发酵工程及其应用 人教版(2019)高中生物选择性必修3(共24张PPT)

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名称 发酵工程及其应用 人教版(2019)高中生物选择性必修3(共24张PPT)
格式 pptx
文件大小 4.4MB
资源类型 试卷
版本资源 人教版(2019)
科目 生物学
更新时间 2024-07-29 12:57:34

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文档简介

(共24张PPT)
人教版(2019)高中生物选择性必修3
第一章发酵工程
第3节发酵工程及应用
学习目标
●1.通过分析发酵工程示意图,了解发酵工程的一般流程,知道发酵工程的基本环 节和发酵罐的构成,培养科学思维,联系生产实际,培养社会责任意识。
●2.通过资料分析,了解发酵工程的应用,了解发酵工程在工业、医药工业、农牧 业及其他方面的应用,联系生产、生活实际,培养社会责任意识。
青霉素是世界上第一个应用于临床的抗
生素。早期科学家只能从青霉菌中提取少量, 价格贵如金。
随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等, 青霉素步入了产业化生产的道路。如今, 一瓶规 格160万单位青霉素注射剂的价格只要1元左右。
在工业上,青霉素是怎样生产的
从社会中来
发酵工程形成
那么发酵工程的基本环节是什么呢 应用发酵工程能够生成哪些产品呢
发酵工程的形成
人们对发酵原理的认识
密闭式发酵罐的设 计成功
微生物纯培养技术 的建立
一、发酵工程的基本环节 合作探究1
随着人们对发酵原理的认识,微生物纯培养技术的建立,以及密闭式发 酵罐的设计成功,人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品, 发酵工程逐步形成。结合教科书第22~23页图1-9“发酵工程的基本环节和 发酵罐示意图”,回答下列问题。
1.可通过哪些途径获得发酵工程使用的优良菌种
提示:
(1)从自然界中获取
(2)诱变育种
(3)基因工程
一 、发酵工程的基本环节 合作探究1
随着人们对发酵原理的认识,微生物纯培养技术的建立,以及密闭式发 酵罐的设计成功,人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品, 发酵工程逐步形成。结合教科书第22~23页图1-9“发酵工程的基本环节和 发酵罐示意图”,回答下列问题。
2.获得优良菌种后为什么要对菌种进行扩大培养
提示:
工业发酵要想在短时间内得到大量的发酵产物,则需要大量菌体, 因此需要进行扩大培养
一 、发酵工程的基本环节 合作探究1
随着人们对发酵原理的认识,微生物纯培养技术的建立,以及密闭式发 酵罐的设计成功,人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品, 发酵工程逐步形成。结合教科书第22~23页图1-9“发酵工程的基本环节和 发酵罐示意图”,回答下列问题。
3.引起发酵罐内培养液的温度和pH 变化的原因有哪些 发酵工程中如何 调节温度和pH
提示:温度:微生物分解有机物释放的能量,机械搅拌也会引起温度
升高。发酵工程中常用冷却水进行温度的调节
pH:培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。调节和控制培养液 pH的方法是在培养基中添加缓冲液,在发酵过程中加酸或碱
总结:发酵工程的基本环节

选育菌种 通过诱变育种获得
通过基因工程育种获得
扩大菌种
发酵工程的中心环节。在了解发酵进程 的同时,还要控制发酵条件。如环境条件 不仅会影响微生物的生长繁殖,而且会影 响微生物代谢物的形成
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
阀门
培养基的配制
发 酵 罐 示 意 图
灭 菌:不能有杂菌污染。如在 青霉素生产过程中如果污染了 杂菌,某些杂菌会分泌青霉素酶 将青霉素分解掉
培养物或营养 物质的加入
观察孔
取样管
温度传
和 控
冷却水进入
电动机
排气管
pH 计
却水排出口
却夹层
发酵液
叶轮
物传感
中心 环节
接种
料管
在发酵过程中,要随时检测培养液中的微生 物数量、产物浓度等,以了解发酵进程。还 要及时添加必需的营养组分,要严格控制温 度 、pH 和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅 会影响微生物的生长繁殖,而且会影响微生 物代谢物的形成。
如谷氨酸的发酵生产:在中性和弱碱性条件 下会积累谷氨酸;在酸性条件下则容易形成 谷氨酰胺和N- 乙酰谷氨酰胺。
发酵罐内发酵
发酵罐示意图
思考 ·讨论
发酵工程基本环节分析
结合图1-9,分析和讨论以下问题。 3.在产物分离和提纯方面,发酵工程与
1. 微生物菌种资源丰富,选择发酵工程 传统发酵技术相比有哪些改进之处
用的菌种时需要考虑哪些因素 4.在进行发酵生产时,排出的气体和废
2. 怎样对发酵条件进行调控以满足微生 弃培养液等能直接排放到外界环境中吗 为
物的生长需要 什么
1.选择发酵工程中用的菌种,在考虑生产需要(如微生物体内 酶的催化能力、微生物的繁殖速度等)的同时,还要结合当地 的气候和发酵设备等实际情况
2. (1)反复试验确定培养基的配方。
(2)对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。
(3)用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制。
(4)控制发酵过程的温度、pH和溶解氧等发酵条件。可用温度传感器、 冷却水进入口和排出口控制温度,利用发酵罐的通气口控制氧气 的量等。
4.不能。发酵过程中产生的气体 和废弃培养液需经过相应的净化 设备,达到国家排放要求后才能 排放到外界环境中。因为有些气 体和废弃培养液对人和生物有害 或对环境有毒害作用。
A. 夏季生产果酒时,常需对罐体进行降温处

B. 乙醇为挥发性物质,故发酵过程中空气的 进气量不宜太大
C. 正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气 压
D. 可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来
决定何时终止发酵
牛刀小试
1.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究,下列叙述 错误的是( B )
压力表
出气口
搅拌桨
H 排料阀
阀门
进气口于
牛刀小试
2 . 发酵工程在工业生产上得到广泛应用,其生产流程如下图所示。结合赖氨酸或谷氨 酸的生产实际,回答相关问题。
基因工程
(1)图中①表示的育种方法是 从自然界 细胞工程 、生产用 →扩大培养
诱变育种 分离菌种 菌种 接种

(2)人工控制微生物代谢的措施包 发酵罐 ② 或
括改变微生物遗传特性和 控制生产过程中的各种条件 灭菌
(3)在赖氨酸或谷氨酸发酵过程中,产物源源不断 原料→培养基配制
地产生,这说明该生产采用了连续培养_的发酵方式。在生产过程中,常需增加通氧量, 因此判断赖氨酸或谷氨酸发酵菌种为好 氧 菌。
(4)当发酵生产的产品是代谢产物时,还要采用萃取(或蒸馏或离子交换等)等分离提纯的
方法进行提取。
谷氨酸
赖氨酸
二、发酵工程的应用 合作探究2
发酵工程以其生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物 专一、 废弃物对环境的污染小和容易处理等特点,在食品工业、医药工业和农 牧业等许多领域得到了广泛应用,形成了规模庞大的分解工业。
阅读教材24-27页回答以下问题:
1.发酵工程有哪些方面的应用
2.在食品工业上的应用有哪些
3.在医药工业上的应用有哪些
4.在农牧业上的应用有哪些
思考-讨论 啤酒的工业化生产流程 教材25页
1.啤酒的工业化生产流程主要分为主发酵_ 和后发酵两个阶段。
装瓶 储存罐
装罐
具体为发芽,焙烤,碾磨,糖化,蒸煮,发酵,消毒,终止环节。
5.蒸煮
产生风味组分,终止酶的进 一步作用,并对糖浆灭菌
7.消毒
杀死啤酒中大多数微生
物,延长它的保存期。
8.终止
过滤、调节、分装啤酒进行销售
6.发酵
酵母菌将糖转化 为酒精和CO
1.发芽
大麦种子发芽,
释放淀粉酶
3.碾磨
将干燥的麦芽 碾磨成麦芽粉
加热杀死胚, 淀粉酶不失活
4.糖化 淀粉分解 形成糖浆
2.焙烤
发酵罐示意图
啤酒的工业化流程 发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求不同有所差异。
完成酵母菌的繁殖,大部分糖 的分解和代谢物的生成。
主发酵
发芽→焙烤→碾磨一糖化→蒸煮→发酵→消毒→终止
后发酵
主发酵结束后,发酵液还不适合饮用,要在低温、密闭的环境下 储存一段时间进行后发酵,这样才能形成澄清、成熟的啤酒。
应用实践:
(1)利用酵母菌进行酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”
“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖,“密封”的目的是使酵母菌进 行酒精发酵产生酒精。
(2)啤酒生产中,发酵是重要环节,发酵后期,如果密封不严,会使 啤酒变酸,你知道这是发生了什么变化吗
醋酸菌是一种好氧菌,若发酵罐密封不严,酒精就会在醋酸菌的作用下被氧化产 生乙醛,最后变为醋酸。
(3)与传统的手工发酵相比,在下面啤酒的发酵生产过程中,哪些工程手段 使啤酒的产量和质量明显提高
菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等。
应用实践:
(4)现在市面上流行一种“精酿”啤酒,它的制作工艺与普通啤酒有 所不同,如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认
为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康,你怎么看待这个问 题 “精酿”啤酒是小规模酿造产品,发酵时间长、产量低和价格高, 却依然有着市场需求,我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作
应辩证地看待这一产品。一方面。这类产品具有多样化的特点,能够满足一些人 对独特口感的需求,或者满足一些人的时尚追求。另一方面这类产品是手工作坊 生产的,存在啤酒品质不稳定,价格昂贵的问题。
黑曲霉 淋洗、调制
大豆中蛋白一 小分子肽和氨基酸 酱油
各种谷物、水果 各种酒类
(一)在食品工业上的应用
生产酶制剂
生产各种各样的食品添加剂
酿酒酵母
应 用 产 举 品 例 利 用 的 主 要 微 生 物
优 点 或 用 途
生 产 传 统 的 发 酵 产 品 酱 油 霉 菌 ( 如 黑 曲 霉 )
利 用 发 酵 工 程 使 产 品 的 产 量 和 质 量 明 显 提 高
酒 类 酿 酒 酵 母
生 产 食 品 添 加 剂 柠 檬 酸 黑 曲 霉
增 加 食 品 的 营 养 , 改 善 食 品 的 口 味 、 色 泽 和 品 质 , 延 长 食 品 的 保 存 期
味 精 谷 氨 酸 棒 状 杆 菌
生 产 酶 制 剂 淀 粉 酶 、 果 胶 酶 、 氨 基 肽 每 等
用 于 食 品 的 生 产 、 改 进 生 产 工 艺 、 简 化 生 产 过 程 、 改 善 产 品 的 品 质 和 口 味 、 延 长 食 品 储 存 期 和 提 高 产 品 产 量 等
(一)在食品工业上的应用
应用
实例
采用基因工程的方法将植 物或 移到微 生物中,然后通过发酵工程 生产某种药物
通过基因改造,利用微生物 生产生长激素释放抑制激素
直接对菌种进行改造,再通 过发酵技术大量生产所需 要的产品
构建青霉素高产菌种,大量 生产青霉素
(二)在医药工业上的应用
(三)在农牧业上的应用
1.生产微生物肥料2.生产微生物农药
例子:利用苏云金 杆菌防治多种农林 虫害、利用白僵菌 防治玉米螟和松毛 虫,
利用根瘤菌和固 氮菌生产的根瘤 菌肥、固氮菌肥
单 细 胞 蛋 白
3.生产微生物饲料
应用 用途
举例
生 产 微 生 物 肥料 增 进 土 壤 肥 力 , 改 良 土 壤 结 构 , 促 进 植 株 生 长
根 瘤 菌 肥 、 固 氮 菌肥
生 产 微 生 物 农药 利 用 微 生 物 或 其 代 谢 物 来 防 治 病 虫 害 , 是 生 物 防 治 的 重 要 手 段
放 线 菌 产 生 的 井 冈 霉 素 用 于 防 治 水 稻
枯 纹 病 ; 利 用 白 僵
菌 防 治 玉 米 螟 、 松
毛 虫 等 虫 害
生 产 微 生 物 饲料 用 单 细 胞 蛋 白 制 成 的 微 生 物 饲 料 含 有 丰 富 的 蛋 白 质 , 能 使 家 畜 、 家 禽 增 重 快 , 提 高 免 疫 力等
在 青 贮 饲 料 中 添 加
乳 酸 菌 , 可 以 提 高
饲 料 的 品 质 , 使 饲 料 保 鲜 , 提 高 动 物
的免疫力
(三)在农牧业上的应用
(四)在其他方面的应用
发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域,在助力解 决 粮食、环境、健康和 能源 等方面的重大问题上, 作出了越来越大的贡献。
1.解决资源短缺和环境污染问题
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质
2.对极端微生物(生活在高温、高压、高盐和低温环境) 的 利用
利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂
原有前程可奔赴,亦有岁月可回首