2026届高三一轮复习生物：发酵工程课件

该高中生物学高考复习课件聚焦“发酵工程与微生物技术”专题，覆盖传统发酵技术（果酒、果醋、泡菜制作）、微生物培养（培养基、无菌技术、纯培养）、发酵工程基本环节及应用等高考核心考点，对接高考评价体系，分析“微生物分离与计数”“发酵条件控制”等高频考点权重，归纳实验分析、流程设计等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“考点精析+实验探究+真题演练”模式，如通过果酒果醋制作对比表构建结构与功能观（生命观念），结合平板划线法步骤解析培养科学思维，以2021广东高考真题“菌种选育”训练探究实践能力，提供实验误差分析模板，助力学生掌握答题技巧，教师可据此高效规划复习。

专题11利用生物技术与工程生产对人类有用的产品 目录： 第1讲： 第2讲： 发酵工程利用微生物的特定功能规模化生产对人类有用的产品 通过细胞工程获得有用的生物体或其产品 发酵工程 1.传统发酵 技术的应用 3.发酵工程 及其应用 2.微生物的培养技术及应用 （天然混合菌种） (筛选培养单一菌种) 传统发酵技术及优缺点 泡菜制作/果酒果醋的制作 微生物的基本培养技术 微生物的选择培养和计数 培养基(基本成分/分类) 无菌技术(消毒/灭菌) 酵母菌纯培养（平板划线法） 土壤中分解尿素的细菌的分离与计数 发酵工程的基本环节 发酵工程的应用(食品/农牧业/医药/其他) （稀释涂布平板法） 2 利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物代谢转化为人类所需的产物的过程。 一、发酵 传统发酵技术 原材料中天然存在的或前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物 优点：操作简单，传承文化，风味独特。 缺点：菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程控制缺乏标准造成发酵食品的品质不一。 通过微生物培养技术获得的单一菌种 优点：发酵时间短、品质稳定、可大规模生产。 缺点：风味统一、缺乏独特风味 发酵工程 项目 果酒制作 果醋制作 发酵菌种 菌种来源 菌种代谢类型 菌种细胞类型 发酵原理 在有氧条件下： 在无氧条件下： 氧气、糖源都充足时： 缺少糖源时： 发酵 条件 温度 时间 氧气 酵母菌 小结1：果酒制作与果醋制作的比较 醋酸菌 主要是附着在葡萄皮上的野生型酵母菌 异养兼性厌氧型 异养需氧型 真核细胞 原核细胞 C6H12O6+6H2O+6O2 6CO2+12H2O+能量 酶 C6H12O6 2C2H5OH+2CO2+少量能量 酶 空气中的野生型醋酸菌 C6H12O6+2O2 2CH3COOH+2H2O+2CO2+能量 酶 C2H5OH+O2 CH3COOH+H2O+能量 酶 28℃ 30-35℃ 10-12d 7-8d 初期需氧，后期不需氧 全程需要氧气 果酒 果醋 腐乳 泡菜 微生物 来源 原理 反应条件 检测方法 酵母菌 醋酸菌 毛霉 乳酸菌 酵母菌的无氧呼吸产生酒精 18~30 ℃，无氧 重铬酸钾与其 反应呈灰绿色 醋酸菌的有氧呼吸产生醋酸 30~35℃， 通入氧气 品尝、pH试纸检测 毛霉产生蛋白酶和脂肪酶等 15～18℃接种，酒精含量控制在12％左右 乳酸菌无氧呼吸产生乳酸 常温，无氧条件 pH检测，亚硝酸盐的检测方法 小结2： 葡萄皮表面的野生酵母菌 空气中醋酸菌 空气中的毛霉 蔬菜表面的乳酸菌 5 特别提醒　 1．先冲洗，然后再除去枝梗，以避免除去枝梗时引起葡萄破损，增加被杂菌污染的机会。葡萄冲洗次数不能过多，以防将葡萄皮上的野生型酵母菌冲洗掉。 2．果酒制作时发酵瓶装入葡萄汁后留有约1/3的空间的目的是：先让酵母菌进行有氧呼吸快速繁殖，耗尽氧气后再进行酒精发酵；其次，防止发酵过程中产生CO2造成瓶内压力增大，导致发酵液的溢出，制作果酒过程中，要定期放气。 3．制作果酒的过程中，除酵母菌之外，还会有其他杂菌生长，它们会在酒精发酵中污染发酵液，而避免发酵液被污染需要对发酵制作的过程全面考虑。例如，榨汁机、发酵瓶要清洗干净；装入葡萄汁后，封闭充气口，每次排气时只需拧松瓶盖，不要完全揭开瓶盖等。 4．在家庭制作葡萄酒的过程中，不需要进行严格的消毒过程也能完成发酵，原因是：在缺氧、呈酸性的发酵液中，酵母菌可以生长繁殖，而绝大多数其他微生物都因无法适应这一环境而受到抑制。 5．进行乙酸发酵时，无论是利用糖源还是酒精，都需要打开通气阀，其原因是：醋酸菌是一种好氧细菌，在发酵过程中始终需要氧气，如果氧气中断则会引起醋酸菌的死亡。 泡菜坛 清洗消毒 新鲜蔬菜准备 蔬菜 装坛 放入 香辛料 倒入冷 却盐水 密封 腌制 配制盐水 ① ③ ② ④ ⑤ ⑥ ⑦ 5%~20%，煮沸，冷却 盐的作用 调味，抑制微生物生长 盐浓度过低 会造成杂菌大量繁殖 盐浓度过高 口味不佳 煮沸的目的 杀菌和除氧 冷却的目的 防止影响乳酸菌的生命活动 二、泡菜的制作 发酵 时期 乳酸菌 乳酸 亚硝酸盐 发酵 初期 少 (有O2，乳酸菌活动受抑制) 少 增加 (硝酸盐还原菌的作用) 发酵 中期 积累、增多、 pH下降 下降 (硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解) 发酵 后期 减少 (乳酸继续积累，pH继续下降，抑制其活动) 下降至相对稳定 (硝酸盐还原菌被完全抑制) 最多 (乳酸抑制其他菌活动) 继续增多， pH继续下降 【小结】泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化 变化 曲线       1、蔬菜自身带有硝酸盐 2、发酵初期，杂菌活跃，硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成亚硝酸盐。 3、发酵中期、后期，随着乳酸累积，pH下降。硝酸盐还原菌受抑制，部分亚硝酸盐被分解 4、随着时间延长，亚硝酸盐会自然降解。一般是发酵20天以后。 特别提醒　 1．在泡菜制作过程中营造“无氧环境”的三项措施 (1)选择的泡菜坛密封性要好。 (2)加入蔬菜后要注入煮沸冷却的盐水，使盐水没过全部菜料。 (3)盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水。 2．泡菜制作过程中，装坛装至八成满的原因 在泡菜发酵初期，由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃，它们可进行发酵，发酵产物中有较多的CO2，如果泡菜坛装得太满，发酵液可能会溢出坛外。另外，泡菜坛装得太满，会使盐水不太容易完全淹没菜料，从而导致坛内菜料变质腐烂。泡菜坛留有一定的空间，也更方便拿取泡菜。 3．制作的泡菜“咸而不酸”的原因 可能是食盐浓度过高、发酵温度过低，导致泡菜未能正常发酵。 四、培养基 1.基本成分：水、碳源、氮源、无机盐 2、其他特殊条件 特殊营养物质： 如：在培养乳酸杆菌时， 需要在培养基中添加维生素。 pH： 如：在培养霉菌时，需要将培养基调至酸性； 如：在培养细菌时，需要将培养基调至中性或弱碱性。 O2： 如：在培养厌氧微生物时，需要提供无氧的条件。 四、培养基 3.种类 物理性质 ①液体培养基 ③固体培养基 ②半固体培养基 +琼脂 观察微生物运动 功能 应用 应用 应用 常用于工业生产、微生物的扩大培养 微生物分离、_____，活菌计数，菌种保藏 鉴定 发酵工程 细胞产物工厂化生产 动物细胞培养 植物组织培养 平板划线/稀释涂布平板 获得单菌落 菌落是鉴定菌种的重要依据 菌落周围出现变色圈 菌落周围出现透明圈 不同微生物菌落的形状/边缘/表面/质地/颜色等不同 黄曲霉菌落 根霉菌落 青霉菌落 分析：不同微生物形成的菌落有哪些区别？ 由不同微生物形成的菌落在形状、大小、隆起程度和颜色等方面有差异，这些特点可作为判断是否是同种微生物的依据。 【拓展】几种微生物的营养和能量来源 【小结】微生物对主要营养物质的需求特点 (1)自养型微生物：所需的主要营养物质是无机盐。 (2)异养型微生物：所需的主要营养物质是有机物。 自养型 异养型 固氮生物 15 五、无菌技术 煮沸消毒法 / 巴氏消毒法 / 化学药物消毒法 / 紫外线消毒 1.消毒 操作空间、操作者的衣着和手、食品等 2.灭菌 湿热灭菌 培养基 干热灭菌 玻璃器皿(培养皿) 灼烧灭菌 金属用具(接种工具:涂布器、接种环、接种针) 稀释涂布平板法 平板划线法 穿刺接种法 p10 1 2 3 接种环的灼烧灭菌(1、2、3表示先后顺序) 16 六、微生物纯培养(获得单菌落) 【分析1】菌落等于纯培养物吗？ 不等于 比较项目 本质 存在形式 纯度保证 二者的关系 菌落 纯培养物 微生物的群体结构 单一微生物的培养物 仅出现在固体培养基上 可以出现在固体、液体等培养基上 不绝对 （可能含杂菌） 是单一物种 （不含杂菌） 【分析2】如何获得纯培养物？ 1、严格无菌操作 2、多次分离 3、验证实验 ①显微镜观察菌体形态的一致性； ②生化检测（如不同碳源的利用能力）； ③分子生物学鉴定（如核酸测序）。 ①菌落不一定是纯培养物； ②纯培养物可能包含1个或多个菌落； 制备培养基 接种和分离酵母菌 培养酵母菌 配制培养基(并调pH) 灭菌 倒平板 (平板划线法) 将接种后的平板和一个未接种的平板倒置， 放入28 ℃左右的恒温培养箱中培养。 平板冷凝后， 将平板倒置。 既可以避免培养基中的水分过快挥发，又可以防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染。 六、微生物纯培养(获得单菌落) (平板划线法) 单菌落 细菌：中性或弱碱性 霉菌：酸性 第一步：配制培养基： 提供碳源 凝固剂 提供氮源、无机盐、维生素等特殊营养物质。 用玻璃棒搅拌，防止糊底导致烧杯破裂。 注意：酵母细胞可以直接吸收单糖，如葡萄糖。二糖、多糖均不能直接吸收，一些酵母菌可以分泌蔗糖酶，在细胞外将蔗糖分解为葡萄糖、果糖后再吸收利用。 棉塞的作用： 牛皮纸的作用： 第二步：灭菌 灭菌前调pH 棉塞的作用： ①通气； ②阻隔杂菌进入 牛皮纸的作用： ①在灭菌时能避免水蒸汽凝结时浸湿棉塞。 ②在取出培养基锥形瓶时起隔绝空气中杂菌污染的作用。 第三步：倒平板 ①条件：待培养基冷却至50℃左右，在酒精灯火焰附近倒平板 简易判断方法：用手触摸感觉温度下降到刚刚不烫手时即可。 会形成相对无菌的环境 ②步骤： 或在超净工作台上倒平板 （1）制备培养基 第三步：倒平板 ②步骤： 灭菌 不能打开皿盖 减少培养基暴露在空气中的时间，防止污染。 培养基倒置的目的： ①避免培养基表面的水分过快地挥发； ②防止皿盖上的冷凝水落入培养基，造成污染。 思考：在倒平板的过程中，若将培养基溅在皿盖与皿底之间的部位，这个平板还能用来培养微生物吗？为什么？ 若将培养基溅在皿盖与皿底之间的部位，则空气中的微生物可能在皿盖与皿底之间的培养基上滋生，造成污染。这样的培养基不建议使用。 【拓展】冷凝水的影响： 导致污染：为杂菌提供生长环境，增加杂菌进入培养基的机会，造成污染，干扰实验或生产。 改变成分：使培养基局部成分被稀释，还可能洗脱部分成分，导致营养分布不均，影响微生物生长及培养基筛选效果。 不利观察：使观察微生物时视野模糊，导致菌落形态改变、相互融合，影响对实验结果的判断和计数准确性。 影响条件：增加培养环境湿度，可能利于霉菌生长而抑制其他微生物，还会影响气体交换，进而影响微生物呼吸或发酵过程。 （2）接种和分离酵母菌 ①方法：平板划线法 原理： p13 接种工具：接种环 步骤：见教材13页图画 分析： 本实验中一共沾取的几次菌液？接种环一共被灼烧了几次？每一次灼烧接种环的目的是一致的吗？ 整个实验中，接种环只蘸一次菌液,在培养基不同位置连续划线多次 不同步骤灼烧接种环 的目的有差异 注意事项 c.每次划线需等待接种环冷却后，再从上一次划线末端开始 整个实验中，接种环只蘸一次菌液,在培养基不同位置连续划线多次 不同步骤灼烧接种环的目的有差异 每次划线需等待接种环冷却后，再从上一次划线末端开始 划线首尾不能相接 划线后,培养皿倒置培养 平板划线时不能划破培养基 培养基底部做好标记 注意事项 作用：使微生物的数目随着划线次数的增加而逐渐减少，最终得到由单个微生物繁殖形成的纯培养物。 否则得不到分离的效果。 如：接种时间、菌种类型等。 一旦划破，会造成划线不均匀，难以达到分离单菌落的目的；存留在划破处的单个细胞无法形成规矩的菌落，菌落会沿着划破处生长，会形成一个条状的菌落。 未接种的培养基的作用： （3）培养酵母菌 ①倒置培养 ②条件：28℃恒温培养 ③对照实验： 已接种的平板与未接种的平板形成对照。 分析1. 理论上讲，在未接种的培养基表面是否有菌落生长？如果有，说明了什么？ 在未接种的培养基表面应该没有菌落生长，如果有，说明培养基被杂菌污染。 分析2.在接种酵母菌的培养基上，你观察到菌落的颜色、形状和大小是否一致？如果你观察到了不同形态的菌落，你能分析出可能是由哪些原因引起的吗？ 若观察到不同形态的菌落，可能是： ①接种的菌种不纯； ②无菌操作不规范 等原因引起的。 检测培养基平板灭菌是否合格(是否被杂菌污染) 【拓展】划线方法 日常生活中保存食品的方法有干制、腌制、低温储存等。 干制可以降低食品的水分含量; 腌制可以通过食盐、糖等制造高渗环境,从而抑制微生物的生长和繁殖; 低温则是通过降低微生物的代谢速率来抑制微生物的生长和繁殖。 3、例：土壤中分解尿素细菌的分离与计数 （1）实验原理 转化 NH4+ 【拓展】微生物分离的含义：从混杂的微生物群体中，通过特定的方法将不同种类的微 生物个体分开，使它们各自单独存在，以便获得只含有一种微生物的纯培养物的过程。 ① （2）操作步骤 注意：取样时用的铁铲和取样纸袋在使用前都需要灭菌，操作完整后，一定要洗手。 3、例：土壤中分解尿素细菌的分离与计数 知识点4 微生物的选择培养与计数 10g土样 90mL无菌水 ② 原因： 方法： 指标： 梯度稀释 取1mL上清液加入盛有9mL无菌水的试管，依次等比稀释。 保证获得的菌落数为30~300。 土壤微生物的数量庞大 4 取0.1mL菌液， 滴加到培养基表面 用涂布器将菌液均匀地涂布在培养基表面。 涂布时可转动培养皿，使涂布均匀。 7 将涂布器放在火焰上灼烧，待酒精燃尽、涂布器冷却后，再进行涂布。 6 将涂布浸在盛有酒精的烧杯中。 5 ③ 涂布平板 p19 设置重复实验 每个稀释倍数应涂布至少3个平板，最后求平均值。以增强实验的说服力与准确性。 3、例：土壤中分解尿素细菌的分离与计数 （2）操作步骤 ④ 培养与观察 注意： 在标记培养皿时应该注明组别、培养日期和平板上培养样品的稀释度。 应待涂布的菌液被培养基吸收后，将平板倒置，放入30~37℃的恒温培养箱中培养1~2d。 防止遗漏 3、例：土壤中分解尿素细菌的分离与计数 （2）操作步骤 ④ 培养与观察 分析：是否需要设置对照？ 对照组1：未接种后的选择培养基 对照组2：接种后的完全培养基 用于证明培养基未被杂菌污染。 用于证明选择培养基筛选目的菌成功。 如：在没有接种的培养基上没有菌落生长，则说明培养基没有被杂菌污染。 如：在接种后的完全培养基上的菌落明显多于选择培养基的菌落数，说明培养基筛选出了一些尿素分解菌。 无 有 少于 3、例：土壤中分解尿素细菌的分离与计数 2题答案： 如果得到了两个或多个菌落数为30~300的平板，说明稀释度合适，操作比较成功，能够进行菌落的计数。 3题答案： 如果用同一土样进行操作，数据应该比较接近。如果差异很大，就需要从操作是否规范、培养基配制是否合理等方面查找原因。 3、例：土壤中分解尿素细菌的分离与计数 应用：某同学在稀释倍数为106 的培养基中测得平板上菌落数的平均数为234，那么每克样品中的菌落数是（涂布平板时所用稀释液的体积为0.1ml） ( ) 2.34×108 B. 2.34×109 C. 234 D. 23.4 B =（234÷0.1）× 106 = 2.34×109 C代表某一稀释度下平板上生长的平均菌落数；V为代表涂布平板时所用的稀释液的体积(mL)；M代表稀释倍数，则： 计算公式：每克样品中的菌落数= ( C ÷ V ) × M 【小结】微生物的数量测定方法 1、稀释涂布平板计数法计数(活菌计数) 当样品的稀释度足够高时，培养基表面生长的一个菌落，来源于样品稀释液中的一个活菌，通过统计平板上的菌落数，就能推测出样品中大约含有多少活菌。【长句必背】 一般选择菌落数在30-300的平板进行记数。 统计的菌落数往往比活菌的实际数目低。这是因为： ①当两个或多个细胞连在一起，平板上观察到的只是一个菌落。 ②本实验只能对活菌进行计数。 原理 原则 结果 同一稀释度下，至少对3个平板进行重复计数，然后求平均值。 表示方法 统计结果一般用菌落数而不是用活菌数来表示。 分析：平板划线是否也可以用于细菌的计数？ 平板划线法不能用于细菌的计数，因为： ①在所划的线中，一般只有最后一次划线的末端才会形成只由一个细菌形成的菌落，而其他菌落往往由两个细菌或多个细菌繁殖而成，而在计数时一个菌落对应着一个细菌，这样在划线所得的平板中，菌落数目远低于活菌的实际数值， ②灼烧接种环的时候也会杀死一部分细菌。 主要方法 稀释涂布平板法 平板划线法 主要步骤 接种工具 菌体获取 能否用于计数 共同点 系列梯度稀释操作和涂布平板操作 接种环在固体培养基表面连续划线 涂布器 接种环 从适宜稀释度的平板上的菌落中挑取菌体 在具有显著的菌落特征的区域挑取菌体 可以计数，但是操作复杂， 需涂布多个平板 不能计数 使培养基上形成由单个细菌细胞繁殖而来的子细胞群体——菌落 【总结】微生物的计数方法 注：血细胞计数板适用于对酵母菌、霉菌孢子、血细胞等进行计数。 p19 分析1：为什么需要鉴定？ 在以尿素为唯一氮源的选择培养基上生长的微生物不仅仅只有尿素分解菌。 可以是能利用空气中氮气做氮源的微生物，或是可以利用氨做氮源的微生物（分解尿素的细菌合成的脲酶可以将尿素分解成氨）。 分析2：如何鉴定？ 方法：在培养基中加入酚红指示剂培养细菌。若指示剂变红，可确定该细菌能够分解尿素。 原理：分解尿素的细菌合成的脲酶可以将尿素分解成氨，氨会使培养基的碱性增强，使酚红指示剂变红。 P202.地球上的植物每年产生的纤维素超过70亿吨,其中40%~60%能被土壤中某些微生物分解利用,这是因为它们能够产生纤维素酶。对这些微生物的研究与应用,使人们能够利用秸秆等生产酒精,用纤维素酶处理服装面料等。已知刚果红是一种染料,它可以与像纤维素这样的多糖物质形成红色复合物,但并不与水解后的纤维二糖、葡萄糖等发生这种反应。当我们在含有纤维素的培养基中加入刚果红时,刚果红与纤维素形成红色复合物;而当纤维素被纤维素分解菌分解后,复合物就无法形成,培养基中会出现以这些菌为中心的透明圈(如下图所示)。请回答下列问题。 几种纤维素分解菌在刚果红培养基上形成的透明圈 (1)现在要从土壤中分离纤维素分解菌,请你给出详细的实验方案。 ①土壤取样 ②样品系列稀释与涂布 (培养基以纤维素为唯一碳源，并加入刚果红) ③培养 ④观察并记录结果 p30 【总结】微生物的选择培养和计数 1.取样 2.梯度稀释 10g 90mL无菌水 9mL无菌水 1mL 1mL 1mL 1mL 1mL 1mL 3.涂布 0.1mL ① ② ③ ④ ⑤ 5g 45mL无菌水 18mL无菌水 2mL 2mL 2mL 2mL 2mL 2mL 0.1mL ① ② ③ ④ ⑤ 107 107 1mL(1g)样品中某种细菌的数量= ①+②+③ 3×0.1 ×107 ①②③是选择培养基， ④是完全培养基(判断选择培养基是否有选择作用)， ⑤是未接种空白培养基(判断培养基是否被污染)。 5.计数 4.培养 专题11利用生物技术与工程生产对人类有用的产品 目录： 第1讲： 第2讲： 发酵工程利用微生物的特定功能规模化生产对人类有用的产品 通过细胞工程获得有用的生物体或其产品 3、基本环节：（1） ①方法： ②实例： ③ 意义： 为什么全国各地的白酒风味各异？ 【笔记】 1、菌种选育环节很大程度上决定了生产发酵产品的成败 2、优良的菌种的优点有： ①健壮, ②不易退化, ③其发酵产品的产量高、质量稳定 ④赋予发酵产品独特的风味 (2021·广东高考真题)中国科学家运用合成生物学方法构建了一株嗜盐单胞菌H，以糖蜜（甘蔗榨糖后的废弃液，含较多蔗糖）为原料，在实验室发酵生产PHA等新型高附加值可降解材料，期望提高甘蔗的整体利用价值。工艺流程如图。 此外，选育优良菌株的方法还有________________________等。(答出两种方法即可) 诱变育种、 基因工程育种、 3、基本环节： （2） 分析1:进行扩大培养的目的是什么？ 分析2：对菌种进行扩大培养的一般方法是？ 分析3:扩大培养所用的培养基，从性质上分类，是什么类型的培养基？ 先将培养到生长速度最快时期，再将菌体分开重新接种到新的培养基中继续培养。 这样可以保证菌体状态一致、生长速度快，提高实验或生产的效率。 一般使用液体培养基 增加菌种数量，缩短生产周期 液体使微生物与营养物质、氧气接触更充分，提高营养物质的利用率，利于微生物的繁殖。 3、基本环节 选育菌种 扩大培养 接种 灭菌 配制培养基 ①灭菌原因： ③灭菌对象： ②例： 分析1:配制培养基需要考虑哪些因素？ 生产实践中，培养基配方要经过反复实验才能确定（即不断优化培养基） 能够优化培养基配方和发酵条件，确保目标产物的产量、质量和经济性，同时满足法规和安全性要求。 原因1：杂菌与菌种之间形成的种间竞争关系使产量下降。 原因2：杂菌产生的代谢物抑制菌种的生长使产量下降。 分析2:杂菌污染为什么会影响产量？ 选育菌种 扩大培养 接种 灭菌 配制培养基 发酵罐 内发酵 3、基本环节 发酵罐 扩大培养后 将 的菌种投放到 中。 A1-A3：用于控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养 A4：控制溶解氧 B1-B5：通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程， B2:抽取样品进一步检测 A1-A3：用于控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养 A4：控制溶解氧 B1-B5：通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程， B2:抽取样品进一步检测 分析1：引起发酵罐内培养液的温度和pH变化的原因有哪些？发酵工程中如何调节温度和pH? （1）温度: 改变的原因：①微生物分解有机物释放的能量，引起温度升高。②机械搅拌引起温度升高。 调节方法：常用冷却水进行温度的调节。 （2）pH: 改变的原因：培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。 调节方法：是在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱 分析2：发酵罐内为什么会产生泡沫?对发酵产品有什么影响？ 分析1：引起发酵罐内培养液的温度和pH变化的原因有哪些？发酵工程中如何调节温度和pH? （1）温度: （2）pH: 分析2：发酵罐内为什么会产生泡沫?对发酵产品有什么影响？ （1）产生泡沫的常见原因： ①通气和搅拌：往罐子里通空气和搅拌的这些动作会把空气带进去，形成泡泡 ②微生物放气：微生物在生长过程中会放出气体（如二氧化碳），会形成泡沫。 （2）产生泡沫的影响： ①发酵效率：泡沫多了会挡住氧气和营养，微生物“吃不饱”。 ②容易污染：泡沫可能从罐子里溢出来，外面的细菌会趁机进入发酵罐造成污染。 ③损坏设备：泡沫可能堵住管道或损坏机器。 改变的原因：①微生物分解有机物释放的能量，引起温度升高。 ②机械搅拌引起温度升高。 调节方法：常用冷却水进行温度的调节。 改变的原因：培养基中营养成分的利用和代谢产物的积累。 调节方法：是在培养基中添加缓冲液，在发酵过程中加酸或碱 C1、C2：通过控制冷水流 速调节罐温 冷却水下进上出 C3：调节罐压 D1、D2：电机带动叶轮转动进行搅拌，作用有： ①使微生物与发酵液混合均匀，提高原料利用率。 ②增加溶解氧含量 ③散热 发酵罐内发酵 1、是发酵工程的中心环节 2、本环节需要做的事 （1）了解发酵进程： （2）控制发酵条件： 通过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，了解发酵进程； 及时添加必需的营养组分， 严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件。 【提示】严格控制发酵条件的原因 环境条件会影响：①微生物的生长繁殖， ②微生物代谢物的形成。 分离 提纯 产物 是发酵工程的中心环节 选育菌种 扩大培养 接种 灭菌 配制培养基 发酵罐 内发酵 3、基本环节 发酵产物类型 获得产品的方法 微生物细胞 代谢物 过滤、沉淀等方法 适当的提取、分离和纯化措施 获得 产品 1题答案：需要考虑的因素包括: ①在低成本的培养基上能迅速生长繁殖; ②生产所需代谢物的产量高; ③发酵条件容易控制; ④菌种不易变异、退化等。 2题答案： 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题答案：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。 在发酵工程中使用的分离和提纯产物的方法较多。 如沉淀、萃取、膜分离、吸附和离子交换、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题答案： 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。 对排出的气体和废弃培养液进行二次清洁或灭菌处理，可以减少或避免污染物的产生和排放,实现清洁生产。 接种 选育菌种 扩大培养 灭菌 配制培养基 发酵罐内发酵 分离提纯产物 获得产品 自然选育 菌种改良 诱变育种 基因工程育种 …… 菌体 代谢产物 过滤、沉淀 其他方法 微生物农药 微生物肥料 微生物饲料 …… 食品添加剂 酶制剂 疫苗、药物 …… 中心环节 关键环节 【总结】发酵工程的基本环节 知识点2 啤酒的工业化生产流程 知识点2 啤酒的工业化生产流程 阻止大麦种子继续发芽，减少有机物消耗。 增大接触面积 知识点2 啤酒的工业化生产流程 糖化指的是： 利用麦芽中的酶（如淀粉酶）将淀粉转化为可发酵糖类（如葡萄糖、麦芽糖）为酵母发酵提供原料的过程。 了解：啤酒花是一种植物，长得像藤蔓，会开小花。它的花（尤其是雌花）是啤酒的重要原料。 笔记：啤酒花的作用 使啤酒具有清爽的芳香气、苦味和防腐剂 形成啤酒优良的泡沫 有利于麦芽汁的澄清 平衡麦芽汁的自然甜度并激发食欲 知识点2 啤酒的工业化生产流程 主发酵 后发酵 ①条件：前期通氧、后期密封 ②目的：酵母菌繁殖， 大部分糖分解 代谢物生成 ①条件：在低温、密闭的环境下 储存一段时间 ②目的：使残存的酵母细胞、蛋白质等沉淀，形成澄清、成熟的啤酒 注意：主发酵结束后，发酵液还不适合饮用，后发酵一段时间后才能饮用。 知识点2 啤酒的工业化生产流程 讨论1.与传统的手工发酵相比，啤酒发酵生产过程中，哪些工程手段使啤酒的产量和质量明显提高？ 【常考必背】 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。 70 讨论 2.现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。 应该辩证地看待这一产品。 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? 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：这类产品若是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定，价格昂贵的问题。 发芽 焙烤 碾磨 糖化 蒸煮 发酵 消毒 终止 加啤酒花 冷却 接种 过滤 主发酵 后发酵 酵母菌繁殖，大部分糖分解和代谢物生成。 在低温、密闭的环境下储存一段时间，形成澄清、成熟的啤酒。 （不适合饮用） （适合饮用） 1.发芽:大麦种子发芽,释放淀粉酶(用赤霉素处理，无需发芽即可产生淀粉酶)。 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:淀粉分解,形成糖浆。5.蒸煮:产生风味组分,终止酶的进一步作用,并对糖浆灭菌 6.发酵:酵母菌将糖转化为酒精和CO2。7.消毒:杀死啤酒中的大多数微生物,延长保存期。 8.终止:过滤、调节、分装啤酒进行出售。 【总结】啤酒的工业化生产流程 72 九、发酵工程的应用 基因工程 + 发酵工程 食品工业 医药工业 农牧业 其他方面 应用 转基因微生物(工程菌) 生产传统发酵产品 生产各种各样的食品添加剂 生产酶制剂 发酵工程生产药物 发酵工程生产疫苗 生产微生物肥料 生产微生物农药 生产微生物饲料 废料发酵解决资源短缺和环境污染 极端微生物的利用 通过发酵获得大量的微生物菌体，即单细胞蛋白 不仅含有丰富的蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素等物质。 1.在食品工业上的应用 知识点3 发酵工程的应用 （1）生产传统发酵产品 了解：淋洗 指在酿造酱油的过程中，把盐水均匀地浇在发酵好的酱醅 （类似于酱油的“原料团”）上，让盐水慢慢渗透进去。 目的是为了让酱醅（ pēi ）里的氨基酸、糖类等溶解到盐水里，形成酱油的“原液”。 1.在食品工业上的应用 生产传统发酵产品 生产酶制剂 知识点3 发酵工程的应用 生产各种各样的食品添加剂 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 实例①：利用黑曲霉发酵生产柠檬酸。 黑曲霉 柠檬酸 淀粉 淀粉酶 葡萄糖 柠檬酸合成酶 实例②：利用谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸，经处理制成味精。 谷氨酸棒状杆菌 谷氨酸 味精 处理 发酵 氧气 食品添加剂的作用： 增加食品的营养 延长食品的保存期 改善食品的口味、色泽和品质 菌种 代谢类型 应用 原理 其他 毛霉 曲霉 青霉 【微专题】霉菌 异养 需氧 型 生产腐乳 生产柠檬酸 生产酱油 生产青霉素 柠檬酸 淀粉 淀粉酶 葡萄糖 柠檬酸合成酶 略 反应过程在细胞外 【提示】 1、霉菌都是真核生物，有以核膜为界限的细胞核。 2、青霉素是世界上第一个应用于临床的抗生素。可通过抑制细菌细胞壁的合成，导致细 菌破裂死亡。 1.在食品工业上的应用 生产传统发酵产品 生产酶制剂 生产各种各样的食品添加剂 1.在食品工业上的应用 生产传统发酵产品 生产酶制剂 生产各种各样的食品添加剂 概念： 从生物体中提取的具有酶特性的一类化学物质。 来源： 少数由动植物生产， 绝大多数由发酵工程生产 应用： 食品的直接生产、改进生产工艺、 简化生产过程、改善产品的品质和口味、 延长食品储存期和提高产量等 2.在医药工业上的应用 ①发酵工程生产的药物 基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合 3.在农牧业上的应用 ①生产微生物肥料 a.微生物肥料含义： b.常见微生物肥料： 根瘤菌肥、固氮菌肥 利用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、增强植物抗病性和抗逆性。 ②生产微生物农药 a.微生物农药含义： 利用微生物或其代谢物来防治病虫害。 b.常见微生物农药： 微生物 应用 原理 苏云金杆菌(原核生物) 防治80多种农林害虫 产生毒蛋白 白僵菌(真核生物) 防治玉米螟、松毛虫 寄生、营养消耗和毒素分泌等多种机制 放线菌 (原核生物) 防治水稻枯纹病 产生抗生素——井冈霉素进行防治 3.在农牧业上的应用 c.防治类型：属于生物防治 ③生产微生物饲料 a.微生物饲料含义： 以微生物为发酵菌种，将饲料原料转化为微生物菌体蛋白、生物活性小肽类氨基酸、微生物活性益生菌、复合酶制剂为一体的生物发酵饲料。 单细胞蛋白： 含义：以淀粉或纤维素的水解液、制糖工业废料等为原料，通过发酵获得的大量微生物菌体。 优点：单细胞蛋白不仅含有丰富的蛋白质， 还含有糖类、脂质和维生素等物质。 b.常见微生物饲料： 青贮饲料：其中添加乳酸菌，可以提高饲料品质，使饲料保鲜，动物食用后还能提高免疫力。 3.在农牧业上的应用 拓展：青贮饲料通过厌氧发酵保存青绿植物的营养 ④在其他方面的应用 a.利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质已取得成功。 解决资源短缺与环境污染问题。 b.极端微生物的利用： 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 【笔记】发酵工程的特点 【补】 p9 p29 微生物 碳源 氮源 能源 蓝细菌 CO2 NHeq \o\al(＋,4)、NOeq \o\al(－,3)等 光能 硝化细菌 CO2 NH3 NH3的氧化 根瘤菌 糖类等有机物 N2 有机物 酵母菌 糖类等有机物 蛋白质等 有机物 Lavf57.83.100 Lavf57.83.100 $