《发酵工程实验报告》PPT课件
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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 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。
发酵工程六PPT课件
.
24
二、人工控制微生物代谢的手段
（一）生物合成途径的遗传控制
代谢调节控制育种通过特定突变型的选育，达到改变代谢 通路、降低支路代谢总产物的产生或切断代谢途径及提高 细胞膜的透性，使代谢流向目的产物积累方向进行。
1、代谢缺陷型菌株
2、利用抗代谢类似物的突变积累氨基酸
3、产物降解酶缺失突变株
4、细胞膜组分的缺失突变
.
30
生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶，生物素在低于亚适浓度之
前有，利例增于加谷1：生氨谷物酸氨素的酸有合棒利成杆于；菌丙（酮生酸物的素羧缺化陷产型生）草生酰产乙谷酸氨，酸进而
生物素是催化脂肪酸生物合成的初始酶乙酰辅酶A羧化酶的 辅酶，该酶催化乙酰辅酶A羧化生成丙二酸单酰辅酶A，再 经一系列转化合成脂肪酸，而脂肪酸又是构成细胞膜磷脂 的主P要EP成分，因P此y生r 物素可间A接cC地o影A 响细胞膜的透性。
真核微生物细胞里，各种酶系被细胞器隔离分布，使
其代谢活动只能在特定的部位上进行，如与呼吸产能有 关的酶系集中于线粒体内膜上，DNA合成的某些酶位于 细胞核里。
.
5
（二）代谢流向的调控
微生物在不同条件下可以通过控制各代谢途径中某个酶促反应的速 率来控制代谢物的流向，从而保持机体代谢的平衡。
1、由一个关键酶控制的可逆反应
第六章 发酵机制及发酵动力学
第一节 发酵工程微生物的基本代谢及产物代谢 第二节 微生物代谢调节机制 第三节 糖代谢产物的发酵机制 第四节 氨基酸和核苷酸发酵机制 第五节 抗生素发酵机制 第六节 微生物发酵动力学
.
1
本章要求
掌握初级与次级代谢的产物 掌握微生物代谢调节的方式 掌握酶活性被抑制的方式 了解发酵产物的发酵机制及发酵动力学抑制来自抑制DE
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
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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。
发酵工程实验指导课件
（略）
（通过产酸特性直接鉴定）
发酵工程实验指导
7
实验三 乳酸菌菌种的培养与保藏
分离得到的乳酸 菌菌株（编号）
斜面移接与 培养(每一株）
注意点： 注明菌种编号与日期；
如Lcd131,Lcd132；
（例：陈丹，第一组第3位同学）
第一阶段结束，总结
安排一周完成
发酵工程实验指导
1株保藏 1株待以下
实验用
8
发酵工程实验指导
2
实验内容设计
第一部分：乳酸菌的分离、筛选与保藏
第二部分：乳酸菌的培养与发酵测定
附上：实验原始记录 实验一：实验准备 实验二：乳酸菌的分离与筛选 实验三：菌种培养与保藏 实验四：乳酸菌的发酵培养 实验五：乳酸菌发酵测定与产物分析
实验报告撰写基本格式
一、实验目的与意义及原理等 二、材料与方法（或步骤） 三、结果与分析 问题回答
发酵工程实验指导
9
第二部分 实验四 乳酸菌培养与发酵测定
总实验流程
实验乳酸 菌菌株
斜面移接 活化
菌种移接至发酵 三角瓶，培养
细胞生长测定
（自选）
（细胞生物量g/L：离心测菌体重量； 混浊度描述）
产酸变化
（测定pH变化：酸度计）
发酵产物乳酸定 性分析（E3）
（薄层层析法）
注意点：
新保存的菌株可直接发接酵工种程实，验指导不必再活化。10Biblioteka 说明发酵培养基的配制
接种3环
培养瓶包扎方法
发酵工程实验指导
11
细胞生长的测定
细胞湿密度：单位体积(ml)发酵液菌体的重量g（湿重）; 方法：取一定量(ml)发酵液，经离心去除上清液，菌
体称重。
细胞浓度：单位体积(ml)活细胞数(cfu)，单位:cfu/ml 方法：取一定量(ml)发酵液，经适当稀释后。倒平板培养
（通过产酸特性直接鉴定）
发酵工程实验指导
7
实验三 乳酸菌菌种的培养与保藏
分离得到的乳酸 菌菌株（编号）
斜面移接与 培养(每一株）
注意点： 注明菌种编号与日期；
如Lcd131,Lcd132；
（例：陈丹，第一组第3位同学）
第一阶段结束，总结
安排一周完成
发酵工程实验指导
1株保藏 1株待以下
实验用
8
发酵工程实验指导
2
实验内容设计
第一部分：乳酸菌的分离、筛选与保藏
第二部分：乳酸菌的培养与发酵测定
附上：实验原始记录 实验一：实验准备 实验二：乳酸菌的分离与筛选 实验三：菌种培养与保藏 实验四：乳酸菌的发酵培养 实验五：乳酸菌发酵测定与产物分析
实验报告撰写基本格式
一、实验目的与意义及原理等 二、材料与方法（或步骤） 三、结果与分析 问题回答
发酵工程实验指导
9
第二部分 实验四 乳酸菌培养与发酵测定
总实验流程
实验乳酸 菌菌株
斜面移接 活化
菌种移接至发酵 三角瓶，培养
细胞生长测定
（自选）
（细胞生物量g/L：离心测菌体重量； 混浊度描述）
产酸变化
（测定pH变化：酸度计）
发酵产物乳酸定 性分析（E3）
（薄层层析法）
注意点：
新保存的菌株可直接发接酵工种程实，验指导不必再活化。10Biblioteka 说明发酵培养基的配制
接种3环
培养瓶包扎方法
发酵工程实验指导
11
细胞生长的测定
细胞湿密度：单位体积(ml)发酵液菌体的重量g（湿重）; 方法：取一定量(ml)发酵液，经离心去除上清液，菌
体称重。
细胞浓度：单位体积(ml)活细胞数(cfu)，单位:cfu/ml 方法：取一定量(ml)发酵液，经适当稀释后。倒平板培养
《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
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。
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建筑精选课件
样品3 0.3 0.9 0.9 √ √ 0.9 3 20 3.159
样品空白 0.3 0.9(TCA) 0.9 √ √ 0.9(植酸钠） 3 20 0.286
12
五.实验结果
1.取吸光度OD=3.159，将其替换为标准直线 中的y=1.0579x-0.1094中的y值，得到 x=3.0895，此值即为无机磷的质量。
2.由酶活的计算方法 酶活=F×m/30×31×V
其中V=0.3ml,F=1, 所以得到植酸酶酶活=11.07U/L
建筑精选课件
13
谢谢欣赏！
建筑精选课件
14
建筑精选课件
6
水浴加热
将装好的溶液摇匀，放 在37℃水浴锅中持续 20min,冷却。
建筑精选课件
7
显色反应
建筑精选课件
8
测稀释液的吸光值
在波长为660建n筑m精选处课件测吸光值
9
绘制标准曲线
以无机磷为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。
建筑精选课件
10
3.样品中植酸酶活力的测定
（1）酶液制备：摇瓶液为试样，在离心机中 以3000r/min转速离心15min，取清液 。
发酵工程实验报告
实验五 植酸酶酶活的测定
建筑精选课件
1
一.实验目的
• 1.复习酶活力的测定方法。 • 2. 鉴定摇瓶发酵的黑曲霉的产酶能力。
建筑精选课件
2
二.实验原理
• 植酸酶活性单位：样品在植酸钠浓度为 5.0mol/L,温度37℃，PH5.5的条件下，每 分钟从植酸钠中释放1umol无机磷，即为1 个植酸酶活性单位。
建筑精选课件
11
（2）酶活的测定
反应顺序
样品1
1.加酶液/ml
0.3
2.加植酸钠/ml 0.9
3.加乙酸缓冲液 /ml
0.9
4.混匀
√
5.37℃水解 30min
√
6.依次加入 TCA/ml
0.9
7.加显色液/ml 3
8.37℃水浴显色 /min
20
9.测OD值
0
样品2 0.3 0.9 0.9 √ √ 0.9 3 20 1.568
建筑精选课件
4
四.实验步骤
1.先将实验所需溶液按相应浓度配置好。
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5
2.标准曲线制作
• （1）按表稀释磷溶液
试管号
123456
标准P液/ml 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
蒸馏水/ml 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0
相当无机磷
/ug
0 2 4 6 8 10
显色液/ml 3 3 3 3 3 3
• 在酸性溶液中正磷酸与钼酸作用生成磷钼 酸，后者当有还原剂（如Vc）存在时，立 即转化为蓝色还原物质，其最大吸收在 660nm处。
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3
三.试剂
1.乙酸缓冲液 2.植酸钠溶液 3.10%TAC 4.2.5%钼酸钠 5.10%Vc 6.17%硫酸 7.硫酸二氢钾（标准磷液） 8.显色液： （17%硫酸）：（水）：（2.5%钼酸钠）： （10%Vc）=1：2：1：1
样品3 0.3 0.9 0.9 √ √ 0.9 3 20 3.159
样品空白 0.3 0.9(TCA) 0.9 √ √ 0.9(植酸钠） 3 20 0.286
12
五.实验结果
1.取吸光度OD=3.159，将其替换为标准直线 中的y=1.0579x-0.1094中的y值，得到 x=3.0895，此值即为无机磷的质量。
2.由酶活的计算方法 酶活=F×m/30×31×V
其中V=0.3ml,F=1, 所以得到植酸酶酶活=11.07U/L
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6
水浴加热
将装好的溶液摇匀，放 在37℃水浴锅中持续 20min,冷却。
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显色反应
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8
测稀释液的吸光值
在波长为660建n筑m精选处课件测吸光值
9
绘制标准曲线
以无机磷为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线。
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10
3.样品中植酸酶活力的测定
（1）酶液制备：摇瓶液为试样，在离心机中 以3000r/min转速离心15min，取清液 。
发酵工程实验报告
实验五 植酸酶酶活的测定
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1
一.实验目的
• 1.复习酶活力的测定方法。 • 2. 鉴定摇瓶发酵的黑曲霉的产酶能力。
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2
二.实验原理
• 植酸酶活性单位：样品在植酸钠浓度为 5.0mol/L,温度37℃，PH5.5的条件下，每 分钟从植酸钠中释放1umol无机磷，即为1 个植酸酶活性单位。
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11
（2）酶活的测定
反应顺序
样品1
1.加酶液/ml
0.3
2.加植酸钠/ml 0.9
3.加乙酸缓冲液 /ml
0.9
4.混匀
√
5.37℃水解 30min
√
6.依次加入 TCA/ml
0.9
7.加显色液/ml 3
8.37℃水浴显色 /min
20
9.测OD值
0
样品2 0.3 0.9 0.9 √ √ 0.9 3 20 1.568
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4
四.实验步骤
1.先将实验所需溶液按相应浓度配置好。
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5
2.标准曲线制作
• （1）按表稀释磷溶液
试管号
123456
标准P液/ml 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
蒸馏水/ml 3.0 2.8 2.6 2.4 2.2 2.0
相当无机磷
/ug
0 2 4 6 8 10
显色液/ml 3 3 3 3 3 3
• 在酸性溶液中正磷酸与钼酸作用生成磷钼 酸，后者当有还原剂（如Vc）存在时，立 即转化为蓝色还原物质，其最大吸收在 660nm处。
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3
三.试剂
1.乙酸缓冲液 2.植酸钠溶液 3.10%TAC 4.2.5%钼酸钠 5.10%Vc 6.17%硫酸 7.硫酸二氢钾（标准磷液） 8.显色液： （17%硫酸）：（水）：（2.5%钼酸钠）： （10%Vc）=1：2：1：1