优选教案：高中生物人教版 选择性必修三第一章第节发酵工程及其应用.docx

第3节 发酵工程及其应用 一、教学目标 （1）概述发酵工程及其基本环节。 （2）举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。 二、教学重点 （1）发酵工程的基本环节。 （2）发酵工程的应用。 三、教学难点 （1）发酵工程的基本环节。 四、课时安排 2课时 五、教学过程 （一）新课导入 大家听说过青霉素吗？ 它是由青霉菌产生的，最早，科学家只能从青霉菌中提取少量的青霉素，因此，它的价格贵如黄金。后来，科学家通过诱变育种的方法，获得了高产青霉菌，并通过发酵技术实现了青霉素的产业化生产，今天，我们一起来学习什么是发酵工程，发酵工程的基本环节有哪些？通过发酵工程能生产哪些产品？。 （二）讲授新课 一、发酵工程的基本环节 1、选育菌种 1）目的： 获得性状优良的菌种。 2）菌种来源：自然界中筛选、诱变育种（产生的是常规菌，生产微生物自身能合成的产品，如青霉素）、基因工程、细胞工程定向育种（产生的是工程菌，生产微生物自身不能合成的产品，如胰岛素） 3）菌种选育的重要性（意义） 优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节在很大程度上决定了生物发酵产物的成败 4）实例 筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸； 使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期 2、扩大培养 1）目的：获得更多的菌种。 2）原因：工业发酵罐的体积一般较大，因此，需要接入的菌种总体积大。 3）扩大培养的培养基：一般为液体培养基。 3、培养基的配制、灭菌 1）配制要求 ①在菌种确定之后（结合菌种代谢特点）选择原料制备培养基； ②在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定（即不断优化培养 基）； 2）灭菌原因 发酵工程种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 大降低 3）灭菌目的 避免因杂菌污染而影响产品的品质和产量（培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌） 4、接种 将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中 5、发酵罐内发酵 1）地位：发酵工程的中心环节 2）要求：①发酵过程中，要随时检测培养液中微生物数量、产物浓度等，以了 解发酵进程；②要及时添加必需的营养物质，要严格控制温度、pH、溶氧量等发酵条件。 3）严格控制发酵条件的原因 ①环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成； ②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态 4）不同发酵条件的影响实例——谷氨酸发酵 ①在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸 ②在酸性条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺 5）发酵容器：发酵罐 见下图 6）现代发酵工程使用的发酵罐的优点 均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶氧量、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制，还可以进行反馈控制，使发酵全过程处于最佳状态。 6、产品的分离、提纯 1）目的：获得产品 2）产品的两种形式 ①微生物细胞本身 ②代谢物 3）采取手段 ①发酵产品是微生物细胞本身时，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥 ②发酵产品是代谢物时，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 思考、讨论： 1、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？ ①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖； ②生产所需代谢物的产量高； ③发酵条件易控制； ④菌种不易变异，退化等。 2、怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ ①反复试验确定培养基的配方； ②对培养基和发酵设备进行严格的灭菌； ③随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度等； ④及时添加必需的营养组分； ⑤严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件，使用计算机控制系统对各种条件 进行监测和控制，以及反馈控制 3、在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？ 传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离提纯产物。 发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或离子交换等方法；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，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品。 4、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？ 不能；因为在进行发酵生产时，微生物及