資源簡介

第十四單元 發酵工程
1. 發酵：
利用微生物，在適宜的條件下，將原料通過微生物的代謝轉化為人類所需要的產物的過程。
2. 腐乳制作的原理
菌種 青霉、毛霉、曲霉、酵母等，主要是毛霉
代謝類型 異養需氧型
繁殖方式 孢子生殖
前期發酵 主要是毛霉等微生物生長。需要滿足微生物生長所需要的適宜的溫度、充足的氧氣、一定的濕度
后期發酵 是微生物生長產生的酶發揮作用的過程。需要抑制微生物的生長，主要是控制高鹽、無氧等條件，同時加入酒和香辛料
3. 腐乳的制作流程
讓豆腐上長出毛霉→加鹽腌制→加鹵湯裝瓶→密封腌制。
4.泡菜制作的原理
（1）菌種：乳酸菌。
分布：廣泛分布在空氣、土壤、植物體表、人或動物的腸道等處。
代謝類型：異養厭氧型。
常見種類：乳酸鏈球菌和乳酸桿菌。其中乳酸桿菌常用于生產酸奶。
（2）發酵原理：乳酸菌在無氧條件下，將葡萄糖分解為乳酸。
5.泡菜制作的實驗設計
（1）制作流程
（2）準備材料
選擇泡菜壇：選用火候好、無裂紋、無砂眼、壇沿深、蓋子吻合好的泡菜壇。
選擇原料：質地鮮嫩，肉豐富，無蟲咬，無爛痕，無斑點。
（3）制作過程
原料處理：將鮮菜修整、清洗、陽光下晾曬到菜表皮萎蔫時收起，切成條狀或片狀。
配制鹽水：按照清水與鹽的質量比為4∶1的比例配制鹽水，并將鹽水煮沸冷卻。
裝壇：將經過預處理的新鮮蔬菜混合均勻，裝入泡菜壇中，裝至半壇時放入香辛料，繼續裝到八成滿，再徐徐注入配制好的鹽水，使鹽水沒過全部菜料，蓋好壇蓋。
封壇發酵：向壇蓋邊沿的水槽中注滿水，以保證壇內乳酸菌發酵所需的無氧環境。要注意經常補充水槽中的水。
成品：將封好的壇子，放在室溫環境中約15天，便可制成清脆爽口的泡菜。
（4）腌制條件：在腌制過程中，要控制腌制的時間、溫度和食鹽的用量。溫度過高、食鹽用量過低、腌制時間過短，容易造成細菌大量繁殖，亞硝酸鹽含量增加。
6.果酒的制作原理
菌種：酵母菌。
代謝類型：兼性厭氧型。
最適生長溫度：20℃左右。
7.果酒發酵原理：
在有氧條件下，進行有氧呼吸，大量繁殖。反應式：C6H12O6＋6O2→6CO2＋6H2O。
在無氧條件下，進行酒精發酵，產生酒精。反應式：C6H12O6→2C2H5OH＋2CO2。
（3）菌種來源：自然發酵過程中，來源于附著在葡萄皮上的野生型酵母菌。
（4）果醋的制作原理
菌種：醋酸菌。
代謝類型：需氧型。
最適生長溫度：30～35℃。
（5）果醋發酵原理：
當氧氣、糖源都充足時，醋酸菌將葡萄汁中的糖分解成醋酸。
當缺少糖源時，醋酸菌將乙醇變為乙醛，再將乙醛變為醋酸。反應簡式：C2H5OH＋O2―→CH3COOH＋H2O。
8.果醋和果酒的制作流程
（1）實驗流程
（2）實驗裝置
充氣口：在醋酸發酵時連接充氣泵進行充氣；
排氣口：排出酒精發酵時產生的CO2；
出料口：用來取樣。
（3）發酵條件
果酒制作 果醋制作
溫度 18～25℃ 30～35℃
時間 10～12d 7～8d
通氣 先通氣后密封，或預留約1/3的空間 始終通氣
（4）操作要求
器具的清洗、消毒：榨汁機要洗凈晾干，發酵瓶要清洗干凈并用體積分數為70%的酒精消毒。
材料的選擇和處理：選擇新鮮的葡萄，先用清水沖洗1～2遍除去污物后，再去枝梗。
榨汁裝瓶：將沖洗干凈并除枝梗的葡萄放入榨汁機榨取葡萄汁，然后將葡萄汁裝入發酵瓶，要留大約1/3的空間，并封閉充氣口。
發酵：
①制葡萄酒的過程中，將溫度嚴格控制在18～25℃，時間控制在10～12d，每天定時排出發酵產生的CO2，10d后開始從出料口抽樣，監測酒精濃度或菌體數量。
②制葡萄醋的過程中，用充氣泵不斷從充氣口泵入空氣，溫度嚴格控制在30～35℃，發酵7～8d，即可制成果醋。
酒精檢測
①檢測試劑：重鉻酸鉀。
②檢測條件：酸性條件。
③實驗現象：呈現灰綠色。
9.培養基的配制
（1）培養基的概念：人們按照微生物對營養物質的不同需求，配制出供其生長繁殖的營養基質——培養基，用以培養、分離、鑒定、保存微生物或積累其代謝物。
（2）培養基的分類：按照物理性質不同分為兩類。
液體培養基：呈液體狀態的培養基，不加入凝固劑（如瓊脂）。
固體培養基：呈固體狀態的培養基，加入凝固劑（如瓊脂）。
（3）營養組成：各種培養基一般都含有水、碳源、氮源和無機鹽，此外還需要滿足微生物生長對pH、特殊營養物質以及O2的需求。
（4）培養基特殊需求：
培養乳酸桿菌時，在培養基中添加維生素。
培養霉菌時，將培養基調至酸性。
培養細菌時，將培養基調至中性或弱堿性。
培養厭氧微生物時，需要提供無氧的條件。
10.無菌技術
關鍵：防止雜菌污染。
目的：
（1）可防止實驗室的培養物被其他微生物污染。
（2）有效避免操作者自身被微生物感染。
無菌技術的選擇原則：
（1）考慮效果：滅菌的效果比消毒要好。
（2）考慮操作對象的承受能力：活體生物材料、操作者的手等只能采用消毒的方法，而不能采用滅菌的方法。
11.消毒與滅菌：
（1）概念：
消毒：使用較為溫和的物理、化學或生物等方法僅殺死物體表面或內部的部分微生物（不包括芽孢和孢子）。
滅菌：使用強烈的理化方法殺死物體內外所有的微生物（包括芽孢和孢子）。
（2）類型
消毒 滅菌
常用方法 煮沸消毒法、巴氏消毒法、化學藥劑消毒法、紫外線消毒法 灼燒滅菌、干熱滅菌、高壓蒸汽滅菌
適用對象 操作空間、操作者雙手等 接種環、接種針、玻璃器皿、培養基等
12.微生物的純培養
概念：由單一個體繁殖所獲得的微生物群體稱為純培養物，獲得純培養物的過程就是純培養。
酵母菌的純培養：
（1）純培養的原理：設法在培養基上得到由單個微生物繁殖形成的純培養物（單菌落）。
（2）純培養方法：平板劃線法和稀釋涂布平板法。
（3）純培養過程
配制培養基：
滅菌：培養基轉移至錐形瓶，加棉塞，包上牛皮紙，如圖所示，然后放入高壓蒸汽滅菌鍋中滅菌，培養皿包扎后放入干熱滅菌箱內滅菌。
倒平板：待培養基冷卻到50 ℃左右時，在酒精燈火焰附近進行。具體操作過程：
（4）平板劃線法接種和分離酵母菌
平板劃線法：通過接種環在固體培養基表面連續劃線操作，將聚集的菌種逐步稀釋分散到培養基表面。
平板劃線法結果：平板劃線示意圖（A）及培養后菌落分布示意圖（B）如下圖所示。
幾次灼燒的目的：
灼燒時期 目的
第一次操作（取菌種前） 殺死接種環上原有的微生物，避免污染培養物
每次劃線之前 殺死上次劃線后接種環上殘留的菌種，使下次劃線的菌種直接來源于上次劃線的末端，使每次劃線菌種數目減少
劃線結束 殺死接種環上殘存的菌種，避免微生物污染環境和感染操作者
（5）培養酵母菌：接種和未接種的平板在溫度適宜的恒溫箱中培養。
13.選擇培養基
實驗室中微生物篩選的原理：人為提供有利于目的菌生長的條件（包括營養、溫度、pH等），同時抑制或阻止其他微生物的生長。
選擇培養基概念：在微生物學中，允許特定種類的微生物生長，同時抑制或阻止其他種類微生物生長的培養基。
選擇培養基配方的設計：
（1）原理：分解尿素的細菌合成的脲酶將尿素分解產生NH3。
（2）培養基配方設計：以尿素為唯一氮源的選擇培養基。
14.微生物的選擇培養：對樣品進行充分稀釋，然后將菌液涂布到制備好的選擇培養基上。
15.稀釋涂布平板法的操作過程：
（1）系列梯度稀釋操作：
（2）涂布平板操作。
取菌液：取0.1mL菌液，添加到培養基表面。
涂布器滅菌：取出浸在酒精中的涂布器，放在火焰上燃燒，酒精燃盡后，冷卻涂布器。
涂布過程：用涂布器將菌液均勻地涂布在培養基表面，涂布時可轉動培養皿，使菌液分布均勻。
培養：待涂布的菌液被培養基吸收后，將平板倒置，放入恒溫培養箱中培養，觀察。
16.微生物的數量測定
稀釋涂布平板法
（1）統計依據。
當樣品的稀釋度足夠高時，培養基表面生長的一個菌落，來源于樣品稀釋液中的一個活菌。通過統計平板上的菌落數，就能推測出樣品中大約含有多少活菌。
（2）操作。
一般選擇菌落數為30～300的平板進行計數。
選用一定稀釋范圍的樣品液進行培養，在同一稀釋度下，應至少對3個平板進行重復計數，然后求平均值。
（3）注意問題：統計的菌落數往往比活菌的實際數目少。這是因為當兩個或多個細胞連在一起時，平板上觀察到的只是一個菌落。
顯微鏡直接計數
（1）原理：此法利用特定的細菌計數板或血細胞計數板，在顯微鏡下計算一定體積的樣品中微生物的數量。
（2）方法：顯微鏡下觀察，細菌計數板或血細胞計數板計數。
（3）計算公式：
每毫升原液所含細菌數=每小格平均細菌數×400×10000×稀釋倍數
（4）缺點：統計的結果一般是活細菌和死細菌的總和，計算結果比實際值偏大。
17.土壤中分解尿素的細菌的分離與計數
（1）實驗流程示意圖：
（2）實驗操作過程：
流程 具體操作 操作提示
土壤取樣 先鏟去表層土，取距地表 3～8 cm的土壤層，將樣品裝入紙袋中 ①適宜在富含有機質，酸堿度接近中性的潮濕土壤中取樣②取樣用的鐵鏟和取樣的紙袋使用前都需要滅菌
制備培養基 分別配制牛肉膏蛋白胨培養基和以尿素為唯一氮源的選擇培養基 牛肉膏蛋白胨培養基作為對照組，用來判斷選擇培養基是否具有選擇的作用
樣品的稀釋和涂布 ①火焰旁稱取土壤樣本②將稀釋倍數為103～107的稀釋液涂布平板。每個稀釋度至少涂布三個平板作為重復組 ①注意無菌操作 ②對所用的平板、試管做好標記③初次實驗對于稀釋的范圍沒有把握，可選擇一個較為寬泛范圍103～107倍的稀釋液
培養、觀察和計數 ①將涂布好的平板和空白平板放在適宜溫度下的培養箱中倒置培養②每隔24 h統計一次菌落數目，比較牛肉膏蛋白胨培養基和選擇培養基中菌落的數量、形態等，并做好記錄③當菌落數目穩定時，選取菌落數在30～300 的平板進行計數 ①空白平板作為對照，檢測培養基制備是否合格②觀察時還要記錄不同菌落的形狀、大小、顏色等③在同一稀釋度下，至少對3個平板進行計數，然后求出平均值，并根據平板所對應的稀釋度計算出樣品中活菌的數目
18.發酵工程：利用微生物的特定功能，通過現代工程技術，規模化生產對人類有用的產品。
19.發酵工程與傳統發酵技術相比的特點
主要以可再生資源為原料；反應條件溫和；環境污染較少；能生產目前不能生產或通過化學方法生產困難的性能優異的產品；投資較少。
20.發酵工程的基本環節
（1）菌種的選育（誘變育種、基因工程和細胞工程）
（2）擴大培養
（3）培養基的配制
（4）培養基和設備的滅菌
（5）接種（注意防止雜菌的污染，發酵罐冷卻后才可加入）
（6）發酵罐內發酵——中心環節
需嚴格控制溫度、pH、溶氧、通氣量與轉速等發酵條件。
（7）產品的分離和提純
菌體可采用過濾、沉淀等方法分離。
代謝產物可采用蒸餾、萃取、離子交換等方法提取。
21.發酵工程中菌種的選擇
如果生產的是微生物直接合成的產物：可以從自然界中先分離出相應的菌種，再用物理或化學的方法使菌種產生突變，從突變個體中篩選出符合生產要求的優良菌種。
如果生產的是一般微生物不能合成的產品：可用基因工程、細胞工程的方法

展開更多......

收起↑