选必3第1章发酵工程

高中生物知识点总结，详细的总结了微宣布的基本培养技术及应用，发酵工程及其应用，传统发酵技术的应用。

第1章发酵工程

• 微生物的基本培养技术及应用
  • 培养基的配制
    • 培养基定义
    • 培养基用途
    • 培养基分类
    • 培养基成分
      • 基本成分
        • 碳源
          • 无机~：CO2、CO32-、HCO3-
            • 自养微生物
          • 有机~：葡萄糖、牛肉膏、蛋白胨等
            • 异养微生物
          • 不加：自养微生物
        • 氮源
          • 无机~：NH4＋、NO3-、NH3等
          • 有机~：牛肉膏、蛋白胨、尿素、氨基酸等
          • 不加：固氮微生物
        • 水
        • 无机盐
          • 注：有些无机盐离子可以作为化能合成菌的能源（如铁细菌、硝化细菌、硫细菌）
      • 还需满足微生物对 pH、特殊营养物质、氧气的需求
        • 乳酸杆菌：添加维生素
        • 霉菌：调至酸性
        • 细菌：调至中性或弱碱性
        • 厌氧微生物：无氧条件
  • 无菌技术
    • 消毒和灭菌工作主要包括两方面
      • 对实验操作的空间、操作者的衣着和手，进行清洁和消毒
      • 将用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等器具进行灭菌
    • 消毒与灭菌
      • 消毒
        • 概念：使用较温和的物理、化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物
        • 方法
          • ①煮沸消毒法：100℃煮沸5-6min；可杀死微生物的营养细胞和一部分芽孢
          • ②巴氏消毒法：62-65℃煮30min或 80℃-90℃下处理30s-1min；可杀死绝大多数微生物，不破坏食物的营养成分
          • ③化学药物消毒法：用75%酒精擦拭双手、用氯气消毒水源等
          • ④紫外线消毒法：对接种室、接种箱或超净工作台用紫外线照射30min，以杀死物体表面或空气中的微生物
      • 灭菌
        • 概念：用强烈的理化方法杀死物体内外的所有的微生物，包括芽孢和孢子
        • 方法
          • 湿热灭菌：高压蒸汽灭菌锅：100kPa、121℃、15~30min
            • 常用：培养基
          • 干热灭菌：160~170℃、2~3h
            • 常用：耐高温和需要保持干燥的物品
          • 灼烧灭菌：外焰
            • 常用：涂布器、接种环、接种针、试管口、瓶口
  • 微生物的纯培养
    • 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的培养
    • 纯培养物：由单一个体繁殖所获得的微生物群体
    • 纯培养：获得纯培养物的过程就是纯培养
    • 酵母菌的纯培养
      • 菌落：分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部可以繁殖形成肉眼可见繁殖形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体
      • 原理：经培养得到的单菌落一般是由单个微生物繁殖而形成的菌落
      • 制备培养基
        • 1）配制培养基（灭菌之前先调PH）
        • 2）灭菌
        • 3）倒平板
          • 防止培养基表面的水分挥发
          • 防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染
      • 接种和分离培养基
        • 方法
          • 平板划线法
            • 连续划线法
            • 分区划线法
          • 工具：接种环
        • 接种和分离（不要将最后一次划线与第一次的划线相连）
          • 注意
            • 1.接种环只蘸一次菌液，但要在培养基不同位置连续划线多次
            • 2.划线首尾不能相接
            • 3.每次划线前灼烧接种环进行灭菌
            • 4.划线操作结束后，仍需灼烧接种环
      • 培养酵母菌
        • 将接种后的平板和一个未接种的平板倒置，放入28℃左右 (培养温度因酵母菌种类的不同而稍有差异) 的恒温培养箱中培养24 ~ 48h
      • 结果分析与评价
        • 颜色（光泽）、形状和大小
          • 酵母菌菌落一般表面光滑,多呈乳白色
  • 微生物的选择培养和计数
    • 细菌分解尿素：产生脲酶
    • （一）选择培养基
      • 科学实例
        • PCR是一种在体外DNA复制的技术，此项技术要求使用耐高温的DNA聚合酶
          • （1）筛选原因：水生栖热菌能在70-80℃高温条件下生存，而绝大多数微生物在此条件下不能生存
          • （2）启示：寻找目的菌种时要根据它对生存环境的要求，到相应的环境中去寻找
      • 实验室中微生物的筛选原理
        • 人为提供有利于目的菌株生长的条件(包括营养、温度、pH等)，同时抑制或阻止其他微生物生长
      • 选择培养基：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生长的培养基
        • 加青霉素：分离酵母菌、霉菌等真菌(青霉素能杀死细菌、放线菌)
        • 加高浓度食盐：金黄色葡萄球菌
        • 石油是唯一碳源：能消除石油污染的微生物
    • （二）微生物的选择培养
      • 方法：稀释涂布平板法
      • 操作
      • 培养：倒置、30-37℃、空白对照
    • （三）微生物的数量测定
      • 稀释涂布平板法——间接计数
        • 统计依据：当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个单菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌。通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌
        • 计数原则
          • 选择30-300个菌落的平板进行计数
          • 每个稀释度至少取3个平板取其平均值
          • 统计的菌落往往比活菌的实际数目低
          • 统计的结果一般用菌落数而不是活菌数
          • 恰当的稀释度、涂布是否均匀是成功统计菌落数目的关键
        • 计算公式
          • 每g样品中的菌落数＝(C÷V)×M
      • 显微镜直接计数法
        • 细菌计数板或血细胞计数板
        • 统计结果一般活菌数和死菌的总和，故统计的结果比实际值偏大
    • （四）探究实践
      • 培养基
        • 选择培养基
        • 牛肉膏蛋白胨培养基
      • 实验设计
        • （1）土壤让取样（灭菌处理）
        • （2）样品的稀释
          • 测细菌数：一般用104、105、106稀释液
          • 测放线菌：一般用103、104、105稀释液
          • 测真菌数：一般用102、103、104稀释液
        • （3）微生物的培养与观察（菌落数目稳定时、表现出稳定的菌落特征）
      • 结果分析与评价
      • 进一步探究
• 发酵工程及其应用
  • 发酵工程
    • 发酵工程：指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面
    • 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（中心环节）
      • 分离、提纯产物
      • 获得产品
  • 发酵工程的应用
    • 特点
      • 产物专一
      • 生产条件温和
      • 原料来源丰富且价格低廉
      • 废弃物对环境污染小且容易处理
    • 应用
      • 在食品工业上的应用
        • 生产传统的发酵产品
          • 酱油
          • 啤酒工业化生产流程
        • 生产各种各样的食品添加剂
          • 柠檬酸
          • 味精
          • 作用
            • 增加食物的营养
            • 改善食品的口味、色泽和品质
            • 延长食品的保存期
        • 生产酶制剂
      • 在医药工业上的应用
        • 直接对菌种进行改造
        • 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
          • 将病原体抗原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
          • 未来可能用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等
      • 在农牧业上的应用
        • 生产微生物肥料：微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长
        • 生产微生物农药：
          • 微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。
          • 微生物农药作为生物防治的重要手段
        • 生产微生物饲料：微生物含有丰富的蛋白质
      • 在其他方面的应用
        • 解决资源短缺和环境污染问题
        • 对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用
    • • 发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献
• 传统发酵技术的应用
  • 发酵与传统发酵技术
    • 发酵
      • 概念：指人们利用微生物，在适宜条件下，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
      • 原理：不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力
      • 类型
        • 需氧发酵（e.g.醋酸发酵、谷氨酸发酵等）
        • 厌氧发酵（e.g.酒精发酵、乳酸发酵等）
    • 实例：腐乳制作
      • 原料：豆腐
      • 参与发酵的微生物：酵母菌、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉
      • 发酵原理：经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸
      • 腐乳制作的流程
    • 传统发酵技术
      • 概念：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留下来的面团、卤汁等发酵物中微生物进行发酵，制作食品的技术
      • 类型
        • 固体发酵（e.g.泡菜、粮食白酒、腐乳等）
        • 半固体发酵（e.g.豆豉、酱、酱油等）
  • 尝试制作传统发酵食品
    • （一）制作果酒
      • 菌种：酵母菌
        • 类属：一类单细胞真核真菌
        • 代谢类型：异养兼性厌氧型
        • 生殖类型
          • 无性生殖：通过出芽（主要）
          • 有性生殖：（环境恶劣）
          • 来源：含糖量较高的水果蔬菜表面（分布广泛，尤其种植水果的土壤中）
      • 原理
        • 有氧条件下，酵母菌通过有氧呼吸大量繁殖
        • 无氧条件下，酵母菌通过无氧呼吸产生酒精
      • 条件
        • 温度：一般酒精发酵18～30℃，繁殖最适为28℃左右
        • 气体：前期需氧，后期无氧
        • 时间：10~12d
        • pH：偏酸 4.0～5.8
    • （二）果醋制作
      • 菌种：醋酸菌
        • 类属：原核细菌
        • 代谢类型：异养需氧型
        • 繁殖方式：二分裂
        • 分布：变酸酒的表面（菌膜）、食醋中、广泛分布
      • 原理
        • 氧气、糖源充足时
        • 缺少糖源、氧气充足时
      • 条件
        • 温度：最适为30～35 ℃
        • 气体：需要充足的氧气
        • 时间：7~8d
        • pH：偏酸 5.4～6.3
    • 流程
      • 防污染措施
      • 无氧/有氧措施
      • 结果分析和评价
    • （三）泡菜制作
      • 菌种：乳酸菌
        • 类型：原核生物
        • 代谢类型：异养厌氧型
        • 种类：乳酸链球菌、乳酸杆菌
        • 菌种来源：植物体表面天然的乳酸菌
        • 分布：在自然界分布广泛，空气、土壤、植物体表、人或动物肠道内部都有
      • 原理
        • 在无氧的情况下能将葡萄糖分解成乳酸
        • 发酵期间，乳酸会不断积累，当它的质量百分比为0.4%-0.8%时，泡菜的口味、品质最佳
      • 条件
        • 温度：室温
        • 时间：根据室内温度控制发酵时间
        • 氧气：严格控制厌氧条件等
      • 步骤
        • 灭菌
        • 厌氧
        • 结果分析与评价
        • 进一步探究
          • 亚硝酸盐
          • 泡菜发酵过程中，乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的含量变化