发酵工程及其应用（教学设计）-2025-2026学年高中生物人教版选择性必修3

1.3发酵工程及其应用教案

一、教学目标

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.通过开展“高中生模拟创业答辩会”活动，进一步提升对发酵工程基本环节的认识，发展工程思

维，认问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、安全地生活和生产。

二、教学重难点

1.教学重点

（I）发酵工程的基本环节、发酵工程的应用。

2.教学难点

（1）发酵工程的基本环节。

三、教学思路

本节课从发酵工程的概念入手，组织学生深入学习发酵工程的基本环节，进而了解发酵工程的应

用，认同发酵工程为人类提供了多样的生物产品，丰富了人类的饮食需求。

四、教学过程

【新课导入】

教师利用教材中的“从社会中来”的素材，明确青霉素的成产成本和价格会因为发酵工程为应用

而大大降低，引发学生追问发酵工程的奥秘、，进而探讨“在工业生，青霉素究竟是怎样生产的

呢”，由此，归纳出发酵工程的概念。

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，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？

选育高

产菌种

分离、提获得

纯产物

配制培产品

养基

总结发酵工程的概念:

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发酵工程：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。

【新课讲授】

（一）发酵工程的基本环节

教师让学生提前选取自己感兴趣的发酵产品，画出利用发酵工程生产该产品的流程图，并在课堂

上进行展示和说明。教师结合教材中介绍发酵工程基本环节的内容，结合图1-9,分析和讨论教材

第23页的“思考•讨论”。

展示发酵工程的基本环节和发酵罐示意图：

济台胞扯可以从一自缪界筛选,也可以通过诱变育种

逐，南科或基因工程育种荻得

电动机

扩大培养排气管

IpH计

配制培养基一培养基的配方要经过反复试验才能确定

灭'菌一

培养基和发酵设备都必须严格灭菌冷却水排出口

冷却夹层

发好液

现代发酵工程能对发酵过程中的温度、pH.温度传感器

援拜叶轮

接种溶解氧、罐压、通气试、搅拌、泡沫取营养和控制奘爸

等进行监测和控制.还可以进行反吠百”;生物传感制装置

冷却水

酵一在发酵过程中，要随时检测培养液中的微

生物数量、产物浓度等,还要及时添加必进入口

需的一营养组分.要严格控制温度、pH和

溶解氧等发储条件口一空气入口

「微生物细胞:采用这逗、沉淀等方法将菌体

分离、提纯分离和干燥一放料管

产物一代谢物:根据产物的推区采取适当的提取、

分离和鲤措施来获得产品

获得产品

思考与讨论：

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？

（若生产的是微生物直接合成的产物，则可以从自然界中先分离出相应菌种，再用物理或化学方

法诱变育种，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。若生产的是微生物不能合成的产

品，则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程菌，从而达

到生产相应产品的目的，同时还应注意温度、pH、溶解氯等对菌种的影响）。

①在低成本的培养基上能迅速生K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？

（发酵条件直接会影响微生物的生长和发酵产品的质量，发酵条件包括温度、pH、溶解氧、通气

量等。温度条件的调控可通过向冷却央层通入冷水来调控；pH条件的调控可在培养基中加入缓冲

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液，在发酵过程中加酸或碱；溶解氧的调控需根据微生物的代谢类型，若微生物是需氧型的，可

通过空气入口通入空气，并谎整搅拌叶轮转速增加溶解氨。若微生物是厌氧型的，需封闭空气入

口，建立厌氧环境等）。

①反复试验确定培养基的配方；

②对培养基和发醉设备进行严格的灭菌：

③随时检测培养液中微生物的数量、产物浓度等；

④及时添加必需的营养组分；

⑤严格控制温度、pH和溶氧量等发酵条件，使用计算机控制系统对各种条件进行监测和控制，以

及反馈控制

3.在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发醉技术相比有哪些改进之处？

（传统发酵技术的发酵产物不是单一的组分，而是成分复杂的混合物，基本没有经过产物分离和

樨纯等步骤，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离樨纯产物。发酵工程的发醉产物根据产

物的种类采取不同的分离、提纯方法，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。）

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，这些都可能会污

染环境，对人体健康造成危害，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。）

通过探讨教材中的问题，教师带领学生分析和完善自己画的流程图，并在这个过程中认识到工程

的复杂性，掌握系统分析的方法。

（二）发酵工程的应用

发酵工程以其生产条件温和，原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境的污染小和容

易处理等特点，在食品工业、医药工业和农牧业等许多领域得到了广大应用，形成了规模宏大的

发酵工业。

教师利用课件展示发酵工程在食品工业上的各个应用，并以啤酒为例，展示“啤酒的工业化生产

流程”，学生小组在观看完啤酒的生产化流程后，小组之间互相讨论教材中第25页的问题，

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酹阶段完成。主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，要住低

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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。

主发酵完成酵母菌的繁殖，大部分糖的分解和代谢物的生成。

啤

酒

的

工发芽f焙烤f碾磨f糖化f蒸煮-►发酥f消毒f终止

业

化主发酵结束后，发醉液还不适合饮用.要在低温、密闭的环境下

流储存一段时间进行后发酵，这样才能形成澄清、成熟的啤酒。।一g2

程后发酵

①发芽

扣热杀死片「胚

大麦种子发芽，不放淀将IW.④■化

怛不便淀希的央.修的麦弁・磨

淀0分形成融浆.产生风味ttl分，终止德忖进一

作用,并对/浆灭菌.

⑧终止

⑦梢毒

过滤、调节、分装啤酒进行出售.杀死啤酒中的大多数微⑥发修

两州n络脑转化为

生物延长它的保存期。战稿”二仪化*.

思考与讨论：

1.与传统的手工发酵相比，在下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）。

2.现在市面.上流行种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如般不添加食品添加

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、价格昂贡的问题）

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在了解啤酒的工业化流程后，教师指导学生自我阅读教材的26-27页，并归纳出发酵工程在其他工

业上的应用情况，并以小组为单位，讲述本组的归纳，教师给予肯定和评价，并在课件中展示出

发酵工程在各个工业中的应用，让学生认同发酵工程为人类生活提供了多样的生物产品，改善了

人类的生活。

归纳梳理：

1.在食品工业上的应用

（1）生产传统的发酵产品：如酱油、各种酒类等。发酵工程使这些产品的产量和质量明显提高。

实例：

①以大豆为主要原料，利川产生蛋白酶的霉菌（如黑曲霉），将原料中的蛋白质水解成小分子的肽

和氨基酸，然后经淋洗、调制成的酱油产品。

②以谷物或水果等为原料，利用酿酒醉母发酵生产的各种酒类。

2.在医药工'也上的应用

（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。

（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。

（3）实例：

①利用经过基因改造的微生物生产生长激素释放抑制激素；

②利用微生物生产过去只能从植物中分离提取的紫杉鹤、青蒿素前体等化合物；

③利用基因工程改造的微生物生产疫苗。将病原体的某个或某几个抗原基因转入适当的微生物细

胞，获得的表达产物就可以作为疫苗使用。

3.在农牧业上的应用

（I）生产微生物肥料。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，促进植物生长，常见的有根瘤菌肥、固氮菌肥等。有的微生物肥料还可以抑

制JL壤中病原微生物的生K,从而减少病害的发生。

（2）生产微生物农药。与传