生物选择性必修3第3节 发酵工程及其应用精品ppt课件

这是一份生物选择性必修3第3节 发酵工程及其应用精品ppt课件，共31页。PPT课件主要包含了练习与应用P28，考虑因素，思考·讨论，发酵工程，判断正误等内容，欢迎下载使用。

在工业上，青霉素是怎样生产的？
任务一、自主阅读教材P22页，了解发酵工程的概念和基本环节
严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等)
利用微生物的特定功能，通过现代化工程技术，生产对人类有用的物质的技术体系。 ——发酵工程
任务二、自主阅读教材P22“图1-9”，写出发酵工程的基本环节。
在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。
在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。
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。
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
发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。
这是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要随时检测培养液中微生物的数量、产物的浓度等，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、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。
任务三、思考·讨论下列问题
①P22旁栏思考：某镇特产一种美酒，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？
②P23思考讨论1：微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时，需要考虑哪些因素？优良菌种有哪些来源？
——菌种是影响发酵工程产物品质的首要因素。
菌种三个来源：从自然界中获取、诱变育种、基因工程育种
1.生产需要(微生物繁殖速度快、代谢产物的产量高等)；2.菌种不易变异、退化等；3.发酵条件易控制；4.考虑气候条件、发酵装置等。
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?
温度：原因：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。 方法：常用冷却水进行温度的调节pH：原因：培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。 方法：是在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱
④在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进？
传统发酵技术获得的产物一般是成分复杂的混合物，一般不会再对产物进行分离和提纯处理，或仅采用简单沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。
发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换等方法，进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。最后需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。
1.发酵工程的正确操作过程是①发酵　②培养基的配制　③灭菌　④产品的分离与提纯　⑤菌种的选育　⑥接种　⑦扩大培养A.①③④⑤⑦②⑥ B.⑤⑦②③⑥①④C.②⑤⑦③①⑥④ D.⑥⑤⑦②④③①
2.下列关于微生物发酵过程的说法，正确的是A.菌种选育是发酵工程的中心环节B.只要不断地向发酵罐中通入液体培养基，就能保证发酵的正常进行C.在发酵过程中，要严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵　条件，否则会影响菌种代谢产物的形成D.在发酵工程的发酵环节中，发酵条件会影响微生物的生长繁殖，但　是不影响微生物的代谢途径
3.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒发酵过程的研究。下列叙述正确的是
A.为加快发酵速度，应使发酵液保持35 ℃的恒温B.给发酵罐适时排气，后期可缩短排气间隔时间C.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D.若定期对培养液中酵母菌进行计数，只能采用　稀释涂布平板法
产物专一生产条件温和原料来源丰富且价格低廉废弃物对环境污染小且容易处理
在食品工业上的应用在医药工业上的应用在农牧业上的应用在其他方面的应用
(一) 在食品工业上的应用
完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。
在低温、密闭的环境下储存一段时间,形成澄清、成熟的啤酒。
部分过程强调：⑴焙烤的目的：_________________________________； ⑵蒸煮的目的：________________________________________。
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活
产生风味组分，终止酶的作用对糖浆灭菌
讨论1：酵母菌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。
讨论2：发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，这是发生了什么变化吗？
酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。
任务四、阅读教材P24-25，写出啤酒的工业化生产流程
生产各种各样的食品添加剂
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
食品直接生产改进生产工艺简化生产过程提高产品产量延长食品储存期改善产品的品质和口味
(二) 医药工业上的应用
基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合
(三)在农牧业上的应用
利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥
微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的 　、　 　 　 　等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。
如：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， 一种放线菌产生的抗生素-井冈霉素可防治水稻枯纹病。
微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。微生物农药作为生物防治的重要手段，将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用
微生物含有丰富的蛋白质。
以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白，用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高
提示：在农业生产中,可以利用农作物废弃物生产食用菌,利用菌糠生产有机肥或部分替代动物饲料;在植物保护方面,应用微生物产生的抗生素来生产生物农药,治理病虫害等。
1.请列举一下发酵工程在环境保护方面的其他应用。
提示：利用微生物发酵清理城市废弃物垃圾,利用发酵工程使烟气脱硫,还可以利用微生物工程除臭等。
2.请列举一下发酵工程在其他行业中的应用。
(1)生产柠檬酸需要筛选产酸量高的乳酸菌(　　)(2)谷氨酸的发酵生产在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺(　　)(3)发酵工程生产条件温和、原料来源丰富，但废弃物对环境污染很大，不易处理(　　)(4)单细胞蛋白指通过发酵而获得的微生物菌体(　　)
4.发酵工程广泛应用于多个行业，下列有关叙述错误的是A.黑曲霉可作为酿制酱油、生产柠檬酸的菌种B.啤酒酿制终止后，可得到啤酒、单细胞蛋白等产品C.用纤维废料发酵得到酒精，可减少环境污染、减缓能源短缺问题D.用液体培养基可大规模生产新冠病毒减毒疫苗
5.下列关于发酵工程在食品工业上应用的叙述，错误的是A.生产传统发酵产品，如利用产生蛋白酶的霉菌酿造酱油B.生产各种各样的食品添加剂，可以改善食品的口味但不能增加食品的　营养C.生产食品酸度调节剂，如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得D.生产酶制剂，少数酶制剂由动植物生产，绝大多数通过发酵工程生产
6．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。
(1)图中①表示的育种方法是________________。(2)人工控制微生物代谢的措施包括_____________________ 和 __________________________。(3)在赖氨酸或谷氨酸发酵过程中，产物源源不断地产生，这说明该生产采用了________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 ______菌。(4)当发酵生产的产品是代谢产物时，还要采用____________________等分离提纯的方法进行提取。
改变微生物遗传特性 　 控制生产过程中的各种条件
萃取(或蒸馏或离子交换等)
1.与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。判断下列相关表述是否正确。(1)发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵（ ）(2)发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。（ ）(3)在发酵工程的发酵环节中,发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖,也会影响微生物的代谢途径。（ ）(4)通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。（ ）
1.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。(1)青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？(提示:血红蛋白具有携带O2的能力)
可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。
(2)在发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？
可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。
2.通过微生物发酵，可以将粮食(如玉米、小麦等)及各种植物纤维加工成燃料乙醇；将燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配，就形成了目前在我国多地广泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道。调查显示，使用乙醇汽油与使用普通汽油相比，排放到空气中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生”；但也有人认为，生产燃料乙醇需要消耗大量粮食，会增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查阅资料，评估这一风险，并说明在生产时应如何规避这风险。
存在风险。在生产燃料乙醇时，为了规避这一风险，应该使用陈化粮食(如陈化的稻谷等)或者非粮食生物材料(如秸秆等)。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流入市场。