2018版高中生物 第3章 生物科学与工业 第1节 微生物发酵及其应用学案 新人教版选修2

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1、第1节　微生物发酵及其应用[课程目标]·导航1.说出微生物发酵生产的基本过程。2.举例说出微生物发酵与食品生产的关系。3.参与有关微生物发酵的调查活动。4.通过发酵工程发展的历史，体验科学、技术、社会三者间的紧密联系和互动。知识点1　发酵工程史话[知识梳理]1.四千年以前，我们的祖先就会利用微生物将谷物发酵成酒类。2.1857年，法国微生物学家巴斯德用实验证明，酒精发酵是由活的酵母引起的。3.1897年德国毕希纳进一步发现了酶在酵母发酵中的作用。4.20世纪40年代初，弗洛里和钱恩与许多科学家合作，研究出大规模生产青霉素的方法。5.20世纪50年代起，氨基酸发酵工业、酶制剂工业、多糖和维生素

2、发酵工业相继诞生。6.20世纪70年代以后，获得具有特殊生产能力的基因工程菌发酵产生胰岛素、生长激素等。[活学活用]1.在将鲜牛奶制成酸奶的过程中，盛鲜奶的容器必须密封的主要原因是防止(　　)A.空气进入容器B.产生的乳酸分解C.水分过度蒸发D.灰尘掉入容器思维导图：解析　酸奶中含有乳酸，而乳酸是无氧呼吸产物，有氧存在时会抑制乳酸的生成。故制酸奶时容器应密封。答案　A归纳总结　发酵对周围环境的物理和化学条件十分敏感，任何一种微生物发酵均需要适宜的温度、pH、溶解氧、营养物质等，保证最适的发酵条件是发酵成功获得高产产品的关键。2.下列不需要利用发酵工程的是(　　)A.生产单细胞蛋白饲料B.通过

3、生物技术培育可移植的皮肤C.利用工程菌生产胰岛素D.工厂化生产青霉素思维导图：解析　生产单细胞蛋白是利用发酵工程生产微生物菌体本身的过程。利用工程菌生产胰岛素和工厂化生产青霉素是利用发酵工程。通过生物技术培育可移植的皮肤是利用细胞工程的动物细胞培养。答案　B反思领悟　发酵工程应用已非常广泛，现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸等，还生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物。[归纳总结](1)原始发展时期人类有意无意地利用微生物已经有几千年的历史，在长期的生产实践中，积累了丰富经验。最初可能是人类发现储存水果会自然发酵变酒，而逐渐形成酿酒技术。相传，在埃及和中亚两河流域，在

4、公元前40世纪至公元前30世纪已开始酿酒。我国利用微生物进行谷物酒类发酵，至少是在四千年前的龙山文化时期。在夏禹时期已有了关于仪侠酿旨酒，夏少康(即杜康)造秫酒的记载。随着社会的发展，又出现制酱和酱油、醋、泡菜、奶酒、干酪技术和面团发酵。这个时期，发酵技术原始，顶多是家庭小制作，技术进步缓慢，完全是经验式的。在几千年的文明史中，人们只知道这样做可以得到所需的东西，并不知道其中的原理。(2)传统发酵工业时期1857年法国微生物学家巴斯德通过实验证明了酒精发酵是由活的酵母引起的。1897年德国的毕希纳进一步发现，即使将酵母磨碎，仍然能使糖发酵形成酒精，他将这种具有发酵能力的物质称为酶。从而人们才

5、开始了解发酵现象的本质。从19世纪末到20世纪30年代，随着人们对微生物世界认识的不断深入和发展，利用微生物生产的新产品不断出现，例如，酒精、乳酸、面包酵母、丙酮、丁醇、柠檬酸、淀粉酶和蛋白酶等。这些产品的生产，采用开放式的发酵方式，生产过程较为简单，对生产设备要求不高，规模一般不大，因此被称为传统发酵工业。(3)现代发酵工业时期1928年，弗莱明发现青霉素能杀菌。青霉素的发现和工业化生产，给人们带来巨大启迪。不久，链霉素、金霉素、土霉素等相继问世，从而兴起了一个新的工业——抗生素工业。生产抗生素的经验和设备很快被引用到其他发酵产品的生产上，极大地促进了这些产业的迅速发展，从而形成了一个全新

6、的产业——现代发酵工业。20世纪50年代的氨基酸发酵工业，60年代的酶制剂工业，70年代的多糖、维生素发酵工业，70年代以后生物大分子发酵技术相继诞生。这个时期生产技术要求高(由于多为好氧纯种发酵，需要通入无菌空气和保持无菌条件)；生产规模大(用于青霉素生产的搅拌通气发酵罐的体积达到500m3，单细胞蛋白生产用的气升式发酵罐已达到2000m3)；技术发展速度快。因此，菌种的生产能力大幅度提高，新产品、新技术、新设备的应用达到前所未有的程度。(4)生物技术产业时代现在人们可以将源于动物或植物，甚至源于人的基因转移到诸如大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌等微生物中，获得具有特殊生产能力的基因工程菌。由于

7、基因表达的产物均为蛋白质，因此在工业上利用基因工程菌大规模生产的产品，主要是用于治疗各种疾病的药物，又称为基因工程药物(如人胰岛素、人干扰素、人生长激素等，大约有40多种)，同样也可以用于不同目的的酶(比如用于将葡萄糖转化为高果糖糖浆的葡萄糖异构酶，用于生产青霉素母核的青霉素酰化酶，用在洗衣粉中的碱性蛋白酶等等)。除了利用基因工程开发新的产品外，利用基因工程对传统发酵和现代发酵工业上使用的菌种进行改造，也获得