高中生物人教版 (2019)选择性必修3第3节 发酵工程及其应用说课ppt课件

这是一份高中生物人教版 (2019)选择性必修3第3节 发酵工程及其应用说课ppt课件，共55页。PPT课件主要包含了课前·新知导学，纯培养技术，密闭式发酵罐，发酵产品，自然界，诱变育种，基因工程，扩大培养，培养基的配方，单一菌种等内容，欢迎下载使用。
第3节　发酵工程及其应用
一　微生物的基本培养技术
　　　　　发酵工程的形成及基本环节1．发酵工程的形成随着人们对发酵原理的认识，微生物____________的建立，以及________________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____________，发酵工程逐步形成。
2．发酵工程的基本环节(1)选育菌种：性状优良的菌种可以从_________中筛选出来，也可以通过___________或____________育种获得。(2)扩大培养：工业发酵罐的体积很大，菌种在接入发酵罐之前要进行______________。(3)配制培养基：菌种确定之后，要选择原料制备培养基，______________要经过反复试验才能确定。
(4)灭菌：发酵工程中所用的菌种大多是__________。一旦有杂菌污染，可能导致________大大下降。因此，________和__________都必须经过严格的灭菌。(5)接种：将扩大培养后的菌种接种到发酵罐中。(6)发酵：发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要随时监测培养液中的______________、__________等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的__________，要严格控制温度、______和________等发酵条件。
(7)分离、提纯产物：若发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用______________等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。若产品是代谢物，可根据_____________采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。(8)获得产品。
在发酵过程中，怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
【答案】发酵过程中，通过计算机系统，随时监测培养液中的微生物数量、产物浓度，了解发酵进程，及时添加必需的营养组成，严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。
　　　下列关于发酵工程的操作流程的叙述，错误的是(　　)A．发酵所需的菌种需要进行筛选或育种获得B．菌种在接种之前要进行扩大培养C．发酵所用的培养基要进行灭菌，发酵设备不需要严格灭菌D．若产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施获得【答案】C
【解析】发酵工程所需菌种必须是性状优良的菌种，可以从自然界中筛选，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得，才能获得高品质的产品，A正确；发酵工程所用的发酵罐较大，为提高发酵效率，发酵之前需要对菌种进行扩大培养，B正确；发酵工程是在无菌条件下进行操作的，所以所用的培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌，否则很可能会造成培养基的污染，产品质量下降，C错误；要根据所获得的发酵产品的类型分离、提纯产物，若发酵产品是代谢物，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。
　　　　　发酵工程的应用1．在食品工业上的应用(1)生产传统的____________。例如，以大豆为主要原料，利用产生________的霉菌，将原料中的蛋白质分解成_____________________，然后经淋洗、调制成酱油的产品；以谷类或水果等为原料，利用酿酒酵母发酵生产的各种酒类。
(2)生产各种各样的____________。食品添加剂不仅可以增加食品的营养，改善食品的_____________________，有时还可以延长食品的___________。(3)生产__________。
2．在医药工业上的应用人们采用____________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；或者直接对菌种进行改造，再通过__________大量生产所需要的产品。3．在农牧业上的应用(1)生产_______________。(2)生产_______________。(3)生产_______________。
微生物肥料　微生物农药　微生物饲料　
单细胞蛋白是蛋白质吗？有哪些方面的应用？
【答案】单细胞蛋白不是蛋白质，而是通过发酵获得的大量的微生物菌体。用酵母菌等生产的单细胞蛋白可以作为食品添加剂；用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能增加家禽、家畜的重量；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，动物食用后还能提高免疫力。
　　　下列不属于发酵工程在食品工业上应用的是(　　)A．生产传统的发酵产品，如酱油、酒类等B．生产各种各样的食品添加剂，如增味剂、增稠剂等C．生产各种酶制剂，如果胶酶、脂肪酶、α－淀粉酶等D．生产抗生素、多种氨基酸和免疫抑制剂等【答案】D
【解析】发酵工程在食品工业上的应用包括生产传统的发酵产品、生产各种各样的食品添加剂、生产酶制剂等，A、B、C正确；生产抗生素、氨基酸和免疫抑制剂等属于发酵工程在医药工业上的应用，D错误。
发酵工程的基本环节分析
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？2．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之处？提示：1．需要考虑的因素包括：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。
2．传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。在发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多，发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检査，合格后才能成为正式产品。
素养达成：本重难点通过学习发酵工程的基本环节，培养“科学思维”“社会责任”素养。
1．下列关于菌种的选育的叙述，不正确的是(　　)A．自然选育菌种费时且盲目性大B．诱变育种原理的是基因突变C．采用基因工程的方法可构建工程菌D．传统发酵技术和现代工业发酵都需要选育菌种【答案】D
【解析】自然选育菌种要到相应的环境从众多的微生物中进行筛选，所以费时且盲目性大，A正确；菌种的选育方法可以采用诱变育种获得，其原理是基因突变，也可以采用基因工程构建工程菌的方法获得，B、C正确；现代工业发酵需要选育菌种，传统发酵技术一般利用的自然界或面团等发酵物中的菌种，不需要选育菌种，D错误。
2．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成功设计，人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品。下列有关发酵工程过程的叙述错误的是(　　)A．发酵工程的过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B．选育菌种都是通过基因工程育种、诱变育种等方法获得的C．扩大培养的目的是使优良菌种大量繁殖，便于得到足够多的菌种D．产品的分离与提纯要根据产物的类型采用不同的分离方法【答案】B
【解析】发酵工程的过程一般包括菌种的选育，培养基的配制和灭菌，扩大培养和接种，发酵，产品的分离、提纯等步骤，A正确；选育菌种的方法总体上分为两种，一种是直接从自然界中筛选出的常规菌种，另一种是通过基因工程育种或者诱变育种获得的工程菌种，B错误；发酵工程的发酵装置足够大，必须接种足量的菌种才能保证其产量，因此接种前要进行扩大培养来增加菌种的数量，C正确；发酵工程的产品有两种类型，如果发酵产品是菌体本身，可以采用过滤、沉淀的方法进行分离、提纯，如果发酵产品是代谢产物，需要根据其性质采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行分离、提纯，D正确。
发酵工程的应用及实例总结：
随着农业科学技术的发展，微生物肥料、微生物农药正在广泛地应用于农业生产，请举例说明微生物肥料对农作物生长有哪些作用？微生物农药正在逐步取代化学农药，请说明微生物农药有哪些优点呢？提示：微生物肥料可以增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植物生长，如根瘤菌肥可以通过固氮作用，将空气中的氮气转化为氨，进而转化为铵盐，作为肥料被植物吸收，从而减少了化肥的使用量。
有些微生物肥料还可以抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。微生物农药作为绿色农药正逐步取代化学农药，微生物农药作为生物防治的重要手段，具有成本低、无污染、维持生态系统稳定性、保护生物多样性等特点。
素养达成：本重难点通过学习发酵工程的应用，培养“科学思维”“社会责任”素养。
1．下列关于发酵工程在农牧业上的应用的叙述，不正确的是(　　)A．利用发酵工程生产微生物肥料，可以增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，但有时会引发病虫害的发生B．利用发酵工程生产的微生物农药与传统的的化学农药相比，具有成本低、无污染的特点
C．利用发酵工程生产的微生物饲料可以作为食品添加剂，也可以使家禽、家畜快速的增重D．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，动物食用后还能提高免疫力【答案】A
【解析】利用发酵工程生产的微生物肥料，可以增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，有些微生物还可以抑制土壤中病原微生物的生长，减少病虫害的发生，A错误；利用发酵工程生产的微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治害虫的，与传统的化学农药相比，具有成本低、无污染的特点，B正确；利用发酵工程生产的微生物饲料可以作为食品添加剂，如酵母菌等生产的单细胞蛋白就可以作为食品添加剂，微生物饲料也可以使家禽、家畜快速的增重，C正确；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，动物食用后还能提高免疫力，D正确。
2．下列描述不属于发酵工程应用的是(　　)A．生产抗生素、维生素、动物激素、胰岛素、重组乙肝疫苗等B．生产啤酒、食醋等传统产品，酸味剂、鲜味剂、甜味剂等食品添加剂C．生产用作饲料或食品添加剂的单细胞蛋白质D．获取用于生产单克隆抗体的杂交瘤细胞【答案】D
【解析】生产抗生素、维生素、动物激素、胰岛素、重组乙肝疫苗等属于发酵工程在医药工业上的应用，A不符合题意；生产啤酒、食醋等传统产品，酸味剂、鲜味剂、甜味剂等食品添加剂属于发酵工程在食品工业上的应用，B不符合题意；生产用作饲料或食品添加剂的单细胞蛋白质属于发酵工程在农牧业上的应用，C不符合题意；获取用于生产单克隆抗体的杂交瘤细胞属于细胞工程的应用，D符合题意。
易错易混：传统发酵技术与现代发酵工程的比较
例　下列有关传统发酵技术与现代工业发酵的描述，正确的是(　　)A．传统发酵技术与现代工业发酵都需要进行严格的无菌操作，防止杂菌的污染，如都要进行培养基的灭菌B．传统发酵技术对发酵条件的控制主要通过人工控制，而现代工业发酵对发酵条件的控制是通过计算机系统进行全面的监测和控制C．制作泡菜的菌种是人工接种的纯的乳酸菌菌种D．果酒制作、果醋制作以及腐乳的制作等都属于现代工业发酵【答案】B
【解析】传统发酵技术与现代工业发酵都要进行无菌操作，但传统发酵技术防止发酵液污染的措施主要是进行有关发酵装置的消毒，灭菌不是很严格，传统发酵技术利用的是原料中存在的微生物，培养液是不能灭菌的，A错误；传统发酵技术对发酵条件的控制主要是通过人工控制的，现代工业发酵对发酵条件的控制是通过计算机系统自动进行监测和控制的，B正确；制作泡菜属于传统发酵技术的应用，菌种来源于附着在原材料上的天然的乳酸菌，不需要接种，C错误；果酒制作、果醋制作以及腐乳制作属于传统发酵技术的应用，D错误。
错因分析：一是没有理解传统发酵技术和现代发酵工程的操作，传统发酵技术往往是通过控制发酵条件达到抑制杂菌生长的效果，没有严格的灭菌和无菌操作，现代发酵工程需要严格的灭菌技术，并全程在无菌条件下操作；二是对发酵条件的控制方式理解不到位，传统发酵技术是通过人工控制发酵条件的，现代发酵工程是通过计算机系统监测和控制发酵条件的；三是对于传统发酵技术和现代发酵工程的应用区别不清楚。
1．下列属于发酵工程的过程依次是(　　)①提取目的基因　②发酵过程　③动物细胞融合　④菌种的选育　⑤接种　⑥灭菌　⑦扩大培养　⑧植物组织培养　⑨培养基的配制　⑩分离、提纯产物A．①⑦⑥⑤⑩　　　B．①④⑥⑦⑤⑩C．④⑥⑦⑤⑩D．④⑦⑨⑥⑤②⑩【答案】D
【解析】发酵工程的过程可分为以下步骤：(1)菌种的选育。自然选育：在生产过程中，不经过人工处理，利用菌种的自发突变，从而选育出优良菌种的过程。诱变育种：用人工的方法处理微生物，使它们发生突变，再从中筛选出符合要求的突变菌株，供生产和科学实验用。诱变育种与其他育种方法相比，具有操作简便、速度快和收效大的优点，至今仍是一种重要的、广泛应用的微生物育种方法。
(2)扩大培养。(3)培养基的配制。①原料：碳源、氮源、维生素、无机盐和水等。②原则：目的要明确，营养要协调，pH要适宜。(4)灭菌。发酵过程中不能有杂菌污染，不仅要对培养基进行灭菌，还要对发酵装置进行灭菌，通入的空气也要进行灭菌。灭菌不仅要杀死杂菌细胞，还要杀死芽孢和孢子。
(5)接种。扩大培养可以缩短微生物生长的调整期。(6)发酵过程。发酵过程是发酵的中心阶段，其关键是控制发酵的条件，如温度、pH、溶氧、通气量与转速等。要控制发酵条件的原因是环境条件的变化不仅会影响菌种的生长繁殖，还会影响菌种代谢产物的形成。
(7)分离、提纯产物。代谢产物：可采用蒸馏、萃取、离子交换等方法。菌体自身：可采用过滤、沉淀等方法。故发酵工程的过程依次是④菌种的选育⑦扩大培养，⑨培养基的配制⑥灭菌⑤接种②发酵过程，⑩分离、提纯产物。
2．在发酵过程中，不会直接引起发酵液pH变化的是(　　)A．营养物质的消耗B．微生物细胞数目的增多C．微生物呼吸作用释放的CO2D．代谢产物的积累【答案】B【解析】在发酵过程中，能引起pH变化的因素有营养物质的消耗和代谢产物的积累，A、C、D不符合题意；微生物细胞数目的变化不会引起pH的变化，B符合题意。
3．在发酵过程中有关氧气的利用，正确的是(　　)A．微生物可直接利用空气中的氧气B．微生物只能利用发酵液中的溶解氧C．温度升高，发酵液中溶解氧增多D．机械搅拌与溶解氧浓度无关【答案】B
【解析】发酵工程中严格无菌操作，空气中的氧气中有微生物，会造成杂菌污染，只能利用发酵液中经过灭菌的无菌氧气，A错误、B正确；温度升高是由于代谢产热和机械搅拌产热引起的，与发酵液中的溶解氧没有关系，C错误；机械搅拌可以增加溶解氧的浓度，D正确。
4．下面是有关啤酒的工业化生产的流程，下列有关叙述不正确的是(　　)发芽→焙烤→碾磨→糖化→蒸煮→发酵→消毒→终止A．啤酒的发酵过程包括主发酵和后发酵两个阶段B．发芽的过程中大麦会产生淀粉酶，便于将大麦中的淀粉分解为葡萄糖进行酒精发酵C．发酵的过程就是酵母菌进行有氧呼吸的过程D．消毒的目的是杀死啤酒中的大多数微生物，以延长它的保存期
【答案】C【解析】酒精发酵的过程是酵母菌进行无氧呼吸产生酒精的过程，C错误。
5．下列关于发酵工程的说法中，不正确的是(　　)A．在菌种选育过程中，可以利用人工诱变、基因工程等手段B．虽然青霉素是抗生素，但在青霉素生产过程中仍然需要严格灭菌C．在谷氨酸棒状杆菌发酵过程中，pH呈酸性时产生乳酸或琥珀酸，pH呈碱性时产生谷氨酸D．发酵工程的产品可以采用过滤、沉淀、蒸馏、萃取、离子交换等方法提取【答案】C
【解析】在菌种选育过程中，可以利用人工诱变、基因工程等手段进行培育，A正确；青霉素是抗生素，但其并不能杀灭所有微生物，所以其生产过程也要灭菌，B正确；在谷氨酸发酵过程中，pH呈酸性时产生乙酰谷氨酰胺，C错误；若发酵工程的产品是菌体本身，可以采用过滤、沉淀等方法提取，若发酵工程的产品是代谢产物，可以根据产物性质采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取，D正确。