3-1微生物发酵及其应用
高三生物知识点：微生物发酵及其应用
高三生物知识点：微生物发酵及其应用功能技成，庖丁解牛久练而技进乎道；路在脚下，荀子劝学博学则青出于蓝。
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发酵工程的发展简史20世纪20年代的酒精、甘油和丙酮等发酵工程，属于厌氧发酵。
从那时起，发酵工程又经历了几次重大的转折，在不断地发展和完善。
20世纪40年代初，随着青霉素的发现，抗生素发酵工业逐渐兴起。
由于青霉素产生菌是需氧型的，微生物学家就在厌氧发酵技术的基础上，成功地引进了通气搅拌和一整套无菌技术，建立了深层通气发酵技术。
它大大促进了发酵工业的发展，使有机酸、微生素、激素等都可以用发酵法大规模生产。
1957年，日本用微生物生产谷氨酸成功，如今20种氨基酸都可以用发酵法生产。
氨基酸发酵工业的发展，是建立在代谢控制发酵新技术的基础上的。
科学家在深入研究微生物代谢途径的基础上，通过对微生物进行人工诱变，先得到适合于生产某种产品的突变类型，再在人工控制的条件下培养，就大量产生人们所需要的物质。
目前，代谢控制发酵技术已经与核苷酸、有机酸和部分抗生素等的生产中。
20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等生物工程技术的开发，使发酵工程进入了定向育种的新阶段，新产品层出不穷。
20世纪80年代以来，随着学科之间的不断交叉和渗透，微生物学家开始用数学、动力学、化工工程原理、计算机技术对发酵过程进行综合研究，使得对发酵过程的控制更为合理。
在一些国家，已经能够自动记录和自动控制发酵过程的全部参数，明显提高了生产效率。
发酵工程的概念和内容发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。
发酵工程的内容包括菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。
（1）＂发酵＂有＂微生物生理学严格定义的发酵＂和＂工业发酵＂，词条＂发酵工程＂中的＂发酵＂应该是＂工业发酵＂。
（2）工业生产上通过＂工业发酵＂来加工或制作产品，其对应的加工或制作工艺被称为＂发酵工艺＂。
人教(2019)生物选择性必修三(学案+练习)：发酵工程及其应用
人教(2019)生物选择性必修三(学案+练习)发酵工程及其应用1．概念：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。
2．发酵工程的基本环节3．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。
②生产各种各样的食品添加剂。
③生产酶制剂。
(2)在医药工业上的应用①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。
②发酵工程逐步扩展到了其他抗生素、多种氨基酸、激素和免疫调节剂等的生产领域。
(3)在农牧业上的应用：①生产微生物肥料。
②生产微生物农药。
③生产微生物饲料。
(4)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，在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面的重大问题上，做出越来越大的贡献。
1．发酵工程中所需的性状优良的菌种只能从自然界中筛选出来。
(×)2．在菌种确定之前就要选择原料制备培养基。
(×) 3．发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。
(√) 4．发酵工程在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广泛的应用。
(√)1．发酵工程中心环节的分析2．啤酒的工业化生产的过程分析(1)啤酒发酵的过程及内容(2)“精酿”啤酒与“工业”啤酒的区别1．下面是有关啤酒的工业化生产的流程。
下列有关叙述错误的是()发芽→焙烤→碾磨→糖化→蒸煮→发酵→消毒→终止A．啤酒的发酵过程包括主发酵和后发酵两个阶段B．发芽的过程中大麦会产生淀粉酶，便于将大麦中的淀粉分解为葡萄糖进行酒精发酵C．发酵的过程就是酵母菌进行有氧呼吸的过程D．消毒的目的是杀死啤酒中的大多数微生物，以延长它的保存期C解析：发酵的过程是酵母菌进行无氧呼吸产生酒精的过程，C错误。
2．(2021·山东济南二模)发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品。
常用好氧菌谷氨酸棒状杆菌利用图1的发酵罐来大量生产味精，发酵流程如图2所示。
下列叙述正确的是()A．发酵中所使用的谷氨酸棒状杆菌菌种可从自然界筛选，也可通过诱变育种、杂交育种或基因工程育种获得B．为了保证发酵产品的产量和品质，图中发酵配料及发酵罐需经过严格的灭菌C．在发酵过程中，通过加料口取样，随时监测产物浓度和微生物数量D．图中发酵过程需通入无菌空气，并通过搅拌使培养液与菌种充分接触后关闭通气口B解析：谷氨酸棒状杆菌属于原核生物，不能进行有性生殖，无法通过杂交育种获得，A错误；严格灭菌可以杀死发酵配料及发酵罐中的所有微生物，防止杂菌污染，从而保证发酵产品的产量和品质，B正确；在发酵过程中，应通过放料口取样，随时监测产物浓度和微生物数量，C错误；谷氨酸棒状杆菌属于好氧菌，在发酵过程中要不断地通入无菌空气，不能关闭通气口，D错误。
生物发酵技术的原理及其应用
生物发酵技术的原理及其应用生物发酵技术是指利用活体微生物（如细菌、酵母、真菌等）在适宜的条件下，通过代谢产生物质（如有机酸、酶、激素等）的工艺技术。
现今，生物发酵技术在生物医药、食品工业、环境保护等领域得到了广泛的应用。
本文将针对生物发酵技术的原理及其应用进行介绍。
一、生物发酵技术的原理1. 微生物代谢产物微生物代谢一般分为两类：有氧代谢和无氧代谢。
其过程中会形成酸、碱、酶、气体等产物。
有氧代谢中，细胞利用氧气进行细胞呼吸，产生二氧化碳、水和能量。
而在无氧代谢中，由于缺乏氧气，细胞则会利用其他物质进行代谢，产生乳酸、酒精、琼脂等化合物。
2. 生物反应器生物反应器是生物发酵技术中的核心设备。
它包括反应容器、搅拌桨、进料口、出料口、通气口等组成部分。
反应器的设计通常是为了优化微生物生长所需要的环境因素，如温度、pH值、营养物质等。
此外，反应器的设计也十分重要，可以影响生产成本和产物质量。
3. 生长曲线在微生物发酵过程中，体积、生物量、产物含量等参数会随时间发生变化。
生长曲线通常通过细胞数量或组分浓度来描述微生物的生长情况，大致分为四个阶段：滞后期、指数期、平稳期和衰减期。
了解微生物的生长曲线有助于控制反应器的生产过程和提高产物质量。
二、生物发酵技术的应用1. 生物医药生物医药是利用生物反应器生产药品的一种方法。
通常，药品的活性物质是由微生物（如大肠杆菌、酵母等）产生的。
生物反应器在保证产品质量的同时，还可以提高产品的产量和提高生产效率。
众所周知，生物医药市场需求旺盛，很多公司通过生物发酵技术来生产药品。
例如，抗生素、维生素、激素等生物类药品都可以使用生物发酵技术进行生产。
2. 食品工业在酿酒、酱油、醋等食品生产中，生物发酵技术有着重要应用。
例如，在酿酒中，啤酒花先通过糖类分解产生醇类物质，然后再由酿酒酵母进行酵母。
在这个过程中，发酵条件、酵母的品种等都会影响最终的产品质量和口感。
3. 环境保护生物发酵技术可以用于环境污染处理。
新人教选择性必修三1-3 发酵工程及其应用
新人教选择性必修三同步检测题发酵工程及其应用一、选择题1．单细胞蛋白是通过下列哪种方法获得的()A．基因工程B．细胞工程C．发酵工程D．酶工程解析：选C微生物含有丰富的蛋白质，而且微生物生长繁殖速度快，可通过发酵获得大量微生物菌体，这种微生物菌体就叫单细胞蛋白。
2．基因工程培育的“工程菌”通过发酵工程生产的产品，不包括()A．生长激素释放抑制激素B．干扰素C．聚乙二醇D．重组乙肝疫苗解析：选C“工程菌”通过发酵工程生产的产品包括生长激素释放抑制激素、干扰素、重组乙肝疫苗等，聚乙二醇是诱导细胞融合的诱导剂，不是通过发酵工程生产的产品。
3．下列关于发酵的叙述，正确的是()A．发酵就是无氧呼吸B．发酵是指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程C．发酵就是只获得微生物的代谢产物D．发酵就是发酵工程解析：选B发酵包括有氧发酵和无氧发酵，A错误；发酵是指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程，B正确，可通过发酵获得大量的微生物菌体，即单细胞蛋白，用于生产微生物饲料，C错误；发酵有自然发酵和工业发酵，发酵工程指工业发酵，D错误。
4．下列有关微生物的叙述，错误的是()A．酶合成的调节增强了微生物对环境的适应能力B．在发酵工程中，可通过诱变育种、基因工程和细胞工程定向选育出性状优良的生产用菌种C．细菌在生态系统中可作为生产者、消费者和分解者D．在基因工程中可用大肠杆菌作受体细胞，通过发酵工程来大量生产人的胰岛素解析：选B酶合成的调节增强了微生物对环境的适应能力，A正确；诱变育种的原理是基因突变，突变具有不定向性，故不能通过诱变育种定向选育出性状优良的生产用菌种，B错误；细菌在生态系统中可作为生产者、消费者和分解者，如硝化细菌可作为生产者，某些致病菌可作为消费者，腐生细菌可作为分解者，C正确；基因工程中可用大肠杆菌作受体细胞，通过发酵工程来大量生产人的胰岛素，D正确。
高中生物《发酵工程及其应用》微课精讲+知识点+课件教案习题
↓重点知识：1.发酵工程:是根据生物学,化学和工程学的原理进行工业规划的经营和开发微生物,动植物细胞及其亚细胞组分,进而利用生物体所具有的功能元件来提供商品而服务于社会的一门综合性科学技术.2.发酵动力学:研究微生物生长,产物合成,底物消耗之间动态定量关系,定量描述微生物生长和产物形成的过程.3.生物反应过程特点：①发酵原料的选择和预处理②菌种的选育和扩大培养③微生物发酵和控制④产品的分离和纯化发酵工程知识点：1、菌种培育由于从自然界分离的菌种不一定能满足生产的要求，因此必须对菌种进行改造，如何改造培育优良菌种呢？第一，生产微生物直接合成的产物，即微生物的天然产品，如抗生素、氨基酸等，先从自然界分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法进行诱变育种，从中筛选出产量高的菌株用于生产。
例如生产用青霉菌的培育过程。
第二，生产微生物不能合成的产物，如人的生长激素、胰岛素等产品，则用细胞工程、基因工程对微生物的遗传特性进行定向的改造，构建工程菌来达到生产相应产品的目的。
例如单克隆抗体、白细胞介素—2、抗血友病因子的生产。
2、两次培养发酵工程的几个环节中有两次对微生物进行培养，第一次是对菌种的扩大培养，第二次是发酵生产产品过程时的培养。
它们有何区别呢？第一，两次培养的目的不同。
扩大培养是为了让菌种在短时间内快速繁殖，以便得到大量的菌种用于生产。
而发酵过程的培养是为了获得生物产品、单细胞蛋白或者是发酵产物。
第二，两次培养的条件不相同。
例如：酒精发酵，扩大培养要在有氧的条件下进行，让酵母菌进行有氧呼吸，获得的能量多，短时间内大量繁殖使自己在培养基中成为优势种群，发酵过程的培养要在厌氧的条件下进行才能产生酒精；又如谷氨酸发酵，谷氨酸棒状杆菌扩大培养要求C：N＝4：1，菌体大量繁殖，发酵过程的培养C：N＝3：1才能大量合成谷氨酸。
3、菌体生长规律研究微生物的生长规律是为发酵提供理论依据，是将少量的单一菌种接种到恒定容积的液体培养基中，在适宜条件下培养并定期取样测定菌体的群体生长规律，由于营养物质有限，菌体生长有调整期、对数期、稳定期、衰亡期四个阶段。
人教版高中生物选择性必修第3册 第1章 第3节 发酵工程及其应用
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生物学 选择性必修3 配人教版
第1章 发酵工程
(2)生产各种各样的_食__品__添__加__剂___。食品添加剂不仅可以增加食品的 营 养 ， 改 善 食 品 的 ___口__味__、__色__泽__和__品__质____ ， 有 时 还 可 以 延 长 食 品 的 __保__存__期_____。
3．在农牧业上的应用 (1)生产__微__生__物__肥__料_____。 (2)生产__微__生__物__农__药_____。 (3)生产__微__生__物__饲__料_____。
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第1章 发酵工程
微思考 单细胞蛋白是蛋白质吗？有哪些方面的应用？
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第1章 发酵工程
【解析】发酵工程在食品工业上的应用包括生产传统的发酵产品、 生产各种各样的食品添加剂、生产酶制剂等，A、B、C正确；生产抗生 素、氨基酸和免疫抑制剂等属于发酵工程在医药工业上的应用，D错 误。
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高中生物选择性必修三 1 3 发酵工程及其应用(导学案)
第一章第3节发酵工程及其应用班级：姓名：【学习目标】1.建构发酵工程的概念2.概述发酵工程的基本环节，举例说明发酵工程的应用3.提升对发酵工程基本环节的认识，发展工程思维，认同发酵工程为人类提供了多样的生物产品4.关注发酵工程在食品、医药、农牧业的应用，倡导健康、安全的生活和生产【重点难点】阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能，工业化生产人类所需产品预习案一、发酵工程的基本环节1.发酵工程的形成过程：随着人们对的认识，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2.发酵工程的基本环节：发酵工程一般包括，扩大培养，、，接种，，等方面（1）选育菌种：性状优良的菌种可以从中筛选出来，也可以通过或获得。
（2）扩大培养：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，因此在发酵之前还需要对菌种进行。
（3）配制培养基：在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。
培养基的配方要经过才能确定。
（4）灭菌：发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。
一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。
因此，和都必须经过严格的灭菌。
（5）接种（6）发酵罐内发酵：这是发酵工程的。
在发酵过程中，要随时检测培养液中的、等，以了解发酵进程。
还要及时添加必需的，要严格控制、和溶解氧等发酵条件。
大型发酵罐有计算机控制系统，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。
（7）分离、提纯产物：如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用等方法将菌体分离和干燥得到产品。
如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的措施来获得产品。
二、发酵工程的应用1．在食品工业上的应用(1) ，如酱油、各种酒类。
(2) ，如通过发酵制得的柠檬酸，由发酵生产味精。
(3) ，如α淀粉酶、β淀粉酶、脂肪酶等。
2．在医药工业上的应用工程、工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲动力。
【高中生物】发酵工程及其应用课件 2022-2023学年高二下学期生物人教版选择性必修3
生产酶制剂，如淀粉酶、果胶酶等。
添加剂类型 酸度调节剂
增味剂 着色剂 增稠剂 防腐剂
举例 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸 5'-肌苷酸二钠、谷氨酸钠 β-胡萝卜素、红曲黄色素 黄原胶、β-环状糊精、结冷胶 乳酸链球菌素、溶菌酶
活动2 思考·讨论
我国是世界上啤酒的生产和消费大国。啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的，其 工业化生产流程如下图所示。其中发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。酵母菌的繁殖、 大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成。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。 发酵的温度和发酵的时间随啤酒品种和口味要求的不同而有所差异。
1.2 发酵工程的应用
在农牧业上的应用
生产微生物肥料 生产微生物农药 生产微生物饲料
微生物肥料利用了微生物在代谢过程中产生 的 有机酸、 生物活性物质 等来增进土壤肥力， 改良土壤结构，促进植株生长。
利用根瘤菌和固氮菌生产的根 瘤菌肥、固氮菌肥
1.2 发酵工程的应用
在农牧业上的应用
生产微生物肥料 生产微生物农药 生产微生物饲料
导练
1.(2022·福建三明高二期末)下列关于发酵工程的叙述，正确的是 A.筛选出高产柠檬酸的黑曲霉菌种后可直接接种到发酵罐中进行发酵生产
√B.确定菌种之后，才能选择原料配制培养基
C.分离、提纯产物是发酵工程的中心环节 D.如果发酵产品是代谢物，可采用过滤、沉淀等方法加以分离
解析 筛选出能高产柠檬酸的黑曲霉菌种后还需要进一步扩大培养才能接种到发酵 罐中进行发酵生产，A错误； 发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节，C错误； 发酵工程生产的产品如果是代谢产物，可用萃取、蒸馏、离子交换等方法进行提取， D错误。
微生物发酵技术及其在生物化学工程中的应用
微生物发酵技术及其在生物化学工程中的应用一、微生物发酵技术的概述微生物发酵技术是一种利用微生物代谢功能生产工业化合物的方法，被广泛应用于食品、医药、化工等领域。
在微生物发酵过程中，微生物利用特定的底物通过代谢反应生产出目标产品。
发酵过程需要考虑微生物的生长条件、营养需求、气体、温度、pH 等因素的控制。
二、微生物发酵技术的分类1. 传统发酵技术：传统发酵技术主要是利用自然界存在的微生物通过发酵产生工业化合物，如酵母菌产生的酒精、葡萄糖、乳酸等。
2. 细胞培养技术：细胞培养技术是通过培养和维护特定的细胞系，利用细胞代谢功能产生目标产品。
应用广泛，包括单克隆抗体、疫苗、人类生长激素等。
3. 重组DNA技术：重组DNA技术利用基因工程技术将目标基因导入微生物中，使其具有产生特定蛋白质的能力。
应用广泛，包括人胰岛素、赖氨酸、天然酶等。
三、微生物发酵技术在生物化学工程中的应用1. 食品工业：微生物发酵技术被广泛应用于食品工业中，制造酸奶、醋、豆瓣酱等日常生活必需品。
此外，微生物发酵技术也可以被应用到生产高端的乳清蛋白、麦芽糖等。
2. 医药工业：微生物发酵技术被广泛应用于医药工业中，如生产抗生素、蛋白质药物、基因工程药物等。
微生物发酵技术不仅能提高产量，还能保证产品的纯度和有效性。
3. 化工工业：微生物发酵技术被广泛应用于化工工业中，如生产生物柴油、生物塑料、生物润滑油等。
微生物发酵技术可以代替传统的化工合成，具有绿色环保、可持续性等优势。
4. 生物燃料工业：生物燃料工业是利用微生物发酵技术生产生物燃料，包括生物柴油、生物乙醇等。
微生物发酵技术不仅能够降低能源消耗和环境污染，还能利用再生资源实现可持续发展。
四、微生物发酵技术的前景和挑战微生物发酵技术在未来仍具有广阔的发展前景，特别是在”绿色经济”的发展趋势下，微生物发酵技术将成为替代传统合成化学的主流技术。
然而，微生物发酵技术的应用面临一些挑战，如微生物基因的安全性、发酵条件的控制等。
2024-2025学年新教材高中生物第1章发酵工程第3节发酵工程及其应用教案新人教版选择性必修3
1.软硬件资源：实验室设备、发酵设备、显微镜、试管、培养皿、试剂等。
2.课程平台：多媒体教学设备、投影仪、计算机等。
3.信息化资源：教学PPT、视频材料、在线课程、学术文章等。
4.教学手段：实验教学、案例分析、小组讨论、问题解决、互动式教学等。
教学流程
一、导入新课（用时5分钟）
同学们，今天我们将要学习的是《发酵工程》这一章节。在开始之前，我想先问大家一个问题：“你们在日常生活中是否遇到过发酵的情况？”（举例说明）这个问题与我们将要学习的内容密切相关。通过这个问题，我希望能够引起大家的兴趣和好奇心，让我们一同探索发酵工程的奥秘。
此外，学生还可以进行以下拓展活动：
-参观发酵工程相关的企业或实验室，了解发酵工程的实际应用和最新发展。
-参与发酵工程相关的学术讲座或研讨会，与专业人士交流并了解行业动态。
-结合课堂所学，设计一个简单的发酵实验，并撰写实验报告。
教学反思
今天的课程内容是关于发酵工程及其应用的，我尝试采用多种教学方法和资源，以促进学生的积极参与和深入理解。通过理论介绍、案例分析、实验操作和小组讨论等多种教学活动，我希望学生能够全面理解和掌握发酵工程的相关知识。
2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：学生对于生物技术类的课程普遍感兴趣，尤其是那些与实际应用相关的知识。在学习能力方面，学生具备一定的实验操作能力和问题解决能力。在学习风格上，学生喜欢通过实验、案例分析等方式进行学习，希望能够亲身参与和实践。
3.学生可能遇到的困难和挑战：在理解发酵工程的复杂过程和原理时，学生可能会遇到一些困难。此外，对于发酵设备的理解和应用也可能是一个挑战。学生可能需要通过实际的实验操作和案例分析来更好地理解和掌握这些知识。同时，学生可能需要进一步培养批判性思维和问题解决能力，以便能够灵活运用所学知识解决实际问题。
1-3 发酵工程及其应用(教学课件)——高中生物人教版(2019) 选择性必修3
A.发酵工程生产条件温和、原料来源广泛、产物混杂 B.发酵工程中，黑曲霉可用来制作酱油和柠檬酸 C.酶制剂可以通过动植物产生，也可通过发酵工程产生 D.发酵工程可将一些极端微生物用于生产实践
酒精在醋酸菌的作用下被氧化产生乙醛，最后变为醋酸。
3.与传统的手工发酵相比，在上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。
练习
【例1】下列关于发酵工程的叙述，错误的是（ C ）
A.发酵技术需要运用微生物的纯培养技术 B.发酵工程使用的培养基和发酵设备都需要严格灭菌 C.发酵工程的中心环节是菌种的选育 D.发酵产品可能是微生物细胞本身或代谢物
别
产品处理
分离和提纯产物的方法较多。最后 需要进行质量检查
不是无菌操作，容易受到杂菌污染 ，对发酵条件不能严格控制，易受 外界条件影响
不会再对产物进行分离和提纯处理 ，或仅采用简单沉淀、过滤等方法 来分离和提纯产物。
生产规模 和产品
生产规模大，实现了工业化生产。 原料来源丰富，成本低，产物多样 ，产量高
降。度因、此p，H培、养溶基在解和氧生发、产酵罐实设冷压践却、夹中层 ，
分离、提温 控度 制传 装备感 置器都和通养必气等须量进经行、过严监搅格测拌培要的和、养经灭控泡基过菌制沫的反。搅生；和发拌物复配酵叶传营还液试方轮感器装置
纯产物 冷 入却 口在水进青可霉以素进生行产反过馈验程控才中能制如确，果定有使。发
食品
食品添加剂 酶制剂
柠檬酸（黑曲霉）、谷氨酸（谷氨酸棒状杆菌） 淀粉酶、果胶酶、脂肪酶和氨基肽酶等
医药
生长激素释放抑制激素、青霉素、乙型肝炎疫苗
2021_2022学年新教材高中生物第1章发酵工程3发酵工程及其应用课件新人教版选择性必修第三册
养__基___ 确定
灭菌 接种
发酵工程中所用的菌种大多是单__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 扩大培养的菌种和灭菌后的_培__养__基___加入发酵罐 中。
发环__节____。在发酵过程中，要随时 检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解 __发__酵__进__程____。还要及时添加必需的营养组分，要 严格控制温度、pH 和溶解氧等发酵条件。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___________________________。 现代发酵工程使用的大型发酵罐均有计算机控制系
答案：B
2．发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如下 图所示。结合赖氨酸或谷氨酸的生产实际，回答相关问题。
(1)图中①表示的育种方法是___诱__变__育__种___。 (2) 人 工 控 制 微 生 物 代 谢 的 措 施 包 括 _改__变__微__生___物__遗__传__特__性_ 和__控__制__生__产__过___程__中__的__各__种__条__件___。 (3)在赖氨酸或谷氨酸发酵过程中，产物源源不断地产生， 这说明该生产采用了_连__续__培__养 ___的发酵方式。在生产过程中，常 需增加通氧量，因此判断赖氨酸或谷氨酸发酵菌种为__好__氧____ 菌。
4．微生物肥料使作物增产的原理是什么？ 提示：微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物质能 增进土壤肥力、改良土壤结构，促进植物生长。
2．由于微生物发酵是多达数十步甚至数百步的生物化学反 应，其过程远比化学反应过程复杂，往往环境条件的微小变化， 就会对微生物的生产能力产生明显影响。所以，为了控制整个发 酵过程，必须了解微生物在发酵过程中的代谢变化规律，这是通 过各种检测方法，测定各种发酵参数如细胞浓度、碳源、氮源等 物质的消耗、产物浓度等随时间变化的情况，以便能够控制发酵 过程，使生产菌种的生产能力得到充分发挥。
微生物学中的发酵技术及其应用
微生物学中的发酵技术及其应用发酵技术是指利用微生物在一定的环境条件下进行代谢反应的过程，经过这个过程可以生产出大量的有用物质。
这些物质包括食品、药品、化学品等等。
发酵技术主要利用了微生物生长和代谢过程中的产物，利用这些产物来实现有益的生产。
在微生物学中，发酵技术是一个非常重要的学科领域，它在现代化工、医药、食品行业等领域中都有广泛的应用。
一、发酵技术的基础发酵技术的基础在于微生物的生长和代谢。
微生物在一定的环境条件下能够进行生长和繁殖，随着生长过程的进行，微生物所代谢生产的物质也在不断地增加。
发酵技术主要是利用微生物在繁殖和代谢过程中所产生的酸、酒精、乳酸、酱油等有用物质来进行生产。
二、发酵技术的种类发酵技术包括了不少的种类，不同的发酵技术可以生产出不同的有用物质。
在微生物学中，常见的发酵技术包括了以下几种：1. 酵母发酵：酵母发酵是利用酿酒酵母进行发酵制造啤酒、葡萄酒等饮品。
2. 乳酸菌发酵：乳酸菌发酵是利用乳酸菌进行发酵生产乳酸，这种发酵技术可以用在酸奶制品、腌菜、酱油等食品的生产中。
3. 醋酸菌发酵：醋酸菌发酵是利用醋酸菌进行发酵制造醋，在饮食中有着广泛的应用。
4. 有机酸发酵：有机酸发酵是利用微生物在代谢过程中产生的有机酸，比如琥珀酸、丙酮酸等有机酸制造食品添加剂、工业化学品等产品。
三、发酵技术的应用发酵技术在现代工业中的应用越来越广泛。
下面我们就来看一下发酵技术在不同领域中的应用：1. 食品工业：乳品生产、葡萄酒、啤酒、酱油、生菜等食品的发酵技术是食品工业中应用最广泛的领域。
2. 医药工业：发酵技术在医药工业中有着广泛的应用，它可以制造出很多种药物，例如：生物合成药物、细胞培养等药物。
3. 化工工业：发酵技术不仅在食品工业和医药工业中有广泛的应用，它也在化工工业中有不小的发挥。
微生物可以生产出一些化学品，如酒精、醋酸、丙酮酸等，这些产物都可以被用来制造其他化学品。
四、发酵技术的发展趋势发酵技术的发展趋势是向着生态、安全、高效的方向发展。
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和维生素发酵工业相继诞生。
6． 20世纪70年代以后：有特殊生产能力的基因工程菌发酵产 生长激素 等。 生_______ 胰岛素 、_________
[思维激活1]
提示 酵。
微生物发酵一定是在无氧条件下进行的吗？
不是。微生物发酵有的是无氧发酵，有的是有氧发
发酵工业大致经历的时期 (1)原始发展时期 人类有意无意地利用微生物已经有几千年的历史，在长期的
发酵工程在食品工业上的应用 发酵工程在食品工业上的应用十分广泛，主要包括以下三 方面。
(1)生产传统的发酵产品：如啤酒、果酒、白酒和食醋
等，使产品的产量和品质得到明显的提高，特别是酒精饮 料，是食品发酵工业中产量最大的一类产品。乳制品是仅
__ 酸。
3． 发酵过程 诱变 育种、_________ 基因工程 (1)选育菌种：可采用自然界选种、_____ 育种等。 碳源、氮源、 (2)配制培养基：根据微生物的营养需要提供____ ________、无机盐和水。 生长因子 (3)灭菌：培养基和发酵设备均需严格灭菌。 (4)扩大培养和接种：大规模生产中需要使_____ 菌种 达到一定
(2)扩大培养
生产用菌种 接入 ――→种子培养罐 （或种子） 足够菌种
(3)配制培养基
在菌种确定之后，要根据培养基的配制原则，选择原料制备培养
基。培养基中应包含微生物需要的营养物质如碳源、氮源、生长 因子、无机盐和水等。 配制培养基的原则：目的明确、营养物质协调、pH值适宜。如 培养基中C/N比影响代谢：C/N＝4时，细菌繁殖较快；真菌在 C/N＝10时，生长较快。谷氨酸发酵生产时，C/N＝4时，菌体繁 殖快、产物少；C/N＝3时，菌体繁殖慢、产物多。细菌适宜 pH≈4.5～6.0。 (4)灭菌 现代发酵工业绝大多数采用单一菌种发酵，培养基和发酵设备都 必须经过严格的灭菌，并进行无菌操作，一般采用高压蒸汽灭菌
2． 影响发酵的因素 (1)菌种 发酵是利用微生物来生产产品，因此菌种至关重要。现在
工业上用于生产青霉素的微生物主要是青霉菌，生产味精
的微生物是谷氨酸棒状杆菌，生产柠檬酸的微生物主要是 黑曲霉。这是因为每一种微生物的代谢特征不同，它们产
生特定产物的能力也不同。为了利用发酵生产所需的产
物，不是随便拿来一个菌种就行。直接从自然界分离到的 微生物不一定具有生产特定产物的能力，须在实验室里对 几百株、数千株微生物进行筛选。
培养基
B．根据微生物需要生长因子的种类，在培养基中增减不 同的生长因子
C．根据微生物遗传组成的差异，在培养基中加入不同比
例的核酸 D．根据微生物对抗析
微生物生长所必需的营养物质有碳源、氮源、无机
盐、水和生长因子，不同微生物对营养物质的要求不同 (水除外)，可以根据微生物的生长对碳源、氮源、无机盐
生产实践中，积累了丰富经验。最初可能是人类发现储存水
果会自然发酵变酒，而逐渐形成酿酒技术。相传，在埃及和 中亚两河流域，在公元前40世纪至公元前30世纪已开始酿
酒。我国利用微生物进行谷物酒类发酵，至少是在四千年前
的龙山文化时期。在夏禹时期已有了关于仪侠酿旨酒，夏少 康(即杜康)造秫酒的记载。随着社会的发展，又出现制酱和酱 油、醋、泡菜、奶酒、干酪技术和面团发酵。
酵母 引起的。 是由活的_____ 酶在酵母发酵中的作 2． 1897年，德国的毕希纳进一步发现了__ 用。 3． 20世纪30年代传统发酵工业生产的新产品：酒精、乳酸、 面包酵母 ________、丙酮、丁醇、柠檬酸、淀粉酶 ______和______ 蛋白酶等。
4． 20世纪40年代大规模生产_______ 青霉素 、链霉素、金霉素、土 霉素等，抗生素工业兴起。 氨基酸 发酵工业、酶制剂工业、多糖 5． 20世纪50年代起： _______
发酵生产过程探秘
1．发酵 微生物 在适宜的条件下，将原料经过特定的________ 是利用_______ 代谢途径 转化为人类所需要的产物的过程。 2．原理 不同的微生物具有产生不同_________ 代谢产物 的能力。例如：谷氨酸
棒状杆菌发酵可以生产____ 味精，黄色短杆菌发酵可以生产_____ 赖氨
第1节 微生物发酵及其应用
课程标准 举例说出发酵与食品生产。 课标解读 1．说出微生物发酵生产的基本过程。 2．举例说出微生物发酵与食品生产的关系。
3．参与有关微生物发酵的调查活动。
4．通过发酵工程发展的历史，体验科学、技术、社会三 者间的紧密联系和互动。
发酵工程史话
1． 1857年，法国微生物学家巴斯德通过实验证明，酒精发酵
法。
(5)接种 将多次扩大培养后的菌种接入工业发酵罐中，菌种的体积与发酵 罐的体积比约为1∶10。 (6)发酵罐内发酵 发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等， 以了解发酵进程。还要及时添加必需的营养组分，以满足微生物 的营养需求。同时，要严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条 件。这是因为环境条件的变化，不仅会影响微生物的生长繁殖， 而且会影响微生物代谢产物的形成。 (7)分离、提纯产物 将发酵液中的发酵产物进行分离纯化，是制取发酵产品不可缺少 的阶段。产品不同，分离提纯的方法也不同。如果发酵产品是微 生物细胞本身，可在发酵之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分 离，干燥即可得到产品。如果产品是代谢产物，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。
发酵能力的物质称为酶。从而人们才开始了解发酵现象的 本质。
从19世纪末到20世纪30年代，随着人们对微生物世界认识的不断
深入和发展，利用微生物生产的新产品不断出现，例如，酒精、
乳酸、面包酵母、丙酮、丁醇、柠檬酸、淀粉酶和蛋白酶等。这 些产品的生产，采用开放式的发酵方式，生产过程较为简单，对 生产设备要求不高，规模一般不大，因此被称为传统发酵工业。 (3)现代发酵工业时期
(4)温度对微生物生长的影响 温度主要是通过影响微生物细胞内生物大分子的活性来影响微生 物的生命活动。一方面，随着温度的升高，细胞内的酶反应速度 加快；另一方面，随着温度的进一步升高，生物活性物质(蛋白
质，核酸等)发生变性，细胞功能下降，甚至死亡。所以，每种微
生物都有最适生长温度。 (5)pH对微生物生长的影响 培养基的pH对微生物生长的影响主要是引起细胞膜电荷变化，以 及影响营养物离子化程度，从而影响微生物对营养物的吸收；pH
适应于偏酸性环境。 (6)溶氧的影响 工业上大部分为好氧发酵，如抗生素、氨基酸、维生素、 多糖、有机酸(细胞发酵生产乳酸例外)等发酵均需要往发
酵液中通入无菌空气，以满足微生物生长代谢过程对氧的
需求；而酒精、丙酮、丁醇和乳酸的细菌发酵为厌氧发 酵，发酵过程不需要氧。
【巩固3】 发酵工程的第一重要工作是选择优良的单一纯种， 消灭杂菌，获得纯种的方法不包括 ( )。 A．根据微生物对碳源需求的差别，使用含有不同碳源的
m3)；技术发展速度快。因此，菌种的生产能力大幅度提
高，新产品、新技术、新设备的应用达到前所未有的程 度。
(4)生物技术产业时代
现在人们可以将源于动物或植物，甚至源于人的基因转移到 诸如大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌等微生物中，获得具有特
殊生产能力的基因工程菌。由于基因表达的产物均为蛋白
质，因此在工业上利用基因工程菌大规模生产的产品，主要 是用于治疗各种疾病的药物，又称为基因工程药物(如人胰岛 素、人干扰素、人生长激素等，大约有40多种)，同样也可以 用于不同目的的酶(比如用于将葡萄糖转化为高果糖糖浆的葡
这个时期，发酵技术原始，顶多是家庭小制作，技术进步 缓慢，完全是经验式的。在几千年的文明史中，人们只知 道这样做可以得到所需的东西，并不知道其中的原理。
(2)传统发酵工业时期
1857年法国微生物学家巴斯德通过实验证明了酒精发酵是 由活的酵母引起的。1897年德国的毕希纳进一步发现，即
使将酵母磨碎，仍然能使糖发酵形成酒精，他将这种具有
数量，将菌种接种到培养基上，接种时防止杂菌污染。
(5)发酵罐内发酵：要随时检测发酵进程，要及时满足菌种 营养 需求，还要严格控制_____ 温度 、pH、_______ 溶解氧 等发酵 的_____ 条件。
(6)分离、提纯产物：如果产品是菌体，可采用_____ 过滤 、沉 代谢产物，可采用提取、____ 分离和纯 淀等方法；如果产品是________
(2)纯种发酵与灭菌
现代发酵工业绝大多数采用纯种发酵，可以保证高产及生产过 程和产品质量的稳定。污染是发酵工业的大敌，它会使发酵失 败，造成巨大损失。因此，灭菌和无菌操作成为发酵工业的重 要环节。
(3)发酵培养基
现在大规模工业发酵产品的生产，多采用液体培养基进行深层 发酵。使用的培养基必须满足微生物细胞生长、繁殖的需要， 因为没有大量的细胞就不可能产生大量的产物；但是细胞的过 分生长会消耗大量的营养物，有时又会影响细胞的生产能力， 会使产物的产量和产率下降。使用的培养基还必须有利于微生 物大量合成产物。因此，培养基的组成十分关键。
化措施来获得产品。
[思维激活2] 利用酵母菌发酵生产酒精时，应如何控制氧气 条件？ 提示 先通空气，后密封。
好氧微生物发酵生产的流程图及其分析说明 1．
(1)选育菌种 根据微生物遗传变异的特点，人们在生产实践中已经试验 出一套行之有效的微生物育种方法。主要包括自然选育、 诱变育种、杂交育种、原生质体融合、基因工程等。
20世纪50年代的氨基酸发酵工业，60年代的酶制剂工业， 70年代的多糖、维生素发酵工业，70年代以后生物大分子 发酵技术相继诞生。这个时期生产技术要求高(由于多为
好氧纯种发酵，需要通入无菌空气和保持无菌条件)；生
产规模大(用于青霉素生产的搅拌通气发酵罐的体积达到 500 m3，单细胞蛋白生产用的气升式发酵罐已达到2 000
萄糖异构酶，用于生产青霉素母核的青霉素酰化酶，用在洗
衣粉中的碱性蛋白酶等等)。除了利用基因工程开发新的产品 外，利用基因工程对传统发酵和现代发酵工业上使用的菌种 进行改造，也获得了巨大成功。