发酵工程第二章发酵工业菌种

霉菌
– 曲霉属 米曲霉 黑曲霉
– 青霉属 青霉菌：点青霉、产黄青霉 桔青霉
– 根霉属 德氏根霉 米根霉、小麦曲根霉
– 红曲霉属 紫红曲霉
主要用于生产酶制剂、有机酸、抗生素及甾体激素等。
霉菌除了应用于传统的酿酒、制浆和其他发酵食品生产 外，还可用于生产乙醇、有机酸、抗生素、酶制剂、维 生素、植物生长素以及甾体转化等。
2、宏基因组分析法：测序分析未培养微生物的基因组， 结合蛋白质组学，了解其代谢途径、基因表达调控机制 等。
第二节 发酵工业菌种的分离筛选
菌种的来源
根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种 保藏部门索取或购买；
从大自然中分离筛选新的微生物菌种。
菌株的分离和筛选是获得目的菌株的两个重要 环节。
分离： 筛选：注意采用方法的选择性和灵敏度
菌种选择的要求
能在廉价原料制成的培养基上迅速生长，且生成的目的 产物产量高、易于回收；
生长速度和反应速度较快，发酵周期较短； 培养条件易于控制； 抗噬菌体及杂菌污染的能力强； 菌种不易变异退化； 对放大设备的适应性强； 菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒
纤维素酶产生菌——森林土壤 蛋白酶和脂肪酶产生菌——肉类加工厂和饭店潲水沟中的污水、污泥 利用碳氢化合物为碳源的菌株——油田附近
微生物菌种是决定发酵产品的工业化价值以及 发酵过程成败的关键，只有具备良好的菌种基 础，才能通过改进发酵工艺和设备以获得理想 的发酵产品。
优良菌种都是通过菌种选育获得的。 菌种选育方法主要包括自然选育、诱变育种、
杂交育种和基因工程育种。
菌种选育的意义：
➢ 提供产量 ➢ 提高产品质量 ➢ 改善加工工艺和开发新产品。
➢ 例如，青霉素的发酵生产，在投产之初只有 40U·mL-1，得到黄色晶体，青霉素纯度很低，价 比黄金；而现在采用新型菌种可以达到 60000U·mL-1以上，得到晶体为纯白色，青霉素纯 度高达95%以上，成本不到0.1元。
➢ 青霉素发酵生产的这种质的飞跃，生产所用菌种 在其中起了关键作用。
菌种选育有何意义？
主要用于生产酶制剂、有机酸、氨基酸、肌苷酸等。
醋酸杆菌生产醋酸、山梨醇、5-酮葡糖酸和酒石酸等； 乳酸菌广泛应用于乳酸的生产以及乳制品工业；
产氨短杆菌、谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌等可生产氨 基酸、核苷酸等；
梭状芽孢杆菌可生产丁二醇、丙酮、丁醇、乙醇、丙 酮丁醇、核黄素以及一些有机酸；
枯草芽孢杆菌可生产淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、多肽 类抗生素、氨基酸、维生素以及丁二醇等；
毛霉能产生果胶酶、凝乳酶、甾族化合物以及应用于传 统的制酱工业等。
未培养微生物
定义：指迄今所采用的微生物纯培养分离及培 养方法还未获得纯培养的微生物，其在自然环 境微生物群落中占有非常高的比例，约为99％， 主要在各种极端环境中。
研究方法 1、模拟自然培养法：原位培养、培养条件优化、单细 胞操作。
酵母细胞本身含有丰富的蛋白质、维生素以及 各种酶类，工业上常通过培养酵母制造单细胞 蛋白，以供食用或作饲料蛋白，或用来制取核 糖核酸、核苷酸、核黄素、细胞色素c、辅酶A、 凝血质、转化酶和乳糖酶等。
在发酵工业上，经常利用酵母的代谢进行啤酒、 白酒、黄酒和果酒等各种饮料酒的酿造，以及 生产乙醇、甘油、有机酸及麦角固醇等多种产 品。
放线菌
– 链霉菌属 – 小单孢菌属 – 诺卡菌属 – 地中海诺卡氏菌 – 米苏里游动放线菌
主要用于生产多种抗生素，如链霉素、红霉素、 金霉素、庆大霉素等。
酵母菌
– 酿酒酵母 – 假丝酵母属
产朊假丝酵母 解脂假丝酵母 热带假丝酵母 – 毕赤酵母属、汉逊酵母属
主要用于生产食用、药用和饲料用蛋白等。
假单胞菌能生产维生素B12、色素、丙氨酸、葡糖酸以 及一些抗生素和甾体等；
黄单胞菌可生产维生素B12； 运动单胞菌可生产乙醇；
大肠杆菌可生产天冬氨酸、赖氨酸、苏氨酸、缬氨酸 以及谷氨酸脱羧酶、天冬酰酶等。
细菌还用作基因工程载体的宿主细胞，用于构 建基因工程菌来生产外源物质，如：利用大肠 杆菌生产核酸和蛋白质疫苗。
黑曲霉用于生产酸性蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、葡糖氧 化酶、柠檬酸、葡糖酸、草酸以及抗坏血酸等；
红曲霉能发酵生产红曲红色素、红曲黄色素、柠檬酸、 琥珀酸、麦角固醇、洛伐他丁、淀粉酶、蛋白酶和酯化 酶等；
产黄青霉用于生产青霉素、葡糖酸、抗坏血酸以及多种 酶；
根霉能产生反丁烯二酸、乳酸、琥珀酸、芳香脂和甾族 化合物等；
力较高的菌株。
发酵性能测定：进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养
特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、 耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等。
菌种保藏
1. 样品采样
（1）采样原则 广泛性 充分了解目标微生物的性质（种类、生理特征等）
如根据微生物的营养类型：
素。
从自然界筛选菌种
新种分离与筛选的步骤
制定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。 采样：有针对性地采集样品。 预处理：提高菌种分离的效率 富集培养：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培
养后，在数量上占优势。
分离：利用分离技术得到纯种。 菌种的筛选：通过常规生产性能测定，进一步筛选产物合成能
本章内容
一、常用发酵工业菌种 二、发酵工业菌种的分离筛选 三、发酵工业菌种鉴定 四、发酵工业菌种改良 四、发酵工业菌种保藏
第一节 常用发酵工业菌种
➢ 工业发酵生产水平的高低取决于生产菌种、发酵 工艺和后提取工艺三个因素，其中拥有良好生产 菌种是前提，菌种质量好坏直接影响了发酵产品 的产量、质量及其成本。
➢ 在科学研究中，通过菌种选育还可以了解菌种 的遗传学性质
2.1 工业发酵菌种概述
10
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
微生物物种
100 已发现物种
被利用物种
细菌
放线菌
可培养微生物
工 业
少数
酵母菌
发
霉菌
酵
微
生
物
缺乏敏感检测技术
未培养微生物
培养基中营养过剩
大多数
微生物间相互作用
认识不足无法原位培养
细菌
– 醋杆菌属的醋化醋杆菌、弱氧化醋杆菌 – 乳酸杆菌 – 枯草杆菌 – 丙酮丁醇梭菌 – 大肠杆菌 – 谷氨酸棒状杆菌