1.3 传统发酵技术的应用导学案-2023-2024学年高二下学期生物人教版选择性必修3

1.3 发酵工程及其应用 一、教学目标 1.建构发酵工程的概念。 2.概述发酵工程的基本环节，举例说明发酵工程的应用。 3.通过开展“高中生模拟创业答辩会”活动，进一步提升对发酵工程基本环节的认识，发展工程思维，认同发酵工程为人类提供了多样的生物产品。 4.关注发酵工程在食品、医药、农牧业的应用，倡导健康、安全地生活和生产。 二、教学重难点 1.教学重点 （1）发酵工程的基本环节、发酵工程的应用。 2.教学难点 （1）发酵工程的基本环节。 三、教学思路 本节课从发酵工程的概念入手，组织学生深入学习发酵工程的基本环节，进而了解发酵工程的应用，认同发酵工程为人类提供了多样的生物产品，丰富了人类的饮食需求。 四、教学过程 【新课导入】 教师利用教材中的“从社会中来”的素材，明确青霉素的成产成本和价格会因为发酵工程的应用而大大降低，引发学生追问发酵工程的奥秘，进而探讨“在工业生，青霉素究竟是怎样生产的呢”，由此，归纳出发酵工程的概念。 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，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，一瓶规格160万单位青霉素注射剂的价格只要1元左右。那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？ 总结发酵工程的概念： 发酵工程：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。 【新课讲授】 （一）发酵工程的基本环节 教师让学生提前选取自己感兴趣的发酵产品，画出利用发酵工程生产该产品的流程图，并在课堂上进行展示和说明。教师结合教材中介绍发酵工程基本环节的内容，结合图1-9，分析和讨论教材第23页的“思考·讨论”。 展示发酵工程的基本环节和发酵罐示意图： 思考与讨论： 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？ （若生产的是微生物直接合成的产物，则可以从自然界中先分离出相应菌种，再用物理或化学方法诱变育种，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。若生产的是微生物不能合成的产品，则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程菌，从而达到生产相应产品的目的，同时还应注意温度、pH、溶解氧等对菌种的影响）。 ①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖； ②生产所需代谢物的产量高； ③发酵条件易控制； ④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？ （发酵条件直接会影响微生物的生长和发酵产品的质量，发酵条件包括温度、pH、溶解氧、通气量等。温度条件的调控可通过向冷却夹层通入冷水来调控；pH条件的调控可在培养基中加入缓冲液，在发酵过程中加酸或碱；溶解氧的调控需根据微生物的代谢类型，若微生物是需氧型的，可通过空气入口通入空气，并调整搅拌叶轮转速增加溶解氧。若微生物是厌氧型的，需封闭空气入口，建立厌氧环境等）。 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随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度等； ④及时添加必需的营养组分； ⑤严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件，使用计算机控制系统对各种条件进行监测和控制，以及反馈控制 3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？ （传统发酵技术的发酵产物不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，基本没有经过产物分离和提纯等步骤，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离提纯产物。发酵工程的发酵产物根据产物的种类采取不同的分离、提纯方法，在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。） 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？ （不能，因为在发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质，这些都可能会污染环境，对人体健康造成危害，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气培养液进行二次清洁或灭菌处理。） 通过探讨教材中的问题，教师带领学生分析和完善自己画的流程图，并在这个过程中认识到工程的复杂性，掌握系统分析的方法。 （二）发酵工程的应用 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大应用，形成了规模庞大的发酵工业。 教师利用课件展示发酵工程在食品工业上的各个应用，并以啤酒为例，展示“啤酒的工业化生产流程”，学生小组在观看完啤酒的生产化流程后，小组之间互相讨论教材中第25页的问题。 我国是世界上啤酒的生产和消费大国。啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的，其工业化生产