高中生物：选择性必修：3-1 传统发酵技术的应用

高中生物：选择性必修：3-1 传统发酵技术的应用。微生物发酵即是指利用微生物,在适宜的条件下;将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程。发酵技术与微生物的培养、应用这部分知识是生物的重要内容,下面予以总结和分析,以帮助同学们掌握。喜欢的小伙伴可以点个赞哦！

发酵工程

• 传统发酵技术的应用
  • 发酵与传统发酵技术
    • 发酵
      • 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。
    • 传统发酵技术
      • 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存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术
  • 尝试制作传统发酵食品
    • 常见菌种
      • 乳酸菌
        • 类型
          • 厌氧细菌
        • 特点
          • 在无氧的情况下将葡萄糖分解成乳酸
        • 应用
          • 乳制品的发酵
          • 泡菜的研制
        • 常见品种
          • 乳酸链球菌
          • 乳酸杆菌
      • 酵母菌
        • 类型
          • 单细胞真菌
            • 兼性厌氧微生物
        • 特点
          • 在无氧条件下能进行酒精发酵
        • 应用
          • 酿酒
          • 制作馒头、面包
        • 影响因素
          • 温度
            • 酿酒酵母最适生长温度为28℃
      • 醋酸菌
        • 类型
          • 好厌氧菌
        • 特点
          • 当氧气、糖原充足时能将糖分解成醋酸
          • 缺少糖原是将乙醇转化为乙醛，在将乙醛变为醋酸
        • 应用
          • 制作各种风味的醋
        • 多数醋酸菌最适生长温度为30~35℃
    • 应用
      • 为了缩短发酵时间,确保品质稳定,工业上大规模生产时,通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种,再将它们接种到物料中进行发酵。
• 微生物培养技术及应用
  • 微生物的基本培养技术
    • 微生物的基本培养技术
      • 培养基
        • 定义
          • 人们按照微生物UI营养物质的不同需求，配制出工期生长繁殖的营养物质
        • 作用
          • 培养
          • 分离
          • 坚定
          • 保存
          • 微生物或积累其代谢物
        • 分类
          • 按功能分类
            • 选择培养基
            • 鉴别培养基
          • 按物理性质
            • 液体培养基
              • 扩大培养
            • 固体培养基
              • 观察菌落
        • 营养成分
          • 必要物质
            • 水
            • 碳源
              • 提供碳元素的物质
            • 氮源
              • 提供氮元素的物质
            • 若遇到拥有固氮或合成碳元素的微生物可以不加入
            • 无机盐
          • 不必要物质
            • 其他物质
              • PH
              • 特殊物质
              • 氧气
              • 生长因子
        • 常见的营养基配方
          • 牛肉膏蛋白胨培养基
            • 水
            • 牛肉膏
              • 碳源
            • 蛋白胨
              • 氮源
            • 氯化钠
              • 无机盐
          • 培养乳酸杆菌的培养基
            • 额外加入维生素
          • 培养霉菌的培养基
            • 将培养基调制酸性
          • 培养细菌的培养基
            • 需将培养基调至中性或弱碱性
          • 培养厌氧微生物的培养基
            • 提供无氧的环境
    • 无菌技术
      • 消毒
        • 定义
          • 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的一部分微生物
          • 常见消毒方法
            • 煮沸消毒
            • 巴氏消毒
              • 62~65℃消毒30分钟
              • 80~90℃处理30秒~1分钟
              • 杀死牛奶其中绝大多数微生物并且不破坏牛奶的营养部分
            • 紫外线消毒
              • 杀死物体表面或空气中的微生物
            • 酒精消毒
      • 灭菌
        • 定义
          • 使用强烈的理化方法杀死物体内所有的微生物，包括和芽孢和孢子
        • 常见灭菌方法
          • 湿热灭菌
            • 含义
              • 利用沸水、流通蒸汽或高压蒸汽进行灭菌的方法
            • 工具
              • 高压蒸汽灭菌锅
            • 方法
              • 100kPa，121℃维持15~30min
          • 干热灭菌
            • 工具
              • 干热灭菌箱
            • 方法
              • 150~170℃的热空气维持2~3小时
            • 对象
              • 耐高温和需要保持干燥的物品
          • 灼烧灭菌
            • 对象
              • 微生物的接种工具
              • 接种过程中，试管口、瓶口等容易被污染的部位
            • 方法
              • 直接在酒精灯火焰充分燃烧层灼烧
    • 微生物的纯培养
      • 纯培养的定义
        • 相关概念
          • 纯培养物
            • 由单一个体繁殖所获得的微生物群体
          • 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群体
        • 获得由单一个体繁殖的到微生物群体的过程
      • 纯培养的过程
        • 配置培养基
          • 配置
          • 灭菌
          • 倒平板
            • 目的
              • 防止冷凝水污染
        • 灭菌
        • 接种
          • 方法（纯化过程）
            • 平板划线法
              • 工具
                • 接种环
              • 方法（以酵母菌为例）
                • 将接种环放在火焰上灼烧。直至接种环的金属丝烧红
                • 在火焰胖冷却接种环，同时拔出装有酵母菌培养液的试管的绵塞
                • 将试管口通过火焰
                • 在火焰附近用接种环蘸取一环菌液
                • 将试管口通过火焰，并塞上绵塞
                • 在火焰附近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
                • 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。注意不要将最后一次的划线与第一次的划线相连
            • 稀释涂平板法
              • 工具
                • 玻璃刮刀
              • 优势
                • 子主题
        • 分离
        • 培养
  • 微生物的选择培养和计数
    • 选择培养基
      • 定义
        • 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的生长培养基
      • 原理
        • 人为提供有利于目的菌生长的条件（包括营养、温度、PH等），同时抑制或组织其他微生物的生长
    • 微生物的选择培养
      • 方法
        • 稀释涂布平板法
          • 步骤（以测定土壤内细菌含量为例）
            • 1. 铲土取样，将样品装入纸袋中
            • 2. 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
            • 3. 取0.1ml菌液，滴加到培养基表面
            • 4. 将涂布器浸在盛有酒精的烧杯中
            • 5. 用涂布器将菌液均匀的涂布在培养基表面。涂布时可转动培养皿，使涂布均匀
            • 6. 将涂布器放在火焰上灼烧，待酒精燃尽，涂布器冷却后，再进行涂抹
            • 7. 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1~2d，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
    • 微生物的数量测定
      • 选择平板
        • 一般选择30~300的平板进行计数
      • 影响菌落数目的因素
        • 样品的稀释度
      • 方法
        • 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
      • 统计结果一般用菌落数而不是活菌数来表示
• 发酵工程及其应用
  • 发酵工程的基本环节
    • 选育菌种
      • 扩大培养
    • 配置培养基
      • 灭菌
    • 接种
      • 发酵罐内发酵
        • 分离提纯产物
          • 获得产品
  • 发酵工程的应用
    • 优点
      • 原料来源丰富
      • 价格低廉
      • 产物专一
      • 废弃物对环境污染小且易处理
    • 在食品工业上的应用
      • 生产传统的发酵产品
      • 生产各种各样的食品添加剂
      • 生产酶制剂
    • 在医药工业上的应用
      • 抗生素
      • 多种氨基酸
      • 激素和免疫调节剂
      • 基因工程
        • 将植物或动物的基因转移到微生物中,获得具有某种药物生产能力的微生物
        • 直接对菌种进行改造,再通过发酵技术大量生产所需要的产品
        • 将病原体的某个或某几个抗原基因转人适当的微生物细胞,获得的表达产物就可以作为疫苗使用
          • 生产乙型肝炎疫苗
    • 在农牧业上的应用
      • 生产微生物肥料
      • 生产为生物农药
      • 生产微生物饲料
    • 在其他方面的应用
      • 能源物质
      • 洗涤剂

传统发酵技术的应用

• 发酵与传统发酵技术
  • 发酵
    • 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。
  • 传统发酵技术
    • 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存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术
• 尝试制作传统发酵食品
  • 常见菌种
    • 乳酸菌
      • 类型
        • 厌氧细菌
      • 特点
        • 在无氧的情况下将葡萄糖分解成乳酸
      • 应用
        • 乳制品的发酵
        • 泡菜的研制
      • 常见品种
        • 乳酸链球菌
        • 乳酸杆菌
    • 酵母菌
      • 类型
        • 单细胞真菌
          • 兼性厌氧微生物
      • 特点
        • 在无氧条件下能进行酒精发酵
      • 应用
        • 酿酒
        • 制作馒头、面包
      • 影响因素
        • 温度
          • 酿酒酵母最适生长温度为28℃
    • 醋酸菌
      • 类型
        • 好厌氧菌
      • 特点
        • 当氧气、糖原充足时能将糖分解成醋酸
        • 缺少糖原是将乙醇转化为乙醛，在将乙醛变为醋酸
      • 应用
        • 制作各种风味的醋
      • 多数醋酸菌最适生长温度为30~35℃
  • 应用
    • 为了缩短发酵时间,确保品质稳定,工业上大规模生产时,通常会先通过微生物培养技术获得单一菌种,再将它们接种到物料中进行发酵。

微生物的基本培养技术

• 微生物的基本培养技术
  • 培养基
    • 定义
      • 人们按照微生物UI营养物质的不同需求，配制出工期生长繁殖的营养物质
    • 作用
      • 培养
      • 分离
      • 坚定
      • 保存
      • 微生物或积累其代谢物
    • 分类
      • 按功能分类
        • 选择培养基
        • 鉴别培养基
      • 按物理性质
        • 液体培养基
          • 扩大培养
        • 固体培养基
          • 观察菌落
    • 营养成分
      • 必要物质
        • 水
        • 碳源
          • 提供碳元素的物质
        • 氮源
          • 提供氮元素的物质
        • 若遇到拥有固氮或合成碳元素的微生物可以不加入
        • 无机盐
      • 不必要物质
        • 其他物质
          • PH
          • 特殊物质
          • 氧气
          • 生长因子
    • 常见的营养基配方
      • 牛肉膏蛋白胨培养基
        • 水
        • 牛肉膏
          • 碳源
        • 蛋白胨
          • 氮源
        • 氯化钠
          • 无机盐
      • 培养乳酸杆菌的培养基
        • 额外加入维生素
      • 培养霉菌的培养基
        • 将培养基调制酸性
      • 培养细菌的培养基
        • 需将培养基调至中性或弱碱性
      • 培养厌氧微生物的培养基
        • 提供无氧的环境
• 无菌技术
  • 消毒
    • 定义
      • 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的一部分微生物
      • 常见消毒方法
        • 煮沸消毒
        • 巴氏消毒
          • 62~65℃消毒30分钟
          • 80~90℃处理30秒~1分钟
          • 杀死牛奶其中绝大多数微生物并且不破坏牛奶的营养部分
        • 紫外线消毒
          • 杀死物体表面或空气中的微生物
        • 酒精消毒
  • 灭菌
    • 定义
      • 使用强烈的理化方法杀死物体内所有的微生物，包括和芽孢和孢子
    • 常见灭菌方法
      • 湿热灭菌
        • 含义
          • 利用沸水、流通蒸汽或高压蒸汽进行灭菌的方法
        • 工具
          • 高压蒸汽灭菌锅
        • 方法
          • 100kPa，121℃维持15~30min
      • 干热灭菌
        • 工具
          • 干热灭菌箱
        • 方法
          • 150~170℃的热空气维持2~3小时
        • 对象
          • 耐高温和需要保持干燥的物品
      • 灼烧灭菌
        • 对象
          • 微生物的接种工具
          • 接种过程中，试管口、瓶口等容易被污染的部位
        • 方法
          • 直接在酒精灯火焰充分燃烧层灼烧
• 微生物的纯培养
  • 纯培养的定义
    • 相关概念
      • 纯培养物
        • 由单一个体繁殖所获得的微生物群体
      • 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群体
    • 获得由单一个体繁殖的到微生物群体的过程
  • 纯培养的过程
    • 配置培养基
      • 配置
      • 灭菌
      • 倒平板
        • 目的
          • 防止冷凝水污染
    • 灭菌
    • 接种
      • 方法（纯化过程）
        • 平板划线法
          • 工具
            • 接种环
          • 方法（以酵母菌为例）
            • 将接种环放在火焰上灼烧。直至接种环的金属丝烧红
            • 在火焰胖冷却接种环，同时拔出装有酵母菌培养液的试管的绵塞
            • 将试管口通过火焰
            • 在火焰附近用接种环蘸取一环菌液
            • 将试管口通过火焰，并塞上绵塞
            • 在火焰附近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
            • 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。注意不要将最后一次的划线与第一次的划线相连
        • 稀释涂平板法
          • 工具
            • 玻璃刮刀
          • 优势
            • 子主题
    • 分离
    • 培养

微生物的选择培养和计数

• 选择培养基
  • 定义
    • 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的生长培养基
  • 原理
    • 人为提供有利于目的菌生长的条件（包括营养、温度、PH等），同时抑制或组织其他微生物的生长
• 微生物的选择培养
  • 方法
    • 稀释涂布平板法
      • 步骤（以测定土壤内细菌含量为例）
        • 铲土取样，将样品装入纸袋中
        • 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
        • 取0.1ml菌液，滴加到培养基表面
        • 将涂布器浸在盛有酒精的烧杯中
        • 用涂布器将菌液均匀的涂布在培养基表面。涂布时可转动培养皿，使涂布均匀
        • 将涂布器放在火焰上灼烧，待酒精燃尽，涂布器冷却后，再进行涂抹
        • 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1~2d，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
• 微生物的数量测定
  • 选择平板
    • 一般选择30~300的平板进行计数
  • 影响菌落数目的因素
    • 样品的稀释度
  • 方法
    • 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
  • 统计结果一般用菌落数而不是活菌数来表示

发酵工程及其应用

• 发酵工程的基本环节
  • 选育菌种
    • 扩大培养
  • 配置培养基
    • 灭菌
  • 接种
    • 发酵罐内发酵
      • 分离提纯产物
        • 获得产品
• 发酵工程的应用
  • 优点
    • 原料来源丰富
    • 价格低廉
    • 产物专一
    • 废弃物对环境污染小且易处理
  • 在食品工业上的应用
    • 生产传统的发酵产品
    • 生产各种各样的食品添加剂
    • 生产酶制剂
  • 在医药工业上的应用
    • 抗生素
    • 多种氨基酸
    • 激素和免疫调节剂
    • 基因工程
      • 将植物或动物的基因转移到微生物中,获得具有某种药物生产能力的微生物
      • 直接对菌种进行改造,再通过发酵技术大量生产所需要的产品
      • 将病原体的某个或某几个抗原基因转人适当的微生物细胞,获得的表达产物就可以作为疫苗使用
        • 生产乙型肝炎疫苗
  • 在农牧业上的应用
    • 生产微生物肥料
    • 生产为生物农药
    • 生产微生物饲料
  • 在其他方面的应用
    • 能源物质
    • 洗涤剂