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(共31张PPT)
1.3 发酵工程及其应用
2019版新教材高中生物
选择性必修3精品学案
目 标 素 养
1.知道发酵工程的基本环节和发酵罐的构成,培养科学思维能力。
2.了解发酵工程在食品工业、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。
知 识 概 览
一、发酵工程的基本环节
微判断1
1.发酵工程中所用的菌种都是从自然界中筛选出来的。
( )
2.发酵工程的中心环节是选育菌种。( )
3.发酵工程中要对培养基进行灭菌,发酵设备不用灭菌。
( )
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二、发酵工程的应用
1.发酵工程的特点: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。
2.在食品工业上的应用
(1)生产传统的发酵产品。例如,以大豆为主要原料,利用产生蛋白酶的霉菌,将原料中的蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸,然后经淋洗、调制成的酱油产品;以谷物或水果等为原料,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。食品添加剂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。例如,柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得;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成味精。
(3)生产酶制剂。目前,已有50多种酶制剂成功用于食品的直接生产、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方面。
3.在医药工业上的应用
(1)利用发酵工程可以生产抗生素、多种氨基酸、激素和
免疫调节剂等。
(2)基因工程、蛋白质工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。
4.在农牧业上的应用
(1)生产微生物肥料。常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。
(2)生产微生物农药。微生物农药是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。
(3)生产微生物饲料。以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料,通过发酵获得大量的微生物菌体,即单细胞蛋白。
5.在其他方面的应用
(1)利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质,对解决资源短缺与环境污染问题具有重要意义。
(2)嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂,嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。
(3)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。
微判断2
1.利用微生物农药防治农林虫害属于化学防治。( )
2.微生物饲料主要是利用发酵工程生产的微生物的菌体。
( )
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发酵工程及其应用
重难归纳
1.选择发酵工程用的菌种时需要考虑的因素
(1)原料廉价、生产迅速、目的产物产量高。
(2)易于控制培养条件,酶活性高,发酵周期较短。
(3)抗杂菌和噬菌体的能力强。
(4)菌种遗传性能稳定,不易变异和退化,不产生任何有害的生物活性物质和毒素,保证安全生产。
2.发酵过程的控制
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。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。
3.发酵产物的分离、提纯
(1)微生物细胞:采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥。
(2)代谢物:根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施。
4.发酵工程的应用
领域 应用 意义
食品 工业 生产传统发酵产品 发酵工程使这些产品的产量和质量明显提高
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
生产酶制剂 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,提高产品产量
领域 应用 意义
医药 工业 采用基因工程的方法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,大量生产所需要的产品 提高产量
未来甚至还可能用微生物生产紫杉醇、青蒿素前体等化合物 改变只能通过植物生产的生产途径
利用基因工程生产疫苗 满足人们预防某些疾病的需要
5.啤酒的工业化生产
(1)发酵过程:
①主发酵:完成酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成。
②后发酵:在低温、密闭的环境下储存一段时间,形成澄清、成熟的啤酒。
(2)流程:发芽→焙烤→碾磨→糖化→蒸煮→发酵→消毒→终止。
啤酒生产中,发酵是重要环节。发酵后期,如果密封不严,啤酒会变酸,你知道这是发生了什么变化吗 酒精发酵过程中发生“先来水后来酒”又是什么原因
提示:醋酸菌是一种好氧细菌,若发酵罐密封不严,酒精就会在醋酸菌的作用下被氧化生成乙醛,最后变为乙酸。酒精发酵过程中发生“先来水后来酒”是因为酵母菌首先进行有氧呼吸产生了水,然后进行无氧呼吸才产生酒精。
典例剖析
下列关于发酵过程的说法,错误的是(　　)
A.培养基灭菌是发酵生产中一个很重要的环节
B.随时检测影响发酵过程的各种环境条件,并予以控制,才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、溶解氧、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.发酵产品的分离方法是相同的
解析:不同的发酵产品的分离方法可能不同。
D
学以致用
发酵工程的一项关键措施是灭菌。下列关于灭菌的叙述,正确的是(　　)
A.培养基和发酵设备均需要严格灭菌
B.灭菌是杀死培养基中的一切微生物
C.通入无菌空气可以达到灭菌的目的
D.调节pH为7左右灭菌效果最好
答案:A
解析:灭菌就是杀灭所有微生物,以排除其对生产、实验的干扰,关键是要对培养基和发酵设备进行灭菌,A项正确,B项错误。为防止杂菌污染,通入的空气也要是无菌的,但不是通入无菌空气就可以达到灭菌的效果,C项错误。灭菌效果与pH无直接关系,D项错误。
1.下列关于发酵工程的说法,错误的是(　　)
A.依赖微生物纯培养技术的建立
B.发酵设备都是密封的
C.食品、医药工业离不开发酵工程
D.发酵工程与工农业生产也有密切关系
答案:B
解析:发酵设备是密闭的,不是密封的。
2.下列关于发酵工程菌种的说法,错误的是(　　)
A.发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来
B.发酵工程可以利用原材料中含有的菌种
C.发酵工程的菌种可以来自基因工程
D.发酵工程的菌种可以来自诱变育种
答案:B
解析:传统发酵技术利用的是原材料中的菌种,发酵工程利用的是经过筛选或培育的菌种。
3.下列不属于发酵工程产品的是(　　)
A.青霉素　　　　　　 B.柠檬酸
C.除草剂　　　　　　 D.α-淀粉酶
答案:C
4.下列关于发酵工程应用的叙述,错误的是(　　)
A.利用酵母菌生产各种酒类
B.利用白僵菌生产酱油和柠檬酸
C.利用根瘤菌生产微生物肥料
D.利用酵母菌生产乙型肝炎疫苗
答案:B
解析:酱油和柠檬酸是利用黑曲霉菌生产的。
5.下列关于啤酒的生产流程的叙述,错误的是(　　)
A.让大麦种子发芽的目的是释放淀粉酶
B.焙烤发芽的大麦种子时,淀粉酶丧失活性
C.糖化的目的是让淀粉分解
D.蒸煮终止了酶的进一步作用,并对糖浆灭菌
答案:B
解析:焙烤发芽的大麦种子时杀死种子的胚,但不能使淀粉酶丧失活性。
6.发酵工程在工业生产上得到了广泛应用,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采用的方法是　　　　　　。
(2)发酵工程的中心环节是　　　　　　。在发酵过程中,要随时检测培养液中的微生物数量、　　　　　　等。
(3)在赖氨酸或谷氨酸发酵过程中,常需增加通氧量,由此判断赖氨酸或谷氨酸的发酵菌种为　　　　细菌。
(4)当发酵生产的产品是代谢物时,可根据　　　　　　采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。
答案:(1)诱变育种
(2)发酵罐内发酵　产物浓度
(3)好氧
(4)产物的性质

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