人教版高中生物選擇性必修3利用微生物發(fā)酵方法進(jìn)行沙棘相關(guān)工業(yè)化產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)。子任務(wù)一：傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用子任務(wù)二：微生物的培養(yǎng)技術(shù)及應(yīng)用子任務(wù)三：微生物的選擇培養(yǎng)和計(jì)數(shù)子任務(wù)四：發(fā)酵工程及應(yīng)用核心任務(wù)第一單元從傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)到發(fā)酵工程1生命觀念：簡述發(fā)酵工程的一般流程。理解發(fā)酵工程的原理，認(rèn)識微生物代謝與發(fā)酵過程的內(nèi)在聯(lián)系，形成結(jié)構(gòu)與功能觀。23子任務(wù)四：發(fā)酵工程及其應(yīng)用科學(xué)思維：通過分析發(fā)酵工程的流程，培養(yǎng)邏輯推理、批判性思維能力，能夠?qū)Πl(fā)酵條件優(yōu)化等問題進(jìn)行理性思考和科學(xué)分析。社會責(zé)任：關(guān)注發(fā)酵工程在工業(yè)生產(chǎn)、食品加工、環(huán)境保護(hù)等方面的應(yīng)用，認(rèn)識其對社會發(fā)展和人類生活的重要影響，增強(qiáng)對生物技術(shù)安全性和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注，增強(qiáng)社會責(zé)任感?？茖W(xué)探究：通過查閱資料設(shè)計(jì)一種發(fā)酵產(chǎn)品的工業(yè)發(fā)酵流程，提升科學(xué)應(yīng)用探究能力。4前情景導(dǎo)入大家在制作傳統(tǒng)發(fā)酵食品過程中，你認(rèn)為那些因素都影響到了食品的品質(zhì)和產(chǎn)量？菌種種類和數(shù)量發(fā)酵條件控制原料的選擇和處理產(chǎn)品的提純等如何對酒產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)呢？對發(fā)酵原理的認(rèn)識微生物純培養(yǎng)技術(shù)建立密閉式發(fā)酵罐設(shè)計(jì)成功嚴(yán)格控制環(huán)境條件(溫度、pH、溶解氧、壓強(qiáng)、營養(yǎng)物、泡沫等)大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品微生物的特定功能現(xiàn)代化工程技術(shù)利用微生物的特定功能，通過現(xiàn)代化工程技術(shù)，生產(chǎn)對人類有用的物質(zhì)的技術(shù)體系?！l(fā)酵工程任務(wù)一：結(jié)合教材（P22-23）和發(fā)酵實(shí)驗(yàn)，討論問題、繪制酒精發(fā)酵的流程圖思考討論：1.酒精發(fā)酵時(shí)使用了什么菌種？選擇酒精發(fā)酵工程用的菌種時(shí)需要考慮哪些因素？怎樣才能得到優(yōu)良菌種？2.擴(kuò)大培養(yǎng)目的是什么？從物理性質(zhì)上，應(yīng)該用什么類型的培養(yǎng)基進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)？3.如何配制培養(yǎng)基，配制培養(yǎng)基需要考慮哪些因素？4.為什么要嚴(yán)格控制發(fā)酵過程中的溫度、PH、氧氣等條件？怎樣對酒精發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿足微生物的生長需要？5.如何對酒精發(fā)酵產(chǎn)品進(jìn)行分離提純？如果產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身呢？在產(chǎn)物分離和提純方面，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？6.在進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等能直接排放到外界環(huán)境中嗎？為什么？思考討論：1.酒精發(fā)酵時(shí)使用了什么菌種？選擇酒精發(fā)酵工程用的菌種時(shí)需要考慮哪些因素？怎樣才能得到優(yōu)良菌種？2.擴(kuò)大培養(yǎng)目的是什么？從物理性質(zhì)上，應(yīng)該用什么類型的培養(yǎng)基進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)？3.如何配制培養(yǎng)基，配制培養(yǎng)基需要考慮哪些因素？釀酒酵母；①在低成本的培養(yǎng)基上能迅速生長繁殖；②生產(chǎn)所需代謝物（酒精）的產(chǎn)量高；③發(fā)酵條件容易控制；

④菌種不易變異、退化等；性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得。增加菌種數(shù)量，縮短生產(chǎn)周期將培養(yǎng)到生長速度最快時(shí)期的菌體分開，用液體培養(yǎng)基再進(jìn)行培養(yǎng)；（1）在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基,菌種能大量生產(chǎn)目的產(chǎn)物,原料廉價(jià)且易于獲得（2）生產(chǎn)實(shí)踐中，培養(yǎng)基配方要經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)才能確定（即不斷優(yōu)化培養(yǎng)基）

思考討論：4.為什么要嚴(yán)格控制發(fā)酵過程中的溫度、PH、氧氣等條件？怎樣對酒精發(fā)酵條件進(jìn)行調(diào)控以滿足微生物的生長需要？環(huán)境條件不僅會影響微生物的生長繁殖，而且會影響微生物代謝物的形成。首先對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備要嚴(yán)格滅菌，防止雜菌污染而影響產(chǎn)品的質(zhì)量和品質(zhì)，其次控制發(fā)酵中的影響因素：①溫度：可通過向冷卻夾層通入冷水來調(diào)控；②pH：可在培養(yǎng)基中加入緩沖液，在發(fā)酵過程中加酸或堿；③需氧型：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；④厭氧型的：需封閉空氣入口，建立厭氧環(huán)境等。思考討論：5.如何對酒精發(fā)酵產(chǎn)品進(jìn)行分離提純？如果產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身呢？在產(chǎn)物分離和提純方面，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？酒精：蒸餾、純化微生物細(xì)胞：過濾、沉淀等方法傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)獲得的產(chǎn)物一般不是單一的組分，而是成分復(fù)雜的混合物，很多時(shí)候不會再對產(chǎn)物進(jìn)行分離和提純處理，或者僅采用簡單的沉淀、過濾等方法來分離提純產(chǎn)物。發(fā)酵工程中使用的分離和提純產(chǎn)物的方法較多。在產(chǎn)物的初分離階段，常采用沉淀、萃取、膜分離、吸附或離子交換等方法；在進(jìn)一步純化階段，會采用液相層析法、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，都需要進(jìn)行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。思考討論：6.在進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，排出的氣體和廢棄培養(yǎng)液等能直接排放到外界環(huán)境中嗎？為什么？不能。發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)，微生物及其代謝物中都可能含有危害環(huán)境的物質(zhì)。要進(jìn)行二次清潔或滅菌處理后才能排放，達(dá)到清潔生產(chǎn)的要求。總結(jié)：酒精發(fā)酵工程的基本流程選育菌種擴(kuò)大培養(yǎng)配制培養(yǎng)基滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)總結(jié)：酒精發(fā)酵工程的基本流程自然篩選、誘變或基因工程育種嚴(yán)格控制發(fā)酵條件、必要時(shí)添加營養(yǎng)成分、檢測微生物數(shù)量和產(chǎn)物濃度實(shí)踐中反復(fù)實(shí)驗(yàn)確定配方液體培養(yǎng)基增加菌種數(shù)量單一菌種：雜菌與之形成的種間競爭使產(chǎn)量下降或雜菌產(chǎn)生的代謝物抑制菌種的生長使產(chǎn)量下降微生物細(xì)胞：過濾、沉淀

進(jìn)行分離、干燥；代謝物：根據(jù)性質(zhì)提取、分離、純化

發(fā)酵工程的特點(diǎn)：生產(chǎn)條件溫和原料來源豐富且價(jià)格低廉產(chǎn)物專一廢棄物對環(huán)境污染小且容易處理任務(wù)二：閱讀教材，總結(jié)發(fā)酵工程的應(yīng)用應(yīng)用領(lǐng)域應(yīng)用成果實(shí)例在食品工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品醬油、酒

食品添加劑增味劑、酸度調(diào)節(jié)劑、防腐劑等生產(chǎn)酶制劑加酶洗衣粉中的蛋白酶、脂肪酶等在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用將動植物目的基因轉(zhuǎn)移到微生物中，獲得具有某種藥物生產(chǎn)能力的微生物，通過發(fā)酵技術(shù)獲得所需藥物胰島素、干擾素、紫杉醇等將菌種直接改造，通過發(fā)酵技術(shù)獲得藥物生長激素釋放抑制激素將病原體的抗體基因轉(zhuǎn)入微生物中，獲得表達(dá)產(chǎn)物即可作為疫苗使用乙型肝炎疫苗在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)微生物肥料根瘤菌肥、固氮菌肥生產(chǎn)微生物農(nóng)藥用蘇云金桿菌防治農(nóng)林害蟲；用白僵菌防治玉米螟、松毛蟲等生產(chǎn)微生物飼料單細(xì)胞蛋白作為食品添加劑；單細(xì)胞蛋白制成生物飼料等其他方面的應(yīng)用解決資源短缺和環(huán)境污染問題如纖維廢料發(fā)酵生產(chǎn)酒精、乙醇等能源物質(zhì)、如嗜熱菌、嗜鹽菌生產(chǎn)洗滌劑發(fā)酵工程的應(yīng)用啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程任務(wù)三：閱讀教材和資料、結(jié)合視頻，完成發(fā)酵工程的評價(jià)任務(wù)評價(jià)任務(wù)1.觀看視頻、閱讀教材（P24-25思考討論）、完成展示討論問題發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵冷卻大麥種子發(fā)芽，釋放淀粉酶。加熱殺死種子胚但不使淀粉酶失活。將干燥的麥芽碾磨成麥芽粉。淀粉分解，形成糖漿。產(chǎn)生風(fēng)味組分，終止酶的進(jìn)一步作用，并對糖漿滅菌。酵母菌將糖轉(zhuǎn)化為酒精和CO2殺死啤酒中的大多數(shù)微生物，延長它的保存期。消毒終止過濾過濾、調(diào)節(jié)、分裝啤酒進(jìn)行出售。啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程使啤酒具有清爽的芳香氣、苦味和反腐劑形成啤酒優(yōu)良的泡沫有利于麥芽汁的澄清平衡麥芽汁的自然甜度并激發(fā)食欲啤酒花發(fā)芽焙烤碾磨糖化蒸煮發(fā)酵消毒終止加啤酒花冷卻接種過濾主發(fā)酵后發(fā)酵酵母菌繁殖，大部分糖分解和代謝物生成。在低溫、密閉的環(huán)境下儲存一段時(shí)間，形成澄清、成熟的啤酒。啤酒的工業(yè)化生產(chǎn)流程思考討論：（1）酵母菌酒精發(fā)酵過程中為什么要“先通氣后密封”？（2）啤酒生產(chǎn)中，發(fā)酵是重要環(huán)節(jié)，發(fā)酵后期，如果密封不嚴(yán)，會使啤酒變酸，你知道這是發(fā)生了什么變化嗎？（3）與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在上面啤酒的發(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?思考討論：（1）酵母菌酒精發(fā)酵過程中為什么要“先通氣后密封”？（2）啤酒生產(chǎn)中，發(fā)酵是重要環(huán)節(jié)，發(fā)酵后期，如果密封不嚴(yán)，會使啤酒變酸，你知道這是發(fā)生了什么變化嗎？（3）與傳統(tǒng)的手工發(fā)酵相比，在上面啤酒的發(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)酵過程的控制；產(chǎn)品的消毒等。酒精在醋酸菌的作用下被氧化產(chǎn)生乙醛，最后變?yōu)榇姿??！巴狻钡哪康氖鞘菇湍妇M(jìn)行有氧呼吸大量繁殖；“密封”的目的是使酵母菌進(jìn)行酒精發(fā)酵產(chǎn)生酒精。任務(wù)三：閱讀教材和資料、結(jié)合視頻，完成發(fā)酵工程的評價(jià)任務(wù)

一代神藥——青霉素世界上第一個(gè)應(yīng)用于臨床的抗生素。評價(jià)任務(wù)2.閱讀發(fā)酵產(chǎn)生青霉素的相關(guān)資料，回答相關(guān)問題（1）資料可知，生產(chǎn)青霉素的青霉菌菌種可以來源于

，青霉菌可以通過

繁殖。（2）從資料3可知，青霉素

（填“是”或“不是”）青霉菌生命活動所必需的代謝產(chǎn)物。（3）資料4中可利用

的方法提高氧的溶解速度和濃度；血紅蛋白是動物體內(nèi)攜帶氧的分子，一個(gè)血紅蛋白分子可以攜帶四個(gè)氧原子，具有富集氧的作用，從這個(gè)角度思考，如何能夠獲得具有富集氧氣功能的菌種：

以保證在發(fā)酵過程中給微生物持續(xù)高效的供氧。（4）由青霉素提取的一般工藝流程可知，工業(yè)上，提取青霉素的主要操作有

。答案（1）誘變育種、原生質(zhì)體融合、基因育種

孢子和菌絲體

（2）不是

（3）提高攪拌速度，加大通氣量和提高發(fā)酵罐的壓

力利用基因工程方法

將血紅蛋白基因?qū)肷a(chǎn)青霉素的菌種中

（4）過濾、有機(jī)溶劑萃取和結(jié)晶

發(fā)酵工程傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)不同點(diǎn)菌種通過微生物

技術(shù)篩選或其它技術(shù)生產(chǎn)的優(yōu)良菌種，大多是

菌種原材料中天然存在的

菌種發(fā)酵方式

發(fā)酵為主固體發(fā)酵或__________發(fā)酵為主對發(fā)酵條件的控制嚴(yán)格_______操作，防止雜菌污染。通過

技術(shù)對發(fā)酵條件精確地控制，使發(fā)酵條件處于最佳狀態(tài)。不是無菌操作，容易受到

染。對發(fā)酵條件不能嚴(yán)格控制，易受

影響。生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模大，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。原料來源豐富，成本_____，產(chǎn)物_____，產(chǎn)量_____。通常是

或作坊式的，產(chǎn)量低。生產(chǎn)往往受

和原料限制。產(chǎn)品風(fēng)味品種比較_____，質(zhì)量

。相同點(diǎn)都是利用了__________的作用聯(lián)系發(fā)酵工程是在傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的任務(wù)四：小結(jié)發(fā)酵工程和傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)

發(fā)酵工程傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)不同點(diǎn)菌種通過微生物

技術(shù)篩選或其它技術(shù)生產(chǎn)的優(yōu)良菌種，大多是

菌種原材料中天然存在的

菌種發(fā)酵方式

發(fā)酵為主固體發(fā)酵或__________發(fā)酵為主對發(fā)酵條件的控制嚴(yán)格_______操作，防止雜菌污染。通過

技術(shù)對發(fā)酵條件精確地控制，使發(fā)酵條件處于最佳狀態(tài)。不是無菌操作，容易受到

染。對發(fā)酵條件不能嚴(yán)格控制，易受

影響。生產(chǎn)規(guī)模和產(chǎn)品生產(chǎn)規(guī)模大，實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)。原料來源豐富，成本_____，產(chǎn)物_____，產(chǎn)量_____。通常是

或作坊式的，產(chǎn)量低。生產(chǎn)往往受

和原料限制。產(chǎn)品風(fēng)味品種比較_____，質(zhì)量

。相同點(diǎn)都是利用了__________的作用聯(lián)系發(fā)酵工程是在傳統(tǒng)