《发酵工程及其应用》教学设计

1、发酵工程及其应用教学设计基本信息T市、学校姓名区）学科生物能力维度学情分析口教学设计0学法指导口学业评价所属环境0多媒体教学环境口混合学习环境口智慧学习环境微能力点A8技术支持的方法指导教学环境多媒体教学环境教学主题发酵工程及其应用教学对象高二年级学生教学内容及 学情分析工程技术这局部知识与学生的生活距离较远，内容又相对艰深和枯燥，因此如果技术 讲得太细，原理讲得太深，就容易使学生失去学习的兴趣。.什么是发酵工程？.发酵工程的一般流程是什么？.发酵工程在生产上有哪些重要的价值？教学目标知识目标：概述发酵工程及其基本环节；举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价 值。能力目标：理解发酵工程的过程并

2、能够与实际相结合，开展学生的工程思维，提高系 统分析能力。情感态度价值观目标：学习发酵工程的环节与实例，感叹生物的神奇，科技的进步。教学重点发酵工程的基本环节，发酵工程的应用。学习难点发酵工程的基本环节。所选技术技术工具一技术工具二技术工具三技术使用目 的通过课件插入相关知识点 图片通过课件插入相关知识点 思维导图通过课件插入相关知识点视 频教学过程【导入】从社会中来：青霉素是世界上第一个应用 家只能从青霉菌中提取少量青霉素，它的价格贵功 发酵技术的开展等，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。在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢？ 提示：

3、工业上，青霉素的产生按照发酵工程的基于临床的抗生素。早期科学1金。随着高产菌种的选育、而 N-本环节进行：首先进行青霉素生产菌高产菌种的选育；然后将高产菌种进行扩 大培养增加菌种数量，同时配制适合青霉素生产菌生长的培养基进行灭菌；在 无菌条件下将大量优良高产菌种接种到培养液中，控制温度、pH、溶解氧等发 酵条件进行发酵；发酵结束后进行青霉素的别离、提纯，就可以得到大量青霉 素。发酵工程的概念：发酵工程是指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。它涉及菌种的选育和培养、产物的别离和提纯 等方面。，一、发酵工程的基本环节】01发酵工程的基本环节选育菌种扩大培养接种灭菌

4、配制培养r 这是发酵工程的中心环 4节。在发酵过程中，要随时 -检测培养液中微生物的数量.产物的流应经 1“7做好够如果发醵产品是微生物细 士 ：胞本身,可在发酵结束之二后，采用过滤.沉淀等方 P法将菌体别离和干燥，即 可得到产品。如果产品是 三代幽，可根据产物的性 口I质采取适当的提取.别离培养物或甘养物 发酵罐质的加入口-内发酵观航 取样管纯产物和纯化措施来获得产品。获得产品入口温度传苒器和 别离、提.科mom 发鬲 8WW选育菌种Td常用蕾种：主要是细菌、放线菌、酵母菌和霉菌等。(2)菌种特点：对周围环境的温度、渗透压、酸碱度等条件有极大的 适应能力。有极强的消化能力。有极强的繁殖能力。

5、(3)菌种的来源：从自然界中筛选出优良菌种。利用诱变育种筛选 出符合生产要求的优良菌种。利用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传 特性进行定向改造，构建出能生产相应产品的菌种。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，在进行接种前，要对 菌种进行扩大培养。(1)目的：增加菌种的数量，缩短生产周期。(2)方法：将培养到生长速度最快时期的菌体分开，再进行培养。配制培养基(1)类型：发酵工程一般使用液体培养基。(2)要求：根据菌种的代谢类型，选择不同的材料配制培养基。培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的 营养要求，并为微生物提供适宜的pH,以利于产物的合成。应尽量

6、降低生产本钱，以得到更高的经济效益。/ 灭菌和接种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，培养基和发酵设备必须经过严格的灭菌，接种过程中要注意 防止杂菌污染。别离、提纯产物；获得产品KJ发酵罐内发酵思考-讨论发酵工程基本环节分析.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：在低本钱的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。.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和溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其适合微生 物的生长繁殖，同时及时添加必需的营养组分。.在产物

7、别离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之 处？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 再对产物进行别离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来别离和 提纯产物。在发酵工程中使用的别离和提纯产物的方法较多。在产物的初别离 阶段，常采用沉淀、萃取、膜别离、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。发酵工程产物，无论是代谢物还是菌 体本身，最后都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。.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

8、含有危 害环境的物质。要进行二次清洁或灭菌处理后才能排放。【二、酵工程的应用】发酵工程的特点：产物专一生产条件温和原料来源丰富且价格低廉废弃物对环境污染小且容易处理发酵工程的应用：在食品工业上的应用在医药工业上的应用在农牧业上的应用在其他方面的应用(1)在食品工业上的应用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, 如食品酸度调节剂一一柠檬酸，增味剂一一谷氨酸钠等；生产酶制剂，如淀粉 酶、果胶酶等。思考讨论啤酒的T业化生产流程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，其工业化生产流程如下列图所示。其中发酵过程分为主发酵和后发 酵两个阶段

9、。酵母菌的繁殖、大局部糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成。主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在低温、密闭的环境下储存一 段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异。思考讨论发芽大麦肿子发辱.A放淀给常，储存终止过浊、调节、分装啤酒进行出售.用母苗潞化为 和二11化碳.视频演示：啤酒的制作过程（见配套课件）讨论：.与传统的手工发酵相比，在下面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段 使啤酒的产量和质量明显提高？提示：菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制，产品的消毒等， 都有助于提高啤酒的产量和品质。2.现在市面上流行一种“精

10、酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同, 如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿” 啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？ “精酿”啤酒是小规 模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何 辩证地看待大规模生产与小规模制作？提示：应该辩证地看待这一产品。一方面，这类产品具有多样化的特点， 能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。另一方面, 这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。注意说明：啤酒的工业化生产的五点提醒啤酒酵母菌：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

11、短生产周期。焙烤温度不能过高，防止淀粉酶失活。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。发酵过程中注意控制好温度、pH、通气、发酵时间等。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。(2)在医药工业上的应用直接对菌种进行改造：通过发酵技术大量生产所需要的产品基因工程：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；将病原体的抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物 作为疫苗未来：可能用微生物来生产过去只能从植物中别离提取的紫杉醇、青蒿素 前体等化合物(3)在农牧业上的应用生产微生物肥料：微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的有机酸、 生物活性物质等来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。生产微生物农药：微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。 微生物农药作为生物防治的重要手段。生产微生物饲料：以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料， 通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白，用单细胞蛋白制成的微生 物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。(4)在其他方面的应用解决资源短缺和环境污染问题：利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源 物质对极端微生物(生活在高温、高压、高盐和低温环境)的利用：利用嗜热 菌、嗜盐菌生产洗涤剂发酵工程正渗透