高中生物 第3章 生物科学与工业 3.2 酶在工业生产中的应用课件 新人教版选修2.ppt

第 章 生物科学与工业 第 节 微生物发酵及其应用 教学目标 知识与能力方面 1 说出微生物发酵生产的基本过程 2 举例说出微生物发酵与食品生产的关系 3 参与有关微生物发酵的调查活动 4 通过发酵工程发展的历史 体验科学 技术 社会三者间的紧密联系和互动 情感态度 价值观方面 培养学生关爱社会 关爱身体健康 热爱生活的情感 培养他们社会责任感 形成关心现代发酵业的发展 过程与方法方面 本节课主要采取学生通过小组合作探究的方法 以及深入生活联系实际 理解各种具体的设施农业 说了解发酵工程的发展史 调查当地的酱菜厂和酒厂 在小组合作探究中理解科学 技术 社会三者的关系 培养学生的合作探究精神 和自我学习 搜集信息和处理信息的能力 教学重点 发酵工程史话 发酵的生产过程 教学难点 发酵的生产过程 教学方法 讲授法和学生合作学习相结合 教学课时 1课时 什么是发酵 利用微生物 在适宜的条件下 将原料经过特定的代谢途径转化为人类所需要的产物的过程 密闭式发酵罐 一 发酵工程史话 传统酿造具有悠久的历史 文化 独特的风味传统的工艺例 酱油酿造 我国首创传入日本和南洋群岛 后传入欧美各国原料 大豆 蛋白质原料 20 左右脂肪脱脂大豆 50 粗蛋白 20 碳水化合物面粉 小麦 麸皮 玉米 甘薯等淀粉原料食盐和水 微生物学的奠基人 伟大的巴斯德 我国的传统发酵产品酱油 醋 腐乳等享誉世界我国的酿酒已经有4000多年的历史我国的酱油距今已有3000年的历史1857年巴斯德证明发酵是由于微生物的作用 一 发酵工程史话 传统酿造例 豆腐乳发酵民族特色发酵食品 味道鲜美 风味独特1 主要原料大豆或冷榨豆片 盐卤与石膏 食盐水2 辅助原料黄酒 烧酒 红曲 面曲 糟米砂糖 花椒 玫瑰等其它香料 发酵工业经历了哪几个阶段 原始发展阶段 发酵技术原始 顶多是家庭小制作 技术进步缓慢 完全是经验式的 并不知道其中的原理 传统发酵工业阶段 人们才开始了解发酵现象的本质 采用开放式的发酵方式 生产过程较为简单 对生产设备要求不高 规模一般不大 现代发酵工业阶段 生产技术要求高 生产规模大 技术发展速度快 菌种的生产能力大幅度提高 新产品 新技术 新设备的应用达到前所未有的程度 生物技术产业阶段 利用构建的基因工程菌生产 发酵工程 谷氨酸是味精的主要成分 二 发酵生产过程探秘 二 发酵生产过程探秘 菌种的选育 如谷氨酸棒状杆菌 黄色短杆菌等培养基的配制 水 无机盐 碳源 氮源 生长因子等灭菌 去掉杂菌扩大培养和接种 先大量培养谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌的菌种 再将菌种接入发酵罐发酵罐内发酵 由计算机控制系统控制条件分离 提纯产物 以味精生产为例 只有选择细胞膜通透较强 在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸 1 菌种的选育 谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌种了 应该选育什么样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢 1 菌种的选育 选育的方法 从自然界中先分离出相应的菌种 利用诱变筛选出符合生产要求的优良菌种 利用基因工程 细胞工程的方法构建工程细胞或工程菌 2 培养基的配置 1 培养基配置的原则 根据不同的菌种 选择不同的材料配制培养基 配制的培养基应满足微生物在碳源 氮源长因子 水 无机盐等方面的营养要求 并为微生物提供适宜的ph 培养基的营养要协调 以利于产物的合成 培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本 以得到更高的经济效益 2 举例 发酵生产常采用天然成分的液体培养基 而且 经常用野生的植物淀粉 甘蔗渣 秸秆 以及乙醇 醋酸等石化产品代替粮食来配制培养基 二 发酵生产过程探秘 培养基的选择 3 灭菌 灭菌的原因 在发酵过程中如混入其他微生物 将与菌种形成竞争关系 对发酵过程造成不良影响 举例 如果在谷氨酸发酵过程中混人放线菌 则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡 如果在青霉素生产过程中污染了杂菌 这些杂菌则会分泌青霉素酶 将合成的青霉素分解掉 4 扩大培养和接种 扩大培养 扩大培养是将培养到对数期的菌体分开 分头进行培养 以促使菌体数量快速增加 能在短时间里得到大量的菌体接种 有了用于生产的充足的菌体 在接种时要注意什么事项呢 接种过程中要注意防止杂菌污染 5 发酵罐内发酵 由计算机控制系统控制条件 发酵产物 发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生 发酵进程在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目 产物浓度以了解发酵进程 及时添加必需的培养基成分来延长菌体生长稳定期的时间 以得到更多的发酵产物 发酵条件发酵生产中温度 ph 溶氧量等对发酵过程有重大影响 二 发酵生产过程探秘 发酵罐示意图 6 分离提纯 发酵产物不同 分离提纯的方法会有所不同 产物分离 提纯的一般方法是 代谢产物 蒸馏 萃取 离子交换等方法 菌体本身 过滤 沉淀 发酵工程 从自然界分离的菌种 复杂的生物化学变化过程 动态过程影响因素 培养基组成 ph 温度 氧气泡沫 杂菌污染 噬菌体感染等 三 发酵条件及过程控制 1 ph每种微生物的最适ph不同超过最适ph范围以后 多数细菌 6 5 7 5 真菌 5 0 6 0 放线菌 7 5 8 5 影响酶的活性 细胞膜的稳定性等 影响微生物对营养物质的吸收等 三 发酵条件及过程控制 2 温度微生物生长最旺盛时的温度叫最适生长温度在最适生长温度范围内超过最适生长温度以后 微生物的生长速率随温度的上升而加快 细胞内的蛋白质和核酸等发生了不可逆的破坏 微生物的生长速率会急剧下降 三 发酵条件及过程控制 3 氧好氧型微生物厌氧型微生物严格厌氧兼性厌氧微生物 多种细菌和大多数真菌 某些链球菌等 某些产甲烷杆菌 酵母菌 三 发酵条件及过程控制 一 在医药工业上的应用1 生产出了种类繁多的药品2 发酵工程对医药工业的一个重大贡献应用发酵工程大量生产的基因工程药品 有人生长激素 重组乙肝疫苗 某些种类的单克隆抗体 白细胞介素 2 抗血友病因子等 四 发酵工程的应用 发酵工程的应用 二 在食品工业上的应用主要包括以下三方面 第一 生产传统的发酵产品 如啤酒 果酒 食醋等 使产品的产量和质量得到明显的提高 第二 生产各种食品的添加剂 第三 帮助解决粮食问题 练习 利用酵母菌发酵生产酒精时 投放的最适原料和产生酒精的阶段要控制的必要条件是 a 玉米粉和有氧b 大豆粉和有氧c 玉米粉和无氧d 大豆粉和无氧 c 练习 关于单细胞蛋白叙述正确的是 a 是从微生物细胞中提取的蛋白质b 通过发酵生产的微生物菌体c 是微生物细胞分泌的抗生素d 单细胞蛋白不能作为食品 b 单细胞蛋白是利用淀粉或维生素的水解液 制糖工业的废液 石化产品等为原料 通过发酵获得大量的微生物菌体 所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素 单细胞蛋白含有丰富的蛋白质 如真菌蛋白可作为食品 练习 谷氨酸棒状杆菌的培养液常采用的灭菌方法是 a 高压蒸汽灭菌b 高温灭菌c 加入抗生素灭菌d 酒精灭菌 a 单细胞蛋白是利用淀粉或维生素的水解液 制糖工业的废液 石化产品等为原料 通过发酵获得大量的微生物菌体 所以不是特指微生物的某种蛋白质或抗生素 单细胞蛋白含有丰富的蛋白质 如真菌蛋白可作为食品 练习 工业上利用谷氨酸棒状杆菌大量积累谷氨酸 应采用的最好方法是 a 加大菌种密度b 改变碳源和氮源比例c 改变菌体细胞膜通透性d 加大葡萄糖释放量 c 谷氨酸棒状杆菌能够利用c6h12o6 经过复杂的代谢过程形成谷氨酸 谷氨酸合成过量 使合成途径中断 要提高谷氨酸产量的最好方法是改变菌体细胞膜的通透性 使谷氨酸能迅速排放到外面 避免因过量引起合成途径中断 练习 关于灭菌和消毒的不正确的理解是 a 灭菌是指杀灭环境中的一切微生物的细胞 芽孢和孢子b 消毒和灭菌实质上是相同的c 接种环用灼烧法灭菌d 常用灭菌的方法有加热法 过滤法 紫外线法 化学药品法 b 1 灭菌是指采用强烈的理化因素杀死一定环境中所有微生物的细胞 芽孢和孢子的措施 是彻底杀死 消毒是一种采用较温和的理化因素 杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌 而对被消毒物体基本无害的措施 是部分杀灭 2 常用灭菌方法 物理杀菌的常用方法 高温 辐射 超声波和激光等 化学杀菌常用方法 表面消毒剂和化学治疗剂 如抗生素 中草药有效成分 练习 为研究微生物群体生长规律 常将少量的某种细菌接种到培养基中 取样测定培养基里的细菌数目 以时间为横坐标 以细菌数目的对数为纵坐标 得到生长曲线图 对培养基的要求是 a 恒定容积的液体培养基b 任意容积的液体培养基c 恒定容积的半固体培养基d 任意容积的半固体培养基 a 练习 在啤酒生产过程中 发酵是重要环节 生产过程大致如下 将经过灭菌的麦芽汁充氧 接入啤酒酵母菌菌种后输人发酵罐 初期 酵母菌迅速繁殖 糖度下降 产生白色泡沫 溶解氧逐渐耗尽 随后 酵母菌繁殖速度迅速下降 糖度加速降解 酒精浓度渐渐上升 泡沫不断增多 当糖浓度下降到一定程度后 结束发酵 最后分别输出有形物质和鲜啤酒 根据上述过程 回答以下问题 1 该过程表明啤酒酵母异化作用的特点是 2 初期 酵母菌迅速繁殖的主要方式是 在啤酒生产过程中 发酵是重要环节 生产过程大致如下 将经过灭菌的麦芽汁充氧 接入啤酒酵母菌菌种后输人发酵罐 初期 酵母菌迅速繁殖 糖度下降 产生白色泡沫 溶解氧逐渐耗尽 随后 酵母菌繁殖速度迅速下降 糖度加速降解 酒精浓度渐渐上升 泡沫不断增多 当糖浓度下降到一定程度后 结束发酵 最后分别输出有形物质和鲜啤酒 根据上述过程 回答以下问题 3 经测定酵母菌消耗的糖中 98 5 形成了酒精和其他发酵产物 其余1 5 则是用于 4 请写出由麦芽糖 葡萄糖 酒精的反应方程式 练习 答案 1 既能进行有氧呼吸又能进行无氧呼吸 2 出芽生殖 3 酵母菌自身的生长和繁殖 4 c12h22o11 h2o2c6h12o6c6h12o62c2h5oh 2co2 练习 尽管微生物发酵有各种各样的产物 但通常它们的生产能力小而且单一 不能胜任大批量的工业生产 于是 科学家们想方设法使它们的 功力 增长几十倍到上百倍 从而成为本领高强的 高级工人 第一种方法是用人工办法让微生物的dna发生突变 比如在dna分子的长链中插入或删除碱基 或者把某一碱基换成另外一种 然后在这些动过 小手术 的菌种中筛选出符合我们要求的 能增加产量的个体 1 发酵工程的第一种方法从遗传学角度看 属于哪一类型的变异 这类变异有何特点 练习 第二种方法叫 原生质融合法 这是将两种且有不同发酵本领的微生物细胞放在一起进行处理 溶解掉细胞壁 让它们的原生质相互融合 等到重新长出细胞壁后 一种新的微生物就诞生了 它可以同时具有两种微生物的发酵能力 也可能产生新的本领 2 第二种方法从遗传学角度看属于哪一类型的变异 所诞生的新型微生物其后代具有什么特点 练习 第三种方法是通过直接转移遗传物质dna 制备出有超强能力的发酵微生物 以下是一个发酵生产维生素c 后称vc 的例子 科学家找到两种微生物 草生欧文氏菌和棒状杆菌 当它们共同作用时 可以通过发酵而产生vc 后来人们发现 这两种菌在生产vc的过程中好像接力赛一