第1章發(fā)酵工程

第1節(jié)傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用

1.P4從社會中來：“葡萄美酒夜光杯，欲飲琵琶馬，上催。醉臥沙場君莫笑，古來征戰(zhàn)幾人回?！保ㄌ?王翰）

詩中捉及的葡萄酒是人類利用微生物發(fā)酵制作而來的。通過微生物的發(fā)酵作用還可以制作葡萄醋。葡萄酒

和葡萄醋都是以葡萄為原料發(fā)酵而來的飲品，為什么一個是醇厚濃郁、耐人尋味的酒，一個卻是酸味柔和、

口感綿長的醋呢?它們的制作方法有什么不同?你想不想自己動手制作葡萄酒和葡萄醋呢？

2.P6探究?實踐：制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品

結(jié)果分析與評價

（1）用水密封泡菜壇的目的是什么?這說明泡菜制作需要什么條件？

（2）為什么菜料只能裝八成滿？

（3）你腌制的泡菜成功嗎?色澤如何？口味如何？

3.P7探究?實踐：制作果酒和果醋

結(jié)果分析與評價

（1）在制作果酒和果醋的過程中，發(fā)酵液分別有哪些變化?其中最明顯的變化發(fā)生在發(fā)酵后多少天?引起變

化的原因是什么？

（2）在制作果酒的過程中，除酵母菌之外，是否還有其他微生物生長?它們會對果酒發(fā)酵產(chǎn)生影響嗎?如果

有，如何避免這種影響?

(3)在制作果醋的過程中，酵母菌是否還會繼續(xù)發(fā)酵?醋酸菌從何而來?采用什么措施可以加快果醋的制作?

(4)你制作的果酒和果醋的口味如何?如果你對結(jié)果不滿意，應(yīng)該如何改進?

4.P8到社會中去：查閱關(guān)于果酒和果醋工業(yè)化生產(chǎn)的工藝流程，比較自己制作果酒和果醋的方法與這些流

程有哪些異同。在此基礎(chǔ)上，請思考:當(dāng)把少量制作轉(zhuǎn)化為大規(guī)模生產(chǎn)時，需要解決哪些實際問題?你能從中

體會到技術(shù)與工程的區(qū)別和聯(lián)系嗎？

S.P8練習(xí)與應(yīng)用

一、概念檢測

1.油炸臭豆腐是我國一些地方的風(fēng)味小吃。制作時需要將豆腐浸人含有乳酸菌、芽胞桿菌等微生物的鹵汁中

發(fā)酵。判斷下列相關(guān)表述是否正確。

(1)鹵汁中的乳酸菌和芽抱桿菌不存在競爭關(guān)系。()

(2)乳酸菌發(fā)酵產(chǎn)生了乳酸和CO2。()

(3)微生物發(fā)酵產(chǎn)生了不同的代謝物使得該臭豆腐具有特殊的味道。()

2.傳統(tǒng)發(fā)酵食品的制作需要各種各樣的微生物。下列相關(guān)敘述錯誤的是()

A.腌制泡菜利用了乳酸菌的乳酸發(fā)酵B.制作腐乳利用了毛霉等產(chǎn)生的蛋白酶

C.制作果酒利用了酵母菌在無氧條件下產(chǎn)生酒精D.制作果醋利用了醋酸菌在無氧條件下產(chǎn)生醋酸

二、拓展應(yīng)用

(

W

1.請舉例說說你身邊的傳統(tǒng)發(fā)酵食品有哪些，它們的制作原理是什么？有機會的話，你/24

320W

二

128

也可以嘗試做一做。依

4

瑞

富O

2.某同學(xué)在制作泡菜前，查閱資料得知，可以向泡菜壇中加入一些“陳泡菜水”;在用質(zhì)量百分

比為5%的食鹽水制作泡菜時，他在不同時間測定了泡菜中亞硝酸鹽的含量，結(jié)果見右欄曲

線圖。請你幫他分析相關(guān)問題。

(1)據(jù)圖分析，從亞硝酸鹽的含量來看，你認(rèn)為該泡菜在什么時間食用比較合適?為什么？

c同學(xué)設(shè)H?的發(fā)酹裝置示意圖

(2)他第一次制作出的泡菜“咸而不酸”，造成這個結(jié)果最可能的原因是什么?

(3)加入“陳泡菜水”的目的是什么？

3.有3位同學(xué)分別采用了3種不同的發(fā)酵裝置來制作果醋。A同學(xué)用的是帶蓋的塑料瓶;B同學(xué)用了沒有蓋

的塑料瓶，在發(fā)酵過程中無蓋的瓶口一直由捆綁在瓶口的8層紗布覆蓋;C同學(xué)示的發(fā)酵裝置。結(jié)合果醋的

制作原理，你認(rèn)為哪-種發(fā)酵

裝置更適合制作果出料口-醋?你還能繼續(xù)改進這種裝置嗎？

第2節(jié)微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用

1.P9從社會中來：在經(jīng)過殺菌處理的牛奶中添加某些對人體有益的細(xì)菌，再經(jīng)過發(fā)酵就可以制成酸奶。由于

制作工藝并不復(fù)雜，一些人會在家里自制酸奶。自制酸奶雖然方便，但是食用自制酸奶導(dǎo)致食物中毒的事

例屢見不鮮，主要原因是在制作過程中有雜菌混入。那么，怎樣才能保證無處不在的雜菌不混入發(fā)酵物中

呢？

2.Pio旁欄思考題：為什么培養(yǎng)基需要有氮源？

3.Pio旁欄思考題：無菌技術(shù)除用來防止實驗室的培養(yǎng)物被其他外來微生物污染外，還有什么作用？

4.P13探究?實踐：酵母菌的純培養(yǎng)

（1）在未接種的培養(yǎng)基表面是否有菌落生長?如果有，說明了什么？

5.P13思維訓(xùn)練：評估論點的可信度

有一段時間，水果“酵素”風(fēng)靡各地。水果“酵素”制作的大致過程是:將洗凈、切成塊狀的水果放入潔凈的容

器，再加入糖和水，密封，置于陰涼處發(fā)酵兩周。

有人說，吃水果“酵素”可以美容.減肥、促進消化和提高免疫力。請評估這一論點是否可信。追問以下問題

可以幫助你分析。酵素''是什么?水果“酵素”的制作原理是什么?水果"酵索”中可能含有哪些成分?它有沒有無

法從其他食品中獲取但又是維護人體健康所必需的成分?水果“酵索”中的所有成分都有益于人體健康嗎？

如果要更加有力地支持或反駁水果“酵素”有益健康的論點，應(yīng)該怎樣獲取證據(jù)？

6..P14練習(xí)與應(yīng)用

一、概念檢測

1.微生物的純培養(yǎng)既需要適宜的培養(yǎng)基，又要防止雜菌污染。判斷下列相關(guān)表述是否正確。

（1）培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)濃度越高，對微生物的生長越有利。（）

(2)消毒和滅菌的殺菌程度存在差異。()

(3)微生物的純培養(yǎng)物就是不含有代謝廢物的微生物培養(yǎng)物。()

2.日常生活中保存食品的方法有哪些?這些方法是如何阻止或抑制微生物生長的?L(P14)

二、拓展應(yīng)用

1.某同學(xué)將5個手指尖在貼有“洗手前”標(biāo)簽的培養(yǎng)基上輕輕按一下。然后用肥皂將該手洗干凈，再將5個指

尖在貼有“洗手后”標(biāo)簽的同種培養(yǎng)基上輕輕按一下。將這兩個培養(yǎng)皿放入37c恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24h后,

發(fā)現(xiàn)貼有“洗手后”標(biāo)簽的培養(yǎng)皿中菌落較少。請分析回答下列問題。

(1)這個實驗中需要進行滅菌處理的材料用具有=

(2)“將指尖在培養(yǎng)基上輕輕按一下”相當(dāng)于微生物培養(yǎng)中的哪一步操作？

(3)從實驗結(jié)果來看，洗手后我們就能進行無菌操作了嗎?操作時，我們可以采用什么方法？

2.某生物興趣小組將從葡萄皮上成功分離來的野生酵母菌分別接種于3個盛有等量同種液體培養(yǎng)基的錐形

瓶中，并放置在搖床上培養(yǎng)，搖床轉(zhuǎn)速分別為210r/min.230r/min和250r/min。培養(yǎng)

Q?2S0r/mtn

——230r/min

.210r/min

時間與酵母菌種群密度的關(guān)系如下圖所示。請分析回答下列問題。4-

叁

X

(1)搖床轉(zhuǎn)速不同，意味著培養(yǎng)條件有什么不同？)

二

?

?

&

?

*審

(2)從圖中數(shù)據(jù)你可以得出什么結(jié)論?其原因是什么？

(3)為什么培養(yǎng)8h后，其中2個錐形瓶中酵母菌的種群密度基本達(dá)到穩(wěn)定?

02微生物的選擇培養(yǎng)和計數(shù)

7.P16思考?討論：選擇培養(yǎng)基配方設(shè)計

(1)如果讓你配制一種培養(yǎng)基，將土壤稀釋液中能分解尿素的細(xì)菌分離出來，培養(yǎng)基的配方該如何設(shè)計?

(2)該培養(yǎng)基與普通培養(yǎng)基有哪些共同點和不同點？

8.P19探究?實踐：土壤中分解尿素的細(xì)菌的分離和計數(shù)

(1)結(jié)合對照組，分析培養(yǎng)物中是否有雜菌污染以及選擇培養(yǎng)基是否篩選出一些菌落。

(2)你是否獲得了某一稀釋度下菌落數(shù)目為30-300的平板?在這一稀釋度下，是否至少有2個平板的菌落

數(shù)接近？

(3)你統(tǒng)計的每克上樣中能分解尿素的細(xì)菌的菌落數(shù)是多少?與其他同學(xué)統(tǒng)計的結(jié)果接近嗎?如果差異很大,

可能是什么原因引起的？

9.P20練習(xí)與應(yīng)用

一、概念檢測

1.判斷下列表述是否正確。

(1)不同濃度的菌液都可以在培養(yǎng)基表面形成單菌落。()

(2)進行微生物選擇培養(yǎng)的日的是分析不同微生物的營養(yǎng)需求。()

(3)微生物的選擇培養(yǎng)需要設(shè)置對照組來判斷選擇培養(yǎng)基是否起到了選擇作用。()

2.用稀釋涂布平板法來統(tǒng)計樣品中的活菌數(shù)時，通過統(tǒng)計平板上的菌落數(shù)就能推測出樣品中的活菌數(shù)，原因

是()

A.菌落中的細(xì)菌數(shù)日是固定的B.平板上的-一個菌落就是一個細(xì)菌

C.通過此方法統(tǒng)計的菌落數(shù)與活菌的實際數(shù)目相同D.平板上的一個菌落一般來源于樣品稀釋液中的一個

活菌

二、拓展應(yīng)用

1.反芻動物，如牛和羊，具有特殊的器官一瘤胃。在瘤胃中生活著多種微生物，其中許多微生物能分解尿

素。請你設(shè)計一個實驗，從瘤胃中分離出能夠分解尿素的微生物。

2.地球上的植物每年產(chǎn)生的纖維素超過70億噸，其中40%-60%能被土壤中某些微生物分解利用，這是因為

它們能夠產(chǎn)生纖維素酶。對這些微生物的研究與應(yīng)用，使人們能夠利用秸稈等廢棄物生產(chǎn)酒精，

用纖維索酶處理服裝面料等。已知剛果紅是一種染料，它可以與像纖維索這樣的多糖物質(zhì)形成

紅色復(fù)合物，但并不與水解后的纖維二糖、葡萄糖等發(fā)生這種反應(yīng)。當(dāng)我們在含有纖維素的培

養(yǎng)基中加入剛果紅時，剛果紅與纖維素形成紅色復(fù)合物;而當(dāng)纖維系被纖維索分解菌分解后，復(fù)

合物就無法形成，培養(yǎng)基中會出現(xiàn)以這些菌為中心的透明圈(如下圖所示)。請回答下列問題。

幾種纖維素分解菌在剛果紅

培養(yǎng)基上形成的透明圈

(1)現(xiàn)在要從土壤中分離纖維素分解菌，請你給出詳細(xì)的實驗方案。

(2)你打算到什么環(huán)境中去尋找纖維素分解菌?為什么？

(3)有同學(xué)說，可以把濾紙埋在土壤中，經(jīng)過一段時間后，再從已腐爛的濾紙上篩選纖維素分解菌。請你評

價這一做法。

第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用

1.P22從社會中來：青霉素是世界上第一個應(yīng)用于臨床的抗生素。早期科學(xué)家只能從青霉菌中提取少量青霉

素，它的價格貴如金。隨著高產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展等，青霉素步入了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的道路。如今，

1瓶規(guī)格160萬單位的青霉素注射劑的價格只要I元左右。那么，在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢？

2.P22旁欄思考題：某鎮(zhèn)獨產(chǎn)一種美酒，以下是對該鎮(zhèn)環(huán)境的描述:四面環(huán)山，地勢低洼，氣候炎熱，具有獨

特的微生物群，因為與外界的空氣對流循環(huán)較緩慢，所以微生物種群較穩(wěn)定。這對你理解發(fā)酵工程中菌種

選有的重要性有什么啟示？

3.P23思考?討論：發(fā)酵工程基本流程的分析

結(jié)合圖1-9,分析和討論以下問題。

（1）微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？

（2）怎樣對發(fā)酵條件進行調(diào)控以滿足微生物的生長需要？

（3）在產(chǎn)物分離和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比有哪些改進之處?

（4）在進行發(fā)酵生產(chǎn)時，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等能直接排放到外界環(huán)境中嗎?為什么?

4.P25思考?討論：啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程

(1)與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在下面啤酒的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，哪些工程手段保證了啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量有明

顯的提高？

(2)現(xiàn)在市面上流行一種“精釀”啤酒，它的制作工藝與普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加劑、不

進行過濾和消毒處理等。有人認(rèn)為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業(yè)”啤酒更健康，你怎么看待這個問題?“精釀”

啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品，發(fā)酵時間長、產(chǎn)量低和價格高，卻依然有著市場需求，我們?nèi)绾无q證地看待大規(guī)

模生產(chǎn)與小規(guī)模制作？

5.P26旁欄思考題：請你回憶一下自己做過的生物學(xué)實驗，想一想曾經(jīng)使用過哪些酶制劑。

6.P28練習(xí)與應(yīng)用

一、概念檢測

1.與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比，發(fā)酵工程的產(chǎn)品種類更加豐富，產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。判斷下列相關(guān)表述是否正確。

(1)發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)最大的區(qū)別就是前者可以利用微生物來進行發(fā)酵。()

(2)發(fā)酵工程的產(chǎn)品主要包括微生物的代謝物、酶及菌體本身。()

(3)在發(fā)酵工程的發(fā)酵環(huán)節(jié)中，發(fā)酵條件變化不僅會影響微生物的生長繁殖，也會影響微生物的代謝途徑。()

(4)通過發(fā)酵工程可以從微生物細(xì)胞中提取單細(xì)胞蛋白。()

二、拓展應(yīng)用

1.在青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，人們遇到了兩個問題。請你運用所學(xué)知識或查閱資料，并發(fā)揮想象力，提出

解決這些問題的思路。

(1)青霉素發(fā)酵是高耗氧過程，如何能夠保證在發(fā)酵過程中給微生物持續(xù)高效地供氧呢?(提示:血紅蛋白具有

攜帶02的能力)

(2)在發(fā)酵過程中，總有頭抱霉素產(chǎn)生。人們通過對青霉素生產(chǎn)菌代謝途徑的研究發(fā)現(xiàn)，在青霉素與頭抱霉

素的合成過程中，它們有一-個共同的前體，這個前體經(jīng)過兩種不同酶的作用分別合成兩個產(chǎn)物。如何改造

青霉素生產(chǎn)菌使其只生產(chǎn)青霉素，或者只生產(chǎn)頭抱霉素呢？

2.通過微生物發(fā)酵，可以將糧食(如玉米、小麥等)及各種植物纖維加工成燃料乙醇;

糖類

將燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配，就形成了目前在我國多地廣”泛使用的乙

醇汽油。乙醇汽油的環(huán)保性令人稱道。調(diào)查顯示，使用乙醇汽油與使用普通汽油相

比，排放到空氣中的NCh、CO等均有不同程度下降。有人認(rèn)為燃料乙醇“可再生”;

但也有人認(rèn)為，生產(chǎn)燃料乙醇需要消耗大量糧食，會增加糧食短缺的風(fēng)險。請你嘗

試通過查閱資料，評估這一風(fēng)險，并說明在生產(chǎn)時應(yīng)如何規(guī)避這一風(fēng)險。

汽車

7.P30復(fù)習(xí)與提高

1.某化工廠為了處理排出污水中的一種有害的，難以降解的有機化合物A.其研究團隊用化合物A.磷酸鹽。

鎂鹽和微量元素等配制了培養(yǎng)基，成功地篩選出能高效降解化合物A的細(xì)菌(目的菌)。實驗的主要步驟如下

圖所示，請分析回答問題。

話水池中污泥樣品

雁,

候選菌

*—

費

塞

,

直

?

獲

振藹培養(yǎng)若干天后,得

泱定各瓶中化合物A的含?目

曾

?接種

團體培養(yǎng)區(qū)

(1)在墻養(yǎng)基中加人化合物A的目的是,這種培養(yǎng)基屬于_______培養(yǎng)基。

(2)培養(yǎng)若干天后，應(yīng)選擇培養(yǎng)瓶中化合物A含量________的培養(yǎng)液，接人新的墻養(yǎng)液中連續(xù)培養(yǎng)，使目的

菌的數(shù)量________。

（3）若要研究目的菌的生長規(guī)律，可挑取單個菌落進行液體培養(yǎng)，再采用方法進行計數(shù)。請你預(yù)測

目的菌的種群數(shù)量會發(fā)生怎樣的變化。

（4）將目的