生物选择性必修3发酵工程及其应用教学课件ppt

这是一份生物选择性必修3发酵工程及其应用教学课件ppt，共37页。PPT课件主要包含了菌种的选育，选育菌种，性状优良的菌种，诱变育种，基因工程育种，3实例，扩大培养，更多的菌种，2原因，配制培养基等内容，欢迎下载使用。
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青霉素，它的价格贵如金。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160万单位的青霉素注射剂的价格只1元左右。那在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？
工业上青霉素的产生按照发酵工程的基本环节进行：
发酵工程一般包括___________，扩大培养，培养基的配制、______，接种，_______，产品分离、提纯等方面。
（1）目的：获得_______________。
（2）菌种来源：从自然界中筛选、__________或________________。
筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸；使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期。
一、发酵工程的基本环节
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何启示？
优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败。
（1）目的：获得___________。
工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大。所以在发酵之前需对菌种进行扩大培养。
①在菌种确定之后，要_________制备培养基。
②在生产实践中，培养基的配方要经过__________才能确定。
发酵工程种所用的菌种大多是____________，一旦有杂菌污染，可能导致_____________。
（2）________________都必须经过严格的灭菌；
将____________的菌种投放到________中。
①发酵过程中，要________培养液中___________、_________等，以____________；②要及时添加_______________，要严格控制______、____和________等发酵条件。
（2）严格控制发酵条件的原因：
①环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成；②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态。
（3）不同发酵条件的影响实例——谷氨酸发酵
①在_____和________条件下会积累谷氨酸；②在_____条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺；
（4）现代发酵工程使用的发酵罐的优点
均有_______________，能对发酵过程中的温度、pH、溶氧量、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行_____和_____，还可以进行_________，使发酵全过程处于________。
①发酵产品是微生物细胞本身时，可在发酵结束之后，采用_____、_____等方法将菌体_____和_____；②发酵产品是代谢物时，可________________采取______的_______、_______和_______措施来获得产品；
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？
①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；②生产所需代谢物的产量高；③菌种不易变异，退化等；④发酵条件易控制。
讨论2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
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随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度等；④及时添加必需的营养组分；⑤严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件，使用计算机控制系统对各种条件进行监测和控制，以及反馈控制。
讨论3.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？
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、过滤等方法来分离提纯产物。 发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。
讨论4.在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？
不能； 因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。 为减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废气培养液进行二次清洁或灭菌处理。
①生产条件温和；②原料来源丰富且价格低廉；③产物专一；④废弃物对环境的污染小和容易处理；
因此，发酵工程在食品工业、医药工业、农牧业等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工业。
1.在食品工业上的应用
（1）生产传统的发酵食品
利用酿酒酵母生产各种酒类
我国是世界上啤酒的生产和消费大国。啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的，其工业化生产流程如下图所示。 其中发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成。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。发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异。
主发酵结束不适合饮用，要进行后发酵才成啤酒。
讨论1.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，都有助于提高啤酒的产量和品质。
讨论2.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？
应该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式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。
增加食物的营养，改善食品的口味、色泽和品质，延长食品的保存期。
柠檬酸是一种食品酸度调节剂；可通过黑曲霉的发酵制得；
味精是由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸后经过一系列处理制成。
α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶
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。
2.在医药工业上的应用
（1）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。如青霉素高产菌株的培育。
（2）采用基因工程将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具某种药物生产能力的微生物。
①基因改造的微生物生产生长激素释放抑制激素；
③基因工程改造的微生物生产疫苗。如某种乙肝疫苗的生产。
② 利用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物；
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。微生物肥料可以抑制____________________的生长，从而减少病害的发生。
①微生物农药的作用机理：
利用_________或___________来防治病虫害。
防治玉米螟、松毛虫等虫害
微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快。
②实例1——单细胞蛋白
以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，以发酵获得大量的____________，即单细胞蛋白，并用它制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。
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。
（1）解决资源短缺与环境污染问题
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。
（2）将极端微生物应用于生产实践
自然界中的极端微生物能在极端恶劣的环境中（高温、高压、高盐和低温等环境）正常生活。
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
（1）发酵工程利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。（ ）（4）利用微生物农药防治农林虫害属于化学防治。（ ）（5）微生物饲料主要是利用发酵工程生产的微生物的菌体。（ ）
2.关于发酵工程应用的说法错误的是（ ）A.发酵工程的产品可以是微生物的代谢产物B.通过发酵工程可以从微生物中提取一些酶C.通过发酵工程可以从微生物中提取单细胞蛋白D.发酵工程的产品可以是微生物的菌体
3.关于发酵工程说法错误的是（ ）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
4.关于发酵工程的菌种说法错误的是（ ）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
5.关于啤酒生产的流程说法错误的是（ ）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.蒸煮时终止了酶的作用，并对糖浆进行灭菌
6．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（ ）
A.夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理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
7.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____________________________。
控制生产过程中的各种条件