浙科版(2019)选择性必修三 1.3 发酵工程为人类提供多样的生物产品 课件(共36张PPT)

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名称 浙科版(2019)选择性必修三 1.3 发酵工程为人类提供多样的生物产品 课件(共36张PPT)
格式 pptx
文件大小 10.2MB
资源类型 教案
版本资源 浙科版(2019)
科目 生物学
更新时间 2025-07-08 17:39:07

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文档简介

(共36张PPT)
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1.3 发酵工程为人类提供多样的生物产品
最早制成的发酵饮料大概要算在游牧社会出现的奶酒
蒸馏取酒:Z利用酒精的沸点(78.5℃)和水的沸点(100℃)不同
酱油由“酱”演变而来。根据历史资料记载,中国是世界上最早制造和食用酱的国家,早在西周时期就已经出现了使用肉类、鱼类发酵而成的“醢”
酿制常见的发酵食品、饮料和调味品的原料及菌种
乳酸菌
曲霉、酵母菌、
乳酸菌
酵母菌、
纤细杆菌
酵母菌、乳酸菌不是某种特定的微生物,是一类微生物的统称。
传统发酵菌种中微生物的种类是造成不同发酵制品有差异的原因
酵母菌:只是对进行出芽生殖或裂殖的真核生物、单细胞微生物的统称,已知的酵母菌至少有56属,约500多种。
乳酸菌:则是对能够发酵糖类产生乳酸的一类革兰氏阳性细菌的统称,已知的乳酸菌约有430多种。
酵母菌与乳酸菌介绍
传统发酵菌种中微生物的代谢特点是造成不同发酵制品有差异的原因
大豆
(蛋白质)
黑曲霉
(蛋白酶)
小分子的肽和氨基酸
乙醇、甘油等
加入酵母菌
不同微生物或同种微生物在不同环境条件下进行的代谢活动,所形成的代谢产物不同,制成的发酵食品的风味也就不同。
不同的菌种在混菌发酵的不同阶段发挥的作用不同
不同的菌种的酶不同
乳酸
加入乳酸菌
传统发酵菌种中微生物的种间关系是造成不同发酵制品有差异的原因
菌株遗传性差异造成发酵风味的不同
(混菌发酵)不同的微生物代谢产物促进(或抑制)其他微生物生长,造成发酵产品的风味不同。
菌株:由一个独立分离的单细胞系培养而成的纯遗传型群体及其一切后代,一种微生物的每一个不同来源的纯培养物均可称为该菌种的一个菌株。
活动1:体验传统发酵——利用酵母菌、醋酸菌制作果酒和果醋
果酒制作——酵母菌
兼性厌氧型真菌(真核)
有O2——大量繁殖
无O2——发酵产酒
C6H12O6 + 6O2 + 6H2O → 6CO2 + 12H2O + 大量能量

C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 少量能量

葡萄皮表面附有野生型酵母菌
步骤一:制备装置
步骤二:处理材料
1、瓶中葡萄的总体积为什么不超过矿泉水瓶体积的1/2?
2、在两个矿泉水瓶中添加适量白糖的目的?
a.先让酵母菌进行有氧呼吸,快速繁殖,耗尽O2后,再进行酒精发酵;b.防止发酵过程中产生的CO2造成发酵液溢出
更多反应底物,可提高酒精的含量。
1号
2号
简易装置
注意:不能用不能自动排气的玻璃瓶作为发酵容器,以免发酵产生的大量气体使瓶子炸裂,造成危险。
在发酵过程中,每隔12h左右将瓶盖拧松一次(注意,不是打开瓶盖),以放出CO2,此后再将瓶盖拧紧。
步骤三:发酵
制作酵母悬液
25条件下发酵
当发酵瓶中停止出现气泡,即表示发酵完毕
停止发酵的标志?
重铬酸钾法检测发酵液中的酒精
重铬酸钾
酸性条件下,重铬酸钾与酒精反应呈灰绿色
3、如何检测果酒的发酵情况(检测是否产生酒精)?
提示:a.闻b.品尝c.用酸性条件下的重铬酸钾溶液检测(橙色→灰绿色)
果醋制作——醋酸菌
需氧型细菌(原核)
若氧气、糖源充足时,醋酸菌将葡萄汁中的糖分解成醋酸。
若缺少糖源,醋酸菌将乙醇变为乙醛,再将乙醛变为醋酸。
总反应式:
C6H12O6 + 2O2 → 2CH3COOH(醋酸) + 2CO2 + 2H2O + 能量

C2H5OH + O2 → CH3COOH(醋酸) + H2O + 能量

醋杆菌:好氧细菌,在有氧条件下能将乙醇氧化成醋酸,即:C2H5OH+O2→CH3COOH+H2O。
步骤三:果醋制作
2、在制作果醋的过程中,酵母菌是否还会继续发酵?醋酸菌从何而来?采用什么措施可以加快果醋的制作?
提示:随着醋酸发酵的进行,发酵液的pH、发酵温度等均不利于酵母菌的生长繁殖,因此酵母菌活性很低。
在我们的实验条件下,当打开瓶盖后,空气中的醋酸菌会进入发酵液中大量繁殖,其他的菌因不适应环境条件而不能繁殖。
在工业上,后期醋的发酵需要人工接种醋酸菌。我们制作果醋时,可以先买一瓶醋, 将其打开暴露于空气中,一段时间后在醋的表面会有一层薄膜(实际上是醋酸菌),用这层薄膜进行接种可以明显缩短制作果醋的时间。
1、制作果醋时,为什么选取酒味较重的一瓶通入空气?
因为果醋中的醋酸是从酒精转化而成的。
酵母菌 醋杆菌
生物学分类
代谢类型
最适生长温度
繁殖方式
生产应用
酵母菌 vs 醋杆菌
真菌(真核生物)
细菌(原核生物)
异养兼性厌氧型
异养需氧型
25-30 ℃
30-35 ℃
出芽生殖(主要)
二分裂生殖
酿酒
制醋
活动2:体验传统发酵——利用乳酸菌发酵制作泡菜
二、尝试做做传统发酵食品
(一)制作泡菜
1.菌种
乳酸菌
(1)菌种来源
植物体表面天然的乳酸菌。
(2)代谢类型
异养厌氧型
(3)种类
乳酸杆菌、明串珠菌
(原核生物)
(4)分布
在自然界分布广泛,空气,土壤,植物体表,人或动物的肠道。
材料:
1.新鲜蔬菜。
2.添加的调味品,如花椒、八角。
3.白酒。
4.食糖和盐。
作用:抑制泡菜表面杂菌生长,调味剂增加醇香
作用:杀菌。渗出蔬菜中水分,调味。
注意:盐含量过多,抑制乳酸菌自身繁殖;过少,杂菌滋生繁殖
(2)将泡菜坛洗净,并用热水洗坛内壁两次。
(3)将各种蔬菜、盐水、糖及调味品放入坛,混合均匀。
(4)将盐水加入坛中,基本装满泡菜坛。
(5)将坛口用水封好,防止外界空气进入。
(6)腌制1周左右即可开坛食用,可不断取用。
步骤 :
(1)各种菜洗净并切成3~4cm长的小块。
如果加入一些已经腌制过的泡菜汁更好,这相当于接种已经扩增的发酵菌,可减少腌制时间。
作用:用水封闭坛口可以保证坛外空气中的氧气不能进入,坛内产生的少量气体可随时排出。同时坛口加满水造成无氧环境,也为乳酸菌进行乳酸发酵创造了条件。如果有氧气进入,则会有许多需氧型细菌生长,蔬菜会腐烂。
乳酸菌发酵不会产气。泡菜坛中连续产气的原因可能有:盐水未装满,蔬菜表面的好氧型微生物活动旺盛:泡菜坛清洗不彻底,其他厌氧型微生物的代谢活动产生了气体;等等。
在泡菜腌制过程中,泡菜坛中冒出气体说明什么?
发酵工程及其应用
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。那么,在工业上,青霉素究竟是怎样生产的呢?
选育高产菌种
扩大培养
配制培养基
灭菌
接种
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
发酵工程一般包括菌种的选育,扩大培养,培养基的配制、灭菌,接种,发酵,产品的分离、提纯等方面。
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。
(一)发酵工程的形成
(二)发酵工程的基本环节
一、发酵工程的基本环节
(二)发酵工程的基本环节
1.选育菌种
性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来,也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
2.扩大培养
工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米,接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以,在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。
一、发酵工程的基本环节
发酵罐结构和用途
电动机D1
排气管C3
pH计B3
冷却水排出口C2
冷却夹层
发酵液
搅拌叶轮D2
溶解氧检测器B4
空气入口A4
放料管A2
A3阀门
A1培养物或营养物质的加入口
B1观察孔
B2取样管
B5温度传感器和控制装置
C1冷却水进入口
装置编号 主要用途
A1-A3
A4
B1-B5
C1、C2
C3
D1、D2
控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐,实现连续培养
控制溶解氧
通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程,B2处抽取样品进一步检测
通过控制冷水流速调节罐温
调节罐压
电机带动叶轮转动进行搅拌,使微生物与发酵液混合均匀,加快氧气溶解以及散热
保证发酵生产高效顺利进行
(二)发酵工程的基本环节
3.分离、提纯产物
如果发酵产品是微生物细胞本身,可在发酵结束之后,采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来
如果产品是代谢物,可采用真空发酵、吸附发酵、萃取发酵等方法进行提取。
4.获得产品
一、发酵工程的基本环节
分离后的生物产品还需要进一步提纯
二、发酵工程的应用
(二)发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用 2.在医药工业上的应用
3.在农牧业上的应用 4.在其他方面的应用
二、发酵工程的应用
(二)发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用
第二,生产各种各样的食品添加剂。
食品添加剂不仅可以增加食品的营养,改善食品的口味、色泽和品质,有时还可以延长食品的保存期。许多食品添加剂都通过发酵工程生产。
添加剂类型 举例
酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸
增味剂 5'-肌苷酸二钠、谷氨酸钠
着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素
增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶
防腐剂 乳酸链球菌素、溶菌酶
二、发酵工程的应用
(二)发酵工程的应用
1.在食品工业上的应用
第二,生产各种各样的食品添加剂。
添加剂类型 举例
酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸
增味剂 5'-肌苷酸二钠、谷氨酸钠
着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素
增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶
防腐剂 乳酸链球菌素、溶菌酶
实例:①柠檬酸是一种广泛应用的食品酸度调节剂,可以通过黑曲霉的发酵制得。
②由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸,谷氨酸经过一系列处理就能制作味精。
二、发酵工程的应用
(二)发酵工程的应用
2.在医药工业上的应用
(1)采用基因工程的方法,将植物或动物的基因转移到微生物中,获得具有某种药物生产能力的微生物。如利用工程菌发酵生产胰岛素
(2)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。如通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素。
二、发酵工程的应用
(二)发酵工程的应用
2.在医药工业上的应用
(3)未来可能用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等。
(4)利用基因工程将病原体的抗原基因转入微生物细胞,制成生物疫苗。如一种生产乙型肝炎疫苗的方法就是将乙型肝炎病毒的抗原基因传入酵母菌,再通过发酵生产。
二、发酵工程的应用
(二)发酵工程的应用
3.酶制剂是发酵工程对工业化生产的又一贡献
Taq DNA聚合酶是第一个被发现的热稳定DNA聚合酶,最初由Saiki等从温泉中分离的一株水生栖热菌(thermus aquaticus)中提取获得,在DNA体外扩增中扮演了不可或缺的角色。
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