發(fā)酵工程及其應(yīng)用+教學(xué)設(shè)計 高二上學(xué)期生物人教版選擇性必修3

第3節(jié)發(fā)酵工程及其應(yīng)用目標與素養(yǎng)1．舉例說明日常生活中的某些食品是運用傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)生產(chǎn)的。2．闡明發(fā)酵工程利用現(xiàn)代工程技術(shù)及微生物的特定功能，工業(yè)化生產(chǎn)人類所需產(chǎn)品。3．簡述發(fā)酵工程的一般流程。4．舉例說明發(fā)酵工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)及其他工業(yè)生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用價值。5．聯(lián)系實際通過問題引領(lǐng)提升分析問題、解決問題和表達交流能力。情境與問題從《啤酒的工業(yè)釀造過程》的視頻或青霉素生產(chǎn)工藝流程簡圖進入課堂，材料都是從生活中來的，激活學(xué)生對發(fā)酵工程的興趣，引發(fā)學(xué)生對發(fā)酵工程的思考：發(fā)酵工程是通過哪些環(huán)節(jié)生產(chǎn)產(chǎn)品的？我們生活中哪些產(chǎn)品的生產(chǎn)與發(fā)酵工程有關(guān)？發(fā)酵工程的前景如何？過程與方法1．通過閱讀教材、圖片分析、課件和視頻展示等手段引導(dǎo)學(xué)生分析并掌握發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)，與第1節(jié)和第2節(jié)內(nèi)容緊密結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生嘗試用相關(guān)原理分析發(fā)酵工程的相關(guān)問題和現(xiàn)象。2．通過資料分析和信息的搜集、處理，提高學(xué)生獲取信息的能力。3．引導(dǎo)學(xué)生通過多種途徑，如觀察、閱讀、思考、分析、討論、探究等來開展學(xué)生之間的協(xié)作學(xué)習和自主學(xué)習，形成以學(xué)生為主體的教學(xué)模式。重點難點重點1．簡述發(fā)酵工程的一般流程。2．舉例說明發(fā)酵工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)及其他工業(yè)生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用價值。難點1．簡述發(fā)酵工程的一般流程。2．舉例說明發(fā)酵工程在農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、食品工業(yè)及其他工業(yè)生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用價值。教學(xué)準備教師準備1．了解學(xué)生對相關(guān)知識點的理解情況，包括傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)及微生物的培養(yǎng)及其分離計數(shù)等。2．制作PPT，包含課上學(xué)生需要完成的探討問題和課堂反饋作業(yè)，內(nèi)容上包括發(fā)酵工程的一般流程和發(fā)酵工程學(xué)生準備1．復(fù)習傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)及微生物的培養(yǎng)及其分離計數(shù)等相關(guān)知識。2．預(yù)習。3．通過可用資源，了解實際生產(chǎn)生活中與發(fā)酵工程有關(guān)的產(chǎn)品及我國發(fā)酵工程的現(xiàn)狀。教學(xué)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)教師活動學(xué)生活動初步了解發(fā)酵工程多媒體展示《啤酒的工業(yè)釀造過程》的視頻，結(jié)合所學(xué)知識回答下列問題：1．人們進行啤酒的工業(yè)釀造的理論基礎(chǔ)是什么？（酵母菌發(fā)酵產(chǎn)生酒精的原理、微生物純培養(yǎng)技術(shù)和密閉式發(fā)酵罐的設(shè)計。）講述：隨著人們對發(fā)酵原理的認識，微生物純培養(yǎng)技術(shù)的建立，以及密閉式發(fā)酵罐的設(shè)計成功，人們能夠在嚴格控制的環(huán)境條件下大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品，發(fā)酵工程逐步形成。發(fā)酵工程與農(nóng)業(yè)、食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)及其他工業(yè)生產(chǎn)有著密切的聯(lián)系。2．根據(jù)視頻，歸納一下發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)有哪些。（發(fā)酵工程一般包括菌種的選育，擴大培養(yǎng)，培養(yǎng)基的配制、滅菌，接種，發(fā)酵，產(chǎn)品的分離、提純等方面。）3．根據(jù)你的了解和相關(guān)資料的搜集，生活中哪些物品的生產(chǎn)與發(fā)酵工程有關(guān)？（食品、藥物、單細胞蛋白等等。）1．觀察《啤酒的工業(yè)釀造過程》的視頻。2．了解發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)：菌種的選育，擴大培養(yǎng)，培養(yǎng)基的配制、滅菌，接種，發(fā)酵，產(chǎn)品的分離、提純等方面。3．了解發(fā)酵工程與我們生活的關(guān)系。發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)組織學(xué)生閱讀教材P22～23的內(nèi)容，回答以下問題：1．發(fā)酵工程所使用的菌種有哪些來源？（性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得。）2．在發(fā)酵之前還需要對菌種進行什么操作？為什么？如果不進行這一操作可能產(chǎn)生的后果是什么？（在發(fā)酵之前還需要對菌種進行擴大培養(yǎng)；因為工業(yè)發(fā)酵罐的體積一般為幾十立方米到幾百立方米，接入的菌種總體積需要幾立方米到幾十立方米。所以，在發(fā)酵之前還需要對菌種進行擴大培養(yǎng)。如果不進行擴大培養(yǎng)，會延長培養(yǎng)期。）3．發(fā)酵工程中，配制培養(yǎng)基的原則是什么？（符合發(fā)酵菌的代謝特點；原料成本低。）4．舉例說明發(fā)酵過程一旦有雜菌污染，可能導(dǎo)致產(chǎn)量大大下降。（雜菌會與發(fā)酵菌共同競爭資源和空間；除此以外還可能會產(chǎn)生能分解發(fā)酵產(chǎn)品的物質(zhì)。例如，在青霉素生產(chǎn)過程中如果污染了雜菌，某些雜菌會分泌青霉素酶將青霉素分解掉。）5．發(fā)酵工程中如何防止雜菌污染？（培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴格的滅菌。）6．發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是什么？（發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)是發(fā)酵罐內(nèi)的發(fā)酵。）7．分析下面的發(fā)酵罐示意圖，簡述發(fā)酵罐分別通過哪些裝置來控制發(fā)酵溫度、溶解氧。1．閱讀教材P22～23的內(nèi)容。2．了解發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)一般包括菌種的選育，擴大培養(yǎng)，培養(yǎng)基的配制、滅菌，接種，發(fā)酵，產(chǎn)品的分離、提純等方面。3．小組合作回答問題。4．掌握各環(huán)節(jié)的技術(shù)要點。發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)（溫度：冷卻水進口和冷卻水出口；溶解氧：無菌空氣的通入口，攪拌器。）8．影響發(fā)酵罐中溫度變化的因素有哪些？（微生物分解有機物釋放的能量、機械攪拌、發(fā)酵罐散熱及水分散失。）講述：現(xiàn)代發(fā)酵工程使用的大型發(fā)酵罐均有計算機控制系統(tǒng)，能對發(fā)酵過程中的溫度、pH、溶解氧、灌壓、通氣量、攪拌、泡沫和營養(yǎng)等進行監(jiān)測和控制；還可以進行反饋控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。發(fā)酵罐內(nèi)的發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。在發(fā)酵過程中，要隨時檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程。還要及時添加必需的營養(yǎng)組分，要嚴格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件。9．谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，在中性和弱堿性條件下會積累谷氨酸，在酸性條件下則容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。這說明了什么？（環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且會影響微生物代謝物的形成。）10．如何分離提純產(chǎn)物？（如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細胞本身，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥，即可得到產(chǎn)品。如果產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當?shù)奶崛　⒎蛛x和純化措施來獲得產(chǎn)品。）發(fā)酵工程在食品工業(yè)上的應(yīng)用組織學(xué)生閱讀教材P24～26的內(nèi)容，完成以下作業(yè)：1．發(fā)酵工程有哪些特點？（發(fā)酵工程以其生產(chǎn)條件溫和、原料來源豐富且價格低廉、產(chǎn)物專一、廢棄物對環(huán)境的污染小和容易處理等特點，在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，形成了規(guī)模龐大的發(fā)酵工業(yè)。）2．繪制出發(fā)酵工程的應(yīng)用概念圖。如圖：1．閱讀教材P24～27的內(nèi)容，按要求完成作業(yè)。2．了解發(fā)酵工程在食品工業(yè)中主要應(yīng)用于生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品，生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑以及生產(chǎn)酶制劑三個方面。發(fā)酵工程在食品工業(yè)上的應(yīng)用工業(yè)的首位。在我們的日常生活中，利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的食品以及與食品有關(guān)的產(chǎn)品比比皆是，主要包括以下三個方面：生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品；生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑；生產(chǎn)酶制劑。4．哪些食品是通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的？（醬油、醋、酒、各類醬等。）5．小組內(nèi)展示你們課前收集的商品配料表，結(jié)合教材P25的表1-2，說明其中哪些食品添加劑是通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的，食品添加劑有什么作用。（通過發(fā)酵工程生產(chǎn)的食品添加劑包括酸度調(diào)節(jié)劑、增味劑、著色劑、增稠劑以及防腐劑等；食品添加劑可以增加食品的營養(yǎng)，改善食品的口味、色澤和品質(zhì)，有時還可以延長食品的保存期。）6．酶制劑在食品工業(yè)中用于哪些方面？（酶制劑用于食品的直接生產(chǎn)、改進生產(chǎn)工藝、簡化生產(chǎn)過程、改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味、延長食品儲存期和提高產(chǎn)品產(chǎn)量等方面。）7．發(fā)酵工程生產(chǎn)什么食品需要使用酶制劑？展示下圖，讓學(xué)生了解微生物酶制劑在食品工業(yè)中的重要性。微生物酶制劑及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用酶用途來源a-淀粉酶水解淀粉制造葡萄糖、麥芽糖、糊精細菌、霉菌普魯蘭酶水解淀粉成直鏈低聚糖細菌、霉菌軟化肌肉纖維，啤酒、果酒澄清，動植物蛋白質(zhì)水解營養(yǎng)液蛋白酶細菌、霉菌脂肪酶用于制作干酪和奶油，增進食品香味，大豆脫腥等酵母菌、霉菌纖維素酶用于大米、大豆、玉米脫皮，霉菌淀粉制造半纖維素酶用于大米、大豆、玉米脫皮，霉菌提高果汁澄清度等果膠酶用于柑橘脫囊衣，飲料、果酒霉菌、細菌澄清等制造轉(zhuǎn)化糖，防止高濃度糖蔗糖酶漿中蔗糖析出，防止果糖酵母菌發(fā)沙乳糖酶乳糖缺乏的乳品制造，防止酵母菌、乳制品中乳糖析出霉菌3．展示收集的商品配料表，了解發(fā)酵工程生產(chǎn)的食品添加劑在食品加工中的作用。4．了解微生物酶制劑在食品工業(yè)中的重要性。發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用組織學(xué)生閱讀教材P26的內(nèi)容，回答下列問題：1．利用發(fā)酵工程可以生產(chǎn)哪些藥物？（可以生產(chǎn)抗生素、多種氨基酸、激素和免疫調(diào)節(jié)劑等。）1．閱讀教材P26的內(nèi)容，回答問題。發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用2．近些年來，什么工程的廣泛應(yīng)用給發(fā)酵工程制藥領(lǐng)域的發(fā)展注入了強勁動力？（近些年來，基因工程、蛋白質(zhì)工程等的廣泛應(yīng)用給發(fā)酵工程制藥領(lǐng)域的發(fā)展注入了強勁動力。）3．為獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物，往往需要采取什么操作？（人們可以采用基因工程的方法，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。）4．如何利用發(fā)酵工程生產(chǎn)乙型肝炎疫苗？（利用基因工程，將乙型肝炎病毒的抗原基因轉(zhuǎn)入酵母菌，再通過發(fā)酵生產(chǎn)，獲得的表達產(chǎn)物就可以作為疫苗使用。）2．了解人類利用發(fā)酵工程可以生產(chǎn)抗生素、多種氨基酸、激素和免疫調(diào)節(jié)劑等藥物。3．了解發(fā)酵工程與基因工程、蛋白質(zhì)工程的密切關(guān)系。發(fā)酵工程在農(nóng)牧業(yè)上及其他方面的應(yīng)用組織學(xué)生閱讀教材P26～27的相關(guān)內(nèi)容，回答下列問題：1．發(fā)酵工程在農(nóng)牧業(yè)上有哪些應(yīng)用？（生產(chǎn)微生物肥料、微生物農(nóng)藥和微生物飼料。）2．微生物肥料是利用什么來增進土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進植株生長？（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。）3．根瘤菌肥、固氮菌肥主要利用微生物的什么能力？（固氮能力。）4．從種群的角度來看，微生物農(nóng)藥利用的是什么關(guān)系來防治病蟲害？與傳統(tǒng)農(nóng)藥相比，微生物農(nóng)藥的優(yōu)點是什么？（微生物農(nóng)藥利用的是種間關(guān)系，如競爭、寄生；微生物農(nóng)藥對環(huán)境的影響小，無污染。）5．什么是單細胞蛋白？（單細胞蛋白是指微生物菌體。）講述：微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，如細菌的蛋白質(zhì)含量占細胞干重的60％～80％，而且細菌生長繁殖速度很快。因此，許多國家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。6．由此可見，微生物飼料具有哪些特點？（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；在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動物食用后還能提高免疫力。）7．組織學(xué)生閱讀教材P27的相關(guān)內(nèi)容，想想發(fā)酵工程在其他方面還有哪些應(yīng)用。1．閱讀教材P26～27的內(nèi)容，回答問題。2．了解人類利用發(fā)酵工程在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用主要是生產(chǎn)微生物肥料、微生物農(nóng)藥和微生物飼料。3．了解微生物肥料、微生物農(nóng)藥和微生物飼料與傳統(tǒng)肥料、農(nóng)藥、飼料的區(qū)別。4．了解單細胞蛋白的實質(zhì)。5．了解發(fā)酵工程在其他方面的應(yīng)用前景。發(fā)酵工程在農(nóng)牧業(yè)上及其他方面的應(yīng)用（利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)；一些極端微生物如嗜熱菌、嗜鹽菌可以用來生產(chǎn)洗滌劑；嗜低溫菌有助于提高熱敏性產(chǎn)品的產(chǎn)量。）課堂小結(jié)1．發(fā)酵工程一般包括菌種的選育，擴大培養(yǎng)，培養(yǎng)基的配制、滅菌，接種，發(fā)酵，產(chǎn)品的分離、提純等方面。2．性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得。3．發(fā)酵罐中的發(fā)酵是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。在發(fā)酵過程中，要隨時檢測培養(yǎng)液中的微生物數(shù)量、產(chǎn)物濃度等，以了解發(fā)酵進程。還要及時添加必需的營養(yǎng)組分，要嚴格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件。4．如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細胞本身，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥，即可得到產(chǎn)品。如果產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。5．發(fā)酵工程以其生產(chǎn)條件溫和、原料來源豐富且價格低廉、產(chǎn)物專一、廢棄物對環(huán)境的污染小和容易處理等特點，在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和農(nóng)牧業(yè)等許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。6．發(fā)酵工程在食品工業(yè)中主要應(yīng)用于生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品，生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑，生產(chǎn)酶制劑三個方面。7．人類利用發(fā)酵工程可以生產(chǎn)抗生素、多種氨基酸、激素和免疫調(diào)節(jié)劑等藥物。8．人類利用發(fā)酵工程在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用主要是生產(chǎn)微生物肥料、微生物農(nóng)藥和微生物飼料。9．發(fā)酵工程在其他方面的應(yīng)用表現(xiàn)在利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)；利用一些極端微生物應(yīng)用于生產(chǎn)實踐等方面。當堂檢測1．發(fā)酵工程所需的性狀優(yōu)良的菌種，不可能的獲得途徑是()A.從自然界中篩選出來B.誘變育種C.基因工程育種D.胚胎工程育種2．發(fā)酵工程發(fā)酵過程中，不能通過計算機控制系統(tǒng)進行監(jiān)測與控制的是()A.溫度B.菌種的種類C.營養(yǎng)D.溶氧3．下列有關(guān)發(fā)酵工程的說法，不正確的是()A.生產(chǎn)條件溫和B.原料來源豐富C.價格低廉D.廢棄物對環(huán)境無污染4．下列有關(guān)發(fā)酵工程的應(yīng)用的說法，不正確的是()A.生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品，如檸檬酸B.發(fā)酵工程與基因工程關(guān)系密切C.發(fā)酵的微生物可以作為肥料、農(nóng)藥和飼料D.發(fā)酵工程幾乎滲透到所有的工農(nóng)業(yè)領(lǐng)域答案：1.D2.B3.D4.A課后作業(yè)1．發(fā)酵工程在農(nóng)牧業(yè)上有很多方面的應(yīng)用，下列有關(guān)說法不正確的是()A.生產(chǎn)的微生物的農(nóng)藥與傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥類似B.生產(chǎn)的微生物肥料與微生物的代謝密切相關(guān)C.生產(chǎn)的微生物的農(nóng)藥，與生物之間的寄生、競爭有關(guān)D.生產(chǎn)的微生物的飼料含有豐富的蛋白質(zhì)2．下列有關(guān)發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用的說法正確的是A.利用導(dǎo)入了植物的基因的微生物生產(chǎn)藥物B.利用導(dǎo)入了動物的基因的微生物生產(chǎn)藥物C.利用導(dǎo)入了病原體的某個或者某幾個抗原基因的微生物生產(chǎn)疫苗D.利用發(fā)酵工程生產(chǎn)紫杉醇3．下列對發(fā)酵工程內(nèi)容的敘述錯誤的是A.用誘變育種、細胞工程、基因工程等方法，選出性狀優(yōu)良的工程菌并進行擴大培養(yǎng)B.根據(jù)工程菌所需的營養(yǎng)