1.3 发酵工程及其应用（第一课时） 课件(共38张PPT1个视频)-2025-2026学年高二下《生物》（人教版）选择性必修3
文档属性
| 名称 | 1.3 发酵工程及其应用（第一课时） 课件(共38张PPT1个视频)-2025-2026学年高二下《生物》（人教版）选择性必修3 |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 32.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2026-03-04 00:00:00 | ||
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文档简介
(共38张PPT)
你还记得抗生素的作用吗？
抗生素等抗菌剂的抑菌或杀菌作用，主要是针对“细菌有而人（或其他动植物）没有”的机制进行杀伤，主要包含以下作用机理，即：抑制细菌细胞壁合成，增强细菌细胞膜通透性，干扰细菌蛋白质合成以及抑制细菌核酸复制转录。
青霉素
青霉素
是世界上第一个应用于临床的抗生素。
你知道青霉素的历史吗？
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。
青霉素
是世界上第一个应用于临床的抗生素。
你知道青霉素的历史吗？
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。
早期1瓶规格大概20万单位的青霉素最高卖到
一根金条
如今1瓶规格160万单位的青霉素注射剂
一元
？
第1章 第3节
人教版 选择性必修3
目录
CONTENTS
发酵工程的应用
2/
发酵工程的基本环节
1/
发酵工程的基本环节
01
发酵工程的基本环节
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
发酵工程的基本环节一般包括：
有没有你熟悉的环节？
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
我国幅员辽阔,地理生态环境多样，为各种微生物的生长繁殖提供了条件，这有利于发酵工程选育菌种。优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节很大程度上決定了生产发酵产品的成败。
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
例：生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。
例：使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒。
1.目的：
获得性状优良的菌种
2.菌种来源：
从自然界中筛选
诱变育种
基因工程育种
例：通过不断诱变选育，得到青霉素产量高的菌株。
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
例：生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。
例：使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒。
1.目的：
获得性状优良的菌种
2.菌种来源：
从自然界中筛选
诱变育种
基因工程育种
例：通过不断诱变选育，得到青霉素产量高的菌株。
3.优良菌种特点（了解，不做考试要求）：
第一，应选择高产的菌种，使菌种的发酵产物中，需要的产物多，不需要的产物少；
第二，培养基来源充足且廉价，被转化的效率高；
第三，菌种发酵产物易于分离；
第四，菌种对环境没有明显或潜在的危害；
第五，菌种的遗传特性和生产能力稳定。
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
例：生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。
例：使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒。
1.目的：
获得性状优良的菌种
2.菌种来源：
从自然界中筛选
诱变育种
基因工程育种
例：通过不断诱变选育，得到青霉素产量高的菌株。
选育优良的菌种是发酵工程的首要条件
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
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，再进行培养。
1.目的：
获得更多的菌种。
2.原因：
一间教室如果长为8米,宽为6米,高有4米,概有192立方
3.如何扩大培养： （了解，不做考试要求）
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
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，再进行培养。
1.目的：
获得更多的菌种。
2.原因：
一间教室如果长为8米,宽为6米,高有4米,概有192立方
3.如何扩大培养： （了解，不做考试要求）
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
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，再进行培养。
1.目的：
获得更多的菌种。
2.原因：
一间教室如果长为8米,宽为6米,高有4米,概有192立方
3.如何扩大培养： （了解，不做考试要求）
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
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。
如：青霉素培养基的碳源主要是工业用葡萄糖或淀粉的酶水解物，氮源为玉米浆、硫酸铵或氨水，无机盐主要有硫酸钠和磷酸二氢钾等。
发酵培养基要求菌种能大量生产目的产物，所用原料廉价且易于获得。
你知道青霉素如何从天价变为白菜价的吗？
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
1.灭菌操作：
在发酵之前必须采用高压蒸汽对大型发酵罐、培养基和附属设备进行灭菌。
2.原因：
发酵工程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。
例如，在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。
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
将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中
接种
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
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
D1
C3
B3
C2
D2
B4
A4
A2
A3
A1
B1
B2
B5
C1
装置编号 主要用途
A1-A3
A4
B1-B5
C1、C2
C3
D1、D2
控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养
控制溶解氧
通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测。
通过控制冷水流速调节罐温
调节罐压
电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热。
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
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
发酵罐内发酵
这是发酵工程的中心环节。
发酵过程应注意：
要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；
及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物；
严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。
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
发酵罐内发酵
这是发酵工程的中心环节。
发酵过程应注意：
要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；
及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物；
严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。
原因：
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。
例如，谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N- 乙酰谷氨酰胺。
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
小资料
这是发酵工程的中心环节。
发酵过程应注意：
要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；
及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物；
严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。
原因：
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。
例如，谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N- 乙酰谷氨酰胺。
酿酒酵母在中性和酸性发酵条件下，可将葡萄糖发酵产生乙醇和二氧化碳，而在碱性条件下的发酵产物则是甘油。
通气状况会影响生成的发酵产物种类。
例如，在谷氨酸发酵中，适量通气条件下菌种发酵生成谷氨酸，通气不足则发酵生成乳酸或琥珀酸。
发酵温度也会影响微生物的代谢途径和方向，从而对发酵产物的生成产生影响。
例如，灰色链霉菌的一种嗜冷突变菌株在其他条件相同，发酵温度不同时，会产生完全不同的抗生素：在12 ℃条件下发酵产物为冷霉素，在28 ℃条件下发酵产物为抗生素M-81。吸水链霉菌在28 ℃时的发酵产物为静丝霉素，在37～40 ℃时的发酵产物为井冈霉素。
发酵罐内发酵
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
发酵罐内发酵
这是发酵工程的中心环节。
发酵过程应注意：
要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；
及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物；
严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。
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。
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
发酵罐内发酵
这是发酵工程的中心环节。
发酵过程应注意：
要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；
及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物；
严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。
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。
例如:
氧含量的调节可以通过通气量和搅拌的速度来实现
温度的调节可以通过发酵罐夹层或蛇形管中的冷却水的热交换作用来实现
ｐＨ的调节可以通过在培养基中添加酸或碱等来实现 .
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
发酵产品是微生物细胞本身
发酵产品是代谢物
（根据产物的性质）
发酵结束之后
过滤、沉淀等方法
菌体分离和干燥
产品
发酵结束之后
提取、分离和纯化
产品
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
产品类型 主要产物
微生物菌体细胞 酵母菌 、 食用菌 、 微生物农药
微生物酶类 各种酶 、 酶制剂和各种曲类
微生物代谢产物 初级代谢产物 ， 如氨基酸 、 有机酸 、 有机溶剂 、 核苷酸 、 蛋白质 、 核酸和维生素 ； 次级代谢产物 ， 如抗生素 、 生物碱和植物激素类似物
微生物转化产物 利用微生物代谢过程中的某种酶或酶系 ， 将一种化合物转化成含有特殊功能基团的产物 。 例如 ， 将甘油转化为二羟基丙酮 ， 将葡萄糖转化为葡萄糖酸 ， 将甾体转化成甾体激素
工程菌发酵产物 通过基因工程和细胞工程创造出许多具有特殊功能的 “ 工程菌 ”， 用发酵技术生产更多更好的产品 ， 发挥更大的经济效益
动植物细胞的产物 通过大规模培养木瓜细胞 ， 生产木瓜蛋白酶 ； 利用植物细胞培养技术生产天然食用色素等
发酵工程产品的主要类型
发酵工程基本环节小结
选育菌种
扩大培养
配置
培养基
灭菌
接种
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
①从自然界中筛选的常规菌种
①配置原则：目的明确、营养协调、pH适宜
①目的：防止杂菌污染
①检测培养液中的微生物数量、产物浓度等
地位：中心环节
②通过诱变育种或基因工程育种获得
②营养构成：水、无机盐、碳源、氮源等
②对象：培养基和发酵罐
②及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物
②代谢物：适当的提取、分离和纯化措施
③严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件
③注意：培养基使用前要经过反复试验才能用于大规模生产
条件：环境条件稳定、温和，利于菌种生长繁殖
目的：增加菌种数量
所用培养基：液体培养基或固体培基
①菌体本身：过滤、沉淀
监控
途径
一
发酵工程的基本环节
测一测：这些问题你能回答吗？
一
发酵工程的基本环节
问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？
需要考虑的因素包括：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。
问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
问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、过滤等方法来分离和提纯产物。
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、吸附和离子交换等方法；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，都需要进行质量检査,合格后才能成为正式产品。
一
发酵工程的基本环节
问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弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。
随堂检测
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
√
随堂检测
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、溶氧、通气量与转速等发酵
条件，否则会影响菌种代谢产物的形成
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
√
随堂检测
3.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒发酵过程的研究。下列叙述正确的是
A.为加快发酵速度，应使发酵液保持35 ℃的恒温
B.给发酵罐适时排气，后期可缩短排气间隔时间
C.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定
何时终止发酵
D.若定期对培养液中酵母菌进行计数，只能采用
稀释涂布平板法
√
感谢观看
THANKS
你还记得抗生素的作用吗？
抗生素等抗菌剂的抑菌或杀菌作用，主要是针对“细菌有而人（或其他动植物）没有”的机制进行杀伤，主要包含以下作用机理，即：抑制细菌细胞壁合成，增强细菌细胞膜通透性，干扰细菌蛋白质合成以及抑制细菌核酸复制转录。
青霉素
青霉素
是世界上第一个应用于临床的抗生素。
你知道青霉素的历史吗？
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。
青霉素
是世界上第一个应用于临床的抗生素。
你知道青霉素的历史吗？
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。
早期1瓶规格大概20万单位的青霉素最高卖到
一根金条
如今1瓶规格160万单位的青霉素注射剂
一元
？
第1章 第3节
人教版 选择性必修3
目录
CONTENTS
发酵工程的应用
2/
发酵工程的基本环节
1/
发酵工程的基本环节
01
发酵工程的基本环节
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
发酵工程的基本环节一般包括：
有没有你熟悉的环节？
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
我国幅员辽阔,地理生态环境多样，为各种微生物的生长繁殖提供了条件，这有利于发酵工程选育菌种。优良的菌种不仅具有健壮，不易退化，其发酵产品的产量高、质量稳定等优点，它往往还会赋予发酵产品独特的风味，因此菌种选育环节很大程度上決定了生产发酵产品的成败。
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
例：生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。
例：使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒。
1.目的：
获得性状优良的菌种
2.菌种来源：
从自然界中筛选
诱变育种
基因工程育种
例：通过不断诱变选育，得到青霉素产量高的菌株。
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
例：生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。
例：使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒。
1.目的：
获得性状优良的菌种
2.菌种来源：
从自然界中筛选
诱变育种
基因工程育种
例：通过不断诱变选育，得到青霉素产量高的菌株。
3.优良菌种特点（了解，不做考试要求）：
第一，应选择高产的菌种，使菌种的发酵产物中，需要的产物多，不需要的产物少；
第二，培养基来源充足且廉价，被转化的效率高；
第三，菌种发酵产物易于分离；
第四，菌种对环境没有明显或潜在的危害；
第五，菌种的遗传特性和生产能力稳定。
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
例：生产柠檬酸就需要筛选产酸量高的黑曲霉。
例：使用基因工程改造的啤酒酵母生产啤酒。
1.目的：
获得性状优良的菌种
2.菌种来源：
从自然界中筛选
诱变育种
基因工程育种
例：通过不断诱变选育，得到青霉素产量高的菌株。
选育优良的菌种是发酵工程的首要条件
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
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，再进行培养。
1.目的：
获得更多的菌种。
2.原因：
一间教室如果长为8米,宽为6米,高有4米,概有192立方
3.如何扩大培养： （了解，不做考试要求）
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
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，再进行培养。
1.目的：
获得更多的菌种。
2.原因：
一间教室如果长为8米,宽为6米,高有4米,概有192立方
3.如何扩大培养： （了解，不做考试要求）
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
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，再进行培养。
1.目的：
获得更多的菌种。
2.原因：
一间教室如果长为8米,宽为6米,高有4米,概有192立方
3.如何扩大培养： （了解，不做考试要求）
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
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。
如：青霉素培养基的碳源主要是工业用葡萄糖或淀粉的酶水解物，氮源为玉米浆、硫酸铵或氨水，无机盐主要有硫酸钠和磷酸二氢钾等。
发酵培养基要求菌种能大量生产目的产物，所用原料廉价且易于获得。
你知道青霉素如何从天价变为白菜价的吗？
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
1.灭菌操作：
在发酵之前必须采用高压蒸汽对大型发酵罐、培养基和附属设备进行灭菌。
2.原因：
发酵工程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。
例如，在青霉素生产过程中如果污染了杂菌，某些杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。
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
将扩大培养后的菌种投放到发酵罐中
接种
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
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
D1
C3
B3
C2
D2
B4
A4
A2
A3
A1
B1
B2
B5
C1
装置编号 主要用途
A1-A3
A4
B1-B5
C1、C2
C3
D1、D2
控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养
控制溶解氧
通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，B2处抽取样品进一步检测。
通过控制冷水流速调节罐温
调节罐压
电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热。
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
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
发酵罐内发酵
这是发酵工程的中心环节。
发酵过程应注意：
要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；
及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物；
严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。
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
发酵罐内发酵
这是发酵工程的中心环节。
发酵过程应注意：
要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；
及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物；
严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。
原因：
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。
例如，谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N- 乙酰谷氨酰胺。
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
小资料
这是发酵工程的中心环节。
发酵过程应注意：
要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；
及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物；
严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。
原因：
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。
例如，谷氨酸的发酵生产：在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸；在酸性条件下则容易形成谷氨酰胺和N- 乙酰谷氨酰胺。
酿酒酵母在中性和酸性发酵条件下，可将葡萄糖发酵产生乙醇和二氧化碳，而在碱性条件下的发酵产物则是甘油。
通气状况会影响生成的发酵产物种类。
例如，在谷氨酸发酵中，适量通气条件下菌种发酵生成谷氨酸，通气不足则发酵生成乳酸或琥珀酸。
发酵温度也会影响微生物的代谢途径和方向，从而对发酵产物的生成产生影响。
例如，灰色链霉菌的一种嗜冷突变菌株在其他条件相同，发酵温度不同时，会产生完全不同的抗生素：在12 ℃条件下发酵产物为冷霉素，在28 ℃条件下发酵产物为抗生素M-81。吸水链霉菌在28 ℃时的发酵产物为静丝霉素，在37～40 ℃时的发酵产物为井冈霉素。
发酵罐内发酵
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
发酵罐内发酵
这是发酵工程的中心环节。
发酵过程应注意：
要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；
及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物；
严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。
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。
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
发酵罐内发酵
这是发酵工程的中心环节。
发酵过程应注意：
要在发酵过程中随时取样，检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程；
及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物；
严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件，已获得所需的发酵产物。
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。
例如:
氧含量的调节可以通过通气量和搅拌的速度来实现
温度的调节可以通过发酵罐夹层或蛇形管中的冷却水的热交换作用来实现
ｐＨ的调节可以通过在培养基中添加酸或碱等来实现 .
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
发酵产品是微生物细胞本身
发酵产品是代谢物
（根据产物的性质）
发酵结束之后
过滤、沉淀等方法
菌体分离和干燥
产品
发酵结束之后
提取、分离和纯化
产品
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
产品类型 主要产物
微生物菌体细胞 酵母菌 、 食用菌 、 微生物农药
微生物酶类 各种酶 、 酶制剂和各种曲类
微生物代谢产物 初级代谢产物 ， 如氨基酸 、 有机酸 、 有机溶剂 、 核苷酸 、 蛋白质 、 核酸和维生素 ； 次级代谢产物 ， 如抗生素 、 生物碱和植物激素类似物
微生物转化产物 利用微生物代谢过程中的某种酶或酶系 ， 将一种化合物转化成含有特殊功能基团的产物 。 例如 ， 将甘油转化为二羟基丙酮 ， 将葡萄糖转化为葡萄糖酸 ， 将甾体转化成甾体激素
工程菌发酵产物 通过基因工程和细胞工程创造出许多具有特殊功能的 “ 工程菌 ”， 用发酵技术生产更多更好的产品 ， 发挥更大的经济效益
动植物细胞的产物 通过大规模培养木瓜细胞 ， 生产木瓜蛋白酶 ； 利用植物细胞培养技术生产天然食用色素等
发酵工程产品的主要类型
发酵工程基本环节小结
选育菌种
扩大培养
配置
培养基
灭菌
接种
发酵罐内发酵
分离、提纯产物
获得产品
①从自然界中筛选的常规菌种
①配置原则：目的明确、营养协调、pH适宜
①目的：防止杂菌污染
①检测培养液中的微生物数量、产物浓度等
地位：中心环节
②通过诱变育种或基因工程育种获得
②营养构成：水、无机盐、碳源、氮源等
②对象：培养基和发酵罐
②及时添加必需的营养物质组分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物
②代谢物：适当的提取、分离和纯化措施
③严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发酵条件
③注意：培养基使用前要经过反复试验才能用于大规模生产
条件：环境条件稳定、温和，利于菌种生长繁殖
目的：增加菌种数量
所用培养基：液体培养基或固体培基
①菌体本身：过滤、沉淀
监控
途径
一
发酵工程的基本环节
测一测：这些问题你能回答吗？
一
发酵工程的基本环节
问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？
需要考虑的因素包括：在低成本的培养基上能迅速生长繁殖；生产所需代谢物的产量高；发酵条件容易控制；菌种不易变异、退化等。
问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
问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、过滤等方法来分离和提纯产物。
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、吸附和离子交换等方法；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，都需要进行质量检査,合格后才能成为正式产品。
一
发酵工程的基本环节
问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弃培养液进行二次清洁或灭菌处理。
随堂检测
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
√
随堂检测
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、溶氧、通气量与转速等发酵
条件，否则会影响菌种代谢产物的形成
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
√
随堂检测
3.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒发酵过程的研究。下列叙述正确的是
A.为加快发酵速度，应使发酵液保持35 ℃的恒温
B.给发酵罐适时排气，后期可缩短排气间隔时间
C.可以通过监测发酵过程中残余糖的浓度来决定
何时终止发酵
D.若定期对培养液中酵母菌进行计数，只能采用
稀释涂布平板法
√
感谢观看
THANKS