专题13发酵工程-备战2023年高考生物二轮复习重难点精讲课件（新教材专用）

二轮复习发酵工程判断正误并找到课本原话1．发酵的实质是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。(选择性必修3P5正文)(

)2．乳酸菌是厌氧细菌，无氧呼吸产物是乳酸与CO2。(选择性必修3P5正文与反应简式)(

)3．葡萄酒的自然发酵中，起主要作用的是突变型酵母菌。(选择性必修3P7“探究·实践”)(

)4．只要O2充足醋酸发酵的产物是一样的。(选择性必修3P7正文与反应简式)(

)5．培养基只能用以培养、分离、鉴定、保存微生物。(选择性必修3P9正文)(

)6．培养乳酸菌的营养物质只需水、碳源、氮源和无机盐。(选择性必修3P10正文)(

)7．在高压蒸汽灭菌锅内进行的灭菌属于湿热灭菌。(选择性必修3P11“资料卡”)(

)√×××××√8．由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为培养物。(选择性必修3P11正文)(

)9．平板划线时要注意将最后一次的划线与第一次的划线相连。(选择性必修3P13“探究·实践”)(

)10．利用显微镜直接计数法统计的细菌数量便是活菌的数量。(选择性必修3P18正文)(

)11．细菌计数板与血细胞计数板的计数原理不同。(选择性必修3P18“相关信息”)(

)12．发酵工程中所需的性状优良的菌种只能从自然界中筛选出来。(选择性必修3P22正文)(

)13．发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。(选择性必修3P28“概念检测”)(

)××××××传统发酵技术固体半固体有氧或无氧操作简单，适用于家庭式或作坊式生产。乳制品发酵、泡菜制作的原理：乳酸菌分类分布代谢类型作用原核生物分布广泛空气、土壤、植物体表、人或动物肠道异养厌氧型在无氧情况下能将葡萄糖分解成乳酸C6H12O62C3H6O3+少量能量酶1、配置盐水2、新鲜蔬菜处理、装坛3、倒冷却盐水4、封坛发酵方法步骤清水与盐配置质量分数为5﹪-20﹪的盐水，配制好后煮沸冷却。①盐的作用：②盐水浓度要适宜的目的：③盐水煮沸的目的：④盐水冷却后使用的目的：为了不影响乳酸菌的生命活动调味，抑制其他微生物生长过高，乳酸发酵将受抑制；过低，杂菌易繁殖，

导致泡菜变质杀菌，去除水中的溶解氧水封闭坛口起着使坛内与坛外空气隔绝的作用，这是最简易的造成无氧环境的方法。说明乳酸菌进行乳酸发酵需无氧环境。时期乳酸菌乳酸亚硝酸盐发酵前期发酵中期发酵后期变化曲线少（O2抑制乳酸菌活动）少增加（硝酸盐还原菌的作用）最多（乳酸菌比其他杂菌更耐酸。乳酸积累，抑制其他菌活动）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（乳酸积累，pH下降，抑制乳酸菌活动）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）泡菜制作过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐含量的变化情况分析（拓展应用P8,2）某同学在制作泡菜前，查阅资料得知，可以向泡菜坛中加些“陈泡菜水”，在用5﹪的食盐水制作泡菜时，他在不同时间测定了泡菜中亚硝酸盐的含量，结果见右栏曲线图，请你帮他分析问题。（1）据图分析，从亚硝酸盐含量来看，你认为该泡菜在什么时间食用比较合适？为什么？（2）他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成这个结果最可能的原因是什么？（3）加入“陈泡菜水”的目的是什么？10天后食用比较好，因为此时亚硝酸盐含量已经降到较低水平。盐浓度高，杀死了乳酸菌等微生物。“陈泡菜水”含乳酸菌，可快速发酵产生乳酸。果酒制作与果醋制作的比较项目果酒制作果醋制作发酵菌种菌种来源发酵原理发酵条件温度时间氧气pH酶酶酶酶传统的葡萄酒酿造采用自然发酵，菌种主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌空气中的野生型醋酸菌或购买醋酸菌的菌种或从食醋中分离醋酸菌酵母菌醋酸菌①

在有氧条件下：C6H12O6+6O26CO2+6H2O+能量②

在无氧条件下C6H12O62C2H5OH+2CO2+能量①

氧气、糖源都充足时：C6H12O6+2O22CH3COOH+2CO2+2H2O+能量

②

缺少糖源时C2H5OH+O2CH3COOH+H2O+能量一般控制在18～30℃30～35℃10～12d7～8d初期需氧，后期不需氧始终需要氧最适pH为4.5～5.0最适pH为5.4～6.0方法步骤器具消毒将发酵瓶、榨汁机用洗洁精洗净，并用70﹪酒精消毒，晾干备用。冲洗葡萄取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干。榨汁装瓶用榨汁机榨取葡萄汁将葡萄汁装入发酵瓶中，（要留大约1／3的空间）盖好瓶盖。酒精发酵温度在18－300C发酵每隔12h拧松瓶盖一次发酵时间为10-12d，可从瓶口取样监测不能连续冲洗，避免冲洗掉附着在葡萄皮上的野生酵母菌去梗前冲洗可避免葡萄破损，减少被杂菌污染的机会。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。方法步骤打开瓶盖盖上纱布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。果醋检测问题：由果酒制作改为果醋制作需要改变哪些条件？由无氧条件改为有氧条件温度由18－300C改为30～35℃，提高温度有3位同学分别采用了3种不同的发酵装置来制作果醋。结合果醋的制作原理，你认为哪一种发酵装置更适合制作果醋？你还能继续改进这种装置吗？C同学的装置更适合制作果醋。防止空气中杂菌进入，防止的污染结构作用酒精发酵时状态醋酸发酵时状态充气口排气口出料口通入空气关闭打开，并接入气泵排出CO2打开打开便于取样检测关闭关闭填充棉花或者安装其他过滤装置发酵工程是指利用

的特定功能，通过现代工程技术，

生产对人类有用的产品。它涉及

、

等方面。发酵工程：微生物规模化菌种的选育和培养产物的分离和提纯微生物纯培养技术的建立密闭式发酵罐的设计成功严格控制的环境条件人们对发酵原理的认识严格控制的环境条件大规模生产发酵产品选育高产菌种扩大培养配制培养基灭菌接种发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品1.可通过哪些途径获得发酵工程使用的优良菌种?（1）从自然界中获取（2）诱变育种（3）基因工程育种2.微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时考虑哪些因素？优良的菌种对周围环境适应能力强，其发酵产品的产量高、质量稳定繁殖能力强等优点3.获得优良菌种后为什么要对菌种进行扩大培养？工业发酵要想在短时间内得到大量的发酵产物，则需要大量菌体，因此需要进行扩大培养一般使用液体培养基。培养基类型：4.灭菌的原因：发酵工程所用的菌种大多数是单一菌种，一旦污染，可能是产量降低灭菌的对象：培养基和发酵设备通入的空气灭菌生产环境消毒实例：在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，杂菌分泌青霉素酶就会将青霉素分解掉。5.发酵罐内发酵有何要求：要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。加酸或碱加缓冲物质通风搅拌6.发酵过程中为什么还要控制发酵条件呢？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。抽取样本进行检测调节罐温控制溶解氧调节罐压培养物或营养物质的加入口观察孔取样管电动机排气管pH计冷却水排出口冷却夹层发酵液搅拌叶轮生物传感器装置空气入口温度传感器和控制装置冷却水进入口阀门放料管控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，抽取样品进一步检测。使微生物与发酵液混合均匀，加快O2的溶解以及散热通过加料装置添加酸或碱进行调节，也可以在培养基中添加pH缓冲液。电动机排气管pH计冷却水排出口冷却夹层发酵液搅拌叶轮生物传感器装置空气入口放料管阀门培养物或营养物质的加入口观察孔取样管温度传感器和控制装置冷却水进入口（1）温度：通过发酵罐上的温度传感器和控制装置进行监测和调整（2）溶解氧：通过通气量和搅拌速度加以调节。（3）pH：7.分离、提纯产物的方法措施有哪些过滤、沉降①发酵产品是微生物细胞本身时②发酵产品是代谢物时适当的提取、分离和纯化措施发酵工程的特点温和丰富低廉专一污染小容易处理发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵消毒终止加啤酒花冷却接种过滤主发酵后发酵酵母菌繁殖，大部分糖分解和代谢物生成。在低温、密闭的环境下储存一段时间，形成澄清、成熟的啤酒。1.啤酒的发酵过程分为________和_________两个阶段；2.主发酵阶段完成_________________________________________________；3.后发酵的条件________________________________；4.焙烤的目的：________________________________；5.蒸煮的目的：主发酵后发酵酵母菌的繁殖、大部分糖分解和代谢物的生成低温、密闭的环境下储存一段时间加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌思考讨论发酵工程的应用①在食品工业上的应用a．生产传统的发酵产品。b．生产各种各样的____________。c．生产________。②在医药工业上的应用a．获得具有________生产能力的微生物。b．直接对________进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。c．利用基因工程，将病原体的________________基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物可以作为疫苗使用。食品添加剂酶制剂某种药物菌种某个或某几个抗原③在农牧业上的应用：生产微生物____________________④其他方面的应用a．利用纤维废料发酵生产____________等能源物质。b．极端微生物的应用：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产________、嗜低温菌有助于提高____________的产量。肥料、农药和饲料酒精、乙烯洗涤剂热敏性产品1.培养基的配制培养基概念：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。培养基作用：用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。按物理性质划分：按化学成分划分：按用途划分：培养基类型：固体培养基液体培养基天然培养基合成培养基鉴别培养基选择培养基培养基种类特点用途物理性质化学成分用途不加凝固剂加凝固剂，如琼脂工业生产观察微生物的运动、分类鉴定微生物分离、鉴定、活菌计数、保藏菌种含化学成分不明确的天然物质工业生产培养基成分明确分类、鉴定在培养基中加入某种化学物质,以抑制不需要的微生物的生长,促进所需要的微生物的生长培养、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鉴别不同种类微生物选择培养基液体培养基半固体培养基固体培养基天然培养基合成培养基鉴别培养基培养基的基本成分：水碳

源无机盐氮

源一般情况下，不添加氮源培养基可用来培养_____微生物固氮①

含C、H、O、N有机物可作为异养型微生物的碳源、氮源、能源。②

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。自养型微生物所需的碳源来自无机碳源，异养型微生物所需的碳源来自有机碳源，因此可以根据培养基中营养物质判断微生物的代谢类型。③

氮源主要用于合成蛋白质、核酸及含氮代谢产物等。无机氮源不但能给自养型微生物提供氮源，也能作为能源物质，如NH3既作为硝化细菌的氮源，也作为能源（NH3氧化释放的化学能）。④

无机盐除了可以调节酸碱平衡、维持一定的渗透压之外，提供无机营养，有些无机盐离子可以作为化能合成菌的能源（如铁细菌）。⑤水的功能：良好的溶剂，维持生物大分子结构的稳定。

类型适用范围操作方法消毒灭菌较为温和理化方法，杀死部分微生物（不包括芽孢、孢子）强烈的理化方法，杀死所有微生物（包括芽孢、孢子）煮沸消毒法日常生活100℃煮沸5～6min巴氏消毒法不耐高温的液体62～65℃煮30min或80-90℃煮30s-1min化学药剂生物活体、水源等擦拭等,如用酒精擦拭双手、用氯气消毒水源紫外线紫外线照射30min灼烧灭菌接种的金属工具、接种时用的试管口或瓶口等直接在酒精灯火焰的充分燃烧层灼烧干热灭菌耐高温、需要保持干燥的物品,如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湿热灭菌培养基高压蒸汽灭菌锅内,100kPa,温度121℃,15～30min接种室、接种箱，超净工作台微生物的纯培养培养物纯培养物纯培养将接种于培养基内，在合适条件下形成的含特定种类微生物的群体称为培养物。由单一个体繁殖所获得的微生物群体获得纯培养物的过程配制培养基灭菌接种分离培养微生物群分散或稀释单个细胞单个菌落繁殖菌落1.概念：2.特征：

分散的微生物(单一个体)在适宜的

表面或内部可以繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的

。

固体培养基子细胞群体形状、大小、光泽度、颜色、透明度等。—是鉴定菌种的重要依据3.获得单菌落的方法：①平板划线法②稀释涂布平板法毛霉倒平板待培养基冷却至50℃左右时，在酒精灯火焰附近倒平板。冷凝后平板为什么倒置①拔出锥形瓶的棉塞②将瓶口迅速通过火焰③用拇指和食指将培养皿打开一条稍大于瓶口的缝隙，将培养基（10～20mL）倒入培养皿，立即盖上皿盖④等待培养基冷却凝固后，将培养皿倒转过来放置2.在倒平板的过程中，如果不小心将培养基溅在皿盖与皿底之间的部位，这个平板还能用来培养微生物吗？为什么？最好不要用这个平板培养微生物。

防止空气中的微生物可能在皿盖与皿底之间的培养基上滋生。将所倒平板放入37℃的恒温箱中培养12h～24h，观察是否有菌落存在以确定是否被污染或灭菌是否彻底。3.怎么确定所倒平板未被杂菌污染？1.平板冷凝后，为什么要将平板倒置？平板冷凝后，皿盖上会凝结水珠，将平板倒置可以防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。思考讨论①灼烧接种环，直至接种环金属丝烧红②在火焰旁冷却接种环，拔出酵母菌培养液试管的棉塞③试管口通过火焰④在火焰附近用接种环蘸取一环菌液平板划线法是通过接种环在琼脂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。在数次划线后培养，可以分离到由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的子细胞群体。⑤试管口通过火焰，并塞上棉塞⑥将皿盖打开一条缝隙，用接种环在培养基表面迅速划三至五条平行线，盖上皿盖平板划线过程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。平板划线过程注意：1.不要将最后一次的划线与第一次划线相连。2.划3个平板（重复实验）1个不划线（空白对照）3.一旦划破，会造成划线不均匀，难以达到分离单菌落的目的；4.存留在划破处的单个细胞无法形成规矩的菌落，菌落会沿着划破处生长，会形成一个条状的菌落为什么在操作的第一步以及每次划线之前都要灼烧接种环？在划线操作结束时,仍然需要灼烧接种环吗？为什么？灼烧时期目的取菌种前每次划线前接种结束后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3.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。作对照，该培养皿无菌落说明培养基没有污染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，造成污染选择培养基的概念

在微生物学中，将允许

生长，同时

或

其他种类微生物生长的培养基称为选择培养基。特定种类的微生物抑制阻止思考怎么证明一个选择培养基具有选择性呢？

应该设置基础培养基（如牛肉膏蛋白胨培养基）或完全培养基

作为对照基础培养基选择培养基问题：如果让你分离土壤中分解尿素的细菌，你应该怎么设计呢？尿素［CO(NH2)2］含氮量高，化学性质稳定，是一种重要的农业氮肥，尿素不能直接被农作物吸收，土壤中的细菌将尿素分解成NH3，再被转化为NO3-、NH4+等被植物吸收。土壤中的细菌分解尿素是因为他们能合成脲酶。CO(NH2)2+H2O2NH3+CO2

脲酶选择培养基配方的设计尿素的立体结构1.稀释涂布平板法（1）原理：

当样品的稀释度足够___时，培养基表面生长的一个____，来源于__________中的一个____；通过计数平板上的____数，就能推测出样品中大约含有多少_____；高菌落样品稀释液活菌菌落活菌（2）计数原则①选择菌落数为_________的平板计数30-300②同一稀释度下，应至少对___个平板进行重复计数，然后求出______；3平均值样品的

______将直接影响平板上的菌落数目；稀释度微生物的数量测定稀释103倍稀释104倍稀释105倍空白对照注意事项①为了保证结果准确，一般选择菌落数在

_________上进行计数。②为增强实验说服力与准确性，设计实验时，需要涂布_________作为重复组。（重复实验，减少误差）。③统计的菌落往往比活菌的实际数目_________

。④因此，统计结果一般用菌落数而不是活菌数表示。⑤分析实验结果时，要考虑重复组结果_________，如果相差太大，意味着操作有误，需重新实验。30—300的平板至少三个平板低是否接近因为当两个或多个细胞连在一起时，繁殖后形成的还是一个菌落不能区分死菌与活菌；个体小的细菌在显微镜下难以观察；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：2.显微镜直接计数——直接计数法优点：快速直观每毫升原液所含细菌数＝每小格平均细菌数×400×10000×稀释倍数1.实验目的：土壤中分解尿素的细菌的分离与计数（1）从土壤中分离出能够分解尿素的细菌（2）统计每克土壤样品中究竟含有多少这样的细菌2.实验原理：绝大多数微生物都能利用葡萄糖，但是只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素。利用以尿素作唯一氮源的选择培养基，可以从土壤中分离出分解尿素的细菌。葡萄糖10.0g尿素1.0gKH2PO41.4gNa2HPO42.1gMgSO4·7H2O0.2g琼脂15.0g蒸馏水1000mlKH2PO4和Na2HPO4的作用是：①提供无机盐；②调节pH。3.研究思路；土壤取样制备培养基样品稀释与取样涂布微生物的培养与观察细菌宜在酸碱度接近中性的潮湿土壤中生长，绝大部分分布在距地表3~8cm的土壤层。铲去表层土3cm左右，取样，将样品装入事先准备好的信封中。（1）土壤取样取土样时用的铁铲和取样袋在使用前都需要灭菌。操作完成后，一定要洗手。（2）配制培养基选择培养基—————以尿素为唯一氮源完全培养基（如牛肉膏蛋白胨培养基）——作为对照，

来判断选择培养基是否具有选择作用（3）样品的稀释将10g土样加入盛有90mL无菌水的锥形瓶中，充分摇匀。取1mL上清液加入盛有9mL无菌水的试管中，依次等比稀释。1×101mL1mL1mL1mL1mL1mL1×1021×1031×1041×1051×1061×1079mL无菌水90mL无菌水10g①取0.1mL菌液滴加到培养基表面1×107移液枪②将涂布器浸在盛有酒精的烧杯中③将涂布器放在火焰上灼烧，待酒精燃尽、涂布器冷却后，再进行涂布④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（4）涂布平板操作每个浓度至少设置4个平板1、2、3平板是选择培养基（实验组，三个重复），4为牛肉膏蛋白胨培养基（用以判断选择培养基是否具有选择作用）。恒温培养箱（5）微生物的培养与观察①培养条件：

不同种类的微生物，往往需要不同的培养温度和培养时间。②观察：

每隔24h统计一次菌落数目，选取菌落数目稳定时的记录作为结果。（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，如形状、大小和颜色等）。（细菌一般在30-37℃的温度下培养1-2d）分解纤维素的细菌鉴定：

纤维素能与刚果红形成红色复合物，但纤维素水解产物纤维二糖和葡萄糖不能与刚果红形成红色复合物。

在以纤维素为唯一碳源的培养基中加入刚果红，接种土壤微生物培养，菌落周围出现透明圈，说明这些细菌能分解纤维素。透明圈长句专练1.深挖教材类(1)(选择性必修3P6“进一步探究”)日常生活中要多吃新鲜蔬菜，不宜多吃腌制蔬菜的原因是________________________________________________________。(2)(选择性必修3P8“拓展应用2”)制作的泡菜“咸而不酸”的原因是______________________________________________。(3)(选择性必修3P10“旁栏思考”)培养基中加入氮源的原因是_________________________________________________________。(4)(选择性必修3P12～13“探究·实践”)①平板冷凝后，要将平板倒置，原因是_________________________________________________________。②如果在未接种的培养基表面有菌落，说明________________。在腌制过程中有亚硝酸盐产生，亚硝酸盐摄入过量会发生中毒，甚至死亡可能是食盐浓度过高、发酵温度过低导致泡菜未能正常发酵培养基中的氮元素是微生物合成蛋白质、核酸等物质所必需的可以防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染；避免培养基水分过快挥发培养基被杂菌污染(5)(选择性必修3P18“相关信息”)___________常用于相对较大的酵母菌细胞、霉菌孢子等的计数；___________常用于相对较小的细菌等的计数。(6)(选择性必修3P20“拓展应用2”)在富含纤维素的环境中寻找纤维素分解菌的原因是___________________________________________________________________________________。血细胞计数板细菌计数板在富含纤维素的环境中，纤维素分解菌的含量相对较高，从这种土样中获得目的微生物的概率要高于普通环境2．事实概述类(1)[全国卷Ⅱ，39(2)]某小组采用平板划线法分离水样中的细菌，操作时，接种环通过________灭菌。在第二次及以后的划线时，总是从上一次划线的末端开始划线。这样做的目的是________________________________________