專題15-發(fā)酵工程-高考生物復(fù)習(xí)核心要點必背知識清單(答案版)

專題15發(fā)酵工程第1節(jié)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用

(建議20分鐘)

1.

發(fā)酵工程是指利用微生物的特定功能，通過現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)模化生產(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品。它涉及菌種的選育和培養(yǎng)，產(chǎn)物的分離和提純等方面。

2.發(fā)酵指人們利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉(zhuǎn)化為人類所需要的產(chǎn)物。不同的微生物具有產(chǎn)生不同代謝物的能力，因此利用它們們就可以生產(chǎn)出人們所需要的多種產(chǎn)物。

3.腐乳的制作過程中經(jīng)過微生物的發(fā)酵，豆腐中的蛋白質(zhì)被分解成小分子的肽和氨基酸，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。

4.傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)是指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)酵物中的微生物進行發(fā)酵、制作食品的技術(shù)。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。

5.乳酸菌是厭氧(需氧、厭氧)細菌，在無氧(有氧、無氧)的情況下能將葡萄糖分解成乳酸(反應(yīng)簡式：C6H12O6--酶→2C3H6O3+少量能量)，

可用于乳制品的發(fā)酵、泡菜的腌制等。乳酸菌種類很多，分布廣泛。常見的乳酸菌有乳酸鏈球菌和乳酸桿菌。6.制作泡菜

(1)制作原理:制作傳統(tǒng)泡菜是利用植物體表面天然的乳酸菌來進行發(fā)酵的。發(fā)酵期間，乳酸會不斷積累，當它的質(zhì)量百分比為0.4%-0.8%時，泡菜的口味、品質(zhì)最佳。

(2)方法步驟

①用清水和食鹽配制質(zhì)量百分比為5%-20%的鹽水，并將鹽水煮沸，冷卻待用。

②將新鮮蔬菜洗凈，切成塊狀或條狀，混合均勻，晾干后裝人泡菜壇內(nèi);裝至半壇時，放人蒜瓣、生姜及其他香辛料，繼續(xù)裝至八成滿，其原因是發(fā)酵初期由于混有雜菌，雜菌的發(fā)酵過程可能產(chǎn)生氣體，如果裝滿，會導(dǎo)致發(fā)酵液溢出。泡菜裝的太滿，會使鹽水不太容易完全淹沒菜料，從而導(dǎo)致壇內(nèi)菜料變質(zhì)腐爛。

③將冷卻好的鹽水緩緩倒人壇中，使鹽水沒過全部菜料，蓋好壇蓋，向壇蓋邊沿的水槽中注滿水，并在發(fā)酵過程中注:意經(jīng)常向水槽中補充水，用水密封泡菜壇的目的是乳酸菌是厭氧菌，創(chuàng)造個無氧環(huán)境，有利于發(fā)酵，這說明泡菜制作需要無氧條件。

(3)注意:泡菜在腌制過程中會有產(chǎn)生。

膳食中一般不會危害

人體健康，但如果人體攝人過量，會發(fā)生中毒，甚至死亡。泡菜腌制過程中亞硝酸鹽腌制方法、時間長短和溫度高低

(寫出2點)等條件的控制會對亞硝酸鹽含量的產(chǎn)生有一定的影響。7.酵母菌是一類單(單、多)細胞真菌，能以多種糖類作為營養(yǎng)物質(zhì)和能量的來源，酵母菌是兼性厭氧(需氧、厭氧、兼性厭氧)微生物，在無氧條件下能進行酒精發(fā)酵(反應(yīng)簡式：C6H12O6-酶→2C2H5OH+2CO2+少量能量)，

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為28℃。

8.醋酸菌是好氧細菌，當02、糖源都充足時能將糖分解成醋酸(反應(yīng)簡式：C6H12O6-酶→3CH3COOH）；當缺少糖源時則將乙醇轉(zhuǎn)化為乙醛，再將乙醛變?yōu)榇姿?反應(yīng)簡式：2C2H5OH+O2-酶→2CH3CHO+2H2O,2CH3CHO+O2-酶→2CH3COOH）.醋酸菌可用于制作各種風(fēng)味的醋。多數(shù)醋酸菌的最適生長溫度為30-35℃。

9.制作果酒和果醋

(1)許多新鮮水果的果皮表面附著有大量的不同種類的野生酵母菌。在這些菌的作用下，水果可以發(fā)酵成果酒。在有氧(無氧、有氧)的條件下，果酒經(jīng)醋酸菌的作用還可以進步發(fā)酵成果醋。

(2)方法步驟

①將發(fā)酵瓶、榨汁機等器具用洗潔精清洗干凈，并用體積分數(shù)為70%的酒精消毒，晾干備用。

②取新鮮葡萄，先用清水沖洗1-2次，再去除枝梗和腐爛的籽粒(“先用清水沖洗1-2次，再去除枝梗和腐爛的籽?！被颉跋瘸：透癄€的籽粒，再用清水沖洗1-2次”)，這樣做的好處是減少被污染的概率。

③用榨汁機榨取葡萄汁，將葡萄汁裝人發(fā)酵瓶中，要留有大約的空間1/3，其目的是讓酵母菌進行有氧呼吸，大量繁殖，消耗盡氧氣后再進行酒精發(fā)酵，其次是防止發(fā)酵過程中產(chǎn)生的二氧化碳造成發(fā)酵液溢出。然后蓋好瓶蓋。

④果酒發(fā)酵過程中將溫度控制在18-30℃進行發(fā)酵。在發(fā)酵過程中，每隔12h左右將瓶蓋擰松(擰開、擰松)一次，這樣做的目的是進行排氣，以防止發(fā)酵瓶爆裂，同時也防止雜菌污染，此后再擰緊瓶蓋。發(fā)酵時間為10-12d?？赏ㄟ^從發(fā)酵瓶口取樣來對發(fā)酵的情況進行監(jiān)測。

⑤當葡萄酒制作完成后，打開瓶蓋，蓋上一層紗布，進行葡萄醋的發(fā)酵。發(fā)酵溫度為30-35℃，時間為7-8天。

(3)注意：①在制作果酒和果醋的過程中，發(fā)酵液的變化分別是果酒制作過程中會產(chǎn)生氣泡，如果用紫色葡萄作原料，發(fā)酵液會逐漸變成深紅色;果醋制作過程中一般不會有氣泡，發(fā)酵完成的發(fā)酵液液面上會出現(xiàn)一層菌膜，引起這些變化的原因是由于酵母菌無氧呼吸產(chǎn)生了C02，同時葡萄皮中的花青素進人液體中:果醋制作過程中產(chǎn)生的菌膜是醋酸菌膜。

②在制作果酒的過程中，除酵母菌之外，還有其他微生物生長，它們會對果酒發(fā)酵產(chǎn)生影響，由于菌種差異、雜菌情況不明和發(fā)酵過程的控制缺乏標準等，這樣往往會造成發(fā)酵食品的品質(zhì)不一。為了避免這種影響，縮短發(fā)酵時間，確保品質(zhì)穩(wěn)定，工業(yè)上大規(guī)模生產(chǎn)時，通常會先通過微生物培養(yǎng)技術(shù)獲得單一菌種，再將它們接種到物料中進行發(fā)酵。

③在制作果醋的過程中，酵母菌不能(能、不能)繼續(xù)發(fā)酵，醋酸菌來自于空氣取一瓶醋打開暴露空氣中，一-段時間后，取醋表面的一層薄膜(醋酸菌)，可采用接種的措施加快果醋的制作。

10.某同學(xué)在制作泡菜前，查閱資料得知，可以向泡菜壇中加人一些“陳泡菜水”;在用一定濃度的食鹽水制作泡菜時，他在不同時間測定了泡菜中亞硝酸鹽的含量，他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成這個結(jié)果最可能的原因是萊壇中鹽水濃度過間，微生物失水過多而死亡；加入“陳泡菜水”的目的是增加泡菜壇內(nèi)乳酸菌的含量，加速泡菜發(fā)酵；

制作泡菜過程中，有機物的干重將減少(減少、增多)，菜壇內(nèi)有機物的種類將增加(減少、增多)。

第2節(jié)

微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用(建議40分鐘)

一、微生物的基本培養(yǎng)技術(shù)

1.防止雜菌污染，獲得純凈的微生物培養(yǎng)物是研究和應(yīng)用微生物的前提，也是發(fā)酵工程的重要基礎(chǔ)。在實驗室培養(yǎng)微生物，一方面要為人們需要的微生物提供合適的營養(yǎng)和環(huán)境條件；另一方面要確保其他微生物無法混入并將需要的微生物分離出來。

2.培養(yǎng)基的配制:人們按照微生物對營養(yǎng)物質(zhì)的不同需求，配制出供其生長繁殖的營養(yǎng)基質(zhì)即培養(yǎng)基，用以培養(yǎng)、分離、鑒定、保存微生物或積累其代謝物。根據(jù)物理性質(zhì)劃分，培養(yǎng)基包括液體培養(yǎng)基和固體培養(yǎng)基。固體培養(yǎng)基是實驗室中最常用的培養(yǎng)基之一。微生物在瓊脂固體培養(yǎng)基表面或內(nèi)部生長，可以形成肉眼可見的菌落。

3.微生物是難以用肉眼觀察的微小生物的統(tǒng)稱，包括細菌、真菌、病毒、一些原生生物(細菌、真菌、病毒、一些原生生物、楊樹、羊、蝴蝶)等。

4.培養(yǎng)基的配方不同，一般都含有水、碳源、氮源和無機鹽等營養(yǎng)物質(zhì)。

5.牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基的營養(yǎng)組成:牛肉膏和蛋白胨來源于動物，含有糖、維生素和有機氮等營養(yǎng)物質(zhì)。牛肉膏(5g)提供的主要營養(yǎng)是碳源、磷酸鹽和維生素等，蛋白胨(10g)提供的主要營養(yǎng)是氮源和維生素等，NaCl

(5g)提供的主要營養(yǎng)是無機鹽。

6.牛肉膏蛋白胨培養(yǎng)基，培養(yǎng)基還需要滿足微生物生長對pH、特殊營養(yǎng)物質(zhì)以及02維生素的需求。例如，在培養(yǎng)乳酸桿菌時，需要在培養(yǎng)基中添加酸；在培養(yǎng)霉菌時，需要將培養(yǎng)基調(diào)至生;在培養(yǎng)細菌時，需要將培養(yǎng)基調(diào)至中性或弱堿性;在培養(yǎng)厭氧微生物時，需要提供無氧的條件。

7.無菌技術(shù):獲得純凈的微生物培養(yǎng)物的關(guān)鍵是防止雜菌的污染，主要包括消毒和滅菌。8.消毒是指使用較為溫和的物理、化學(xué)和生物等方法殺死物體表面或內(nèi)部一部分微生物。滅菌則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。消毒和滅菌工作主要包括兩個方面：對操作的空間、操作者的衣著和手進行清潔和消毒；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。常用的消毒方法有煮沸消毒、巴氏消毒等；滅菌方法有濕熱滅菌、干熱滅菌和灼燒滅菌等。

9.常用的消毒和滅菌方法(1)消毒:常用到煮沸消毒法。在100℃煮沸5-6min,可以殺死微生物的營養(yǎng)細胞和一部分芽孢。對于一些不耐高溫的液體，如牛奶，則可使用巴氏消毒法，即在62-65℃消毒30min或80-90℃處理30s-1mim,

可以殺死牛奶中的絕大多數(shù)微生物，并且不破壞牛奶的營養(yǎng)成分。此外，人們也常使用化學(xué)藥物進行消毒，如用酒精擦拭雙手、用氯氣消毒水源等。接種室、接種箱或超凈工作臺在使用前還常用紫外線進行消毒。在照射前，適量噴灑石炭酸或煤酚皂溶液等消毒液，可以加強消毒效果。

(2)濕熱滅菌:這是一種利用沸水、流通蒸汽或高壓蒸汽進行滅菌的方法。其中高壓蒸汽滅菌的效果最好。

(3)干熱滅菌:耐高溫的和需要保持干燥的物品，如玻璃器皿(

如吸管、培養(yǎng)皿)、金屬用具等，可以采用這種方法滅菌。

(4)灼燒滅菌:將微生物的接種工具，如涂布器、接種環(huán)、接種針或其他金屬用具，直接在酒精燈火焰的充分燃燒層灼燒，可以迅速徹底地滅菌。

10.消毒和滅菌后，應(yīng)注意避免已經(jīng)滅菌處理的材料用具與周圍的物品接觸。為了避免周圍環(huán)境中微生物的污染，許多操作都應(yīng)在超凈工作臺并在酒精燈火焰附近進行。

11.無菌技術(shù)除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。

12.生物消毒法是指利用生物或其代謝物除去環(huán)境中的部分微生物的方法。例如，有的微生物能夠寄生于多種細菌體內(nèi)，使細菌裂解，因此可以用它們來凈化污水、污泥。

13.微生物的純培養(yǎng):在微生物學(xué)中，將接種于培養(yǎng)基內(nèi)，在合適條件下形成的含特定種類微生物的群體稱為培養(yǎng)物。由單一個體繁殖所獲得的微生物群體稱為純培養(yǎng)物，獲得純培養(yǎng)物的過程就是純培養(yǎng)。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)。14.酵母菌的純培養(yǎng)

(1)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(jié)構(gòu)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。

(2)方法步驟

①制備培養(yǎng)基:配制固體培養(yǎng)基滅菌，配制好的培養(yǎng)基采用高壓蒸汽滅菌方法滅菌，培養(yǎng)皿包扎好，放人干熱滅菌箱內(nèi)，進行滅菌。

倒平板:待培養(yǎng)基冷卻至50℃左右時，在酒精燈火焰附近倒平板。首先拔出錐形瓶的棉塞，將瓶口迅速通過火焰，用拇指和食指將培養(yǎng)皿打開一條稍大于瓶口的縫隙，將培養(yǎng)基(10-20m)倒人培養(yǎng)皿，立即蓋上皿蓋、等待培養(yǎng)基冷卻凝固后，將培養(yǎng)皿倒過來放置。②接種和分離酵母菌：通過接種環(huán)在固體培養(yǎng)基表面連續(xù)劃線的操作，其目的是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)，可以分離得到單個菌落。

平板劃線具體過程是：

a.將接種環(huán)放在火焰上均燒，直到技種環(huán)的金屬經(jīng)燒紅。

b.在火焰旁冷卻接種環(huán)。同時，拔出裝有酵母菌培養(yǎng)液的試管的棉塞。

c.將試管口通過火焰。d.在火焰附近用接種環(huán)蘸取環(huán)菌液。e.將試管口通過火焰，并塞上棉塞。

f.在火焰附近將皿蓋打開一條縫隙，用接種環(huán)在培養(yǎng)基表面迅速劃三至五條平行線，蓋上皿蓋。

g.灼燒接種環(huán)，待其冷卻后，從第一次劃線的末端開始作第二次劃線。重復(fù)以上操作，作第三、四、五次劃線。注意不要將最后一次的劃線與第一次的劃線相連。

③培養(yǎng)酵母菌:完成平板劃線后，待菌液被培養(yǎng)基吸收，將接種后的平板和一個未接種的平板倒置，放入28℃左右(培養(yǎng)溫度因酵母菌種類的不同而稍有差異)的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24-48h。(3)結(jié)果分析與評價:如果在未接種的培養(yǎng)基表面有菌落生長，說明培養(yǎng)基滅菌不徹底或被雜菌污染。如果未接種的培養(yǎng)基上沒有菌落，而接種酵母菌的培養(yǎng)基上出現(xiàn)不同的菌落可能的原因是接種的菌種不純或者無菌操作不規(guī)范等原因?qū)е碌摹?/p>

(4)注意:在實驗室中，切不可吃東西、喝水，離開實驗室時一定要洗手，以防止被微生物感染。使用后的培養(yǎng)基在丟棄前一定要進行滅菌處理，以免污染環(huán)境。

二、微生物的選擇培養(yǎng)和計數(shù)

1.在微生物學(xué)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。如廣泛用于體外擴增DNA片段的聚合酶鏈式反應(yīng)(PCR)的耐高溫的DNA聚合酶是從熱泉中的水生棲熱菌中提取的。

2.(1)尿素[CO(NH2)2]含氮量高，土壤中的尿素會被土壤中的某些細菌分解成NH3，NH3再轉(zhuǎn)化為NO3-、NH4+等被植物的根以主動運輸方式吸收，可用于合成蛋白質(zhì)、核酸(寫出2種)等化合物。而這些細菌之所以能分解尿素，是因為它們能合成脲酶，該酶催化尿素分解產(chǎn)生NH3可作為細菌生長的氮源。

(2)如果將土壤稀釋液中能分解尿素的細菌分離出來，培養(yǎng)基配方是培養(yǎng)基中唯一的N源是尿素。

3.微生物的選擇培養(yǎng):土壤中要得到能分解尿素的細菌的純培養(yǎng)物，必須要對土樣進行充分稀釋，然后再將菌液涂布到制備好的選擇培養(yǎng)基上，可采用稀釋涂布平板法。其方法具體過程是:

①鏟取土樣，將樣品裝人紙袋中。

②將10g土樣加入盛有90mL無菌水的錐形瓶中，充分搖勻。取1mL上清液加人盛有9mL無菌水的試管中，依次等比稀釋。

③取0.1mL菌液，滴加到培養(yǎng)基表面。④將涂布器浸在盛有酒精的燒杯中。

⑤將涂布器放在火焰上灼燒，待酒精燃盡、涂布器冷卻后，再進行涂布。

⑥用涂布器將菌液均勻地涂布在培養(yǎng)基表面。涂布時可轉(zhuǎn)動培養(yǎng)皿，使涂布均勻。待涂布的菌液被培養(yǎng)基吸收后，將平板倒置，放人30-37℃的恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)1-2d。在涂布有合適濃度菌液的平板上就可以觀察到分離的單菌落。

4.微生物的數(shù)量測定

(1)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(jié)果準確，一般選擇菌落數(shù)為30-300的平板進行計數(shù)。

(2)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(yīng)至少對3個平板進行重復(fù)計數(shù)，然后求出平均值。

(3)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(少、多)，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(jié)果-般用菌落(菌落、活菌)數(shù)來表示。除上述的計數(shù)外，利用顯微鏡進行直接計數(shù)，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)量，

統(tǒng)計的結(jié)果一般是活菌數(shù)和死菌數(shù)的總和(活菌數(shù)、死菌數(shù)、活菌數(shù)和死菌數(shù)的總和)。

(4)

細菌計數(shù)板和血細胞計數(shù)板的計數(shù)原理相同(相同、不相同)。5.

土壤中分解尿索的細菌的分離與計數(shù)

(1)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。

(2)實驗流程

①土壤取樣:細菌適宜在酸堿度接近中(酸、中、堿)性的潮濕土壤中生長，絕大多數(shù)分布在距地表3-8cm的土壤層。因此，取樣時一般要鏟去表層土。

②樣品的稀釋：測定土壤中細菌的數(shù)量，般選用

1x104、1x105和1x106倍稀釋的稀釋液進行平板培養(yǎng)。

③微生物的培養(yǎng)與觀察:不同種類的微生物，往往需要不同的培養(yǎng)溫度和培養(yǎng)時間。如細菌一般在30-37℃的溫度下培養(yǎng)1-2d。本實驗中，我們可以每隔24h統(tǒng)計一次菌落數(shù)目，選取南落數(shù)目穩(wěn)定時的記錄作為結(jié)果。

(3)結(jié)果分析:一般來說，在相同的培養(yǎng)條件下，同種微生物表現(xiàn)出穩(wěn)定的菌落特征。

(4)注意事項

①將涂布器從酒精中取出時，要讓多余的酒精在燒杯中滴盡，然后再放在火焰上灼燒。不要將過熱的涂布器放在盛有酒精的燒杯中，以免引燃酒精。

②取土樣時用的鐵鏟和取樣紙袋在使用前都需要滅菌操作完成后，一定要洗手。

③本實驗使用的平板和試管較多，為了避免混淆，最好在使用前做好標記。例如，在標記培養(yǎng)皿時應(yīng)該注明組別、培養(yǎng)日期和平板上培養(yǎng)樣品的稀釋度等。④本實驗耗時較長，需要事先規(guī)劃時間，以便提高實驗效率，在操作時有條不紊。

(5)本活動只是初步篩選了能分解尿素的細菌，對分離的菌種進行鑒定還需要借助生物化學(xué)的方法。

6.已知剛果紅是一種染料，它可以與像纖維素這樣的多糖物質(zhì)形成紅色復(fù)合物，但并不與水解后的纖維二糖、葡萄糖等發(fā)生這種反應(yīng)。當我們在含有纖維素的培養(yǎng)基中加入剛果紅時，剛果紅與纖維素形成紅色復(fù)合物;而當纖維素被纖維素分解菌分解后，復(fù)合物就無法形成，培養(yǎng)基中會出現(xiàn)以這些菌為中心的透明圈。

(1)現(xiàn)在要從土壤中分離纖維素分解菌，詳細的實驗方案是土壤取樣、梯度稀釋、將樣品涂布到鑒別纖維素分解菌的含剛果紅的培養(yǎng)基上、挑選產(chǎn)生透明圈的菌落。

(2)到富含纖維素的環(huán)境中，如多年落葉形成的腐殖土環(huán)境中去尋找纖維素分解菌，原因是由于生物與環(huán)境是相互依存的關(guān)系，多年落葉的腐殖土含有的纖維素相對高一些。

(3)可以把濾紙埋在土壤中，經(jīng)過一段時間后，再從已腐爛的濾紙上篩選纖維索分解菌，其原因是濾紙中含有纖維素相對高一些，分解纖維素的分解菌能相對聚集。第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用

(建議20分鐘)

1.發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié):發(fā)酵工程般包括菌種選育、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。

①選育菌種:性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篇選出來，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得。生產(chǎn)檸檬酸就需要篩選產(chǎn)酸量高的黑曲霉。

②擴大培養(yǎng)

③配制培養(yǎng)基:在生產(chǎn)實踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復(fù)試驗才能確定。

④一旦有雜菌污染，可能導(dǎo)致產(chǎn)量大下降。例如，在青霉素生產(chǎn)過程中如果污染了雜菌，某些雜菌將會分泌青霉素酶將青霉素分解掉。

⑤接種

⑥發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵：現(xiàn)代發(fā)彈程使期的大即發(fā)解端均有計算機控制系統(tǒng)，能對發(fā)解過程中的溫度、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)。這是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。在發(fā)酵過程中，要隨時檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程。還要及時添加必需的營養(yǎng)組分，要嚴格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件。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。例如，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一乙酰谷氨酰胺。⑦分離、提純產(chǎn)物:如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細胞本身，可在發(fā)酵結(jié)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(zhì)采取適當?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。

⑧獲得產(chǎn)品

2.發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析:

①微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮的因素是生產(chǎn)能力大、菌種不能產(chǎn)生有害物質(zhì)、產(chǎn)物有利于分離和純化。

②為滿足微生物生長的需要，要對發(fā)酵過程中溫度、pH、溶解氧、基質(zhì)濃度、泡沫等發(fā)酵條件進行調(diào)控。

3.發(fā)酵工程的應(yīng)用:發(fā)酵工程以其生產(chǎn)條件溫和、原料來源豐富且價格低廉、產(chǎn)物專一、廢棄物對環(huán)境的污染小和容易處理等特點，在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

(1)在食品方面的應(yīng)用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。例如，以大豆為主要原料，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌(如黑曲霉)，將原料中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，然后經(jīng)淋洗、調(diào)制成的醬油產(chǎn)品;以谷物或水果等為原料，利用釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)的各種酒類。發(fā)酵工程使這些產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。

第二：生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑。例如，檸檬酸是一種廣泛應(yīng)用的食品酸度調(diào)節(jié)劑，它可以通過黑曲霉的發(fā)酵制得;由谷氨酸棒狀桿菌發(fā)酵可以得到谷氨酸，谷氨酸經(jīng)過一系列處理就能制成味精。

第三：生產(chǎn)酶制劑。在食品工業(yè)中經(jīng)常用到一些酶制劑如a-淀粉酶、β-淀粉酶、果膠酶、氨基肽酶和脂肪酶等。用于食品的直接生產(chǎn)、改進生產(chǎn)工藝、簡化生產(chǎn)過程、改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味、延長食品儲存期和提高產(chǎn)品產(chǎn)量等方面。這些酶制劑除少數(shù)由動植物生產(chǎn)外，絕大多數(shù)也是通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的。

啤酒是以大麥為主要原料經(jīng)酵母菌發(fā)酵制成的。其中發(fā)酵過程分為主發(fā)酵和后酵兩個階段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成都在主發(fā)酵階段完成。主發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液不適合(適合、不適合)飲用，要在低溫、密閉的環(huán)境下儲存一段時間進行后發(fā)酵，這樣才能形成澄清、成熟的啤酒。發(fā)酵的溫度和發(fā)酵的時間隨啤酒品種和口味要求的不同而有所差異。

(2)在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用

人們可以采用基因工程的方法，將植物或動物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物；或者直接對菌種進行改造，再通過發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品。例如，生長激素釋放抑制激素能夠抑制生長激素的不適宜分泌，可用于治療肢