第一章发酵工程单元总结、练习课件-2026-2027学年高二下学期生物人教版选择性必修3

人教版选择性必修三 第一章 发酵工程 授课人：xxx 单元总结 课堂坐标 学习全览 1 单元总结 2 3 知识复习 单元训练 NO.1 单元总结 1 单元总结 概念理解： 发酵是指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。人们可以通过传统发酵技术或发酵工程来进行发酵生产。传统发酵以混合菌种的固体发酵和半固体发酵为主。发酵工程一般包括菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等环节。 获得微生物纯培养物是发酵工程的重要基础，可通过纯培养来实现。进行纯培养时，人们需要按照微生物对营养物质的不同需求配制培养基；还需要防止杂菌污染，无菌技术围绕这一点展开，主要包括消毒和灭菌。 1 单元总结 获得微生物纯培养物的常用方法有平板划线法和稀释涂布平板法。有时，还需要借助选择培养基才能有目的地分离某种微生物。 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。 分区划线法 连续划线法 1 单元总结 课标定位： 本章重点集中在二三节，考查频繁的是平板划线法，涂布平板法，发酵工程的流程，啤酒的酿造也是频繁考察点。 接下来我们以知识复习的形式罗列考点 NO.2 知识复习 2 知识复习 1.发酵的概念： 2.传统发酵技术利用的是（ )的微生物 3.腐乳经过微生物发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的_______和_______。 一、乳酸菌 1.定位：（代谢类型？）： 2.分布： 3.常见的两类： 4.应用： 5.在无氧条件下将葡萄糖分解成乳酸的方程式： 天然存在 发酵，是指人们利用微生物，在适宜条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。 肽 氨基酸 定位:厌氧细菌 分布：空气土壤植物体表，人或动物肠道内  常见两类：乳酸链球菌和乳酸杆菌   应用：乳制品发酵，泡菜的腌制   C6H12O6                    酶             2C3H6O3（乳酸）+能量 2 知识复习 3.醋酸菌： 定位： 最适生长温度： 两个重要方程式： 定位：兼性厌氧微生物  营养来源：多种糖类 最适生长温度：28℃   定位：好氧，单细胞原核生物  最适温度：30~35℃   2 知识复习 制作泡菜： 2 知识复习 盐水浓度： 盐水煮沸冷却的目的： 装八成满的目的： 用水密封泡菜坛的目的： 1.盐水浓度： 质量分数为5%～20% 浓度过高：抑制乳酸菌发酵，泡菜风味差；浓度过低：不足以抑制杂菌，容易腐败。 2.盐水煮沸冷却的目的：煮沸：杀灭盐水中的杂菌，同时除去水中溶解的氧气；冷却：防止高温杀死乳酸菌。 3.装八成满的目的：发酵初期会产生少量气体，预留空间，防止发酵液溢出。 4.用水密封泡菜坛的目的：隔绝空气，创造无氧环境，利于乳酸菌无氧发酵；同时抑制好氧杂菌的繁殖。 2 知识复习 制作果酒和果醋： 酒精体积分数： 先洗后除去枝梗的原因： 果酒发酵温度：   果醋发酵温度： 1.酒精体积分数： 果酒发酵后酒精体积分数一般可达 10%～12%（超过这个浓度酵母菌会被酒精抑制，停止发酵） 2.先洗后除去枝梗的原因：防止去枝梗时，葡萄果皮破损，造成杂菌污染；同时避免大量冲掉葡萄皮上野生酵母菌。 补充：葡萄冲洗不能反复多次清洗，防止洗掉菌种。 3.果酒发酵温度：18 ～30℃ 4.果醋发酵温度： 30～35℃ 2 知识复习  发酵工程的基本环节 发酵工程：利用微生物特定功能，规模化生产人类所需产品的综合性生物工程。完整流程如下： 选育菌种 来源：从自然界筛选；诱变育种；基因工程育种（定向改造菌种）。 扩大培养：增加菌种的数量，为大规模发酵做准备。 配制培养基：确定培养基配方，满足菌种营养需求。 灭菌：培养基和全部发酵设备严格灭菌，防止杂菌污染。 接种：无菌条件下接入菌种。 发酵罐内发酵（发酵工程的中心环节） 监测：微生物数量、产物浓度； 操作：及时补加营养物质；严格控制温度、pH、溶解氧等发酵条件。 分离、提纯获得产品 产品为菌体本身：过滤、沉淀，再干燥； 产品为代谢产物：采取提取、分离、纯化手段获取目标产物。 2 知识复习 实例：啤酒工业化生产流程 制麦：大麦发芽产生淀粉酶；烘烤杀死胚，保留淀粉酶活性。 蒸煮目的：灭菌、产生风味物质。 发酵：酵母菌将糖转化为酒精和二氧化碳；分为主发酵、后发酵两个阶段。 发酵工程优点： 生产条件温和；原料来源丰富、低廉；产物专一；废弃物污染小，容易处理。 2 知识复习 发酵工程的应用 一、食品工业 生产各类传统发酵产品； 生产各类食品添加剂； 生产酶制剂。 重点：单细胞蛋白：以工农业废料为原料发酵得到大量微生物菌体；富含蛋白质、糖类、脂质、维生素，可作饲料或食品。 二、医药工业 筛选获得具备药物合成能力的微生物； 通过诱变、基因工程直接改造菌种，大规模发酵生产药物； 基因工程疫苗：将病原体抗原基因导入微生物，表达产物制备疫苗。 三、农牧业 微生物肥料：改善土壤肥力； 微生物农药：生物防治，减少化学农药污染； 微生物饲料：提升畜禽养殖效率。 四、其他领域 能源：纤维废料发酵生产酒精、乙烯等能源物质； 极端微生物利用：嗜热、嗜盐微生物生产洗涤剂； NO.3 单元训练 3 单元训练 课本练习再现 1．某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物 A，其研究团队用化合物 A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物 A 的细菌（目的菌）。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。 （1）在培养基中加入化合物 A 的目的是________，这种培养基属于________培养基。 （2）培养若干天后，应选择培养瓶中化合物 A 含量________的培养液，接入新的培养液中连续培养，使目的菌的数量________。 筛选出能降解化合物 A 的细菌 选择 低 增多 解析：化合物 A 作为唯一碳源（氮源），只有能降解 A 的细菌才能存活，从而筛选目的菌；这类允许特定微生物生长、抑制其他微生物的培养基为选择培养基。 解析：目的菌降解化合物 A，降解能力越强，瓶内剩余 A 含量越低；把该培养液转接至新培养基连续培养，可富集（扩增）目的菌，使数量增多。 3 单元训练 （3）若要研究目的菌的生长规律，可挑取单个菌落进行液体培养，再采用________方法进行计数。请你预测目的菌的种群数量会发生怎样的变化。 1．某化工厂为了处理排出污水中的一种有害的、难以降解的有机化合物 A，其研究团队用化合物 A、磷酸盐、镁盐和微量元素等配制了培养基，成功地筛选出能高效降解化合物 A 的细菌（目的菌）。实验的主要步骤如下图所示，请分析回答问题。 稀释涂布平板（或血细胞计数板） 种群数量变化： 培养初期营养充足、空间充裕，种群近似J 型增长；随着营养消耗、代谢废物积累，增长速率减慢，达到环境容纳量K值，数量保持相对稳定；继续培养，营养匮乏、有害物质大量积累，种群数量下降（S 型增长后期衰退）。 （4）将目的菌用于环境保护实践时，还有哪些问题需要解决？ （5）有人提出，可以通过改造细菌的基因来获得能够降解化合物 A 的细菌，请分析这种方法是否可行。 需要解决的问题： ① 检测目的菌降解 A 的过程中，会不会产生有毒有害的中间代谢产物，造成二次污染； ② 大量投放目的菌，会不会在环境中成为优势菌种，破坏原有微生物群落平衡，影响生态系统； ③ 目的菌在自然污水环境下，能否长期存活、保持降解活性； ④ 评估目的菌扩散后对人体、动植物的安全风险。 可行。 可以用基因工程，从能降解 A 的生物中获取降解化合物 A 的目的基因，导入受体细菌，改造细菌基因，使细菌获得降解 A 的能力。 ⚠️ 但是投入环境使用前，必须开展生物安全性评估，防止转基因细菌带来生态风险。 3 单元训练 ① 不同意。 理由：样本太少，缺少平行重复实验，偶然性大。只检测一个冰激凌，无法确定是单个冰激凌变质，还是该品牌冰激凌普遍存在污染问题，实验结果可信度低。 ② 不必要梯度稀释。 理由：国家标准中大肠杆菌允许数量很低。即使冰激凌超标，菌浓度也不会极高；如果梯度稀释，稀释后平板上菌落数会过少，落在不可准确计数范围，造成较大误差。 ③ 需要设置对照组。 理由：需要空白对照组（未接种的培养基平板），检验培养基灭菌是否彻底。若空白平板长出菌落，说明培养基被杂菌污染，本次实验结果无效。 3 单元训练 不能由涂布平板法得到的是 B解析：涂布平板法：菌液均匀涂布，菌落分散在平板表面。 平板划线法：接种环划线，菌落沿着划线轨迹生长。B 图有明显划线痕迹，是平板划线法的结果。 除深紫色菌落外还有其他菌落：说明冰激凌样品中除大肠杆菌外，还存在其他种类的微生物（杂菌）。 统计结果偏小。 原因：当两个或多个大肠杆菌细胞连在一起时，平板上只能形成一个菌落，计数时只能计为 1 个，因此统计的菌落数少于实际活菌数量。 向市场监管 / 卫生检疫部门报告；暂停该批次冰激凌售卖，防止更多人食用；进一步溯源检测，查明污染来源（生产原料、水源、车间环境、包装等）；责令厂家整改、灭菌，复测合格后方可恢复生产销售。 3 单元训练 拓展练习： 1．(2024·江苏，14)关于“利用乳酸菌发酵制作酸奶或泡菜”的实验，下列叙述正确的是(　　) A．制作泡菜的菜料不宜完全淹没在煮沸后冷却的盐水中 B．制作酸奶的牛奶须经过高压蒸汽灭菌后再接种乳酸菌 C．发酵装置需加满菜料或牛奶并封装，以抑制乳酸菌的无氧呼吸 D．控制好发酵时间，以避免过量乳酸影响酸奶或泡菜的口味和品质 【答案】　D 【解析】　为制造无氧环境，制作泡菜的菜料要完全淹没在煮沸后冷却的盐水中，A错误；制作酸奶的牛奶不需要经过高压蒸汽灭菌，否则会破坏牛奶的营养成分，B错误；发酵装置中泡菜装至八成满，制作酸奶时倒入的奶液量不要超过奶瓶容积的2/3，制作酸奶或泡菜时需要促进乳酸菌的无氧呼吸，C错误；制作酸奶或泡菜时，控制好发酵时间，以避免过量乳酸影响酸奶或泡菜的口味和品质，D正确。 3 单元训练 2.（2025·江苏无锡·模拟预测）关于传统发酵技术及其应用，下列叙述正确的是（    ） A．制作果酒时，通过检测是否产生CO2 来判断发酵进程 B．制作果醋时，在发酵液的表面会形成醋酸菌的单菌落 C．制作泡菜时，加入陈泡菜水可以缩短泡菜制作的时间 D．制作腐乳时，豆腐坯上长出的白毛主要是根霉的菌丝 【答案】C 【详解】A、果酒发酵中，酵母菌始终进行细胞呼吸产生CO2（有氧阶段和无氧阶段均产生），无法通过CO2产生判断发酵进程，A错误； B、醋酸菌为好氧菌，在果醋发酵液表面形成一层菌膜（由大量醋酸菌聚集而成），而非单菌落（单菌落指固体培养基上单个微生物繁殖形成的肉眼可见群体），B错误； C、陈泡菜水中含有大量活性乳酸菌，接种后可加快乳酸发酵速率，缩短泡菜制作时间，C正确； D、制作腐乳时，豆腐坯上长出的白毛主要是毛霉的菌丝，而非根霉。毛霉产生的蛋白酶和脂肪酶会分解豆腐中的蛋白质和脂肪，是腐乳风味的主要来源，D错误。 故选C。 3 单元训练 3．(2025·云南，15)黄酒是我国古老的发酵酒之一，传统酿制中，先用蒸煮过的小麦或麸皮为原料，对之前发酵留存的少量酒曲(曲种)进行扩大制曲；再将酒曲和蒸煮后的糯米、大米混合处理一段时间后，添加足量酒母(含酵母菌)完成发酵，压榨成品。下列叙述错误的是(　　) A．小麦、麸皮等原料为酒曲中微生物的生长繁殖提供了碳源和氮源等营养物质 B．为避免制曲过程被杂菌污染影响黄酒品质，扩大制曲前需对留存的酒曲灭菌 C．糯米、大米蒸煮后立即与酒曲混合会导致酶空间结构改变而降低其催化效率 D．将酒曲混合糯米、大米处理一段时间，是为了获得酒母发酵时的底物葡萄糖 【答案】　B 【解析】　小麦、麸皮等原料含有蛋白质、糖类等多种营养成分，蛋白质可以为微生物生长提供氮源，糖类等可以为微生物生长提供碳源，所以能为酒曲中微生物的生长繁殖提供碳源和氮源等营养物质，A正确；扩大制曲前对留存的酒曲不能灭菌，因为酒曲本身含有发酵所需的菌种，若灭菌会杀死这些菌种，导致无法进行正常的发酵过程，B错误；糯米、大米蒸煮后温度较高，立即与酒曲混合，高温会使酶的空间结构改变，导致酶活性降低，从而降低其催化效率，C正确；酒曲中含有淀粉酶等，将酒曲混合糯米、大米处理一段时间，淀粉酶可将糯米、大米中的淀粉分解为葡萄糖，从而为后续酒母(含酵母菌)发酵提供底物葡萄糖，D正确。 3 单元训练 4.（2026·湖北荆州·三模）传统塑料因难以被微生物降解而造成环境污染，聚羟基脂肪酸酯（PHA）具有类似传统塑料的物化特性及其所不具备的可降解性和生物相容性，有望终结“白色污染”。科学家从咸水湖中找到了可以发酵生产PHA的菌种——野生型LS21。下列叙述正确的是（    ） A．LS21能发酵生产PHA，因为它含有能编码PHA的基因 B．提高LS21发酵培养基中营养物质的浓度，会提高PHA的产量 C．利用LS21生产PHA的过程中可采用过滤、沉淀等方法来获得产品 D．改变发酵条件，不仅会影响LS21的生长繁殖，还可能影响其代谢途径 【答案】D 【详解】A、PHA的化学本质不是蛋白质，非基因表达的直接产物，LS21能发酵生产PHA，因为它含有能编码PHA合成酶的基因，A错误； B、若发酵培养基中营养物质的浓度过高，会使细胞失水，代谢减弱，从而抑制PHA的产量， B错误； C、PHA属于细胞代谢产物，需要适当的方法通过提取、分离和纯化等措施来获得产品， C错误； D、微生物的代谢方式会受到环境条件的影响，即环境条件不仅会影响微生物的生长繁殖，还会影响微生物代谢物的形成，D正确。 本课结束 谢谢大家