第1章 第3节 发酵工程及其应用（Word教参）-【优化指导】2022-2023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2019）

第3节　发酵工程及其应用 课程标准 核心素养目标 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农业、食品工业、医药工业及其他工业生产上有重要的应用价值。 1.基于发酵工程的基本环节和应用实例，阐明发酵工程的概念。(科学思维) 2．根据发酵产品和利用微生物的不同，讨论发酵工程中的发酵条件及控制方法。(科学探究) 3．认可发酵工程在生产上重要的应用价值。(社会责任) [对应学生用书P20] 知识点一 发酵工程的概念和基本环节 1.发酵工程的概念 (1)概念：利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品的一项技术。 (2)范围：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。 2．发酵工程的基本环节 知识点二 发酵工程的应用 1.在食品工业上的应用 (1)生产传统的发酵产品。 ①优点：能明显提高产品的产量和质量。 ②实例 大豆中的蛋白质肽和氨基酸酱油 (2)生产各种各样的食品添加剂：如酸度调节剂、增味剂、着色剂、增稠剂、防腐剂等。 (3)生产酶制剂：在食品工业中，经常用到一些酶制剂，如α­淀粉酶、β­淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶和脂肪酶等。 2．在医药工业上的应用 (1)发酵工程可以生产抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等。 (2)基因工程与发酵技术相结合生产所需要的产品。 3．在农牧业上的应用：主要表现在生产微生物肥料、微生物农药、微生物饲料等方面。 4．在其他方面的应用 (1)对解决资源短缺与环境污染问题具有重要意义。 (2)极端微生物的应用。 (3)发酵工程渗透到几乎所有的工农业领域。 1．发酵工程利用的菌种都是从自然界中筛选出来的。(　　×　　) 提示：发酵工程利用的菌种也可以通过诱变育种和基因工程育种获得。 2．发酵工程的中心环节是选育菌种。(　　×　　) 提示：发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵的过程。 3．发酵工程中要对培养基进行灭菌，发酵设备不用灭菌。(　　×　　) 提示：培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 4．利用微生物农药防治农林虫害属于化学防治。(　　×　　) 提示：利用微生物农药防治农林虫害属于生物防治。 5．微生物饲料主要是利用发酵工程生产的微生物的菌体。(　　√　　) 6．传统发酵过程中所用的菌种大多是单一菌种。(　　×　　) 提示：传统发酵技术用的菌种一般是原材料中天然存在的多种菌种，而现代发酵工程用的菌种是通过微生物培养技术获得的单一菌种。 7．单细胞蛋白就是一个蛋白质分子。(　　×　　) 提示：单细胞蛋白不是蛋白质，它是以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵所获得的大量的微生物菌体。 8．可以利用发酵工程和基因工程生产疫苗。(　　√　　) [对应学生用书P21] 探究一　发酵工程的基本环节 ►情境探究 抗生素是由某些微生物在生活过程中产生的、对某些病原微生物具有抑制或杀灭作用的一类化学物质，在治疗细菌感染引起的疾病中发挥着重要作用。抗生素的生产主要靠发酵工程，少数是化学合成。 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：需要考虑的因素包括：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。 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：要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养组分。 3．在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？ 提示：不能。因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。 ►素养凝练 1．选育菌种 (1)常用菌种：主要是细菌、酵母菌和霉菌等。 (2)选育方法 ①从自然界中筛选出优良菌种。 ②利用诱变育种筛选出符合生产要求的优良菌种。 ③利用基因工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，构建出能生产相应产品的菌种。 2．扩大培养：在进行接种前，要进行扩大培养。 (1)目的：增加菌种的数量，缩短生产周期。 (2)方法：将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。 3．配制培养基 (1)类型：发酵工程一般使用液体培养基。 (2)要求 ①根据不同的菌种，选择不同的材料配制培养基。 ②培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH，以利于产物的合成。 ③应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。 4．灭菌和接种：在发酵前对培养基和发酵设备进行严格的灭菌处理，接种过程中要注意防止杂菌污染。 5．发酵罐内