新教材同步備課2024春高中生物第1章發(fā)酵工程1.3發(fā)酵工程及其應(yīng)用教案新人教版選擇性必修3

1.3發(fā)酵工程及其應(yīng)用一、教學(xué)目標(biāo)1.建構(gòu)發(fā)酵工程的概念。2.概述發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)，舉例說明發(fā)酵工程的應(yīng)用。3.通過開展“中學(xué)生模擬創(chuàng)業(yè)答辯會”活動，進(jìn)一步提升對發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)的相識，發(fā)展工程思維，認(rèn)同發(fā)酵工程為人類供應(yīng)了多樣的生物產(chǎn)品。4.關(guān)注發(fā)酵工程在食品、醫(yī)藥、農(nóng)牧業(yè)的應(yīng)用，提倡健康、平安地生活和生產(chǎn)。二、教學(xué)重難點1.教學(xué)重點（1）發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)、發(fā)酵工程的應(yīng)用。2.教學(xué)難點（1）發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)。三、教學(xué)思路本節(jié)課從發(fā)酵工程的概念入手，組織學(xué)生深化學(xué)習(xí)發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)，進(jìn)而了解發(fā)酵工程的應(yīng)用，認(rèn)同發(fā)酵工程為人類供應(yīng)了多樣的生物產(chǎn)品，豐富了人類的飲食需求。四、教學(xué)過程【新課導(dǎo)入】老師利用教材中的“從社會中來”的素材，明確青霉素的成產(chǎn)成本和價格會因為發(fā)酵工程的應(yīng)用而大大降低，引發(fā)學(xué)生追問發(fā)酵工程的奇異，進(jìn)而探討“在工業(yè)生，青霉素原委是怎樣生產(chǎn)的呢”，由此，歸納動身酵工程的概念。青霉素是世界上第一個應(yīng)用于臨床的抗生素。早期科學(xué)家只能從青霉菌中提取少量，價格貴如金。隨著高產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展等，青霉素步入了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的道路。如今，一瓶規(guī)格160萬單位青霉素注射劑的價格只要1元左右。那么，在工業(yè)上，青霉素原委是怎樣生產(chǎn)的呢？總結(jié)發(fā)酵工程的概念：發(fā)酵工程：利用微生物的特定功能，通過現(xiàn)代工程技術(shù)，規(guī)模化生產(chǎn)對人類有用的產(chǎn)品?！拘抡n講授】（一）發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)老師讓學(xué)生提前選取自己感愛好的發(fā)酵產(chǎn)品，畫出利用發(fā)酵工程生產(chǎn)該產(chǎn)品的流程圖，并在課堂上進(jìn)行展示和說明。老師結(jié)合教材中介紹發(fā)酵工程基本環(huán)節(jié)的內(nèi)容，結(jié)合圖1-9，分析和探討教材第23頁的“思索·探討”。展示發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)和發(fā)酵罐示意圖：思索與探討：1.微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時須要考慮哪些因素？（若生產(chǎn)的是微生物干脆合成的產(chǎn)物，則可以從自然界中先分別出相應(yīng)菌種，再用物理或化學(xué)方法誘變育種，從突變個體中篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。若生產(chǎn)的是微生物不能合成的產(chǎn)品，則可用基因工程、細(xì)胞工程的方法對菌種的遺傳特性進(jìn)行定向改造，以構(gòu)建工程菌，從而達(dá)到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的，同時還應(yīng)留意溫度、pH、溶解氧等對菌種的影響）。①在低成本的培育基上能快速生長繁殖；②生產(chǎn)所需代謝物的產(chǎn)量高；③發(fā)酵條件易限制；④菌種不易變異，退化等。2.怎樣對發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿意微生物的生長須要？（發(fā)酵條件干脆會影響微生物的生長和發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)量，發(fā)酵條件包括溫度、pH、溶解氧、通氣量等。溫度條件的調(diào)控可通過向冷卻夾層通入冷水來調(diào)控；pH條件的調(diào)控可在培育基中加入緩沖液，在發(fā)酵過程中加酸或堿；溶解氧的調(diào)控需依據(jù)微生物的代謝類型，若微生物是需氧型的，可通過空氣入口通入空氣，并調(diào)整攪拌葉輪轉(zhuǎn)速增加溶解氧。若微生物是厭氧型的，需封閉空氣入口，建立厭氧環(huán)境等）。①反復(fù)試驗確定培育基的配方；②對培育基和發(fā)酵設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌；③隨時檢測培育液中微生物的數(shù)量、產(chǎn)物濃度等；④剛好添加必需的養(yǎng)分組分；⑤嚴(yán)格限制溫度、pH和溶氧量等發(fā)酵條件，運用計算機(jī)限制系統(tǒng)對各種條件進(jìn)行監(jiān)測和限制，以及反饋限制3.在產(chǎn)物分別和提純方面，發(fā)酵工程與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)相比有哪些改進(jìn)之處？（傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的發(fā)酵產(chǎn)物不是單一的組分，而是成分困難的混合物，基本沒有經(jīng)過產(chǎn)物分別和提純等步驟，或者僅接受簡潔的沉淀、過濾等方法來分別提純產(chǎn)物。發(fā)酵工程的發(fā)酵產(chǎn)物依據(jù)產(chǎn)物的種類實行不同的分別、提純方法，在產(chǎn)物的初分別階段，常接受沉淀、萃取、膜分別、吸附或離子交換等方法；在進(jìn)一步純化階段，會接受液相層析法、結(jié)晶法等方法。發(fā)酵工程產(chǎn)物無論是代謝物還是菌體本身，都須要進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。）4.在進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時，排出的氣體和廢棄培育液等能干脆排放到外界環(huán)境中嗎？為什么？（不能，因為在發(fā)酵生產(chǎn)時，微生物及其代謝物中都可能含有危害環(huán)境的物質(zhì)，這些都可能會污染環(huán)境，對人體健康造成危害，為了削減或避開污染物的產(chǎn)生和排放，實現(xiàn)清潔生產(chǎn)，應(yīng)當(dāng)對排出的氣體和廢氣培育液進(jìn)行二次清潔或滅菌處理。）通過探討教材中的問題，老師帶領(lǐng)學(xué)生分析和完善自己畫的流程圖，并在這個過程中相識到工程的困難性，駕馭系統(tǒng)分析的方法。（二）發(fā)酵工程的應(yīng)用發(fā)酵工程以其生產(chǎn)條件和順，原料來源豐富且價格低廉、產(chǎn)物專一、廢棄物對環(huán)境的污染小和簡潔處理等特點，在食品工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)和農(nóng)牧業(yè)等很多領(lǐng)域得到了廣袤應(yīng)用，形成了規(guī)模浩大的發(fā)酵工業(yè)。老師利用課件展示發(fā)酵工程在食品工業(yè)上的各個應(yīng)用，并以啤酒為例，展示“啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程”，學(xué)生小組在觀看完啤酒的生產(chǎn)化流程后，小組之間相互探討教材中第25頁的問題。我國是世界上啤酒的生產(chǎn)和消費大國。啤酒是以大麥為主要原料經(jīng)酵母菌發(fā)酵制成的，其工業(yè)化生產(chǎn)流程如下圖所示。其中發(fā)酵過程分為主發(fā)酵和后發(fā)酵兩個階段。酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代謝物的生成都在主發(fā)酵階段完成。主發(fā)酵結(jié)束后，發(fā)酵液還不適合飲用，要在低溫、密閉的環(huán)境下儲存一段時間進(jìn)行后發(fā)酵，這樣才能形成澄清、成熟的啤酒。發(fā)酵的溫度和發(fā)酵的時間隨啤酒品種和口味要求的不同而有所差異。思索與探討：1.與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在下面啤酒的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，哪些工程手段使啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高？（菌種的選育、對原材料的處理、發(fā)酵過程的限制、產(chǎn)品的消毒等，都有助于提高啤酒的產(chǎn)量和品質(zhì)）。2.現(xiàn)在市面上流行一種“精釀”啤酒，它的制作工藝與一般啤酒有所不同，如一般不添加食品添加劑、不進(jìn)行過濾和消毒處理等。有人認(rèn)為飲用“精釀”啤酒比飲用“工業(yè)”啤酒更健康，你怎么看待這個問題？“精釀”啤酒是小規(guī)模釀造產(chǎn)品，發(fā)酵時間長、產(chǎn)量低和價格高，卻照舊有著市場需求，我們?nèi)绾无q證地看待大規(guī)模生產(chǎn)與小規(guī)模制作？（應(yīng)當(dāng)辯證地看待這一產(chǎn)品。一方面，這類產(chǎn)品具有多樣化的特點，能夠滿意一些人對獨特口感的需求，或者滿意一些人的時尚追求。另一方面，這類產(chǎn)品是手工作坊式生產(chǎn)的，存在啤酒品質(zhì)不穩(wěn)定、價格昂貴的問題）在了解啤酒的工業(yè)化流程后，老師指導(dǎo)學(xué)生自我閱讀教材的26-27頁，并歸納動身酵工程在其他工業(yè)上的應(yīng)用狀況，并以小組為單位，講解并描述本組的歸納，老師賜予確定和評價，并在課件中展示動身酵工程在各個工業(yè)中的應(yīng)用，讓學(xué)生認(rèn)同發(fā)酵工程為人類生活供應(yīng)了多樣的生物產(chǎn)品，改善了人類的生活。歸納梳理：1.在食品工業(yè)上的應(yīng)用（1）生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品：如醬油、各種酒類等。發(fā)酵工程使這些產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量明顯提高。實例：①以大豆為主要原料，利用產(chǎn)生蛋白酶的霉菌（如黑曲霉），將原料中的蛋白質(zhì)水解成小分子的肽和氨基酸，然后經(jīng)淋洗、調(diào)制成的醬油產(chǎn)品。②以谷物或水果等為原料，利用釀酒酵母發(fā)酵生產(chǎn)的各種酒類。2.在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用（1）接受基因工程的方法，將植物或動物的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)實力的微生物。（2）干脆對菌種進(jìn)行改造，再通過發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)所須要的產(chǎn)品。（3）實例：①利用經(jīng)過基因改造的微生物生產(chǎn)生長激素釋放抑制激素；②利用微生物生產(chǎn)過去只能從植物中分別提取的紫杉醇、青蒿素前體等化合物；③利用基因工程改造的微生物生產(chǎn)疫苗。將病原體的某個或某幾個抗原基因轉(zhuǎn)入適當(dāng)?shù)奈⑸锛?xì)胞，獲得的表達(dá)產(chǎn)物就可以作為疫苗運用。3.在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用（1）生產(chǎn)微生物肥料。利用了微生物在代謝過程中產(chǎn)生的有機(jī)酸、生物活性物質(zhì)等來增進(jìn)土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植物生長，常見的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。有的微生物肥料還可以抑制土壤中病原微生物的生長，從而削減病害的發(fā)生。（2）生產(chǎn)微生物農(nóng)藥。與傳統(tǒng)的化學(xué)農(nóng)藥不同，微生物農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物來防治病蟲害的。微生物農(nóng)藥作為生物防治的重要手段。實例：蘇云金桿菌→防治80多種農(nóng)林蟲害。白僵菌→防治玉米螟、松毛蟲等蟲害。井岡霉素（一種放線菌產(chǎn)生的抗生素）→防治水稻枯紋病。（3）生產(chǎn)微生物飼料。微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，且生長繁殖速度很快。實例：①單細(xì)胞蛋白：以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體。單細(xì)胞蛋白的應(yīng)用：食品添加劑、微生物飼料等。②乳酸菌：在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動物食用后還能提高免疫力。4.在其他方面的應(yīng)用（1）解決資源短缺與環(huán)境污染問題隨著對纖維素水解探討的不斷深化，利用纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙烯等能源物質(zhì)已取得勝利。（2）將極