第1章-發(fā)酵工程-【晨讀晚默】備戰(zhàn)2023年高考生物一輪復習知識清單(新教材)(答案版)公開課

第1章發(fā)酵工程第1節(jié)傳統(tǒng)發(fā)酵技術的應用1．千百年來，腐乳一直受到人們的喜愛。這是因為經(jīng)過微生物的發(fā)酵，豆腐中的蛋白質被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鮮美，易于消化吸收，而腐乳本身又便于保存。多種微生物參與了豆腐的發(fā)酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。（P5）2．像這種直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次發(fā)酵保存下來的面團、鹵汁等發(fā)酵物中的微生物進化發(fā)酵、制作食品的技術一般稱為傳統(tǒng)發(fā)酵技術。傳統(tǒng)發(fā)酵以混合菌種的固體發(fā)酵及半固體發(fā)酵為主，通常是家庭式或作坊式的。（P5）3．乳酸菌是厭氧細菌，在無氧的情況下能將葡萄糖分解成乳酸（反應簡式①），可用于乳制品的發(fā)酵、泡菜的腌制等。乳酸菌種類很多，在自然界中分布廣泛，空氣、土壤、植物體表、人或動物的腸道內(nèi)都有乳酸菌分布。常見的乳酸菌有乳酸鏈球菌和乳酸桿菌。①C6H12O6eq\o(→,\s\up11(酶),\s\do4())2C3H6O3（乳酸）＋能量（P5）4．酵母菌是兼性厭氧微生物，在無氧條件下能進行酒精發(fā)酵（反應簡式②），可用于釀酒、制作饅頭和面包等。溫度是影響酵母菌生長的重要因素，釀酒酵母的最適生長溫度約為28℃。②C6H12O6eq\o(→,\s\up7(酶),\s\do5())2C2H5OH（酒精）＋2CO2＋能量（P6）5．泡菜在腌制過程中會有亞硝酸鹽產(chǎn)生。膳食中的亞硝酸鹽一般不會危害人體健康，但如果人體攝入過量，會發(fā)生中毒，甚至死亡。（P6“探究·實踐”）6．醋酸菌是好氧細菌，當O2、糖源都充足時能通過復雜的化學反應將糖分解成乙酸（反應簡式③）；當缺少糖源時則直接將乙醇轉化為乙醛，再將乙醛變?yōu)橐宜幔ǚ磻喪舰埽?。醋酸菌可用于制作各種風味的醋。多數(shù)醋酸菌的最適生長溫度為30～35℃。③C6H12O6＋2O2eq\o(→,\s\up7(酶),\s\do5())2CH3COOH（乙酸）＋2H2O＋2CO2＋能量④C2H5OH＋O2eq\o(→,\s\up7(酶),\s\do5())CH3COOH（乙酸）＋H2O＋能量（P7）7．果酒自然發(fā)酵時，利用葡萄皮上的野生酵母菌；工業(yè)生產(chǎn)時，人工接種純化的酵母菌，以提高發(fā)酵效率。（P7“探究·實踐”）8．果酒變果醋發(fā)酵改變兩個條件：一、通氧，因為醋酸菌是好氧細菌；二、升高溫度，因為果酒的發(fā)酵溫度在18～30℃，而果醋的發(fā)酵溫度在30～35℃。（P7“探究·實踐”）9．果酒與果醋發(fā)酵流程：挑選葡萄→沖洗（再去梗）→榨汁→酒精發(fā)酵eq\o(→,\s\up7(通氧),\s\do5(升溫))乙酸發(fā)酵。（P7）抽默1：1．發(fā)酵：是指人們利用，在適宜的條件下，將原料通過微生物的轉化為人類所需要的產(chǎn)物的過程。2．腐乳制作過程中，經(jīng)過微生物的發(fā)酵，豆腐中的蛋白質被分解成。參與的微生物有酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是。3．果酒制作與果醋制作的比較項目果酒制作果醋制作發(fā)酵菌種菌種來源傳統(tǒng)的葡萄酒釀造采用自然發(fā)酵，菌種主要是空氣中的野生醋酸菌或購買醋酸菌的菌種或從食醋中分離醋酸菌發(fā)酵原理①在有氧條件下：②在無氧條件下：①氧氣、糖源都充足時：②缺少糖源時：發(fā)酵條件溫度一般控制在℃℃時間10～12d7～8d氧氣初期氧，后期始終氧4.泡菜制作所需菌種及原理常見類型乳酸鏈球菌、乳酸桿菌生物學分類分布廣泛分布于空氣、土壤、植物體表、人或動物的腸道內(nèi)代謝類型型生產(chǎn)應用制作泡菜、酸奶等發(fā)酵原理5.用于制作泡菜的蔬菜應新鮮，若放置時間過長，蔬菜中的亞硝酸鹽含量相對較高。用清水和食鹽配制質量分數(shù)為的鹽水。鹽的用量過高，乳酸發(fā)酵受抑制，泡菜風味差；用量過低，雜菌易繁殖，導致泡菜變質。鹽水要煮沸后冷卻。煮沸的作用：一是除去，二是殺滅。抽默1答案：1．微生物代謝2.小分子的肽和氨基酸毛霉3.酵母菌醋酸菌附著在葡萄皮上的野生酵母菌C6H12O6＋6O2eq\o(→,\s\up7(酶))6CO2＋6H2O＋能量C6H12O6eq\o(→,\s\up7(酶))2C2H5OH＋2CO2＋能量C6H12O6＋2O2eq\o(→,\s\up7(酶))2CH3COOH＋2CO2＋2H2O＋能量C2H5OH＋O2eq\o(→,\s\up7(酶))CH3COOH＋H2O＋能量18～3030～35需不需需要4.原核生物異養(yǎng)厭氧C6H12O6eq\o(→,\s\up7(酶))2C3H6O3＋能量5.5%～20%水中的氧氣鹽水中的其他微生物第2節(jié)微生物的培養(yǎng)技術及應用一、微生物的基本培養(yǎng)技術（一）培養(yǎng)基的配制1．培養(yǎng)基的化學成分包括水、無機鹽、碳源、氮源（基本成分）和生長因子等。（1）碳源：能為微生物的代謝提供碳元素的物質。如CO2、NaHCO3等無機碳源；糖類、石油、花生粉餅等有機碳源。異養(yǎng)微生物只能利用有機碳源。單質碳不能作為碳源。（2）氮源：能為微生物的代謝提供氮元素的物質。如N2、NH3、NOeq\o\al(－,3)、NHeq\o\al(＋,4)等無機氮源；蛋白質、氨基酸、尿素、牛肉膏、蛋白胨等有機氮源。只有固氮微生物才能利用N2。（3）水（4）無機鹽（5）生長因子：微生物生長繁殖所必需的，但自身不能合成或合成能力有限，如維生素，氨基酸，堿基等。培養(yǎng)某些微生物時可以不用添加生長因子。另外，培養(yǎng)基還要滿足微生物生長對pH、特殊營養(yǎng)物質以及氧氣的要求。例如，培養(yǎng)乳酸桿菌時需要在培養(yǎng)基中添加維生素，培養(yǎng)霉菌時，一般需將培養(yǎng)基的pH調至酸性；培養(yǎng)細菌時，一般需要將pH調至中性或弱堿性；培養(yǎng)厭氧微生物時，則需要提供無氧的條件。（P10）2．培養(yǎng)基的種類及用途：（1）按物理性質可分為液體培養(yǎng)基、半固體培養(yǎng)基和固體培養(yǎng)基。液體培養(yǎng)基應用于工業(yè)或生活生產(chǎn)，固體培養(yǎng)基應用于微生物的分離和鑒定，半固體培養(yǎng)基則常用于觀察微生物的運動及菌種保藏等。（2）按照培養(yǎng)基的用途，可將培養(yǎng)基分為選擇培養(yǎng)基和鑒別培養(yǎng)基。（二）無菌技術1．獲得純凈培養(yǎng)物的關鍵是防止外來雜菌的入侵，要注意以下幾個方面：①對實驗操作的空間、操作者的衣著和手，進行清潔和消毒。②將用于微生物培養(yǎng)的器皿、接種用具和培養(yǎng)基等進行滅菌。③為避免周圍環(huán)境中微生物的污染，實驗操作應在酒精燈火焰附近進行。④實驗操作時應避免已經(jīng)滅菌處理的材料用具與周圍的物品相接觸。無菌技術除了用來防止實驗室的培養(yǎng)物被其他外來微生物污染外，還能有效避免操作者自身被微生物感染。2．消毒（1）消毒指使用較為溫和的物理、化學或生物等方法殺死物體表面或內(nèi)部一部分微生物（不包括芽孢和孢子）。（2）消毒方法常用到煮沸消毒法，巴氏消毒法（對于一些不耐高溫的液體），還有化學藥劑消毒（如酒精、氯氣、石炭酸等）、紫外線消毒。（P10）3．滅菌（1）滅菌是指使用強烈的理化方法殺死物體內(nèi)外所有的微生物，包括芽孢和孢子。（2）滅菌方法有灼燒滅菌、干熱滅菌、濕熱滅菌。①接種環(huán)、接種針、試管口等使用灼燒滅菌法；②玻璃器皿、金屬用具等使用干熱滅菌法，所用器械是干熱滅菌箱；③培養(yǎng)基、無菌水等使用高壓蒸汽滅菌法，所用器械是高壓蒸汽滅菌鍋。（P10～P11）4．比較消毒和滅菌比較項理化因素的作用強度消滅微生物的數(shù)量芽孢和孢子能否被消滅消毒較為溫和部分生活狀態(tài)的微生物不能滅菌強烈全部微生物能（三）微生物的純培養(yǎng)1．微生物的純培養(yǎng)包括配制培養(yǎng)基、滅菌、接種、分離和培養(yǎng)等步驟。（P11）2．分散的微生物在適宜的固體培養(yǎng)基表面或內(nèi)部可以繁殖形成肉眼可見的、有一定形態(tài)結構的子細胞群體，這就是菌落。采用平板劃線法和稀釋涂布平板法能將單個微生物分散在固體培養(yǎng)基上，之后經(jīng)培養(yǎng)得到的單菌落一般是由單個微生物繁殖形成的純培養(yǎng)物。（P12“探究·實踐”）3．通過接種環(huán)在固體培養(yǎng)基表面連續(xù)劃線的操作，將聚集的菌種逐步稀釋分散到培養(yǎng)基的表面。經(jīng)數(shù)次劃線后培養(yǎng)，可以分離得到單菌落。平板劃線的具體操作見下面的流程圖。（P13“探究·實踐”）4．培養(yǎng)基滅菌后，需要冷卻到50℃左右時，才能用來倒平板。你用什么辦法來估計培養(yǎng)基的溫度？可以用手觸摸盛有培養(yǎng)基的錐形瓶，感覺錐形瓶的溫度下降到剛剛不燙手時，就可以進行倒平板了。5．為什么需要使錐形瓶的瓶口通過火焰？通過灼燒滅菌，防止瓶口的微生物污染培養(yǎng)基。6．平板冷凝后，為什么要將平板倒置？平板冷凝后，皿蓋上會凝結水珠，凝固后的培養(yǎng)基表面的濕度也比較高，將平板倒置，既可以減少使培養(yǎng)基中的水分過快地揮發(fā)，又可以防止皿蓋上的水珠落入培養(yǎng)基，造成污染。7．在倒平板的過程中，如果不小心將培養(yǎng)基濺在皿蓋與皿底之間的部位，這個平板還能用來培養(yǎng)微生物嗎？為什么？不能。因為空氣中的微生物可能在皿蓋與皿底之間的培養(yǎng)基上滋生，因此不能用這個平板培養(yǎng)微生物。8．為什么在操作的第一步以及每次劃線之前都要灼燒接種環(huán)？在劃線操作結束時，仍然需要灼燒接種環(huán)嗎？為什么？操作的第一步灼燒接種環(huán)是為了避免接種環(huán)上可能存在的微生物污染培養(yǎng)物；每次劃線前灼燒接種環(huán)是為了殺死上次劃線結束后，接種環(huán)上殘留的菌種，使下一次劃線時，接種環(huán)上的菌種直接來源于上次劃線的末端，從而通過劃線次數(shù)的增加，使每次劃線時菌種的數(shù)目逐漸減少，以便得到菌落。劃線結束后灼燒接種環(huán)，能及時殺死接種環(huán)上殘留的菌種，避免細菌污染環(huán)境和感染操作者。9．在灼燒接種環(huán)之后，為什么要等其冷卻后再進行劃線？以免接種環(huán)溫度太高，殺死菌種。10．在第二次以及其后的劃線操作時，為什么總是從上一次劃線的末端開始劃線？劃線后，線條末端細菌的數(shù)目比線條起始處要少，每次從上一次劃線的末端開始，能使細菌的數(shù)目隨著劃線次數(shù)的增加而逐步減少，最終能得到由單個細菌繁殖而來的菌落。二、微生物的選擇培養(yǎng)和計數(shù)1．在微生物學中，將允許特定種類的微生物生長，同時抑制或阻止其他種類微生物生長的培養(yǎng)基，稱為選擇培養(yǎng)基。（P16）2．如果想知道1g土壤中有多少能分解尿素的細菌，僅有選擇培養(yǎng)基是不夠的，還需要對土樣進行適當?shù)奶幚硪约翱茖W的測定微生物數(shù)量的方法?？刹捎孟♂屚坎计桨宸?，其操作如圖（P17）稀釋涂布平板法操作示意圖3．稀釋涂布平板法除可以用于分離微生物外，也常用來統(tǒng)計樣品中活菌的數(shù)目。當樣品的稀釋度足夠高時，培養(yǎng)基表面生長的一個單菌落，來源于樣品稀釋液中的一個活菌。通過統(tǒng)計平板上的菌落數(shù)，就能推測出樣品中大約含有多少活菌。為了保證結果準確，一般選擇菌落數(shù)為30～300的平板進行計數(shù)。（P18）4．樣品的稀釋度將直接影響平板上的菌落數(shù)目。在實際操作中，通常選用一定稀釋范圍的樣品液進行培養(yǎng)，以保證獲得菌落數(shù)為30～300、適于計數(shù)的平板。在同一稀釋度下，應至少對3個平板進行重復計數(shù)，然后求出平均值。（P18）5．值得注意的是，統(tǒng)計的菌落數(shù)往往比活菌的實際數(shù)目少，這是因為當兩個或多個細胞連在一起時，平板上觀察到的只是一個菌落。因此，統(tǒng)計結果一般用菌落數(shù)而不是用活菌數(shù)來表示。（P18）6．除上述的活菌計數(shù)外，利用顯微鏡進行直接計數(shù)，也是一種常用的、快速直觀的測定微生物數(shù)量的方法。該方法利用特定的細菌計數(shù)板或血細胞計數(shù)板，在顯微鏡下觀察、計數(shù)，然后再計算一定體積的樣品中微生物的數(shù)得，統(tǒng)計的結果一般是活菌數(shù)和死菌數(shù)的總和。（P18）7．細菌計數(shù)板和血細胞計數(shù)板的計數(shù)原理相同。血細胞計數(shù)板比細菌計數(shù)板厚，常用于相對較大的酵母菌細胞、霉菌孢子等的計數(shù)。用細菌計數(shù)板可對細菌等較小的細胞進行觀察和計數(shù)。（P18“相關信息”）8．絕大多數(shù)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。利用以尿素作為唯一氮源的選擇培養(yǎng)基，可以從土壤中分離出分解尿素的細菌。（P18“探究·實踐”）第3節(jié)發(fā)酵工程及其應用1．發(fā)酵工程一般包括菌種的選育，擴大培養(yǎng)，培養(yǎng)基的配制、滅菌，接種，發(fā)酵，產(chǎn)品的分離、提純等方面。（P22）2．性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得。（P22）3．現(xiàn)代發(fā)酵工程使用的大型發(fā)酵罐均有計算機控制系統(tǒng)，能對發(fā)酵過程中的溫度、pH、溶解氧、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養(yǎng)等進行監(jiān)測和控制；還可以進行反饋控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。（P23）4．環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且會影響微生物代謝物的形成。如谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)：在中性和弱堿性條件下會積累谷氨酸；在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺。（P23）5．如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細胞本身，可在發(fā)酵結束之后，采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥，即可得到產(chǎn)品。如果產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質采取適當?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。（P23）6．發(fā)酵罐發(fā)酵罐示意圖7．在我們的日常生活中，利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的食品以及與食品有關的產(chǎn)品比比皆是，主要包括以下三個方面。第一，生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品。第二，生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑。第三，生產(chǎn)酶制劑。（P24～26）抽默2：1．培養(yǎng)基是指人們按照微生物對的不同需求，配制出供其的營養(yǎng)基質。培養(yǎng)基的營養(yǎng)組成：一般都含有和無機鹽。此外，還需要滿足微生物生長對、以及O2的需求。2．消毒：是指使用較為溫和的物理、化學或生物等方法殺死一部分微生物。3．滅菌：是指使用強烈的殺死物體內(nèi)外所有的微生物，包括芽孢和孢子。4．無菌技術的主要方法及適用對象（連線）5．菌落：分散的微生物在適宜的培養(yǎng)基表面或內(nèi)部可以繁殖形成肉眼可見的、有一定形態(tài)結構的子細胞群體。6．選擇培養(yǎng)基：在微