第1章 第3节 发酵工程及其应用-2022-2023学年新教材高中生物选择性必修3【精讲精练】人教版（教师用书word）

第3节　发酵工程及其应用 学习目标 1.运用分析与综合的科学思维，概述从传统发酵到现代发酵工程的发展历程，认同发酵工程的发展离不开科技进步。 科学思维 2.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。 3.基于对啤酒生产过程的了解，阐明发酵工程的基本环节。 生命观念 4.基于发酵工程在食品工业、医药工业、工农业生产上的应用实例，阐明发酵工程的特点和应用价值。 社会责任 一、发酵工程的基本环节 1．发酵工程 (1)过程：利用__微生物__的纯培养技术，在严格控制的环境条件下，规模化生产发酵产品。 (2)范围：它涉及菌种的__选育__和培养、产物的__分离__和__提纯__等环节。 2．发酵工程的基本环节 二、发酵工程的应用 1．发酵工程具有生产条件__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。 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、各种酒类等 生产各种各样的__食品添加剂__。如柠檬酸、味精等 生产__酶制剂__。如α­淀粉酶、β­淀粉酶、果胶酶、脂肪酶、氨基肽酶等 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、固氮菌肥等 生产微生物农药，如苏云金杆菌防治农林虫害，白僵菌可以防治玉米螟、松毛虫等虫害等 生产微生物饲料。如用__单细胞蛋白__可以作为食品添加剂，还可制成微生物饲料等 其他 方面 利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯；极端微生物的研究 3．啤酒的工业化生产流程 啤酒的工业化生产流程中，发酵过程主要分为__主发酵__和__后发酵__两个阶段。具体环节为发芽、__焙烤__、碾磨、__糖化__、蒸煮、发酵、消毒、终止。 [点拨]　啤酒的工业化生产的三点提醒 (1)啤酒酵母菌：通过微生物培养技术筛选出的优良菌种，在接种前进行扩大培养，缩短生产周期。 (2)焙烤温度不能过高，防止淀粉酶失活。 (3)蒸煮后的糖浆一定要冷却后才能接种，防止高温杀死酵母菌。 判断正误 1．发酵工程中所需的性状优良的菌种只能从自然界中筛选出来。(×) 2．在菌种确定之前就要选择原料制备培养基。(×) 3．发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。(√) 4．由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列处理就能制成味精。(√) 5．食品工业中经常用到的酶制剂都是通过发酵工程生产的。(×) 6．发酵工程一般用半固体培养基。(×) 探究点一　发酵工程的基本操作环节 [问题情境] 阅读教材P22～23，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：需要考虑培养基成本；能否迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量；发酵条件；菌种的变异、退化等因素。 (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)在产物分离和提纯方面，发酵工程和传统发酵技术相比有哪些改进之处？ 提示：传统发酵技术获得的产物一般是成分复杂的混合物，很多时候不会对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。而在发酵工程中产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。 (4)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，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。 [归纳总结] 1．影响发酵过程的因素 (1)温度 ①温度影响酶的活性。 ②温度影响生物合成的途径。 ③温度影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收等。 (2)pH ①pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。 ②pH影响培养基中营养物质的分解等。 (3)溶解氧 氧的供应对需氧发酵来说，是一个关键因素。必须向发酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，这样可以提高氧在发酵液中的溶解度。 (4)营养物质的浓度 发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体