《發(fā)酵工程及其應(yīng)用》教學(xué)設(shè)計

1、發(fā)酵工程及其應(yīng)用教學(xué)設(shè)計基本信息T市、學(xué)校姓名區(qū)）學(xué)科生物能力維度學(xué)情分析口教學(xué)設(shè)計0學(xué)法指導(dǎo)口學(xué)業(yè)評價所屬環(huán)境0多媒體教學(xué)環(huán)境口混合學(xué)習(xí)環(huán)境口智慧學(xué)習(xí)環(huán)境微能力點A8技術(shù)支持的方法指導(dǎo)教學(xué)環(huán)境多媒體教學(xué)環(huán)境教學(xué)主題發(fā)酵工程及其應(yīng)用教學(xué)對象高二年級學(xué)生教學(xué)內(nèi)容及 學(xué)情分析工程技術(shù)這局部知識與學(xué)生的生活距離較遠，內(nèi)容又相對艱深和枯燥，因此如果技術(shù) 講得太細，原理講得太深，就容易使學(xué)生失去學(xué)習(xí)的興趣。.什么是發(fā)酵工程？.發(fā)酵工程的一般流程是什么？.發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有哪些重要的價值？教學(xué)目標知識目標：概述發(fā)酵工程及其基本環(huán)節(jié)；舉例說明發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用價 值。能力目標：理解發(fā)酵工程的過程并

2、能夠與實際相結(jié)合，開展學(xué)生的工程思維，提高系 統(tǒng)分析能力。情感態(tài)度價值觀目標：學(xué)習(xí)發(fā)酵工程的環(huán)節(jié)與實例，感嘆生物的神奇，科技的進步。教學(xué)重點發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)，發(fā)酵工程的應(yīng)用。學(xué)習(xí)難點發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)。所選技術(shù)技術(shù)工具一技術(shù)工具二技術(shù)工具三技術(shù)使用目 的通過課件插入相關(guān)知識點 圖片通過課件插入相關(guān)知識點 思維導(dǎo)圖通過課件插入相關(guān)知識點視 頻教學(xué)過程【導(dǎo)入】從社會中來：青霉素是世界上第一個應(yīng)用 家只能從青霉菌中提取少量青霉素，它的價格貴功 發(fā)酵技術(shù)的開展等，青霉素步入了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的 道路。如今，1瓶規(guī)格160萬單位的青霉素注射 劑的價格只要1元左右。在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢？ 提示：

3、工業(yè)上，青霉素的產(chǎn)生按照發(fā)酵工程的基于臨床的抗生素。早期科學(xué)1金。隨著高產(chǎn)菌種的選育、而 N-本環(huán)節(jié)進行：首先進行青霉素生產(chǎn)菌高產(chǎn)菌種的選育；然后將高產(chǎn)菌種進行擴 大培養(yǎng)增加菌種數(shù)量，同時配制適合青霉素生產(chǎn)菌生長的培養(yǎng)基進行滅菌；在 無菌條件下將大量優(yōu)良高產(chǎn)菌種接種到培養(yǎng)液中，控制溫度、pH、溶解氧等發(fā) 酵條件進行發(fā)酵；發(fā)酵結(jié)束后進行青霉素的別離、提純，就可以得到大量青霉 素。發(fā)酵工程的概念：發(fā)酵工程是指利用微生物的特定功能，通過現(xiàn)代工程技術(shù)， 規(guī)模化生產(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品。它涉及菌種的選育和培養(yǎng)、產(chǎn)物的別離和提純 等方面。，一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)】01發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)選育菌種擴大培養(yǎng)接種滅菌

4、配制培養(yǎng)r 這是發(fā)酵工程的中心環(huán) 4節(jié)。在發(fā)酵過程中，要隨時 -檢測培養(yǎng)液中微生物的數(shù)量.產(chǎn)物的流應(yīng)經(jīng) 1“7做好夠如果發(fā)醵產(chǎn)品是微生物細 士 ：胞本身,可在發(fā)酵結(jié)束之二后，采用過濾.沉淀等方 P法將菌體別離和干燥，即 可得到產(chǎn)品。如果產(chǎn)品是 三代幽，可根據(jù)產(chǎn)物的性 口I質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?別離培養(yǎng)物或甘養(yǎng)物 發(fā)酵罐質(zhì)的加入口-內(nèi)發(fā)酵觀航 取樣管純產(chǎn)物和純化措施來獲得產(chǎn)品。獲得產(chǎn)品入口溫度傳苒器和 別離、提.科mom 發(fā)鬲 8WW選育菌種Td常用蕾種：主要是細菌、放線菌、酵母菌和霉菌等。(2)菌種特點：對周圍環(huán)境的溫度、滲透壓、酸堿度等條件有極大的 適應(yīng)能力。有極強的消化能力。有極強的繁殖能力。

5、(3)菌種的來源：從自然界中篩選出優(yōu)良菌種。利用誘變育種篩選 出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。利用基因工程、細胞工程的方法對菌種的遺傳 特性進行定向改造，構(gòu)建出能生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的菌種。擴大培養(yǎng)工業(yè)發(fā)酵罐的體積很大，接入的菌種總體積也較大，在進行接種前，要對 菌種進行擴大培養(yǎng)。(1)目的：增加菌種的數(shù)量，縮短生產(chǎn)周期。(2)方法：將培養(yǎng)到生長速度最快時期的菌體分開，再進行培養(yǎng)。配制培養(yǎng)基(1)類型：發(fā)酵工程一般使用液體培養(yǎng)基。(2)要求：根據(jù)菌種的代謝類型，選擇不同的材料配制培養(yǎng)基。培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物在碳源、氮源、生長因子、水、無機鹽等方面的 營養(yǎng)要求，并為微生物提供適宜的pH,以利于產(chǎn)物的合成。應(yīng)盡量

6、降低生產(chǎn)本錢，以得到更高的經(jīng)濟效益。/ 滅菌和接種發(fā)酵工程中所用的菌種大多是單一菌種。一旦有雜菌污染，可能導(dǎo)致產(chǎn)量 大大下降。因此，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備必須經(jīng)過嚴格的滅菌，接種過程中要注意 防止雜菌污染。別離、提純產(chǎn)物；獲得產(chǎn)品KJ發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵思考-討論發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)分析.微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？提示：在低本錢的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖；生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高；發(fā)酵條件容易控制；菌種不易變異、退化等。.怎樣對發(fā)酵條件進行調(diào)控以滿足微生物的生長需要？提示：要對溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件進行嚴格控制，使其適合微生 物的生長繁殖，同時及時添加必需的營養(yǎng)組分。.在產(chǎn)物

7、別離和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比有哪些改進之 處？提示：傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)獲得的產(chǎn)物一般是成分復(fù)雜的混合物，很多時候不會 再對產(chǎn)物進行別離和提純處理，或者僅采用簡單的沉淀、過濾等方法來別離和 提純產(chǎn)物。在發(fā)酵工程中使用的別離和提純產(chǎn)物的方法較多。在產(chǎn)物的初別離 階段，常采用沉淀、萃取、膜別離、吸附和離子交換等方法，在進一步純化階 段，會采用液相層析法、結(jié)晶法等方法。發(fā)酵工程產(chǎn)物，無論是代謝物還是菌 體本身，最后都需要進行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。.在進行發(fā)酵生產(chǎn)時，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等能直接排放到外界環(huán)境 中嗎？為什么？提示：不能。因為在進行發(fā)酵生產(chǎn)時，微生物及其代謝物中都可能

8、含有危 害環(huán)境的物質(zhì)。要進行二次清潔或滅菌處理后才能排放。【二、酵工程的應(yīng)用】發(fā)酵工程的特點：產(chǎn)物專一生產(chǎn)條件溫和原料來源豐富且價格低廉廢棄物對環(huán)境污染小且容易處理發(fā)酵工程的應(yīng)用：在食品工業(yè)上的應(yīng)用在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用在其他方面的應(yīng)用(1)在食品工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品，如醬油、各種酒類等；生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑, 如食品酸度調(diào)節(jié)劑一一檸檬酸，增味劑一一谷氨酸鈉等；生產(chǎn)酶制劑，如淀粉 酶、果膠酶等。思考討論啤酒的T業(yè)化生產(chǎn)流程我國是世界上啤酒的生產(chǎn)和消費大國。啤酒是以大麥為主要原料經(jīng)酵母菌 發(fā)酵制成的，其工業(yè)化生產(chǎn)流程如下列圖所示。其中發(fā)酵過程分為主發(fā)酵和后發(fā) 酵兩個階段

9、。酵母菌的繁殖、大局部糖的分解和代謝物的生成都在主發(fā)酵階段完成。主發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液還不適合飲用，要在低溫、密閉的環(huán)境下儲存一 段時間進行后發(fā)酵，這樣才能形成澄清、成熟的啤酒。發(fā)酵的溫度和發(fā)酵的時間隨啤酒品種和口味要求的不同而有所差異。思考討論發(fā)芽大麥腫子發(fā)辱.A放淀給常，儲存終止過濁、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進行出售.用母苗潞化為 和二11化碳.視頻演示：啤酒的制作過程（見配套課件）討論：.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在下面啤酒的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，哪些工程手段 使啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高？提示：菌種的選育、對原材料的處理、發(fā)酵過程的控制，產(chǎn)品的消毒等， 都有助于提高啤酒的產(chǎn)量和品質(zhì)。2.現(xiàn)在市面上流行一種“精

10、釀”啤酒，它的制作工藝與普通啤酒有所不同, 如一般不添加食品添加劑、不進行過濾和消毒處理等。有人認為飲用“精釀” 啤酒比飲用“工業(yè)”啤酒更健康，你怎么看待這個問題？ “精釀”啤酒是小規(guī) 模釀造產(chǎn)品，發(fā)酵時間長、產(chǎn)量低和價格高，卻依然有著市場需求，我們?nèi)绾?辯證地看待大規(guī)模生產(chǎn)與小規(guī)模制作？提示：應(yīng)該辯證地看待這一產(chǎn)品。一方面，這類產(chǎn)品具有多樣化的特點， 能夠滿足一些人對獨特口感的需求，或者滿足一些人的時尚追求。另一方面, 這類產(chǎn)品是手工作坊式生產(chǎn)的，存在啤酒品質(zhì)不穩(wěn)定、價格昂貴的問題。注意說明：啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)的五點提醒啤酒酵母菌：通過微生物培養(yǎng)技術(shù)篩選出的優(yōu)良菌種，在接種前進行擴 大培養(yǎng)，縮

11、短生產(chǎn)周期。焙烤溫度不能過高，防止淀粉酶失活。蒸煮后的糖漿一定要冷卻后才能接種，防止高溫殺死酵母菌。發(fā)酵過程中注意控制好溫度、pH、通氣、發(fā)酵時間等。接種前要對發(fā)酵罐進行滅菌，接種時要進行無菌操作，防止雜菌污染。(2)在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用直接對菌種進行改造：通過發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所需要的產(chǎn)品基因工程：將植物或動物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn) 能力的微生物；將病原體的抗原基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)奈⑸锛毎@得的表達產(chǎn)物 作為疫苗未來：可能用微生物來生產(chǎn)過去只能從植物中別離提取的紫杉醇、青蒿素 前體等化合物(3)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)微生物肥料：微生物肥料利用了微生物在代謝過程中產(chǎn)生的有機酸、 生物活性物質(zhì)等來增進土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進植株生長。生產(chǎn)微生物農(nóng)藥：微生物農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物來防治病蟲害的。 微生物農(nóng)藥作為生物防治的重要手段。生產(chǎn)微生物飼料：以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料， 通過發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體，即單細胞蛋白，用單細胞蛋白制成的微生 物飼料，能使家畜、家禽增重快，產(chǎn)奶或產(chǎn)蛋量顯著提高。(4)在其他方面的應(yīng)用解決資源短缺和環(huán)境污染問題：利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源 物質(zhì)對極端微生物(生活在高溫、高壓、高鹽和低溫環(huán)境)的利用：利用嗜熱 菌、嗜鹽菌生產(chǎn)洗滌劑發(fā)酵工程正滲透