高中生物 第二章 第1節(jié)微生物發(fā)酵及其應(yīng)用課件 北師大版選修2

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1、第二章第二章生物科學(xué)與工業(yè)生物科學(xué)與工業(yè)第二章生物科學(xué)與工業(yè)第二章生物科學(xué)與工業(yè) 第1節(jié)微生物發(fā)酵及其應(yīng)用 學(xué)習(xí)導(dǎo)航 1.概述發(fā)酵過(guò)程。重點(diǎn) 2.概述微生物發(fā)酵在工業(yè)中的應(yīng)用。 重、難點(diǎn)新知初探新知初探思維啟動(dòng)思維啟動(dòng)一、發(fā)酵過(guò)程探秘一、發(fā)酵過(guò)程探秘發(fā)酵的含義：利用發(fā)酵的含義：利用_在有氧或無(wú)氧在有氧或無(wú)氧條件下，將原料經(jīng)過(guò)特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為條件下，將原料經(jīng)過(guò)特定的代謝途徑轉(zhuǎn)化為人類所需產(chǎn)品的過(guò)程。人類所需產(chǎn)品的過(guò)程。 1.微生物發(fā)酵的類型微生物發(fā)酵的類型(1)固體發(fā)酵固體發(fā)酵微生物微生物含義：將微生物接種在含義：將微生物接種在_培養(yǎng)基培養(yǎng)基上進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)的過(guò)程。上進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)的過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)：

2、一般都是開放式的，無(wú)菌要求不優(yōu)點(diǎn)：一般都是開放式的，無(wú)菌要求不高，因而固體發(fā)酵所需的設(shè)備高，因而固體發(fā)酵所需的設(shè)備_。缺點(diǎn)：具有勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)慢、微生物缺點(diǎn)：具有勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)慢、微生物品種少、產(chǎn)品有限等缺點(diǎn)。品種少、產(chǎn)品有限等缺點(diǎn)。固體固體簡(jiǎn)單、操作容易簡(jiǎn)單、操作容易(2)液體深層發(fā)酵液體深層發(fā)酵含義：將微生物接種在含義：將微生物接種在_培養(yǎng)基中培養(yǎng)基中進(jìn)行發(fā)酵的過(guò)程。進(jìn)行發(fā)酵的過(guò)程。分類：液體深層發(fā)酵又分為厭氧液體深層分類：液體深層發(fā)酵又分為厭氧液體深層發(fā)酵和好氧液體深層發(fā)酵。在厭氧液體深層發(fā)酵和好氧液體深層發(fā)酵。在厭氧液體深層發(fā)酵過(guò)程中，不需要通入發(fā)酵過(guò)程中，不需要通入_。好氧。好氧

3、液體深層發(fā)酵所用的設(shè)備是帶攪拌和通氣裝液體深層發(fā)酵所用的設(shè)備是帶攪拌和通氣裝置的發(fā)酵罐，置的發(fā)酵罐，液體液體空氣空氣在發(fā)酵過(guò)程中需要不斷通入在發(fā)酵過(guò)程中需要不斷通入_。優(yōu)點(diǎn)：液體深層發(fā)酵法生產(chǎn)周期短，產(chǎn)量?jī)?yōu)點(diǎn)：液體深層發(fā)酵法生產(chǎn)周期短，產(chǎn)量高，占地面積小，還可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的高，占地面積小，還可以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的_控制，從而減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度?？刂?，從而減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度。無(wú)菌空氣無(wú)菌空氣自動(dòng)化自動(dòng)化 判一判判一判(1)蘑菇的生產(chǎn)、泡菜的制作、酒精的工業(yè)化蘑菇的生產(chǎn)、泡菜的制作、酒精的工業(yè)化生產(chǎn)均是固體發(fā)酵。生產(chǎn)均是固體發(fā)酵。()(2)乳酸、抗生素、維生素、氨基酸的生產(chǎn)均乳酸、抗生素、維生素、氨基酸的生

4、產(chǎn)均為好氧液體深層發(fā)酵。為好氧液體深層發(fā)酵。()(3)在發(fā)酵工業(yè)中絕大多數(shù)微生物為好氧微生在發(fā)酵工業(yè)中絕大多數(shù)微生物為好氧微生物。物。() 2.微生物發(fā)酵的過(guò)程微生物發(fā)酵的過(guò)程(1)發(fā)酵的步驟：主要包括：發(fā)酵的步驟：主要包括：_制備、制備、菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)、發(fā)酵和菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)、發(fā)酵和_四個(gè)四個(gè)步驟。步驟。(2)發(fā)酵的實(shí)質(zhì)：通過(guò)微生物產(chǎn)生的各種酶進(jìn)發(fā)酵的實(shí)質(zhì)：通過(guò)微生物產(chǎn)生的各種酶進(jìn)行一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過(guò)不同的行一系列的生物化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過(guò)不同的_途徑生成不同的產(chǎn)物。途徑生成不同的產(chǎn)物。菌種菌種提取精制提取精制代謝代謝 想一想想一想菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)的目的是什么？菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)的目的是什么？【提

5、示提示】增加菌種的數(shù)量。增加菌種的數(shù)量。二、微生物發(fā)酵在工業(yè)中的應(yīng)用二、微生物發(fā)酵在工業(yè)中的應(yīng)用1.微生物的特點(diǎn)微生物的特點(diǎn)(1)種類繁多，繁殖速度快，代謝能力強(qiáng)，易種類繁多，繁殖速度快，代謝能力強(qiáng)，易通過(guò)人工誘變獲得有益的通過(guò)人工誘變獲得有益的_，酶，酶種類種類_。(2)微生物能夠利用微生物能夠利用_。(3)微生物的生長(zhǎng)不受微生物的生長(zhǎng)不受_等自等自然條件的限制，制備設(shè)備簡(jiǎn)單。然條件的限制，制備設(shè)備簡(jiǎn)單。突變株突變株很多很多各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)各種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)氣候、季節(jié)氣候、季節(jié)2.微生物的應(yīng)用微生物的應(yīng)用(1)微生物發(fā)酵在微生物發(fā)酵在_中的應(yīng)用。中的應(yīng)用。(2)微生物發(fā)酵在微生物發(fā)酵在_中的應(yīng)用。中的

6、應(yīng)用。(3)微生物發(fā)酵還廣泛應(yīng)用于微生物發(fā)酵還廣泛應(yīng)用于_、化學(xué)工業(yè)及環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面。化學(xué)工業(yè)及環(huán)境保護(hù)等各個(gè)方面。食品工業(yè)食品工業(yè)醫(yī)藥領(lǐng)域醫(yī)藥領(lǐng)域輕工業(yè)輕工業(yè)要點(diǎn)突破要點(diǎn)突破講練互動(dòng)講練互動(dòng) 要點(diǎn)一發(fā)酵的過(guò)程 發(fā)酵過(guò)程圖解1.菌種制備菌種制備根據(jù)微生物遺傳變異的特點(diǎn)，人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)根據(jù)微生物遺傳變異的特點(diǎn)，人們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中已經(jīng)試驗(yàn)出一套行之有效的微生物育種踐中已經(jīng)試驗(yàn)出一套行之有效的微生物育種方法。主要包括自然選育、誘變育種、雜交方法。主要包括自然選育、誘變育種、雜交育種、原生質(zhì)體融合、基因工程等。育種、原生質(zhì)體融合、基因工程等。2.擴(kuò)大培養(yǎng)擴(kuò)大培養(yǎng) 3.配制培養(yǎng)基 在菌種確定之后，要根據(jù)

7、培養(yǎng)基的配制原 則，選擇原料制備培養(yǎng)基。 4.滅菌 現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)絕大多數(shù)采用單一菌種發(fā)酵，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的滅菌，并進(jìn)行無(wú)菌操作，一般采用高壓蒸汽滅菌 法。 5.接種 將多次擴(kuò)大培養(yǎng)后的菌種接入工業(yè)發(fā)酵罐 中，菌種體積與發(fā)酵罐體積比約為1 10。 6.發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵 發(fā)酵過(guò)程中，要隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進(jìn)程。還要及時(shí)添加必需的營(yíng)養(yǎng)組分，以滿足微生物的營(yíng)養(yǎng)需求。 同時(shí)，要嚴(yán)格控制溫度、pH、溶解氧等發(fā)酵條件。 7.提取精制 將發(fā)酵液中的發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行提取精制，是制取發(fā)酵產(chǎn)品不可缺少的階段。產(chǎn)品不同，分離提純的方法也不同。 以下不屬于發(fā)酵的是以下不屬于發(fā)酵的

8、是()A利用需氧型青霉菌生產(chǎn)青霉素利用需氧型青霉菌生產(chǎn)青霉素B缺氧時(shí)人的組織細(xì)胞產(chǎn)生乳酸缺氧時(shí)人的組織細(xì)胞產(chǎn)生乳酸C利用酵母菌的無(wú)氧呼吸獲得酒精利用酵母菌的無(wú)氧呼吸獲得酒精D利用乳酸菌制作泡菜利用乳酸菌制作泡菜【解析解析】解答該題首先理解發(fā)酵的概念。解答該題首先理解發(fā)酵的概念。發(fā)酵是指在生產(chǎn)實(shí)際中，人們通過(guò)微生物的發(fā)酵是指在生產(chǎn)實(shí)際中，人們通過(guò)微生物的培養(yǎng)，大量生產(chǎn)各種代謝產(chǎn)物的過(guò)程。培養(yǎng)，大量生產(chǎn)各種代謝產(chǎn)物的過(guò)程。這里有三個(gè)要點(diǎn)：一是用于生產(chǎn)，二是培這里有三個(gè)要點(diǎn)：一是用于生產(chǎn)，二是培養(yǎng)微生物，三是生產(chǎn)代謝產(chǎn)物。根據(jù)概念可養(yǎng)微生物，三是生產(chǎn)代謝產(chǎn)物。根據(jù)概念可知，生產(chǎn)代謝產(chǎn)物青霉素有一個(gè)培

9、養(yǎng)青霉菌知，生產(chǎn)代謝產(chǎn)物青霉素有一個(gè)培養(yǎng)青霉菌的過(guò)程；生產(chǎn)酒精有一個(gè)培養(yǎng)酵母菌的過(guò)的過(guò)程；生產(chǎn)酒精有一個(gè)培養(yǎng)酵母菌的過(guò)程；制作泡菜實(shí)質(zhì)是培養(yǎng)乳酸菌，使其利用程；制作泡菜實(shí)質(zhì)是培養(yǎng)乳酸菌，使其利用菜中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生產(chǎn)代謝產(chǎn)物乳酸的過(guò)程。菜中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)生產(chǎn)代謝產(chǎn)物乳酸的過(guò)程。因此，因此，A、C、D都符合發(fā)酵的概念。都符合發(fā)酵的概念。而而B項(xiàng)中雖有代謝產(chǎn)物乳酸，但不是微生物所項(xiàng)中雖有代謝產(chǎn)物乳酸，但不是微生物所為，也不存在培養(yǎng)微生物的過(guò)程，更不是用為，也不存在培養(yǎng)微生物的過(guò)程，更不是用于生產(chǎn)，因此不屬于發(fā)酵。于生產(chǎn)，因此不屬于發(fā)酵?！敬鸢复鸢浮緽變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練發(fā)酵罐發(fā)酵過(guò)程中，使溫度升高的熱量來(lái)源發(fā)

10、酵罐發(fā)酵過(guò)程中，使溫度升高的熱量來(lái)源于于()冷卻水供應(yīng)不足冷卻水供應(yīng)不足微生物代謝微生物代謝培養(yǎng)培養(yǎng)基不新鮮基不新鮮攪拌攪拌放料口排出產(chǎn)物放料口排出產(chǎn)物ABC D解析：選解析：選D。題目要求找出使發(fā)酵罐溫度升。題目要求找出使發(fā)酵罐溫度升高的熱量來(lái)源，其來(lái)源有兩個(gè)：一是微生物高的熱量來(lái)源，其來(lái)源有兩個(gè)：一是微生物代謝產(chǎn)生的代謝產(chǎn)生的(呼吸作用呼吸作用)熱量；二是攪拌器不熱量；二是攪拌器不斷地?cái)嚢璁a(chǎn)生的熱量。散熱的途徑主要是用斷地?cái)嚢璁a(chǎn)生的熱量。散熱的途徑主要是用冷卻水冷卻。冷卻水冷卻。 要點(diǎn)二要點(diǎn)二微生物在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用微生物在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用1.食品工業(yè)食品工業(yè)(1)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品。直接利用微

11、生物發(fā)酵生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品。直接利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)的產(chǎn)品，如利用毛霉生產(chǎn)腐乳，利用酵母菌的產(chǎn)品，如利用毛霉生產(chǎn)腐乳，利用酵母菌生產(chǎn)面包、饅頭、葡萄酒等，利用乳酸菌生生產(chǎn)面包、饅頭、葡萄酒等，利用乳酸菌生產(chǎn)泡菜等。產(chǎn)泡菜等。(2)生產(chǎn)各種食品添加劑。如色素、味精、醋生產(chǎn)各種食品添加劑。如色素、味精、醋等，不僅能改善食品的營(yíng)養(yǎng)、等，不僅能改善食品的營(yíng)養(yǎng)、口感、風(fēng)味、色澤和形狀，有的還可以延長(zhǎng)口感、風(fēng)味、色澤和形狀，有的還可以延長(zhǎng)食品的保存期等。食品的保存期等。(3)解決糧食短缺問(wèn)題。如單細(xì)胞蛋白的生解決糧食短缺問(wèn)題。如單細(xì)胞蛋白的生產(chǎn)：通過(guò)發(fā)酵可獲得大量的微生物菌體產(chǎn)：通過(guò)發(fā)酵可獲得大量的微生物菌體

12、單細(xì)胞蛋白。單細(xì)胞蛋白食品具有高蛋白、單細(xì)胞蛋白。單細(xì)胞蛋白食品具有高蛋白、低脂肪等優(yōu)點(diǎn)。低脂肪等優(yōu)點(diǎn)。2.醫(yī)藥工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)(1)發(fā)酵工程能生產(chǎn)人們所需的藥品，例如通發(fā)酵工程能生產(chǎn)人們所需的藥品，例如通過(guò)青霉菌發(fā)酵能生產(chǎn)青霉素。過(guò)青霉菌發(fā)酵能生產(chǎn)青霉素。(2)通過(guò)發(fā)酵工程能生產(chǎn)基因藥品，例如將合通過(guò)發(fā)酵工程能生產(chǎn)基因藥品，例如將合成的人的胰島素基因轉(zhuǎn)移到大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)成的人的胰島素基因轉(zhuǎn)移到大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)構(gòu)建成構(gòu)建成“工程菌工程菌”，再通過(guò)培養(yǎng)，再通過(guò)培養(yǎng)“工程菌工程菌”即可獲得人的胰島素。即可獲得人的胰島素。 用發(fā)酵工程生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，可用用發(fā)酵工程生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，可用來(lái)制成來(lái)制成“人造肉人

13、造肉”供人食用，這種蛋白是供人食用，這種蛋白是()A微生物菌體微生物菌體B微生物代謝產(chǎn)物微生物代謝產(chǎn)物C微生物合成物質(zhì)微生物合成物質(zhì) D發(fā)酵液發(fā)酵液【解析解析】發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用包發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用包括生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品，如啤酒、果酒、食括生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品，如啤酒、果酒、食醋等；生產(chǎn)食品添加劑，如酸味劑、色素、醋等；生產(chǎn)食品添加劑，如酸味劑、色素、甜味劑等；發(fā)酵工程為解決糧食問(wèn)題開辟了甜味劑等；發(fā)酵工程為解決糧食問(wèn)題開辟了新途徑，如單細(xì)胞蛋白的產(chǎn)生：通過(guò)發(fā)酵可新途徑，如單細(xì)胞蛋白的產(chǎn)生：通過(guò)發(fā)酵可獲得大量的微生物菌體。單細(xì)胞蛋白可以作獲得大量的微生物菌體。單細(xì)胞蛋白可以作為食

14、品添加劑、高蛋白低脂肪的食品。為食品添加劑、高蛋白低脂肪的食品。【答案答案】A變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練在將鮮牛奶制成酸奶的過(guò)程中，盛鮮奶的容在將鮮牛奶制成酸奶的過(guò)程中，盛鮮奶的容器必須密封的主要原因是防止器必須密封的主要原因是防止()A空氣進(jìn)入容器空氣進(jìn)入容器 B產(chǎn)生的乳酸分解產(chǎn)生的乳酸分解C水分過(guò)度蒸發(fā)水分過(guò)度蒸發(fā) D灰塵掉入容器灰塵掉入容器解析：選解析：選A。酸奶的制備，是將乳酸菌加入。酸奶的制備，是將乳酸菌加入其中，在無(wú)氧條件下發(fā)酵而成的。其中，在無(wú)氧條件下發(fā)酵而成的。乳酸菌的新陳代謝方式是異養(yǎng)厭氧型，必須乳酸菌的新陳代謝方式是異養(yǎng)厭氧型，必須在無(wú)氧條件下，生長(zhǎng)繁殖才能更快更好，才在無(wú)氧條件下，

15、生長(zhǎng)繁殖才能更快更好，才能發(fā)酵成功。在有氧條件下，乳酸菌的代謝能發(fā)酵成功。在有氧條件下，乳酸菌的代謝活動(dòng)就會(huì)受到抑制，不會(huì)產(chǎn)生乳酸?；顒?dòng)就會(huì)受到抑制，不會(huì)產(chǎn)生乳酸。對(duì)影響發(fā)酵過(guò)程的因素理解不透徹對(duì)影響發(fā)酵過(guò)程的因素理解不透徹 嚴(yán)格控制發(fā)酵條件是保證發(fā)酵正常嚴(yán)格控制發(fā)酵條件是保證發(fā)酵正常進(jìn)行的關(guān)鍵，直接關(guān)系到是否能得到品質(zhì)進(jìn)行的關(guān)鍵，直接關(guān)系到是否能得到品質(zhì)高、產(chǎn)量高的產(chǎn)物，通常所指的發(fā)酵條件高、產(chǎn)量高的產(chǎn)物，通常所指的發(fā)酵條件不包括不包括()A溫度控制溫度控制 B溶氧控制溶氧控制CpH控制控制 D酶濃度控制酶濃度控制【解析解析】通常所指的發(fā)酵條件包括通常所指的發(fā)酵條件包括pH、溶、溶氧、通氣量

16、與轉(zhuǎn)速等。酶是自身調(diào)節(jié)，不屬氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等。酶是自身調(diào)節(jié)，不屬于發(fā)酵條件。于發(fā)酵條件?！敬鸢复鸢浮緿【糾錯(cuò)筆記糾錯(cuò)筆記】(1)溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響溫度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響每種微生物都有其最適生長(zhǎng)溫度。溫度主要每種微生物都有其最適生長(zhǎng)溫度。溫度主要是通過(guò)影響微生物細(xì)胞內(nèi)生物大分子的活性是通過(guò)影響微生物細(xì)胞內(nèi)生物大分子的活性來(lái)影響微生物的生命活動(dòng)。來(lái)影響微生物的生命活動(dòng)。(2)pH對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的pH對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響主要是引起對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響主要是引起細(xì)胞膜電荷變化，細(xì)胞膜電荷變化，以及影響營(yíng)養(yǎng)物離子化程度，從而影響微生以及影響營(yíng)養(yǎng)物離子化程度，從而影響

17、微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸收；物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸收；pH也會(huì)影響生物活性，也會(huì)影響生物活性，如酶的活性。如酶的活性。 (3)溶解氧的影響溶解氧的影響工業(yè)上大部分為好氧發(fā)酵，在發(fā)酵過(guò)程中均工業(yè)上大部分為好氧發(fā)酵，在發(fā)酵過(guò)程中均需要往發(fā)酵液中通入無(wú)菌空氣，以滿足微生需要往發(fā)酵液中通入無(wú)菌空氣，以滿足微生物生長(zhǎng)代謝過(guò)程對(duì)氧的需求；物生長(zhǎng)代謝過(guò)程對(duì)氧的需求；而酒精、丙酮、丁醇和乳酸的細(xì)菌發(fā)酵為厭而酒精、丙酮、丁醇和乳酸的細(xì)菌發(fā)酵為厭氧發(fā)酵，發(fā)酵過(guò)程不需要氧。氧發(fā)酵，發(fā)酵過(guò)程不需要氧。發(fā)酵液中溶解氧的濃度可以通過(guò)控制通氣發(fā)酵液中溶解氧的濃度可以通過(guò)控制通氣量、罐壓、攪拌速度等進(jìn)行控制。量、罐壓、攪拌速度等進(jìn)行控制。