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 | 49.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2026-02-24 00:00:00 | ||
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文档简介
(共25张PPT)
第1章 发酵工程
1.3 发酵工程及其应用
发酵工程：是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。
1
2
概述发酵工程及其基本环节
举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值
学习目标
世界上第一种应用于临床的抗生素——青霉素
从社会中来
青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。早期科学家只能从青霉菌中提取少量青霉素，它的价格贵如金。随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等，青霉素步入了产业化生产的道路。如今，1瓶规格160万单位的青霉素注射剂的价格只要1元左右。
那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢
亚历山大·弗莱明
一、发酵工程的基本环节
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
接种
选育菌种
配制培养基
扩大培养
灭菌
现代发酵工程使用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、 、罐压、通气量、搅拌、泡沫和 等进行监测和控制；还可以进行 控制，使发酵全过程处于最佳状态。
发酵罐内发酵
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。
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。
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。
一、发酵工程的基本环节
接种
选育菌种
配制培养基
扩大培养
灭菌
发酵罐内发酵
排气管
排出口
温度
进入口
空气
一、发酵工程的基本环节
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、 、罐压、通气量、搅拌、泡沫和
等进行监测和控制；还可以进行 控制，使发酵全过程处于最佳状态。
接种
选育菌种
配制培养基
扩大培养
灭菌
发酵罐内发酵
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、 等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的 ，要严格控制温度、pH和 __ 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。
产物浓度
营养成分
溶解氧
溶解氧
营养
反馈
一、发酵工程的基本环节
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
如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用 、沉淀等方法将菌体分离和 ，即可得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的 采取适当的提取、分离和 措施来获得产品。
过滤
干燥
性质
纯化
一、发酵工程的基本环节
1.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？
①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；
②生产所需代谢物的产量高；
③发酵条件易控制；
④菌种不易变异，退化等。
2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微
生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养组分。
一、发酵工程的基本环节
3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？
传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离提纯产物。
发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品
一、发酵工程的基本环节
4.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？
不能；
因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。
为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废气培养液进行二次清洁或灭菌处理。
二、发酵工程的特点和应用
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
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
发酵工程的应用
二、发酵工程的应用
利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类：
生产各种各样的食品添加剂，如食品酸度调节剂——柠檬酸，增味剂——谷氨酸钠等。
生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类等
生产酶制剂，如淀粉酶、果胶酶等。
大豆中蛋白
小分子肽和氨基酸
酱油
黑曲霉
淋洗、调制
各种谷物、水果
酿酒酵母
各种酒类
在食品工业上的应用
二、发酵工程的应用
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
生产各种各样的食品添加剂，如食品酸度调节剂——柠檬酸，增味剂——谷氨酸钠等。
生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类等
生产酶制剂，如淀粉酶、果胶酶等。
在食品工业上的应用
二、发酵工程的应用
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
二、发酵工程的应用—啤酒的工业化生产
二、发酵工程的应用
1.与传统的手工发酵相比，在啤酒的工厂化生产中，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。
二、发酵工程的应用
2.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？
应该辩证地看待这一产品。一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。另一方面,这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。
二、发酵工程的应用
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
通过发酵技术大量生产所需要的产品
直接对菌种进行改造
基因工程
将病原体的抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物作为疫苗
可能用微生物来生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物
未来
在医药工业上的应用
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。
二、发酵工程的应用
生产微生物肥料
有机酸
生物活性物质
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。
二、发酵工程的应用
微生物农药是利用 或 来防治病虫害的。
微生物农药作为 的重要手段
生产微生物农药
生产微生物肥料
微生物
其代谢物
生物防治
微生物或代谢产物 防治病虫害种类
苏云金杆菌 80多种农林害虫
白僵菌 玉米螟、松毛虫
一种放线菌产生的抗生素（井冈霉素） 水稻枯纹病
在农牧业上的应用
二、发酵工程的应用
微生物含有丰富的 。
生产微生物农药
生产微生物肥料
生产微生物饲料
蛋白质
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 ，即单细胞蛋白，用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。
微生物菌体
在农牧业上的应用
二、发酵工程的应用
对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用
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
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。
发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决 和
等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。
粮食、环境、健康
能源
在其他方面的应用
课堂小结
感谢观看
THANKS
第1章 发酵工程
1.3 发酵工程及其应用
发酵工程：是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品。它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。
1
2
概述发酵工程及其基本环节
举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值
学习目标
世界上第一种应用于临床的抗生素——青霉素
从社会中来
青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。早期科学家只能从青霉菌中提取少量青霉素，它的价格贵如金。随着高产菌种的选育、发酵技术的发展等，青霉素步入了产业化生产的道路。如今，1瓶规格160万单位的青霉素注射剂的价格只要1元左右。
那么，在工业上，青霉素究竟是怎样生产的呢
亚历山大·弗莱明
一、发酵工程的基本环节
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
接种
选育菌种
配制培养基
扩大培养
灭菌
现代发酵工程使用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、 、罐压、通气量、搅拌、泡沫和 等进行监测和控制；还可以进行 控制，使发酵全过程处于最佳状态。
发酵罐内发酵
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。
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。
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。
一、发酵工程的基本环节
接种
选育菌种
配制培养基
扩大培养
灭菌
发酵罐内发酵
排气管
排出口
温度
进入口
空气
一、发酵工程的基本环节
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、 、罐压、通气量、搅拌、泡沫和
等进行监测和控制；还可以进行 控制，使发酵全过程处于最佳状态。
接种
选育菌种
配制培养基
扩大培养
灭菌
发酵罐内发酵
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、 等，以了解发酵进程。还要及时添加必需的 ，要严格控制温度、pH和 __ 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。
产物浓度
营养成分
溶解氧
溶解氧
营养
反馈
一、发酵工程的基本环节
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
如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用 、沉淀等方法将菌体分离和 ，即可得到产品。如果产品是代谢物，可根据产物的 采取适当的提取、分离和 措施来获得产品。
过滤
干燥
性质
纯化
一、发酵工程的基本环节
1.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？
①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；
②生产所需代谢物的产量高；
③发酵条件易控制；
④菌种不易变异，退化等。
2.怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？
要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微
生物的生长繁殖，同时及时添加必要的营养组分。
一、发酵工程的基本环节
3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？
传统发酵技术获得的产物一般不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离提纯产物。
发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。在产物的初分离阶段，常采用沉淀、萃取、膜分离、吸附或离子交换等方法；在进一步纯化阶段，会采用液相层析法、结晶法等方法。发酵工程产物无论是代谢物还是菌体本身，都需要进行质量检查，合格后才能成为正式产品
一、发酵工程的基本环节
4.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？
不能；
因为在进行发酵生产时，微生物及其代谢物中都可能含有危害环境的物质。
为了减少或避免污染物的产生和排放，实现清洁生产，应该对排出的气体和废气培养液进行二次清洁或灭菌处理。
二、发酵工程的特点和应用
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
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
发酵工程的应用
二、发酵工程的应用
利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类：
生产各种各样的食品添加剂，如食品酸度调节剂——柠檬酸，增味剂——谷氨酸钠等。
生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类等
生产酶制剂，如淀粉酶、果胶酶等。
大豆中蛋白
小分子肽和氨基酸
酱油
黑曲霉
淋洗、调制
各种谷物、水果
酿酒酵母
各种酒类
在食品工业上的应用
二、发酵工程的应用
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
生产各种各样的食品添加剂，如食品酸度调节剂——柠檬酸，增味剂——谷氨酸钠等。
生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类等
生产酶制剂，如淀粉酶、果胶酶等。
在食品工业上的应用
二、发酵工程的应用
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
二、发酵工程的应用—啤酒的工业化生产
二、发酵工程的应用
1.与传统的手工发酵相比，在啤酒的工厂化生产中，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。
二、发酵工程的应用
2.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？
应该辩证地看待这一产品。一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。另一方面,这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。
二、发酵工程的应用
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
通过发酵技术大量生产所需要的产品
直接对菌种进行改造
基因工程
将病原体的抗原基因转入适当的微生物细胞，获得的表达产物作为疫苗
可能用微生物来生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、青蒿素前体等化合物
未来
在医药工业上的应用
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。
二、发酵工程的应用
生产微生物肥料
有机酸
生物活性物质
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。
二、发酵工程的应用
微生物农药是利用 或 来防治病虫害的。
微生物农药作为 的重要手段
生产微生物农药
生产微生物肥料
微生物
其代谢物
生物防治
微生物或代谢产物 防治病虫害种类
苏云金杆菌 80多种农林害虫
白僵菌 玉米螟、松毛虫
一种放线菌产生的抗生素（井冈霉素） 水稻枯纹病
在农牧业上的应用
二、发酵工程的应用
微生物含有丰富的 。
生产微生物农药
生产微生物肥料
生产微生物饲料
蛋白质
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 ，即单细胞蛋白，用单细胞蛋白制成的微生物饲料，能使家畜、家禽增重快，产奶或产蛋量显著提高。
微生物菌体
在农牧业上的应用
二、发酵工程的应用
对极端微生物（生活在高温、高压、高盐和低温环境）的利用
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
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。
发酵工程正渗透到几乎所有的工农业领域，在助力解决 和
等方面的重大问题上，作出了越来越大的贡献。
粮食、环境、健康
能源
在其他方面的应用
课堂小结
感谢观看
THANKS