2) послепастеровская (1866-1940) - производство органических кислот, растворителей, кормовых дрожжей, вакцин, очистка сточных вод.
В конце 19 века Луи Пастер установил, что микробы играют ключевую роль в процессах брожения, и показал, что в образовании отдельных продуктов участвуют разные их виды;
3) эра антибиотиков (1941-1960) - началом которой послужило открытие Александром Флемингом способности Penicillium вызывать гибель микроорганизмов;
4) эра управляемого биосинтеза (1961-1975) - производство аминокислот, витаминов, ферментов. Достижения, главным образом, селекции и биохимии микроорганизмов;
5) эра генетической инженерии (70-е годы) - технология гибридных ДНК.
Сегодня мы разберем основные процессы допастеровской эры - производство некоторых продуктов питания (таблица выполняется на доске).
Пищевой продукт
Сбраживающие организмы
Основной процесс
Молочнокислые продукты
Стрептококки, молочнокислые бактерии
Молочнокислое брожение:
C6H12O6 2CH3CH(OH) COOH
глюкоза молочная кислота
Сыр
Молочнокислые бактерии,
Ренин из сычуга
Маслянокислое брожение:
C6H12O6 CH3CH2CH2COOH +
глюкоза масляная кислота
+ 2CO2 + 2H2 + образование сгустка казеина
Сметана, сливочное масло
Особые молочнокислые бактерии
Лимоннокислое брожение:
C6H12O6 + H2O = C6H8O7 + 3Н2
лимонная
кислота
Хлебопродукты
Дрожжи Saccharomyces
Анаэробное сбраживание глюкозы:
C6H12O6 = 2C2H5OН + 2СО2
Изоглюкоза («кукурузный сироп»)
Гидролазы и изомеразы различных микроорганизмов
Гидролиз крахмала:
(C6H10O5)n + n H2O = n C6H12O6
глюкоза
Изомеризация глюкозы:
2n C6H12O6 = n C6H12O6 + n C6H12O6
глюкоза глюкоза фруктоза
Пиво, вино
Уксус (? 4?)
Acetobacter
Аэробное окисление спирта:
(1) C2H5OН + 1/2О2 = [CH3C(O) H] + Н2О
ацетальдегид
(2) CH3C(O) H + 1/2О2 = CH3CОOH
уксусная кислота
4. Вывод
Итак, изменилось ли ваше представление о биотехнологии, производстве продуктов питания?
УРОК №2 по теме «Биологическая переработка отходов»
Задачи:
1. Образовательная: изучение основ получения биогаза и очистки сточных вод. Знакомство с экологической биотехнологией.
2. Развивающая: а) развитие познавательного интереса при знакомстве с новым направлением биотехнологии;
б) формирование логического мышления в ходе систематизации материала;
в) формирование умений и навыков умственного и практического труда.
3. Воспитательная: а) в целях формирования диалектического мировоззрения показать использование человеком процессов и объектов живой природы для нужд общества;
б) воспитание мотивации к обучению в связи актуальности экологических проблем в современном мире.
Ход урока:
1. Организация класса
Вспомните, какой этап развития биотехнологии мы разобрали на предыдущем уроке?
Какой химический процесс лежит в основе всех бродильных(спиртовых) производств?
2. Актуализация знаний
Ни для кого из вас не секрет, что человек в ходе своей деятельности создает большую экологическую нагрузку окружающей среде (примеры учащихся). И здесь биотехнология внесла и вносит свой вклад. Под запись: специфическое применение биотехнологических методов для решения проблем окружающей среды, таких как переработка отходов, очистка воды, устранение загрязнений, составляет предмет экологической биотехнологии.
3. Изучение нового материала
(Основная часть урока проходит в форме лекции, позволяющей компактно передать учащимся укрупненную дидактическую единицу)
отходы
бытовые
(сточные воды городов, с/х отходы мелких хозяйств и т.д.)
промышленные
(отвалы металлургических предприятий, стоки химических комбинатов и т.д.)
На сегодняшнем уроке мы «займемся» бытовыми отходами.
Необходимо отметить, что проблемой очистки сточных вод занялись только в 1890 году, когда был предложен первый биофильтр. Вообще, все биологические методы очистки сточных вод основаны на использовании закономерностей самоочищения водоемов.
Для очистки используют:
а) биофильтры - сточные воды пропускают через слой крупнозернистого материала, покрытого тонкой бактериальной пленкой, благодаря которой интенсивно протекают процессы биологического окисления. С 1970 года на смену клинкеру и гравию в качестве пористого материала пришли пластмассы. Таким образом, видим сочетание механической (пористый носитель) и биологической (биодеградация органических остатков) очистки сточных вод. Недостаток - избыточный рост микроорганизмов и, как следствие, засорение фильтра.
б) биологические пруды - отстойные цветущие водоемы. Характеризуются малой эффективностью и большим временем самоочистки.
в) аэротенки - известны с 1914 года. Именно 1914 год считается годом рождения биоочистки сточных вод. Аэротенки - это огромные резервуары из железобетона, в которых очистка происходит с помощью активного ила из бактерий (Zoogloea) и микроскопических животных. Процесс очистки непрерывный, аэробный, т.е. нуждается в активной аэрации воздухом (отсюда высокие эксплуатационные расходы) и высоко эффективный.
г) «псевдоожиженный слой» - применяется с 1980 года по сей день. «Псевдоожиженный слой» - это сочетание биофильтра и активного ила. Подложка - полимерный носитель или песок. Процесс периодический и не требует аэрации. После биоочистки проводят дезинфекцию жидким хлором, хлорной известью, УЗ, озоном или электролизом.
Каким бы способом не проводилась биоочистка сточных вод, в конце имеем избыточную биомассу. Наиболее эффективный способ утилизации - анаэробное брожение с получением биогаза.
Биогаз - смесь 65% СН4; 30% СО2; 1% Н2S … NH3 …
Энергия 1,7м3 биогаза эквивалентна энергии 1м3 природного газа. В основе получения биогаза лежит процесс метанового брожения или биометаногенез. Биометаногенез - сложный микробиологический процесс разложения органического вещества до СО2 и СН4 в анаэробных условиях (под запись).
Участвуют свыше 190 микроорганизмов.
Стадии:
I. Белки аминокислоты
Липиды ВЖК и глицерин
Полисахариды моносахара
II.
H2 + СО2 + НЖК(СН3СООН) + низшие спирты
(в основном)
III. Образование метана: (1) 4H2 + СО2 = СН4 + 2Н2О…
(2) 4СН3ОН = 3СН4 + СО2 + 2Н2О
(3) СН3СООН = СН4 + СО2
90-95% используемого углерода превращается в метан, остальное в биомассу. Температура процесса 30-60?С; рН ~ 7. Основное преимущество биогаза - возобновляемый и экологически чистый источник энергии.
Итак, что же мы сегодня изучили? Какую роль, по вашему мнению, может сыграть технология биометаногенеза в ближайшем будущем в свете дефицита энергоносителей?
УРОК №3 по теме «Бактериальное выщелачивание»
1. Образовательная: расширить сведения учащихся о переработке отходов на примере использования промышленных отвалов. Рассмотрение основных процессов микробного выщелачивания. Промышленное использование на примере переработки медных отвалов.
2. Развивающая: а) развитие познавательного интереса в процессе знакомства с материалом;
б) формирование логического мышления в ходе дедуктивного изложения материала;
3. Воспитательная: а) в целях формирования диалектического мировоззрения показать, что, при всей необычности процессов микробного выщелачивания, они закономерно вписываются во всеобщую биотрансформацию неорганических веществ;
б) «прививание» экологического мировоззрения.
Какие виды очистки сточных вод вы можете назвать? Как вы понимаете понятие биометаногенез?
Еще за 1000 лет до н.э. финикийцы извлекали медь из рудничных вод. Валлийцы (Британские острова) в 17 веке описали аналогичный процесс. Сегодня мы попытаемся разобраться в секрете древних металлургов. Тема урока: «Бактериальное выщелачивание».
1947 г. - Колмер и Хинкл выделили из шахтных вод бактерию Thiobacillus ferrooxydans. Попытайтесь перевести название на русский язык («Серобацилла железоокислительная»).
И действительно этот вид осуществляет процесс:
Fe2+ Fe3+, что соответствует окислению железа.
Данный вид бактерий относиться к группе хемосинтезирующих автотрофов (вспомните, что это такое), открытых Виноградским в 1920-е годы. Позже были обнаружены Thiobacillus thiooxydans - организмы, живущие в среде при рН = 0,65, и Sulfolobus, «терпящие» до 85?С. Эти бактерии существуют за счет окисления серы.
T.ferrooxydans
4Fe2+ + O2 + 4H+ 4Fe3+ + 2H2O
Sulfolobus
S8 + 12O2 = 8 H2O 8H2SO4
T.thiooxydans
ZuS + 2O2 ZuSO4
T. ferro-/thiooxydans
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15
