发酵工程课件
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《发酵工程》课件
产物分离纯化的优化
分离纯化方法
常见的分离纯化方法包括过滤、离心、萃取、蒸馏、膜分离等。
优化策略
根据产物的性质和发酵液的特点，选择合适的分离纯化方法，并优化工艺参数，以提高产物的纯度和收率。
06
未来发酵工程的发展趋势
新技术应用与设备改进
生物信息学
利用生物信息学技术，对微生物基因组学、转录组学和蛋白质组学 进行深入研究，为发酵工程提供更精确的微生物代谢调控手段。
为防止发酵污染，应定期对菌种进行 纯化、复壮，严格控制培养基和设备 的灭菌温度和时间，加强发酵过程中 的监控和检测。
发酵效率的提高
影响因素
影响发酵效率的因素包括菌种特性、培养基成分、发酵温度、pH值、溶解氧浓度等。
优化方法
通过调整培养基成分、控制发酵温度、调节pH值、提高溶解氧浓度等方法，可以有效提高发酵效率。
合成生物学
利用合成生物学技术，设计和构建具有特定功能的微生物细胞工厂， 实现高效、定向的物质转化。
基因编辑技术
通过基因编辑技术，改造和优化微生物的代谢途径，提高发酵产物 的产量和品质。
可持续性与环保
1 2
节能减排
通过优化发酵工艺和设备，降低能源消耗和减少 废弃物排放，实现发酵工程的绿色可持续发展。
抗菌素
抗菌素是一类具有抗菌活性的物质，通过抑制或杀死病原微生物，达到防治病害 的目的。抗菌素在医疗、农业、食品工业等领域广泛应用。
其他发酵产物及其应用
柠檬酸
柠檬酸是发酵工程中重要的有机酸之一，主要用于食品、 化工、医药等领域。柠檬酸具有抗氧化、抗菌、提高口感 等作用。
氨基酸
氨基酸是蛋白质的基本组成单位，通过发酵工程生产出的 各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等，在食品、饲料、医药 等领域广泛应用。
第五节发酵工程简介ppt课件
灭菌
• 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种， 整个发酵过程中不能混入杂菌。为什么呢？
– 在发酵过程中如混入其他微生物，将与 菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良 影响。
– 例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放 线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量 的谷氨酸棒状杆菌死亡。
灭菌
• 那如何防止杂菌的污染呢？
发酵过程（中心阶段）
检测进程，满足营养需要； 严格控制温度、pH、溶氧、 转速等
灭菌
杀灭杂菌（胞体、 孢子及芽孢）
扩大培养和接种
2、培养基的配制
• 这种培养基从组成成分和物理性质上看属于 哪种培养基?
– 从物理性质上成看分是液体培养基，从化学酸成碱分度上看是天 然培养基。问题1：在工业生产过程中常采用这种天然成 豆分饼作水为解营液养、物玉质米的浆液、体尿培素养、基磷，酸这在发p酵H：生7产—中8有什么 二好氢处钾呢、？氧化钾、硫酸镁、生物素
谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径
谷氨酸棒状杆菌在一定 的条件下能够利用环境 中的营养物质来合成谷 氨酸。
在工厂里是 怎样应用谷氨酸 棒状杆菌来生产 谷氨酸的？
• 菌种选育
分离纯化
自然界选种、诱变育种、菌 体：过滤、沉淀
基因工程、细胞工程 代谢产物：蒸馏、萃取、离子
交换
培养基配制
根据培养基的配制原 则制备，实践中需多 次试验
– （1）根据不同的菌种，应选择不同的材料配 制培养基。配制的培养基应满足微生物在碳源、 氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求， 并为微生物提供适宜的pH。
– （2）培养基的营养要协调，以利于产物的合 成。
3、灭菌
• 配制好培养液后，是否可以立即加入菌种？
– 不能 – 需要进行灭菌
发酵工程课上优质课件(35张PPT)
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(2)倒平板操作 操作过程如图所示，操作时要待培养基冷却至50 ℃左右时，在酒精灯火焰附近进行。
制备固体培养基最后要将平板倒置，其主要目的是防止培养皿皿盖上的水珠滴入培 养基造成污染。
• 4. (2). 糖类是主要的能源物质，可以为酵母菌的生长、繁殖提供 能源物质，还可以作为酒精发酵的原料 葡萄皮上附着有野生的 酵母菌 醋酸菌大量增殖，进行醋酸发酵
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典例分析解读
1.(2018·全国Ⅰ，37)将马铃薯去皮切块，加水煮沸一定时间，过滤得到马铃薯浸出液。 在马铃薯浸出液中加入一定量蔗糖和琼脂，用水定容后灭菌，得到M培养基。回答 下列问题： (1)M培养基若用于真菌的筛选，则培养基中应加入链霉素以抑制__细__菌____的生长， 加入了链霉素的培养基属于_选__择___培养基。 (2)M培养基中的马铃薯浸出液为微生物生长提供了多种营养物质，营养物质类型除 氮源外，还有_碳__源__、__无__机__盐___(答出两点即可)。氮源进入细胞后，可参与合成的生物 大分子有__蛋__白__质__、__核__酸____(答出两点即可)。
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3.微生物在传统发酵技术中的应用
项目
果酒和果醋的制作
腐乳制作
作用菌类
果酒：酵母菌 果醋：醋酸菌
毛霉
原理
①酵母菌在无氧条件下将葡 毛霉将蛋白质、
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(2)倒平板操作 操作过程如图所示，操作时要待培养基冷却至50 ℃左右时，在酒精灯火焰附近进行。
制备固体培养基最后要将平板倒置，其主要目的是防止培养皿皿盖上的水珠滴入培 养基造成污染。
• 4. (2). 糖类是主要的能源物质，可以为酵母菌的生长、繁殖提供 能源物质，还可以作为酒精发酵的原料 葡萄皮上附着有野生的 酵母菌 醋酸菌大量增殖，进行醋酸发酵
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典例分析解读
1.(2018·全国Ⅰ，37)将马铃薯去皮切块，加水煮沸一定时间，过滤得到马铃薯浸出液。 在马铃薯浸出液中加入一定量蔗糖和琼脂，用水定容后灭菌，得到M培养基。回答 下列问题： (1)M培养基若用于真菌的筛选，则培养基中应加入链霉素以抑制__细__菌____的生长， 加入了链霉素的培养基属于_选__择___培养基。 (2)M培养基中的马铃薯浸出液为微生物生长提供了多种营养物质，营养物质类型除 氮源外，还有_碳__源__、__无__机__盐___(答出两点即可)。氮源进入细胞后，可参与合成的生物 大分子有__蛋__白__质__、__核__酸____(答出两点即可)。
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3.微生物在传统发酵技术中的应用
项目
果酒和果醋的制作
腐乳制作
作用菌类
果酒：酵母菌 果醋：醋酸菌
毛霉
原理
①酵母菌在无氧条件下将葡 毛霉将蛋白质、
发酵工程 ppt课件
100%
酵母菌
单细胞真菌，具有真核细胞结构 ，有产孢子繁殖和水生、好气性 生长及醇发酵和糖发酵等类型。
80%
霉菌
丝状真菌的俗称，意即多细胞的 真菌，在自然界中广泛存在。
微生物的营养需求
水
微生物细胞的主要组成部分， 是良好的溶剂，能维持酶活性 ，参与代谢反应。
无机盐
参与细胞构成和代谢反应，对 细胞的渗透压平衡和酸碱平衡 起着重要作用。
利用发酵技术生产面包、啤酒 、酸奶等食品。
医药工业
生产抗生素、疫苗、干扰素等 生物药物。
化学工业
生产燃料、化学品、塑料等物 质。
环境治理
利用微生物处理废水、废气， 实现环境保护和治理。
02
发酵工程的基本原理
微生物的种类与特性
80%
细菌
根据形态可分为球菌、杆菌、螺 旋菌等，根据对人类的关系可分 为致病菌、条件致病菌和益生菌 。
细胞分离
通过离心、过滤等技术将菌体从发酵液中分离出 来。
产物纯化
通过一系列的分离纯化技术，如蒸馏、结晶、色 谱等，将产物纯化至所需的规格和纯度。
04
发酵工程的应用实例
酒精发酵Βιβλιοθήκη 010203
酒精发酵简介
酒精发酵是一种通过酵母 菌将糖类物质转化为乙醇 的过程，广泛应用于酒精 饮料、化工等领域。
酒精发酵工艺流程
提高产物的产量与质量
代谢工程
通过代谢工程手段，对微生物的代谢途径进行优化，提高目标产 物的产量和纯度。
过程控制
采用先进的传感器和在线监测技术，实时监测发酵过程，实现精 准控制，提高产物质量。
降低生产成本与环境污染
节能减排技术
采用新型发酵设备，提高设备利用率和能源利用效率，降低能耗和碳排放。
发酵工程简介PPT课件
发酵罐示意图
加料口 搅拌器 冷却水进口
放料口
电动机 pH检测及 控制装置 排气口 冷却水出口 培养液
无菌空气
发酵罐 控制 发酵
温度
PH
溶氧
通气量
转速
酿造工业 分离提纯
酒、醋
菌体 单细胞蛋白
人造肉
代谢 产物
抗生素、维生素、动物激 素、核苷酸、要用氨基酸
源、水、无机盐和生长因子等营养需求。
培养基： 培养液
碳 源： 豆饼的水解液、玉米浆
氮 源： 尿素
无机盐： 磷酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁 生长因子：生长素
5、结合教材实例，说明如果发酵条件控制不当， 会造成什么不良影响。这些条件是通过影响什么而实 现的？
一是影响菌种的生长繁殖，二是影响菌种代谢产 物的形成。例如：在谷氨酸发酵过程中，当pH呈酸 性时，谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺；当溶 氧不足时，生成的代谢产物就会是乳酸或琥珀酸。
温度、氧气、pH等条件是通过影响酶的活性而 实现的，最终改变代谢途径、代谢产物。
1、可以作为自养微生物氮源的是（ D）
A.N2、尿素 C.尿素、酵母粉
B.牛肉膏、蛋白胨 D.铵盐、硝酸盐
2、温度对发酵过程的影响，不正确的是（B ） A.温度过高，发酵周期缩短，产量降低 B.温度不影响生物合成的途径 C.温度能影响菌种对营养物质的吸收 D.菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同
•对野生菌株进行诱变。
• ④菌落形成后，加入碘液，观察菌落周围培养基的颜 色变化和变化范围的大小。周围出现 浅色范围大 现象的菌落即为初选菌落。经分离、纯化后即可达到 实验目的。
• （2）若已得到二株变异菌株Ⅰ和Ⅱ，其淀粉转化率较 高。经测定菌株Ⅰ淀粉酶催化活性高，菌体Ⅱ的淀粉 酶蛋白含量高。经进一步研究发现，突变发生在淀粉 酶基因的编码区或非编码区，可推测出菌株Ⅰ的突变 发生在 编码 区，菌株Ⅱ的突变发生在 非编码区
发酵工程 ppt课件
同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培 养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的 发酵产品。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
第六章 发酵工程 PPT课件
生物下游一般过程
§6-5 生化反应器
生化反应器类型 通用式发酵罐 气升式发酵罐 其他生物反应器形式
生化反应器类型
• 酶反应器：单相式、多相式 • 发酵反应器器：液态、固态
通用式发酵罐
通气 搅拌：传质
传热
气升式发酵罐
气升式发酵罐的优点 是能耗低，液体中的 煎切作用小，结构简 单。在同样的能耗下， 其氧传递能力比机械 搅拌式通气发酵罐要 高得多。
发酵的基本过程
发酵过程形式
• 批式发酵
• 补料发酵→带放（半连续发酵）
• 连续发酵→多级连续发酵
• 发酵-分离耦合 • ……
连续发酵
连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添加新 鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从而 使发酵罐内的液量维持恒定的发酵过程。
优点 ① 可提高设备利用率和产量； ② 发酵中各参数趋于恒值，便于自动控制； ③ 易于分期控制。可以在不同的罐中控制不同的条件。
• 初级、次级代谢产物 • 生物大分子（酶、多糖） • 菌体 • 利用微生物发酵进行转化反应
§6-2 工业微生物
常见种类 菌种选育与保藏
常见工业微生物种类
• 细菌 • 放线菌 • 酵母菌 • 霉菌
细菌的形态（单细胞）
• 球菌 • 杆菌 • 螺旋菌
•
细 菌 细 胞 结 构 模 式 图
放线菌
•
固态发酵罐
课外书籍资料
• 微生物与发酵基础教程，宋超先，天津大学出版社， 2007
• 发酵工艺，孙俊良，中国农业出版社，2008 • 生物反应工程原理，贾士儒，科学出版社，2008 • 微生物工程工艺原理，姚汝华，华南理工大学出版社
1996 • 生化工程，伦世仪，中国轻工业出版社，1993 • 生化反应工程，山根恒夫，西北大学出版社，1992 • 发酵工艺学原理，（英）P·F·斯坦伯里，中国医药科技
《发酵工程绪论》课件
《发酵工程绪论》ppt课件
目录
• 发酵工程简介 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的主要技术 • 发酵工程的应用实例 • 发酵工程的未来发展
01
发酵工程简介
发酵工程定义
01
02
03
发酵工程
利用微生物的代谢过程， 通过现代工程技术手段， 生产有用物质或直接应用 于工业生产的一种技术。
发酵工程的核心
氨基酸的生产
氨基酸简介
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，具有氨基和羧基的有机化合物。
氨基酸的生产
通过发酵工程，可以将糖类物质转化为氨基酸。不同的微生物具有不同的氨基酸合成能 力，通过选择适当的菌种和发酵条件，可以生产出各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等。
有机酸的生产
有机酸简介
有机酸是指含有羧基的化合物，具有酸味。
THANKS
感谢观看
合成生物学
结合合成生物学技术，设计和构建新型微生物， 实现特定代谢产物的优化生产。
人工智能与大数据
利用人工智能和大数据技术，对发酵过程进行实 时监控、优化和控制，提高发酵效率。
生物资源的利用与保护
要点一
微生物资源的挖掘与利用
深入挖掘各种微生物资源，利用其代谢产物，实现生物资 源的最大化利用。
要点二
乳酸发酵可以用于生产酸奶、乳酪等乳制 品，以及泡菜、酸豆角等蔬菜制品。乳酸 发酵可以提高食品的口感和品质，延长保 质期，同时还有助于维持肠道菌群平衡。
酶制剂的生产
酶制剂简介
酶是一种具有生物催化功能的蛋白质，酶制 剂则是经过加工制成的酶制品。
酶制剂的应用
酶制剂可以用于食品、饲料、纺织、造纸、 制药等领域。例如，淀粉酶可以用于淀粉加 工，提高淀粉的利用率；蛋白酶可以用于蛋 白质水解，生产氨基酸和肽类物质。
目录
• 发酵工程简介 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的主要技术 • 发酵工程的应用实例 • 发酵工程的未来发展
01
发酵工程简介
发酵工程定义
01
02
03
发酵工程
利用微生物的代谢过程， 通过现代工程技术手段， 生产有用物质或直接应用 于工业生产的一种技术。
发酵工程的核心
氨基酸的生产
氨基酸简介
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，具有氨基和羧基的有机化合物。
氨基酸的生产
通过发酵工程，可以将糖类物质转化为氨基酸。不同的微生物具有不同的氨基酸合成能 力，通过选择适当的菌种和发酵条件，可以生产出各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等。
有机酸的生产
有机酸简介
有机酸是指含有羧基的化合物，具有酸味。
THANKS
感谢观看
合成生物学
结合合成生物学技术，设计和构建新型微生物， 实现特定代谢产物的优化生产。
人工智能与大数据
利用人工智能和大数据技术，对发酵过程进行实 时监控、优化和控制，提高发酵效率。
生物资源的利用与保护
要点一
微生物资源的挖掘与利用
深入挖掘各种微生物资源，利用其代谢产物，实现生物资 源的最大化利用。
要点二
乳酸发酵可以用于生产酸奶、乳酪等乳制 品，以及泡菜、酸豆角等蔬菜制品。乳酸 发酵可以提高食品的口感和品质，延长保 质期，同时还有助于维持肠道菌群平衡。
酶制剂的生产
酶制剂简介
酶是一种具有生物催化功能的蛋白质，酶制 剂则是经过加工制成的酶制品。
酶制剂的应用
酶制剂可以用于食品、饲料、纺织、造纸、 制药等领域。例如，淀粉酶可以用于淀粉加 工，提高淀粉的利用率；蛋白酶可以用于蛋 白质水解，生产氨基酸和肽类物质。
发酵工程知识讲座ppt课件
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36
❖ 快速利用的氮源物质： 如氨水、铵盐促进菌体生长。
缓慢利用的氮源物质： ❖ 有利于延长产物的合成期。
❖ 如果氮源物质投料多，会造成菌体生长快， 但菌体衰老也快。
❖ 解决方法：“中间补料”。
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37
五、温度对发酵的影响及控制
温度是影响有机体生长繁殖最重要的 因素之一，因为任何生物化学的酶促反应 都是直接与温度变化有关的，最终影响微 生物的生长和产物形成。
发
酵 工
种扩大生产、代谢产物的生物合成与分离纯化制备等技术集成。
酵程
工
程
现 代 发
是将DNA重组及细胞融合技术、酶工程技术、组学及代谢网络调 控技术、过程工程优化与放大技术等新技术与传统发酵工程融合，
酵 大大提高传统发酵技术水平，拓展传统发酵应用领域和产品范围
工 程
的一种现代工业生物技术体系（新一代工业生物技术）。 强调现代生物技术、控制技术和装备技术在传统与现代发酵工业
不同。 3）最适发酵温度，与培养基成分和浓度等相关。 ❖ 温度的控制
依靠夹层或蛇管控制。 目前许多发酵罐都采用自动化控制，但要常巡查， 确保其正常运行。
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39
六、溶解氧对发酵的影响及控制 在好氧深层培养中，氧气的供应往往是发酵 能否成功的重要限制因素之一。
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13
二、发酵生产类型
1、以微生物细胞为产物的发酵 2、以微生物代谢产物为产品的发酵 3、以微生物酶为产品的发酵 4、生物转化或修饰化合物的发酵 5、微生物废水处理和其他
精选课件ppt
14
1、生产微生物细胞物质
❖ 定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞
《发酵工程》PPT演示课件
应的压力降也较小。
35
36
❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
37
2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
32
❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
35
36
❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
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2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
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❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
发酵工程课件
41
过量
不产或少产 谷氨酸
产乳酸或琥 珀酸 长菌快， pH低，尿 素消耗多
不足
生 物
菌体生长 不好
素
谷氨酸产
量低弱
发酵向乳 酸发酵转 换
42
• 2）维生素B1：对某些菌种发酵有促进作
•
用。
• 3）天然原料：玉米浆， 0.4-0.8%
•
麸皮水解液， 1%
•
糖蜜， 0.1-0.4%
•
酵母
43
❖6．前体 • 某些化合物被加到培养基后，能够直接在
基质消耗的关系分
5
特 点
I
2．发酵类型
II
III
菌体生长，碳 源利用和产物 形成几乎都在 相同的时间出
现高峰。
❖微生物生长和 ❖产物合成是分 ❖开的。 糖既满 ❖足细胞生长所 ❖需能量又充作 ❖产物合成的碳
❖源。
❖产物形成一般 ❖在菌体生长接 ❖近或达到最高 ❖生长时期。产 ❖物形成与碳源 ❖利用无准量关
能源
碳源
细胞碳骨架
产物
31
脂类
葡萄糖
蔗糖
淀粉
糖类 碳源
麦芽糖
糊精
乳糖
有机 酸类
32
❖3 氮源物质
• 有机氮和无机氮
菌体细 胞结构
含氮代 谢产物
作用
细胞提 供能源
33
花生饼粉，黄豆饼粉， 棉籽饼粉，酵母粉， 麦麸，鱼粉，蚕蛹粉， 玉米浆，蛋白胨，尿素，
废菌体和酒糟
有机氮
氨水， 铵盐和 硝酸盐
无机氮
8
9
特点
1
2
3
4
5
❖细胞浓度的 ❖增加不明显。 ❖受菌龄和接 ❖种量的影响。
过量
不产或少产 谷氨酸
产乳酸或琥 珀酸 长菌快， pH低，尿 素消耗多
不足
生 物
菌体生长 不好
素
谷氨酸产
量低弱
发酵向乳 酸发酵转 换
42
• 2）维生素B1：对某些菌种发酵有促进作
•
用。
• 3）天然原料：玉米浆， 0.4-0.8%
•
麸皮水解液， 1%
•
糖蜜， 0.1-0.4%
•
酵母
43
❖6．前体 • 某些化合物被加到培养基后，能够直接在
基质消耗的关系分
5
特 点
I
2．发酵类型
II
III
菌体生长，碳 源利用和产物 形成几乎都在 相同的时间出
现高峰。
❖微生物生长和 ❖产物合成是分 ❖开的。 糖既满 ❖足细胞生长所 ❖需能量又充作 ❖产物合成的碳
❖源。
❖产物形成一般 ❖在菌体生长接 ❖近或达到最高 ❖生长时期。产 ❖物形成与碳源 ❖利用无准量关
能源
碳源
细胞碳骨架
产物
31
脂类
葡萄糖
蔗糖
淀粉
糖类 碳源
麦芽糖
糊精
乳糖
有机 酸类
32
❖3 氮源物质
• 有机氮和无机氮
菌体细 胞结构
含氮代 谢产物
作用
细胞提 供能源
33
花生饼粉，黄豆饼粉， 棉籽饼粉，酵母粉， 麦麸，鱼粉，蚕蛹粉， 玉米浆，蛋白胨，尿素，
废菌体和酒糟
有机氮
氨水， 铵盐和 硝酸盐
无机氮
8
9
特点
1
2
3
4
5
❖细胞浓度的 ❖增加不明显。 ❖受菌龄和接 ❖种量的影响。
1 第33讲 发酵工程
11.2
2.2
细菌Ⅱ
8.1
13.0
1.6
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第十单元 生物技术与工程
12
有关本实验的叙述，错误的是( ) A．培养基除淀粉外还含有氮源等其他营养物质 B．筛选分解淀粉的细菌时，菌液应稀释后涂布 C．以上两种细菌均不能将淀粉酶分泌至细胞外 D．H/C 值反映了两种细菌分解淀粉能力的差异
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第十单元 生物技术与工程
15
(3)密闭空间内的空气可采用紫外线照射消毒，其原因是紫外线能__________，在照射前， 适量喷洒________，可强化消毒效果。 (4)水厂供应的自来水通常是经过________(填“氯气”“乙醇”或“高锰酸钾”)消毒的。 (5)某同学在使用高压蒸汽灭菌锅时，若压力达到设定要求，而锅内并没有达到相应温度， 最可能的原因是________________________。
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第十单元 生物技术与工程
16
解析：(1)在实验室中，能耐高温的、需要保持干燥的物品，如玻璃器皿和金属材质的实 验器具等都可以放入干热灭菌箱中进行干热灭菌。(2)巴氏消毒法或高温瞬时消毒法与煮 沸消毒法相比，其优点表现为在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少。(3)紫外线照 射能消毒的原因是其能够破坏微生物细胞中的 DNA 分子。在利用紫外线照射前，适量 喷洒石炭酸或煤酚皂溶液等消毒液，可强化消毒效果。(4)自来水通常采用氯气消毒。(5) 采用高压蒸汽灭菌锅时，若压力达到设定要求，而温度未达到相应要求，最可能的原因 是没有排尽高压蒸汽灭菌锅内的冷空气。 答案：(1)可以 (2)在达到消毒目的的同时，营养物质损失较少 (3)破坏 DNA 结构 消 毒液 (4)氯气 (5)未将锅内冷空气排尽
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把多个发酵罐 串连起来，第 一个罐的情况 与单罐培养相 同，以后下一 罐的进料便是 前一发酵罐的 出料，这样就 组成了多级串 联连续培养。
5微生物发酵类型及培养基
单级连续培养进入稳定状态后，细胞的比生长速率与稀释率 相等。 连续培养的最大特点：微生物细胞的生长速率、产物 的代谢均处于恒定状态，可达 到稳定、高速培养微生物细胞 或生产大量的代谢产物的目 的。生产率得以提高。
利于提高培养 及产物的浓度
24
利于减少能耗
5微生物发酵类型及培养基
营养 需要 适当 配比
氧化还 原电位
原则
渗透压
pH
25
5微生物发酵类型及培养基
典型培养基
26
5微生物发酵类型及培养基
5.3 培养基的设计
完善的培养基设计是实验室的实验，实验工 厂的放大和生产规模中的一个重要步骤。 培养基的组成必须满ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ细胞的生长和代谢所 需的元素，并能提供生物合成和细胞维持活力所 需要的能量。
2
控制补充的培养基 的流速，使培养液 的细胞浓度保持恒 定。
恒化
恒浊
16
5微生物发酵类型及培养基
连续发酵
循环式
单级连 续培养
多级串联 连续培养
非循环式：
进行单级连续 培养时，流出 的培养液进行 固液分离 后，经浓缩的 细胞悬液再被 送回发酵罐中 的方法。
17 先作分批培养，让 微生物生长繁殖达到 一定程度，并进 入产物合成期，然后 开始以恒定的流 量向发酵罐流加培养 基，同时以相同 的流量排放培养液， 使发酵罐内培养液的 体积保持恒 定，微生物能持续生 长并合成产物。
2. 连续发酵：连续发酵是指在培养过程中，连续地 向发酵罐中加入培养基，同时以相同的流速从发酵 罐中排出含有产品的培养基的发酵方式。一般连续 培养方式很多：搅拌发酵罐和管式反应器；恒化和 恒浊；循环式和非循环式；单级和多级。
15
5微生物发酵类型及培养基
1
依据培养物的 生长率是受到 化学环境控制 的。即培养 基中某一限 制性组分的 作用。
3
5微生物发酵类型及培养基
1．动力学描述参数
菌体 生长 速率
比生 长速率
菌体得 率系数
产物得 率系数
（Vx）：单 位体积，单 位时间里生 长的菌体量 g/(L h)
（µ）： 菌体浓度 除菌体生 长速率或 繁殖速率 h-1
（Yx/s）:
消耗1g或 1mol营养 物质生成 的菌体的g 数或mol 数
（Yp/s）： 消耗1g或 1mol营养 物质生成 的产物的 g数或mol 数
22
5微生物发酵类型及培养基
二.培养基的选择
3 2 1
从经济效 益方面考虑
从生产和科
研的要求选
从微生物
的特点来选
择
择
23
5微生物发酵类型及培养基
三．培养基的配制原则
提供合成 细胞和发酵产 物的基本成分
利于提高产 物的合成速率
利于减少培 养基原料的单耗
对 培 养 基 的 要 求
减少副产物， 利于产品的 分离纯化
11
5微生物发酵类型及培养基
12
5微生物发酵类型及培养基
分批培养过程的生产率 P: 生产率=产物浓度/发酵时间 生产率是评价发酵过程的成本和效率的综合指 标。在分批培养时，计算时间还应包括放罐、清 洗、装料和消毒的时间等非发酵过程所占用的时 间。
13
5微生物发酵类型及培养基
14
5微生物发酵类型及培养基
分批培养的特点：操作简单、周期短、染菌机会 少和生产过程、产品质量易掌握。但是生产率相 对较低。
8
5微生物发酵类型及培养基
9
5微生物发酵类型及培养基
特点
1
细胞浓度的 增加不明显。 受菌龄和接 种量的影响。
2
细胞浓度随 培养时间呈 指数增长。 细胞浓度的 变化率与细 胞浓度成正 比。
3
4
细胞浓度达 到最大值， 细胞的比生 长速率为0
5
细胞的比生 长速率开始 下降
活细胞浓 度不断下降
延迟期
对数生长期
减速期
静止期
衰亡期
10
5微生物发酵类型及培养基
对数生长期： dX /dt =µ X 其中： X--- 细胞干重 t--- 时间 µ --- 比生长速率 微生物的比生长速率µ 与微生物的种类、培养温度、pH 、 培养基成分及限制性基质浓度等因素有关。
5微生物发酵类型及培养基
4
2．发酵类型
根据产物的形成与
3 2 1
产物形成表 面上与 碳源利
产物形成间接
与碳源利用有 关
产物形成直
用有关
接与碳源利用
有关
基质消耗的关系分
5
5微生物发酵类型及培养基
2．发酵类型
特 点
I
II
III
菌体生长，碳 源利用和产物
形成几乎都在
相同的时间出 现高峰。
微生物生长和 产物合成是分 开的。 糖既满 足细胞生长所 需能量又充作 产物合成的碳 源。
18
5微生物发酵类型及培养基
3．补料分批发酵
在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培 养基，而不从发酵罐中间断地放出培养液的培养 方法。 工业上利用分批补料培养以消除阻遏并保持通 气条件。分批补料培养还可以防止培养基中某一 组分的毒性。
19
5微生物发酵类型及培养基
20
5微生物发酵类型及培养基
产物形成一般 在菌体生长接 近或达到最高 生长时期。产 物形成与碳源 利用无准量关 系。
6
5微生物发酵类型及培养基
7
5微生物发酵类型及培养基
二． 发酵方式：
1． 分批发酵： 是一种准封闭式系统。 一次投 料，一次接种，一次收获的间歇式培养方式。培 养过程中，接种物要经过5个时期。即延迟期、 对数生长期、减速期、稳定期和衰亡期。
5.2 培养基选择和配制的原则
培养基：提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢 产物所需要的，按一定比例配制的多种营养物质的 混合物。
21
5微生物发酵类型及培养基
一、培养基的类型和用途
根据来源
根据目的
根据生 产工艺
天然 合成 和半 合成
基础 ，繁殖 和鉴 别培 养基
孢子， 种子和 发酵培 养基
微生物发酵工程
5微生物发酵类型及培养基
5微生物发酵类型及培养基
微生物发酵的类型和方式 培养基选择和配制的原则 培养基的设计 淀粉水解糖的制备
基因工程菌的不稳定性及对策
2
5微生物发酵类型及培养基
5.1微生物发酵的类型和方式
一． 发酵类型：
发酵类型是为了描述菌体生长，碳源利 用与代谢产物形成速率变化，以及它们相 互间动力学关系而确定的。