发酵工程

将知识点进行了归纳和整理，直击重点，可以作为学习笔记和复习资料，希望可以帮到高中学生物的朋友们♡有需要的同学，可以收藏下哟。

发酵工程

• 传统发酵技术的应用
  • 发酵
    • 微生物代谢 原料———————→产品 适宜条件
    • 类型
      • 有氧发酵（果醋）
      • 无氧发酵（果酒、泡菜）
    • 原理：不同的微生物有产生 不同代谢物的能力
  • 传统发酵技术
    • 微生物来源
      • 原材料中天然存在
      • 前一次发酵（发酵物）
    • 以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主（例：酱油，豆豉等）
  • 传统发酵食品
    • 腐乳
      • 菌种：主要是毛霉（多种霉菌）
        • 孢子生殖
        • 异养需氧
      • 适宜温度：15℃~18℃
      • 发酵时间：180 days （3~5 d长毛）
      • 原理：蛋白质被蛋白酶和其他酶的参与下分解成小分子肽和氨基酸
    • 泡菜（乳酸发酵）
      • 菌种：乳酸菌
        • 二分裂
        • 异养厌氧型
      • 适宜温度：室温（28℃左右）
      • 发酵时间：10d
      • 原理：
      • ▲实验：制作泡菜
        • 用质量分数为5%~20%的盐水
          • 过高：乳酸发酵受抑制
          • 过低：杂菌易繁殖导致泡菜腐烂
          • 煮沸：杀菌，去除水中溶解氧
          • 冷却：防止温度过高，杀死乳酸菌
        • 用新鲜蔬菜：亚硝酸盐含量少
        • 装至半坛时，加入香辛料，继续装到八成满
          • 八成满
            • 初期有较多二氧化碳产出，防止发酵液溢出
            • 防止蔬菜腐烂变质（易使盐水没过）
            • 方便拿取
        • 冷却后的盐水缓缓倒入坛中，使其没过全部菜料
        • 坛盖边水槽注满水，及时向槽内添水
        • △检测亚硝酸盐含量：比色法
    • 果酒（酒精发酵）
      • 菌种：酵母菌
        • 出芽生殖（环境恶劣时孢子生殖）
        • 异养兼性厌氧型
      • 适宜温度：18℃~30℃（最适28℃）
      • 发酵时间：10~12d
      • 条件：前期有氧后期无氧
      • 原理：
      • ▲实验：制作果酒
        • 先洗再去枝梗：避免葡萄破损，被杂菌污染
          • 冲洗1~2次：防止冲掉酵母菌
        • 发酵瓶中留三分之一（装三分之二）的空间
          • 有利于前期酵母菌大量繁殖，防止后期发酵液溢出
        • 每隔12h将瓶盖拧松一次（不打开瓶盖）：防杂菌、氧气进入
        • 发酵液变化：产生气泡
    • 果醋（醋酸发酵）
      • 菌种：醋酸菌
        • 二分裂
        • 异养需氧型
      • 适宜温度：30~35℃
      • 发酵时间：7~8d
      • 原理：
      • ▲实验：制作果醋
        • 葡萄酒制作完成后打开瓶盖，调整温度
        • 发酵液变化：表面有菌膜
• 微生物的培养技术和应用
  • 培养基（对营养物质需求不同，配制供其生长繁殖的营养基质）
    • 分类
      • 按物理性质
        • 液体培养基
          • 特点：不含凝固剂（琼脂）
          • 作用：工业生产、扩大培养
        • 半固体培养基
          • 特点：含凝固剂（琼脂）
          • 作用：观察运动、分类鉴定
        • 固体培养基
          • 特点：含凝固剂（琼脂）
          • 作用：分离、鉴定、计数、保存
      • 按化学成分
        • 天然培养基
          • 特点：化学成分不明确
          • 作用：工业生产
        • 合成培养基
          • 特点：化学成分明确
          • 作用：分类、鉴定
      • 按用途
        • 选择培养基
          • 特点：加入某种化学物质，抑制不需要的微生物生长
          • 作用：培养、分离
        • 鉴别培养基
          • 特点：加入指示剂或化学药物
            • 指示剂
              • 酚红指示剂
                • 菌种：尿素分解菌
                • 现象：变红（pH↑）
              • 刚果红
                • 菌种：纤维素分解菌
                • 现象：红色—消失→透明圈
              • 伊红—亚甲蓝
                • 菌种：大肠杆菌
                • 现象：菌落呈深紫色，泛金属光泽
          • 作用：鉴别菌种
    • 作用：培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物
    • △营养
      • 碳源
        • 构成细胞物质和代谢产物
        • 有机碳源又是能源→异养
      • 氮源
        • 形成含氮物质
        • 无机氮源也能提供能量
      • 水
      • 无机盐
      • 特殊营养物质：生长因子（微量有机物）
      • 其他需求
        • 乳酸杆菌：加维生素
        • 霉菌：酸性环境
        • 细菌：中性或弱碱性环境
  • 无菌技术
    • 消毒
      • 方法
        • 煮沸消毒法
        • 巴氏消毒法：不超过100℃，用于牛奶、酒类、酱油等
          • 优点：达到消毒目的的同时，营养损失较少
        • 化学药物消毒法：酒精擦拭双手，氯气消毒水源
          • 酒精体积分数为70%最好
            • 过高：菌体表面蛋白质凝固形成保护膜，酒精不能深入其中
            • 过低：杀菌力较弱
        • 紫外线消毒法：接种室、工作台等
      • 芽孢（休眠体）、孢子（繁殖体）不能被消灭
    • 灭菌
      • 湿热灭菌：高压蒸汽灭菌（用于培养基）
      • 干热灭菌：玻璃器皿、金属用具等
      • 灼烧灭菌：用火焰的充分燃烧层（外焰）灼烧金属用具等
      • 芽孢、孢子可以被消灭
      • 其他作用：防止操作者自身被微生物污染
  • 纯培养
    • 步骤：配制培养基→（调节pH）→灭菌→接种→分离→培养
    • ▲实验
      • 分散方法
        • 平板划线法
          • 倒平板时培养基冷却至50℃
            • 温度过高，易烫伤
            • 温度过低，培养基易凝固
          • 培养皿倒置
            • 防止拧盖上的冷凝水珠落入培养基造成污染
            • 避免培养基中的水分过快蒸发
          • 从第一次末端进行第二次划线
            • 末端微生物数量较少，可使细菌数目随化线次数增加而逐渐减少，最终分散成单个细菌
          • 每次划线前都要灼烧接种环
            • 保证下次划线时环上的菌种直接来源于上次划线的末端
          • 结束后灼烧接种环
            • 杀死残留的菌种，避免污染环境和感染操作者
        • 稀释涂布平板法
      • 原理：微生物群—分离或稀释→单个细胞—繁殖→单个菌落
      • 选择培养与计数
        • 方法
          • 稀释涂布平板法（间接计数法）（活菌计数法）
            • 密度梯度稀释
            • 计数原则
              • 同一稀释度下，至少对三个平板重复计数，求平均值
              • 计菌落数为30~300的平板
              • 菌落数目稳定时记录结果
                • 防止因培养时间不足导致遗漏菌落数目
            • 计数依据：菌落数
            • 特点
              • 优点：计数的是活菌
              • 缺点：2个或2个以上细胞连在一起时只能观察出1个菌落
            • 结果：比实际偏小
            • 计算公式：C（平均菌落数）÷V（涂的菌液体积）×M（稀释倍数）
            • 操作
              • 土壤取样
                • 酸碱度中性，土壤潮湿（距地标3~8cm）
                • 铲去表层土
              • 一般选用1×10²~1×10⁶倍稀释的稀释液培养，第一次做实验可以将范围放宽，1×10³~1×10⁷
          • 显微镜直接计数法
            • 特点
              • 优点：快速、直观、简便
              • 缺点：区分不出死、活菌
                • 区分死、活菌：用台盼蓝染液，死细胞被染蓝
            • 结果：比实际偏大
        • 判断选择培养基是否有作用：在基础培养基和选择培养基上分别接相同的菌种，二者对照后，选择培养基上生成的菌落数应比基础培养基的少
        • 证明选择培养基是否被污染：讲解中国和维解中的平板倒置放入恒温保温箱中培养，如未接种的培养基上长出菌落，说明被污染
    • 菌种保存
      • 临时保藏（1~6个月）：4℃冰箱，固体斜面培养基表面.菌种易变异
      • 永久（长期）保藏：-20℃冰箱，甘油管藏法
    • △防杂菌污染
      • 消毒双手
      • 灼烧灭菌接种环、涂布器
      • 在酒精灯火焰附近操作
      • 开培养皿只开一条缝
      • 瓶口（试管口）过火焰
• 发酵工程及应用
  • 与传统发酵技术比较有哪些改进之处：方法多、需进一步纯化、质检合格
  • 基本环节
    • 步骤：选育菌种→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
    • 选育菌种
      • 来源
        • 自然界中筛选
        • 诱变育种
        • 基因工程
      • 需求产品
        • 柠檬酸：黑曲霉
        • 啤酒：啤酒酵母
        • 味精：谷氨酸棒状杆菌
      • 分离、提纯产物
      • 考虑因素
        • 菌种不易变异、退化
        • 成本低
        • 条件易控制
        • 繁殖快、代谢旺盛、产物多
    • 扩大培养：快速增加菌种数量
    • 配制培养基：天然液体培养基
    • 灭菌：所用菌种大多是单一菌种，有杂菌污染会导致产量大大下降
    • 发酵罐内发酵：发酵工程的中心环节。随时检测微生物数量、产物浓度。及时添加必需营养成分，严格控制发酵条件（pH、溶解氧等）
      • 添营养成分
      • 控制发酵条件
    • 发酵产品
      • 微生物细胞本身：过滤、沉淀将菌体分离、干燥
      • 其代谢物：提取、分离、纯化
  • 优点
    • 生产条件温和
    • 原料来源丰富且价格低廉
    • 产物专一
    • 废弃物对环境的污染小且容易处理
  • 应用
    • 食品工业
      • 子主题