1.3 发酵工程及其应用（第二课时） 课件(共51张PPT2个视频)2025-2026学年高二下学期《生物》（人教版）选必修 3

(共51张PPT)
生物技术与工程
发酵工程
基因工程
重组DNA技术的基本工具
传统发酵技术的应用
选择性必修3《生物技术与工程》
细胞工程
生物技术的安全性与伦理问题
微生物的培养技术及应用
动物细胞工程
植物细胞工程
基因工程的基本操作程序
基因工程的运用
蛋白质工程的原理和应用
转基因产品的安全性
发酵工程及其应用
胚胎工程
关注生殖性克隆人、禁止生物武器
第1章 发酵工程
Chapter 1 fermentation engineering
第1章 发酵工程
第3节 发酵工程及应用
（第二课时）
学习目标
目标
01
02
03
根据发酵产品和利用微生物的不同，讨论发酵工程中的发酵条件及控制方法。（科学探究）
基于发酵工程的基本环节和应用实例，阐明发酵工程的概念。（科学思维）
关注发酵工程在食品、医药、农牧业的应用，倡导健康、安全的生产和生活
（社会责任）
发酵工程
原理
概念
温故知新：发酵工程概念及基本环节
基本环节
实质
产物
发酵原理和工程学原理
通过微生物的大量繁殖获得所需产品
代谢物或微生物细胞本身
问题1:发酵工程相比传统发酵技术有什么优点？在哪些方面有运用呢？
目录
CONTENTS
发酵工程的应用
2/
发酵工程的基本环节
1/
02
发酵工程的应用
一、发酵工程的运用
（一）优点：
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
（二）运用：
医药
其他
食品
农牧
在食品工业上的应用有哪些？
在农牧业上的应用有哪些？
在医药工业上的应用有哪些？
在其他方面的应用有哪些？
2
3
4
1
合作探究一：请同学们自主阅读教材P24-27，小组合作思考讨论完成问题。
一、发酵工程的运用
一、发酵工程的运用
（二）运用：
1.在食品工业上的应用：
传统的发酵产品
食品添加剂
酶制剂
利用黑曲霉生产酱油
利用酵母菌生产酒类
利用黑曲霉生产柠檬酸
利用谷氨酸棒状杆菌生产味精
淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等
明显提高产品的产量和质量
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
用于食品的直接生产、改进生产工艺、简化生产过程、改善产品的品质和口味、延长食品储存期和提高产品产量等方面
一、发酵工程的运用
（二）运用：
1.在食品工业上的应用：
你喝过啤酒吗？
你喜欢喝啤酒吗？
你知道啤酒是怎么制作的吗？
啤酒的工业化生产流程（视频）
一、发酵工程的运用
啤酒的工业化生产流程
思考.讨论
发芽
1
2
焙烤
3
碾磨
4
糖化
蒸煮
5
6
发酵
7
消毒
8
终止
主发酵
后发酵
酵母菌繁殖，大部分糖分解和代谢物生成。
在低温、密闭的环境下储存一段时间，形成澄清、成熟的啤酒。
啤酒的工业化生产流程
思考.讨论
发芽
1
2
焙烤
3
碾磨
4
糖化
蒸煮
5
6
发酵
7
消毒
8
终止
焙烤的目的:
蒸煮的目的：
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活
产生风味组分，终止酶的作用对糖浆灭菌
问题2:与传统的手工发酵相比，在下面啤酒的发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？
菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制，产品的消毒等，都有助于提高啤酒的产量和品质。
一、发酵工程的运用
问题3: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、不进行过滤和消毒处理等。有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“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，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作？
类别 “精酿”啤酒 “工业”啤酒
原料
是否添加食品添加剂
麦芽汁浓度
发酵时间
特点
只使用麦芽、啤酒花、酵母菌和水
麦芽、啤酒花、酵母菌、水、大米、玉米、淀粉等
不添加
添加
较高，口味浓郁
较低，口味清淡
长，可达2个月
短，通常7天左右
产量低、价格高
产量高、价格低
一、发酵工程的运用
　实战训练　
1．绍兴黄酒驰名中外，酿造时通常以谷物为原料，利用现代发酵工程技术经高温蒸煮后添加酒曲糖化发酵而成。下列叙述不正确的是（　　）
A．酒曲中的菌种可从自然界筛选出来，应含有酵母菌以及能产生淀粉酶的菌种等B．发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节，需检测培养液中的微生物数量、产物浓度等C．高温蒸煮可产生风味组分，加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活，并对糖浆灭菌D．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
　实战训练　
2.啤酒生产的简要流程如图所示，制麦时用赤霉素溶液浸泡大麦种子，糖化主要将麦芽中的淀粉等有机物水解为小分子。下列说法错误的是（ ）
A.在整个发酵过程中，要始终保
持严格的无菌、厌氧环境
B.用赤霉素溶液浸泡大麦种子，目
的是促进α-淀粉酶合成
C.在接种酵母菌前进行冷却处理，是为了避免杀死酵母菌种
D.包装后放置的啤酒变酸且产生表面菌膜，一般可从菌膜中分离得到醋酸菌
一、发酵工程的运用
问题4:阅读课本25页第1段和26页第1段，明确发酵工程可以生产哪些食品添加剂和酶制剂？
①利用黑曲霉发酵生产柠檬酸；
②利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，经处理制成味精。
添加剂类型 举例
酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸
增味剂 5‵-肌苷酸二钠、谷氨酸钠
着色剂 β-胡萝卜素、红曲黄色素
增稠剂 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶
防腐剂 乳酸链球菌素、溶菌酶
一、发酵工程的运用
（二）运用：
1.在食品工业上的应用：
(2)生产各种各样的食品添加剂
(3)生产酶制剂
种类
作用
食品直接生产
改进生产工艺
简化生产过程
改善产品的品质
延长食品储存期
提高产品产量
α-淀粉酶
β-淀粉酶
果胶酶
脂肪酶
氨基肽酶
一、发酵工程的运用
（二）运用：
1.在食品工业上的应用：
一、发酵工程的运用
（二）运用：
2.在医药工业上的应用：
基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合
动植物的基因
转入
微生物
直接改造微生物
病原体的抗原基因
转入
微生物
发酵工程
药物
药物
疫苗
一、发酵工程的运用
（二）运用：
2.在医药工业上的应用：
人们可以采用基因工程等的方法直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。
改造菌种
02
人们可以采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物;
工程菌
01
科学家还利用基因工程，将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用
疫苗
03
利用经过基因改造的微生物进行发酵生产生长激素释放抑制激素
未来可能用微生物来生产过去只能从植物中提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物
将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵生产疫苗
问题5:阅读课本26页第2-3段，明确发酵工程在医药工业上有哪些应用？
一、发酵工程的运用
（二）运用：
2.在医药工业上的应用：
一、发酵工程的运用
（二）运用：
3.在农牧工业上的应用：
(2)生产微生物农药
(3)生产微生物饲料
(1)生产微生物肥料
03
微生物饲料
-
02
微生物农药
-
01
微生物肥料
-
根瘤菌肥 固氮菌肥等
苏云金杆菌等
单细胞蛋白等
增进土壤肥力，改良土壤结构，促进植株生长，抑制土壤中病原微生物的生长
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。
生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。
5.
问题6:阅读课本26页第4段和27页第1-3段，明确发酵工程在农牧业上有哪些应用？
微生物农药防治和化学农药防治的比较
项目 微生物农药防治 化学农药防治
防治机理
优点
缺点
利用微生物或代谢物进行防治
成本低、无污染，可以维持生态平衡
防治速度慢
利用化学药剂（如杀虫剂、杀鼠剂）等进行防治
见效快，操作简单
成本高，污染环境，不利于维持生态平衡
一、发酵工程的运用
（二）运用：
3.在农牧工业上的应用：
　实战训练　
3.我国是名副其实的发酵大国，发酵工程在食品工业、医药工业及农牧业等许多领域得到了广泛的应用。下列相关叙述错误的是（ ）
A. 发酵工程的产品包括微生物的代谢产物、酶和菌体本身
B. 利用酵母菌等菌种的发酵工程生产的单细胞蛋白，可作为食品添加剂
C. 将乙型肝炎病毒的抗原基因转入酵母菌，再通过发酵可生产乙型肝炎疫苗
D. 利用发酵工程生产的微生物农药，作为化学防治的重要手段，可用于防治病虫害
一、发酵工程的运用
（二）运用：
4.在其他方面的应用：
问题7:阅读课本27页第4-6段，明确发酵工程在其他方面的应用有哪些？
解决资源短缺和环境污染问题
对极端微生物的利用
利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质
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
一、发酵工程的运用
发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。截止2015年，我国生物发酵生产年总值近2900亿元，产品总量位居世界第一。我国是名副其实的发酵大国。
食品工业
医药工业
生产传统发酵食品
农牧业
其他方面
生产食品添加剂
发酵工程应用
生产酶制剂
采用基因工程的方法，将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物
直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品
生产微生物肥料
生产微生物农药
生产微生物饲料
解决资源短缺与环境污染问题
将极端微生物应用于生产实践
课堂小结
　实战训练　
（1）生产柠檬酸需要筛选产酸量高的乳酸菌 （　 　）
（2）谷氨酸的发酵生产在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺 （　 　）
（3）发酵工程生产条件温和、原料来源丰富，但废弃物对环境污染很大，不易处理 （　　 ）
（4）单细胞蛋白指通过发酵而获得的微生物菌体 （　　 ）
4.判断常考语句，澄清易混易错
　实战训练　
(5)生产柠檬酸需要筛选产酸量高的乳酸菌( )
(6)谷氨酸的发酵生产需在强碱性条件下进行( )
(7)谷氨酸的发酵生产在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N－乙酰谷氨酰胺( )
(8)现代发酵工程中所用的菌种大多是复合菌种以提高生产效率( )
×
×
√
×
(9)发酵工程生产条件温和、原料来源丰富，但废弃物对环境污染很大，不易处理。( )
(10)目前的酶制剂全部是微生物发酵生产的。( )
(11)现在已经可以通过微生物生产紫杉醇。( )
(12)单细胞蛋白指通过发酵而获得的微生物菌体。( )
×
×
×
√
　练习与应用　
一、概念检测
与传统发酵技术相比，发酵工程的产品种类更加丰富，产量和质量明显提高。判断下列相关表述是否正确。
1. 发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵。( )
2. 发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身。( )
3. 在发酵工程的发酵环节中，发酵条件变化不仅会影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢途径。( )
4. 通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白。( )
×
×
√
√
　练习与应用　
二、拓展应用
1. 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：血红蛋口具有携带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。
　练习与应用　
二、拓展应用
(2) 在发酵过程中，总有头抱霉素产生。人们通过对青霉素生产菌代谢途径的研究发现，在青霉素与头抱霉素的合成过程中，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青霉素.或者只生产头抱霉素呢？
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。
　练习与应用　
二、拓展应用
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。调査显示，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一风险。
这一风险是存在的。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。
　实战训练　
5．黑啤因其营养成分丰富、口感纯正，备受人们青睐，享有“黑牛奶”的美誉。黑啤的酿造工艺流程如下图。相关叙述错误的是（　　）
A．不同品种的啤酒特性与酵母菌的品种密切相关B．麦汁煮沸的主要目的是杀菌和终止相关酶的作用C．发酵过程中发酵液的密度有所减小、pH 有所降低D．罐装前通常采用巴氏消毒法杀死啤酒中全部微生物
　实战训练　
6．利用发酵工程生产蓝莓酒需经过“清洗破碎→酶解→过滤→调整成分→接种→主发酵→倒灌过滤→后发酵→消毒→终止”等主要环节。下列叙述错误的是（ ）
A．酶解环节需要添加果胶酶和纤维素酶并控制酶解温度B．调整成分时按比例添加蔗糖可以提高果酒的酒精含量C．接种前需要对基因工程获得的高产菌株进行扩大培养D．主发酵和后发酵均需要密闭，且保持温度在35℃左右
　实战训练　
7．醋酸菌在缺少糖源时可将乙醇转化为乙醛，再将乙醛变为醋酸，醋酸菌可用于制作各种风味的醋。关于醋的工业化生产过程，下列说法错误的是（ ）
A．发酵罐内的培养液不宜采用葡萄糖作为碳源B．选育得到的高产醋酸菌需扩大培养才能接种到发酵罐C．可通过深层通气液体发酵技术提高醋的产量D．发酵设备和培养液都必须经过严格的灭菌
　实战训练　
8．用蓝莓作为原料酿造的果酒和果醋，富含花青素、维生素和微量元素等，被称为“液体黄金”，具有养颜美容、降压降脂等功效，下列有关叙述正确的是（　　）
A．参与果酒和果醋发酵的主要微生物均为异养需氧型B．现代化发酵工程的中心环节是产物的分离与提纯C．在果酒发酵基础上进行果醋发酵需要改变温度和通气条件D．对果醋发酵液进行稀释涂布平板计数，统计得到的数值往往比活菌实际数目多
　实战训练　
9．亨廷顿舞蹈病是有单基因突变导致的神经退行性疾病，目前尚无有效治疗的药物。科学家将人体突变的亨廷顿基因精确插入猪的基因中，成功建立了该疾病动物模型，为研究该疾病的有效治疗方法提供基础。在此过程中运用的生物技术是（ ）
A．基因编辑技术 B．免疫治疗技术C．生态学技术 D．现代发酵工程
　实战训练　
10．自古以来，我国劳动人民就利用发酵技术来生产各种食品。例如：人们以鲜马奶为原料，根据发酵方式和发酵时间的不同，可以分别得到酸马奶和马奶酒两种饮品；二者所用的菌种都是乳酸菌和酵母菌的混合物，只是主要发酵菌有所不同。下列相关叙述正确的是（　　）
A．乳酸菌和酵母菌内都能形成 DNA 和蛋白质的复合物B．制作酸马奶时，乳酸菌无氧呼吸出现 NADH 的积累C．制作马奶酒时，酵母菌无氧呼吸会使酒精含量持续上升D．制作酸马奶和马奶酒时，主发酵菌发酵所需酶完全不同
　实战训练　
11．广州的“天顶头抽”是以黄豆为主要原料，利用传统发酵技术加盐酿制成的深褐色的酱油调味品，味鲜色浓、醇香馥郁、体凝浓厚，享誉中外，成为当地重要的调味品之一。下列叙述错误的是（ ）
A．生产酱油时利用霉菌产生蛋白酶分解蛋白质B．生产酱油时补充充足的氧气可以防止酱油发酸C．加盐酿制主要的目的是为微生物生长提供无机盐D．发酵后通过淋洗、添加着色剂、增味剂等调制成酱油
　实战训练　
12．利用菠萝蜜制作果醋的大致流程为：先在灭菌的果肉匀浆中接种酵母菌，发酵6天后，再接入活化的醋酸杆菌，发酵5天。下列有关叙述错误的是（　　）
A．实验中菌体的密度检测可用抽样检测的方法，并用显微镜直接计数B．乙醇作为醋酸发酵的底物，产生醋酸的同时会产生大量二氧化碳C．酵母菌和醋酸杆菌发酵过程中控制通气的情况不同D．接入醋酸杆菌后，应适当升高发酵温度
　实战训练　
13．啤酒的工业化生产中，大麦经发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒等工序后，最终过滤、调节、分装。下列说法错误的是（　　）
A．用赤霉素处理大麦，可使大麦种子无须发芽就能产生α-淀粉酶B．焙烤是为了利用高温杀死大麦种子胚并进行灭菌C．糖浆经蒸煮、冷却后需接种酵母菌进行发酵D．可通过基因工程改造酿酒酵母，加快发酵过程，缩短生产周期
　实战训练　
14．浆水是西北人熟知的夏季一种传统的发酵食品，它是用芹菜，卷心菜等蔬菜为原料发酵制成的，口感微酸，消暑解渴营养丰富。兰州大学近日发布了一项最新研究。从浆水中分离出有益菌--发酵乳酸杆菌JL-3，发现浆水可通过降解动物体内的尿酸来控制尿酸的积累。下列叙述错误的是（　　）
A．浆水制作过程中需要将器皿和原料用开水烫干净，目的是防止杂菌污染B．发酵乳酸杆菌JL-3的遗传物质DNA主要分布在细胞核中C．浆水的食用消暑解渴和控制尿酸体现了生物多样性的直接价值D．浆水制作过程需要保持适宜温度，有利于微生物的发酵
　实战训练　
15．桂北山区侗族、苗族人民喜食酸鱼，其制作原理是：凉米饭里混入乳酸菌，放置过程中，乳酸菌起发酵作用，产生了大量的乳酸类物质，渗入鱼肉中，既起到了防腐的作用，又改变了鱼片的风味，并能使之成熟。成熟后开封口，即可取而食之。以下关于酸鱼的说法正确的是（ ）
A．腌制酸鱼时需要水封坛沿以利于乳酸菌的发酵B．酸鱼的制作过程需要对原料和容器进行严格的灭菌操作C．发酵初期坛沿有气泡冒出是由于乳酸菌发酵产生了二氧化碳D．酸鱼中除了乳酸菌没有其它杂菌，直接生食对身体没有什么损伤
　实战训练　
16．随着微生物纯培养技术的建立，人们可以从自然界中选择所需微生物通过发酵工程应用于生产生活中。下列关于微生物纯培养与发酵工程的说法正确的是（ ）
A．微生物的纯培养物就是不含有代谢废物的微生物培养物B．平板划线法既可以用于微生物的纯培养，又可用于微生物计数C．利用酵母菌发酵产生的单细胞蛋白属于分泌蛋白，可制成微生物饲料D．在农牧业中，利用发酵工程生产的微生物肥料一般是微生物的代谢产物
　实战训练　
17．解钾菌分泌的有机酸能使土壤中不溶性钾转化为可溶性钾，被植物吸收利用。根据选择培养基中出现的透明圈大小筛选出高效解钾菌菌种，扩大培养后添加到有机肥中制成生物菌肥，改善土壤钾元素供应。下列说法错误的是（　　）
A．选择培养时，应以不溶性钾为钾元素的唯一来源B．有机酸是解钾菌的次生代谢物，是其生长发育必需的C．筛选过程中菌落透明圈越大，相应的解钾菌活性越高D．增施生物菌肥可减少化肥的使用，推动农业可持续发展
　实战训练　
18．啤酒是以麦芽汁为原料，经酿酒酵母发酵所得。根据发酵温度和酵母菌种类的不同，分成了艾尔(Ale)和拉格(Lager)。上发酵(Ale)啤酒酵母在发酵罐顶端工作，温度在10-20度，下发酵(Lager)啤酒酵母在发酵罐底部工作，温度在10度以下。发酵流程一般都包含发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒、终止等流程。下列表述不正确的是（ ）
A．用适量赤霉素溶液浸泡大麦种子可以有效促进大麦种子发芽B．艾尔和拉格的酿酒酵母最适温度不同，不同啤酒的风味组分与蒸煮时加入的啤酒花有关C．焙烤是加热杀死种子的胚，终止淀粉酶分解淀粉D．麦芽汁为酿酒酵母主要提供碳源、水