2027届高三生物一轮复习课件 发酵工程及其应用

该高中生物学高考复习课件聚焦“发酵工程”核心模块，依据高考评价体系明确了发酵工程的概念、基本环节及应用三大考查要点。通过近五年高考真题分析，“发酵条件控制”“产物分离提纯”等考点占比达60%，归纳出流程分析、实验设计、应用题等常考题型，构建起系统的知识网络。 课件亮点在于“真题情境化训练 + 核心素养导向”的备考设计，如以2022年全国乙卷“青霉素生产”真题为例，运用科学思维中的归纳演绎法解析发酵罐温度、pH控制的原理，结合结构与功能观突破“搅拌叶轮作用”等易错点。特设“考点突破微专题”和“实验操作评分标准”，帮助学生掌握答题逻辑，教师可依托此课件精准定位复习重点，提升备考效率。

从社会中来： 青霉菌 20万单位 思考1：在工业上，青霉素是怎样生产的？ 通过发酵工程生产。 第四届花生 第1章 发酵工程 第3节 发酵工程及其应用 第四届花生 密闭式发酵罐的设计成功 微生物纯培养技术的建立 人们对发酵原理的认识 发酵工程形成 发酵工程是指利用 的特定功能，通过 ， 生产对人类有用的产品。（P1） 微生物 现代化工程技术 规模化 第四届花生 1.概念： 2.基本环节： 3.特点： 4.应用： 一、发酵工程及其应用：（P22—27） 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、提纯产物 获得产品 中心环节 第四届花生 2.发酵工程的基本环节： （1）选育菌种： ①目的： ②菌种来源： ③实例： ④选育菌种需要考虑的因素： 获得性状优良的菌种。 从自然界中筛选，诱变育种或基因工程育种。 （基因突变） （基因重组） 产柠檬酸量高的黑曲霉 啤酒酵母 青霉菌 第四届花生 生产微生物直接合成的产物 如青霉素、谷氨酸等，则可从自然界中先分离出相应菌种，再用物理或化学的方法诱变育种，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。生产微生物不能合成的产品 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，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品目的。 旁栏思考：某镇特产一种美酒，以下是对该镇环境的描述：四面环山，地势低洼，气候炎热，具有独特的微生物种群，因为与外界的空气对流循环较缓慢，所以微生物种群较稳定。这对你理解发酵工程中菌种选育的重要性有什么启示？ a.在低成本的培养基上能迅速生长繁殖； b.生产所需代谢物的产量高； c.发酵条件容易控制； d.菌种不易变异、退化等。 ④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？ 第四届花生 2.发酵工程的基本环节： （1）选育菌种→（2）扩大培养： ①原因： ②目的： 工业发酵罐的体积一般为几十到几百立方米，接入的菌种总体积需要几立方米到几十立方米。所以，在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。 增加菌种数量，缩短生产周期。 （一般为液体培养基） 恒温培养摇床 第四届花生 ①原因： ②实例： ③对象： 2.发酵工程的基本环节： （3）配制培养基→（4）灭菌： ①在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。应包括微生物生长所需的____________________________________。 ②生产实践中，培养基配方要经过________才能确定（即不断优化培养基）。 碳源、氮源、水、无机盐及特殊营养要求 反复实验 发酵工程中所用的菌种大多是________；一旦有杂菌污染，可能导致____________。 单一菌种 产量大大下降 （种间竞争、代谢物抑制） 培养基、发酵设备 杂菌会分泌青霉素酶将青霉素分解掉。 第四届花生 ________下，将__________的菌种投放到______中。 2.发酵工程的基本环节： （1）选育菌种→（2）扩大培养 （3）配制培养基 →（4）灭菌 （5）接种： 发酵罐 扩大培养后 无菌条件 菌种选育 培养基 第四届花生 2.发酵工程的基本环节： (1)选育菌种→(2)扩大培养 (3)配制培养基 → (4)灭菌 (5)接种→(6)发酵罐内发酵： 发酵罐 ①了解发酵进程： ②严格控制条件： ③原因： ④实例： 中心环节 随时检测培养液中__________、________等。 微生物数量 产物浓度 及时添加必需的________， 要严格控制____、___和______等发酵条件。 营养物质 温度 pH 溶氧量 计算机系统监测、控制 a.环境条件会影响微生物的生长繁殖、代谢物的形成； b.有利于使发酵全过程处于最佳状态。 谷氨酸的发酵，中性和弱碱性下会积累______； 酸性条件下则容易生成________和______________。 谷氨酸 谷氨酰胺 N-乙酰谷胺酰胺 第四届花生 观察孔 ①取样管 抽样检测 培养物或营养物质的加入口 ②放料管 使培养物流出发酵罐，实现连续培养。 阀门 温度传感器及控制装置 ③冷却水进入口 冷却夹层 冷却水排出口 控制冷水流速调节罐温。 ④pH计 ⑤排气管 调节罐压 ⑥空气入口 控制溶氧含量 ⑦搅拌叶轮 电动机 a.使菌种与发酵液混合均匀； b.加快O2的溶解； c.散热。 第四届花生 2.发酵工程的基本环节： (1)选育菌种→(2)扩大培养 (3)配制培养基 → (4)灭菌 (5)接种→(6)发酵罐内发酵→ (7)分离、提纯产物→(8)获得产品： 中心环节 ①产品是微生物： ②产品是代谢物： 过滤、沉淀 菌体 发酵液 产品 分离、干燥 细胞破碎 细胞分离 分离、纯化 酱油 味精 啤酒 青霉素 根瘤菌 思考：发酵工程和传统发酵的区别？ 第四届花生 项目 发酵工程 传统发酵技术 区别 菌种 对发酵条件的控制 产品处理 生产规模和产品 分离和提纯产物的方法较多。最后需要进行质量检查 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。 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 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 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 发酵工程与传统发酵的比较 第四届花生 1.概念： 2.基本环节： 3.特点： 4.应用： 一、发酵工程及其应用：（P22—27） （1）生产条件温和； （2）原料来源丰富且价格低廉； （3）产物专一； （4）废弃物对环境的污染小和容易处理； 阅读课本24～27页，以思维导图的形式整理。 第四届花生 (1)食品工业 (2)医药工业 生产传统发酵食品，eg：豆油、酒等 (3)农牧业 (4)其他方面 生产食品添加剂，eg：柠檬酸、味精、增味剂、防腐剂等 4.发酵工程应用 基因工程，或直接改造微生物，再通过发酵技术获得抗生素、氨基酸、激素、免疫调节剂等产品。 生产微生物肥料，eg：根瘤菌肥、固氮菌肥等 生产微生物农药，eg：苏云金杆菌、白僵菌、井冈霉素等 生产微生物饲料，eg：单细胞蛋白、青贮饲料中添加乳酸菌等 解决资源短缺与环境污染问题，eg：纤维废料生产酒精 、乙烯等 将极端微生物应用于生产实践，eg：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。 生产酶制剂，eg：淀粉酶、果胶酶、氨基酸肽酶和脂肪酶等 第四届花生 4.发酵工程的应用： （1）食品工业： ①生产传统发酵产品： 大豆蛋白质 小分子肽 和氨基酸 酱油 谷物、水果 酒精+CO2 霉菌产生蛋白酶 酵母菌 无氧条件 淋洗、调制 各种酒类 优点：产品的产量、质量明显提高。 第四届花生 发芽 焙烤 碾磨 糖化 蒸煮 发酵 主发酵 冷却 大麦种子发芽，释放淀粉酶。 加热杀死种子胚但不使淀粉酶失活。 将干燥的麦芽碾磨成麦芽粉。 淀粉分解，形成糖浆。 产生风味组分，终止酶的作用，对糖浆灭菌。 酵母菌将糖转化为酒精和CO2 杀死大多数微生物，延长它的保存期。 消毒 终止 后发酵 过滤 过滤、调节、分装啤酒出售。 啤酒的工业化生产流程 大部分糖的分解、酵母菌的繁殖和代谢物的生成 低温、密闭储存 啤酒花 第四届花生 思考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。 思考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。“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？ 辩证地看待。多样化的特点可满足一些人对独特口感的需求或时尚追求；手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。 啤酒的工业化生产流程 第四届花生 （1）食品工业： ①生产传统发酵产品： ②生产食品添加剂： 柠檬酸合成酶 黑曲霉产生酶 淀粉 葡萄糖 柠檬酸 谷氨酸棒状杆菌 谷氨酸 需氧发酵 处理 味精 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、溶菌酶 作用： ①增加食品的营养； ②改善食品的口味、色泽和品质； ③延长食品的保存期。 第四届花生 （1）食品工业： ①生产传统发酵产品： ②生产食品添加剂： ③生产酶制剂： 举例：淀粉酶、果胶酶、氨基酸肽酶和脂肪酶等。 应用：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量等方面。 来源：少数由动植物生产外，大多数通过发酵工程生产。 第四届花生 从生物体中提取的具有酶特性的一类化学物质。 4.发酵工程的应用： （1）食品工业：传统发酵、食品添加剂、酶制剂 （2）医药工业： 抗生素、氨基酸、激素、免疫调节剂等。 肢端肥大症 动植物的基因 微生物 直接改造微生物 微生物 病原体的 抗原基因 发酵 工程 转入 转入 药物 药物 疫苗 各种抗生素 多种氨基酸 多种激素 多种免疫调节剂 特点：基因工程、蛋白质工程与发酵工程相结合。 第四届花生 许多微生物都能产生氨基酸，发酵工程可生产许多具有治疗作用的氨基酸。例如精氨酸可以治疗高氨血症（尿素合成障碍导致血氨浓度升高）等疾病。 4.发酵工程的应用： （1）食品工业：传统发酵、食品添加剂、酶制剂 （2）医药工业：抗生素、氨基酸、激素、免疫调节剂等 （3）农牧业： 肥料、农药、饲料。 ①微生物肥料： 原理： 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。 抑制土壤中病原微生物的生长，从而减少病害的发生。 第四届花生 4.发酵工程的应用： （1）食品工业：传统发酵、食品添加剂、酶制剂 （2）医药工业：抗生素、氨基酸、激素、免疫调节剂等 （3）农牧业：肥料、农药、饲料 ②微生物农药： 原理： 作用： 利用______或其______来防治病虫害。 微生物 代谢物 ________的重要手段，助于农业的可持续发展。 生物防治 第四届花生 4.发酵工程的应用： （1）食品工业：传统发酵、食品添加剂、酶制剂 （2）医药工业：抗生素、氨基酸、激素、免疫调节剂等 （3）农牧业：肥料、农药、饲料 ③微生物饲料： 单细胞蛋白 原理： 微生物含有丰富的蛋白质，且繁殖速度快。 淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液 （单细胞蛋白） 发酵 大量微生物菌体 食品添加剂、饲料 青贮饲料 提高饲料的品质，使饲料保鲜，提高免疫力。 +乳酸菌 第四届花生 4.发酵工程的应用： （1）食品工业：传统发酵、食品添加剂、酶制剂 （2）医药工业：抗生素、氨基酸、激素、免疫调节剂等 （3）农牧业：肥料、农药、饲料 （4）其他方面： ①解决资源短缺与环境污染问题 纤维废料发酵生产_____、_____等能源物质。 酒精 乙烯 ②将极端微生物应用于生产实践 嗜热菌、嗜盐菌可以用来生产______； 嗜低温菌有助于提高 的产量。 洗涤剂 热敏性产品 第四届花生 Multimedia Cloud Transcode (cloud.baidu.com) Content Adaptive Encoding 3.0 $