第1章 第3节 发酵工程及其应用(Word教参)-【优化指导】2020-2021学年新教材高中生物选择性必修3 生物技术与工程(人教版)

第3节　发酵工程及其应用 课程内容标准 核心素养对接 1．阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品。 2．举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。 1．通过学习，能够对发酵工程的基本环节进行分析。(科学思维) 2．能够说出发酵工程在食品、医药、农牧业等方面的应用。(社会责任) 一、发酵工程的基本环节 1．随着人们对发酵原理的认识，微生物纯培养技术的建立，以及密闭式发酵罐的设计成功，人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品，发酵工程逐步形成。 2．发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵，产品的分离、提纯等方面。 环节 目的 选育菌种 性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。 扩大培养 工业发酵罐的体积大，接入的菌种总体积大。在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。 培养基的配制 在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。 灭菌 发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都须经过严格的灭菌。 接种 发酵罐 内发酵 这是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。 现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制；还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 分离提纯产物 如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，即可得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。 获得产品 3．啤酒的工业化生产流程 啤酒的工业化生产流程主要分为主发酵和后发酵两个阶段。具体为发芽，焙烤，碾磨，糖化，蒸煮，发酵，消毒，终止环节。 二、发酵工程的应用 1．发酵工程以其生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容易处理等特点，在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛的应用，形成了规模庞大的发酵工业。 2．发酵工程的具体应用 食品工业 生产传统的发酵产品，如酱油，各种酒类 生物各种食品添加剂：如柠檬酸，谷氨酸 生产酶制剂：如果胶酶，脂肪酶 医药工业 可以采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物；或者直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。 未来甚至还可能用微生物来生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物。 科学家还利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。 农牧业 生产微生物肥料：如根瘤菌肥，固氮菌肥 生产微生物农药：如井冈霉素 生产微生物饲料：如单细胞蛋白 其他方面 利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯；极端生物的研究 1．判正误 (1)发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制，接种，发酵，灭菌，产品的分离、提纯等方面。(　×　) (2)传统发酵过程中所用的菌种大多是单一菌种。(　×　) (3)发酵工程的中心环节是接种。(　×　) (4)单细胞蛋白就是一个蛋白质分子。(　×　) (5)可以利用发酵工程和基因工程生产疫苗。(　√　) 2．微思考 (1)发酵工程的基本环节是什么？其中心环节是那一步？ 提示　发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培养，培养基的配制、灭菌，接种，发酵罐内发酵，产品的分离、提纯等过程。发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵。 (2)利用发酵工程可以生产微生物农药，与传统化学农药相比，微生物农药有什么优点？ 提示　微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的，作为生物防治的重要手段，微生物农药减少了化学肥料的使用，保护了环境，在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用。 任务驱动一　发酵工程基本环节分析 请根据发酵工程的基本环节和发酵罐的结构，思考回答下列问题： 1．微生物菌种资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些因素？ 提示　发酵工程中用到的菌种选择时在考虑生产需要(如微生物体内酶的催化能力强，微生物繁殖速度快)的同时，还要结合当地的气候和发酵设备等实际情况。 2．怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 提示 (1)反复试验确定培养基的配方 (2)对培养基和发酵设备进行严格的灭菌 (3)用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制