1.3 发酵工程及其应用（教学设计）-【上好课】高二生物同步备课系列（人教版2019选择性必修3）

第1章 发酵工程 第3节 发酵工程及其应用 年级 高二年级 授课时间 课题 第3节 发酵工程及其应用 教材分析 发酵工程除了需要微生物纯培养技术，还需要发酵控制、分离和提纯产物等相应的工程技术。工程技术这部分知识与学生的生活距离较远，内容又相对枯燥，因此如果技术讲的太细，原理讲的太深，就容易使学生失去学习的兴趣。教材介绍发酵工程的基本原理时，只介绍基本环节，避繁就简，突出主干。教材采用了流程图的形式，去枝取干，去粗取精，简明扼要地介绍，从而使发酵工程的基本环节一目了然。教材结合发酵工程的基本环节和发酵罐示意图设计了一个“思考。讨论”活动，就发酵工程中的关键环节引导学生深入思考，从而再次将学习聚焦到菌种选育、产物分离和提纯以及发酵生产和环境保护等方面。结合菌种选育，教材还设计了一个旁栏思考题，意在引导学生基于生物与环境相适应的观点理解菌种选育的思路。 关于发酵工程的应用，教材分几个方面来进行介绍，充分说明发酵工程在生产上具有重要的应用价值，并影响到生活的方方面面。其中，教材结合发酵工程在食品工业上的应用，介绍了啤酒的工业化生产流程，这是对前面笼统介绍发酵工程基本环节的补充，有助于学生更清楚地理解。 教学目标 1.概述发酵工程及其基本环节。 2.举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值 教学重难点 1. 教学重点 发酵工程的基本环节、发酵工程的应用 2. 教学难点 发酵工程的基本环节 教学过程 教学内容 教师活动 学生活动 新课导入 【问题探讨】 青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。早期科学家只能从青霉菌中提取少量青霉素，它的价格贵如金。随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等，青霉素步入了产业化生产的道路。如今，1瓶规格160万单位的青霉素注射剂的价格只要1元左右。 【讨论】 那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？ 随着人们对发酵原理的认识，微生物纯培养计数的建立，以及密闭式发酵罐的成功设计，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。 【提问】 那么发酵工程的基本环节是什么呢？应用发酵工程能够生成哪些产品呢？ 通过青霉素的“身价”变化，激发学生的学习兴趣，引起学生对青霉素生产过程的思考，帮助学生逐步构建发酵工程的概念。 一、 发酵工程的基本环节 【布置任务】 任务一：学生通过阅读课本相关内容，完成以下问题 （一）阅读课本22页第2段的图1—9，明确发酵工程的基本环节，并对每个环节进行详细分析。 引导学生绘制发酵工程的基本流程图，据此请学生说出对发酵工程的基本环节的新认识。 1.选育菌种 （1）目的：获得性状优良的菌种。 （2）菌种来源：自然界中筛选、诱变育种或基因工程育种。 （3）菌种选育的重要性（意义）：优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败。 （4）实例：筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸；使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期。 2.扩大培养 （1）目的：获得更多的菌种。 （2）原因：工业发酵罐的体积一般较大，因此，需要接入的菌种总体积大（数目多）。 （3）扩大培养的培养基： 一般为液体培养基。 【思考】 怎样对菌种进行扩大培养？ 将培养到增长利率最快时期的菌种分开，再进行培养。 3.培养基的配制、灭菌 （1）配置要求 ①在菌种确定之后，（结合菌种代谢特点）选择原料制备培养基； ②在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定（即不断优化培养基）。 （2）灭菌原因 发酵工程种所用的菌种大多是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大降低。 （3）灭菌目的 避免因杂菌污染而影响产品的品质和质量。 【注意】培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。 4.接种 将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中。 结合发酵环节流程，对发酵罐各个装置用途进行分析 装置编号 主要用途 A1-A3 控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养 A4 控制溶解氧 B1-B5 通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测 C1、C2 通过控制冷水流速调节罐温 C3 调节罐压 D1、D2 电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热 根据以上知识，请学生总结现代发酵工程使用的发酵罐的优点： 均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶氧量、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。 5.发酵罐内发酵 （1）地位： 发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。 （2）要求： ①发酵过程中，要随时检测培养液