第3节 发酵工程及其应用的导学案-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修三

第3节发酵工程及其应用的学案 【学习目标】 (一)学习目标 1概述发酵工程的一般流程 2.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 3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 【学习重难点】 (一)学习重难点 【重点】发酵工程的基本环节、发酵工程的应用 【难点】发酵工程的基本环节 【预习新知】 (一)发酵工程的基木环节 发酵工程一般包括 扩大培养，培养基的配制、，接种，，产品分离、提 纯等方面。 1.选育菌种：性状优良的菌种可以从 中筛选出来，也可以通过 或 获得。 2,扩大培养：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，因此在发酵之前还需要对 菌种进行 3.配制培养基：在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。培养基的配方要经过 才 能确定。 4.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， 和 都必须经过严格的灭菌。 5.接种：扩大培养的菌种和灭菌后的 加入发酵罐中。大型发酵罐有计算机控制系统， 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。 6.发酵罐内发酵：在发酵过程中，要随时检测培养液中的 等，以了解 发酵进程。还要及时添加必需的 ,要严格控制、和溶解氧等发酵条件。 7.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 等 方法将菌体分离和干燥得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的 措施来获得产品。 【易错提示】 (一)易错提示 关于啤酒的工业化生产的五点提醒 (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。 (4)发酵过程中注意控制好温度、pH、通气、发酵时间等。 (⑤)接种前要对发酵罐进行灭菌，接种时要进行无菌操作，防止杂菌污染。 【深化探究】 (一)深化探究 发酵工程中发酵条件的控制 1.微生物发酵生产的水平最基本的条件取决于生产菌种的性能，但有了优良的菌种之后，还 需要有最佳的环境条件即发酵工艺加以配合，才能使其生产能力充分表现出来。因此必须研究 生产菌种的最佳发酵工艺条件，如营养要求、培养温度、pH条件、对氧的需求等，据此设计 合理的发酵工艺，使生产菌种处于最佳的产物合成条件下，才能取得优质高产的效果。 2.由于微生物发酵是多达数十步甚至数百步的生物化学反应，其过程远比化学反应过程复杂， 往往环境条件的微小变化，就会对微生物的生产能力产生明显影响。所以，为了控制整个发酵 过程，必须了解微生物在发酵过程中的代谢变化规律，这是通过各种检测方法，测定各种发酵 参数如细胞浓度、碳氮源等物质的消耗、产物浓度等随时间变化的情况，以便能够控制发酵过 程，使生产菌种的生产能力得到充分发挥。 应用实践：(1)利用酵母菌进行酒精发酵过程中为什么要“先通气后密封”？ 提示：“通气”的目的是使酵母菌进行有氧呼吸大量繁殖，“密封”的目的是使酵母菌进行酒精 发酵产生酒精。 (2)啤酒生产中，发酵是重要环节，发酵后期，如果密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发 生了什么变化吗？ 提示：醋酸菌是一种好氧菌，若发酵罐密封不严，酒精就会在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛， 最后变为醋酸。 发酵工程的应用 发酵工程的应用 具体应用 成果 利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各 生产传统的发酵产品 种酒类 在食品工业 生产各种各样的食品添加 利用黑曲霉发酵生产柠檬酸、利用谷氨酸棒状 上的应用 剂 杆菌发酵生产谷氨酸 利用微生物发酵生产淀粉酶、果胶酶、脂肪酶 生产酶制剂 和氨基肽酶等 在医药工业 通过工程菌生产药物 利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素 上的应用 通过改造菌种生产药物 通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素 利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌 生产微生物肥料 在农牧业上 肥 的应用 利用苏云金杆菌防治多种农林虫害、利用白僵 生产微生物农药 菌防治玉米螟和松毛虫 在农牧业上的 利用淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液 生产微生物饲料 应用 通过发酵获得大量微生物菌体用于饲料生产 解决资源短缺和环境污染 在其他方面的 利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯 问题 应用 对极端微生物的利用 利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂 应用实践：1微生物肥料使作物增产的原理是什么？ 提示：微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质能增进土壤肥力、改良土壤结构，促 进植物生长。 2.微生物农药防治农林害虫的原理是什么？ 提示：微生物农药是利用微生物或其代谢产物来防治病虫害的。 【巩固训练】 (一)巩固训练 1,谷氨酸棒状杆菌在发酵工程中常用来生产谷氨酸