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1、选修一 生物技术实践 专题一 传统发酵技术应用 专题二 微生物的培养与应用 知识排查 考点诠解 一、果酒与果醋制作的比较果酒制作果醋制作 发酵菌种酵母菌醋酸菌 反应式C6H12O66O26CO2 6H2O C6H12O62C2H5OH 2CO2 C6H12O62O2 2CH3COOH2CO2 2H2O C2H5OHO2CH3COOH H2O 对酸性环境耐酸性耐酸性 最适发酵温度1825 3035 发酵时间1012 d78 d 对氧的需求前期需氧,后期不需氧一直需氧 1.在果酒制作过程的前期通入空气或在发酵瓶(罐)中留有一 定的空间(大约1/3),可以给酵母菌提供氧气,使其进行有 氧呼吸,为酵母
2、菌的生长、增殖提供能量。酵母菌迅速增 殖,缩短发酵时间 。在产生酒精的阶段要求严格的厌氧 环境,此阶段如果有氧,则会抑制酒精发酵。 2果醋制作过程中要求始终通氧,因为醋酸菌是好氧细菌 ,缺氧时醋酸菌的生长、增殖都会受到影响。另外醋酸的 生成也会受到影响。 3制作中原料的消毒 (1)榨汁前葡萄的冲洗,应先冲洗再去枝梗,因为在去梗的同 时会使一些微生物侵入果实内部,给消毒带来一定的困难 。另外对于果酒的自然发酵,冲洗不要反复进行,因为其 他杂菌和酵母菌被洗去的机会是均等的,如果冲洗次数过 多,使酵母菌数量减少,使发酵周期加长,产生的酒精含 量下降。 (2)一般选用体积分数为70%的酒精,并不是酒精
3、的含量越高 效果越好,因为含量过高会使细菌周围形成一层菌膜,酒 精不易进入细菌体内;70%的酒精可以迅速进入细菌体内 ,使体内的蛋白质变 性,将细菌消灭。 特点提示:(1)果酒制作和果醋制作过程都需要微生物的参与 ,但二者所需要的条件不同,如对温度、氧的需求。 (2)不同菌体最适发酵温度不同,与酶的最适温度不同有关。 4用重铬酸钾来检测 酒精时的对照实验 根据对照实验 的原则,在单一变量的前提下,用重铬酸钾 检测发 酵液中生成酒精的方法。 对照组试 管中加入2 mL白酒,实验组试 管中分别加入2 mL 发酵前和发酵后的果汁,再分别加入物质的量浓度为3 mol/L的H2SO43滴,振荡混匀,最后
4、滴加常温下饱和的重 铬酸钾溶液3滴,振荡试 管,观察。 1泡菜的制作 按照清水与盐的质量比为41的比例配制盐水。将盐水煮沸 冷却。将经过预处 理的新鲜蔬菜混合均匀,装入泡菜坛 内,装至半坛时 ,放入蒜瓣、生姜及其他香辛料,继续 装 至八成满,再徐徐注入配制好的盐水,使盐水没过全部菜 料,盖好坛盖。在坛盖边沿的水槽中注满水,以保证坛 内乳酸菌发酵所需的无氧环境。在发酵过程中要注意经常 补充水槽中的水。发酵时间长 短受室内温度的影响。 2测定亚硝酸盐含量的操作中有关的几个问题 (1)实验 原理:亚硝酸盐遇到对氨基苯磺酸溶液和N1 萘基乙 二胺盐酸盐溶液时会呈现玫瑰红色。亚硝酸盐溶液的浓 度不同,呈
5、现的颜色深浅不一,溶液浓度高,颜色深些; 浓度低,颜色浅些。 (2)药品:质量浓度为4 mg/mL的对氨基苯磺酸溶液、质量 浓度为2 mg/mL的N1 萘基乙二胺盐酸盐溶液、质量浓度 为5 g/mL的 NaNO2溶液(再配制成不同浓度,作为标 准 显色液)、提取剂(酸性条件下的氯化镉和氯化钡溶液)、 Al(OH)3乳液、物质的量浓度为2.5 mol/L的 NaOH溶液。 (3)制备样 品处理液时,氢氧化铝乳液的作用是吸附样品滤 液中的杂质 ,使滤液变得无色透明,以便于观察颜色变 化。 特别提醒:泡菜腌制过程中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化 (1)发酵初期:以不产酸的大肠杆菌和酵母菌活动为主,同时
6、 ,还有一部分硝酸盐还原菌活动。该时期利用了氧气,产 生了厌氧环境,乳酸菌才开始活动。乳酸菌和乳酸的量都 比较少,而由于硝酸盐还原菌的活动,亚硝酸盐含量有所 增加。 (2)发酵中期:由于乳酸菌产生了大量乳酸,其他细菌活动受 到抑制,只有乳酸菌活动强烈。此期乳酸菌数量达到高峰 ,乳酸的量继续积累。由于硝酸盐还原菌活动受抑制,同 时形成的亚硝酸盐又被分解,因而亚硝酸盐含量下降。所 以亚硝酸盐在整个发酵过程中的含量变化趋势 如下图: (3)发酵后期:由于乳酸的积累,酸度继续 增长,乳酸菌活 动也受到抑制。乳酸菌数量下降,而硝酸盐还 原菌完全被 抑制。 三、微生物的营养及培养基的类型 1微生物的营养及
7、功能 微生物的化学组成与其他生物大体相同,也是由C、H、O、 N、P、S等元素组成的,其中C、H、O、N占细胞干重的 90%以上,这些元素最终来自外界环境中的各种无机化合 物和有机化合物。这些化合物归纳成碳源、氮源、生长因 子、水和无机盐这五大类营养要素。 营养 物质 定义作用主要来源 碳源凡能提供所需碳元 素的物质 构成生物体的细胞物质 和一些代谢产物, 有些是异养生物的能 源物质 无机化合物:CO2、 NaHCO3;有机化合物: 糖类、脂肪酸、花生粉 饼、石油等 氮源凡能提供所需氮元 素的物质 合成蛋白质、核酸以及 含氮的代谢产物 无机化合物:NH3、铵盐、 硝酸盐;有机化合物: 尿素、牛
8、肉膏、蛋白胨 等 生长 因子 生长必不可少的微 量有机物 酶和核酸的组成成分维生素、氨基酸、碱基等 水在生物体内含量很 高,在低等生物 体内含量更高 不仅是优良的溶剂而且 可维持生物大分子 结构的稳定 无机盐为微生物提供除碳 、氮以外的各种 重要元素,包括 大量元素 细胞内的组成成分,生 理调节物质某些化 能自养菌的能源,酶 的激活剂 (1)微生物最常利用的碳源是糖类,尤其是葡萄糖;最常利用 的氮源是铵盐 、硝酸盐。 (2)在微生物所需要的化合物中需要量最大的是碳源,新陈代 谢同化作用类型的划分可以利用的碳源类型为依据,能利 用无机碳源的为自养型,反之则为 异养型。 (3)对异养微生物来说,含
9、C、H、O、N的有机化合物既是碳 源又是氮源和能源。 (4)微生物之所以需要补充生长因子,往往是由于缺乏合成这 些物质所需要的酶或合成能力有限。一些天然物质如酵母 膏、蛋白胨、动植物组织 提取液等可为微生物提供生长 因子。 (5)自养型微生物和异养型微生物的营养比较 营养型碳源氮源生长因子举例 自养型微生物 CO2、 NaHCO3 NH3、铵盐 、 硝酸盐等 一般不需要硝化细菌 异养型微生物糖类、脂肪 酸等 铵盐 、硝酸盐 、蛋白质等 有些种类需 要 乳酸菌 2.培养基的类型比较 划分 标 准 培养基 种类 特点用途 化学 成分 天然培 养基 含化学成分不明确的天然物质工业生产 合成培 养基
10、培养基成分明确(用化学成分已 知的化学物质配成) 分类、鉴定 用途 选择 培 养基 培养基中加入某种化学物质, 以抑制不需要的微生物的生 长,促进所需要的微生物 的生长 培养、分离出特定微生物(如 培养酵母菌和霉菌,可在 培养基中加入青霉素;培 养金黄色葡萄球菌,可在 培养基中加入高浓度食盐 ) 鉴别 培 养基 根据微生物的代谢特点,在培 养基中加入某种指示剂或化 学药品 鉴别 不同种类的微生物,如 可用伊红美蓝培养基鉴 别饮 用水或乳制品中是否 有大肠杆菌(若有,菌落 呈深紫色,并带有金属光 泽) 注意:病毒为非细胞结构生物体,专营活细胞寄生,目前不 能利用人工培养基来培养,需接种在动植物组
11、织中才能增 殖。常用于培养病毒的是活鸡胚。 四、微生物培养中几种实验操作技术 1无菌技术 (1)消毒和灭菌的区别: 条件结果常用的方法 消毒 较为温和 的物理 或化学 方法 仅杀死物体表面 或内部一部分 对人体有害的 微生物(不包括 芽孢和孢子) 煮沸消毒法(如100 煮沸56 min可杀 死微生物的营养细 胞和一部分芽孢)、 巴氏消毒法、化学 药剂消毒法 灭菌 强烈的理 化因素 杀死物体内处所 有微生物,包括 芽孢和孢子 灼烧灭菌、干热灭菌 、高压蒸汽灭菌 (2)几种常用灭菌和消毒方法的比较: 灭菌和消毒 种类 主要方法应用范围 灼烧灭 菌酒精灯火焰灼烧微生物接种工具如接种环、接种 针或其他
12、金属用具等,接种过 程中试管口或瓶口等 干热灭 菌干热灭 菌箱160170 加热12 h 玻璃器皿(如吸管、培养皿等)、金 属用具等凡不适宜用其他方法 灭菌而又能耐高温的物品 高压蒸汽灭 菌 100 kPa、121 维持 1530 min 培养基及多种器材、物品 灭菌和消毒 种类 主要方法应用范围 巴氏消毒法7075 煮30 min或80 煮 15 min 牛奶、啤酒、果酒和酱油等不 宜进行高温灭菌的液体 间歇灭菌法100 下蒸煮 3060 min连 续重复3 d,每天1次 含有葡萄糖或氨基酸等不耐高 温药品的培养基等 蒸汽持续灭 菌法 100 持续加热1530 min 微生物制品的土法生产或
13、食用 菌菌种制备 紫外线消毒30W紫外灯照射30 min接种室空气 化学药物消 毒 用体积分数为70%75%的乙 醇、碘酒涂抹,来苏尔喷 洒等 用于皮肤、伤口、动植物组织 表面消毒、空气、手术器械 、塑料或玻璃器皿等 特别提醒:(1)酒精消毒时,体积分数为70%的酒精杀菌效果 最好,原因是浓度过高,使菌体表面蛋白质凝固成一层保 护膜,乙醇分子不能渗入其中;浓度过低,杀菌能力减弱 。 (2)消毒时一般不能杀死微生物的芽孢的原因是:芽孢是细胞 内形成的一个圆柱形或椭球形、厚壁、含水量极低、抗逆 性极强的休眠体,它抗热、抗化学药物、抗静水压能力极 强,一般细菌的营养细胞不能经受70 以上高温,但芽孢
14、 有惊人的耐高温能力。 2倒平板 (1)培养基灭菌后,需冷却至50 左右时才能倒平板。 (2)左手拿培养皿,右手拿锥形瓶,左手拇指和食指将培养皿 打开一条稍大于瓶口的缝隙,不要完全打开。 (3)整个操作在酒精灯火焰旁进行,避免杂菌污染。 (4)平板冷凝后要倒置的原因:防止皿盖上的冷凝水落入培养 基,造成污染。 (5)若倒平板时,培养基溅在皿盖和皿底之间的部位,这个 平板应丢 弃。 3平板画线操作 (1)第一次画线及每次画线之前都需灼烧接种环进 行灭菌 ,画线操作结束仍需灼烧接种环,每次灼烧目的如下表: 第一次灼烧每次画线之前灼烧画线结 束后灼 烧 目 的 避免接种环上 可能存在的 微生物污染
15、培养物 杀死上次画线结 束 后接种环上残留 的菌种,使每次 画线的菌种来自 上次画线末端 杀死接种环上 残留的菌种 ,避免细菌 污染环境和 感染操作者 (2)灼烧接种环之后,要冷却后才能伸入菌液,以免温度太高 杀死菌种。 (3)画线时 最后一区域不要与第一区域相连。 (4)画线用力要大小适当,防止用力过大将培养基画破。 4稀释涂布平板 (1)稀释操作时:每支试管及其中的9 mL水、移液管均需灭 菌;操作时,试管口和移液管应在离火焰12 cm处。 (2)涂布平板时: 涂布器用70%酒精消毒,取出时,多余酒精在烧杯中滴尽 ,然后将沾有少量酒精的涂布器在酒精灯火焰上引燃。 不要将过热 的涂布器放在盛
16、放酒精的烧杯中,以免引燃其 中的酒精。 酒精灯与培养皿距离要合适,移液管头不要接触任何物体 。 热点突破 题型一 果酒、果醋制作原理及过程 典例1 低度的果酒、果醋具有一定的保健养生功能。下图是 两位同学制果酒和果醋时使用的装置。同学甲用A(带盖的 瓶子)装置制葡萄酒,在瓶中加入适量葡萄汁,发酵温度控 制在1825 ,每隔12 h左右将瓶盖拧松一次(注意不是 打开瓶盖),之后再将瓶盖拧紧。当发酵产生酒精后,再将 瓶盖打开,盖上一层纱布,温度控制在3035 ,进行果 醋的发酵。同学乙用B装置,温度控制与甲相同,不同的 是制果酒阶段除充气口用夹子夹紧外,排气的橡胶管也用 夹子夹住,并且每隔12 h左右松一松夹子放出多余的气体 。制果醋阶段适时向充气口充气。经过20 d左右,两位同 学先后完成了自己的发酵制