1、第一章发酵工程第 1 节传统发酵技术的应用一、发酵与传统发酵技术1发酵：指人们利用微生物，在适宜的条件下，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。2传统发酵技术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存下来的面团、 卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术一般称为传统发酵技术。二、腐乳、泡菜、果酒和果醋的制作原理1腐乳的制作(1)菌种：酵母、曲霉、毛霉等，起主要作用的是毛霉。(2)发酵原理：豆腐中的蛋白质经毛霉等微生物发酵分解成小分子的肽和氨基酸；豆腐中的脂肪经毛霉等微生物发酵分解成甘油和脂肪酸。2泡菜的制作(1)菌种：乳酸菌。分布：广泛分布在空气、土壤、植物体
2、表、人或动物的肠道内等代谢类型：异养厌氧型常见种类：乳酸链球菌和乳酸杆菌利用：可用于乳制品的发酵、泡菜的腌制等(2)发酵原理：乳酸菌在无氧的情况下，将葡萄糖分解成乳酸。反应式：C6H12O6酶2C3H6O3(乳酸)能量。（3）注意事项:配制盐水后，要将盐水煮沸后冷却待用，煮沸和冷却的目的分别是什么？提示：煮沸有两大作用，一是除去水中的氧气，二是杀灭盐水中的细菌；冷却的目的是防止高温杀死菜料表面的乳酸菌。制作泡菜时，往往要向泡菜坛中加入一些“陈泡菜水”，加入“陈泡菜水”的作用是什么？提示：提供乳酸菌菌种，使其在短时间内形成菌种优势。在泡菜制作的发酵过程中，为什么要经常向泡菜坛的水槽中补充水？提示
3、：为了保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境。3果酒的制作(1)菌种：酵母菌。分布：含糖量较高的水果、蔬菜表面等代谢类型：异养兼性厌氧型最适生长温度：约为 28 酿酒酵母利用：可用于酿酒、制作馒头和面包等(2)发酵原理：酵母菌在无氧条件下，进行酒精发酵，产生酒精。反应式：C6H12O6酶2C2H5OH(酒精)2CO2能量。4果醋的制作(1)菌种：醋酸菌。代谢类型：异养需氧型最适生长温度：3035 利用：可用于制作各种风味的醋(2)发酵原理当 O2、糖源都充足时，醋酸菌能将糖分解成醋酸。反应式：C6H12O62O2酶2CH3COOH(醋酸)2H2O2CO2能量。当缺少糖源时，醋酸菌则将乙醇转化为乙醛，
4、再将乙醛变为醋酸。反应式：C2H5OHO2酶CH3COOH(醋酸)H2O能量。5、下图为某同学设计的果酒和果醋的发酵装置图，据图回答下列问题：(1)图 1 所示发酵过程中，每隔一段时间(12 h 左右)拧松瓶盖一次，目的是什么？提示：排出发酵过程中产生的 CO2，防止瓶内气压过高引起爆裂。(2)在图 2 装置中，充气口、排气口和出料口的作用分别是什么？提示：充气口的作用是在醋酸发酵时补充氧气，排气口的作用是排出 CO2或残余气体，出料口便于取样检测和放出发酵液。(3)图 2 中与排气管相连的胶管需长而弯曲，其目的是什么？提示：胶管长而弯曲，其目的是防止空气中杂菌的污染。(4)进行醋酸发酵和酒精
5、发酵时，对图 2 装置哪一处操作有差异？请具体指明。提示：使用该装置制作果酒时，应该关闭充气口；制作果醋时，应将充气口连接气泵，输入氧气(无菌空气)。(5)将葡萄汁装入发酵瓶时，为什么要留有大约 1/3 的空间？提示：留有 1/3 的空间既可为酵母菌提供氧气，使其进行有氧呼吸大量繁殖，又可防止发酵液溢出。第 2 节微生物的培养技术及应用一、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种类(按物理性质分)液体培养基加入凝固剂，常用琼脂固体培养基3营养构成：各种培养基一般都含有水、碳源、氮源和无机盐，此外还要满足微生物生长对 pH、特殊营养物质以及 O2的需求
6、。二、无菌技术获得纯净的微生物培养物的关键是防止杂菌污染。1、无菌技术主要包括消毒和灭菌。二者的区别如下：消毒灭菌概念使用较为温和的物理、 化学或生物等方法杀死物体表面或内部一部分微生物使用强烈的理化方法杀死物体内外所有的微生物，包括芽孢和孢子适用对象操作空间、操作者的衣着和手等微生物培养的器皿、 接种用具和培养基等常用方法煮沸消毒法、 巴氏消毒法、 化学药物消毒法和紫外线消毒法湿热灭菌(其中高压蒸汽灭菌的效果最好)、干热灭菌、灼烧灭菌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，如涂布器、接种环、接种针或其他金属用具，以及接种过程中的试管
7、口或瓶口等干热灭菌干热灭菌箱 160170 加热23 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湿热灭菌高压蒸汽灭菌锅内 100 kPa、121 维持 1530 min培养基及多种器材、物品煮沸消毒法100 煮沸 56 min家庭餐具等生活用品的消毒巴氏消毒法6265 消毒 30 min 或 8090 处理 30 s1 min牛奶、啤酒、果酒和酱油等不宜进行高温灭菌的液体紫外线消毒30 W 紫外灯照射 30 min接种室、接种箱、超净工作台化学药物消毒用体积分数为 70%75%的酒精、碘酒涂抹，来苏尔喷洒等用于皮肤、伤口、动植物组织表面的消毒和空气、手
8、术器械、塑料或玻璃器皿等的消毒三、微生物的纯培养1相关概念(1)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群体称为培养物。(2)纯培养物：由单一个体繁殖所获得的微生物群体称为纯培养物。(3)纯培养：获得纯培养物的过程就是纯培养。2酵母菌的纯培养3、细节知识点（1）如果要调节培养基的 pH，应该在哪一步操作之前进行？提示：调节培养基的 pH 应该在配制培养基之后，灭菌之前进行。(2)倒平板时为什么需要使锥形瓶的瓶口通过火焰？提示：通过灼烧灭菌，防止瓶口的微生物污染培养基。(3)平板冷凝后，为什么要将平板倒置？提示：可以防止冷凝形成的水滴污染培养基，冲散菌落。(4
9、)为什么在操作的第一步以及每次划线之前都要灼烧接种环？在划线操作结束时，仍然需要灼烧接种环吗？为什么？提示： 操作的第一步灼烧接种环是为了避免接种环上可能存在的微生物污染培养物； 每次划线前灼烧接种环是为了杀死上次划线结束后，接种环上残留的菌种，使下一次划线时，接种环上的菌种直接来源于上次划线的末端， 从而通过划线次数的增加， 使每次划线时菌种的数目逐渐减少，以便得到单个菌落。划线结束后灼烧接种环，能及时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。(5)在灼烧接种环之后，为什么要等其冷却后再进行划线？提示：以免接种环温度太高，杀死菌种。(6)在第二次以及其后的划线操作时，为什么总是从
10、上一次划线的末端开始划线？提示： 划线后， 线条末端细菌的数目比线条起始处要少， 每次从上一次划线的末端开始，能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐步减少，最终能得到由单个细菌繁殖而来的菌落。(7)接种结束后，为什么要将一个未接种的培养基和一个已接种的培养基放在一起培养，未接种的培养基表面如果有菌落生长，说明了什么？提示：培养未接种培养基的作用是对照，未接种的培养基在恒温箱中保温 12 d 后无菌落生长，说明培养基的制备是成功的。若有菌落形成，说明培养基灭菌不彻底，或培养基被污染了，需要重新制备。四、选择培养基1微生物筛选的原理：人为提供有利于目的菌生长的条件(包括营养、温度、pH 等)，同时抑
11、制或阻止其他微生物的生长。2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。五、微生物的选择培养土壤取样梯度稀释涂布平板培养观察六、微生物的数量测定1稀释涂布平板法(1)原理：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。(2)注意事项一般选择菌落数为 30300 的平板进行计数。通常选用一定稀释范围的样品液进行培养，以保证获得菌落数为 30300、适于计数的平板。在同一稀释度下，应至少对3个平板进行重复计数，然后求出平均值。统计的菌落数往往比活菌的实际
12、数目少。 这是因为当两个或多个细胞连在一起时， 平板上观察到的只是一个菌落。因此，统计结果一般用菌落数而不是用活菌数来表示。2测定微生物数量的另一种常用方法：显微镜直接计数法。七、土壤中分解尿素的细菌的分离与计数1原理绝大多数微生物都能利用葡萄糖， 但是只有能合成脲酶的微生物才能分解尿素。 利用以尿素作为唯一氮源的选择培养基，可以从土壤中分离出分解尿素的细菌。2实验设计(1)土壤取样：铲去表层土，在距地表 38 cm 的土壤层取样。(2)样品的稀释：测定土壤中细菌的数量，一般选用 1104、1105和 1106倍稀释的稀释液进行平板培养。(3)微生物的培养与观察：细菌一般在 3037 的温度下
13、培养 12 d。每隔 24 h 统计一次菌落数目，选取菌落数目稳定时的记录作为结果。第 3 节发酵工程及其应用一、发酵工程的概念发酵工程是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。二、发酵工程的基本环节三、发酵工程的应用1在食品工业上的应用(1)生产传统的发酵产品，如酱油和各种酒类。(2)生产各种各样的食品添加剂，如柠檬酸和谷氨酸等。(3)生产酶制剂，如淀粉酶、淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。2在医药工业上的应用生产抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等。3在农牧业上的应用(1)生产微生物肥料，如根瘤菌肥、固氮菌肥等。(2)生产微生物农药，如苏云金杆菌、白僵菌、井冈霉素等。(3)生产微生物饲料，如单细胞蛋白。4在其他方面的应用(1)利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。(2)嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂，嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。
