最新第三节-发酵工程简介教学讲义ppt课件
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
排气口
冷却水出口
冷却水进口
放料口
培养液 无菌空气
图5-14 发酵罐的结构示意图
二、发酵工程的概念和内容
（一）发酵工程的概念 ▪ 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 者直接把微生物应用于工业生产的一种新 技术。 ▪ （二）发酵工程的内容包括：
▪ 菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养 和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。
▪ 哪些条件能影响菌体的发酵呢？
发酵生产中温度、pH、溶氧量、转速等对发酵过程 有重大影响。
▪ 环境中有哪些非生物因素可能影响谷氨酸发酵？
▪ 温度 30-37℃ ▪ PH 7.0-8.0 ▪ 溶氧 ▪ 通气量 ▪ 转速
▪ pH呈酸性：乙酰谷氨酰胺； ▪ 溶氧不足：乳酸或琥珀酸。
▪ 营养物质的浓度：
药 品
白细胞介素-2
抗血友病因子
2.在食品工业上的应用 – ①生产传统的发酵产品 • 啤酒、果酒、食醋等
②生产食品添加剂
添加剂
举例
酸味剂 鲜味剂 色素 甜味剂
L-苹果酸、柠檬 酸、乳酸 肌苷酸、谷氨酸
β-胡萝卜素、红曲素
高果糖浆、甜菜糖
③解决粮食短缺问题
细菌蛋白质占干重的60%-80% 酵母菌的占45%-65% 单细胞蛋白：通过发酵工程获得的微生 物菌体
控制因素 作用机理
控制方法
pH ①影响酶的活性 加入缓冲溶 ②影响细胞膜的带 液，补加氨
电情况，导致细胞 水、尿素、
膜通透性改变从而 CaCO3、 影响对营养物质的 NH4HCO3 吸收和产物的排出 等来控制pH ③影响培养基营养
物质的分解
控制因素
溶 解 氧
作用机理 ①促进需氧型微生物 的呼吸 ②抑制厌氧型微生物 代谢
控制方法 通过无菌空 气的通气量 和搅拌速度 来控制
6、分离、提纯
▪ 菌体本身，如酵母菌和细菌等
采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来
▪ 代谢产物
采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。
三、发酵工程的应用
▪ 应用特点
▪ 生产条件温和 ▪ 原料来源丰富 ▪ 价格低廉 ▪ 产物专一 ▪ 废弃物对环境污染小容易处理等
接合成的产物
•如果生产的是一般微生物
不能合成的产品
可以从自然界中先分离出相 应的菌种，再用物理或化学 的方法使菌种产生突变，从 突变个体中筛选出符合生产 要求的优良菌种。
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， 以构建工程细胞或工程菌，从而 达到生产相应产品的目的
2、培养基的配制
（2）培养基：液体（天然）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（生长因子）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
谷氨酸棒状杆 菌是好氧菌
加料口 搅拌器
电动机 pH检测及 控制装置
3、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。这是为 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。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Βιβλιοθήκη Baidu解掉。
1.在医药工业上的应用
抗生素（应用最多，利润最高）
药品
维生素 动物激素 复合维生素片
青霉素 头孢霉素 红霉素 四环素
药用氨基酸 核苷酸（肌苷）
生长素释放抑制因子
是一种人脑激素，治疗肢端肥大症，
50万个羊脑提取5mg.
工程菌：7.5L培养液可得到5mg.
基
因 人生长激素
工 重组乙肝疫苗
程 单克隆抗体
流程图： 从自然分离的菌种
诱变育种 基因工程 细胞工程
生产用菌种
原料
扩大培养
培养基配制
接种 发酵罐发酵 条件控制
灭菌
分离 提纯
微生物菌体 代谢产物 产品
1、菌种的选育
▪ 要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等
方面符合人们要求的产品，最重要的是要有优
良的菌种。
怎样才能得到
•如果生产的是微生物直 优良的菌种呢？
▪ 那如何防止杂菌的污染呢？
要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格 的灭菌处理。
▪ 怎样才算灭菌彻底呢？
用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、 芽孢和孢子。
4、扩大培养和接种
▪ 如何得到发酵生产所需要的大量菌体来 缩短生产周期呢？
经过多次的扩大培养。
▪ 如何对菌种进行扩大培养呢？
扩大培养是将培养到对数期的菌体分开， 分头进行培养，以促使菌体数量快速增加， 能在短时间里得到大量的菌体。
第三节-发酵工程简介
微生物学的奠基人——伟大的巴斯德(法）
▪ 我国的传统发酵产品酱油、 醋、腐乳等享誉世界
▪ 我国的酿酒已经有4000多 年的历史
▪ 我国的酱油距今已有3000 年的历史
▪ 1857年巴斯德证明发酵是 由于微生物的作用
密闭式发酵罐
一、应用发酵工程的生产实例 谷氨酸发酵
（1）菌种：谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌等
▪ 如C/N＝3：1时，谷氨酸棒状杆菌大量合成谷氨酸； C/N＝4:1时，谷氨酸棒状杆菌菌体大量繁殖，产谷氨酸较少。
控制 因素
温 度
作用机理
①影响酶的活性 ②影响生物合成途径 ③影响培养基的理化
性质以及菌种对营 养物质的分解吸收 ④影响微生物生长
控制方法
通过控制 产热与散 热的平 衡来控制 培养基的 温度
▪ 要进行发酵生产，有了优良的菌种还需 要有与菌种相适应的培养基。在配制培 养基时应该注意哪些事情呢？
▪（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）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。
5、发酵过程
中心阶段
▪ 将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，还需
要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行控
制。这是为什么呢？
发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。因此，要 在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产 物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成 分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发 酵产物。同时，还应对发酵条件进行严格控制。
冷却水出口
冷却水进口
放料口
培养液 无菌空气
图5-14 发酵罐的结构示意图
二、发酵工程的概念和内容
（一）发酵工程的概念 ▪ 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 者直接把微生物应用于工业生产的一种新 技术。 ▪ （二）发酵工程的内容包括：
▪ 菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养 和接种、发酵过程和产品的分离提纯等方面。
▪ 哪些条件能影响菌体的发酵呢？
发酵生产中温度、pH、溶氧量、转速等对发酵过程 有重大影响。
▪ 环境中有哪些非生物因素可能影响谷氨酸发酵？
▪ 温度 30-37℃ ▪ PH 7.0-8.0 ▪ 溶氧 ▪ 通气量 ▪ 转速
▪ pH呈酸性：乙酰谷氨酰胺； ▪ 溶氧不足：乳酸或琥珀酸。
▪ 营养物质的浓度：
药 品
白细胞介素-2
抗血友病因子
2.在食品工业上的应用 – ①生产传统的发酵产品 • 啤酒、果酒、食醋等
②生产食品添加剂
添加剂
举例
酸味剂 鲜味剂 色素 甜味剂
L-苹果酸、柠檬 酸、乳酸 肌苷酸、谷氨酸
β-胡萝卜素、红曲素
高果糖浆、甜菜糖
③解决粮食短缺问题
细菌蛋白质占干重的60%-80% 酵母菌的占45%-65% 单细胞蛋白：通过发酵工程获得的微生 物菌体
控制因素 作用机理
控制方法
pH ①影响酶的活性 加入缓冲溶 ②影响细胞膜的带 液，补加氨
电情况，导致细胞 水、尿素、
膜通透性改变从而 CaCO3、 影响对营养物质的 NH4HCO3 吸收和产物的排出 等来控制pH ③影响培养基营养
物质的分解
控制因素
溶 解 氧
作用机理 ①促进需氧型微生物 的呼吸 ②抑制厌氧型微生物 代谢
控制方法 通过无菌空 气的通气量 和搅拌速度 来控制
6、分离、提纯
▪ 菌体本身，如酵母菌和细菌等
采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来
▪ 代谢产物
采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。
三、发酵工程的应用
▪ 应用特点
▪ 生产条件温和 ▪ 原料来源丰富 ▪ 价格低廉 ▪ 产物专一 ▪ 废弃物对环境污染小容易处理等
接合成的产物
•如果生产的是一般微生物
不能合成的产品
可以从自然界中先分离出相 应的菌种，再用物理或化学 的方法使菌种产生突变，从 突变个体中筛选出符合生产 要求的优良菌种。
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， 以构建工程细胞或工程菌，从而 达到生产相应产品的目的
2、培养基的配制
（2）培养基：液体（天然）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（生长因子）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
谷氨酸棒状杆 菌是好氧菌
加料口 搅拌器
电动机 pH检测及 控制装置
3、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。这是为 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。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Βιβλιοθήκη Baidu解掉。
1.在医药工业上的应用
抗生素（应用最多，利润最高）
药品
维生素 动物激素 复合维生素片
青霉素 头孢霉素 红霉素 四环素
药用氨基酸 核苷酸（肌苷）
生长素释放抑制因子
是一种人脑激素，治疗肢端肥大症，
50万个羊脑提取5mg.
工程菌：7.5L培养液可得到5mg.
基
因 人生长激素
工 重组乙肝疫苗
程 单克隆抗体
流程图： 从自然分离的菌种
诱变育种 基因工程 细胞工程
生产用菌种
原料
扩大培养
培养基配制
接种 发酵罐发酵 条件控制
灭菌
分离 提纯
微生物菌体 代谢产物 产品
1、菌种的选育
▪ 要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等
方面符合人们要求的产品，最重要的是要有优
良的菌种。
怎样才能得到
•如果生产的是微生物直 优良的菌种呢？
▪ 那如何防止杂菌的污染呢？
要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格 的灭菌处理。
▪ 怎样才算灭菌彻底呢？
用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、 芽孢和孢子。
4、扩大培养和接种
▪ 如何得到发酵生产所需要的大量菌体来 缩短生产周期呢？
经过多次的扩大培养。
▪ 如何对菌种进行扩大培养呢？
扩大培养是将培养到对数期的菌体分开， 分头进行培养，以促使菌体数量快速增加， 能在短时间里得到大量的菌体。
第三节-发酵工程简介
微生物学的奠基人——伟大的巴斯德(法）
▪ 我国的传统发酵产品酱油、 醋、腐乳等享誉世界
▪ 我国的酿酒已经有4000多 年的历史
▪ 我国的酱油距今已有3000 年的历史
▪ 1857年巴斯德证明发酵是 由于微生物的作用
密闭式发酵罐
一、应用发酵工程的生产实例 谷氨酸发酵
（1）菌种：谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌等
▪ 如C/N＝3：1时，谷氨酸棒状杆菌大量合成谷氨酸； C/N＝4:1时，谷氨酸棒状杆菌菌体大量繁殖，产谷氨酸较少。
控制 因素
温 度
作用机理
①影响酶的活性 ②影响生物合成途径 ③影响培养基的理化
性质以及菌种对营 养物质的分解吸收 ④影响微生物生长
控制方法
通过控制 产热与散 热的平 衡来控制 培养基的 温度
▪ 要进行发酵生产，有了优良的菌种还需 要有与菌种相适应的培养基。在配制培 养基时应该注意哪些事情呢？
▪（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）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。
5、发酵过程
中心阶段
▪ 将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，还需
要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行控
制。这是为什么呢？
发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。因此，要 在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产 物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成 分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发 酵产物。同时，还应对发酵条件进行严格控制。