发酵工程及其应用课件-高中生物选择性必修3
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。 1.解决资源短缺和环境污染问题
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质
2.对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用
利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂
原有前程可奔赴，亦有岁月可回首
总结：发酵工程的基本环节
选育菌种
从自然界中筛选 通过诱变育种获得
扩大菌种
通过基因工程育种获得
接种
灭菌:不能有杂菌污染。如在
青霉素生产过程中如果污染了 杂菌,某些杂菌会分泌青霉素酶 将青霉素分解掉
培养基的配制
发酵罐内发酵 分离、提纯产物
发酵工程的中心环节。在了解发酵进程 的同时,还要控制发酵条件。如环境条件 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
人教版（2019）高中生物选择性必修3
第一章 发酵工程
第3节 发酵工程及应用
培养物或营养物 质的加入口 观察孔 取样管
温度传感器和 控制装置 冷却水进 入口
阀 门
电动机 排气管
pH计
冷却水排 出冷口却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感 器装置
空气入口
放料管
学习目标
● 1.通过分析发酵工程示意图，了解发酵工程的一般流程，知道发酵工程的基本环 节和发酵罐的构成，培养科学思维，联系生产实际，培养社会责任意识。
获得产品
中心 环节
发酵罐内发酵
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。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。 如谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件 下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成 谷氨酰胺和N -乙酰谷氨酰胺。
二、发酵工程的应用 合作探究2
发酵工程以其生产条件温和、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特点，在食品工业、医药工业和农 牧业等许多领域得到了广泛应用，形成了规模庞大的分解工业。
阅读教材24-27页回答以下问题：
1.发酵工程有哪些方面的应用？ 2.在食品工业上的应用有哪些？ 3.在医药工业上的应用有哪些？ 4.在农牧业上的应用有哪些？
(2)啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使 啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？
醋酸菌是一种好氧菌，若发酵罐密封不严，酒精就会在醋酸菌的作用下被氧化产 生乙醛，最后变为醋酸。
(3)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。
思考-讨论
啤酒的工业化生产流程
教材25页
1.啤酒的工业化生产流程主要分为 主发酵 和 后发酵 两个阶段。
具体为发芽，焙烤，碾磨，糖化，蒸煮，发酵，消毒，终止环节。
1.发芽 大麦种子发芽， 释放淀粉酶
2.焙烤 加热杀死胚， 淀粉酶不失活
3.碾磨 将干燥的麦芽 碾磨成麦芽粉
4.糖化 淀粉分解 形成糖浆
2.获得优良菌种后为什么要对菌种进行扩大培养？
提示： 工业发酵要想在短时间内得到大量的发酵产物，则需要大量菌体， 因此1
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产品， 发酵工程逐步形成。结合教科书第22~23页图1-9“发酵工程的基本环节和 发酵罐示意图”，回答下列问题。
1.可通过哪些途径获得发酵工程使用的优良菌种?
提示： （1）从自然界中获取 （2）诱变育种 （3）基因工程
一、发酵工程的基本环节 合作探究1
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产品， 发酵工程逐步形成。结合教科书第22~23页图1-9“发酵工程的基本环节和 发酵罐示意图”，回答下列问题。
5.蒸煮 产生风味组分，终止酶的进 一步作用，并对糖浆灭菌
发酵罐示意图
6.发酵 酵母菌将糖转化 为酒精和CO2
7.消毒 杀死啤酒中大多数微生 物，延长它的保存期。
8.终止 过滤、调节、分装啤酒进行销售
啤酒的工业化流程 发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求不同有所差异。 完成酵母菌的繁殖，大部分糖 的分解和代谢物的生成。
冷却水进入口和排出口控制温度,利用发酵罐的通气口控制氧气
的量等。
牛刀小试
1．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( B )
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
培养物或营养物 质的加入口 观察孔 取样管
温度传感器和 控制装置 冷却水进 入口
阀门
发酵罐示意图
电动机 排气管
pH计
冷却水排 出口 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感 器装置
空气入口
放料管
1.选择发酵工程中用的菌种,在考虑生产需要(如微生物体内 酶的催化能力、微生物的繁殖速度等)的同时,还要结合当地 的气候和发酵设备等实际情况
培养物或营养物 质的加入口 观察孔 取样管
温度传感器和 控制装置 冷却水进 入口
阀 门
电动机 排气管
pH计
冷却水排 出冷口却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感 器装置
空气入口
放料管
牛刀小试
2．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 _____诱__变_育__种______。 (2)人工控制微生物代谢的措施包 括_改__变_微__生__物__遗__传_特__性_ 和 ___控__制__生_产__过__程__中__的_各__种__条__件___。 (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连__续__培__养__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 _好__氧___菌。 (4)当发酵生产的产品是代谢产物时，还要采用__萃_取__(或__蒸_馏__或_离__子_交__换_等__) _等分离提纯的 方法进行提取。
4.不能。发酵过程中产生的气体 和废弃培养液需经过相应的净化
2.(1)反复试验确定培养基的配方。
设备,达到国家排放要求后才能
(2)对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。
排放到外界环境中。因为有些气
(3)用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制。
体和废弃培养液对人和生物有害
(4)控制发酵过程的温度、pH和溶解氧等发酵条件。可用温度传感器、 或对环境有毒害作用。
应用实践： （4）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?
主发酵
发芽 焙烤 碾磨 糖化 蒸煮 发酵 消毒 终止
后发酵
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。
关 于 啤 酒 发 展 史 的 视 频
应用实践：
(1)利用酵母菌进行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。
在工业上，青霉素是怎样生产的？
发酵工程的形成
人们对发酵原理的认识
密闭式发酵罐的设 计成功
微生物纯培养技术 的建立
发酵工程形成 那么发酵工程的基本环节是什么呢？应用发酵工程能够生成哪些产品呢？
一、发酵工程的基本环节 合作探究1
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产品， 发酵工程逐步形成。结合教科书第22~23页图1-9“发酵工程的基本环节和 发酵罐示意图”，回答下列问题。
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?
提示：温度：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。发酵工程中常用冷却水进行温度的调节 pH:培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。调节和控制培养液 pH的方法是在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱
生产酶制剂
（一）在食品工业上的应用
（二）在医药工业上的应用
（三）在农牧业上的应用
1.生产微生物肥料 2.生产微生物农药
3.生产微生物饲料
利用根瘤菌和固 氮菌生产的根瘤 菌肥、固氮菌肥
例子：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，
（三）在农牧业上的应用
（四）在其他方面的应用
应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 生产的，存在啤酒品质不稳定，价格昂贵的问题。
（一）在食品工业上的应用
大豆中蛋白 黑曲霉 小分子肽和氨基酸 淋洗、调制
各种谷物、水果 酿酒酵母
各种酒类
酱油
生产各种各样的食品添加剂
● 2.通过资料分析，了解发酵工程的应用，了解发酵工程在工业、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。
从社会中来
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， 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160万单位青霉素注射剂的价格只要1元左右。
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质
2.对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用
利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂
原有前程可奔赴，亦有岁月可回首
总结：发酵工程的基本环节
选育菌种
从自然界中筛选 通过诱变育种获得
扩大菌种
通过基因工程育种获得
接种
灭菌:不能有杂菌污染。如在
青霉素生产过程中如果污染了 杂菌,某些杂菌会分泌青霉素酶 将青霉素分解掉
培养基的配制
发酵罐内发酵 分离、提纯产物
发酵工程的中心环节。在了解发酵进程 的同时,还要控制发酵条件。如环境条件 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
人教版（2019）高中生物选择性必修3
第一章 发酵工程
第3节 发酵工程及应用
培养物或营养物 质的加入口 观察孔 取样管
温度传感器和 控制装置 冷却水进 入口
阀 门
电动机 排气管
pH计
冷却水排 出冷口却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感 器装置
空气入口
放料管
学习目标
● 1.通过分析发酵工程示意图，了解发酵工程的一般流程，知道发酵工程的基本环 节和发酵罐的构成，培养科学思维，联系生产实际，培养社会责任意识。
获得产品
中心 环节
发酵罐内发酵
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。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。 如谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件 下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成 谷氨酰胺和N -乙酰谷氨酰胺。
二、发酵工程的应用 合作探究2
发酵工程以其生产条件温和、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特点，在食品工业、医药工业和农 牧业等许多领域得到了广泛应用，形成了规模庞大的分解工业。
阅读教材24-27页回答以下问题：
1.发酵工程有哪些方面的应用？ 2.在食品工业上的应用有哪些？ 3.在医药工业上的应用有哪些？ 4.在农牧业上的应用有哪些？
(2)啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使 啤酒变酸，你知道这是发生了什么变化吗？
醋酸菌是一种好氧菌，若发酵罐密封不严，酒精就会在醋酸菌的作用下被氧化产 生乙醛，最后变为醋酸。
(3)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。
思考-讨论
啤酒的工业化生产流程
教材25页
1.啤酒的工业化生产流程主要分为 主发酵 和 后发酵 两个阶段。
具体为发芽，焙烤，碾磨，糖化，蒸煮，发酵，消毒，终止环节。
1.发芽 大麦种子发芽， 释放淀粉酶
2.焙烤 加热杀死胚， 淀粉酶不失活
3.碾磨 将干燥的麦芽 碾磨成麦芽粉
4.糖化 淀粉分解 形成糖浆
2.获得优良菌种后为什么要对菌种进行扩大培养？
提示： 工业发酵要想在短时间内得到大量的发酵产物，则需要大量菌体， 因此1
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产品， 发酵工程逐步形成。结合教科书第22~23页图1-9“发酵工程的基本环节和 发酵罐示意图”，回答下列问题。
1.可通过哪些途径获得发酵工程使用的优良菌种?
提示： （1）从自然界中获取 （2）诱变育种 （3）基因工程
一、发酵工程的基本环节 合作探究1
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产品， 发酵工程逐步形成。结合教科书第22~23页图1-9“发酵工程的基本环节和 发酵罐示意图”，回答下列问题。
5.蒸煮 产生风味组分，终止酶的进 一步作用，并对糖浆灭菌
发酵罐示意图
6.发酵 酵母菌将糖转化 为酒精和CO2
7.消毒 杀死啤酒中大多数微生 物，延长它的保存期。
8.终止 过滤、调节、分装啤酒进行销售
啤酒的工业化流程 发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求不同有所差异。 完成酵母菌的繁殖，大部分糖 的分解和代谢物的生成。
冷却水进入口和排出口控制温度,利用发酵罐的通气口控制氧气
的量等。
牛刀小试
1．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( B )
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
培养物或营养物 质的加入口 观察孔 取样管
温度传感器和 控制装置 冷却水进 入口
阀门
发酵罐示意图
电动机 排气管
pH计
冷却水排 出口 冷却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感 器装置
空气入口
放料管
1.选择发酵工程中用的菌种,在考虑生产需要(如微生物体内 酶的催化能力、微生物的繁殖速度等)的同时,还要结合当地 的气候和发酵设备等实际情况
培养物或营养物 质的加入口 观察孔 取样管
温度传感器和 控制装置 冷却水进 入口
阀 门
电动机 排气管
pH计
冷却水排 出冷口却夹层 发酵液 搅拌叶轮 生物传感 器装置
空气入口
放料管
牛刀小试
2．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 _____诱__变_育__种______。 (2)人工控制微生物代谢的措施包 括_改__变_微__生__物__遗__传_特__性_ 和 ___控__制__生_产__过__程__中__的_各__种__条__件___。 (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连__续__培__养__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 _好__氧___菌。 (4)当发酵生产的产品是代谢产物时，还要采用__萃_取__(或__蒸_馏__或_离__子_交__换_等__) _等分离提纯的 方法进行提取。
4.不能。发酵过程中产生的气体 和废弃培养液需经过相应的净化
2.(1)反复试验确定培养基的配方。
设备,达到国家排放要求后才能
(2)对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。
排放到外界环境中。因为有些气
(3)用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制。
体和废弃培养液对人和生物有害
(4)控制发酵过程的温度、pH和溶解氧等发酵条件。可用温度传感器、 或对环境有毒害作用。
应用实践： （4）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?
主发酵
发芽 焙烤 碾磨 糖化 蒸煮 发酵 消毒 终止
后发酵
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。
关 于 啤 酒 发 展 史 的 视 频
应用实践：
(1)利用酵母菌进行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。
在工业上，青霉素是怎样生产的？
发酵工程的形成
人们对发酵原理的认识
密闭式发酵罐的设 计成功
微生物纯培养技术 的建立
发酵工程形成 那么发酵工程的基本环节是什么呢？应用发酵工程能够生成哪些产品呢？
一、发酵工程的基本环节 合作探究1
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产品， 发酵工程逐步形成。结合教科书第22~23页图1-9“发酵工程的基本环节和 发酵罐示意图”，回答下列问题。
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?
提示：温度：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。发酵工程中常用冷却水进行温度的调节 pH:培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。调节和控制培养液 pH的方法是在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱
生产酶制剂
（一）在食品工业上的应用
（二）在医药工业上的应用
（三）在农牧业上的应用
1.生产微生物肥料 2.生产微生物农药
3.生产微生物饲料
利用根瘤菌和固 氮菌生产的根瘤 菌肥、固氮菌肥
例子：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，
（三）在农牧业上的应用
（四）在其他方面的应用
应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 生产的，存在啤酒品质不稳定，价格昂贵的问题。
（一）在食品工业上的应用
大豆中蛋白 黑曲霉 小分子肽和氨基酸 淋洗、调制
各种谷物、水果 酿酒酵母
各种酒类
酱油
生产各种各样的食品添加剂
● 2.通过资料分析，了解发酵工程的应用，了解发酵工程在工业、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。
从社会中来
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， 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160万单位青霉素注射剂的价格只要1元左右。