发酵工程图片
合集下载
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
发酵工程发酵工程概述
第二节
微生物发酵过程
（三）发酵
所用的培养基和培养设备都必须经过灭菌，通 入的空气或中途的补料都是无菌的，转移种子 也要采用无菌接种技术。通常利用饱和蒸汽对 培养基进行灭菌，灭菌条件是在120℃（约 0.1MPa表压）维持20~30min。 （四）下游处理
第三节 液体深层发酵
一、深层发酵的操作方式
第二节
微生物发酵过程
二、培养基
（二）发酵培养基的组成 1.碳源 2.氮源 3.无机盐和微量元素 4.生长因子 5.水 6.产物形成的诱导物、前体和促进剂许多胞外 酶的合成需要适当的诱导物存在。
第二节
微生物发酵过程
三、发酵的一般过程
（一）菌种 （二）种子扩大培养
第一节 发酵工程概述
一、发酵工程的概念
现代的发酵工程不仅包括包括菌体生产和代谢 产物的发酵生产，还包括微生物机能的利用。 其主要内容包括生产菌种的选育，发酵条件的 优化与控制，反应器的设计及产物的分离、提 取与精制等。
第一节 发酵工程概述
二、发酵类型
（一）微生物菌体发酵
是以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。 传统的菌体发酵工业：有用于面包制作的酵母 发酵及用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白 （单细胞蛋白）发酵两种类型。新的菌体发酵 可用来生产一些药用真菌药用真菌可以通过发 酵培养的手段来生产出与天然产品具有同等疗 效的产物。有的微生物菌体还可用作生物防治 剂
第三章 发酵工程
第一节 发酵工程概述
一、发酵工程的概念
发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技 术产业化的重要环节 它将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原 理有机地结合起来，是一门利用微生物的生长和 代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。由于 它以培养微生物为主，所以又称微生物工程。 人们把利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活 动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程统称为 发酵。
发酵工程
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新技术.菌种保藏:运用物理、生物手段让菌种处于完全休眠状态，使在长时间储存后仍能保持菌种原有生物特性和生命力的菌种储存的措施。
富集培养:指利用不同微生物间生命活动特点的不同，人为地提供一些特定的环境条件，使特定种（类）微生物旺盛生长，使其在数量上占优势，更利于分离出该特定微生物，并引向纯培养.菌种退化:菌种在培养或保藏过程中，由于自发突变的存在，出现某些原有优良生产性状的劣化、遗传标记的丢失等现象.前体:是被加入培养基的化合物，能够直接在生物合成过程中结合到产物分子中去，而自身的结构并未发生太大变化，却能提高产物的产量的一类小分子物质.生长因子:是一类调节微生物正常生长代谢所必需，但不能用简单的碳、氮源自行合成的有机物，包括广义生长因子和狭义生长因子。
产物合成促进剂：指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。
如：链霉素生产加巴比妥，赖氨酸生产加红霉素等。
斜面培养基：固体培养基（solid culture medium ）的一种形式；制作时应趁热定量分装于试管内，并凝固成斜面的称为斜面培养基，用于菌种扩大转管及菌种保藏。
种子培养基：供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌体长得粗壮，成为活力强的“种子”的培养基，所以种子培养基的营养成分要求比较丰富和完全。
发酵培养基：发酵培养基是供菌种生长、繁殖和合成产物之用。
它既要使种子接种后能迅速生长，达到一定的菌丝浓度，又要使长好的菌体能迅速合成需产物。
空消：指清除空间内不好的或不需要的杂质，使之达到无害化的洁净程度。
实消：就是将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行灭菌的操作过程，也称实罐灭菌。
连消：即连续灭菌，即培养基的连续灭菌，是灭菌的一种方式。
就是将配制好的并经预热的培养基用泵连续输入由直接蒸汽加热的加热塔，使其在短时间内达到灭菌温度。
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。
人教版高中生物选修发酵工程课件.ppt
（1）菌种：谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌等
（2）培养基：液体培养基（原料：豆饼或马铃 薯等的水解液、玉米浆、尿素、磷 酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物 素等） 发酵罐连续培养 （3）发酵过程 控制条件：温度、PH、溶氧 量、搅拌 （4）提取：用Na2CO3中和后，过滤、分离
思考：在工业生产过程中常采用这种天然成分作为营养物 质的液体培养基，这在发酵生产中有什么好处呢？
进行以获得大量的酒精。
扩大培养和接种
发酵过程：随时了解发酵进程，及 时添加必需的培养基组分，严格控 制温度、pH、溶氧、通气量与转速 等发酵条件。 分离提纯 菌体：用过滤、沉淀方法 代谢产物：用蒸馏、萃取、离子 交换等方法
影响发酵过程的因素
（1）温度 温度能影响酶的活性，也能影响生物合成的途径。温度 还会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收 等。 （2）pH pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。还会影 响培养基中营养物质的分解等 （3）溶解氧 在发酵过程中菌种只能利用溶解氧。因此，必须向发 酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，以提高氧在 发酵液中的溶解度。 （4）泡沫 发酵过程中，通气、搅拌、微生物的代谢过程及培养基 中某些成分的分解等，都有可能产生泡沫。过多的持久性泡沫 对发酵是不利的。 （5）营养物质的浓度 发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮 比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产 物的积累。
2．通过发酵工程能生产基因药品。 例如：将合成的人的胰岛素基因转移 到大肠杆菌细胞内构建成“工程菌”， 再通过培养“工程菌”即可获得人的 胰岛素。
（2）食品工业：①传统发酵产品 ②生产各种食品添加剂
③解决粮食短缺问题 （如单细胞蛋白的生产）
通过发酵可获得大量的微生物菌体——单细胞蛋白。 20世纪80年代中期全世界的单细胞蛋白年产量已达 2.0x107t，广泛用于食品加工和饲料中。 单细胞蛋白食品优点:高蛋白,低脂肪
（2）培养基：液体培养基（原料：豆饼或马铃 薯等的水解液、玉米浆、尿素、磷 酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物 素等） 发酵罐连续培养 （3）发酵过程 控制条件：温度、PH、溶氧 量、搅拌 （4）提取：用Na2CO3中和后，过滤、分离
思考：在工业生产过程中常采用这种天然成分作为营养物 质的液体培养基，这在发酵生产中有什么好处呢？
进行以获得大量的酒精。
扩大培养和接种
发酵过程：随时了解发酵进程，及 时添加必需的培养基组分，严格控 制温度、pH、溶氧、通气量与转速 等发酵条件。 分离提纯 菌体：用过滤、沉淀方法 代谢产物：用蒸馏、萃取、离子 交换等方法
影响发酵过程的因素
（1）温度 温度能影响酶的活性，也能影响生物合成的途径。温度 还会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收 等。 （2）pH pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。还会影 响培养基中营养物质的分解等 （3）溶解氧 在发酵过程中菌种只能利用溶解氧。因此，必须向发 酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，以提高氧在 发酵液中的溶解度。 （4）泡沫 发酵过程中，通气、搅拌、微生物的代谢过程及培养基 中某些成分的分解等，都有可能产生泡沫。过多的持久性泡沫 对发酵是不利的。 （5）营养物质的浓度 发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮 比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产 物的积累。
2．通过发酵工程能生产基因药品。 例如：将合成的人的胰岛素基因转移 到大肠杆菌细胞内构建成“工程菌”， 再通过培养“工程菌”即可获得人的 胰岛素。
（2）食品工业：①传统发酵产品 ②生产各种食品添加剂
③解决粮食短缺问题 （如单细胞蛋白的生产）
通过发酵可获得大量的微生物菌体——单细胞蛋白。 20世纪80年代中期全世界的单细胞蛋白年产量已达 2.0x107t，广泛用于食品加工和饲料中。 单细胞蛋白食品优点:高蛋白,低脂肪
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。
发酵工程PPT课件
一 、
有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化
概 的生物化学过程。
述
21、膜生物反应器：利用膜的阴留性能将生物催化剂限制
在膜组件的固定空间，供给所需的底物和营养物，即可在
固定空间内进行生物反应，而产生的产物造成真空膜，进
入膜的另一侧空间，脱离生物催化剂，达到了生物反应与
产物分离同时进行的目的。
15、分解代谢：又称异化作用，是指由复杂的营养物质分 解成简单化合物的过程。
16、合成代谢：又称同化作用，是指由简单化合物合成复 杂的细胞物质的过程。
一 17、代谢控制发酵：是利用遗传学的方法或其他生物化学
、 方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，
概 述
使有用目的产物大量生成和积累的发酵。
的
特别是丝状菌生长的情况 p198式（5－8）
内 容
C 、细胞死亡动力学
p198式（5－9）
② 产物形成动力学
a、 L-P模型：
二
、
p198式（5－10）
发 酵
b、菌龄模型
工 程
p199式（5－11、12）
的
c、 生化模型
内
容
1）基质抑制模型： p199式（5－13）
2）氧限制模型： p199式（5－14）
、 发
（恒定的必需营养）
酵
工
优点：稳定、自动化、利用率高、持续性好、体积
程
的
小、探头长寿、发酵产率高
内
容
缺点：成本高、杂菌污染、微生物易变异、粘性丝
状菌易结团、保持无菌难
（3）发酵动力学
研究方法 p195：宏观处理法、质量平衡法
二
宏观处理法：结构模型与非结构模型 p212
发酵工程经典案例
发酵过程
发酵条件
酸奶发酵需要一定的温度和时间，通 常在40℃左右进行发酵，时间为2-4 小时。
在酸奶发酵过程中，乳酸菌利用牛奶 中的乳糖作为营养物质，进行生长和 代谢，产生乳酸和其他物质。
酸奶制作流程
预处理
将牛奶加热至40℃左右，加入 糖搅拌均匀。
发酵
将接种后的牛奶放入恒温箱中， 保持温度在40℃左右，进行发 酵。
酿酒工业
用于酿造葡萄酒、啤酒等酒精 饮料，提供发酵力和风味。
烘焙业
用于烘焙面包、糕点等食品， 提供发酵力和营养价值。
饲料工业
作为动物饲料添加剂，提高饲 料营养价值和动物生长性能。
药品和保健品
用于生产药品和保健品，具有 较高的生物活性和安全性。
04
抗生素发酵
抗生素的种类与作用机制
青霉素
四环素
通过抑制细菌细胞壁的合成，导致细菌细 胞壁缺损，水分由外环境不断渗入高渗的 菌体内，致细菌膨胀变形死亡。
糖化过程
在糖化罐中进行，控制温 度和pH值，使淀粉充分水 解为可发酵的糖类。
发酵过程
将酵母添加到糖化后的溶 液中，进行发酵，产生酒 精和二氧化碳。
发酵控制
控制发酵温度、时间和酵 母种类，以获得特定口感 的啤酒。
啤酒的包装与储存
过滤与灌装
将发酵完成的啤酒进行 过滤，去除杂质，然后
灌装到瓶或罐中。
包装材料
滥用和误用。
耐药性
长期使用抗生素会导致细菌产生 耐药性，因此应尽可能减少抗生 素的使用，特别是对非细菌感染
疾病。
耐药性监测
医疗机构应加强对耐药性的监测， 及时发现并控制耐药菌株的传播。
05
生物制燃料
生物燃料的种类与优势
发酵工程简介(共17张PPT)
利用基因工程、细胞工程的方法构建工程细胞或工程菌。 如果在青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分解掉。 豆饼水解液、玉米浆中的水
如：通过青霉发酵能生产青霉素。 有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项呢？
利用基因工程、细胞工程的方法构建工程细胞或工程菌。 发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。 发酵工程能生产各种食品添加剂。
二、发酵工程概念
▪ 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中 的一种新技术。
三、发酵工程的内容
▪ 发酵工程的内容包括了以下的基本步骤：
1. 菌种的选育 有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项呢？
20世纪80年代中期全世界的单细胞蛋白年产量已达2. 例如：通过发酵可获得大量的微生物菌体——单细胞蛋白。2.培Biblioteka 基的配置1.培养基配置的原则：
1. 根据不同的菌种，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. 培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产
成本，以得到更高的经济效益。
培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
6. 分离提纯
1.菌种的选育
1.选育的方法：
1) 从自然界中先分离出相应的菌种；
2) 利用诱变筛选出符合生产要求的优良菌种 ；
3) 利用基因工程、细胞工程的方法构建工程细胞或工 程菌。
2.举例：
▪ 可将人工合成的人的胰岛素基因与大肠杆菌的质粒结 合，形成重组DNA，再把重组DNA导入大肠杆菌细胞 内形成工程菌。通过筛选则可培养出能生产人的胰岛 素的菌种。
如：通过青霉发酵能生产青霉素。 有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项呢？
利用基因工程、细胞工程的方法构建工程细胞或工程菌。 发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。 发酵工程能生产各种食品添加剂。
二、发酵工程概念
▪ 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中 的一种新技术。
三、发酵工程的内容
▪ 发酵工程的内容包括了以下的基本步骤：
1. 菌种的选育 有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项呢？
20世纪80年代中期全世界的单细胞蛋白年产量已达2. 例如：通过发酵可获得大量的微生物菌体——单细胞蛋白。2.培Biblioteka 基的配置1.培养基配置的原则：
1. 根据不同的菌种，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. 培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产
成本，以得到更高的经济效益。
培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
6. 分离提纯
1.菌种的选育
1.选育的方法：
1) 从自然界中先分离出相应的菌种；
2) 利用诱变筛选出符合生产要求的优良菌种 ；
3) 利用基因工程、细胞工程的方法构建工程细胞或工 程菌。
2.举例：
▪ 可将人工合成的人的胰岛素基因与大肠杆菌的质粒结 合，形成重组DNA，再把重组DNA导入大肠杆菌细胞 内形成工程菌。通过筛选则可培养出能生产人的胰岛 素的菌种。
第十一讲发酵工程简介
• • • •
6．发酵过程 ． 22 ○产物浓度 21 ○细菌数目 (1)随时取样检测培养液中的 、 等。 随时取样检测培养液中的 23 (2)及时添加必要的培养基组分，以满足菌种的○营养需求 及时添加必要的培养基组分， 。 及时添加必要的培养基组分 25 (3)严格控制温度、24 pH 严格控制温度、 严格控制温度 ○ 、○溶氧 、通气量与转速等发酵条 件。 • 7．分离提纯 ． 27 ○沉淀 26 ○过滤 • (1)菌体本身；采用 菌体本身； 等方法。 菌体本身 、 等方法。 28 • (2)代谢产物：采用○蒸馏 代谢产物： 萃取、离于交换等方法。 代谢产物 、萃取、离于交换等方法。
优良的菌种呢？ 优良的菌种呢？
•如果生产的是一般微生物不能 如果生产的是一般微生物不能 合成的产品 可用基因工程、 可用基因工程、细胞工程的方法 对菌种的遗传特性进行定向改造， 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， 以构建工程细胞或工程菌，从而 达到生产相应产品的目的
【问题6】获得青霉素高产菌株和生产人胰岛素的大肠杆菌，这 问题6 获得青霉素高产菌株和生产人胰岛素的大肠杆菌， 些优良菌种的方法分别是什么? 些优良菌种的方法分别是什么? 获得青霉素高产菌株的方法是诱变育种， 获得青霉素高产菌株的方法是诱变育种，获得生产人胰岛素的 大肠杆菌的方法是基因工程。 大肠杆菌的方法是基因工程。
一、应用发酵工程的生产实例
复习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。 成谷氨酸。
【问题1】谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌种了，是不是所有 问题1 谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌种了， 的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷氨酸发酵生产呢? 的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷氨酸发酵生产呢?我们应该选育什么 样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢? 样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢? 只有选择细胞膜通透性较强， 只有选择细胞膜通透性较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒 状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。 状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。 【问题2】有了菌种，用什么样的培养基去培养呢? 问题2 有了菌种，用什么样的培养基去培养呢? 培养基最主要的用途是满足微生物对营养物质的需要， 培养基最主要的用途是满足微生物对营养物质的需要，即应满足 微生物生长所需的碳源、氮源、生长因子、 无机盐等营养要求。 微生物生长所需的碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等营养要求。 【问题3】分析以下培养基的成分，它是如何满足谷氨酸棒状杆菌 问题3 分析以下培养基的成分， 所需各种营养的? 所需各种营养的?
发酵工程第一章_绪论PPT课件
物
（2）糖酵解（暂时缺氧、有机物氧化不彻底、产生少量能量）
化
学
2、无氧呼吸：特指那些不需要氧的微生物所进行的能量代谢。 指有机物经彻底或不彻底氧化，所脱下来的电子最后传给外
家
源的无机氧化物(个别是有机氧化物)并释放较少能量。
根据最终电子受体不同，无氧呼吸分为：硝酸盐呼吸、硫酸
盐呼吸、硫呼吸、碳酸盐呼吸及延胡索酸呼吸等。
1. 何谓发酵？
－－请看下面现象
微生物的
发酵现象
ferver：发泡、沸腾 fermentation
对发酵现象的不同理解
－－两种角度（能量、产物）
侧重能量代谢：
1、能够在氧分子参与下进行有氧呼吸产生能量的生物可以进行：
有氧呼吸、糖酵解、厌氧呼吸（兼性微生物）
生
（1）有氧呼吸（氧供应充分、有机物氧化彻底、产生大量能量）
微生物转化
在用维生素C一步和二步发酵法生产中,起主要氧 化作用的葡糖酸杆菌对作用底物(D-山梨醇或L-山 梨糖)的分子结构进行特异性改变。
（一）工业发酵的类型
按微生物对氧的不同需求
厌氧发酵 需氧发酵 兼性厌氧发酵
液体发酵（包括液体深层发酵）
按培养基的物理性状 固体发酵
浅盘固体发酵 深层固体发酵（机械通风制曲）
技术进步： 发展了高压喷射式、强制循环式等多种发 酵罐及其发酵技术 计算机和自动控制技术的运用：灭菌和发 酵过程自动控制，促进发酵工业朝连续化、 自动化方向发展
开拓新的发酵原料时期
特点：
解决发酵原料及人畜争粮问题； 规模和自动化程度显著提高，能耗过大。
基因工程阶段（现代发酵工业新阶段）
（二）发酵工业的基本生产过程
4. 控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量的 代谢产物；
生物技术 发酵工程
19世纪末：厌氧发酵(酒精、乳酸、发酵食品) 1945年：通气搅拌发酵罐--好氧发酵(青霉素等 抗生素) 20世纪50年代：代谢控制发酵(氨基酸、核酸 等) 20世纪70年代：固定化酶连续发酵 20世纪80年代：现代发酵工程技术(与基因操 作、细胞工程技术相结合)
发酵工程的内容
发酵罐的特点
1、为细胞代谢提供一个适宜的物理及化 学环境，使细胞能更快更好的生长 2、具有严密的结构 3、良好的液体混合性能 4、高的传质和传热速率 5、灵敏的检测和控制仪表
发酵罐的设计要求
1、节能 2、操作与控制方便 3、无菌条件好 4、尽量减少法兰连接 5、结构坚固、安全 6、防止死角、裂缝 7、易维修
法兰连接
连接就是把法兰盘放在固定在 两处管口上的一对法兰的中间， 然后用螺栓拉紧使其接合起来， 成为一种可拆卸的。这种连接 主要用于铸铁管、衬胶管、非 铁金属管和法兰阀门等的连接， 工艺设备与法兰的连接也都采 用法兰连接。法兰连接的主要 特点是拆卸方便、强度高、密 封性能好。安装法兰时要求两 个法兰保持平行、法兰的密封 面不能碰伤，并且要清理干净。
第四章
发 酵 工 程
发酵工程的定义
发酵工程（微生物工程，发酵技术）， 是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， 根据各种微生物的特性，在有养或无养 条件下利用生物催化（酶）的作用，将 多种低值原料转化成不同的产品的过程。
广义上的发酵工程由三部分组成： 上游工程、发酵工程和下游工程，其中上 游工程包括优良菌株的选育，最适发酵 条件（营养组成、pH、温度）的确定， 营养物的准备等；下游工程指从发酵液 中分离和纯化产品的技术
必须定期检测发酵罐内部的代谢变化
发酵工程的内容
发酵罐的特点
1、为细胞代谢提供一个适宜的物理及化 学环境，使细胞能更快更好的生长 2、具有严密的结构 3、良好的液体混合性能 4、高的传质和传热速率 5、灵敏的检测和控制仪表
发酵罐的设计要求
1、节能 2、操作与控制方便 3、无菌条件好 4、尽量减少法兰连接 5、结构坚固、安全 6、防止死角、裂缝 7、易维修
法兰连接
连接就是把法兰盘放在固定在 两处管口上的一对法兰的中间， 然后用螺栓拉紧使其接合起来， 成为一种可拆卸的。这种连接 主要用于铸铁管、衬胶管、非 铁金属管和法兰阀门等的连接， 工艺设备与法兰的连接也都采 用法兰连接。法兰连接的主要 特点是拆卸方便、强度高、密 封性能好。安装法兰时要求两 个法兰保持平行、法兰的密封 面不能碰伤，并且要清理干净。
第四章
发 酵 工 程
发酵工程的定义
发酵工程（微生物工程，发酵技术）， 是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， 根据各种微生物的特性，在有养或无养 条件下利用生物催化（酶）的作用，将 多种低值原料转化成不同的产品的过程。
广义上的发酵工程由三部分组成： 上游工程、发酵工程和下游工程，其中上 游工程包括优良菌株的选育，最适发酵 条件（营养组成、pH、温度）的确定， 营养物的准备等；下游工程指从发酵液 中分离和纯化产品的技术
必须定期检测发酵罐内部的代谢变化