1.3发酵工程及其应用 课件 课件(共25张PPT)-2025-2026学年高二下学期 《生物》（人教版）选必修3

(共25张PPT)
发酵工程及其应用
第3节
第一章 发酵工程
从社会中来
青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素，早期只能从青霉菌中提取少量青霉素，价格贵如金。
随着发酵技术的发展，如今一瓶规格160万单位的青霉素注射剂价格只要一元左右，那么工业上究竟是如何生产的呢？
选育高产菌种
扩大培养
配制培养基
灭菌
接种
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
一.发酵工程的基本环节
1.选育菌种
（1）目的：
获得_______________________
性状优良的菌种
（2）菌种来源：
从自然界中筛选、________或____________________。
诱变育种
基因工程育种
（3）实例：
筛选产酸量高的黑曲霉用来生产柠檬酸；
使用基因工程改造的啤酒酵母，加速发酵、缩短生产周期；
一.发酵工程的基本环节
思考讨论：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？
2.扩大培养
（1）目的：
获得___________
更多的菌种
（2）原因：
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。
3.配制培养基：
①在菌种确定之后，要_________制备培养基。
②在生产实践中，培养基的配方要经过________才能确定。
4.灭菌：
选择原料
反复试验
（1）灭菌原因：
发酵工程种所用的菌种大多是________，一旦有杂菌污染，可能导致_____________。
单一菌种
产量大大降低
（2）_____________ 都必须经过严格的灭菌；
培养基和发酵设备
一.发酵工程的基本环节
5.接种：
将_____________的菌种投放到 中
发酵罐
扩大培养后
6.发酵罐内发酵
—发酵工程的中心环节
（1）要求：
①发酵过程中，要________培养液中___________、________等，以____________；
②要及时添加_______________，要严格控制_____、____和______等发酵条件；
随时检测
微生物数量
产物浓度
了解发酵进程
必需的营养物质
温度
pH
溶氧量
（2）严格控制发酵条件的原因：
①环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，而且影响微生物代谢物的形成；
②严格控制发酵条件，有利于使发酵全过程处于最佳状态
一.发酵工程的基本环节
例：谷氨酸的发酵：
①在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；
②在酸性条件下则容易生成谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺；
7.分离、提纯产物
①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。
②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。
一.发酵工程的基本环节
8.获得产品：
啤酒
味精
对点训练：
1.发酵工程的正确操作过程是
①发酵　②培养基的配制　③灭菌　④产品的分离与提纯　⑤菌种的选育　⑥接种　⑦扩大培养
A.①③④⑤⑦②⑥ B.⑤⑦②③⑥①④
C.②⑤⑦③①⑥④ D.⑥⑤⑦②④③①
√
对点训练：
2.下列关于微生物发酵过程的说法，正确的是
A.菌种选育是发酵工程的中心环节
B.只要不断地向发酵罐中通入液体培养基，就能保证发酵的正常进行
C.在发酵过程中，要严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵
条件，否则会影响菌种代谢物的形成
D.在发酵工程的发酵环节中，发酵条件会影响微生物的生长繁殖，但是
不影响微生物的代谢途径
√
(1)生产条件温和。
(2)原料来源丰富且价格低廉。
(3)产物专一、废弃物对环境的污染小且容易处理。
1．发酵工程的优点
二.发酵工程的应用
(1)在食品工业上的应用
①生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类等。
二.发酵工程的应用
2．发酵工程的应用
实例1
—生产酱油
大豆
黑曲霉
蛋白质水解成小分子的肽和氨基酸
淋洗、调制
酱油
实例2
—酿酒
谷物或水果
酿酒酵母
酒类
啤酒的工业化生产流程
啤酒的工业化流程
完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。
主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要在低温、密闭的环境下储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。
发芽
焙烤
碾磨
糖化
蒸煮
发酵
主发酵
冷却
消毒
终止
后发酵
过滤
(1)在食品工业上的应用
②生产各种各样的食品添加剂
二.发酵工程的应用
2．发酵工程的应用
实例1——柠檬酸
柠檬酸是一种食品酸度调节剂；
可以通过黑曲霉的发酵制得；
实例2——味精
由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸；
谷氨酸经过一系列处理就能制成味精；
(1)在食品工业上的应用
③生产酶制剂，如α-淀粉酶、β-淀粉酶、果胶酶、氨基肽酶、脂肪酶
二.发酵工程的应用
2．发酵工程的应用
来源：少数由动植物生产；绝大多数通过发酵工程生产；
(2)在医药工业上的应用：如生产抗生素、激素、疫苗等。
二.发酵工程的应用
2．发酵工程的应用
①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
②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
对点训练：
3.如图所示为面包霉体内合成氨基酸的途径。若在发酵工程中利用面包霉来大量合成氨基酸A，应采取的最佳措施是
A.改变面包霉的细胞膜通透性
B.在高温高压下进行发酵
C.对面包霉进行诱变处理，选育出不能合成酶③的菌种
D.对面包霉进行诱变处理，选育出不能合成酶②的菌种
√
(3)在农牧业上的应用
二.发酵工程的应用
2．发酵工程的应用
①生产微生物肥料
微生物肥料的种类：
根瘤菌肥、固氮菌肥
②生产微生物农药
机理：
利用微生物或其代谢物来防治病虫害
实例：
苏云金杆菌 防治80多种农林虫害。
白僵菌 防治玉米螟、松毛虫等虫害。
井冈霉素（一种放线菌产生的抗生素） 防治水稻枯纹病。
防治类型：
生物防治
(3)在农牧业上的应用
二.发酵工程的应用
2．发酵工程的应用
③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。
对点训练:
4.(2024·湖北荆门高二期末)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。下列叙述错误的是
A.传统发酵技术多是混合菌种发酵，发酵工程一般为纯种发酵
B.通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白
C.发酵工程的产品主要包括微生物的代谢物、酶及菌体本身
D.发酵工程通常可以采用连续培养的方法以最大限度地获得人类所需的
产品
√
二.发酵工程的应用
2．发酵工程的应用
（4）在其他方面的应用
①解决资源短缺与环境污染问题
随着对纤维素水解研究的不断深入，利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功
②将极端微生物应用于生产实践
自然界中还存在着一定数量的极端微生物，它们能在极端恶劣的环境（高温、高压、高盐和低温等环境）中正常生活。
如：嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂
嗜低温菌有助于提高热敏性产品的产量。
15.谷氨酸是生物体内一种重要的有机小分子，谷氨酸钠是它的钠盐，是味精等调味品的主要成分。目前利用微生物发酵生产的氨基酸中，谷氨酸是产量最大的种类之一。请回答下列问题：
(1)我国微生物发酵工程生产谷氨酸常用的菌种有谷氨酸棒状杆菌和黄色短杆菌，下列生物中与这些菌种在结构上存在明显区别的是________
(填字母)。
A.噬菌体　　　　　 B.人类免疫缺陷病毒(HIV) C.禽流感病毒
D.肺炎链球菌 E.酵母菌 F.硝化细菌
G.乳酸菌
ABCE
(2)谷氨酸发酵的培养基成分主要有葡萄糖、氨水、磷酸盐、生物素等，发酵装置如图所示。某厂用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，结果代谢物中出现了大量的乳酸，从发酵条件看，其原因很可能是____________。
(3)谷氨酸发酵生产过程中，需要添加氨水，它不仅是细菌生长所需的_______，而且还有调节培养液_____的作用，所以应该分次加入。
通气量不足
氮源
pH
(4)谷氨酸棒状杆菌在发酵过程中要不断地通入无菌空气，并通过搅拌使空气形成细小的气泡，迅速溶解在培养液中，当培养基中碳氮比为4∶1时，菌体大量繁殖而产生的谷氨酸少；当碳氮比为3∶1时，菌体繁殖受抑制，但谷氨酸的合成量大增。在无氧条件下，谷氨酸棒状杆菌代谢物是乳酸或琥珀酸。由上述探究可知，通过发酵得到大量谷氨 酸的发酵思路是_______________________________________________
________________________________________________________________________ _________________。
不断向发酵液中通入无菌空气，发酵液中碳氮比为4∶1培养一段时间使菌种大量繁殖，后将培养液的碳氮比改为3∶1(改变细胞膜的通透性，使谷氨酸迅速排放到细胞外)
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