1、新課標人教版課件系列高中生物選修選修第章生物科學與工業第節微生物發酵及其應用 教學目標教學目標 知識與能力方面：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：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：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

2、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】【教學重點】 發酵工程史話。發酵的生產過程。 【教學難點】【教學難點】 發酵的生產過程。 【教學方法】【教學方法】 講授法和學生合作學習相結合 【教學課時】【教學課時】1課時。 利用微生物，在適宜的條件下，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。為人類所需要的產物的過程。密閉式發酵罐密閉式發酵罐一、發酵工程史話一、發酵工程史話 傳統釀造傳統釀造 具有悠久的歷史、文化；具有悠久

3、的歷史、文化； 獨特的風味獨特的風味 傳統的工藝傳統的工藝 例：醬油釀造例：醬油釀造 - 我國首創我國首創 傳入日本和南洋群島，后傳入歐美各國傳入日本和南洋群島，后傳入歐美各國 原料：原料： 大豆：蛋白質原料，大豆：蛋白質原料，20%左右脂肪左右脂肪 脫脂大豆：脫脂大豆：50%粗蛋白，粗蛋白，20%碳水化合物碳水化合物 面粉、小麥、麩皮、玉米、甘薯等淀粉原料面粉、小麥、麩皮、玉米、甘薯等淀粉原料 食鹽和水食鹽和水微生物學的奠基人微生物學的奠基人偉大的巴斯德偉大的巴斯德 我國的傳統發酵產品醬油、我國的傳統發酵產品醬油、醋、腐乳等享譽世界醋、腐乳等享譽世界 我國的釀酒已經有我國的釀酒已經有4000

4、多多年的歷史年的歷史 我國的醬油距今已有我國的醬油距今已有3000年的歷史年的歷史 1857年巴斯德證明發酵是年巴斯德證明發酵是由于微生物的作用由于微生物的作用一、發酵工程史話一、發酵工程史話 傳統釀造傳統釀造例：豆腐乳發酵例：豆腐乳發酵 民族特色發酵食品，味道鮮美，風味獨特民族特色發酵食品，味道鮮美，風味獨特 1. 主要原料主要原料 大豆或冷榨豆片、鹽鹵與石膏、食鹽水大豆或冷榨豆片、鹽鹵與石膏、食鹽水 2. 輔助原料輔助原料 黃酒、燒酒、紅曲、面曲、糟米黃酒、燒酒、紅曲、面曲、糟米 砂糖、花椒、玫瑰等其它香料砂糖、花椒、玫瑰等其它香料原始發展階段原始發展階段（發酵技術原始，頂多是家庭小制作，

5、技術進發酵技術原始，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 。） 傳統發酵工業階段傳統發酵工業階段（人們才開始了解發酵現象的本質人們才開始了解發酵現象的本質 ，采用，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，規模一般不大高，規模一般不大 。）現代發酵工業階段現代發酵工業階段（生產技術要求高；生產規模大；技術發生產技術要求高；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、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

6、達到前所未有的程度新設備的應用達到前所未有的程度。 ）生物技術產業階段生物技術產業階段 （利用構建的基因工程菌生產利用構建的基因工程菌生產 ）谷氨谷氨酸是酸是味精味精的主的主要成要成分分 n菌種的選育菌種的選育：如谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌等：如谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌等 n培養基的配制培養基的配制：水、無機鹽、碳源、氮源、生長因子：水、無機鹽、碳源、氮源、生長因子等等 n滅菌滅菌：去掉雜菌：去掉雜菌 n擴大培養和接種擴大培養和接種：先大量培養谷氨酸棒狀桿菌或黃色：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短桿菌的菌種，再將菌種接入發酵罐 n發酵罐內發酵發酵罐內發酵：由計

7、算機控制系統控制條件：由計算機控制系統控制條件 n分離、提純產物分離、提純產物 以味精生產為例以味精生產為例 選育的方法：選育的方法：從從自然界中先分離自然界中先分離出相應的菌出相應的菌種；種；利用利用誘變誘變篩選出符合生產要求篩選出符合生產要求的優良菌種的優良菌種 ；1)利用利用基因工程基因工程、細胞工程細胞工程的方的方法構建工程細胞或工程菌。法構建工程細胞或工程菌。(1)培養基配置的原則：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、無配制的培養基應滿足微生物在碳源、氮源長因子、水、無機鹽

8、等方面的營養要求，并為微生物提供適宜的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，培養基的營養要協調，以利于產物的合成。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降低生產成本本，以得到更高的經濟效益。，以得到更高的經濟效益。(2)舉例：舉例：1. 發酵生產常采用天然成分的液體培養基。而且，經常用野生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。替糧食來配制培養基。 培養基的

9、選擇培養基的選擇成 分酸堿度水水無機鹽無機鹽氮源氮源碳源碳源生長因子生長因子豆餅水解豆餅水解液、玉米液、玉米漿中的水漿中的水磷酸二氫鉀磷酸二氫鉀氧化鉀氧化鉀硫酸鎂硫酸鎂尿素尿素豆餅水豆餅水解液、解液、玉米漿玉米漿生物素生物素pHpH7-7-8 8 3、滅菌滅菌 滅菌的原因：滅菌的原因：在發酵過程中如混入其他微生物，將與菌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種形成競爭關系，對發酵過程造成不良影響響 。 舉例：舉例：如果在谷氨酸發酵過程中混人放線菌，則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放線菌分泌的抗生素就會使大量的谷氨酸棒狀

10、桿菌死亡。如果在青霉素生產過程中棒狀桿菌死亡。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，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。將合成的青霉素分解掉。 4、擴大培養和接種、擴大培養和接種 擴大培養：擴大培養：擴大培養是將培養到對數期的菌體分開，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加，能在短時間里得到大量的菌體 接種：接種：有了用于生產的充足的菌體，在接種時有了用于生產的充足的菌體，在接種時要注意什么事項呢？要注意什么事項呢？ 接種過程中要注意防止雜菌污染接種過

11、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發酵罐內發酵：由計算機控制系統控制條件制條件 發酵產物：發酵產物： 發酵產物主要在菌體生長的穩定期產生。發酵產物主要在菌體生長的穩定期產生。發酵進程發酵進程 在發酵過程中隨時在發酵過程中隨時取樣檢測取樣檢測培養液中培養液中細菌數細菌數目目、產物濃度產物濃度以了解發酵進程，及時添加必以了解發酵進程，及時添加必需的需的培養基成分培養基成分來延長菌體生長穩定期的時來延長菌體生長穩定期的時間，以得到更多的發酵產物間，以得到更多的發酵產物 。發酵條件發酵條件 發酵生產中發酵生產中溫度溫度、pH、溶氧量溶氧量等對發酵過等對發酵過程有重大影響。程有重

12、大影響。發酵罐示意圖6、分離提純、分離提純 發酵產物不同，分離提純的方法會有所不發酵產物不同，分離提純的方法會有所不同，產物分離、提純的一般方法是：同，產物分離、提純的一般方法是：代謝產物：代謝產物：蒸餾蒸餾、萃取萃取、離子交換離子交換等方等方法。法。菌體本身：菌體本身：過濾過濾、沉淀沉淀。 復雜的生物化學變化過程：動態過程復雜的生物化學變化過程：動態過程 影響因素：培養基組成，影響因素：培養基組成，pH、溫度、溫度 、氧、氧氣氣 泡沫、雜菌污染、噬菌體感泡沫、雜菌污染、噬菌體感染等染等 1、pH 每種微生物的最適每種微生物的最適pH不同不同 超過最適超過最適pH范圍以后范圍以后多數細菌：多數

13、細菌：6.57.5；真菌：；真菌：5.06.0；放；放線菌：線菌：7.5-8.5。影響酶的活性，細胞膜的穩定性等影響酶的活性，細胞膜的穩定性等影響微生物對營養物質的吸收等。影響微生物對營養物質的吸收等。 2、溫、溫 度度 微生物生長微生物生長最旺盛最旺盛時的溫度叫時的溫度叫最適生長溫度最適生長溫度 在最適生長溫度范圍內在最適生長溫度范圍內 超過最適生長溫度以后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。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微生物的生長速率會急劇下降 3、氧氧 好

14、氧型微生物好氧型微生物 厭氧型微生物厭氧型微生物 嚴格厭氧嚴格厭氧 兼性厭氧微生物兼性厭氧微生物多種細菌和大多數真菌多種細菌和大多數真菌某些鏈球菌等某些鏈球菌等某些產甲烷桿菌某些產甲烷桿菌酵母菌酵母菌（一）在醫藥工業上的應用（一）在醫藥工業上的應用1.生產出了種類繁多的藥品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、白細胞介素抗體、白細胞介素2、抗血友病因子等。、抗血友病因子等。四、

15、發酵工程的應用四、發酵工程的應用發酵工程的應用發酵工程的應用（二）在食品工業上的應用（二）在食品工業上的應用 主要包括以下三方面。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、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。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。第二，生產各種食品的添加劑。 第三，幫助解決糧食問題。第三，幫助解決糧食問題。 利用酵母菌發酵生產酒精時，投放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的最適原料和產生酒精的階段要控制的必要條件是（制的必要條件是（ ）A A玉米粉和有氧

16、玉米粉和有氧B B大豆粉和有氧大豆粉和有氧C C玉米粉和無氧玉米粉和無氧D D大豆粉和無氧大豆粉和無氧 關于單細胞蛋白敘述正確的是（關于單細胞蛋白敘述正確的是（ ）A A是從微生物細胞中提取的蛋白質是從微生物細胞中提取的蛋白質B B通過發酵生產的微生物菌體通過發酵生產的微生物菌體C C是微生物細胞分泌的抗生素是微生物細胞分泌的抗生素D D單細胞蛋白不能作為食品單細胞蛋白不能作為食品 單細胞蛋白是利用淀粉或維生素的水解液，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獲得大量的微

17、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。白質，如真菌蛋白可作為食品。 谷氨酸棒狀桿菌的培養液常采用的谷氨酸棒狀桿菌的培養液常采用的滅菌方法是（滅菌方法是（ ）A A高壓蒸汽滅菌高壓蒸汽滅菌B B高溫滅菌高溫滅菌C C加入抗生素滅菌加入抗生素滅菌D D酒精滅菌酒精滅菌 單細胞蛋白是利用淀粉或維生素的水解液，制糖工業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

18、抗生素；單細菌體，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。胞蛋白含有豐富的蛋白質，如真菌蛋白可作為食品。 工業上利用谷氨酸棒狀桿菌大量積累谷氨酸，應采用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（的最好方法是（ ）A A加大菌種密度加大菌種密度B B改變碳源和氮源比例改變碳源和氮源比例C C改變菌體細胞膜通透性改變菌體細胞膜通透性D D加大葡萄糖釋放量加大葡萄糖釋放量 谷氨酸棒狀桿菌能夠利用谷氨酸棒狀桿菌能夠利用C6H12O6C6H12O6，經過復雜的代謝，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，過程形成谷

19、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。途徑中斷。 關于滅菌和消毒的不正確的理解是（關于滅菌和消毒的不正確的理解是（ ）A A滅菌是指殺滅環境中的一切微生物的細胞、芽孢和孢子滅菌是指殺滅環境中的一切微生物的細胞、芽孢和孢子B B消毒和滅菌實質上是相同的消毒和滅菌實質上是相同的C C接種環用灼燒法滅菌接種環用灼燒法滅菌D D常用滅菌的方法有加熱法、過濾法、紫外線法、化學藥品常用滅菌的方法有加熱法、過

20、濾法、紫外線法、化學藥品法法 1 1滅菌是指采用強烈的理化因素殺死一定環境中所有微生物的細胞、芽孢滅菌是指采用強烈的理化因素殺死一定環境中所有微生物的細胞、芽孢和孢子的措施，是徹底殺死。消毒是一種采用較溫和的理化因素，殺死物體表面和孢子的措施，是徹底殺死。消毒是一種采用較溫和的理化因素，殺死物體表面或內部一部分對人體有害的病原菌，而對被消毒物體基本無害的措施，是部分殺或內部一部分對人體有害的病原菌，而對被消毒物體基本無害的措施，是部分殺滅。滅。2 2常用滅菌方法：物理殺菌的常用方法：高溫、輻射、超聲波和激光等；常用滅菌方法：物理殺菌的常用方法：高溫、輻射、超聲波和激光等；化學殺菌常用方法：表面

21、消毒劑和化學治療劑，如抗生素，中草藥有效成分。化學殺菌常用方法：表面消毒劑和化學治療劑，如抗生素，中草藥有效成分。 為研究微生物群體生長規律，常將少量的某種細為研究微生物群體生長規律，常將少量的某種細菌接種到培養基中，取樣測定培養基里的細菌數菌接種到培養基中，取樣測定培養基里的細菌數目，以時間為橫坐標，以細菌數目的對數為縱坐目，以時間為橫坐標，以細菌數目的對數為縱坐標，得到生長曲線圖，對培養基的要求是（標，得到生長曲線圖，對培養基的要求是（ ）A A恒定容積的液體培養基恒定容積的液體培養基B B任意容積的液體培養基任意容積的液體培養基C C恒定容積的半固體培養基恒定容積的半固體培養基D D任意

22、容積的半固體培養基任意容積的半固體培養基 在啤酒生產過程中，發酵是重要環節。生產過程在啤酒生產過程中，發酵是重要環節。生產過程大致如下：將經過滅菌的麥芽汁充氧，接入啤酒大致如下：將經過滅菌的麥芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌種后輸人發酵罐。初期，酵母菌迅速繁酵母菌菌種后輸人發酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，產生白色泡沫，溶解氧逐漸耗盡。殖，糖度下降，產生白色泡沫，溶解氧逐漸耗盡。隨后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降解，隨后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降解，酒精濃度漸漸上升，泡沫不斷增多。當糖濃度下酒精濃度漸漸上升，泡沫不斷增多。當糖濃度下降到一定程度后，結束發酵。最后分別輸出有形降到

23、一定程度后，結束發酵。最后分別輸出有形物質和鮮啤酒。根據上述過程，回答以下問題：物質和鮮啤酒。根據上述過程，回答以下問題： （1 1）該過程表明啤酒酵母異化作用的特點）該過程表明啤酒酵母異化作用的特點是是 。 （2 2）初期，酵母菌迅速繁殖的主要方式）初期，酵母菌迅速繁殖的主要方式是是 。n在啤酒生產過程中，發酵是重要環節。生產過程大致如下：在啤酒生產過程中，發酵是重要環節。生產過程大致如下：將經過滅菌的麥芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌種后輸人發將經過滅菌的麥芽汁充氧，接入啤酒酵母菌菌種后輸人發酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，產生白色泡沫，酵罐。初期，酵母菌迅速繁殖，糖度下降，產生白色泡沫，

24、溶解氧逐漸耗盡。隨后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度溶解氧逐漸耗盡。隨后，酵母菌繁殖速度迅速下降，糖度加速降解，酒精濃度漸漸上升，泡沫不斷增多。當糖濃度加速降解，酒精濃度漸漸上升，泡沫不斷增多。當糖濃度下降到一定程度后，結束發酵。最后分別輸出有形物質和下降到一定程度后，結束發酵。最后分別輸出有形物質和鮮啤酒。根據上述過程，回答以下問題：鮮啤酒。根據上述過程，回答以下問題：n（3 3）經測定酵母菌消耗的糖中，）經測定酵母菌消耗的糖中，98.598.5形成了酒精和其形成了酒精和其他發酵產物，其余他發酵產物，其余1.51.5則是用于則是用于 。n（4 4）請寫出由麥芽糖）請寫出由麥芽糖葡萄糖葡萄糖酒精

25、的反應方程式。酒精的反應方程式。 答案答案 （1）既能進行有氧呼吸又能進行無氧呼）既能進行有氧呼吸又能進行無氧呼吸吸 （2）出芽生殖）出芽生殖 （3）酵母菌自身的生長和繁殖）酵母菌自身的生長和繁殖 （4）C12H22O11+H2O2 C6H12O6 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2 盡管微生物發酵有各種各樣的產物，但通常它們的盡管微生物發酵有各種各樣的產物，但通常它們的生產能力小而且單一，不能勝任大批量的工業生產，生產能力小而且單一，不能勝任大批量的工業生產，于是，科學家們想方設法使它們的于是，科學家們想方設法使它們的“功力功力”增長幾增長幾十倍到上百倍，從而成為本領高強的十倍到上百倍

26、，從而成為本領高強的“高級工人高級工人”。第一種方法是用人工辦法讓微生物的第一種方法是用人工辦法讓微生物的DNADNA發生突變。發生突變。比如在比如在DNADNA分子的長鏈中插入或刪除堿基，或者把分子的長鏈中插入或刪除堿基，或者把某一堿基換成另外一種。然后在這些動過某一堿基換成另外一種。然后在這些動過“小手術小手術”的菌種中篩選出符合我們要求的，能增加產量的個的菌種中篩選出符合我們要求的，能增加產量的個體。體。 （1 1）發酵工程的第一種方法從遺傳學角度看，屬）發酵工程的第一種方法從遺傳學角度看，屬于哪一類型的變異？這類變異有何特點？于哪一類型的變異？這類變異有何特點？ 第二種方法叫第二種方法叫“原生質融合法原生質融合法”。這是將兩。這是將兩種且有不同發酵本領的微生物細胞放在一起種且有不同發酵本領的微生物細胞放在一起進行處理，溶解掉細胞壁，讓它們的原生質進行處理，溶解掉細胞壁，讓它們的原生質相互融合。等到重新長出細胞壁后，一種新相互融合。等到重新長出細胞壁后，一種新的微生物就