新課標人教版課件系列《高中生物》選修２第３章《生物科學與工業》第１節《微生物發酵及其應用》教學目標

知識與能力方面：1.說出微生物發酵生產的基本過程。2.舉例說出微生物發酵與食品生產的關系。3.參與有關微生物發酵的調查活動。4．通過發酵工程發展的歷史，體驗科學、技術、社會三者間的緊密聯系和互動。情感態度、價值觀方面：培養學生關愛社會,關愛身體健康、熱愛生活的情感，培養他們社會責任感，形成關心現代發酵業的發展。過程與方法方面：本節課主要采取學生通過小組合作探究的方法，以及深入生活聯系實際，理解各種具體的設施農業,說了解發酵工程的發展史、調查當地的醬菜廠和酒廠。在小組合作探究中理解科學、技術、社會三者的關系。培養學生的合作探究精神，和自我學習、搜集信息和處理信息的能力。【教學重點】發酵工程史話。發酵的生產過程。【教學難點】發酵的生產過程。【教學方法】講授法和學生合作學習相結合【教學課時】1課時。什么是發酵？利用微生物，在適宜的條件下，將原料經過特定的代謝途徑轉化為人類所需要的產物的過程。密閉式發酵罐一、發酵工程史話傳統釀造

具有悠久的歷史、文化；獨特的風味傳統的工藝

例：醬油釀造----我國首創傳入日本和南洋群島，后傳入歐美各國原料：大豆：蛋白質原料，20%左右脂肪脫脂大豆：50%粗蛋白，20%碳水化合物面粉、小麥、麩皮、玉米、甘薯等淀粉原料食鹽和水微生物學的奠基人——偉大的巴斯德我國的傳統發酵產品醬油、醋、腐乳等享譽世界我國的釀酒已經有4000多年的歷史我國的醬油距今已有3000年的歷史1857年巴斯德證明發酵是由于微生物的作用一、發酵工程史話傳統釀造例：豆腐乳發酵

民族特色發酵食品，味道鮮美，風味獨特1.主要原料大豆或冷榨豆片、鹽鹵與石膏、食鹽水2.輔助原料黃酒、燒酒、紅曲、面曲、糟米砂糖、花椒、玫瑰等其它香料發酵工業經歷了哪幾個階段？原始發展階段（發酵技術原始，頂多是家庭小制作，技術進步緩慢，完全是經驗式的，并不知道其中的原理

。）傳統發酵工業階段（人們才開始了解發酵現象的本質，采用開放式的發酵方式，生產過程較為簡單，對生產設備要求不高，規模一般不大。）現代發酵工業階段（生產技術要求高；生產規模大；技術發展速度快；菌種的生產能力大幅度提高，新產品、新技術、新設備的應用達到前所未有的程度。

）生物技術產業階段（利用構建的基因工程菌生產

）發酵工程谷氨酸是味精的主要成分二、發酵生產過程探秘

二、發酵生產過程探秘菌種的選育：如谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌等

培養基的配制：水、無機鹽、碳源、氮源、生長因子等

滅菌：去掉雜菌

擴大培養和接種：先大量培養谷氨酸棒狀桿菌或黃色短桿菌的菌種，再將菌種接入發酵罐

發酵罐內發酵：由計算機控制系統控制條件

分離、提純產物

以味精生產為例

只有選擇細胞膜通透較強，在細胞內不積累谷氨酸的谷氨酸棒狀桿菌做菌種才有可能獲得大量的谷氨酸。

1.菌種的選育谷氨酸發酵最重要的無疑就是選擇菌種了，應該選育什么樣的谷氨酸棒狀桿菌作為菌種呢?1.菌種的選育選育的方法：從自然界中先分離出相應的菌種；利用誘變篩選出符合生產要求的優良菌種；利用基因工程、細胞工程的方法構建工程細胞或工程菌。2.培養基的配置(1)培養基配置的原則：根據不同的菌種，選擇不同的材料配制培養基。配制的培養基應滿足微生物在碳源、氮源長因子、水、無機鹽等方面的營養要求，并為微生物提供適宜的PH。培養基的營養要協調，以利于產物的合成。培養基在滿足微生物的營養需求的基礎上應盡量降低生產成本，以得到更高的經濟效益。(2)舉例：發酵生產常采用天然成分的液體培養基。而且，經常用野生的植物淀粉、甘蔗渣、秸稈，以及乙醇、醋酸等石化產品代替糧食來配制培養基。二、發酵生產過程探秘培養基的選擇成分酸堿度水無機鹽氮源碳源生長因子豆餅水解液、玉米漿中的水磷酸二氫鉀氧化鉀硫酸鎂尿素豆餅水解液、玉米漿生物素pH7-8

3、滅菌滅菌的原因：在發酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形成競爭關系，對發酵過程造成不良影響。舉例：如果在谷氨酸發酵過程中混人放線菌，則放線菌分泌的抗生素就會使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡。如果在青霉素生產過程中污染了雜菌，這些雜菌則會分泌青霉素酶，將合成的青霉素分解掉。4、擴大培養和接種擴大培養：擴大培養是將培養到對數期的菌體分開，分頭進行培養，以促使菌體數量快速增加，能在短時間里得到大量的菌體接種：有了用于生產的充足的菌體，在接種時要注意什么事項呢？

接種過程中要注意防止雜菌污染5、發酵罐內發酵：由計算機控制系統控制條件

發酵產物：發酵產物主要在菌體生長的穩定期產生。發酵進程在發酵過程中隨時取樣檢測培養液中細菌數目、產物濃度以了解發酵進程，及時添加必需的培養基成分來延長菌體生長穩定期的時間，以得到更多的發酵產物。發酵條件發酵生產中溫度、pH、溶氧量等對發酵過程有重大影響。二、發酵生產過程探秘發酵罐示意圖電動機pH檢測及控制裝置培養液無菌空氣排氣口冷卻水出口冷卻水進口攪拌器加料口放料口6、分離提純發酵產物不同，分離提純的方法會有所不同，產物分離、提純的一般方法是：代謝產物：蒸餾、萃取、離子交換等方法。菌體本身：過濾、沉淀。發酵工程從自然界分離的菌種產品基因工程誘變育種誘變育種生產用菌種擴大培養原料微生物菌體代謝產物分離提純發酵罐發酵條件控制接種培養基配置滅菌復雜的生物化學變化過程：動態過程影響因素：培養基組成，pH、溫度、氧氣泡沫、雜菌污染、噬菌體感染等三、發酵條件及過程控制1、pH每種微生物的最適pH不同超過最適pH范圍以后多數細菌：6.5～7.5；真菌：5.0～6.0；放線菌：7.5-8.5。影響酶的活性，細胞膜的穩定性等影響微生物對營養物質的吸收等。三、發酵條件及過程控制2、溫度

微生物生長最旺盛時的溫度叫最適生長溫度在最適生長溫度范圍內超過最適生長溫度以后微生物的生長速率隨溫度的上升而加快細胞內的蛋白質和核酸等發生了不可逆的破壞。微生物的生長速率會急劇下降三、發酵條件及過程控制3、氧好氧型微生物厭氧型微生物嚴格厭氧兼性厭氧微生物多種細菌和大多數真菌某些鏈球菌等某些產甲烷桿菌酵母菌三、發酵條件及過程控制（一）在醫藥工業上的應用1.生產出了種類繁多的藥品2.發酵工程對醫藥工業的一個重大貢獻應用發酵工程大量生產的基因工程藥品，有人生長激素、重組乙肝疫苗、某些種類的單克隆抗體、白細胞介素—2、抗血友病因子等。四、發酵工程的應用發酵工程的應用（二）在食品工業上的應用主要包括以下三方面。第一，生產傳統的發酵產品，如啤酒、果酒、食醋等，使產品的產量和質量得到明顯的提高。第二，生產各種食品的添加劑。第三，幫助解決糧食問題。

練習利用酵母菌發酵生產酒精時，投放的最適原料和產生酒精的階段要控制的必要條件是（）A．玉米粉和有氧B．大豆粉和有氧C．玉米粉和無氧D．大豆粉和無氧C練習關于單細胞蛋白敘述正確的是（）A．是從微生物細胞中提取的蛋白質B．通過發酵生產的微生物菌體C．是微生物細胞分泌的抗生素D．單細胞蛋白不能作為食品B單細胞蛋白是利用淀粉或維生素的水解液，制糖工業的廢液，石化產品等為原料，通過發酵獲得大量的微生物菌體，所以不是特指微生物的某種蛋白質或抗生素；單細胞蛋白含有豐富的蛋白質，如真菌蛋白可作為食品。練習谷氨酸棒狀桿菌的培養液常采用的滅菌方法是（）A．高壓蒸汽滅菌B．高溫滅菌C．加入抗生素滅菌D．酒精滅菌A單細胞蛋白是利用淀粉或維生素的水解液，制糖工業的廢液，石化產品等為原料，通過發酵獲得大量的微生物菌體，所以不是特指微生物的某種蛋白質或抗生素；單細胞蛋白含有豐富的蛋白質，如真菌蛋白可作為食品。練習工業上利用谷氨酸棒狀桿菌大量積累谷氨酸，應采用的最好方法是（）A．加大菌種密度B．改變碳源和氮源比例C．改變菌體細胞膜通透性D．加大葡萄糖釋放量C谷氨酸棒狀桿菌能夠利用C6H12O6，經過復雜的代謝過程形成谷氨酸；谷氨酸合成過量，使合成途徑中斷，要提高谷氨酸產量的最好方法是改變菌體細胞膜的通透性，使谷氨酸能迅速排放到外面，避免因過量引起合成途徑中斷。練習關于滅菌和消毒的不正確的理解是（）A．滅菌是指殺滅環境中的一切微生物的細胞、芽孢和孢子B．消毒和滅菌實質上是相同的C．接種環用灼燒法滅菌D．常用滅