高三生物 微生物发酵及其应用

微生物在发酵中的作用和应用发酵是一种利用微生物代谢产物来制造并改变食品、饮料、化妆品、医药和工业原料等一系列生产过程的方法。

其基本原理是利用微生物在特定条件下代谢产生的酸、酶或醇类物质，将其运用于生产当中。

本文将介绍微生物在发酵中的作用和应用。

一、微生物在发酵中的作用微生物在发酵中的作用主要是促进物质的代谢和转化。

它们通过催化反应、生产酵素和释放其他代谢产物，来改变原物质的化学性质。

具体来说，微生物在发酵中的作用分为以下几个方面：1、分解和转化复杂物质微生物可以分解和转化复杂物质，如糖、蛋白质和脂肪等。

在发酵过程中，微生物会将这些复杂物质分解为简单物质，转化成了有用的营养物质，从而促进了食品的吸收和利用。

2、生产和释放酶酶是一种能够加速化学反应的蛋白质，是微生物在发酵中生产的主要产物之一。

发酵过程中，微生物会释放出一些特定的酶，如葡萄糖氧化酶、蛋白酶和淀粉酶等，这些酶将被用于转化其他物质。

3、产生有机酸和醇在微生物代谢过程中，会产生醋酸、乳酸和丙酮酸等有机酸，以及酒精、甘油和乙醇等有机醇。

这些产物大多是用来改变发酵食品的口感、营养成分和质量。

4、维生素和氨基酸的生产微生物在发酵过程中还会产生一些维生素和氨基酸等，这些物质对于人类的健康非常重要。

例如，发酵牛奶就可以产生维生素B、维生素K和矿物质等。

5、产生其他有用的代谢产物微生物在发酵过程中还可以产生其他有用的代谢产物，如胡椒碱、青霉素和链霉素等。

这些产物可以用于食品、医药和化工等产业，具有广泛的应用前景。

二、微生物在发酵中的应用微生物在发酵过程中的作用非常重要，其应用也非常广泛。

以下是微生物在不同领域中的主要应用：1、食品行业微生物在食品行业中的应用最为广泛。

例如，发酵饮料如啤酒、酸奶、酒类、酱油和味精等都是微生物发酵产物。

微生物在发酵过程中会释放出一些酵素和其他化学物质，从而影响食品的味道和风味。

此外，微生物还可以生产维生素和其他有益营养素。

【高中生物】高中生物知识点：微生物发酵及其应用微生物发酵及其应用：1、发酵工程的历史发展（1）自然发酵时期早在数千年前，我国劳动人民就懂得酿酒、制酱油、酿醋等。

酿酒工业是历史上最古老的微生物工业，但当时人们并不知道它与微生物的关系，也不清楚发酵的原因，只是靠口传身授，在实践中应用微生物。

例如，嫌气性发酵用于酒类酿造，好气性发酵用于酿醋、制曲，这是古典发酵的特点，这一时期称为自然发酵时期。

（2）纯培养技术时期1667年，荷兰人列文霍克（AntonyVanLeowenhoek）发明了显微镜，揭开了微生物世界的秘密。

随着微生物的发现，1850-1880年法国巴斯德（LouisPasteur）通过实验发现了发酵原理，认识到发酵是由微生物的活动引起的。

随着微生物纯培养技术的逐步完善，开创了人为控制微生物的新时代。

采用杀菌操作，发明了简便的密闭式发酵罐等技术设备，使发酵失败现象（如腐败）大大减少，即人工控制环境条件使发酵效率迅速提高。

嫌气性发酵由此逐步发展起来，产品包括酒精、丙酮、丁醇等。

在世界范围内利用微生物分解代谢进行规模化工业生产经历了100多年的历史。

因此，微生物纯培养技术的创立是微生物工程发酵技术发展的第一个转折时期。

（3）通气搅拌的好气性发酵工程技术时期1929年，英国细菌学家傅莱明（Fleming）发现了青霉素。

随着青霉素大规模生产的成功，实验室采用摇瓶通风培养以及空气纤维过滤的高效除菌，在20世纪40年代创立了好气性发酵通气搅拌工程技术。

抗生素工业的兴起不仅使微生物技术应用到医药工业，而且大大促进了好气性发酵工程和微生物工业的发展。

微生物工程已经从分解代谢转为生物合成代谢，可以利用微生物合成积累大量有用的代谢产物，如各种有机酸、酶制剂、维生素、激素等，这已超越微生物正常代谢的范围。

因此，通气搅拌的好气性发酵工程技术的创立是微生物工程发酵技术发展的第二个转折时期。

（4）人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术时期随着微生物遗传学、生物化学和分子生物学的发展，促进了20世纪60年代氨基酸、核苷酸微生物工业的建立，这是遗传水平上控制微生物代谢的结果。

微生物发酵及其应用-北师大版选修2 生物科学与社会教案一、概述微生物发酵是指利用微生物的代谢过程，在适宜条件下，将一些物质转化成另一些物质的生物过程。

发酵技术广泛应用于食品、药品、化工、环保、农业等多个领域。

本教案将从微生物的发酵及其应用入手，介绍微生物的分类、微生物代谢、发酵原理及在生产中的应用。

二、微生物的分类微生物按分类不同可以分为细菌、真菌和病毒。

其中，细菌属于单细胞生物，不具有细胞核和真核细胞所具有的细胞结构；真菌属于多细胞生物，由真核细胞组成，不同种类的真菌可以形成菌丝、子囊、子实体等不同形态；病毒则是一类依赖于寄生宿主生存的侵入性微生物。

三、微生物代谢微生物的代谢分为两大类：有氧代谢和无氧代谢。

所谓有氧代谢，是指微生物在充足的氧气条件下进行的代谢过程。

在有氧的条件下，微生物通过氧化代谢产生能量，同时分解有机物质。

无氧代谢则是指微生物在缺氧的条件下进行的代谢过程，常见有乳酸经发酵和乙醇经发酵两种。

四、发酵原理发酵在微生物应用中占有重要地位。

所谓发酵，是指利用微生物代谢活动，将物质经过转化产生有用产品的生物过程。

发酵过程需要有一定的碳源和氮源以及适宜的水分、温度和pH值条件。

发酵过程中微生物会逐渐消耗基质，产生大量的代谢产物，这些产物具有重要的经济价值。

五、微生物发酵在生产中的应用微生物发酵技术广泛应用于多个领域。

以下列举一些主要的应用：1. 食品生产发酵技术在食品生产中应用广泛。

例如，酸奶、面包、酱油、葡萄酒、啤酒等多种食品制作过程中都需要用到发酵技术。

利用微生物的代谢过程，可以使原料得到美味可口的食品。

2. 药品生产微生物发酵技术在药品生产中也应用广泛。

例如，青霉素、链霉素等多种药物都是通过微生物发酵技术获得的。

3. 化工工业微生物发酵技术在化工工业中也绰绰有余。

例如，通过微生物发酵可以制备酒精、丙酮等多种产物。

同时，通过微生物代谢可以能有效地对各种环境污染物进行降解和转化，环保效果显著。

《微生物发酵及其应用》教学设计与案例
目标的确定
与本节对应的课程标准具体内容是“举例说出发酵与食品生产”，而本节标题定为《微生物发酵及其应用》。

事实上，微生物发酵在现实生活中远远超出了食品工业的范畴。

因此，本节内容一开始时并没有局限于食品生产，而是从比较大的视角──发酵工程史话引入，然后探秘发酵过程，再举例说出发酵与食品生产的关系。

为此，本节主要教学目标确定为：通过了解发酵工程发展的历史，体验科学、技术、社会三者间的关系；说出微生物发酵生产的基本过程；举例说出微生物发酵与食品生产的关系；关注与微生物发酵有关的社会问题等。

教学设计思路
教学实施的程序
师：现在人们能够利用微生物发酵来大规模地生
6.5×105 t。

你想知道味精是怎样在现代化的工厂
中生产出来的吗？请大家翻到教科书P76～77。

现代发
板书：酵工业的生产过程非常复杂，为避繁就简，突出主干，。

微生物学中的发酵技术及其应用发酵技术是指利用微生物在一定的环境条件下进行代谢反应的过程，经过这个过程可以生产出大量的有用物质。

这些物质包括食品、药品、化学品等等。

发酵技术主要利用了微生物生长和代谢过程中的产物，利用这些产物来实现有益的生产。

在微生物学中，发酵技术是一个非常重要的学科领域，它在现代化工、医药、食品行业等领域中都有广泛的应用。

一、发酵技术的基础发酵技术的基础在于微生物的生长和代谢。

微生物在一定的环境条件下能够进行生长和繁殖，随着生长过程的进行，微生物所代谢生产的物质也在不断地增加。

发酵技术主要是利用微生物在繁殖和代谢过程中所产生的酸、酒精、乳酸、酱油等有用物质来进行生产。

二、发酵技术的种类发酵技术包括了不少的种类，不同的发酵技术可以生产出不同的有用物质。

在微生物学中，常见的发酵技术包括了以下几种：1. 酵母发酵：酵母发酵是利用酿酒酵母进行发酵制造啤酒、葡萄酒等饮品。

2. 乳酸菌发酵：乳酸菌发酵是利用乳酸菌进行发酵生产乳酸，这种发酵技术可以用在酸奶制品、腌菜、酱油等食品的生产中。

3. 醋酸菌发酵：醋酸菌发酵是利用醋酸菌进行发酵制造醋，在饮食中有着广泛的应用。

4. 有机酸发酵：有机酸发酵是利用微生物在代谢过程中产生的有机酸，比如琥珀酸、丙酮酸等有机酸制造食品添加剂、工业化学品等产品。

三、发酵技术的应用发酵技术在现代工业中的应用越来越广泛。

下面我们就来看一下发酵技术在不同领域中的应用：1. 食品工业：乳品生产、葡萄酒、啤酒、酱油、生菜等食品的发酵技术是食品工业中应用最广泛的领域。

2. 医药工业：发酵技术在医药工业中有着广泛的应用，它可以制造出很多种药物，例如：生物合成药物、细胞培养等药物。

3. 化工工业：发酵技术不仅在食品工业和医药工业中有广泛的应用，它也在化工工业中有不小的发挥。

微生物可以生产出一些化学品，如酒精、醋酸、丙酮酸等，这些产物都可以被用来制造其他化学品。

四、发酵技术的发展趋势发酵技术的发展趋势是向着生态、安全、高效的方向发展。

精心整理高三生物微生物发酵及其应用知识点发酵工程的概念和内容发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种(2)(3)的工程学问题，一般分别把它们称为发酵工程的上游、中游和下游工程。

(4)微生物是发酵工程的灵魂。

近年来，对于发酵工程的生物学属性的认识愈益明朗化，发酵工程正在走近科学。

(5)发酵工程最基本的原理是发酵工程的生物学原理。

(6)发酵工程有三个发展阶段。

现代意义上的发酵工程是一个由多学科交叉、融合而形成的技术性和应用性较强的开放性的学科。

发酵工程经历了“农产手工加工——近)，通过发酵工业化生产的几十年实践，人们逐步认识到发酵工业过程是一个随着时间变化的(时变的)、非线性的、多变量输入和输出的动态的生物学过程，按照化学工程的模式来处理发酵工业生产(特别是大规模生产)的问题，往往难以收到预期的效果。

从化学工程的角度来看，发酵罐也就是生产原料发酵的反应器，发酵罐中培养的微生物细胞只是一种催化剂，按化学工程的正统思维，微生物当然难以发挥其生命特有的生产潜力。

于是，追溯到作坊式的发酵生产技术的生物学内核(微生物)，返璞归真而对发酵工程的属性有了新的认识。

发酵工程的生物学属性的认定，使发酵工程的发展有了明确的方向，发酵工程进入了生物工程的范畴。

利用微学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。

现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、维生素和单细胞蛋白等。

从广义上讲，发酵工程由三部分组成：是上游工程，中游工程和下游工程。

其中上游工程包括优良种株的选育，最适发酵条件(pH、温度、溶氧和营养组成)的确定，营养物的准备等。

中游工程主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。

↓重点知识：1.发酵工程:是根据生物学,化学和工程学的原理进行工业规划的经营和开发微生物,动植物细胞及其亚细胞组分,进而利用生物体所具有的功能元件来提供商品而服务于社会的一门综合性科学技术.2.发酵动力学:研究微生物生长,产物合成,底物消耗之间动态定量关系,定量描述微生物生长和产物形成的过程.3.生物反应过程特点：①发酵原料的选择和预处理②菌种的选育和扩大培养③微生物发酵和控制④产品的分离和纯化发酵工程知识点：1、菌种培育由于从自然界分离的菌种不一定能满足生产的要求，因此必须对菌种进行改造，如何改造培育优良菌种呢？第一，生产微生物直接合成的产物，即微生物的天然产品，如抗生素、氨基酸等，先从自然界分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法进行诱变育种，从中筛选出产量高的菌株用于生产。

例如生产用青霉菌的培育过程。

第二，生产微生物不能合成的产物，如人的生长激素、胰岛素等产品，则用细胞工程、基因工程对微生物的遗传特性进行定向的改造，构建工程菌来达到生产相应产品的目的。

例如单克隆抗体、白细胞介素—2、抗血友病因子的生产。

2、两次培养发酵工程的几个环节中有两次对微生物进行培养，第一次是对菌种的扩大培养，第二次是发酵生产产品过程时的培养。

它们有何区别呢？第一，两次培养的目的不同。

扩大培养是为了让菌种在短时间内快速繁殖，以便得到大量的菌种用于生产。

而发酵过程的培养是为了获得生物产品、单细胞蛋白或者是发酵产物。

第二，两次培养的条件不相同。

例如：酒精发酵，扩大培养要在有氧的条件下进行，让酵母菌进行有氧呼吸，获得的能量多，短时间内大量繁殖使自己在培养基中成为优势种群，发酵过程的培养要在厌氧的条件下进行才能产生酒精；又如谷氨酸发酵，谷氨酸棒状杆菌扩大培养要求C：N＝4：1，菌体大量繁殖，发酵过程的培养C：N＝3：1才能大量合成谷氨酸。

3、菌体生长规律研究微生物的生长规律是为发酵提供理论依据，是将少量的单一菌种接种到恒定容积的液体培养基中，在适宜条件下培养并定期取样测定菌体的群体生长规律，由于营养物质有限，菌体生长有调整期、对数期、稳定期、衰亡期四个阶段。

發酵工程的概念和內容發酵工程是指採用現代工程技術手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產有用的產品，或直接把微生物應用於工業生產過程的一種新技術。

發酵工程的內容包括菌種的選育、培養基的配製、滅菌、擴大培養和接種、發酵過程和產品的分離提純等方面。

(1)“發酵”有“微生物生理學嚴格定義的發酵”和“工業發酵”，詞條“發酵工程”中的“發酵”應該是“工業發酵”。

(2)工業生產上通過“工業發酵”來加工或製作產品，其對應的加工或製作工藝被稱為“發酵工藝”。

為實現工業化生產，就必須解決實現這些工藝(發酵工藝)的工業生產環境、設備和過程控制的工程學的問題，因此，就有了“發酵工程”。

(3)發酵工程是用來解決按發酵工藝進行工業化生產的工程學問題的學科。

發酵工程從工程學的角度把實現發酵工藝的發酵工業過程分為菌種、發酵和提煉(包括廢水處理)等三個階段，這三個階段都有各自的工程學問題，一般分別把它們稱為發酵工程的上游、中游和下游工程。

(4)微生物是發酵工程的靈魂。

近年來，對於發酵工程的生物學屬性的認識愈益明朗化，發酵工程正在走近科學。

(5)發酵工程最基本的原理是發酵工程的生物學原理。

(6)發酵工程有三個發展階段。

現代意義上的發酵工程是一個由多學科交叉、融合而形成的技術性和應用性較強的開放性的學科。

發酵工程經歷了“農產手工加工——近代發酵工程——現代發酵工程”三個發展階段。

發酵工程發源於家庭或作坊式的發酵製作(農產手工加工)，後來借鑒於化學工程實現了工業化生產(近代發酵工程)，最後返璞歸真以微生物生命活動為中心研究、設計和指導工業發酵生產(現代發酵工程)，跨入生物工程的行列。

原始的手工作坊式的發酵製作憑藉祖先傳下來的技巧和經驗生產發酵產品，體力勞動繁重，生產規模受到限制，難以實現工業化的生產。

於是，發酵界的前人首先求教於化學和化學工程，向農業化學和化學工程學習，對發酵生產工藝進行了規範，用泵和管道等輸送方式替代了肩挑手提的人力搬運，以機器生產代替了手工操作，把作坊式的發酵生產成功地推上了工業化生產的水準。