1.3发酵工程及应用教学设计第一课时-2023-2024学年高二下学期生物人教版（2019）选择性必修3

高二 年级 生物学科 学科 教案 课题 第3节 发酵工程及应用 课型 理论课 授课教师 核 心 素 养 目 标 生命观念：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。 科学思维：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：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。 社会责任：认可发酵工程在生产上的重要应用价值。 教 学 重 点 发酵工程的基本环节，发酵工程的应用 教 学 难 点 发酵工程的基本环节 教 学 方 法 讲述法，讨论法，提问法，谈论法，演示法，问题引导法 学 习 方 法 归纳总结法，交流讨论法，问答法 教 学 工 具 教案，教材，课件 教 学 过 程 2023-2024学年第二学期 第 2 周第 2课 第 5 课时主备： 教学内容以及师生活动 设计意图 二次备课 （一）导入新课（ 3-5 分钟） 从社会中来 展示青霉素图片，介绍青霉素发现过程：亚历山大·弗莱明（Alexander Fleming），英国微生物学家（1881.8.6 - 1955.3.11），二战”期间，青霉素成为战场上神奇的抗生素，大显神威，挽救了数以万计的生命，被称为“有魔力的子弹”。1945年诺贝尔生理学医学奖。 青霉菌中提取青霉素少，随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等，青霉素进入了产业化生产的道路。 【师】：工业上，如何利用发酵工程生产青霉素？提出发酵工程的概念？ 通过青霉素的发现和发展，激发学生对发酵兴趣，展开课题 （二）讲授新课（ 15-20 分钟） 一、发酵工程的概念： 【师】请学生阅读课本P22—23，联系实际，思考以下问题。1.发酵工程的概念？ 2.发酵工程的基本环节？ 【生】1.采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或者直接把微生物应用于工业生产的一种新技术。 【生】2.发酵工程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，产品分离、提纯等方面。 【师】详细地进行讲解发酵工程的基本环节 1．选育菌种：性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。在啤酒生产中，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速发酵过程，缩短生产周期。 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扩大培养。 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反复试验才能确定。 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，培养基和发酵设备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培养基加入发酵罐中。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微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH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，采用过滤、沉淀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提取、分离和纯化措施来获得产品。 【师】分小组讨论，完成相关探究，解决实验相关问题。 【师】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？ 【生】：①原料方面：广，转化率高；②产物方面：目的产物含量高，副产物少；③菌体方面：菌体生长快，繁殖力强，耐受力强，抗污染、抗噬菌体能力强，遗传特征稳定；④设备方面：产泡沐少，适宜大罐生产；生产周期短，需氧量少，抗污染能力强。 【师】2.怎么对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 【生】：①水分调节②发酵温度调节③PH值④溶解氧⑤营养物质等 【师】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？ 【生】：发酵工程利用微生物所特有的发酵作用，与现代工程技术相结合，或直接用微生物反应器，进行大规模发酵生产。可以连续发酵和半连续性发酵；电脑控制实行高度的自动化；采用基因重组菌生产，可以450C左右加压生产。传统发酵工艺是间歇发酵，人工操作，用天然菌种，常温常压进行。 【师】4.在进行发酵生产时，排出的气体和废物培养液等能直接排放到外界环境中吗？为什么？ 【生】：不能。发酵生产时产生可燃或有害气体及废物，会污染坏境。 通过概念的总结和工程的基本环节内容的阅读，培养学生获取信息的能力，科学探究发酵工程基本环节，激发学生的科学研究的兴趣。 提出一个问题比解决