最新第三节-发酵工程简介教学讲义ppt课件
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《发酵工程》课件3
菌种选育
根据生产需要选择具有优良性状的菌 株，通过诱变、基因工程等手段进行 改良。
菌种保藏
采用低温、干燥、缺氧等方法，保持 菌种活力和纯度，延长菌种使用寿命 。
种子扩大培养
种子制备
将保藏的菌种进行活化，并进行一定时间的培养，其恢复 活力。
种子扩大培养
将活化后的菌种进行扩大培养，使菌体数量增加，满足发酵 需求。
03
描述产物生成速率的数学模型，包括产物浓度和产物生成速率
之间的关系。
发酵过程中的物质变化
底物消耗
在发酵过程中，底物被微生物消耗转化为代谢产物。
产物生成
在发酵过程中，微生物通过代谢过程生成目的产物。
副产物生成
在发酵过程中，除了目的产物外，还可能生成其他副 产物。
03
发酵工艺流程
菌种的选育与保藏
现代
基因工程、蛋白质工程和代谢工 程等新兴技术的引入，推动发酵
工程不断创新和发展。
发酵工程的应用领域
抗生素生产
利用微生物发酵生产抗生素，用于治疗各种疾 病。
食品工业
生产面包、啤酒、酸奶等食品，改善食品品质 和口感。
生物能源
利用微生物发酵生产乙醇、丁醇等生物燃料， 替代化石能源。
02
发酵工程的基本原理
连续发酵与高密度发酵技术的挑 战
需要解决发酵过程中的菌种退化、产物抑 制等问题，以及设备设计和操作难度。
代谢工程与合成生物学在发酵工程中的应用
代谢工程
通过调节微生物代谢途径，提高产物的合成效率和产量。
合成生物学
利用基因编辑技术构建人工生物系统，实现新产品的设计和生产。
代谢工程与合成生物学在发酵工程中的应用案例
产物精制
对提取出的产物进行纯化 ，去除杂质，提高产品质 量。
根据生产需要选择具有优良性状的菌 株，通过诱变、基因工程等手段进行 改良。
菌种保藏
采用低温、干燥、缺氧等方法，保持 菌种活力和纯度，延长菌种使用寿命 。
种子扩大培养
种子制备
将保藏的菌种进行活化，并进行一定时间的培养，其恢复 活力。
种子扩大培养
将活化后的菌种进行扩大培养，使菌体数量增加，满足发酵 需求。
03
描述产物生成速率的数学模型，包括产物浓度和产物生成速率
之间的关系。
发酵过程中的物质变化
底物消耗
在发酵过程中，底物被微生物消耗转化为代谢产物。
产物生成
在发酵过程中，微生物通过代谢过程生成目的产物。
副产物生成
在发酵过程中，除了目的产物外，还可能生成其他副 产物。
03
发酵工艺流程
菌种的选育与保藏
现代
基因工程、蛋白质工程和代谢工 程等新兴技术的引入，推动发酵
工程不断创新和发展。
发酵工程的应用领域
抗生素生产
利用微生物发酵生产抗生素，用于治疗各种疾 病。
食品工业
生产面包、啤酒、酸奶等食品，改善食品品质 和口感。
生物能源
利用微生物发酵生产乙醇、丁醇等生物燃料， 替代化石能源。
02
发酵工程的基本原理
连续发酵与高密度发酵技术的挑 战
需要解决发酵过程中的菌种退化、产物抑 制等问题，以及设备设计和操作难度。
代谢工程与合成生物学在发酵工程中的应用
代谢工程
通过调节微生物代谢途径，提高产物的合成效率和产量。
合成生物学
利用基因编辑技术构建人工生物系统，实现新产品的设计和生产。
代谢工程与合成生物学在发酵工程中的应用案例
产物精制
对提取出的产物进行纯化 ，去除杂质，提高产品质 量。
发酵工程PPT教学课件
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。
容
稀释
表型 → 出现表型
2、发酵
（1）发酵生物反应器
二 、
① 类型 p203：搅拌式生物反应器、鼓泡式反应器、
发 气升式反应器
酵
工
② 优点：染菌率极低、发酵设备大型化、利用生物
程 的
技术提高了产量和降低了本、提高了产品的回收率和
内 质量
容
③ 要求：内壁与管道焊接部位都要求平整光滑、无
裂缝、无塌陷，便于测量器内的温度、pH值和氧气含量
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。
始的。当时主要是以酒精发酵、甘油发酵和丙醇发酵等为
一 、
主。20世纪40年代，弗莱明发现了青霉素，开始采用深层
概 发酵法大量生产。此后，链霉素等几十种重要的抗菌素相
述 继问世，带动了抗菌素工业的诞生。发酵工业由无氧条件
下的发酵发展到了有氧发酵。
长期以来，几乎都是以碳水化合物作为发酵的原料，
而到60年代增加了正烷烃、醋酸、醇类和天然气等。发酵
《发酵工程绪论》PPT课件
h
22
一、发酵工程的特征
（p13）
1、原料：发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他 农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源 就可进行反应。可以利用废水和废物等作为发酵 的原料进行生物资源的改造和更新。
2、菌种：微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过 变异和菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使 生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规 方法难以生产的产品。
h
10
4、发酵的现代概念
• 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。
h
11
利用微生物的特点：
• 发酵工程所利用的微生物：细菌、放线菌，酵母菌和霉菌等。 • 利用微生物的特点：
(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。 (2)有极强的消化能力。 (3)有极强的繁殖能力。
h
16
（三）发酵工程产品的类型
• 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食品 、医疗保健药物；
• 天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用 生产资料；
• 氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素； • 单细胞蛋白等微生物菌体。 • 生物能 • 微生物冶炼 • （p3 ）
病用的疫苗等。 • 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率
最高阶段，生长稳定期产量最高。
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30
2、微生物代谢产物发酵
• 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。 • 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢
产物。 • 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来
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(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。
发酵工程简介(ppt 25)
来自 中国最大的资料库下载
生产的是微生物直接 自然界分离的菌种 合成的产物，通过诱 变改良菌种
诱变育种 基因工程 细胞工程
遗传特性进行定向改造， 生产用菌种 从而生产出一般微生物 不能合成的产品
菌种的选育
来自 中国最大的资料库下载
2、培养基的配置
根据不同的菌种，选择不同的材料配制培养基。
菌种的选育 诱变育种 基因工程 细胞工程 原料 遗传特性进行定向改造， 生产用菌种
从而生产出一般微生物 不能合成的产品
培养基配制
灭菌
常用高温、高 压的方法灭菌
发酵罐 发酵条件控制
来自 中国最大的资料库下载
酵母菌种
发酵罐
菌种接种到发酵罐之前应该做什么处理？
来自 中国最大的资料库下载
从而生产出一般微生物 不能合成的产品
扩大培养
接种
培养基配制
灭菌
常用高温、高 压的方法灭菌
将菌种的数量扩大
检测：细菌数目、产物浓度 添加：必需的培养基组分
控制：温度、pH、溶氧、通气量 与转速等
过滤、沉淀方法分离
发酵罐 发酵条件控制
分离 提纯
微生物菌体
来自 中国最大的资养：
– 扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分 应该选择处于生长曲线哪个时期的细菌作菌种？ 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。 接种： – 有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注 意什么事项呢？
接种过程中要注意防止杂菌污染
返回
来自 中国最大的资料库下载
生产的是微生物直接 自然界分离的菌种 合成的产物，通过诱 变改良菌种
菌种的选育 诱变育种 基因工程 细胞工程 原料 遗传特性进行定向改造， 生产用菌种
生产的是微生物直接 自然界分离的菌种 合成的产物，通过诱 变改良菌种
诱变育种 基因工程 细胞工程
遗传特性进行定向改造， 生产用菌种 从而生产出一般微生物 不能合成的产品
菌种的选育
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2、培养基的配置
根据不同的菌种，选择不同的材料配制培养基。
菌种的选育 诱变育种 基因工程 细胞工程 原料 遗传特性进行定向改造， 生产用菌种
从而生产出一般微生物 不能合成的产品
培养基配制
灭菌
常用高温、高 压的方法灭菌
发酵罐 发酵条件控制
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酵母菌种
发酵罐
菌种接种到发酵罐之前应该做什么处理？
来自 中国最大的资料库下载
从而生产出一般微生物 不能合成的产品
扩大培养
接种
培养基配制
灭菌
常用高温、高 压的方法灭菌
将菌种的数量扩大
检测：细菌数目、产物浓度 添加：必需的培养基组分
控制：温度、pH、溶氧、通气量 与转速等
过滤、沉淀方法分离
发酵罐 发酵条件控制
分离 提纯
微生物菌体
来自 中国最大的资养：
– 扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分 应该选择处于生长曲线哪个时期的细菌作菌种？ 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。 接种： – 有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注 意什么事项呢？
接种过程中要注意防止杂菌污染
返回
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生产的是微生物直接 自然界分离的菌种 合成的产物，通过诱 变改良菌种
菌种的选育 诱变育种 基因工程 细胞工程 原料 遗传特性进行定向改造， 生产用菌种
《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》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
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❖ 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。
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（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
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？
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
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
▪ 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。
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
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。
▪ 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。
▪ 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
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
▪ 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：
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
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 合成的青霉素分解掉。
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。
（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
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？
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
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
▪ 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。
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
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。
▪ 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。
▪ 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
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
▪ 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：
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
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 合成的青霉素分解掉。
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。