一轮复习发酵工程简介教学设计

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1、一轮复习发酵工程简介教学设计一课一案 高三生物 2007-1-5-发酵工程简介(大连信息高中 王薇)教学设计思路第三节发酵工程简介，教材按照从感性到理性的 认知规 律，先介 绍了一个发酵工程的实例谷氨酸发酵，然后，再讲述发酵工程的概念、内容和应用。1、 本章热点关注问题发酵工程与生产发酵工程与生物工程间关系2、 复习中应注意的几个问题发酵工程是建立在微生物类群和微生物营养、代 谢、生 长 相关知识上。复习过程中应将理论知识应用在分析发酵工程的应用这部分内容。注意本章各 节内容之间 的关系。发酵工程在诸多行业得到了广泛应用，所生 产的产品涉及到人 们日常生活的许多方面，因此，教师在复习过程中可以

2、创设情境，从学生比 较熟悉的事例分析，以巩固理解发酵的过程及代谢产物，不必强调详细的反应过程。第三章中基因工程育种，第四章中细胞工程育种以及第六章中 诱变育种知识是学习本小节发酵工程内容的基础，在复习过程中学生可以 对相关知识进行整理影响发酵工程过程的主要因素是温度、溶氧量和 Ph 等。人们通过控制溶氧量、温度和 Ph 等环境因素，提高发酵产品的品质和质量教学设计方案教学目标1、识记发酵工程的概念和内容2、识记发酵工程在医药工业和食品工 业中的应用3、能阐明发酵工程的过程4、能养成理论联系实际的习惯 ，树立科学价值观，提升自己的生物学素养教学重点1、 发酵工程的概念和内容2、进行分析、比较发酵

3、和发 酵工程的区别与联系教学难点1、知道影响发酵过程的因素，灵活运用知识能解释发酵过 程中，如何在较长时间内保证菌种的生长和代谢的正常进行教学内容一、考点知识梳理(一)谷氨酸发酵实例【注意关键知识点】1、 常用菌钟：谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌、乳糖发酵短杆菌等。2、 菌种选育（尤为重要）：选择细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。3、 培养基：从物理性质上看是液体培养基，从化学成分上看是天然培养基（液体天然培养基） 。 （1）液体培养基能使营养物质在发酵过程中得到充分的利用，还能为菌体提供更大的生存空间。同时也有利于生产过程中培养条件的控制以及产物

4、的提取。（2）天然培养基既能满足菌体的营养需求，又能降低生产成本，还能减少对环境的污染。原料：豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物素等。4、 主体设备：出示发酵罐的示意图，回忆发酵罐的组成结构及其控制部分构成。设备中的这些控制部分在生产过程中的作用。5、 发酵过程：（1）连续培养（2）控制条件（必要条件）：温度（最适 3032） 、溶氧（谷氨酸棒状杆菌是好氧菌） 、搅拌速度（影响菌种对氮源和碳源的利用率） 、pH（最适 7.08.0）等。(二)发酵工程的概念与发酵概念的区别1、 发酵工程的概念：是一种生物技术，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

5、的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程中的一种新技术。 （不要死记硬背）2、 发酵概念：发酵是个过程，是通过微生物培养大量生产各种代谢产物的过程（三）发酵过程六步曲1、 菌种的选育：如果生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等，则可以从自然界中先分离出相应的菌种（自然选育） ，再用物理或化学的方法使菌种产生突变（诱变育种） ，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。如果生产的是一般微生物不能合成的产品，则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品的目的。【举例】例如：可将人工合成的人的胰岛素基因与大肠杆菌的质粒结合，形成重

6、组 DNA，再把重组 DNA 导入大肠杆菌细胞内形成工程菌。通过筛选则可培养出能生产人的胰岛素的菌种。2、 培养基的配制：组织学生用以前学过的有关培养基的知识从以下几方面去理解（1）根据不同的菌种，应选择不同的材料配制培养基。配制的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。 （2）培养基的营养要协调，以利于产物的合成。（3）培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。【举例】发酵生产常采用天然成分的液体培养基。而且经常用野生的植物淀粉、甘蔗渣、秸秆水解物以及乙醇、醋酸等石化产品代替粮食来配制培养基。3、灭

7、菌：用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。【举例】如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分解掉。4、扩大培养和接种：出示细菌的生长曲线示意图并依托曲线回忆提问：扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大量的菌体。接种过程中要注意防止杂菌污染。5、发酵过程（发酵的中心阶段）：发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。依据以前所学知识回忆：要随时检测发酵进程，需要对发酵过程

8、的中温度、pH、溶氧量、通气量等发酵条件进行严格的控制，以保证菌体生长和代谢途径朝着有利人类的方向进行。6、分离提纯： 产品是菌体过滤、沉淀产品是代谢产物蒸馏、萃取、离子交换等（四）发酵工程的应用1、在医药工业上的应用：（1）生产药品：【举例】通过青霉发酵能生产青霉素。（2）生产基因工程药品：【举例】将合成的人的胰岛素基因转移到大肠杆菌细胞内构建成“工程菌”，再通过培养“工程菌”即可获得人的胰岛素。2、在食品工业上的应用：（1）生产传统发酵产品：【举例】生产啤酒，果酒等。（2）生产食品添加剂【举例】酸味剂：柠檬酸、乳酸等。鲜味剂：谷氨酸等。色 素：-胡萝卜素等。甜味剂：高果糖浆等。（3）解决粮

9、食短缺，单细胞蛋白（微生物菌体）二、考点例析例 1 发酵工程的一项关键措施是灭菌，关于灭菌正确的是（ ）A培养基和发酵设备均需要严格灭菌B灭菌就是杀死培养基中的一切细菌C通入无菌空气可以达到灭菌的目的DpH 调到 2 左右灭菌效果最好解析本题容易错选 B 项和 C 项。灭菌不仅是杀死培养基中的一切细菌，还要包括它们的芽孢及孢子。通入无菌空气是为了避免进入杂菌造成污染，并没有灭菌的作用。不同微生物所能适应的 pH 范围是不同的，灭菌效果最好的 pH 不一定是 2 左右。答案 A点拨 解决该类型题的规律是：灭菌是发酵工程的一项关键措施，灭菌不彻底导致产量大大下降甚至失败；“灭菌”的含义是杀死一定环

10、境中所有微生物的细胞、芽孢和孢子；灭菌的方法有高压蒸汽灭菌法、蒸煮灭菌法、火焰灼烧灭菌法、酒精擦洗灭菌、紫外线照射灭菌法等。例 2 生物学家将大肠杆菌的质粒取出，连接上人生长激素的基因后，重新置入大肠杆菌细胞内，然后用这种带有人的生长激素基因的大肠杆菌进行发酵，该处理过程在发酵中属于（ ）A菌种选育 B扩大培养C接种 D诱变育种解析带有人的生长激素基因的大肠杆菌是通过基因工程培育出的一种工程菌，这是发酵工程工艺流程的第一步菌种选育；对工程菌进行发酵，就可以获得大量的人生长激素。答案 A点拨解决该类型题的规律是：发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分

11、离提纯等。菌种的选育有自然界选种、诱变育种、基因工程育种和细胞工程育种，其中基因工程育种和细胞工程育种属于定向育种。三、基础能力测试1 某药厂用谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸，结果代谢产物没有谷氨酸而产生乳酸及琥珀酸，其原因是（ ）A 温度控制不适 B通气过多 CpH 成酸性 D溶氧不足解析发酵过程中环境条件的变化，不仅会影响菌种的生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成。如在谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸过程中，若溶氧量不足，谷氨酸棒状杆菌会进行无氧呼吸而生成乳酸或琥珀酸等不彻底的氧化产物。答案 D2发酵罐中搅拌的作用不可能是（ ）A 打碎空气气泡，增大气、液接触面积B使发酵液充分混合，液体中的固性物料保

12、持悬浮状态 C 使菌种与培养液充分接触，提高原料利用律 D搅拌是为了提高发酵罐的散热速度答案 D3发酵工程生产的单细胞蛋白可制成“人造肉”供人食用，这种蛋白是（） A微生物菌体 D微生物的代谢产物 C微生物合成物质 D发酵液答案A 四、探究创新与解题技巧（一）影响发酵工程的主要因素是温度、溶氧量和 Ph 等。他们通过影响菌种的活性而影响发酵时间和代谢产物的产量。人们通过控制溶氧量、温度和 Ph 等环境因素，提高发酵产品的品质和质量。（二）菌种的新陈代谢类型在发酵工程进行之前一定了解透彻，才能有的放矢，减少浪费获得最大收益。例 1下面是家庭酿酒的具体操作过程：先将米煮熟，待冷却至 30时，加一定

13、量的“酒药” （实际是酵母菌菌种）与米饭混均后置于一瓷坛内（其他容器也可以） ，在中间要挖一个洞，加盖后置于适当的地方保温（28） ，12h 即成。现请你从以下几个方面对其发酵过程作一简单的分析：（1） 先将米煮一煮的目的是_.（2） 为什么要冷却到 30后,才可以加入酒药?_.（3） 在中间挖一个洞的目的是_.（4） 发酵坛没有密封,坛内无氧发酵的环境是由什么造成的?_.（5） 在具体操作过程中,要根据米饭的多少加适量的酒药,如把握不住,宁多勿少,如果加少了将引起什么后果?为什么?（6） 酿酒过程中为什么总是先来水,后来酒?_.（7） 糯米饭酿成的米酒,其能量将_.解析 家庭酿酒的实质就是发

14、酵工程,酒药就是菌种,水和糯米就是培养基.煮米就是对培养基进行灭菌,加酒药就是接种.接种时培养基的温度不能太高,否则会杀死菌种,因此要等米饭冷却后加酒药.接种量不能太少,否则影响代谢产物的产量,也会使发酵过程延长,从而使混入杂菌的可能性增加.因此要对菌种扩大培养.酵母菌是兼性厌氧型生物,有氧条件下能进行有氧呼吸,放能多,有利于生长繁殖;无氧条件下可进行酒精发酵,生产酒精.米饭中间挖洞可为酵母菌提供一定量的氧气,利于增大菌体数目.随着氧气的消耗和代谢水的浸没,形成了一个无氧环境,有利于酒精的生产.答案 (1)使大米中的淀粉分解,易被酵母菌利用.(2)保持酵母菌活性,防止高温将其杀死.(3)增加氧气(4)有氧呼吸消耗氧气,还产生大量水淹没基质(5)一开始加适量酵母菌是为了酵母菌种群有足够的起始密度,并能在短时间内繁殖大量个体占据整个生存空间.如果酵母菌种群起始密度过小,占据整个生存空间所用时间过长,极易导致杂菌侵入.(6)先进行有氧呼吸产生二氧化碳和水(7)减少