資源簡介

發(fā)酵工程及其應(yīng)用
學習目標 1.能概述發(fā)酵工程及其基本環(huán)節(jié)2.能舉例說明發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用
學習任務(wù)
目標一：能概述發(fā)酵工程及其基本環(huán)節(jié)任務(wù)：（一）帶著以下問題觀看醋廠制醋視頻，構(gòu)建發(fā)酵基本環(huán)節(jié)的流程圖 【視頻】1.醋廠制醋主要包括哪些環(huán)節(jié)？2.醋廠生產(chǎn)時使用的原料是什么？使用了哪些菌種？生產(chǎn)過程中如何防止雜菌污染？3.醋廠如何控制發(fā)酵條件？怎樣對發(fā)酵產(chǎn)物進行檢測？又是如何分離和提純發(fā)酵產(chǎn)物的？4.對于發(fā)酵產(chǎn)生的氣體和廢棄的培養(yǎng)液，醋廠是怎樣處理的？（二）請根據(jù)發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)和發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu),思考回答下列問題【思考與討論】1.微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？2.怎么對發(fā)酵條件進行調(diào)控以滿足微生物的生長需要？3.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)相比有哪些改進之處？
目標二：能舉例說明發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用任務(wù)：自主學習課本P24—27，舉例概括發(fā)酵工程在食品、醫(yī)藥、農(nóng)牧業(yè)及其他方面的應(yīng)用，并完成相關(guān)表格。具體應(yīng)用成果在食品工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑生產(chǎn)酶制劑在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用通過工程菌生產(chǎn)藥物通過改造菌種生產(chǎn)藥物在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)微生物肥料生產(chǎn)微生物農(nóng)藥在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)微生物飼料在其他方面的應(yīng)用解決資源短缺和環(huán)境污染問題對極端微生物的利用【講解】精釀啤酒與工業(yè)啤酒生產(chǎn)及應(yīng)用區(qū)別【思考與討論】1.在青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，人們遇到了兩個問題。請你運用所學知識或查閱資料，并發(fā)揮想象力，提出解決這些問題的思路。（1）青霉素發(fā)酵是高耗氧過程，如何能夠保證在發(fā)酵過程中給微生物持續(xù)高效地供氧呢？（提示：血紅蛋白具有攜帶O2的能力）（2）在發(fā)酵過程中，總有頭孢霉素產(chǎn)生。人們通過對青霉素生產(chǎn)菌代謝途徑的研究發(fā)現(xiàn)，在青霉素與頭孢霉素的合成過程中，它們有一個共同的前體，這個前體經(jīng)過兩種不同酶的作用分別合成兩個產(chǎn)物。如何改造青霉素生產(chǎn)菌使其只生產(chǎn)青霉素，或者只生產(chǎn)頭孢霉素呢？2.通過微生物發(fā)酵，可以將糧食（如玉米、小麥等）及各種植物纖維加工成燃料乙醇；將燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配，就形成了目前在我國多地廣泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的環(huán)保性令人稱道。調(diào)查顯示，使用乙醇汽油與使用普通汽油相比，排放到空氣中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人認為燃料乙醇“可再生”；但也有人認為，生產(chǎn)燃料乙醇需要消耗大量糧食，會增加糧食短缺的風險。請你嘗試通過查閱資料，評估這一風險，并說明在生產(chǎn)時應(yīng)如何規(guī)避這風險。
總結(jié)：
2發(fā)酵工程及其應(yīng)用
學習目標 1.能概述發(fā)酵工程及其基本環(huán)節(jié)2.能舉例說明發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用
學習任務(wù)
引入： 創(chuàng)設(shè)情境：
目標一：能概述發(fā)酵工程及其基本環(huán)節(jié)任務(wù)：（一）帶著以下問題觀看醋廠制醋視頻，構(gòu)建發(fā)酵基本環(huán)節(jié)的流程圖 【視頻】1.醋廠制醋主要包括哪些環(huán)節(jié)？2.醋廠生產(chǎn)時使用的原料是什么？使用了哪些菌種？生產(chǎn)過程中如何防止雜菌污染？3.醋廠如何控制發(fā)酵條件？怎樣對發(fā)酵產(chǎn)物進行檢測？又是如何分離和提純發(fā)酵產(chǎn)物的？4.對于發(fā)酵產(chǎn)生的氣體和廢棄的培養(yǎng)液，醋廠是怎樣處理的？【提示】（二）請根據(jù)發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)和發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu),思考回答下列問題【思考與討論】1.微生物菌種資源豐富，選擇發(fā)酵工程用的菌種時需要考慮哪些因素？提示：①原料方面：廣，轉(zhuǎn)化率高；②產(chǎn)物方面：目的產(chǎn)物含量高，副產(chǎn)物少；③菌體方面：菌體生長快，繁殖力強，耐受力強，抗污染、抗噬菌體能力強，遺傳特征穩(wěn)定；④設(shè)備方面：產(chǎn)泡沫少，適宜大罐生產(chǎn)；生產(chǎn)周期短，需氧量少，抗污染能力強。2.怎么對發(fā)酵條件進行調(diào)控以滿足微生物的生長需要？提示：①水分調(diào)節(jié)②發(fā)酵溫度調(diào)節(jié)③PH值④溶解氧⑤營養(yǎng)物質(zhì)等3.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)相比有哪些改進之處？提示：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，很多時候不會再對產(chǎn)物進行分離和提純處理，或者僅采用簡單的沉淀、過濾等方法來分離和提純產(chǎn)物。在發(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、吸附和離子交換等方法；在進一步純化階段，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，都需要進行質(zhì)量檢查，合格后才能成為正式產(chǎn)品。【知識總結(jié)】
目標二：能舉例說明發(fā)酵工程在生產(chǎn)上有重要的應(yīng)用具體應(yīng)用成果在食品工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑生產(chǎn)酶制劑在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用通過工程菌生產(chǎn)藥物通過改造菌種生產(chǎn)藥物在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)微生物肥料生產(chǎn)微生物農(nóng)藥在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)微生物飼料在其他方面的應(yīng)用解決資源短缺和環(huán)境污染問題對極端微生物的利用任務(wù)：自主學習課本P24—27，舉例概括發(fā)酵工程在食品、醫(yī)藥、農(nóng)牧業(yè)及其他方面的應(yīng)用，并完成相關(guān)表格。【講解】精釀啤酒與工業(yè)啤酒生產(chǎn)及應(yīng)用區(qū)別【思考與討論】1.在青霉素的發(fā)酵生產(chǎn)過程中，人們遇到了兩個問題。請你運用所學知識或查閱資料，并發(fā)揮想象力，提出解決這些問題的思路。（1）青霉素發(fā)酵是高耗氧過程，如何能夠保證在發(fā)酵過程中給微生物持續(xù)高效地供氧呢？（提示：血紅蛋白具有攜帶O2的能力）（2）在發(fā)酵過程中，總有頭孢霉素產(chǎn)生。人們通過對青霉素生產(chǎn)菌代謝途徑的研究發(fā)現(xiàn)，在青霉素與頭孢霉素的合成過程中，它們有一個共同的前體，這個前體經(jīng)過兩種不同酶的作用分別合成兩個產(chǎn)物。如何改造青霉素生產(chǎn)菌使其只生產(chǎn)青霉素，或者只生產(chǎn)頭孢霉素呢？【提示】1.（1）可以用基因工程的方法，將血紅蛋白基因轉(zhuǎn)入青霉素生產(chǎn)菌來提高菌體對氧的吸收和利用率。（2）可以對兩種酶的基因進行改造或敲除其中一種酶的基因，從而使青霉素生產(chǎn)菌只生產(chǎn)一種產(chǎn)物。2.通過微生物發(fā)酵，可以將糧食（如玉米、小麥等）及各種植物纖維加工成燃料乙醇；將燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配，就形成了目前在我國多地廣泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的環(huán)保性令人稱道。調(diào)查顯示，使用乙醇汽油與使用普通汽油相比，排放到空氣中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人認為燃料乙醇“可再生”；但也有人認為，生產(chǎn)燃料乙醇需要消耗大量糧食，會增加糧食短缺的風險。請你嘗試通過查閱資料，評估這一風險，并說明在生產(chǎn)時應(yīng)如何規(guī)避這風險。【提示】學生通過查找資料可以知道，這一風險是存在的。在生產(chǎn)燃料乙醇時，為了規(guī)避這一風險，應(yīng)該使用陳化糧食（如陳化的稻谷等）或者非糧食生物材料（如秸秤等）。使用陳化糧食來生產(chǎn)燃料乙醇，還有利于防止問題糧食流人市場。
總結(jié)：
2

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