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课标版 生物 第31讲 传统发酵技术与微生物的应用,知识一 传统发酵技术 一、果酒和果醋的制作 1.制作原理与条件,2.制作流程 3.葡萄酒呈现深红色的原因是 红葡萄皮的色素进入发酵液 。 4.现在工厂生产果酒,为提高果酒的品质,更好地抑制其他微生物的生长, 采取的措施是直接在果汁中加入 人工培养 的酵母菌。 二、腐乳的制作 1.菌种:主要是 毛霉 。 2.原理,(1)蛋白质 肽、氨基酸; (2)脂肪 甘油+脂肪酸 3.腐乳的制作流程,三、泡菜的腌制和亚硝酸盐的测定 1.作用菌类: 假丝酵母和乳酸菌 。 2.原料:白菜、洋白菜等。 3.原理:假丝酵母和乳酸菌将糖转化成 乳酸 和醇类。 4.制作步骤,5.亚硝酸盐含量的测定 (1)亚硝酸盐的产生:由 假丝酵母 产生。 (2)亚硝酸盐的危害: 可转变成致癌物亚硝胺 。 (3)亚硝酸盐含量测定:在盐酸酸化条件下,亚硝酸盐与 对氨基苯磺酸 发生重氮化反应后,与N-1-萘基乙二胺盐酸盐结合形成 玫瑰红色,产物,将显色反应后的样品与已知浓度的标准显色液进行目测比较,大 致估算出泡菜中亚硝酸盐的含量。,1.生物技术在食品加工中的应用十分广泛,如果酒、果醋、腐乳、泡菜的 制作就是生活中常见的例子。下图是果酒制果醋的发酵装置,分析回答下 列问题:,(1)果酒制作中的原材料通常是葡萄,但对葡萄不能进行反复冲洗,其原因是 。 (2)在图乙中遗漏了一个装置,请以文字加以补充。 (3)如果将该装置改为酒精的发酵装置,则温度应该控制在 。此时 装置需要修改的地方是 。 果酒制果醋的反应式为: 。 (4)在果醋发酵过程中,用 检测是否有醋酸生成。 答案 (1)葡萄上存在酵母菌,反复冲洗,会洗去大量的酵母菌,不利于酒精 发酵 (2)缺少一个排气口,应补上一个排气口装置,并连上一根长而弯曲的管子,(3)1825 不需要通入空气 C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O (4)pH试纸 解析 (1)果酒通常是以葡萄为原料,通过酵母菌发酵获得的,而酵母菌主 要存在于果实的表面,所以不能对葡萄进行反复冲洗。(2)乙装置没有排气 管道,所以应添加排气口,并连上一根长而弯曲的管子。(3)酵母菌产生酒精 需进行无氧呼吸,所以生产酒精不需通入空气。20 左右最适合酵母菌繁 殖,所以酒精发酵时一般将温度控制在1825 。(4)用pH试纸检测装置中 培养液的pH,以检测是否有醋酸生成。,2.腊肉、腌白菜、腐乳等是家庭中常见的一些腌制品,其味道鲜美,便于保 存。请联系生活实际,回答下列问题: (1)腊肉和腌白菜能保存较长时间而不腐败,原因是 。 (2)腐乳制作的原理是 。 (3)制作腐乳的卤汤中通常要加入料酒、黄酒等,含量一般控制在12%左右, 其目的是 。 (4)腌白菜味道鲜美,但最好是等腌制好后再食用,若过早食用会影响人体健 康,请分析原因。,答案 (1)腌制液盐浓度过高,微生物因失水而不能生存 (2)毛霉等微生物产生的蛋白酶将豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨 基酸;脂肪酶将脂肪水解为甘油和脂肪酸 (3)抑制微生物的生长,同时使腐乳具有独特的香味 (4)未腌制成熟的白菜中,亚硝酸盐等物质的含量过高,食用后可能会影响人 体健康。 解析 (1)由于腌制液盐浓度过高,微生物失水死亡,所以腊肉和腌白菜能 保存比较长的时间。(2)腐乳的制作原理是毛霉等微生物产生的蛋白酶将 豆腐中的蛋白质分解成小分子的肽和氨基酸,脂肪酶将脂肪分解成甘油和 脂肪酸。(3)制作腐乳的卤汤中加入料酒、黄酒的目的是抑制微生物的生,长,同时能使腐乳具有独特的香味。(4)白菜腌制的过程中,由于微生物的作 用,会产生硝酸盐和亚硝酸盐等物质,未腌制成熟的白菜中,亚硝酸盐等物 质含量高,食用后可能会影响人体健康。,知识二 微生物的培养与应用 一、微生物的实验室培养 1.培养基 (1)概念:人们按照微生物对 营养物质 的不同需求,配制出供其 生长繁殖 的营养基质。 (2)营养构成:水、 无机盐 、 碳 源、 氮 源和生长因子。 (3)类型:根据物理性质可分为固体培养基、半固体培养基和 液体培,养基 ;根据功能可分为选择培养基和 鉴别 培养基。 (4)制备步骤:计算称量溶化灭菌倒平板。 2.无菌技术(连线),注意:(1)消毒仅杀死物体表面或内部的部分微生物。 (2)灭菌可以杀死物体内外所有的微生物,包括芽孢和孢子。 二、大肠杆菌的纯化培养 1.纯化大肠杆菌,其关键的步骤是 接种 。 2.纯化培养原理:在培养基上得到由一个细胞繁殖而来的肉眼可见的 菌落 ,即可获得较纯的菌种。 3.纯化培养方法:平板划线法和稀释涂布平板法。 (1)平板划线法:通过接种环在琼脂固体培养基表面 连续划线 的操 作,将聚集的菌种逐步稀释分散到培养基的表面。 (2)稀释涂布平板法:将菌液进行一系列的 梯度稀释 ,然后将不同稀,释度的菌液分别涂布到琼脂固体培养基的表面。 三、纤维素分解菌的分离 1.纤维素酶 (1)组成:纤维素分解菌可产生 纤维素酶 ,纤维素酶是一种复合酶, 它包括C1酶、Cx酶和葡萄糖苷酶。 (2)作用: 纤维素 纤维二糖 葡萄糖 2.纤维素分解菌的分离 (1)方法: 刚果红染色法 。,(2)原理 红色复合物 红色消失、出现 透明圈 。 (3)标志:使用以纤维素为唯一碳源的选择培养基,根据 是否产生透明 圈 来筛选纤维素分解菌。 (4)操作流程 土壤取样:富含 纤维素 的环境 选择培养:用 选择培养基 培养,以增加纤维素分解菌的数量 , 梯度稀释 涂布平板:将样品涂布到鉴别纤维素分解菌的培养基上 挑选产生透明圈的菌落:产生 纤维素酶 的菌落周围 出现透明圈,四、土壤中分解尿素的细菌的分离,1.如图甲、乙是微生物接种常用的两种方法,请回答相关问题: (1)图甲是利用 法进行微生物接种,图乙是利用 法 进行微生物接种。这两种方法所用的接种工具分别是 和 ;对这两种接种工具进行灭菌和消毒的方法依次是 和酒精消,毒。 (2)接种操作为什么一定要在酒精灯火焰附近进行? 。 (3)接种后,在固体培养基上培养细菌时为什么进行倒置培养? 。 (4)如图是采用上述接种方法接种后培养的效果图解,其接种方法是 (填图甲或图乙)。,答案 (1)平板划线 稀释涂布平板 接种环 涂布器 灼烧灭菌 (2)火焰附近存在着无菌区域 (3)避免培养过程产生的水分影响微生物的生长 (4)图乙 解析 图甲和图乙分别表示平板划线法和稀释涂布平板法,这两种方法 所用的接种工具分别是接种环和涂布器。由于在酒精灯火焰附近存在着 无菌区域,因此接种常在酒精灯火焰附近进行。在微生物培养过程中会产 生水,对微生物的生长造成影响,故在固体培养基上培养细菌时需要倒置培 养。,2.有些微生物能合成纤维素酶。研究人员用化合物A、硝酸盐、磷酸盐以 及微量元素配制的培养基,成功地筛选出能产生纤维素酶的微生物。分析 回答下列问题。 (1)培养基中加入的化合物A是 ,为微生物的生长提供 ,这 种培养基属于 培养基。 (2)为了筛选出能产生纤维素酶的微生物,向培养基中加入 。 (3)在筛选出能产生纤维素酶的微生物之前,可用液体培养基进行培养,增加 微生物的浓度。若要获得纯净的菌株,常采用平板划线的方法进行接种,此 过程所用的接种工具是 ,操作时采用 灭菌的方法,还可用 法操作。,(4)实验结束后,使用过的培养基经过灭菌处理才能倒掉,这样做的目的是 。 答案 (1)纤维素 碳源 选择 (2)刚果红 (3)接种环 灼烧 稀释涂布平板 (4)防止造成环境污染 解析 (1)纤维素酶是一种复合酶,一般认为它至少包括三种组分,即C1 酶、CX酶和葡萄糖苷酶,前两种酶使纤维素分解成纤维二糖,第三种酶将纤 维二糖分解成葡萄糖。在这三种酶的协同作用下,纤维素最终被水解成葡 萄糖,为微生物的生长提供营养,同样,也可以为人类所利用。要筛选出能,产生纤维素酶的微生物,应用选择培养基,在培养基中加入纤维素作为唯一 的碳源,能在此培养基中存活的微生物就是能产生纤维素酶的微生物。(2) 刚果红可以和像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物,而不与水解后的 纤维二糖和葡萄糖发生这种反应。纤维素分解菌能产生纤维素酶分解纤 维素,从而使菌落周围形成透明圈。(3)获得纯净的菌株的两种方法为平板 划线法和稀释涂布平板法。(4)实验结束后,使用过的培养基经过灭菌处理 才能倒掉,这样可避免微生物对环境造成污染。,3.纤维素分解菌能够产生纤维素酶分解纤维素。回答下列问题: (1)在筛选纤维素分解菌的过程中,通常用 染色法,这种方法能够通 过颜色反应直接对纤维素分解菌进行筛选。 (2)乙同学打算从牛胃中分离纤维素分解菌并计数,与分离醋酸菌相比,进行 培养时除了营养不同外,最主要的实验条件差别是 ,该同学采用活菌计数法统计的菌落数目往往比活菌的实际数目 。 (3)丙同学在提取和分离纤维素酶的过程中,为了防止外界酸和碱对酶活性 的影响,采取的措施是向提取液和分离液中添加 ;若探究纤维素酶 活性的最适温度,如何设置对照? 。,答案 (1)刚果红 (2)保证无氧环境 小(低) (3)缓冲溶液 设置不同的温度梯度进行相互对照 解析 (1)利用刚果红染色法来筛选纤维素分解菌,刚果红能与培养基中 的纤维素形成红色复合物。当培养基中的纤维素被纤维素酶分解后,刚果 红纤维素的复合物就无法形成,培养基中会出现以纤维素分解菌为中心 的透明圈。(2)牛胃内是无氧环境,故应在无氧环境下分离牛胃中的纤维素 分解菌。相距很近的细菌可以形成一个菌落,故菌落数比活菌数少。(3)在 提取液和分离液中添加缓冲溶液可保证提取液和分离液的pH不受干扰。 探究某种酶活性的最适温度应设置不同的温度梯度进行相互对照。,突破一 传统发酵技术 1.果酒和果醋发酵装置的设计思路 (1)因酵母菌的繁殖需要空气,醋酸菌是好氧菌,所以在果酒制作的前期和 果醋制作的整个过程中都需氧。 因酵母菌产生酒精是在无氧条件下,应控制充入氧的量,故应在充气口设 置开关。 (2)由于在发酵过程中都产生CO2 ,因此又需设排气口;为防止空气中微生 物的污染,排气口应连接一个长而弯曲的胶管。,(3)因要对发酵的情况进行及时监测,应设置出料口便于取料。 (4)果酒和果醋的发酵装置及各个部件的作用,2.影响腐乳品质的因素 (1)盐 a.浓度过低,不足以抑制微生物生长,豆腐易腐败变质。 b.浓度过高,会影响腐乳口味。 (2)酒的含量:一般控制在12%左右。 (3)香辛料:具调味、杀菌作用。 (4)温度:1518 。 3.泡菜制作的注意事项 (1)材料的选择及用量 蔬菜应新鲜,若放置时间过长,蔬菜中的硝酸盐易被还原成亚硝酸盐。,清水和盐的质量比为41,盐水要煮沸后冷却待用。盐水煮沸有两大 作用,一是除去水中的氧气,二是杀灭盐水中的其他细菌。 (2)防止杂菌污染:每次取样用具要洗净,取样后要迅速封口。 (3)氧气需求 泡菜坛要选择透气性差的容器,以创造无氧环境,有利于乳酸菌发酵,防 止蔬菜腐烂。 坛盖边沿的水槽中要注满水,以保证乳酸菌发酵所需的无氧环境,并注 意在发酵过程中要经常补充坛盖边沿水槽中的水。 (4)温度:发酵过程控制在室温即可,最好在2636 。温度过高,则易滋生 杂菌;温度过低,则发酵时间延长。,典例1 如图简单表示葡萄酒的酿制过程,请据图分析: (1)葡萄酒的酿制原理是:先通气使酵母菌进行 ,以增加酵母菌的,数量,然后使酵母菌 获得葡萄酒。 (2)随着发酵过程的加深,液体密度会逐渐变低(可用密度计测量)。其原因 是 。 (3)在甲中进行搅拌的目的是 ,丙中一段时间后,揭开盖子是否能够 产生果醋? 。(填“能”或“不能”) (4)苹果醋是最受欢迎的饮料之一,其生产过程中利用了 的发酵作 用。在传统发酵技术中,果醋制作往往在果酒制作的基础上进行,其相关的 反应式为: 。 解析 (1)酵母菌为一种兼性厌氧真菌,在有氧情况下可进行有氧呼吸,无 氧时则进行酒精发酵。(2)由于发酵时糖被消耗,产生酒精和CO2,而酒精的,密度比糖和水低,这是液体密度降低的原因。(3)搅拌可增加甲内溶氧量,酵 母菌有氧呼吸需要氧。揭盖后氧气充足,丙中酒精可在醋酸菌作用下被氧 化生成醋酸。(4)果醋制作过程中,起作用的微生物主要是醋酸菌。 答案 (1)有氧呼吸 发酵 (2)由于发酵时糖被消耗,产生了酒精和CO2,而酒精密度比糖和水低 (3)增加溶氧量 能 (4)醋酸菌 C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O,1-1 从古至今,酒就与人类生活息息相关。请回答与酿酒有关的问题: (1)人类使用酿制葡萄酒的微生物主要是酵母菌,酵母菌酒精发酵的反应式 是 ;进行酒精发酵一般将温度控制在 。 (2)葡萄酒呈现深红色的原因是 。 (3)现在工厂化生产果酒,为提高果酒的品质,更好地抑制其他微生物的生 长,采取的措施是 ,并接入合适的菌种。 (4)某同学人工自酿葡萄酒时,在发酵后期向发酵液中通入空气,并将发酵液 置于3035 环境中,结果发现发酵液中有 出现,这类微生物在糖 类缺乏时可以使 转化为 ,后者再转化为 。,答案 (1)C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 1825 (2)红葡萄皮的色素进入发酵液 (3)对原料和设备进行消毒和灭菌 (4)醋酸菌 乙醇 乙醛 醋酸 解析 (1)酿制葡萄酒使用的微生物主要是酵母菌,酵母菌酒精发酵的最 适温度是1825 。(2)红葡萄皮的色素进入发酵液,故葡萄酒常呈现深红 色。(3)为提高果酒的品质,更好地抑制其他微生物的生长,需对原料和设备 进行消毒和灭菌后,再接入合适的菌种。(4)酿制葡萄酒时,若在发酵后期向 发酵液中通入空气,并将发酵液置于3035 环境中,在糖类缺乏时,醋酸菌 可把乙醇转化为乙醛,再将乙醛转化为醋酸。,突破二 微生物的培养与应用 1.选择培养基和鉴别培养基的应用实例,2.微生物的纯化培养,3.统计菌落数目的方法 (1)显微镜直接计数法 原理:利用特定细菌计数板或血细胞计数板,在显微镜下计算一定容积 的样品中微生物的数量。 方法:用计数板计数。 缺点:不能区分死菌与活菌。 (2)间接计数法(活菌计数法) 原理:当样品的稀释度足够高时,培养基表面生长的一个菌落,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。,计算公式:每克样品中的菌株数=(CV)M,其中,C代表某一稀释度下 平板上生长的平均菌落数,V代表涂布平板时所用的稀释液的体积(mL), M代表稀释倍数。 操作:设置重复组,增强实验的说服力与准确性。同时为了保证结果准 确,一般选择菌落数在30300的平板进行计数。,典例2 根据分离以尿素为氮源的微生物实验,回答下列问题: (1)写出脲酶降解尿素的反应式: 。 (2)该实验分离细菌时用浓度为10-4和10-5土壤稀释液接种,更容易形成单菌 落的是 。 (3)A同学筛选出的菌落为150个,其他同学只筛选出50个,并且他在设计实 验时并没有设置对照。你认为A同学结果产生的原因可能有哪些? 。如何设计对照实验排 除可能影响实验结果的因素: 。 (4)涂布平板的所有操作怎样保证无菌? 。 (5)有脲酶的细菌在生态稳态上起什么作用? 。,解析 脲即尿素,是蛋白质降解的产物。有一些细菌含有脲酶可以分解 尿素,利用尿素作为其生长的氮源。本实验使用稀释涂布平板法分离以尿 素为氮源的微生物,用浓度为10-4和10-5土壤稀释液接种,更容易形成单菌落 的是10-5土壤稀释液。A同学结果产生的原因可能是土样不同,也可能是培 养基污染或操作失误,排除方案有二:一是由其他同学用与A同学一样的土 壤进行实验,如果与A同学一致,则证明无误,如果结果不同,则证明A同学存 在操作失误或培养基配制有问题;另一种方案是将A同学配制的培养基在 不加土样的情况下进行培养,作为空白对照,以证明培养基是否受到污染。 答案 (1)CO(NH2)2+H2O 2NH3+CO2 (2)10-5土壤稀释液 (3)可能是土样不同,也可能是培养基污染或操作失误 方案有二:一是由,其他同学用与A同学一样的土壤进行实验,如果与A同学一致,则证明无误, 如果结果不同,则证明A同学存在操作失误或培养基配制有问题;另一种方 案是将A同学配制的培养基在不加土样的情况下进行培养,作为空白对照, 以证明培养基是否受到污染 (4)应从操作的各个细节保证“无菌”,都应在火焰附近进行。例如,酒精灯 与培养皿的距离要合适、移液管头不要接触任何其他物质、移液管要在 酒精灯火焰周围等等 (5)如果土壤中有许多尿素,在自然界较高温度下会被水解,水解后的氨使土 壤变成酸性,氨与其他阴离子物质如S 、C 、N 等形成化合物,则会 使土壤板结。有脲酶的细菌使植物废弃物和动物尸体降解,并利用了所形 成的氨,有利于自然界中氮的循环,2-1 急性肠胃炎、手足口病分别是由细菌、病毒通过消化道进入人体导 致的。因此检验饮用水的细菌、病毒的含量是有效监控疾病发生的必要 措施。请回答下列与检验饮用水有关的问题: (1)检验大肠杆菌的含量时,通常将水样进行一系列的梯度稀释,然后将不同 稀释度的水样用涂布器分别涂布到琼脂固体培养基的表面进行培养,记录 菌落数量,这种方法称为 。如图所示的四种菌落分布图中,不可能由 该方法得到的是 。,(2)用该方法统计样本菌落数时是否需要对照组? 。为什么? 。 (3)有三种材料或用具需要消毒或灭菌:培养细菌用的培养基与培养皿; 玻棒、试管、烧瓶和吸管;实验操作者的双手。其中需要消毒的是 ,需要灭菌的是 。 (4)已知大肠杆菌能发酵乳糖并产酸产气,现提供足量的已灭菌的乳糖蛋白 胨培养液和具塞试管,应如何判断待检水样中是否含有大肠杆菌? 。 答案 (1)稀释涂布平板法 D (2)需要 因为需要判断培养基是否被杂菌污染(培养基灭菌是否合格) (3) (4)通过无菌操作向试管内注入一定量待测水样。再注入已灭菌的乳糖蛋,白胨培养液将试管充满,塞上塞子,混匀后置于37 恒温箱培养24 h。若试 管内有气泡生成,则说明水样中有大肠杆菌 解析 (1)平板划线法所得菌落集中呈线状,D的菌落分布情况可判断为 平板划线法接种。(2)为判断培养基灭菌是否合格,本实验需要对照组。(3) 消毒是指使用较温和的物理或化学方法杀死物体表面或内部的部分微生 物(不包括芽孢和孢子)。灭菌是指使用强烈的理化因素杀死物体内外所有 的微生物,包括芽孢和孢子。对人的手不能进行灭菌处理。(4)根据题目意 思大肠杆菌能发酵乳糖产生气体,对培养基进行接种观察有无气泡产生来 判断大肠杆菌的有无。,
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