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.pptx

1、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

2、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

3、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

4、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

5、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

6、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

7、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。

8、,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：6.57.5；真菌：5.06.0；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

9、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

10、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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、长和繁殖 （4）C12H22O11+H2O2 C6H12O6 C6H12O6 2C2H5OH+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样，各自先后承