第3节　发酵工程及其应用 课件-2025-2026学年高二下学期生物人教版选择性必修3

该高中生物学课件聚焦发酵工程的基本环节及应用，通过情境探究（如传统与现代发酵技术对比）导入，以基础知识落实、情境问题分析、结论辨析和例题突破为支架，帮助学生衔接传统发酵技术与现代工程应用的脉络。 其亮点在于融合科学思维（对比表格分析发酵工程与传统技术差异）和探究实践（啤酒工业化生产流程问题探究），通过微提醒渗透态度责任（发酵废弃物环保处理）。采用“基础-情境-应用”结构，课堂小结系统梳理知识，助力学生构建框架，也为教师提供丰富教学资源，提升教学效率。

第1章　发酵工程 第3节　发酵工程及其应用 学习目标 1.归纳发酵工程的基本环节,了解发酵罐的构成,培养科学思维和工程思维。 2.联系生产、生活实际,了解发酵工程在食品工业、医药工业、农牧业及其他方面的应用,关注社会责任。 目 录 索 引 主题一　发酵工程的基本环节 主题二　发酵工程的应用 课堂小结 主 题 一 基础知识•落实 主题一　发酵工程的基本环节 1.发酵工程的基本环节 自然界中 诱变育种或基因工程育种 培养基的配方 培养基和发酵设备 微生 物数量、产物浓度 温度、pH和溶解氧 分离和纯化 过滤、沉淀 [微提醒]在进行发酵生产时,排出的气体和废弃培养液等不能直接排放到外界环境中,因为发酵过程可能产生一些有害物质,会污染环境。 2.发酵罐 发酵罐示意图 温度 进入 口 排气管 排出口 空气 结论要语　辨一辨 (1)生产柠檬酸需要筛选产酸量高的乳酸菌。(　　) (2)谷氨酸的发酵生产在酸性条件下容易形成谷氨酰胺和N-乙酰谷氨酰胺。 (　　) (3)扩大培养的目的是提高发酵产品的产量。(　　) (4)发酵工程一般使用液体培养基。(　　) × √ × √ 情境探究•提升 随着人们对发酵原理的认识,微生物纯培养技术的建立,以及密闭发酵罐的成功设计,发酵工程逐步形成。请根据教材第22~23页图1-9“发酵工程的基本环节和发酵罐示意图”,思考回答下列问题。 (1)现代发酵工程和传统发酵技术所用的菌种从来源方面看有什么不同? 提示 传统发酵技术所用的菌种一般是原材料中天然存在的多种菌种,而现代发酵工程用的菌种是通过微生物培养技术获得的单一菌种。 (2)怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要? 提示 要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制,使其最适合微生物的生长繁殖,还要及时添加必需的营养成分。 (3)为什么发酵工程的生产条件比较温和? 提示 发酵是利用微生物的代谢将原料进行转化,而微生物代谢是在常温常压下进行的,因此发酵工程的生产条件比较温和。 (4)在产物分离和提纯方面,发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处? 提示 传统发酵技术获得的产物一般不是单一组分,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。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,采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥,即可得到产品。如果产品是代谢物,可采用蒸馏、萃取等方法进行提取。 方法归纳•拓展 1.发酵工程的基本环节 2.发酵工程与传统发酵技术的比较 项目 发酵工程 传统发酵技术 区 别 菌种 通过微生物纯培养技术筛选或其他技术生产的优良菌种,大多是单一菌种 原材料中天然存在的混合菌种 发酵方式 液体发酵为主 固体发酵或半固体发酵为主 对发酵条件的控制 严格无菌操作,防止杂菌污染。通过现代工程技术对发酵条件精确地控制,使发酵条件处于最佳状态 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 项目 发酵工程 传统发酵技术 区 别 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 通常是家庭式或作坊式的,产量低,生产往往受季节和原料限制,产品风味、品种比较单一,质量不稳定 联系 ①都利用了微生物的作用 ②发酵工程是在传统发酵技术的基础上发展起来的 对点应用•突破 突破点1　发酵工程的基本环节 1.燃料乙醇是一种绿色燃料。研究人员利用酵母菌以霉变的木薯和小麦为原料,混合发酵生产燃料乙醇,流程图如下。 下列叙述错误的是(　　) A.Ⅰ阶段是该发酵生产的中心环节 B.Ⅰ阶段的淀粉酶不需进行灭菌处理 C.Ⅱ阶段的步骤①是接种酵母菌 D.Ⅲ阶段步骤②是产物的分离、提纯 A 解析 分析题图可知,Ⅱ阶段是该发酵生产的中心环节,A项错误。酶活性的发挥需要适宜的温度等条件,Ⅰ阶段的淀粉酶不需进行灭菌处理,B项正确。步骤①是接种酵母菌,对淀粉分解产物糖浆进行发酵,C项正确。Ⅲ阶段步骤②是产物的分离、提纯,最终获得产品,D项正确。 2.(2025云南昭通期中)下列关于发酵工程基本环节的叙述,错误的是(　　) A.发酵工程的主要环节包括选育菌种、扩大培养、配制培养基、灭菌、接种、发酵罐内发酵、分离和提纯产物 B.扩大培养是发酵工程的中心环节 C.性状优良的菌种可以通过基因工程育种或诱变育种获得 D.对于获得的产品菌种,可以采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥 B 解析 发酵工程的基本操作过程包括选育菌种、扩大培养、配制培养基、灭菌、接种、发酵罐内发酵、分离和提纯产物,A项正确。发酵罐内发酵是发酵工程的中心环节,B项错误。基因工程育种、诱变育种均能获得性状优良的菌种,C项正确。产品不同,分离、提纯的方法一般不同,如果产品是微生物细胞本身,可采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥,即可获得产品,D项正确。 3.(2025广东东莞中学期中)某高校采用如图所示的发酵罐进行葡萄酒发酵过程的研究,下列叙述错误的是(　　) A.夏季生产果酒时,常需对罐体进行降温处理 B.酒精为挥发性物质,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不会低于大气压 D.可以通过检测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵 B 解析 果酒发酵时,一般将温度控制在18~30 ℃,夏季温度高,且发酵过程中有热量产生,因此夏季生产果酒时,常需对罐体进行降温处理,A项正确。果酒发酵是无氧发酵,在发酵过程中不能通入空气,B项错误。正常发酵过程中不消耗O2,会产生CO2,故罐内的压力不会低于大气压,C项正确。酵母菌发酵过程中会消耗大量糖类,故可以通过检测发酵过程中残余糖的浓度来决定何时终止发酵,D项正确。 突破点2　发酵工程与传统发酵技术的比较 4.下列关于发酵工程与传统发酵技术的叙述,正确的是(　　) A.人们对发酵原理的认识和密闭式发酵罐的成功设计,标志着发酵工程的诞生 B.在无氧条件下,人们利用果酒制作后的多余产物进行醋酸发酵,可生产果醋 C.传统发酵技术制作的泡菜品质不一,与食材上菌种的差异、杂菌不明等有关 D.发酵工程所用菌种都是经选育的单一菌种,可以明显提高产品的产量和质量 C 解析 随着人们对发酵原理的认识,微生物纯培养技术的建立,以及密闭式发酵罐的成功设计,人们能够在严格控制的环境条件下大规模生产发酵产品,标志着发酵工程逐步形成,A项错误。醋酸菌是好氧细菌,需要在氧气充足的条件下进行醋酸发酵,B项错误。传统发酵技术制作的泡菜品质不一,与发酵条件控制不严格、食材上菌种的差异、杂菌不明等有关,C项正确。发酵工程所用菌种大多是经选育的单一菌种,可以明显提高产品的产量和质量,D项错误。 主 题 二 基础知识•落实 主题二　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 ①以大豆为主要原料,利用产生　　　　　的霉菌生产酱油。 ②以谷物或水果等为原料,利用　　　　　发酵生产各种酒类。 蛋白酶 酿酒酵母 (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　　　　,改善食品的口味、色泽和品质,有时还可以延长食品的保存期。 ①柠檬酸可以通过　　　　　的发酵制得。 ②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、β-淀粉酶、　　　　　、氨基肽酶和脂肪酶等。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品产量等方面。 营养 黑曲霉 谷氨酸棒状杆菌 果胶酶 2.在医药工业上的应用 (1)发酵工程可以生产抗生素、氨基酸、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 ①生长激素释放抑制激素最初从羊脑中提取,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。 ②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。 ③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紫杉醇、 　　　　　　　等化合物。 免疫调节剂 蛋白质 基因 酵母菌 青蒿素前体 3.在农牧业上的应用 (1)生产微生物肥料 ①作用:利用微生物在代谢过程中产生的有机酸、　　　　　　　　　等来增进土壤肥力,改良土壤结构,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。 ②类型:常见的有　　　　　　肥和　　　　　　肥等。 (2)生产微生物农药 ①原理:微生物农药利用微生物或　　　　　　来防治病虫害。 ②实例:苏云金杆菌可以用来防治80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。 生物活性物质 病原微生物 根瘤菌 固氮菌 其代谢物 白僵菌 井冈霉素 (3)生产微生物饲料 ①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　　　　。 ②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　　　　　　。 [微提醒]单细胞蛋白不是通过发酵产生的大量的微生物分泌蛋白,而是通过发酵获得的大量微生物菌体。 菌体 保鲜 免疫力 4.在其他方面的应用 (1)利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质。 (2)极端微生物的利用,如嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产洗涤剂, 　　　　　　有助于提高热敏性产品的产量。 结论要语　辨一辨 (1)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。(　　) (2)单细胞蛋白指通过发酵而获得的微生物菌体。(　　) (3)发酵工程在助力解决粮食、环境、健康和能源等方面做出了越来越大的贡献。(　　) 嗜低温菌 × √ √ 情境探究•提升 资料一　啤酒是以大麦为主要原料经酵母菌发酵制成的。啤酒发酵过程分为主发酵和后发酵两个阶段,主发酵阶段完成酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成;后发酵过程是在低温、密闭环境中的储存过程。 资料二　“精酿”啤酒的制作工艺与普通啤酒不同,一般不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理。“精酿”啤酒是小规模酿造产品,发酵时间长、产量低。 请结合上述资料分析回答下列问题。 (1)与传统的手工发酵相比,在啤酒的工厂化生产中,哪些工程手段能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质量。 (2)“精酿”啤酒的制作工艺与普通啤酒不同,如一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”啤酒更健康,你怎么看待这个问题? 提示 “精酿”啤酒不进行过滤和消毒处理,保质期更短,安全性不如普通啤酒,饮用需慎重。 方法归纳•拓展 啤酒的工业化生产流程 (1)生产流程图 (2)生产流程中几个关键环节的作用 ①焙烤:加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。 ②糖化:淀粉分解,形成糖浆。 ③蒸煮:产生风味组分,终止酶的进一步作用,并对糖浆灭菌。 ④发酵:酵母菌将糖转化为酒精和CO2。 ⑤消毒:杀死啤酒中的大多数微生物,延长它的保存期。 对点应用•突破 突破点1　啤酒的工业化生产 5.(2025江苏泰州开学考)啤酒发酵流程一般包含发芽、焙烤、碾磨、糖化、蒸煮、发酵、消毒、终止等。下列叙述错误的是(　　) A.焙烤过程通过加热杀死种子的胚细胞,从而使淀粉酶失活 B.酵母菌繁殖及大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成 C.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 D.蒸煮过程中高温使淀粉酶失活,可以终止淀粉酶的进一步作用,并对糖浆灭菌 A 解析 焙烤是指通过加热杀死种子的胚,但不使淀粉酶失活,A项错误。主发酵是主要的生产过程,酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成都是在主发酵阶段完成的,B项正确。发酵的温度和发酵的时间随着啤酒品种和口味要求的不同而有所差异,C项正确。蒸煮过程中高温使淀粉酶失活,终止淀粉酶的分解作用,并对糖浆灭菌,D项正确。 6.(2025山东济宁期中)啤酒主要以麦芽、水、啤酒花为原料,经酵母菌酒精发酵而来,具体生产流程如图。下列叙述错误的是(　　) A.啤酒发酵过程中大部分糖的分解和代谢物的生成都在后发酵阶段完成 B.“精酿”啤酒发酵时间长,没有进行过滤和消毒处理,因此保质期较短 C.糖化主要是将麦芽中的淀粉分解,碾磨有利于淀粉酶与淀粉充分接触 D.为防止接种时酵母菌被杀死,应在麦芽汁冷却后再加入啤酒酵母发酵 A 解析 在啤酒发酵过程中,大部分糖的分解和代谢物的生成都在主发酵阶段完成,A项错误。“精酿”啤酒发酵时间长,并且没有进行过滤和消毒处理,这使得其中可能含有一些微生物等,容易导致啤酒变质,所以保质期较短,B项正确。糖化的主要目的是将麦芽中的淀粉分解为可发酵性糖等物质;碾磨可以使麦芽颗粒变小,增大淀粉与淀粉酶的接触面积,有利于淀粉酶与淀粉充分接触,从而提高糖化效率,C项正确。酵母菌在高温下可能会被杀死,麦芽汁在蒸煮后温度较高,直接接种酵母菌会导致酵母菌死亡,所以应在麦芽汁冷却后再加入啤酒酵母进行发酵,D项正确。 突破点2　发酵工程的其他应用 7.(2025河北邢台期中)下列有关发酵工程和传统发酵技术的叙述,正确的是(　　) A.通过发酵工程可以从微生物细胞中提取单细胞蛋白 B.利用发酵工程生产的微生物农药,作为化学防治的重要手段,可用于防治病虫害 C.利用淀粉发酵生产酒精、乙烯等能源物质,对解决资源短缺与环境污染等问题具有重要意义 D.传统发酵存在杂菌情况不明、过程控制缺乏标准等问题,导致发酵产品品质不一 D 解析 单细胞蛋白是指利用发酵工程获得的大量的微生物菌体,而并非微生物的代谢物,故不需要提取,A项错误。微生物农药作为生物防治的重要手段,可用于防治病虫害,B项错误。利用纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质,来代替不可再生资源,对解决资源短缺与环境污染等问题具有重要意义,C项错误。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,而传统发酵存在杂菌情况不明、过程控制缺乏标准等问题,D项正确。 课 堂 小 结 本 课 结 束 $