25-26学年生物(人教版)选择性必修第三册课件：1.3 发酵工程及其应用

第3节发酵工程及其应用第1章发酵工程1.掌握发酵工程的基本环节。2.理解发酵工程在农业、食品工业、医药工业及其他工业生产上有重要的应用价值。学习目标1.发酵工程的基本环节品质诱变育种基因工程溶解氧监测控制反馈产物浓度溶解氧过滤干燥纯化2.发酵罐温度进入口排气管排出口空气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a.以

为主要原料，利用产生

的霉菌生产酱油。b.以谷物或

等为原料，利用酿酒酵母发酵生产各种酒类。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

，改善食品的

、色泽和品质，有时还可以延长食品的

。a.柠檬酸可以通过

的发酵制得。大豆蛋白酶水果营养口味保存期黑曲霉b.由

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。③生产酶制剂常用酶制剂有α-淀粉酶、

、果胶酶、

和脂肪酶等。目前，已有50多种酶制剂成功用于食品的直接生产、改进

、简化生产过程、改善产品的

和口味、延长食品储存期和提高产品

等方面。谷氨酸棒状杆菌β-淀粉酶氨基肽酶生产工艺品质产量(2)在医药工业上的应用①发酵工程可以生产抗生素、

、激素和

等。②基因工程、

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。③应用实例a.生长激素释放抑制激素最初从

中提取，远远不能满足需要，利用经过

改造的微生物进行发酵生产，产量大幅提升，价格降为原来的几百分之一。b.将乙型肝炎病毒的抗原基因转入

，再通过发酵生产乙型肝炎疫苗。c.未来甚至还可能用微生物来生产过去只能从植物中分离提取的

、

等化合物。多种氨基酸免疫调节剂蛋白质羊脑基因酵母菌紫杉醇青蒿素前体(3)在农牧业上的应用①生产微生物肥料a.作用：利用微生物在代谢过程中产生的

、

等来增进土壤肥力，改良土壤

，促进植株生长。有的微生物肥料还可以抑制土壤中

的生长，从而减少病害的发生。b.类型：常见的有

肥和

肥等。②生产微生物农药a.原理：微生物农药利用微生物或

来防治病虫害。b.实例：苏云金杆菌可以用来防治

多种农林虫害；利用

可以防治玉米螟、松毛虫等虫害；一种放线菌产生的抗生素——

可以用于防治水稻纹枯病。有机酸生物活性物质结构病原微生物根瘤菌固氮菌其代谢物80白僵菌井冈霉素③生产微生物饲料a.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

。b.在青贮饲料中添加乳酸菌，可以提高饲料的品质，使饲料

，动物食用后还能提高

。(4)在其他方面的应用①利用纤维废料发酵生产酒精、

等能源物质。②极端微生物的利用，如

、

可以用来生产洗涤剂，

有助于提高热敏性产品的产量。菌体保鲜免疫力乙烯嗜热菌嗜盐菌嗜低温菌(1)发酵工程的中心环节是对微生物细胞本身或其代谢物进行分离、提纯(

)(2)现代发酵工程中所用的菌种大多是复合菌种以提高生产效率(

)提示发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节。×提示发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。×(3)发酵工程生产条件温和、原料来源丰富，但废弃物对环境污染很大，不易处理(

)×提示发酵工程生产条件温和、原料来源丰富，且废弃物对环境污染小，容易处理。提示生产柠檬酸需要筛选产酸量高的黑曲霉，而不是乳酸菌。(4)生产柠檬酸需要筛选产酸量高的乳酸菌(

)×(5)单细胞蛋白是通过发酵产生的大量的微生物分泌蛋白(

)提示单细胞蛋白是通过发酵获得的大量微生物菌体。×任务：发酵工程基本环节分析及应用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的因素：能在低成本的

上生长，且大量高效地合成产物；发酵条件如

、

、

等易控制；遗传性能稳定；抗噬菌体及杂菌污染能力强等。2.需要控制发酵条件的原因：环境条件不仅会影响

，而且会影响

。3.从菌种角度分析，与传统发酵技术相比，发酵工程的优点是_________

。探究核心知识培养基温度pH溶解氧微生物的生长繁殖微生物代谢物的形成菌种大多为单一菌种4.在产物分离和提纯方面，与传统发酵技术相比，发酵工程的改进之处：传统发酵技术获得的产物一般不是单一组分，而是

，很多时候不会再对产物进行分离和提纯处理。在发酵工程中，如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用

等方法将菌体从发酵液中分离出来。如果产品是代谢物，可采用___________

等方法进行提取。成分复杂的混合物过滤、沉淀蒸馏、萃取、离子交换5.在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等

(填“能”或“不能”)直接排放到外界环境中，因为________________________________

。6.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？提示菌种的选育、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。不能发酵过程可能产生一些有害物质，会污染环境核心归纳啤酒的工业化生产流程其中酵母菌的繁殖、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，才能形成澄清、成熟的啤酒。1.(2024·山东，14)在发酵过程中，多个黑曲霉菌体常聚集成团形成菌球体，菌球体大小仅由菌体数量决定。黑曲霉利用糖类发酵产生柠檬酸时需要充足的氧。菌体内铵离子浓度升高时，可解除柠檬酸对其合成途径的反馈抑制。下列说法错误的是A.相同菌体密度下，菌球体越大柠檬酸产生速率越慢B.发酵中期添加一定量的硫酸铵可提高柠檬酸产量C.发酵过程中pH下降可抑制大部分细菌的生长D.发酵结束后，将过滤所得的固体物质进行干燥即可获得柠檬酸产品落实思维方法√黑曲霉利用糖类发酵产生柠檬酸时需要充足的氧，相同菌体密度下，菌球体越大越不利于菌体与氧气接触，则柠檬酸产生速率越慢，A正确；菌体内铵离子浓度升高时，可解除柠檬酸对其合成途径的反馈抑制，发酵中期添加一定量的硫酸铵，提高了铵离子浓度，可提高柠檬酸产量，B正确；发酵过程中pH下降会导致细菌生命活动所必需的酶失活，可抑制大部分细菌的生长，C正确；发酵结束后，过滤得到的固体物质是菌体，而柠檬酸为其代谢物，需经过提取、分离和纯化等措施获得，D错误。2.(2024·江西，11)井冈霉素是我国科学家发现的一种氨基寡糖类抗生素，它由吸水链霉菌井冈变种(JGs，一种放线菌，菌体呈丝状生长)发酵而来，在水稻病害防治等领域中得到广泛应用。下列关于JGs发酵生产井冈霉素的叙述，正确的是A.JGs可发酵生产井冈霉素，因为它含有能够编码井冈霉素的基因B.JGs接入发酵罐前需要扩大培养，该过程不影响井冈霉素的产量C.提高JGs发酵培养基中营养物质的浓度，会提高井冈霉素的产量D.稀释涂布平板法不宜用于监控JGs发酵过程中活细胞数量的变化√基因表达的产物是蛋白质，而井冈霉素是JGs发酵生产的一种氨基寡糖类抗生素，因此推测JGs含有能够编码合成井冈霉素相关酶的基因，A错误；JGs接入发酵罐前需要扩大培养，该过程会增加JGs的数量，进而影响井冈霉素的产量，使井冈霉素的产量得到提高，B错误；在一定范围内提高JGs发酵培养基中营养物质的浓度，会提高井冈霉素的产量，但若浓度过大，反而会降低井冈霉素的产量，C错误；根据题意可知，JGs菌体呈丝状生长，所以形成的菌落难以区分，因此稀释涂布平板法不宜用于监控JGs发酵过程中活细胞数量的变化，D正确。网络构建课时对点练题号12345678答案CBBADBDC题号9101112答案DDDB对一对答案1234567891011121314(1)碳源、氮源液体增加菌种数量(或增加菌种浓度)

(2)BCD

(3)生物素合成缺陷型细菌的细胞膜对谷氨酸的通透性增加，能使细胞产生的谷氨酸迅速排放到细胞外，从而解除谷氨酸对谷氨酸脱氢酶活性的抑制，提高谷氨酸的产量答案123456789101112131413.(1)加热杀死大麦种子胚有利于淀粉酶与淀粉充分接触，

提升反应速率(2)发酵罐内发酵防止接种时酵母菌被杀死(3)③④

⑤防止酵母菌无氧呼吸产生的CO2气体使发酵罐中的液体培养基溢出，防止罐体气压过高引起爆裂答案123456789101112131414.题组一发酵工程的基本环节1.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1234567891011121314答案√1234567891011121314答案发酵工程的基本环节包括菌种选育，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，其中发酵是发酵工程的中心环节，A错误；发酵过程中应随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，同时应对发酵过程中的一些条件进行控制才能保证发酵的正常进行，B错误；在发酵工程的发酵环节中，发酵条件不仅影响微生物的生长繁殖，也会影响微生物的代谢途径，D错误。1234567891011121314答案2.(2025·长沙高二期末)谷氨酸棒状杆菌的发酵过程中会生成大量的谷氨酸，谷氨酸经加工可制成味精，如图是利用玉米淀粉作为材料制备谷氨酸的流程图。下列叙述错误的是A.谷氨酸棒状杆菌与醋酸菌的代谢

类型相同B.发酵液pH呈碱性时，谷氨酸棒状

杆菌易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺C.谷氨酸棒状杆菌培养时搅拌可以增加溶解氧、促进营养物质与菌体接触D.在发酵罐内发酵需要严格控制溶解氧、温度和pH等条件√1234567891011121314答案谷氨酸棒状杆菌在中性和弱碱性条件下会积累谷氨酸，在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺，B错误。3.下列有关发酵工程基本环节的叙述中，不合理的是A.由于工业发酵罐所需接入的菌种总体积一般都比较大，所以，在发酵

之前还需要对菌种进行扩大培养B.在菌种确定之前，要先制备好培养基C.发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种D.如果发酵产品是代谢物，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1234567891011121314答案√培养基要在菌种确定之后，再选择原料制备。而且在生产实践中，培养基的配方要经过反复试验才能确定。1234567891011121314答案4.(2024·延安高二期中)发酵工程可实现发酵产品的大规模生产，如图为发酵工程的基本环节，下列相关叙述正确的是1234567891011121314答案A.①②可以是诱变育种或基因工程育种B.开始发酵后就不能再往发酵罐内添加营养物质，避免杂菌污染C.产物浓度的检测必须在发酵结束后进行D.发酵条件为室温和近中性的pH等√1234567891011121314答案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成分，同时要严格控制发酵条件，B、C错误；不同微生物的最适温度和pH有所不同，因此不同发酵过程需控制的温度和pH也有所不同，D错误。题组二发酵工程的应用5.(2025·济宁高二月考)参与酱油酿造过程的微生物主要有米曲霉、酵母菌和乳酸菌等，在众多微生物及其酶系的作用下，分解大豆、小麦中的蛋白质、脂肪等有机物，最终形成具有特殊色泽和良好风味的酱油。如图表示酱油发酵过程中主要微生物的数量变化。下列叙述错误的是1234567891011121314答案A.米曲霉产生的蛋白酶能将蛋白质分解成小分子

多肽及氨基酸B.在发酵初期乳酸菌含量较高，能抑制部分有害

微生物的生长C.某些代谢产物的抑制作用是后期酵母菌数量下降的原因之一D.发酵工程与传统发酵技术最大的区别就是前者可以利用微生物来进行发酵√1234567891011121314答案发酵工程与传统发酵技术都需要利用微生物来进行发酵，而发酵工程通常利用单一菌种来进行发酵，D错误。6.(2024·绵阳高二检测)下列关于发酵工程在食品工业上的应用的叙述，错误的是A.生产传统发酵产品，如利用产生蛋白酶的霉菌酿造酱油B.生产各种各样的食品添加剂，可以改善食品的口味，但不能增加食品的

营养C.生产食品酸度调节剂，如柠檬酸可以通过黑曲霉的发酵制得D.生产酶制剂，少数酶制剂由动植物生产，绝大多数通过发酵工程生产1234567891011121314答案√食品添加剂不仅可以改善食品的口味，还能增加食品的营养，B错误。7.近年来，在农牧业生产上，微生物肥料、微生物农药和微生物饲料得到广泛应用。下列相关叙述错误的是A.微生物肥料是利用微生物代谢产生的有机酸、生物活性物质等发挥作用B.微生物农药是利用微生物或其代谢物来防治病虫害的C.微生物饲料主要是利用微生物大量繁殖产生的高蛋白菌体来生产的D.通过发酵工程从微生物细胞中提取的单细胞蛋白，可制成微生物饲料1234567891011121314答案单细胞蛋白是指利用发酵工程获得的大量的微生物菌体，不是从微生物细胞中提取的蛋白质，D错误。√8.(2024·衡水高二期中)下列关于发酵工程应用的说法，正确的是A.食品添加剂可以改善食品的色、香、味，使用时应尽量多添加B.利用放线菌产生的井冈霉素防治水稻纹枯病是化学防治的有效手段C.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，同时

提高动物免疫力D.一些极端微生物已应用于生产实践，例如，嗜热菌有助于提高热敏性

产品的产量1234567891011121314答案√1234567891011121314答案食品添加剂过量使用会对人体健康造成影响，甚至危及生命，不能过量使用，A错误；利用放线菌通过发酵工程产生的井冈霉素防治水稻纹枯病，属于生物防治，B错误；自然界中还存在着一定数量的极端微生物，其中一些极端微生物已应用于生产实践，例如，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，D错误。9.(2022·山东，14)青霉菌处在葡萄糖浓度不足的环境中时，会通过分泌青霉素杀死细菌，以保证自身生存所需的能量供应。目前已实现青霉素的工业化生产，关于该生产过程，下列说法错误的是A.发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖B.可用深层通气液体发酵技术提高产量C.选育出的高产菌株经扩大培养后才可接种到发酵罐中D.青霉素具有杀菌作用，因此发酵罐不需严格灭菌1234567891011121314答案√1234567891011121314答案青霉菌处于葡萄糖浓度不足的环境中会通过分泌青霉素杀死细菌；提供相同含量的碳源，葡萄糖溶液单位体积中溶质微粒较多，会导致细胞失水，发酵液中的碳源不宜使用葡萄糖，乳糖是二糖，可被水解为半乳糖和葡萄糖，是青霉菌生长的最佳碳源，可以被青霉菌缓慢利用而维持青霉素分泌的有利条件，A正确；青霉菌的代谢类型为异养需氧型，可用深层通气液体发酵技术提高产量，B正确；1234567891011121314答案选育出的高产青霉素菌株经扩大培养纯化后，才可接种到发酵罐中进行工业化生产，C正确；为了防止细菌、其他真菌等微生物的污染，获得纯净的青霉素，发酵罐仍需严格灭菌，D错误。10.(2025·长春高二期末)啤酒的工业化生产主要流程为发芽→焙烤→碾磨→糖化→蒸煮(同时加啤酒花)→发酵→消毒→终止，发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段。下列叙述错误的是A.大麦种子发芽有利于释放淀粉酶B.蒸煮可终止糖化过程，并对糖浆灭菌C.主发酵阶段主要完成酵母菌的繁殖以及大部分糖的分解和代谢D.利用高温焙烤使种子胚失活，并对种子进行灭菌1234567891011121314答案√1234567891011121314答案焙烤可以杀死大麦种子的胚但不使淀粉酶失活，不是利用高温进行灭菌，D错误。11.某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒主发酵过程的研究，下列叙述正确的是1234567891011121314答案A.夏季生产果酒时，常需对罐体进行升温处理B.乙醇为挥发性物质，故发酵过程中空气的进

气量不宜太大C.正常发酵过程中罐内的压力会低于大气压D.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√1234567891011121314答案果酒发酵的适宜温度为18～30℃，因此夏季生产果酒时，常需对罐体进行降温处理，A错误；乙醇是酵母菌无氧呼吸的产物，因此发酵过程中不需要通入空气，B错误；无氧呼吸产生了二氧化碳，但是没有消耗氧气，因此发酵罐中的气压不会低于大气压，C错误；葡萄酒发酵的原料是糖类，因此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正确。A.提高谷氨酸脱氢酶和谷氨酸合成酶的活性有利于提高L-谷氨酰胺产量B.发酵初期控制pH为7.0，后调为5.6，有利于提高L-谷氨酰胺产量C.发酵条件仅会影响微生物代谢物的形成，不会影响微生物的生长繁殖D.发酵结束后，采用过滤、沉淀的方法将菌体分离和干燥即可获得产品12.谷氨酸棒状杆菌生长的最适pH为7.0，通过如图代谢途径发酵生产L-谷氨酰胺。下列叙述正确的是1234567891011121314答案√1234567891011121314答案由图可知，提高谷氨酸脱氢酶和谷氨酰胺合成酶的活性有利于提高L-谷氨酰胺的产量，提高谷氨酸合成酶的活性会使L-谷氨酰胺转化为L-谷氨酸，从而降低L-谷氨酰胺的产量，A错误；1234567891011121314答案谷氨酸棒状杆菌生长的最适pH为7.0，谷氨酰胺合成酶最适pH为5.6，因此发酵初期控制pH为7.0，有利于增加谷氨酸棒状杆菌的数量，后调为5.6，有利于提高谷氨酰胺合成酶的活性，进而提高L-谷氨酰胺产量，B正确；1234567891011121314答案发酵条件会影响微生物的生长繁殖，C错误；L-谷氨酰胺是细胞代谢物，发酵结束后，可通过提取、分离和纯化措施来获得产品，D错误。13.谷氨酸棒状杆菌经过发酵可以产生谷氨酸，谷氨酸经系列处理进而获得味精。谷氨酸棒状杆菌是一种好氧细菌。如图为通过发酵工程生产谷氨酸的示意图。回答下列问题：1234567891011121314答案(1)培养基的基本成分一般都含有水分、无机盐、____________等，菌种扩大培养所用的培养基是________(填“固体”或“液体”)培养基，菌种扩大培养的目的是____________________________。1234567891011121314答案碳源、氮源液体增加菌种数量(或增加菌种浓度)(2)在发酵的过程中，需要不停地搅拌，并严格控制发酵条件，以提高谷氨酸的产量和品质。下列相关叙述正确的有________。A.发酵过程中添加新的营养液会改变培养条件，不利于增产B.发酵过程中不停地搅拌可满足菌体对氧气的需求和提高原料的利用率C.发酵过程中应控制pH，中性和弱碱性条件下利于谷氨酸的生产和积累D.从发酵液中分离提纯谷氨酸，可采取适当的提取、分离和纯化的措施

来获得产品1234567891011121314答案BCD(3)当细胞中谷氨酸积累过多时会抑制谷氨酸脱氢酶的活性，从而减少谷氨酸的合成。谷氨酸棒状杆菌合成的生物素有助于磷脂分子的合成，减小细胞膜对谷氨酸的通透性。在生产上一般选用生物素合成缺陷型细菌作为菌种，大量生产谷氨酸，请分析其原因是___________________________________________________________________________________________________________________________________________________。123456789