生物选择性必修3发酵工程及其应用学案设计

这是一份生物选择性必修3发酵工程及其应用学案设计，共7页。学案主要包含了回忆旧知，发酵工程的基本环节，发酵工程的应用等内容，欢迎下载使用。
学习目标
1.分析发酵工程的示意图，说出发酵工程的基本环节，理解并记住各环节的要求和注意事项。（生命观念、科学思维）
2.了解发酵工程的应用，总结发酵工程在食品工业、医药工业、农牧业及其他方面的应用，联系生产、生活实际，培养社会责任意识。（科学思维、社会责任）
3.分析啤酒的工业化生产流程，掌握啤酒工业化生产各步骤的目的，进一步认同发酵工程与传统发酵相比其优势所在。（科学思维）
自主预习
一、回忆旧知
什么是发酵工程？写出在葡萄酒的家庭制作中，利用的菌种及菌种的来源。
二、发酵工程的基本环节
发酵工程一般包括 ,扩大培养,培养基的配制、 ,接种, ,产物的分离、提纯等方面。
1.选育菌种的方式有哪些？
2.发酵工程的中心环节为 ，在此环节要严格控制哪些发酵条件？
3.分离、提纯产物的方法
发酵产品是微生物细胞本身： 。
发酵产品是代谢物： 。
三、发酵工程的应用
1.概述发酵工程在食品工业上的应用，并写出制造酱油、味精、柠檬酸利用的菌种。
2.在医药工业上的应用： 工程、 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.概述发酵工程在农牧业上的应用，并解释什么是单细胞蛋白。

课堂探究
任务一、发酵工程的基本环节
请阅读教材P22~23图1-9，完成以下问题。
请以文字加箭头的形式写出发酵工程的基本环节。
思考：1.可通过哪些途径获得发酵工程使用的优良菌种？获得优良菌种后为什么要对菌种进行扩大培养？
2.为什么培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌？
3.引起发酵罐内培养液的温度和pH变化的原因有哪些？发酵工程中如何调节温度和pH？
4.进行产品的分离、提纯时采用的手段有哪些？
【归纳总结】发酵工程各环节中的注意事项
任务二、发酵工程的应用
请阅读教材P24~27相关内容，完成以下问题。
1.写出发酵工程的优点。
2.【归纳总结】构建概念模型归纳发酵工程的应用。

【迁移训练】我国是名副其实的发酵大国，发酵工程在食品工业、医药工业及农牧业等许多领域得到了广泛的应用。下列相关叙述错误的是（ ）
A. 发酵工程的产品包括微生物的代谢产物、酶和菌体本身
B. 利用酵母菌等菌种的发酵工程生产的单细胞蛋白，可作为食品添加剂
C. 将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵工程可生产乙型肝炎疫苗
D. 利用发酵工程生产的微生物农药，作为化学防治的重要手段，可用于防治病虫害
任务三、啤酒的工业化生产流程
请阅读教材P24~25相关内容，思考以下问题。
1.依据啤酒的工业化生产流程，完成以下内容。
（1）主发酵阶段完成：_________________________________________________。
（2）后发酵的条件：___________________________________________________。
（3）焙烤的目的：____________________________________________________。
（4）蒸煮的目的：____________________________________________________。
2.与传统的手工发酵相比，在啤酒的工业化生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？
【联系生活】现在市面上流行一种“精酿”啤酒。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？
1.下列有关发酵工程基本环节的叙述，不合理的是( )
A．由于工业发酵罐所需接入的菌种总体积一般都比较大，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养
B．在菌种确定之前，要先制备好培养基
C．发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种
D．如果发酵产品是代谢物，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
2．近年来，在农牧业生产上，微生物肥料、微生物农药和微生物饲料得到广泛应用。下列相关叙述错误的是( )
A．微生物肥料是利用微生物代谢产生的有机酸、生物活性物质等发挥作用的
B．微生物农药指的是微生物的代谢物，而不是微生物本身
C．微生物饲料主要是利用微生物大量繁殖产生的高蛋白菌体来生产饲料的
D．单细胞蛋白被作为饲料使用，是因为微生物的蛋白质含量高、繁殖快
3．啤酒的工业化生产中，大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后，最终过滤、调节、分装。下列说法不正确的是( )
A．用赤霉素处理大麦，可使大麦种子无须发芽就能产生α-淀粉酶
B．焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌
C．糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵
D．在菌种选育上，使用基因工程改造的啤酒酵母，可以加速发酵过程，缩短发酵周期
4．(不定项)某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述不正确的是( )
A．夏季生产果酒时，常需对罐体进行升温处理
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决定何时终止发酵
5.青霉素是一种常用的抗生素，其工业化生产流程如图所示。请据图分析并回答下列问题。
（1）培育青霉素高产菌株的育种方法是__________，过程①②属于发酵工程的________环节，其主要目的是_________________________________________________。
（2）过程③不能用化学药物进行灭菌处理，原因是_______________________________。
（3）发酵过程中必须严格控制______________________________(至少答出3点)等发酵条件，使发酵全过程处于最佳状态；同时定期检测______________________(至少答出2点)等，以了解发酵进程。
(4)过程④常用的方法是________。
【课堂小结】
请自主归纳本节课所学内容。
参考答案
自主预习
一、回忆旧知
发酵工程是指利用微生物的特定功能，规模化生产人类所需产品的综合性生物工程。
酵母菌；葡萄皮上天然存在的酵母菌。
二、发酵工程的基本环节
菌种的选育 灭菌 发酵
1.从自然界中筛选、诱变育种、基因工程育种。
2.发酵罐内发酵 随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度，及时添加必需的营养成分，严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。
3.采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥 根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施
三、发酵工程的应用
1.应用：生产传统的发酵产品；生产各种各样的食品添加剂；生产酶制剂。
酱油：黑曲霉；味精：谷氨酸棒状杆菌；柠檬酸：黑曲霉。
2.基因 蛋白质
3.应用：生产微生物肥料；生产微生物农药；生产微生物饲料。
单细胞蛋白：通过发酵获得的大量的微生物菌体。
课堂探究
任务一
思考：1.从自然界中获取、诱变育种、基因工程；
工业发酵要想在短时间内得到大量的发酵产物，则需要大量菌体。
2.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。
3.（1）温度。原因：微生物分解有机物释放的能量，机械搅拌也会引起温度升高。
调节方法：常用冷却水进行温度的调节。
（2）pH。原因：培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。
调节方法：在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱。
4.发酵产品是微生物细胞本身，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥；发酵产品是代谢物，根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施。
【归纳总结】从自然界中筛选出来，也可通过诱变育种或基因工程育种获得 短时间内得到大量的发酵产物，需要大量菌体 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 中心 营养成分，严格控制温度、pH和溶解氧 发酵产品是微生物细胞本身，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥；发酵产品是代谢物，根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施
任务二
1.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。
2.略
【迁移训练】D
任务三
1.（1）酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成
（2）在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵
（3）加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活
（4）产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌
2.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。
【联系生活】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。
当堂训练
1.B 2.B 3.B
4.ABC 【解析】果酒发酵的适宜温度为18～30 ℃，因此夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理，A错误；乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物，因此发酵过程中不需要通入空气，B错误；酵母菌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错误；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决定何时终止发酵，D正确。
5.(1)诱变育种 扩大培养 快速增加菌种的数量
(2)残留在培养基中的化学药物会抑制青霉菌的生长繁殖
(3)温度、pH、溶解氧、罐压、营养物质 微生物数量、产物浓度
(4)过滤
环节
方法或目的
菌种选育

扩大培养

培养基的配制
选原料制备培养基。生产实践中，培养基配方要经过反复实验才能确定
灭菌

发酵罐内发酵
发酵工程的 环节，发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产品浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的 等发酵条件
产物的分离、提纯