酵前后的pH值；d.观察醋酸菌膜是否形成；
打开瓶盖后，空气中的醋酸菌会进入果酒发酵液中大量繁殖，其他的菌因不适应环境条件（不能利用乙醇）而不能繁殖
泡菜腌制过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化
果酒和果醋制作过程比较
温度一般是18 ℃~25 ℃；前期有氧，后期无氧；时间约10~12 d。
温度为30 ℃～35 ℃；始终有充足的氧气；时间约7~8 d。
豆腐乳是我国流传数千年的特色传统民间美食，食用时，其外部有一层致密的“皮”，它是（　　）A．细菌繁殖形成的B．毛霉菌丝繁殖于表面而形成的C．人工加配料形成的D．腐乳外层蛋白质凝固后形成的
参与腐乳制作的微生物：主要是毛霉，其新陈代谢类型是异养需氧型。腐乳制作的原理：蛋白质被蛋白酶分解为小分子肽和氨基酸；脂肪被脂肪酶分解成甘油和脂肪酸。
最近发表在《自然·代谢》杂志上的一项研究有些有趣的新发现。研究者们分析了来自三个队列9000余人的数据，发现从成年到老年，人体的肠道菌群组成会变得越来越独特，越是健康的个体越表现出这种独特性。下列关于人体的肠道菌群的叙述，正确的是（   ）A．大肠杆菌是革兰氏阳性兼性厌氧的肠道杆菌，在肠道中一般对人无害B．在实验室一般可以用LB液体培养基来对大肠杆菌进行扩大培养C．大肠杆菌以有丝分裂的方式进行繁殖，且分裂速度很快D．肠道中的一些细菌也能进行需氧呼吸，场所在细胞溶胶和线粒体
1.原核生物无成形的细胞核，无核糖体以外的其他细胞器，分裂方式为二分裂；2.对微生物的扩大培养需要用液体培养基，有利于微生物与培养液的充分混合，获取营养物质大量增殖。
考点02 微生物的培养技术及应用
培养乳酸杆菌时，需要在培养基中添加维生素；培养霉菌时，需要将培养基的pH调至酸性；培养细菌时，需将pH调至中性或碱性；培养厌氧微生物时，则需提供无氧的条件。
原理：使微生物的蛋白质变性
1. 消毒：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：用强烈的理化方法杀死物体内外的所有的微生物，包括芽孢和孢子。
（1）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，这就是菌落。
（2）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。平板划线法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，就称为平板划线法。在数次划线结束后，就可以分离到单菌落。
1.学会配制培养酵母菌的培养基并倒平板。2.学会进行无菌操作。3.尝试通过平板划线操作来获得纯化的酵母菌菌落。
酵母菌培养液、马铃薯、葡萄糖（或蔗糖）、琼脂、蒸馏水、天平、小刀、纱布、烧杯、锥形瓶、棉塞、牛皮纸（或报纸）、皮筋、培养皿、接种环、酒精灯、超净工作台、高压蒸汽灭菌锅、干热灭菌锅和恒温培养箱。
待培养基冷却至50 ℃左右时，在酒精灯火焰附近倒平板。
②操作：在酒精灯火焰附近
防止瓶口微生物污染培养基
防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染
温度过高容易烫伤，低于50℃琼脂会凝固。
①将接种环放在火焰上灼烧，直到接种环的金属丝烧红。②在火焰旁冷却接种环。同时拔出装有酵母菌培养液的试管的棉塞。
③将试管口通过火焰。④在火焰附近用接种环蘸取一环菌液。
（4）接种和分离酵母菌
⑤将试管口通过火焰，并塞上棉塞。⑥在火焰附近将皿盖打开一条缝，用接种环在培养基表面迅速划三至五条平行线，盖上皿盖。⑦灼烧接种环，待其冷却后，从第一次划线的末端开始作第二次划线。重复以上操作，作第三、四、五次划线。
①在灼烧接种环后，等其冷却再进行划线，以免温度过高杀死菌种。②划线时用力大小要适当，防止用力过大将培养基划破。③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。④除第一次划线外，每次划线均从上一次划线的末端开始，能使酵母菌的数目随划线次数的增加而逐步减少，最终得到单个细菌繁殖而来的菌落。⑤划线首尾不能相接，最后一次划线的菌最稀少，第一次划线的菌最密集，如果连在一起会影响菌落的分离效果，得不到单个菌落。
Q1:在未接种的培养基表面是否有菌落生长？如果有，说明了什么？Q2:在接种酵母菌的培养基上，你是否观察到了单菌落？这些菌落的颜色、大小是否一致？如果你观察到了不同形态的菌落，你能分析出可能是由哪些原因引起的吗？
在未接种的培养基表面应该没有菌落生长，如果有，说明培养基被杂菌污染。
如果观察到了不同形态的菌落，可能是接种的菌种不纯或者无菌操作不规范等原因引起的。
（1）原理：人为提供有利于目的菌株生长的条件（包括营养，温度和pH等），同时抑制或阻止其他微生物生长。（2）方法：利用选择培养基分离。 ①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称为选择培养基。 ②选择培养基的设计原理：根据某种微生物对某种营养物质的特殊要求或者对某些特殊理化因素的抗性进行设计。
如果想知道1g土壤中有多少能分解尿素的细菌，仅有选择培养基是不够的，还需要对土样进行适当的处理以及科学地测定微生物数量的方法。由于土壤中细菌的数量庞大，要想得到能分解尿素的细菌的纯培养物，必须要对土样进行充分稀释，然后再将菌液涂布到制备好的选择培养基上，也就是要采用稀释涂布平板法。
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。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约多少活菌。
将10 g土样加入盛有90 mL无菌水的锥形瓶中，充分摇匀，取1 mL上清液加入盛有9 mL无菌水的试管中，依次等比稀释。
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1~2 d。在涂布有合适浓度菌液的平板上就可以观察到分离的单菌落。
（1）选择菌落数为30~300的平板进行计数；
（2）同一稀释梯度下，应至少对3个平板进行重复计数，求平均值。
计算公式：每mL原液含菌数＝培养基上平均菌落数（C）÷涂布液体积（V）×稀释倍数（M）
5号试管的结果表明每克土壤中的菌株数为多少个？
（168＋175＋167）÷3÷0.1×106＝1.7×109 （个）
①为什么一般选择菌落数为30～300的平板进行计数？
②在稀释涂布平板法中，为何需要涂布3个平板？
③统计的菌落数往往比活菌的实际数目少，这是为什么呢？
若平板上菌落数过多，说明稀释度过低，菌体的密度大，就会出现更多的两个或两个以上的菌体形成的菌落，结果不准确，且计数较困难。若平板上菌落数过少，菌落形成的偶然性大，结果也不准确。
作为重复实验，统计时取平均值，以减少偶然因素对实验结果的影响，增强实验结果的说服力。
因为当两个或多个细胞连在一起时，平板上只得到一个菌落。
3.土壤中分解尿素的细菌的分离计数
将103～107倍的土壤稀释液分别涂布到平板上培养，以保证能从中选择出菌落数为30~300的平板进行计数。注意：实验时要对培养皿作好标记注明培养基类型、培养时间、稀释度、培养物等（防止混淆）。
土壤中分解尿素的细菌的分离和计数
接种的牛肉膏蛋白胨培养基
常考拓展：培养基中碳源和氮源的主要来源及作用是什么？
无机碳源：CO2 、NaHCO3等；有机碳源：糖类、脂肪酸、花生粉饼、石油等
主要用于合成微生物体内的各种有机物，有机碳源是异养微生物的主要能源物质
无机氮源：N2、氨、铵盐、硝酸盐等有机氮源：尿素、牛肉膏、蛋白胨、氨基酸等
主要用于合成蛋白质、核酸以及含氮的代谢产物
体积分数为70%～75%的酒精
接种室、接种箱或超净工作台
接种工具，如涂布器、接种环、接种针或其他金属用具、试管口或瓶口等
100 kPa、121 ℃的条件下，维持15～30 min
耐高温的、需要保持干燥的物品，如玻璃器皿、金属用具等
微生物分离筛选的三种核心设计思路
平板划线法和稀释涂布平板法的比较
将菌液进行一系列的梯度稀释，稀释度足够高时，聚集在一起的微生物将被分散成单个细胞。
通过接种环在琼脂固体培养基的表面连续划线操作，将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基表面
只能分离菌种,不能计数
既能分离菌种,又能计数
使培养基上形成由单个细菌细胞繁殖而来的子细胞群体——单菌落
培养基上菌落数（结果偏小）
科学家从某工业废水处理厂和盐碱地的土壤、水样中分离出一种能够降解抗生素的细菌。实验表明，该细菌能够在含有抗生素作为唯一碳源的培养基中生长，并在短时间内显著降低环境中抗生素的浓度。有关该细菌的实验和应用，下列说法正确的是（    ）A．使用含抗生素的选择性培养基，以富集具有抗生素降解能力的微生物B．可以通过光学显微镜直接观察到该细菌对抗生素的降解过程C．从环境中分离微生物不需要无菌操作，因为这些微生物本身生活在环境中D．分离出这种细菌后，可以直接将其应用于抗生素污染土壤的处理，无需其他检测
1.勿将 微生物形态观察与代谢过程观察混淆，光学显微镜仅能观察细菌形态结构，无法看到其降解物质的过程。2.无菌操作目的是防止杂菌污染，即使目标微生物生活在自然环境中，也需无菌操作保证筛选准确性。3.不可以为分离出的菌种可直接应用，因为自然环境的复杂条件会影响菌种的降解效果，且需评估其生态安全性。
酸笋是竹笋通过微生物发酵工艺制作而成的传统食品，具有独特的酸味和香气。下图为利用乳酸菌、酵母菌、醋酸菌等微生物发酵制作酸笋的工艺流程图，有关叙述合理的是（　　）A．杀青、漂烫步骤是通过高温灭菌避免杂菌污染B．酸笋的酸味以乳酸菌产生乳酸为主，接种菌种后需立即通入氧气C．醋酸菌能将酵母菌产生的乙醇氧化为醋酸，进一步丰富酸笋的酸味层次D．发酵过程中要随时检测培养液中微生物数量，可以采用平板划线法和稀释涂布平板法
1.注意区分 灭菌 与 消毒，杀青漂烫是高温抑菌，并非灭菌，若灭菌会导致后续发酵无法进行。2.乳酸菌厌氧的代谢特性易被忽视，接种乳酸菌后需营造无氧环境，通入氧气会抑制其发酵。3.平板划线法的功能易与稀释涂布平板法混淆，前者仅分离，后者可计数。
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
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。
包括利用酵母菌发酵制造的啤酒、果酒，利用乳酸菌发酵制造的酸奶，及利用工程菌生产的人胰岛素。
利用微生物进行产品生产。
二、发酵工程的一般流程
①从 中筛选②通过 获得
诱变育种或基因工程育种
扩大培养：增加菌种数量
在菌种确定后选择原料，反复试验确定培养基配方
都必须严格灭菌
①了解发酵进程：随时检测培养液中的________________ ________等②及时添加必需的营养组分③严格控制________________________等发酵条件
发酵罐内发酵发酵工程的中心环节
①发酵产品是微生物细胞本身：在发酵结束之后，采用 等方法将菌体分离和干燥②发酵产品是代谢物：根据产物的性质采取适当的______ 措施来获得产品
利用谷氨酸棒状杆菌生产味精
淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等
明显提高产品的产量和质量
增加食品的营养，改善食品的口味、色泽和品质，延长食品的保存期
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
利用经过基因改造的微生物进行发酵生产生长激素释放抑制激素
未来可能用微生物来生产过去只能从植物中提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物
将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产疫苗
增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，抑制土壤中病原微生物的生长
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。
生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。
（1）解决资源短缺和环境污染问题如利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质（2）解决资源短缺和环境污染问题如利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量
1.黄酒是我国古老的发酵酒之一，传统酿制中，先用蒸煮过的小麦或麸皮为原料，对之前发酵留存的少量酒曲（曲种）进行扩大制曲；再将酒曲和蒸煮后的糯米、大米混合处理一段时间后，添加足量酒母（含酵母菌）完成发酵，压榨成品。下列说法错误的是（　　）A．小麦、麸皮等原料为酒曲中微生物的生长繁殖提供了碳源和氮源等营养物质B．为避免制曲过程被杂菌污染影响黄酒品质，扩大制曲前需对留存的酒曲灭菌C．糯米、大米蒸煮后立即与酒曲混合会导致酶空间结构改变而降低其催化效率D．将酒曲混合糯米、大米处理一段时间，是为了获得酒母发酵时的底物葡萄糖
2.某醋厂和啤酒厂的工艺流程如图所示。酒曲含有霉菌、酵母菌、乳酸菌；醋醅含有醋酸菌；糖化即淀粉水解过程。下列相关叙述不正确的是（　　）A．糯米“蒸熟”与大米“蒸煮”的目的是利于糖化和灭菌B．发酵原理是利用真菌的无氧呼吸与细菌的有氧呼吸C．醋酸发酵过程中经常翻动发酵物，可控制发酵温度和改善通气状况D．啤酒酿造流程中适当增加溶解氧可缩短发酵时间
3.《本草纲目》中对酸奶的制作有详细记载：“用乳半杓，锅内炒过，入馀乳熬数十沸，常以杓纵横搅之，乃倾出，罐盛待冷，掠取浮皮，以为酥，入旧酪少许，纸封放之，即成矣”。下列说法错误的是( )A．“锅内炒过，入馀乳熬数十沸”的目的是高温杀菌和反复脱水B．“常以杓纵横搅之”的目的是提供足够的氧气以促进菌种的增殖C．“入旧酪少许”相当于接种D．“纸封放之”的目的是提供无氧环境将葡萄糖分解成乳酸
4. 自生固氮菌是土壤中能独立进行固氮的细菌。科研人员进行了土壤中自生固氮菌的分离和固氮能力测定的研究，部分实验流程如图。已知步骤④获得的三个平板的菌落数分别为90、95、100，对照组平板为0。相关叙述正确的是(　　)A．步骤②振荡20 min的目的是扩大菌种数量，属于选择培养B．步骤④使用接种环划线接种，使用前需要灼烧灭菌C．1 g土壤中平均自生固氮菌数约为9.5×106个D．所用培养基应加入碳源、氮源、无机盐、水和琼脂
5.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，流程如下图。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
染料废水是一种难处理的工业废水。研究发现，活性污泥中能筛选出对蓝色的2BLN染料废水具有高效脱色能力的菌株，它们通过降解具有生物毒性的分散蓝2BLN而降低废水危害，图1表示目标菌株GN—1的筛选和脱色试验流程，图2表示GN—1菌株接种量对脱色效果影响的实验结果。
(1)向含分散蓝2BLN的LB固体培养基中进行接种后，培养结果如图1所示，在菌落①至④中，目标菌株GN—1应从菌落（选出一个最优） 中挑取。(2)无菌技术是防止纯种微生物被其他微生物污染，且自身也不污染操作环境的技术。以下过程需要使用无菌技术的是_________。A．接种B．富集培养C．分离、纯化(3)根据图2所示结果，综合考虑脱色效果（6d脱色率达90%以上为合格）和经济效益，GN—1菌株的最佳接种量为 %。
【答案】(1)③ (2)ABC (3)15%