生物工艺学课件

近几年来，日本、美国的一些科学家对香菇的 抗癌作用进行了深入的研究，发现香菇中的“1， 2-β -葡萄糖苷酶”及两种糖类物质具有抗癌作用 。
B：病毒(virus)
其特点如下：
1. 形体微小，体积比细菌 小的多。
2. 没有细胞结构，是一种 独特分子的生物，主要由核 酸和蛋白质构成。
3. 营寄生生活，由于缺乏 独立代谢的酶体系，不能脱 离寄主而自行生长繁殖，有 专一性。
豉等的制作。毛霉的用途很广，常出现在酒药中， 能糖化淀粉并能生成少量乙醇，产生蛋白酶，有 分解大豆蛋白的能力，我国多用来做豆腐乳、豆 豉。许多毛霉能产生草酸、乳酸、琥珀酸及甘油 等，有的毛霉能产生脂肪酶、果胶酶、凝乳酶等。 常用的毛霉主要有鲁氏毛霉和总状毛霉。
根霉
种类：米根霉、华根霉、少根根霉、爪哇根 霉
酵母菌大多为腐生，常以单个细胞存在，以发芽形式进行繁殖。 母细胞体积长到一定程度时就开始发芽。芽长大的同时母细胞缩小， 在母子细胞间形成隔膜，最后形成同样大小的两个细胞。如果子芽不 与母细胞脱离就形成链状细胞，称为假菌丝(pseudomycelium)。
工业上用的酵母菌有：啤酒酵母( Saccharomyces cerevisiae)、假 丝酵母(Candida)、类酵母(Saccharomycodes)等，用于酿酒(Brewing) 、制造面包、制造低凝固点石油、生产脂肪酶（lipase），以及生产可 食用、药用和饲料用酵母菌体蛋白等。
第二章 菌种来源，生物活性物 质的筛选和菌种保藏
第一节 菌种来源
微生物的特性及工业微生物的要求
一、微生物的特性 有些微生物能在厌氧的条件下生长 有些微生物能够利用简单的有机物和无机物满足自身 的生长 有些微生物能进行复杂的代谢 有些微生物能利用较复杂的化合物
有些微生物能在极端的环境下生长
如间隔不完全分裂就形成链状
醋酸(acetic acid)
细胞。
氨基酸(amino acid)
肌苷酸(inosinic acid)
1、常用的细菌
大肠杆菌 应用：对谷氨酸定量分析，生产天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸。
乳杆菌属乳酸杆菌科，因发 酵糖产生大量乳酸而命名。 存在广泛。嗜酸性，最适 ph5.5～6.0,ph3.0～4.5仍能生 存，在无芽胞杆菌中其耐酸 力最强。肠道乳酸杆菌可分 解糖产酸，抑制致病菌及腐 败菌的繁殖，乳酶生即由活 的乳酸杆菌制成，可治疗消 化及腹泻。酸牛奶中的乳酸 杆菌也有抑制肠道致病菌的 作用。龋齿活动状态与唾液 乳酸液杆菌计数之间有明确 的相互关系。
养基中，瓜果蔬菜等在运输和贮藏中的腐烂及甘薯的软腐都与其有关，菌丝体 分泌出果胶酶，分解寄主的细胞壁，感染部位很快会腐烂形成黑斑。黑根霉 (ATCC6227b)是目前发酵工业上常使用的微生物菌种。
青霉菌
有些种类如点青霉（P.notatum）和黄青霉（P.chrysogenum）等可提取青霉素， 药用青霉素又称盘尼西林。灰黄青霉（P.griseofulvum）等可提取灰黄霉素。
二：工业化菌种的要求
能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成 产物
有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的 可操作性要强
遗传性能要相对稳定
不易感染它种微生物或噬菌体
产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病 菌无关）
生产特性要符合工艺要求
工业生产常用的微生物
应用：酱油、酱类（淀粉酶）
产生黄曲霉毒素，不仅能引起禽畜中毒 致死，亦有致癌作用。
米曲霉
应用：米曲霉是一类产复合酶的菌株，除产蛋白 酶外，还可产淀粉酶、糖化酶、纤维素酶、植酸 酶等。主要用于酿酒制曲和酱油制曲。
应用：生产甲义丁二酸
毛霉 应用：可以产生蛋白酶，我国多用于豆腐乳、豆
应用：生产青霉素、葡萄糖氧化酶
放线菌(Actinomycetes)
放线菌因菌落呈放线状而得名。它是一个原核 生物类群，在自然界中分布很广，尤其在含有机 质丰富的微碱性土壤中较广。大多腐生，少数寄 生。
放线菌主要以无性孢子进行繁殖，也可借菌丝 片段进行繁殖。后一种繁殖方式见于液体沉没培 养（submerged cultures）中。其生长方式是菌丝 末端伸长和分支，彼此交错成网状结构，成为菌 丝体。菌丝长度即受遗传性的控制，又与环境相 关。
细胞生长时，环状染色体 （chromosome）被复制，细胞内的
棒状杆菌(Corynebacterium) 短杆菌(Brevibacterium)
蛋白质等组分同时增加一倍，然后 在细胞中部产生一横段间隔，染色 体被分开，继而间隔分裂形成两个 相同的子细胞。
用于生产：
生产淀粉酶(amylase） 蛋白酶（proteinase） 乳酸(lactic acid)
尽管如此，目前人们对微生物的认识还是十分不够的 。已经初步研究的不超过自然界微生物总量的10%左右。
微生物的代谢产物据统计已超过一千三百多种，而大 规模生产的不超过一百多种；
微生物酶有近千种，而在工业上利用的不过四五十种 。可见潜力是很大的。
在工业生产中常用的微生物主要有细菌、酵母菌、霉 菌和放线菌。
种类：龟裂链霉菌、金霉素链霉菌、灰色链霉菌、红 霉素链霉菌
应用：各类抗生素。土霉素、四环素、链霉素、红霉 素。今年发现一些抗肿瘤抗病毒的抗生素。还是氨基 酸、维生素、酶和酶的抑制剂/除草剂/抗寄生虫等药 物的重要来源。
在液体沉没培养中由于搅拌器（
agitator）的剪应力作用，常常形成短的分支 旺盛的菌丝体，或呈分散生长，或呈菌丝团 状生长。它的最大经济价值在于能产生多种 抗生素（antibiotics）。从微生物中发现的抗 生素，有60%以上是放线菌产生的，如链霉 素、红霉素、金霉素、庆大霉素等。
人类免疫缺陷病毒 （ human immunodeficiency virus ，HIV ）
获得性免疫缺陷综合症（ acquired immunodeficiency syndrome， AIDS ）
噬菌体（phage）是病毒的 一种。
Ｑ：烈性噬菌体和温和噬菌 体概念与区别。
噬菌体在寄主细胞中的生长
应用：酿酒
根霉在自然界分布很广，用途广泛，其淀粉酶活性很强，是酿造工业中常用糖化菌。 我国最早利用根霉糖化淀粉（即阿明诺法）生产酒精。根霉能生产延胡索酸、乳酸 等有机酸，还能产生芳香性的酯类物质。根霉亦是转化甾族化合物的重要菌类。与 生物技术关系密切的根霉主要有黑根霉、华根霉和米根霉。
黑根霉，也叫面包霉。常寄生在面包和日常食品上，或混杂于培
繁殖过程可分为吸附、浸入、 增殖、成熟和释放。
C：藻类（alga）： 培养螺旋藻，按干重计算每公顷可收获60吨，而种植 大豆每公顷才可获4吨；从蛋白质产率来看，螺旋藻是大 豆28倍。 培养珊列藻，从蛋白质产率计算，每公顷珊列藻所得
真 核 细 胞 结 构 示 意 图
种类：酒精酵母、啤酒酵母、假 丝酵母 红酵母、面包酵母
应用：生产酒精、啤酒、石油发 酵脱蜡和制取蛋白质、生产脂肪
啤酒酵 母
啤酒酵母是啤酒生产上常用的典型 的上面发酵酵母。菌体维生素、蛋 白质含量高，可作食用、药用和饲 料酵母，还可以从其中提取细胞色 素C、核酸、谷胱甘肽、凝血质、 辅酶A和三磷酸腺苷等。
常用的放线菌主要来自以下几个属：链 霉菌属、小单孢菌属和诺卡氏菌属等。
放线菌的分离
土样的采取？
游动放线菌 小单孢菌 嗜热放线菌 嗜盐放线菌
其他生物：
A: 担子菌（Basidiomycetes ）：所谓的担子 菌就是人们通常所说的菇类(mushroom)生物。担 子菌资源的利用正愈来愈引起人们的重视，如多 糖(polysaccharide)、抗癌(anticancer)药物的开发 。
一、工业生产常用的微生物*
· 从自然界中分离出来就能被利用； · 对野生菌株进行人工诱变，得到突变株才能被利用。 · 使用重组DNA技术改造的菌株
目前育种总趋势 从野生菌转向变异菌 自然选育转向代谢育种 从诱发基因突变转向基因重组的定向育种。
菌种来源
工业菌种种类？
产物？
由于发酵工程本身的发展以及遗传工程的介入，藻类 （alga）、病毒（virus）等也正在逐步地变为工业生产用 的生物。
乳酸杆菌
应用：乳酸、干酪、奶子酒、发面、 泡菜、酸奶等的制作

枯草芽孢杆菌，是芽孢杆菌属的一种。单个 细胞 0.7～0.8×2～3微米，着色均匀。无荚 膜，周生鞭毛，能运动。革兰氏阳性菌，芽 孢0.6～0.9×1.0～1.5微米，椭圆到柱状，位 于菌体中央或稍偏，芽孢形成后菌体不膨大。 菌落表面粗糙不透明，污白色或微黄色，在 液体培养基中生长时，常形成皱醭。需氧菌。 可利用蛋白质、多种糖及淀粉，分解色氨酸 形成吲哚。在遗传学研究中应用广泛，对此 菌的嘌呤核苷酸的合成途径与其调节机制研 究较清楚。广泛分布在土壤及腐败的有机物 中，易在枯草浸汁中繁殖，故名。
曲霉属
其中以黄曲霉具有很强毒性。绿色和黑色的具有 很强的酶活性，在食品发酵中广泛用于制酱、酿 酒。现代发酵工业中用于生产葡萄糖氧化酶、糖 化酶和蛋白酶等酶制剂。其他菌株有：黄曲霉 （A. flavus），烟曲霉（A. fumigatus），灰绿曲霉 （A. glaucus），构巢曲霉（A. nidurans），寄生曲 霉（A. parasiticus），土曲霉（A. terreus）和杂色 曲霉（A. versicolor）等。
生长方式是菌丝末端的伸长和顶端分支，彼此 交错呈网状。菌丝的长度即受遗传性的控制，又受环 境的影响，其分支数量取决于环境条件。菌丝或呈分 散生长，或呈菌丝团状生长。
工业上常用的霉菌有：
藻状菌纲的根霉、毛霉、犁头霉，子囊菌纲的红 曲霉，半知菌类的曲霉、青霉等；
产品：
酶制剂（enzyme preparation）、抗生素 (antibiotic)、有机酸（organic acid）及甾体激素 （steroid hormone） 等。
枯草芽孢杆菌
应用：α-淀粉酶和中性蛋白酶的重要生产菌；有的 菌株具有强烈降解核苷酸的酶系，故常作选育核苷 生产菌的亲株或制取5'-核苷酸酶的菌种。
酵母菌（yeast）
酵母菌为单细胞真核生物（ unicellular eukaryote），在自然界 中普遍存在，主要分布于含糖质较多的的酸性环境中，如水果、蔬菜 、花蜜（nectar）和植物叶子上，以及果园土壤中。石油酵母（ petroleum yeast）较多地分布在油田周围的土壤中。
红酵 母
最常提到的酵母酿酒酵母（也称面包酵母） (Saccharomyces cerevisiae)，自从几千年前 人类就用其发酵面包和酒类，在酦酵面包 和馒头的过程中面团中会放出二氧化碳。 因酵母属于简单的单细胞真核生物，易于 培养，且生长迅速，被广泛用于现代生物 学研究中。如酿酒酵母作为重要的模式生 物，也是遗传学和分子生物学的重要研究 材料。
工业生产常用的细菌有
细菌（bacteria）：
枯草芽孢杆菌(llus
属于单细胞原核生物
subtilis)
（ unicellular prokaryote），以典
乳酸杆菌(Lactobacillus lactics)
型的二分分裂(binary)方式繁殖。
醋酸杆菌(Acetobacter)
面包酵母
含蛋白质50％左右，氨基酸含量高，富含B族维生素，还有丰富的酶 系和多种经济价值很高的生理活性物质。几千年前人类就用面包酵母 发酵面包和酒类，在现代食品工业方面，广泛用作人类主食面包、馒 头、包子、饼干糕点等食品的优良发酵剂和营养剂。 低糖酵母发酵时，面团一般含糖量7％左右，高糖酵母发酵时含糖量 则为16％。安琪酵母股份有限公司是专业生产面包酵母的公司，产品 涵盖所有的面包酵母产品类型，安琪牌活性干酵母（低糖型、高糖型） 出口全世界80多个国家
霉菌（mould）
霉菌不是一个分类学上的名词。凡生长在营养 基质上形成绒毛状、网状或絮状菌丝的真菌 (fungi)统称为霉菌。
霉菌在自然界分布很广，大量存在于土壤、 空气、水和生物体内外等处。它喜欢偏酸性环 境，大多数为好氧性(aerobiotic)，多腐生，少 数寄生。霉菌的繁殖能力很强，它以无性孢子 和有性孢子进行繁殖，大多以无性孢子繁殖为 主。