2024-2025学年新教材高中生物第1章发酵工程第3节发酵工程及其应用教案新人教版选择性必修3

PAGE6-第3节发酵工程及其应用课标内容要求核心素养对接1.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。2．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。1.科学探究：依据发酵产品和利用微生物的不同探讨发酵工程中的发酵条件及限制方法。2．社会责任：认可发酵工程在生产上的重要应用价值。一、发酵工程的基本环节发酵工程一般包括菌种的选育，扩大培育，培育基的配制、灭菌，接种，发酵，产品分别、提纯等方面。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。2．扩大培育：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，因此在发酵之前还须要对菌种进行扩大培育。3．配制培育基：在菌种确定之后，要选择原料制备培育基。培育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，培育基和发酵设备都必需经过严格的灭菌。5．接种：扩大培育的菌种和灭菌后的培育基加入发酵罐中。大型发酵罐有计算机限制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和养分等进行监测和限制。6．发酵罐内发酵：在发酵过程中，要随时检测培育液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。还要刚好添加必需的养分组分，要严格限制温度、pH和溶解氧等发酵条件。7．分别、提纯产物：假如发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采纳过滤、沉淀等方法将菌体分别和干燥得到产品。假如产品是代谢物，可依据产物的性质实行适当的提取、分别和纯化措施来获得产品。二、发酵工程的应用1．在食品工业上的应用(1)生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类。(2)生产各种各样的食品添加剂，如通过黑曲霉发酵制得的柠檬酸，由谷氨酸棒状杆菌发酵生产味精。(3)生产酶制剂，如α­淀粉酶、β­淀粉酶、脂肪酶等。2．在医药工业上的应用基因工程、蛋白质工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。3．在农牧业上的应用(1)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，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。(2)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，将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用。(3)生产微生物饲料。微生物含有丰富的蛋白质。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．在其他方面的应用发酵工程正渗透到几乎全部的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。推断对错(正确的打“√”，错误的打“×”)1．发酵工程利用的菌种都是从自然界中筛选出来的。 (×)提示：发酵工程的菌种也可以通过诱变育种和基因工程育种获得。2．发酵工程的中心环节是选育菌种。 (×)提示：发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵的过程。3．发酵工程中要对培育基进行灭菌，发酵设备不用灭菌。 (×)提示：培育基和发酵设备都必需经过严格的灭菌。4．利用微生物农药防治农林虫害属于化学防治。 (×)提示：利用微生物农药防治农林虫害属于生物防治。5．微生物饲料主要是利用发酵工程生产的微生物的菌体。 (√)发酵工程中发酵条件的限制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，还须要有最佳的环境条件即发酵工艺加以协作，才能使其生产实力充分表现出来。因此必需探讨生产菌种的最佳发酵工艺条件，如养分要求、培育温度、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困难，往往环境条件的微小变更，就会对微生物的生产实力产生明显影响。所以，为了限制整个发酵过程，必需了解微生物在发酵过程中的代谢变更规律，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更的状况，以便能够限制发酵过程，使生产菌种的生产实力得到充分发挥。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，假如密封不严，会使啤酒变酸，你知道这是发生了什么变更吗？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，最终变为醋酸。1．某高校采纳如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的探讨，下列叙述错误的是()A．夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理B．乙醇为挥发性物质，故发酵过程中空气的进气量不宜太大C．正常发酵过程中罐内的压力不会低于大气压D．可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来确定何时终止发酵B[果酒发酵的相宜温度为18～25℃，因此夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理，A正确；乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物，因此分解过程中不须要通入空气，B错误；无氧呼吸产生了二氧化碳，但是没有消耗氧气，因此发酵罐中的气压不会低于大气压，C正确；葡萄酒发酵的原料是糖类，因此可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来确定何时终止发酵，D正确。]2．发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如下图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际，回答相关问题。(1)图中①表示的育种方法是________________。(2)人工限制微生物代谢的措施包括________和________。(3)在赖氨酸或谷氨酸发酵过程中，产物源源不断地产生，这说明该生产采纳了________的发酵方式。在生产过程中，常需增加通氧量，因此推断赖氨酸或谷氨酸发酵菌种为________菌。(4)当发酵生产的产品是代谢产物时，还要采纳________等分别提纯的方法进行提取。[解析]基因工程、细胞工程和诱变育种是发酵工程菌种的来源。限制微生物代谢的措施包括两个方面：一方面是变更微生物的遗传特性，另一方面是限制微生物的生长繁殖条件。在发酵生产中，产物源源不断地产生，因此发酵过程是连续的。发酵生产的产品是代谢产物，分别提取产物的方法有萃取、蒸馏和离子交换等。[答案](1)诱变育种(2)变更微生物遗传特性限制生产过程中的各种条件(3)连续培育好氧(4)萃取(或蒸馏或离子交换等)发酵工程的应用发酵工程的应用详细应用成果在食品工业上的应用生产传统的发酵产品利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类生产各种各样的食品添加剂利用黑曲霉发酵生产柠檬酸、利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸生产酶制剂利用微生物发酵生产淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等在医药工业上的应用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在农牧业上的应用生产微生物肥料利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥生产微生物农药利用苏云金杆菌防治多种农林虫害、利用白僵菌防治玉米螟和松毛虫在农牧业上的应用生产微生物饲料利用淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液通过发酵获得大量微生物菌体用于饲料生产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。关于发酵工程应用的说法错误的是()A．发酵工程的产品可以是微生物的代谢产物B．通过发酵工程可以从微生物中提取一些酶C．通过发酵工程可以从微生物中提取单细胞蛋白D．发酵工程的产品可以是微生物的菌体C[单细胞蛋白是通过发酵工程获得的微生物菌体，而不是从微生物中提取单细胞蛋白。][课堂小结]知识网络构建核心语句背诵1.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。2.发酵工程所用的菌种大多是单一菌种。3.发酵工程的中心环节是发酵罐内发酵。4.假如发酵产品是微生物菌体可采纳过滤、沉淀等方法将菌体分别和干燥得到产品；假如发酵产品是微生物的代谢物可依据产物的性质实行适当的提取、分别和纯化措施来获得产品。5.发酵工程的产品主要包括微生物的代谢产物、酶及微生物的菌体。1．关于发酵工程说法错误的是()A．依靠微生物纯培育技术的建立B．发酵设备都是密封的C．食品、医药工业离不开发酵工程D．发酵工程与工农业生产也有亲密关系B[发酵设备是密闭的，不是密封的。]2．关于发酵工程的菌种说法错误的是()A．发酵工程的菌种可以从自然界中筛选出来B．发酵工程可以利用原材料中含有的菌种C．发酵工程的菌种可以来自基因工程D．发酵工程的菌种可以来自诱变育种B[传统发酵技术利用的是原材料中的菌种，发酵工程利用的是经过筛选或培育的菌种中含有。]3．关于啤酒生产的流程说法错误的是()A．让大麦种子发芽的目的是释放淀粉酶B．焙烤发芽的大麦种子时，淀粉酶丢失活性C．糖化的目的是让淀粉分解D．蒸煮时终止了酶的作用，并对糖浆进行灭菌B[焙烤发芽的大麦种子是杀死大麦种子，但不能使淀粉酶丢失活性。]4．啤酒是发酵工程的主要产品，关于啤酒发酵的说法错误的是()A．啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的B．酵母菌的大量繁殖在啤酒发酵主发酵阶段C．啤酒生产的主发酵阶段酵母菌主要进行有氧呼吸D．啤酒生产的后发酵阶段是在低温度和密闭环境下进行的C[啤酒生产的主发酵阶段，大部分糖分解和代谢产物生成，此时酵母菌主要进行无氧呼吸。]5．发酵法生产酒精后的废液(pH4.3)含有大量有机物，可用于培育、获得白地霉菌体，生产高蛋白饲料。培育、制取白地霉菌体的试验过程示意图如下。请据图回答下列问题：(1)试验过程中培育白地霉的培育基是____________。培育基定量分装前，先调整________，分装后用棉塞封瓶口，最终________处理。(2)