第1章第3节发酵工程及其应用 课件(共20张PPT) --2025-2026学年高二下《生物》（人教版）选择性必修3
文档属性
| 名称 | 第1章第3节发酵工程及其应用 课件(共20张PPT) --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 | 4.6MB | ||
| 资源类型 | 课件 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 生物学 | ||
| 更新时间 | 2026-06-05 00:00:00 | ||
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文档简介
(共20张PPT)
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，一瓶规格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？
第1章第3节 发酵工程及其应用
1. 发酵工程及其一般流程。
2. 发酵工程在生产上的重要价值。
1、随着人们对 的认识， 技术的建立，
以及 的设计成功，人们能够在严格控制的环境
条件下，大规模生产发酵产品，发酵工程逐步形成。
发酵原理
微生物纯培养
密闭式发酵罐
2、发酵工程的环节：
菌种的选育
扩大培养
培养基的配制、灭菌
接种、发酵
产品的分离、提纯等方面
一、发酵工程的基本环节
选育菌种:可以从自然界中筛选,也可通过诱变育种或基因工程获得
扩大培养
发酵罐内发酵:发酵工程的中心环节。在了解发酵进程的同时,还要控制发酵条件。如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
接种
灭菌:不能有杂菌污染。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
分离、提纯产物:(1)若产品是微生物本身,可采用过滤、沉淀等方法;(2)若产品是代谢物,可根据产物性质采取适当的措施
获得产品
一、发酵工程的基本环节
2、发酵工程的环节：
选择发酵工程中用的菌种,在考虑生产需要(如微生物体内酶的催化能力、微生物的繁殖速度等)的同时,还要结合当地的气候和发酵设备等实际情况
(1)反复试验确定培养基的配方。
(2)对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。
(3)用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制。
(4)控制发酵过程的温度、pH和溶解氧等发酵条件。可用温度传感器、冷却水进入口和排出口控制温度,利用发酵罐的通气口控制氧气 的量等。
一、发酵工程的基本环节
发酵工程基本环节分析
讨论2：怎样对发酵条件进行调控以满足微生物生长的需要？
讨论1：选择发酵工程菌种需要考虑哪些因素？
讨论3：在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相，有哪些改进之处？
传统发酵技术产物一般是成分复杂混合物，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
发酵工程基本环节分析
讨论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。发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备,达到国家排放要求后才能排放到外界环境中。因为有些气体和废弃培养液对人和生物有害或对环境有毒害作用。
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
利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类
(一) 在食品工业上的应用
1.生产传统的发酵产品
二、发酵工程的应用
啤酒的工业化生产流程
发芽
1
大麦
水
大麦种子发芽，
释放淀粉酶。
2
焙烤
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。
3
碾磨
将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。
4
糖化
淀粉水解
形成糖浆。
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
1.生产传统的发酵产品
蒸煮
5
6
发酵
7
消毒
8
终止
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。
过滤、调节、分装啤酒进行出售。
糖浆
啤酒花
过滤
冷却
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
啤酒的工业化生产流程
1.生产传统的发酵产品
表1-2 常用的几种食品添加剂 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
利用黑曲霉发酵生产柠檬酸；利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，经处理制成味精。
2.生产各种各样的食品添加剂
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
淀粉
淀粉酶
葡萄糖
黑曲霉
柠檬酸
柠檬酸合成酶
谷氨酸棒状杆菌
发酵
谷氨酸
味精
处理
氧气
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
2.生产各种各样的食品添加剂
利用微生物发酵生产α 淀粉酶、β 淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等；目前已有50多种酶制剂用于食品生产。
3.生产酶制剂
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
3、未来可能用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、
青蒿素前体等。
青霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。
利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素
4、利用基因工程将病原体的抗原基因转入微生物细胞，制成生物疫苗。
通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素
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
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
(二) 医药工业上的应用
二、发酵工程的应用
发酵工程生产的药物
各种抗生素
多种氨基酸
多种激素
多种免疫调节剂
生长抑素
二、发酵工程的应用
(二) 医药工业上的应用
发酵工程生产的药物的方法
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
二、发酵工程的应用
(二) 医药工业上的应用
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
(三)在农牧业上的应用
1.生产微生物肥料
二、发酵工程的应用
2.生产微生物农药
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，
微生物
其代谢物
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。
微生物农药防治与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 利用微生物或其代谢物来防治虫害 利用化学药剂（如杀虫剂、杀鼠剂等）进行防治
优点 成本低、无污染、可以维持生态平衡 见效快，操作简单
缺点 防治速度慢 成本高、污染环境，不利于维持生态平衡
二、发酵工程的应用
2.生产微生物农药
3.生产微生物饲料
蛋白质
微生物含有丰富的 。
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
二、发酵工程的应用
(三)在农牧业上的应用
（四）在其他方面的应用
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
1、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
2、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
1． 废水、废料经加工可变废为宝。某工厂利用果糖生产废水和沼气池废料生产蛋白质的技术路线如图所示。下列叙述正确的是（ ）
【课堂练习】
A．该生产过程中，一定有气体生成
B．微生物生长所需碳源主要来源于沼气池废料
C．该生产工艺利用微生物厌氧发酵技术生产蛋白质
D．沼气池废料和果糖生产废水在加入反应器之前需要灭菌处理
A
2． 很多生活实例中蕴含着生物学原理，下列实例和生物学原理对应不准确的是（ ）
A．长时间存放的剩菜一般不宜食用－剩菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐，危害人体健康
B．夏天开瓶后的红酒容易变酸－醋酸菌将乙醇变成乙醛，再将乙醛变为醋酸
C．用巴氏消毒法对牛奶消毒－既杀死牛奶中的微生物，又不破坏牛奶中的营养成分
D．泡菜坛内有时会长一层白膜－大量乳酸菌聚集在发酵液表面形成一层白膜
3． 某同学在线提交了在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的实验报告，他的做法错误的是（ ）
A．选择新鲜的葡萄略加冲洗，除去枝梗后榨汁
B．将玻璃瓶用酒精消毒后，装满葡萄汁
C．酒精发酵期间，根据发酵进程适时拧松瓶盖放气
D．酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵
D
B
谢谢观看
Thank you
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，一瓶规格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？
第1章第3节 发酵工程及其应用
1. 发酵工程及其一般流程。
2. 发酵工程在生产上的重要价值。
1、随着人们对 的认识， 技术的建立，
以及 的设计成功，人们能够在严格控制的环境
条件下，大规模生产发酵产品，发酵工程逐步形成。
发酵原理
微生物纯培养
密闭式发酵罐
2、发酵工程的环节：
菌种的选育
扩大培养
培养基的配制、灭菌
接种、发酵
产品的分离、提纯等方面
一、发酵工程的基本环节
选育菌种:可以从自然界中筛选,也可通过诱变育种或基因工程获得
扩大培养
发酵罐内发酵:发酵工程的中心环节。在了解发酵进程的同时,还要控制发酵条件。如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
接种
灭菌:不能有杂菌污染。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
分离、提纯产物:(1)若产品是微生物本身,可采用过滤、沉淀等方法;(2)若产品是代谢物,可根据产物性质采取适当的措施
获得产品
一、发酵工程的基本环节
2、发酵工程的环节：
选择发酵工程中用的菌种,在考虑生产需要(如微生物体内酶的催化能力、微生物的繁殖速度等)的同时,还要结合当地的气候和发酵设备等实际情况
(1)反复试验确定培养基的配方。
(2)对培养基和发酵设备进行严格的灭菌。
(3)用计算机控制系统对发酵过程进行监测和控制。
(4)控制发酵过程的温度、pH和溶解氧等发酵条件。可用温度传感器、冷却水进入口和排出口控制温度,利用发酵罐的通气口控制氧气 的量等。
一、发酵工程的基本环节
发酵工程基本环节分析
讨论2：怎样对发酵条件进行调控以满足微生物生长的需要？
讨论1：选择发酵工程菌种需要考虑哪些因素？
讨论3：在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相，有哪些改进之处？
传统发酵技术产物一般是成分复杂混合物，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
发酵工程基本环节分析
讨论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。发酵过程中产生的气体和废弃培养液需经过相应的净化设备,达到国家排放要求后才能排放到外界环境中。因为有些气体和废弃培养液对人和生物有害或对环境有毒害作用。
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
利用霉菌发酵生产酱油、利用酿酒酵母生产各种酒类
(一) 在食品工业上的应用
1.生产传统的发酵产品
二、发酵工程的应用
啤酒的工业化生产流程
发芽
1
大麦
水
大麦种子发芽，
释放淀粉酶。
2
焙烤
加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。
3
碾磨
将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。
4
糖化
淀粉水解
形成糖浆。
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
1.生产传统的发酵产品
蒸煮
5
6
发酵
7
消毒
8
终止
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。
过滤、调节、分装啤酒进行出售。
糖浆
啤酒花
过滤
冷却
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
啤酒的工业化生产流程
1.生产传统的发酵产品
表1-2 常用的几种食品添加剂 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
利用黑曲霉发酵生产柠檬酸；利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，经处理制成味精。
2.生产各种各样的食品添加剂
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
淀粉
淀粉酶
葡萄糖
黑曲霉
柠檬酸
柠檬酸合成酶
谷氨酸棒状杆菌
发酵
谷氨酸
味精
处理
氧气
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
2.生产各种各样的食品添加剂
利用微生物发酵生产α 淀粉酶、β 淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等；目前已有50多种酶制剂用于食品生产。
3.生产酶制剂
二、发酵工程的应用
(一) 在食品工业上的应用
3、未来可能用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉醇、
青蒿素前体等。
青霉素的发现和产业化生产推动了发酵工程在医药领域的应用和发展。
利用工程菌发酵生产生长激素释放抑制激素
4、利用基因工程将病原体的抗原基因转入微生物细胞，制成生物疫苗。
通过诱变的青霉菌发酵生产青霉素
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
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
(二) 医药工业上的应用
二、发酵工程的应用
发酵工程生产的药物
各种抗生素
多种氨基酸
多种激素
多种免疫调节剂
生长抑素
二、发酵工程的应用
(二) 医药工业上的应用
发酵工程生产的药物的方法
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
二、发酵工程的应用
(二) 医药工业上的应用
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
(三)在农牧业上的应用
1.生产微生物肥料
二、发酵工程的应用
2.生产微生物农药
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，
微生物
其代谢物
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。
微生物农药防治与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 利用微生物或其代谢物来防治虫害 利用化学药剂（如杀虫剂、杀鼠剂等）进行防治
优点 成本低、无污染、可以维持生态平衡 见效快，操作简单
缺点 防治速度慢 成本高、污染环境，不利于维持生态平衡
二、发酵工程的应用
2.生产微生物农药
3.生产微生物饲料
蛋白质
微生物含有丰富的 。
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
二、发酵工程的应用
(三)在农牧业上的应用
（四）在其他方面的应用
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
1、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
2、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
1． 废水、废料经加工可变废为宝。某工厂利用果糖生产废水和沼气池废料生产蛋白质的技术路线如图所示。下列叙述正确的是（ ）
【课堂练习】
A．该生产过程中，一定有气体生成
B．微生物生长所需碳源主要来源于沼气池废料
C．该生产工艺利用微生物厌氧发酵技术生产蛋白质
D．沼气池废料和果糖生产废水在加入反应器之前需要灭菌处理
A
2． 很多生活实例中蕴含着生物学原理，下列实例和生物学原理对应不准确的是（ ）
A．长时间存放的剩菜一般不宜食用－剩菜中的硝酸盐会被微生物还原成亚硝酸盐，危害人体健康
B．夏天开瓶后的红酒容易变酸－醋酸菌将乙醇变成乙醛，再将乙醛变为醋酸
C．用巴氏消毒法对牛奶消毒－既杀死牛奶中的微生物，又不破坏牛奶中的营养成分
D．泡菜坛内有时会长一层白膜－大量乳酸菌聚集在发酵液表面形成一层白膜
3． 某同学在线提交了在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的实验报告，他的做法错误的是（ ）
A．选择新鲜的葡萄略加冲洗，除去枝梗后榨汁
B．将玻璃瓶用酒精消毒后，装满葡萄汁
C．酒精发酵期间，根据发酵进程适时拧松瓶盖放气
D．酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进行醋酸发酵
D
B
谢谢观看
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