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
4、初级代谢产物：在微生物对数生长期所产生的产物， 如氨基酸、核苷酸、核酸、糖类等，是菌体生长繁殖所必 需的。
一 5、次级代谢产物：在菌体生长静止期，某些菌体能全成
、 在生长期中不能合成的、具有一些特定功能的产物，如抗
概 述
生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等，它们与菌体
生长繁殖无明显关系。
6、微生物转化：就是利用微生物细胞的一种或多种酶， 把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物。
程
的
对数期：p195 式（5－1）、p196式(5-2)
内
容
比较：p24的米门方程
b 、其他生长动力学方程
双基质限制生长动力学 p197式（5－3）
二
、
基质抑制生长动力学 p197式（5－4）
发 酵
产物抑制生长动力学 p197式（5－5、6、7）
工 程
contois方程：菌体浓度较高，发酵液黏度较大，
的
特别是丝状菌生长的情况 p198式（5－8）
内 容
C 、细胞死亡动力学
p198式（5－9）
② 产物形成动力学
a、 L-P模型：
二
、
p198式（5－10）
发 酵
b、菌龄模型
工 程
p199式（5－11、12）
的
c、 生化模型
内
容
1）基质抑制模型： p199式（5－13）
2）氧限制模型： p199式（5－14）
18、代谢工程：是指利用基因重组技术有目的地对细胞代
谢途径进行修饰、改造，改变细胞特性，并与细胞基因调
控、代谢调控及生化工程相结合，为实现构建新的代谢途
径，生产特定目的产物而发愜起来的一个新的学科领域。
19、代谢网络：分解代谢途径、合成代谢途径和膜输送体 系的有序组合构成代谢网络。
20、堆肥：是依靠自然界广泛分布的细菌、真菌等微生物，
一 13、连续发酵：是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培
、 养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的
概 述
液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长。
14、补料分批发酵：又称半连续发酵，是介于分批发酵和
连续发酵之间的一种发酵技术，是指微生物分批发酵中，
以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术。
烷化剂
二
、 发
DNA损伤的修复：p187
酵 工
光修复、切补修复－－复制前修复：校正差
程
的
错，不利于突变的发生；
内
容
重组修复(复制后修复）、SOS修复（复制前
修复）：引起差错，利于突变
从突变到突变型：
二
分离性迟延：不纯（受抑制） 分→离 纯（只
、
发
酵
有突变型）→ 表达
工
程
的 内
生理性迟延：纯合状态时，不一定出现突变
工 程
1、表面培养法：是将微生物在基质表面上进行培养
的
的方法。 优缺点
内
容
2、深层培养：是以微生物细胞生长于液体培养基深
层（好氧或厌氧）中进行培养的方法。 优缺点
（三）发酵过程
具体过程：菌体（或生物细胞）→ 种子制备→ 发酵
二 → 发酵液预处理→ 提取精制→ 成品检测→ 成品包装
、
发 1、菌种－优良菌种的选育
（2）发酵方式
①分批发酵：间断进行
二
、
② 补料分批发酵：延长微生物对数期与静止期的持
发
酵
续时间 ，增加生物量的积累和静止期细胞代谢产物的积
工
累。分单一补料分批发酵和重复补料分批发酵。
程
的
优点：解除抑制、提高产物的转化率，不易产生菌
内
容
种老化和变异问题
缺点：何时、何物难以确定
③ 连续发酵
二
控制方式：恒浊法（恒定的菌体浓度）、恒化法
一 的过程。现已扩展到培养生物细胞来制得产物的所有过程。
、
概
2、发酵工程：也叫微生物工程， 现代的发酵工程，
述 就是采用现代工程技术手段，利用生物，主要是微生物的
某些生理功能，为人类生产有用的生物产品，或者直接利
用微生物参与控制某些工业生产过程的一种新技术。
3、 发酵工业：就是利用生物的生命活动产生的酶， 对无机或有机原料进行加工（生化反应），获得产品的工 业，它既包括传统发酵，也包括现代发酵。
量都起着制约作用。
b、设计
1）改变代谢流
二
、
直接方法：加快速度限制反应（增加酶量）、改变分支
发 代谢途径流向（改变活力）、构建代谢旁路（抑制有毒产
酵 工
物的产生）
程
间接方法：改变能量代谢途径
的
内
2）扩展代谢途径
容
3）转移或构建新的代谢途径
② 自动化控制
如图5－23
二
、
三方面内容：目标或目的、控制动作、模型
22、结构模型：深入细胞内部，研究其基因结构、表型、
调控机制及其对代谢途径中各步反应的影响，得出的动力
学模型。
一 、
23、非结构模型：把细胞看成一个均匀分布的物体，不管
概 微观反应机制，只考虑各个宏观变量之间的关系，得出的
述 动力学模型。
（二）发酵工业的发展历史
大规模利用微生物的工业是在20世纪20年代才真正开
述
传统的发酵技术，与现代生物工程中的基因工程、细
胞工程、蛋白质工程和酶工程等相结合，使发酵工业进入
到微生物工程的阶段。微生物工程包括菌种选育、菌体生
产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
归纳起来其发展如下： p206
一
天然发酵时代→ 纯培养技术→ 通气搅拌技术→
、
概
代谢控制发酵技术→ 发酵原料的转变→ 现代生物
、 处理、发酵与产物分离偶联技术。
重 点
2、重点
、
发酵的含义、发酵工程的内容、菌种分离、筛选的原
学 则与步骤、发酵动力学、发酵生物反应器、发酵过程模型、 时 发酵过程控制、固态发酵及固体废弃物处理、下游处理
3、学时
5学时
（一）发酵工程相关名词
1、发酵：借助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直接产生代谢产物或次级代谢产物
酵
工
2、微生物酶发酵：第2章已讲
程
的
3、微生物代谢产物发酵：初级代谢产物、次级代谢产物
内
容
注：初级代谢产物与次级代谢产物的关系--p175
4、微生物转化发酵：维生素C两步发酵法；最突出：甾 类转化
5、生物工程细胞的发酵（现代发酵）
（二）发酵方法
二
、
培养方式：表面培养、深层培养
发
酵
培养基形态：固体发酵、液体发酵
动的一些基本属性。
载流途径：在一定的生理状态下，碳架物在微生物的代
谢网络中流经的主要途径。
二
代谢工程：见前面。
、
发
微生物的调节控制主要靠两个主要因素：酶的活性和酶
酵 工
量，也即反馈抑制和反馈阻遏。
程
酶的生物合成受基因和代谢物的双重调控。
的
内
关键酶：与代谢调节关系密切的酶，如变构酶、同功酶、
容 多功能酶，是参与代谢调节的酶的总称，对代谢流的质和
工 程
b、分类
的
测量方式：离线、在线、原位
内
容
测量原理：力敏、热敏、光敏、磁敏、电化学传感
器
c、主要在线传感器： pH、溶解氧、氧化还原电位、
溶解二氧化碳
二
③其他检测技术：生物量分析、尾气分析、发酵液成分
概 述
9、前突变：诱变剂所造成的DNA分子的某一位置的结构改
变，它可以通过DNA复制而成为真正的突变，也可以经过
修复重新回到原来的结构，即不发生突变。
10、损伤：DNA序列可修复的变化。
11、突变：是可以通过复制而遗传给子代的永久性DNA序 列变化。