高三生物一轮复习学案第15单元 发酵工程.docx

271生物学习设计与指导第十五单元 发酵工程编制： 审核： 审批： 时间： 第十五单元 发酵工程-获得纯净的微生物、制作果酒等食品图15-1发酵装置现代大规模生产的发酵工程，是利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品的一种新技术。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离提纯等方面。微生物有多种用途，90以上的微生物是对人类有利的。如何在实验室培养、分离纯化我们想要的微生物？我们如何利用微生物的特定功能来制作日常生活中的某些食品？本单元我们将一起来探究微生物的培养和应用。本单元我们先制备牛肉膏蛋白胨固体培养基进行酵母菌纯化培养，初步掌握实验室培养微生物的基本技术；然后通过调整培养基的配方有目的的分离、筛选尿素分解菌和纤维素分解菌，明确分离培养微生物的一般方法。通过利用特定的微生物制作果酒、果醋、腐乳、泡菜等食品，初步认识发酵工程是利用微生物的特定功能规模生产化生产对人类有用的产品。一、单元学习主题（一）单元学习目标1.结合271BAY资源研读科学史，初步了解常见发酵技术发展及用途，设计实验制作果酒、果醋和泡菜，总结果酒、果醋和泡菜制作的原理、实验过程及操作要点。2.分析材料，说出培养基的种类、营养成分、制备步骤及实验室常用的消毒和灭菌方法。概述实验室中微生物分离、纯化和测定数量的常用方法。3.列举发酵工程在生活中的应用，并对比分析现代工业生产和传统发酵的优缺点。（二）单元学习计划学习内容课时内容要求整体认知4结合学习设计与指导单元学习内容部分，在问题引领下研读文本，查阅271BAY中资源，形成自己的认知，尝试初步构建本单元知识结构核心内容传统发酵技术的应用 11常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的 2发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品 微生物的培养技术及应用21在发酵工程中灭菌是获得纯净的微生物培养物的前提无菌技术是在操作过程中，保持无菌物品与无菌区域不被微生物污染的技术 2平板划线法和稀释涂布平板法是实验室中进行微生物分离和纯化的常用方法，稀释涂布平板法和显微镜计数法是测定微生物数量的常用方法发酵工程及其应用11发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值2到当地发酵企业工厂，向他们咨询公司生产哪些发酵产品，目前遇到的主要困难是什么，并提出自己合理化建议（三）单元学习评价评价内容评价量规等级整体认知概述传统发酵技术和微生物培养技术的使用过程。能较好完成271BAY中关于整体认知的阶段性评价。能结合认知情况用思维导图的形式初步构建出本单元的知识结构。传统发酵技术的应用能说出果酒、果醋和泡菜的制作原理、实验流程。能自主设计制作葡萄酒、葡萄醋和泡菜的实验方案，总结出操作要点。能根据实验方案制作葡萄酒和葡萄醋，并初步评价葡萄酒和葡萄醋是否制成。能说出泡菜制作、亚硝酸盐含量检测的原理。微生物的培养技术和应用能说出培养基的种类、营养成分、制备步骤、实验室常用的消毒及灭菌方法。能设计出较完整的酵母菌纯化培养的实验方案，并概述两种常用的分离纯化方法。能根据实验方案较规范的完成酵母菌的纯化培养，并能解释日常保存食品的原理。能说出尿素分解菌的分离、鉴定的原理，并概述常用的测定微生物数量的方法。能设计出分离和计数尿素分解菌的实验方案，并能初步总结出利用选择培养基培养目的微生物的思路。能根据实验方案掌握分离和计数尿素分解菌的方法。发酵工程的应用能准确描述发酵工程的基本环节并分析其中原理，并设计发酵罐。到当地发酵企业工厂，向他们咨询公司生产哪些发酵产品，目前遇到的主要困难是什么，并提出自己合理化建议。二、单元学习内容（一）单元整体认知：依据教材与271BAY中的资源，来理解以下核心内容1.从传统发酵技术到发酵工程生物学史。2.果酒、果醋和泡菜制作所需要的菌种、温度及氧气情况、制作流程，果醋制作过程中氧气糖源充足时和缺少糖源时的反应过程。3.在实验室培养微生物，常用的消毒和灭菌方法及消毒和灭菌的区别；按照物理性质、功能用途培养基的分类；培养基的营养成分；酵母菌纯培养的方法步骤；微生物选择培养和技术的方法；尿素分解菌的分离和计数。4.发酵工程的基本环节，发酵罐装置，在实际生产生活中的应用。（二）单元学习活动第一学时：传统发酵技术的应用学习目标:1.研读文本，说出果酒、果醋和泡菜制作的原理及发酵装置的不同。 2.自主设计果酒、果醋和泡菜的制作方案，并归纳出实验过程中的注意事项及原因。3.搜集果酒和果醋工业化生产的工艺流程，对比传统工业分析区别和联系。学习任务：设计果酒、果醋和泡菜的制作方案图15-2葡萄酒酿酒和制醋是最古老的的生物技术，至今已有五六千年的历史。果酒中葡萄酒醇厚、浓郁，耐人寻味，苹果酒清香、明快，风味清爽。果酒和果醋含有丰富的维生素和人体所需的氨基酸，含有大量的多酚可以起到抑制脂肪在人体中堆积的作用。无论是果酒还是果醋，都具有一定的保健养生的功效。不同的果酒、果醋的风味和功效不同。图15-3泡菜泡菜是人们喜爱的开胃食品，它是利用天然微生物进行发酵而制成的。世界各地都有泡菜的影子，风味也因各地做法不同而有异，其中涪陵榨菜、法国酸黄瓜、德国甜酸甘蓝，并称为世界三大泡菜。已制妥的泡菜有丰富的乳酸菌，可帮助消化。学习活动1：果酒和果醋的制作研读文本、查阅相关材料及271BAY中相关资源，先自主设计实验方案，写出关键步骤；小组讨论方案的科学性、可行性，修改完善后小组分工合作制作葡萄酒和葡萄醋。思考：1.以苹果、葡萄等为原料制成的果酒和果醋饮料符合现代人健康的消费理念。在这个过程中，哪些微生物发挥了重要的作用？原理是什么？2.写出制作果酒、果醋的实验方案。注意从制作流程、选材及处理、发酵条件的控制、以及产物检测等方面对果酒、果醋的制作过程进行比较。3. 下图是制作果酒和果醋发酵装置的示意图，借助装置思考如下：图15-4果酒、果醋制作装置分析装置中甲、乙、丙的名称及它们各自的作用。乙长而弯曲，其目的是什么？结合果酒果醋的制作原理，思考应该如何使用这个发酵装置？葡萄汁在制作时是否需要去皮和灭菌？请说明原因。图中发酵装置中葡萄汁的量是否恰当？并分析原因。4.醋瓶子、未喝干的啤酒瓶子放置久了，在醋和啤酒表面形成一层“白膜”。它是怎样形成的？ 学习活动2：自制泡菜研读文本，查阅相关材料及271BAY中相关资源，根据泡菜制作的原理，先自主设计实验方案；小组讨论方案的科学性、可行性，修改完善后小组分工合作完成泡菜的制作并检测亚硝酸盐的含量。思考：1.写出泡菜制作的实验方案，写出制作的原理，为什么泡菜坛只能装八成满？ 2.在泡菜制作过程中盐和水的比例是多少？为什么要煮沸冷却使用？制作过程中哪些操作可以控制无氧环境？3.泡菜腌制过程中哪些因素会影响亚硝酸盐含量？乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐是如何变化的并分析最好在什么时间食用泡菜？迁移提升：在元朝，帝王曾下禁酒令，但是，唯独对果酒放行。在元大都宫城内，还建有“红酒室”。据折津志等记载，石榴酒等都是元代果酒中常见之品。用杨梅酿酒，早在晋代已风行岭西，非贵人重客不得饮用。古代果酒的酿制方法，主要有以下几种：一种是通过果子本身的糖份进行自然发酵法。另一种是在果汁里加酒曲，像酿制糯米酒那种方法。还有一种就是将发酵后的酒入甑蒸馏，成为烧酒型的果酒，此方法在明代时已出现了。虽然说现代酿酒方式大多都都是从古代流传下来的，分别是蒸馏、配制、发酵等，但是却又有着很大的区别。因为现代酿酒工艺不仅延续的古法的精髓，还加入了一些新时代的思想与方法，以及先进的白酒工艺，多种优势的强强结合，使得此酒更加美味。果醋生产工艺也是不断改进。请搜集果酒和果醋工业化生产的工艺流程，比较自己制作果酒和果醋的方法与这些流程有哪些异同。请思考：当把少量制作转化为大规模生产时，需要解决哪些实际问题？尝试总结它们的区别和联系。学时评价：评价内容评价量规自我评价能说出果酒、果醋和泡菜的制作原理、实验流程能自主设计制作葡萄酒、葡萄醋和泡菜的实验方案，总结出操作要点比较果酒、果醋制作装置的不同，并能描述各个部分的作用能根据实验方案制作葡萄酒和葡萄醋，并能说出评价葡萄酒和葡萄醋是否制成功的方法和防止污染的措施能说出泡菜制作时影响因素及控制无氧的条件高效参与课堂学习，并提出有价值的问题，及时整理第二学时：微生物的培养技术及应用学习目标：1.研读教材并借助271BAY资源，举例说出培养基的成分及纯培养过程中无菌操作的方法。2.模拟倒平板、平板划线、稀释涂布等操作，设计出分离和计数尿素分解菌的实验方案，总结操作中的注意事项及原理。3.尝试设计实验方案分离反刍动物瘤胃中的微生物，并举例说明生活中避免杂菌污染的措施。学习任务：设计酵母菌纯化，分离细菌和计数方案19世纪中期，关系到法国经济命脉的酿造业曾一度遭受毁灭性的打击。在生产过程中，出现了葡萄酒变酸、变味的怪事，经过一番研究，法国科学家巴斯德发现，导致生产失败的原因在于发酵物中混入杂菌。由此人们认识到保持培养物纯净的重要性。学习活动3：酵母菌纯培养酵母菌在我们日常生活中的食品生产过程具有重要的地位，如果酒、啤酒、面包等的生产。我们可以在实验室中获得纯的酵母菌。利用牛肉膏蛋白胨固体培养基进行酵母菌纯培养，可分成制备培养基、纯培养两个阶段。图15-6超净台和微生物实验用具研读文本、查阅相关材料，明确配制培养基、灭菌、接种和培养等实验操作技术，先自主设计实验方案，写出关键步骤，并标明注意事项；然后小组讨论方案的科学性、可行性，修改完善后小组分工合作培养出纯的酵母菌。思考：1.培养基按照物理性质分为哪两类？它们的区别是什么？培养基中一般含有的营养物质有哪些？牛肉膏、蛋白胨分别提供哪些营养？举例说明不同微生物培养还需要注意哪些条件。2.获得纯净微生物培养物的关键是什么？无菌技术的作用有什么？消毒和灭菌的区别是什么？举例说明消毒和灭菌有哪些。3.写出酵母菌纯培养的操作步骤，其中倒平板的温度是多少？最终培养为什么要倒置平板？4.接种和分离酵母菌的方法是什么？如何避免杂菌污染？如何进行划线？5.在未接种的培养基表面如果有菌落生长，说明了什么？在接种酵母菌的培养基上如果观察到不同形态的单菌落，可能是哪些原因引起的？ 学习活动4：分解尿素细菌的分离与计数脲或称尿素，是蛋白质降解的产物。人和其他哺乳动物的尿中都含有尿素，大量尿素的存在会对环境造成污染。有一些细菌含有脲酶，它们可以通过降解尿素作为其生长的氮源。这类细菌可以从土壤中分离出来。研读文本、查阅相关材料，先自主设计实验方案，写出关键步骤，并标明注意事项；然后小组讨论方案的科学性、可行性，修改完善后小组分工合作完成尿素分解菌的分离。思考：1.分离土壤中能分解尿素的细菌需要什么培养基？分离的原理是什么？2.本实验常用稀释涂布平板法来分离和统计样品中活菌的数目。用该方法统计活菌数的原理是什么？一般选择菌落数为多少的平板进行计数？在同一稀释度下，应如何操作计数？统计结果与真实值相比有什么关系？请分析原因。3.除上述活菌计数外，还有什么方法？计数结果与上述方法有什么区别?为什么？4.样品的稀释程度直接影响平板上生长的菌落数目，本实验应选择稀释倍数为多少的稀释液进行平板培养？分析选择的原因。5.若实验中在5个细菌培养基平板上，均接种稀释倍数为105的土壤样品液0.1 mL，培养一段时间后，平板上长出的细菌菌落数分别为13、156、462、178和191。则每克土壤样品中的细菌数量为多少个？ 迁移提升：反刍动物，如牛和山羊，具有特殊的器官瘤胃。在瘤胃中生活着多种微生物，其中许多微生物能以尿素作惟一氮源。请你设计一个实验，从瘤胃中分离出能够分解尿素的微生物。学时评价：评价内容评价量规自我评价能说出培养基的种类、营养成分、制备步骤、实验室常用的消毒及灭菌方法能准确说出接种工具、培养基、培养皿、操作空间、实验者、牛奶等的消毒、灭菌方法，并总结出消毒灭菌的区别能准确说出平板划线法接种环灼烧、划线操作和稀释涂布平板无菌、保证准确计数的操作及原理能设计出分离和计数尿素分解菌的实验方案，并能初步总结出利用选择培养基培养目的微生物的思路。能根据实验方案掌握分离和计数尿素分解菌的方法。能设计对照实验检验培养基是否被杂菌污染以及是否筛选出所需菌落，并对该菌进行计数。高效参与课堂学习，并提出有价值的问题，及时整理第三学时：发酵工程及其应用学习目标：1.研读教材并借助271BAY资源，举例说出发酵工程的基本环节和过程原理。2.分析发酵罐示意图，结合发酵的基本环节总结各部分作用及使用方法。3.列举发酵工程在生活中方面的应用并辩证分析精酿啤酒与工业啤酒的优缺点。学习任务：构建发酵罐模型，并梳理发酵工程基本环节 随着人们对发酵原理的认识，微生物纯培养技术的建立，以及密闭式发酵罐的设计成功，人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品，发酵工程逐步形成。那么发酵工程的基本环节是什么？应用发酵工程能够生产哪些产品呢？学习活动5：发酵工程的基本环节和应用图15-7 发酵罐简易示意图发酵工程的应用：在医药工业上的应用：基于发酵工程技术，开发了种类繁多的药品，如人类生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体、白细胞介素2、抗血友病因子等。在食品工业上的应用：主要有三大类产品，一是生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等；二是生产食品添加剂；三是帮助解决粮食问题。在环境科学领域的应用：污水处理中微生物的强化。研读文本、查阅相关材料，明确发酵工程的基本环节，并分析各环节中的注意事项；然后小组讨论发酵工程的基本环节，自己设计发酵罐。能够列举发酵工程在食品、医药、农牧等方面的应用思考：1. 微生物资源丰富，选择发酵工程用的菌种时需要考虑哪些方面因素？标点2. 怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？3. 再产生分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？4. 在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液能直接排放到外界环境中吗？为什么？5. 发酵工程广泛应用的原因是什么?列举发酵工程在食品工业、医药工程、农牧业方面的的应用。迁移提升： 现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不行行过滤和消毒处理等。有人认为引用“精酿”啤酒比引用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题？“精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场需求，我们如何辩证的看待大规模生产和小规模制作？学时评价：评价内容评价量规自我评价能说出发酵工程的基本环节，能够对具体环节分析能准确说出发酵工程对食品、医药、农牧等的作用并举例高效参与课堂学习，并提出有价值的问题，及时整理12学科网（北京）股份有限公司