656第3讲 发酵工程简介.ppt

第3讲发酵工程简介,高频考点突破,实验专题探究,命题视角剖析,第3讲发酵工程简介,基础自主梳理,即时达标训练,基础自主梳理,一、应用发酵工程的生产实例谷氨酸发酵,二、发酵工程的概念和内容1概念：采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把_应用于工业生产过程的一种新技术。2内容(1)菌种的选育：获得优良菌种的方法有_、基因工程育种和_。(2)培养基的配制根据_原则，选择原料配制，但配方需反复试验。,微生物,诱变育种,细胞工程育种,培养基的配制,(3)灭菌灭菌对象：培养基和_。污染杂菌的危害：产量大大下降，甚至得不到产品。(4)扩大培养和接种：使菌种增殖到一定数量，再接种。(5)发酵过程：是发酵的中心阶段随时取样检测培养液中的_、_等。及时添加必需的培养基组分，以满足菌种的_。严格控制_、_、_、通气量与转速等发酵条件。,发酵设备,细菌数目,产物浓度,营养需要,温度,pH,溶氧,(6)分离提纯产品是菌体本身：采用过滤、_等方法。产品是代谢产物：采用蒸馏、萃取、离子交换等方法。,沉淀,思考感悟扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同？【提示】扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的培养条件就有可能不同。,三、发酵工程的应用1医药工业：生产各种药物。2食品工业(1)生产传统的发酵产品，如_、果酒、食醋等。(2)生产食品添加剂，如酸味剂、鲜味剂、色素、甜味剂等。(3)为解决粮食短缺开辟新的途径，如用酵母菌等生产_。,啤酒,单细胞蛋白,高频考点突破,1发酵(1)含义：狭义上的发酵是指微生物的无氧呼吸，而广义上的发酵则包括有氧发酵(如氨基酸发酵)和厌氧发酵(如酒精发酵)。(2)分类,2.发酵工程(1)内容：包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。(2)流程,3二者的区别与联系发酵是个过程，是通过微生物培养大量生产各种代谢产物的过程，而发酵工程是一种生物技术，采用现代工程技术手段，人工控制环境条件，进行大规模发酵生产。发酵工程这种生物技术的应用给传统的发酵业带来了很大的变化。【名师点拨】培养基在满足微生物的营养需求的基础上，应尽量降低生产成本。以得到更高的经济效益扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分开进行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大量的菌体。,即时应用(随学随练，轻松夺冠)1下列有关谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的过程的叙述中正确的是()各个生长时期的长短是固定的，无法人为缩短生长周期对数期是采样留种的最佳时期在稳定期补充营养物质可以提高产量调整期是收获代谢产物的最佳时期在谷氨酸棒状杆菌生长的稳定期，活菌数不再增加，谷氨酸产量也不再增加发酵罐接种前必须进行灭菌处理菌体能合成各种生长因子，不需要从外界补充,ABC D解析：选B。各个生长时期的长短可以人为缩短控制。加大接种量可以缩短调整期，采用连续培养法，可以延长稳定期；调整期的代谢产物积累的很少；稳定期虽然活菌数不再增加，但谷氨酸产量迅速积累；菌体需要从外界补充生长因子，否则不能正常生长。,【名师点拨】菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同，因此，通常通过实验来确定不同菌种各发酵阶段的最适温度，进行分段控制。,pH改变的原因：发酵工程中营养物质的利用、代谢产物的积累等。调整措施：添加缓冲物质或在发酵过程中补加氨水、尿素、(NH4)2CO3、CaCO3等。,调整措施：通过通气量和搅拌速度加以调节。,4营养物质的浓度C/N比、无机盐、维生素：影响菌体生长和代谢产物的积累，如C/N31时，谷氨酸棒状杆菌大量合成谷氨酸；但当C/N41时，谷氨酸棒状杆菌大量繁殖而产生谷氨酸少。即时应用(随学随练，轻松夺冠)2在谷氨酸发酵过程中，关于培养基成分或条件改变对谷氨酸棒状杆菌生长和产物影响的叙述，正确的是(),A配制高浓度营养物质的培养基，会使谷氨酸棒状杆菌大量繁殖B将培养基中的C/N比控制为31时，有利于提高谷氨酸的产量C培养基的pH呈酸性时，代谢产物将会是乳酸或琥珀酸D谷氨酸棒状杆菌为厌氧菌，培养基中需严格控制溶氧、通气量等发酵条件解析：选B。营养液浓度过高，会使谷氨酸的代谢下降，溶氧不足才会生成乳酸或琥珀酸，谷氨酸棒状杆菌为需氧菌。,实验专题探究,验证性实验与探究性实验的异同生物学实验试题能很好地考查学生的理解能力、分析问题的能力、实验探究能力，以及语言组织能力，实验题型按照不同分类标准可划分为不同的类型，按实验结果是否已知可分为验证性实验和探究性实验。两类实验的比较如下表：,实战演练(专项提能，小试牛刀)(1)如图为某种细菌的生长曲线及A、B两种代谢产物积累曲线。请据图回答问题：,A产物合成始于细菌生长曲线的_期，属于_代谢产物。B产物的积累量在细菌生长曲线的_期最大。(2)绝大多数微生物的最适生长温度为2537。为了探究培养温度对谷氨酸棒状杆菌代谢产物(谷氨酸)合成量的影响，设计如下实验。在实验中有4处错误，分别标以、，请依次分析错误原因。第一步：设定培养温度为,第二步：将菌种接种到灭菌后的液体培养基中，分别在设定的温度条件下第三步：定时取样，分别测定谷氨酸合成量，记录结果并绘制曲线。实验结果预测及结论：若在30培养条件下，谷氨酸合成量最大，则认为，,_。_。_。_。解析：(1)A产物合成始于细菌生长曲线的对数期，是细菌生长发育到一定阶段后才产生的，属于次级代谢产物。,B产物的积累量在细菌生长曲线的稳定期达到最大。(2)根据题意，绝大多数微生物的最适生长温度为2537，所以设定的温度范围应为2537，不能过窄。谷氨酸棒状杆菌是好氧菌，不应密闭培养，应不断向培养基中通入无菌空气。从调整期至衰亡期均有谷氨酸的合成，故测定谷氨酸合成量应在整个生长期取样，取样时期有遗漏。由于温度设定范围过窄，所以实验结果有局限性，合成谷氨酸的最适培养温度有可能高于30。,答案：(1)对数次级稳定(2)温度设定范围过窄谷氨酸棒状杆菌是好氧细菌，不应密闭培养从调整期至衰亡期均有谷氨酸的合成，故取样时期有遗漏实验结果有局限性，合成谷氨酸的最适培养温度有可能高于30,视角1 紧扣教材重点谷氨酸发酵 下列有关发酵罐中谷氨酸发酵的叙述中，正确的是()A发酵中不断通入纯氧气B搅拌的目的只是使空气形成细小气泡，增加培养基中的溶氧量C冷却水可使酶的活性下降D若培养条件不当就可能不能得到所需产品,命题视角剖析,【思路点拨】解答本题的关键有以下两点：正确分析谷氨酸发酵过程中所需的各种条件。理解并掌握每种影响因素可能的影响机理。【尝试解答】D,【解析】,视角2洞察高考热点发酵工程流程 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，回答有关问题。,(1)人工控制微生物代谢的措施包括_和_。目前采用_已经选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的_新菌种。(2)选育好的菌种进行扩大培养后，应选用_期的菌种接种到发酵罐内的培养液中，原因是_。,(3)在发酵过程中，产物源源不断地产生，这说明赖氨酸或谷氨酸的生产采用了_的发酵方式。在生产过程中，由于赖氨酸或谷氨酸的发酵菌种为_，常需增加通氧量。当发酵生产的产品是代谢产物时，还要采用_分离提纯的方法进行提取。【尝试解答】(1)改变微生物的遗传特性控制生产过程中的各种条件诱变育种黄色短杆菌(2)对数细菌代谢旺盛、形态和生理特性稳定(3)连续培养好氧菌萃取(或蒸馏或离子交换等),【解析】(1)人工控制微生物代谢的措施包括改变微生物的遗传特性和控制生产过程中的各种条件，目前已经采用诱变育种的方法选育出不能合成高丝氨酸脱氢酶的黄色短杆菌的菌种。(2)接种时一般选择对数期的菌种接种，因为这一时期的菌种代谢旺盛、形态和生理特性稳定。(3)发酵过程中，采取连续培养的方法可大大提高生产效率。由于生产赖氨酸或谷氨酸的细菌为好氧型细菌，因此要增加通气量。当发酵产品是代谢产物时，一般用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取，当发酵产品为菌体时，一般采用过滤、沉淀等方法分离。,视角3突破易错疑点菌种选育方式,生物学家将大肠杆菌的质粒取出，连接上人生长激素的基因以后，重新置于大肠杆菌细胞内，然后用这种带有人生长激素基因的大肠杆菌进行发酵，该处理过程在发酵工程中属于()A菌种选育B扩大培养C接种 D诱变育种【尝试解答】A【解析】题中所述应视作用基因工程方法培育菌种，这应属于发酵工程中的“菌种选育”步骤。,即时达标训练,本部分内容讲解结束,点此进入课件目录,按ESC键退出全屏播放,谢谢使用,