1.3发酵工程及其应用- 课件(共25张PPT2个视频)-2025-2026学年高二下学期《生物》（人教版）选必修3
文档属性
| 名称 | 1.3发酵工程及其应用- 课件(共25张PPT2个视频)-2025-2026学年高二下学期《生物》（人教版）选必修3 |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 128.1MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2025-11-04 00:00:00 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
人教版 选择性必修3
第1章 发酵工程
第3节 发酵工程及其应用
在工业上，青霉素是怎样生产的？
从社会中来
自主阅读教材P22页，了解发酵工程的概念和基本环节
对发酵原理的认识
微生物纯培养技术建立
密闭式发酵罐设计成功
严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等)
大规模生产
发酵产品
微生物的特定功能
现代化工程技术
发酵工程：
利用微生物的特定功能，通过现代化工程技术，生产对人类有用的物质的技术。
发酵工程的基本环节
发酵工程的基本环节在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。生产柠檬酸生产啤酒生产味精黑曲霉啤酒酵母谷氨酸棒状杆菌在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。接种选育菌种配制培养基扩大培养灭菌发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、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。电动机排气管pH计冷却水排出口冷却夹层发酵液搅拌叶轮生物传感器装置空气入口放料管阀门培养物或营养物质的加入口观察孔取样管温度传感器和控制装置冷却水进入口这是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要随时检测培养液中微生物的数量、产物的浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。如果发酵产品是微生物细胞本身，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，即可得到产品。如果产品是代谢物，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。P22旁栏思考
某镇特产一种美酒，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？
菌种是影响发酵工程产物品质的首要因素。
发酵工程的基本环节
P23思考讨论：
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？
发酵工程的基本环节
①繁殖快、代谢旺盛、代谢产物多
②对营养物质的要求低，低成本培养
③发酵条件容易控制
④菌种不易变异、退化等
引起发酵罐内培养液的温度和pH变化的原因有哪些？
温度：微生物分解有机物释放的能量，机械搅拌也会引起温度升高。
HOW
方法：常用冷却水进行温度的调节
方法：是在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱
同时及时添加必要的营养组分、调控溶解氧
发酵工程的基本环节
及时调控以满足微生物的生长需求。
pH：培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。
发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进？
发酵工程的基本环节
项目 发酵工程 传统发酵技术
区别 菌种
对发酵条件的控制
产品处理
生产规模和产品
分离和提纯产物的方法较多。最后需要进行质量检查
不会再对产物进行分离和提纯处理，或仅采用简单沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。
通过微生物纯培养技术筛选或其他技术生产的优良菌种，大多是单一菌种
原材料中天然存在的混合菌种
严格无菌操作，防止杂菌污染。通过现代工程技术对发酵条件精确地控制，使发酵条件处于最佳状态
不是无菌操作，容易受到杂菌污染，对发酵条件不能严格控制，易受外界条件影响
生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本低，产物多样，产量高
通常是家庭式或作坊式的，产量低，生产往往受季节和原料限制，产品风味品种比较单一，质量不稳定
发酵工程的基本环节
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？
发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。要进行二次清洁或灭菌处理后才能排放。
不能。
发酵工程的应用
在食品工业上的应用
在医药工业上的应用
在农牧业上的应用
在其他方面的应用
产物专一
生产条件温和
原料来源丰富且价格低廉
废弃物对环境污染小且容易处理
发酵工程的特点
大豆中蛋白
小分子肽和氨基酸
酱油
黑曲霉
蛋白酶
淋洗、调制
各种谷物、水果
酿酒酵母
各种酒类
(一) 在食品工业上的应用
生产传统的发酵产品
1
发酵工程的应用
明显提高产品的产量和质量
发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵主发酵冷却大麦种子发芽，释放淀粉酶。加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。淀粉分解，形成糖浆。产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。酵母菌将糖转化为酒精和CO2。杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。消毒终止后发酵过滤过滤、调节、分装啤酒进行出售。——啤酒的工业化生产流程思考·讨论完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。在低温、密闭的环境下储存一段时间,形成澄清、成熟的啤酒。生产各种各样的食品添加剂
添加剂类型
酸度调节剂
增味剂
着色剂
增稠剂
防腐剂
添加了柠檬酸的饮料
食品添加剂的作用
增加食品的营养
改善食品的口味、色泽和品质
延长食品的保存期
2
(一) 在食品工业上的应用
发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
发酵工程的应用
生产酶制剂
3
食品直接生产
改进生产工艺
简化生产过程
提高产品产量
延长食品储存期
改善产品的品质和口味
酶制剂的作用
酶制剂
果胶酶
脂肪酶
α-淀粉酶
β-淀粉酶
氨基酸肽酶
基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合
动植物的基因
微生物
直接改造微生物
转入
微生物
病原体的
抗原基因
转入
发酵
工程
药物
药物
疫苗
各种抗生素
多种氨基酸
多种激素
多种免疫调节剂
发酵工程的应用
(二) 医药工业上的应用
(三)在农牧业上的应用
利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥
微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的 、 等
来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。
有机酸
生物活性物质
生产微生物肥料
1
发酵工程的应用
生产微生物农药
2
如：利用苏云金杆菌防治多种农林虫害、
利用白僵菌防治玉米螟和松毛虫，
一种放线菌产生的抗生素-井冈霉素可防治水稻枯纹病。
微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。
微生物农药作为生物防治的重要手段，将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用
(三)在农牧业上的应用
发酵工程的应用
生产微生物饲料
原理：
微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快
实例1——单细胞蛋白
以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白；
单细胞蛋白应用：
单细胞蛋白生产过程：
食品添加剂、微生物饲料；
单细胞蛋白成分：
不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质
实例2-乳酸菌
在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。
3
(三)在农牧业上的应用
发酵工程的应用
(四)在其他方面的应用解决资源短缺和环境污染问题利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。02发酵工程的应用121.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。
(1)青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？(提示:血红蛋白具有携带O2的能力)
可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。
(2)在发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？
可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。
二、拓展应用
02
2.通过微生物发酵，可以将粮食(如玉米、小麦等)及各种植物纤维加工成燃料乙醇；将燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配，就形成了目前在我国多地广泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道。调查显示，使用乙醇汽油与使用普通汽油相比，排放到空气中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生”；但也有人认为，生产燃料乙醇需要消耗大量粮食，会增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查阅资料，评估这一风险，并说明在生产时应如何规避这风险。
存在风险。在生产燃料乙醇时，为了规避这一风险，应该使用陈化粮食(如陈化的稻谷等)或者非粮食生物材料(如秸秆等)。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流入市场。
1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。
（1）在培养基中加入化合物A的目的是__________________________，这种培养基属于__________培养基。
（2）培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量 的培养液，接入新的培养中续培养，使目的菌的数量_______________。
筛选出可降解化合物A的微生物
选择
显著降低
扩增
02
（3）若要研究目的菌的生长规律，可挑取单个菌落进行液体培养，再采用 方法进行计数。请你预测目的菌的种群数量会发生怎样的变化。
细菌计数板计数
呈S形增长
（4）将目的菌用于环境保护实践时,还有哪些问题需要解决
目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物A后是否会产生二次污染等问题
（5）有人提出,可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物A的细菌,请分析这种方法是否可行。
可行。这是后面将要学习的基因工程的基本思路。
02
感谢您的观看
202X/01/01
人教版 选择性必修3
第1章 发酵工程
第3节 发酵工程及其应用
在工业上，青霉素是怎样生产的？
从社会中来
自主阅读教材P22页，了解发酵工程的概念和基本环节
对发酵原理的认识
微生物纯培养技术建立
密闭式发酵罐设计成功
严格控制环境条件(温度、pH、溶解氧、压强、营养物、泡沫等)
大规模生产
发酵产品
微生物的特定功能
现代化工程技术
发酵工程：
利用微生物的特定功能，通过现代化工程技术，生产对人类有用的物质的技术。
发酵工程的基本环节
发酵工程的基本环节在青霉素生产过程中如果有杂菌污染，某些杂菌会分泌青霉素酶，将青霉素分解掉。生产柠檬酸生产啤酒生产味精黑曲霉啤酒酵母谷氨酸棒状杆菌在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。接种选育菌种配制培养基扩大培养灭菌发酵罐内发酵分离、提纯产物获得产品性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养发酵工程中所用的菌种大多数是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH、溶解氧、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。电动机排气管pH计冷却水排出口冷却夹层发酵液搅拌叶轮生物传感器装置空气入口放料管阀门培养物或营养物质的加入口观察孔取样管温度传感器和控制装置冷却水进入口这是发酵工程的中心环节。在发酵过程中，要随时检测培养液中微生物的数量、产物的浓度等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且会影响微生物代谢物的形成。如果发酵产品是微生物细胞本身，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，即可得到产品。如果产品是代谢物，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。P22旁栏思考
某镇特产一种美酒，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？
菌种是影响发酵工程产物品质的首要因素。
发酵工程的基本环节
P23思考讨论：
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？
发酵工程的基本环节
①繁殖快、代谢旺盛、代谢产物多
②对营养物质的要求低，低成本培养
③发酵条件容易控制
④菌种不易变异、退化等
引起发酵罐内培养液的温度和pH变化的原因有哪些？
温度：微生物分解有机物释放的能量，机械搅拌也会引起温度升高。
HOW
方法：常用冷却水进行温度的调节
方法：是在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱
同时及时添加必要的营养组分、调控溶解氧
发酵工程的基本环节
及时调控以满足微生物的生长需求。
pH：培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。
发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进？
发酵工程的基本环节
项目 发酵工程 传统发酵技术
区别 菌种
对发酵条件的控制
产品处理
生产规模和产品
分离和提纯产物的方法较多。最后需要进行质量检查
不会再对产物进行分离和提纯处理，或仅采用简单沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。
通过微生物纯培养技术筛选或其他技术生产的优良菌种，大多是单一菌种
原材料中天然存在的混合菌种
严格无菌操作，防止杂菌污染。通过现代工程技术对发酵条件精确地控制，使发酵条件处于最佳状态
不是无菌操作，容易受到杂菌污染，对发酵条件不能严格控制，易受外界条件影响
生产规模大，实现了工业化生产。原料来源丰富，成本低，产物多样，产量高
通常是家庭式或作坊式的，产量低，生产往往受季节和原料限制，产品风味品种比较单一，质量不稳定
发酵工程的基本环节
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？
发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。要进行二次清洁或灭菌处理后才能排放。
不能。
发酵工程的应用
在食品工业上的应用
在医药工业上的应用
在农牧业上的应用
在其他方面的应用
产物专一
生产条件温和
原料来源丰富且价格低廉
废弃物对环境污染小且容易处理
发酵工程的特点
大豆中蛋白
小分子肽和氨基酸
酱油
黑曲霉
蛋白酶
淋洗、调制
各种谷物、水果
酿酒酵母
各种酒类
(一) 在食品工业上的应用
生产传统的发酵产品
1
发酵工程的应用
明显提高产品的产量和质量
发芽焙烤碾磨糖化蒸煮发酵主发酵冷却大麦种子发芽，释放淀粉酶。加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。淀粉分解，形成糖浆。产生风味组分，终止酶的进一步作用，并对糖浆灭菌。酵母菌将糖转化为酒精和CO2。杀死啤酒中的大多数微生物，延长它的保存期。消毒终止后发酵过滤过滤、调节、分装啤酒进行出售。——啤酒的工业化生产流程思考·讨论完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。在低温、密闭的环境下储存一段时间,形成澄清、成熟的啤酒。生产各种各样的食品添加剂
添加剂类型
酸度调节剂
增味剂
着色剂
增稠剂
防腐剂
添加了柠檬酸的饮料
食品添加剂的作用
增加食品的营养
改善食品的口味、色泽和品质
延长食品的保存期
2
(一) 在食品工业上的应用
发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
发酵工程的应用
生产酶制剂
3
食品直接生产
改进生产工艺
简化生产过程
提高产品产量
延长食品储存期
改善产品的品质和口味
酶制剂的作用
酶制剂
果胶酶
脂肪酶
α-淀粉酶
β-淀粉酶
氨基酸肽酶
基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合
动植物的基因
微生物
直接改造微生物
转入
微生物
病原体的
抗原基因
转入
发酵
工程
药物
药物
疫苗
各种抗生素
多种氨基酸
多种激素
多种免疫调节剂
发酵工程的应用
(二) 医药工业上的应用
(三)在农牧业上的应用
利用根瘤菌和固氮菌生产的根瘤菌肥、固氮菌肥
微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生的 、 等
来增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长。
有机酸
生物活性物质
生产微生物肥料
1
发酵工程的应用
生产微生物农药
2
如：利用苏云金杆菌防治多种农林虫害、
利用白僵菌防治玉米螟和松毛虫，
一种放线菌产生的抗生素-井冈霉素可防治水稻枯纹病。
微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的。
微生物农药作为生物防治的重要手段，将在农业的可持续发展方面发挥越来越重要的作用
(三)在农牧业上的应用
发酵工程的应用
生产微生物饲料
原理：
微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快
实例1——单细胞蛋白
以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液等为原料，通过发酵获得了大量的微生物菌体，即单细胞蛋白；
单细胞蛋白应用：
单细胞蛋白生产过程：
食品添加剂、微生物饲料；
单细胞蛋白成分：
不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质
实例2-乳酸菌
在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。
3
(三)在农牧业上的应用
发酵工程的应用
(四)在其他方面的应用解决资源短缺和环境污染问题利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用利用嗜热菌、嗜盐菌生产洗涤剂嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。02发酵工程的应用121.在青霉素的发酵生产过程中，人们遇到了两个问题。请你运用所学知识或查阅资料，并发挥想象力，提出解决这些问题的思路。
(1)青霉素发酵是高耗氧过程，如何能够保证在发酵过程中给微生物持续高效地供氧呢？(提示:血红蛋白具有携带O2的能力)
可以用基因工程的方法，将血红蛋白基因转入青霉素生产菌来提高菌体对氧的吸收和利用率。
(2)在发酵过程中，总有头孢霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头孢霉素的合成过程中，它们有一个共同的前体，这个前体经过两种不同酶的作用分别合成两个产物。如何改造青霉素生产菌使其只生产生青霉素，或者只产生头孢霉素呢？
可以对两种酶的基因进行改造或敲除其中一种酶的基因，从而使青霉素生产菌只生产一种产物。
二、拓展应用
02
2.通过微生物发酵，可以将粮食(如玉米、小麦等)及各种植物纤维加工成燃料乙醇；将燃料乙醇和普通汽油按一定比例混配，就形成了目前在我国多地广泛使用的乙醇汽油。乙醇汽油的环保性令人称道。调查显示，使用乙醇汽油与使用普通汽油相比，排放到空气中的NO2、CO等均有不同程度下降。有人认为燃料乙醇“可再生”；但也有人认为，生产燃料乙醇需要消耗大量粮食，会增加粮食短缺的风险。请你尝试通过查阅资料，评估这一风险，并说明在生产时应如何规避这风险。
存在风险。在生产燃料乙醇时，为了规避这一风险，应该使用陈化粮食(如陈化的稻谷等)或者非粮食生物材料(如秸秆等)。使用陈化粮食来生产燃料乙醇，还有利于防止问题粮食流入市场。
1.某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物A，其研究团队用化合物A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物A的细菌(目的菌)。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。
（1）在培养基中加入化合物A的目的是__________________________，这种培养基属于__________培养基。
（2）培养若干天后，应选择培养瓶中化合物A含量 的培养液，接入新的培养中续培养，使目的菌的数量_______________。
筛选出可降解化合物A的微生物
选择
显著降低
扩增
02
（3）若要研究目的菌的生长规律，可挑取单个菌落进行液体培养，再采用 方法进行计数。请你预测目的菌的种群数量会发生怎样的变化。
细菌计数板计数
呈S形增长
（4）将目的菌用于环境保护实践时,还有哪些问题需要解决
目的菌能否在自然环境中大量生长繁殖、是否会产生对环境有害的代谢物、降解化合物A后是否会产生二次污染等问题
（5）有人提出,可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物A的细菌,请分析这种方法是否可行。
可行。这是后面将要学习的基因工程的基本思路。
02
感谢您的观看
202X/01/01