5.3发酵工程简介
发酵工程中国农业大学4953
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5、微生物特殊机能的利用
• 利用微生物消除环境污染 • 利用微生物发酵保持生态平衡 • 微生物湿法冶金 • 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。
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发酵工业简介
Fermentation Industry
• 发酵食品 • 有机酸 • 氨基酸 • 核酸类物质 • 酶制剂 • 医药工业（抗生素…） • 饲料工业（单细胞蛋白 • 环境工程（废物处理） • 其它 （冶金工业…）
定义：是指利用生物的生命活动产生的酶，无机 或有机原料进行酶加工，获得产品的工业。
14
2.获得发酵产品的条件
• 适宜的微生物 • 保证或控制微生物进行代谢的各种条件 • 进行微生物发酵的设备 • 精制成产品的方法的设备
15
三、发酵工业的发展历史
• 天然发酵阶段 • 纯培养技术的建立：巴斯德，科赫等。人为地
控制微生物的发酵进程。 • 通气搅拌发酵技术的建立：
青霉素的生产——深层培养 • 代谢控制发酵技术：微生物进行甾体化合物的
转化，Glu和Lys发酵生产。对微生物具有高度专 一性的酶反应作为合成手段的一部分加以利用 ，进行合理的代谢。
16
• 开拓发酵原料时期： 石油发酵，醋酸生产谷氨酸
• 基因工程阶段： 采用酶学的方法，将不同来源的DNA进行体外 重组，再把重组DNA设法转入受体细胞内，并 进行繁殖和遗传下去。人们能够根据自己的意 愿将微生物以外的基因件导入微生物细胞中， 从而达到定向地改变生物性状与功能创新的物 种，使发酵工业能够生产出自然界微生物所不 能合成的产物。
FERMENTATION Process Control
下游工程
发酵工程课件
05
发酵工程的未来发展
新技术应用
生物信息学
应用生物信息学技术，解析微生物基因组，发现新的代谢 途径和基因，提高发酵过程的效率和产物的质量。
01
代谢工程
通过代谢工程，改造微生物的代谢途径 ，提高目标产物的产量和纯度，降低副 产品的生成，优化发酵过程。
02
03
过程优化
利用先进的过程控制和优化技术，提 高发酵过程的稳定性和效率，减少能 源消耗和环境污染。
02
发酵工程的基本原理
微生物的代谢与生长
微生物的能量代谢
微生物通过分解底物获取能量，并合成细胞成 分。
微生物的生长
微生物在适宜的环境下生长繁殖，影响发酵过 程。
微生物的代谢产物
微生物在代谢过程中产生的有用物质。
微生物的生长环境与控制
要点一
微生物对环境条件的需求
如温度、湿度、pH值、氧气等。
要点二
发酵工程课件
目录
• 发酵工程概述 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的应用领域 • 发酵工程的研究方法 • 发酵工程的未来发展 • 发酵工程实例分析
01
发酵工程概述
发酵工程的定义与特点
发酵工程定义
发酵工程是通过利用微生物的生长和 代谢活动生产各种有用物质的过程。
发酵工程特点
发酵工程具有高效、节能、环保等优 点，可生产出许多传统化学方法无法 合成的生物活性物质，如抗生素、氨 基酸、有机酸等。
微生物生长环境的控制
通过调节环境条件，促进有益微生物的生长和抑制有害微 生物的生长。
微生物的遗传与育种
微生物遗传学基础
DNA和RNA的结构与功能，基因组与基 因表达等。
VS
微生物育种技术
发酵工程发酵工程概述
第二节
微生物发酵过程
（三）发酵
所用的培养基和培养设备都必须经过灭菌，通 入的空气或中途的补料都是无菌的，转移种子 也要采用无菌接种技术。通常利用饱和蒸汽对 培养基进行灭菌，灭菌条件是在120℃（约 0.1MPa表压）维持20~30min。 （四）下游处理
第三节 液体深层发酵
一、深层发酵的操作方式
第二节
微生物发酵过程
二、培养基
（二）发酵培养基的组成 1.碳源 2.氮源 3.无机盐和微量元素 4.生长因子 5.水 6.产物形成的诱导物、前体和促进剂许多胞外 酶的合成需要适当的诱导物存在。
第二节
微生物发酵过程
三、发酵的一般过程
（一）菌种 （二）种子扩大培养
第一节 发酵工程概述
一、发酵工程的概念
现代的发酵工程不仅包括包括菌体生产和代谢 产物的发酵生产，还包括微生物机能的利用。 其主要内容包括生产菌种的选育，发酵条件的 优化与控制，反应器的设计及产物的分离、提 取与精制等。
第一节 发酵工程概述
二、发酵类型
（一）微生物菌体发酵
是以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。 传统的菌体发酵工业：有用于面包制作的酵母 发酵及用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白 （单细胞蛋白）发酵两种类型。新的菌体发酵 可用来生产一些药用真菌药用真菌可以通过发 酵培养的手段来生产出与天然产品具有同等疗 效的产物。有的微生物菌体还可用作生物防治 剂
第三章 发酵工程
第一节 发酵工程概述
一、发酵工程的概念
发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技 术产业化的重要环节 它将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原 理有机地结合起来，是一门利用微生物的生长和 代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。由于 它以培养微生物为主，所以又称微生物工程。 人们把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。
《发酵工程》课件3
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。
高中生物第一轮复习 选修 5-3、发酵工程简介
第三节发酵工程简介教学目的1．发酵工程的概念和内容（A：知道）。
2．发酵工程在医药工业和食品工业中的应用（A：知道）。
重点和难点1．教学重点发酵工程的概念和内容。
2．教学难点在发酵过程中，如何保证菌种生长和代谢的正常进行。
教学过程【板书】实例：谷氨酸发酵发酵工程的概念菌种选育发酵工程培养基的配制发酵工程灭菌的内容扩大培养和接种发酵过程产品的分离和纯化在医药工业方面的应用发酵工程的应用在食品工业方面的应用【注解】一、实例：谷氨酸发酵（一）获取菌种：谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌（二）配制培养液：五种因子（三）灭菌：高压蒸汽灭菌（四）接种：无菌条件下加入菌种（五）发酵：在发酵罐中进行，其中的关键步骤是“溶氧”。
通入无菌空气并不断搅拌（六）分离提取产物二、发酵工程的概念（一）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的一种新技术。
（二）发酵工程的内容1．菌种选育：自然分离、人工诱变、基因工程、细胞工程2．培养基的配制：物质种类、比例、适宜的PH3．灭菌：去除杂菌，主要杀灭培养基中和发酵设备中的杂菌4．扩大培养和接种：菌种多次培养达到一定数量5．发酵过程：控制各种条件生产发酵产品菌体：用过滤、沉淀等方法6．产品的分离和纯化代谢产物：用蒸馏、萃取、离子交换等方法在医药工业方面：生产药品和基因工程药品三、发酵工程的应用在食品工业方面：生产传统发酵产品、食品添加剂、单细胞蛋白（菌体）等【同类题库】发酵工程的概念和内容（A：知道）．工业上利用谷氨酸棒状杆菌大量积累谷氨酸，应采用（C）A．加大葡萄糖的投放量B．加大菌种的密度C．改变菌体细胞膜通透性D．改变培养基碳源和氮源的比例．发酵是指（D）A．微生物的呼吸过程B．一种微生物的繁殖过程C．微生物的新陈代谢D．微生物产生代谢产物和菌体的过程．暴露在空气中，下列哪种微生物不能生存（D）A．酵母菌B．真菌C．放线菌D．产甲烷杆菌．发酵过程中，用一定的转速搅拌，除能使菌种和发酵液充分接触提高原料利用率外，还能增加（D）A．放料速度 B．冷却水循环 C．进料速度 D．溶解氧．关于菌种的选育不正确的是（C）A．自然选育的菌种不经过人工处理B．诱变育种的原理是基因突变C．通过有性杂交可以形成工程细胞D．采用基因工程的方法可构建工程菌．有关谷氨酸发酵的叙述中，正确的是（B）A．发酵中要不断通入空气（无菌）B．培养条件不当将得不到所需要的产品C．搅拌的唯一目的是使空气成为小泡D．冷却水可以使酶的活性下降．谷氨酸发酵过程中，如果环境条件控制不当，则可能使代谢产物成为乳酸，那么乳酸是下列哪种条件下的产物（D）A．PH值过小B．PH值过大C．溶氧过多D．溶氧不足．当谷氨酸棒状杆菌发酵生产谷氨酸时，发现产物中出现了谷氨酰胺，则应当加入（C）A．新培养基B．缓冲液C．碳酸氢钠D．盐酸．在谷氨酸发酵过程中，必须不断地调整培养液的PH值，原因是（B）①谷氨酸发酵的最适PH值是7．0-8．0 ②在发酵过程中，培养液的PH值会发生变化③当PH呈酸性时，谷氨酸的产量会下降④不调节PH值，培养液中生成的谷氨酸会变成其他物质A．①②③B．①②③④C．①②D．①④．谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸的培养基中，五大类营养要素物质不可缺少。
发酵工程简介高中生物省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件
同分别有什么措施进行分离、提纯？
答：一类是代谢产物、另一类是菌体本身。
三、发酵工程旳应用 （一）在医药方面： 1．发酵工程能生产人们所需旳药物。例如：经过青
霉发酵能生产青霉素。 2．经过发酵工程能生产基因药物。例如：将合成旳
人旳胰岛素基因转移到大肠杆菌细胞内构建成“工 程菌”，再经过培养“工程菌”即可取得人旳胰岛素。
第三节 发酵工程简介
学习目旳： 1、发酵工程旳概念和内容（A：懂得）。 2、发酵工程在医药工业和食品工业中旳 应用（A：懂得）。
学习要点：发酵工程旳概念和内容。
学习难点： 发酵过程中怎样确保菌种生长和代谢旳正常进行。
一、应用发酵工程旳生产实例
根据谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸旳途径，思索回答 下列问题：
8、在发酵罐中是怎样进行谷氨酸发酵生产旳？
菌种 培养基
发酵罐
条件控制
谷氨酸
加工 提取
产品
二、发酵工程旳概念和内容
（一）、概念：
即采用当代工程技术手段，利用微生物旳某些 特定功能，为人类生产有用旳产品，或直接把微生 物应用于工业生产过程中旳一种新技术。
（二）、内容：
从自 诱变育种 生
接发
微
医
然界 中分 离旳 菌种
3．灭菌： 思索： 发酵工程所用旳菌种大多是单一旳纯种，整个发 酵过程中不能混入杂菌。这是为何呢？那怎样预防杂 菌旳污染呢？怎样才算灭菌彻底呢？
答：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；要在发酵前对培养基和发酵设施进行 严格旳灭菌处理； 用高温、高压旳方式，杀死全部杂菌旳胞体、 芽孢和孢子
答：基因突变、基因工程、细胞工程
生物选修三发酵工程知识点 知乎
生物选修三发酵工程知识点知乎生物选修三：发酵工程知识点发酵工程是一门综合性的学科，涉及微生物学、生物化学、生物工程学等多个学科的内容。
本文将从发酵工程的基本概念、发酵工艺、发酵微生物、发酵设备等几个方面，介绍一些发酵工程的知识点。
一、发酵工程的基本概念发酵工程是利用微生物通过代谢过程产生的酶来合成有机物的一种工艺。
它是将发酵微生物与合适的培养基、发酵设备相结合，通过调控温度、pH值、氧气供应等条件来实现产物的合成。
发酵工程在食品工业、制药工业、酿酒工业等领域有着广泛的应用。
二、发酵工艺发酵工艺是指利用微生物进行发酵过程中的操作步骤和条件控制。
常见的发酵工艺包括批发酵、连续发酵、固定床发酵、液体床发酵等。
其中，批发酵是最常见的一种工艺，它通过将微生物接种到含有营养物质的培养基中，控制温度、搅拌速度等条件，使微生物进行生长和代谢，并最终合成所需产物。
三、发酵微生物发酵微生物是发酵工程中的重要组成部分，常见的发酵微生物有细菌、酵母菌、真菌等。
不同的微生物对于不同的产物有着不同的合成能力和产量。
例如，酵母菌常被用于酿酒工业，细菌常被用于生产乳酸等发酵食品，真菌则常被用于生产青霉素等药物。
四、发酵设备发酵设备是进行发酵工程的重要工具，常见的发酵设备有发酵罐、发酵塔、发酵槽等。
发酵设备的设计应考虑到温度、氧气供应、搅拌速度等因素，以提供一个适宜的环境供微生物进行生长和代谢。
五、应用领域发酵工程在许多领域都有广泛的应用。
在食品工业中，发酵工艺被用于生产酸奶、啤酒、面包等食品；在制药工业中，发酵工艺被用于生产抗生素、酶制剂等药物；在环境工程中，发酵工程被用于处理废水、废气等污染物。
六、发酵工程的发展趋势随着生物技术的发展，发酵工程也在不断创新和发展。
目前，利用基因工程技术改造微生物，使其具有更高的产物合成能力已成为发酵工程的研究热点。
此外，发酵工程的自动化、智能化也是未来发展的方向。
总结：发酵工程作为一门重要的学科，有着广泛的应用前景。
发酵工程简介
发酵工程的现状及发展前景
在发达国家，发酵工业的产值占国民 生产总值的5%。在医药产品中，发酵产品的 产值占20%。在医药、食品、化工、冶金、 资源、能源、环境等诸多领域有着广泛的应 用。
5.生物工程细胞的发酵，是指利用生物工 程技术所获得的细胞进行培养的新型发酵， 其产物多种多样。 初级代谢产物和次级代谢产物
在菌体对数生长期所产生的产物，如氨基酸、 核苷酸、蛋白质、核酸、糖类等，是菌体生长繁殖 所必需的，这些产物叫做初级代谢产物。 在菌体生长静止期，某些菌体能合成一些具 有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、植物生长 因子等，这些产物与菌体的生长繁殖无明显关系， 叫做次级代谢产物。
二、微生物发酵过程
根据微生物的种类不同（好氧、厌氧、 兼性厌氧），可以分为好氧性发酵、厌氧性发 酵和兼性发酵三大类： （1）好氧性发酵，如柠檬酸发酵，谷氨酸发 酵。 （2）厌氧性发酵，如乳酸发酵，丙酮、丁醇 发酵。 （3）兼性发酵，如酵母菌却氧条件下发酵生 产酒精，有氧条件下繁殖菌体。
（一）、工业生产常用微生物
2、发酵工艺控制
发酵过程中，为了能对生产过程进行 控制，需要对有关工艺参数进行定期取样测 定或进行连续测量。对发酵影响较大的参数 有： （1）温度，影响酶活性，改变菌体代谢方 向。 （2）pH值，影响酶活性，影响细胞膜的通 透性。 （3）溶解氧浓度。
四、发酵设备
进行微生物深层培养的设备统称发酵罐。 优良的发酵装置应具有严密的结构，良好的 液体混合性能，较高的传质、传热速率，配 套的检测及控制仪表。
【高三】2021届高考生物教材复习 发酵工程简介
【高三】2021届高考生物教材复习发酵工程简介【高三】2021届高考生物教材复习发酵工程简介必修书第19课时发酵工程简介（一）[密集知识]一、应用发酵工程的生产实例1.谷氨酸产生菌包括和。
2．所使用的培养基从物理性质上看属于培养基，从组成成分上看属于培养基。
二、发酵工程的概念和内容（一）发酵工程的概念（二）发酵工程内容1．菌种的选育：生产用菌种的获得方法有、、。
2.培养基的制备：3．灭菌：防止杂菌污染的方法是在发酵前用高温、高压的方式对和进行严格的灭菌处理，从而杀死所有杂菌的、和。
4.扩大培养和接种：5．发酵过程――发酵的中心阶段，此阶段的主要工作有：（1）随时取样检测培养基中的微生物——了解发酵过程；（2）及时添加必需的――延长菌种生长稳定期的时间；（3）严格控制发酵条件，如通风和转速。
6．分离提纯：[示例理解]例1．对谷氨酸发酵叙述正确的是a、细菌是异源需氧厌氧微生物。
B.培养基属于液体合成培养基ｃ．谷氨酸的形成与搅拌速度无关ｄ．产物可用离子交换法提取分析：这个问题是对发酵菌株、培养基、控制条件和产品的检查。
回答：D例2．试比较扩大培养与发酵生产过程中的培养的不同点？（1）培养的目的不同：扩大培养是为了使菌株在短时间内生长内以得到大量菌株；发酵过程中的培养物是为了获得。
（2）不同的培养方法：扩大培养就是培养的菌种分开，分头培养；发酵过程中细菌的培养是将细菌接种到细菌中生长的。
（3）不同的培养条件：例如，在酒精发酵中，扩大培养是必要的在条件下进行以促使酵母菌快速繁殖；而在酵产生酒精生产过程必须在获得大量酒精的条件下进行。
解析：该题从不同层面比较了扩大培养和发酵的区别。
答案：⑴快速繁殖代谢产物⑵对数期液体培养基稳定期⑶有氧无氧[自我评估]一、选择题1.菌种选育有哪些不正确之处ａ．自然选育的菌种不经过人工处理ｂ．诱变育种原理的基础是基因突变c、工程细胞可以通过有性杂交形成。
D.工程菌可以通过基因工程构建2．用于谷氨酸发酵的培养基需添加的生长因子是a、氨基酸B.碱基C.核苷酸D.生物素3．谷氨酸棒状杆菌扩大培养时，培养基应该是a、C∶ n是4∶ 公元前1年∶ n是3∶ 1.ｃ．隔绝空气ｄ．加大氮源、碳源的比例4.发酵过程中影响温度变化的因素包括：ａ．微生物分解有机物释放的能量ｂ．机械搅拌c、发酵罐散热和水蒸发d.A、B和c选项都可以5．大量生产酵母菌时，不正确的措施是a、分离空气B.成对获得细菌ｃ．过滤沉淀进行分离ｄ．使菌体生长长期处于稳定期6.酵母连续培养的方法有哪些错误ａ．及时补充营养物质ｂ．以青霉素杀灭细菌c、用缓冲溶液将pH值控制在5.0-6.0之间。
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。
发酵工程简介PPT课件
发酵罐示意图
加料口 搅拌器 冷却水进口
放料口
电动机 pH检测及 控制装置 排气口 冷却水出口 培养液
无菌空气
发酵罐 控制 发酵
温度
PH
溶氧
通气量
转速
酿造工业 分离提纯
酒、醋
菌体 单细胞蛋白
人造肉
代谢 产物
抗生素、维生素、动物激 素、核苷酸、要用氨基酸
源、水、无机盐和生长因子等营养需求。
培养基： 培养液
碳 源： 豆饼的水解液、玉米浆
氮 源： 尿素
无机盐： 磷酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁 生长因子：生长素
5、结合教材实例，说明如果发酵条件控制不当， 会造成什么不良影响。这些条件是通过影响什么而实 现的？
一是影响菌种的生长繁殖，二是影响菌种代谢产 物的形成。例如：在谷氨酸发酵过程中，当pH呈酸 性时，谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺；当溶 氧不足时，生成的代谢产物就会是乳酸或琥珀酸。
温度、氧气、pH等条件是通过影响酶的活性而 实现的，最终改变代谢途径、代谢产物。
1、可以作为自养微生物氮源的是（ D）
A.N2、尿素 C.尿素、酵母粉
B.牛肉膏、蛋白胨 D.铵盐、硝酸盐
2、温度对发酵过程的影响，不正确的是（B ） A.温度过高，发酵周期缩短，产量降低 B.温度不影响生物合成的途径 C.温度能影响菌种对营养物质的吸收 D.菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同
•对野生菌株进行诱变。
• ④菌落形成后，加入碘液，观察菌落周围培养基的颜 色变化和变化范围的大小。周围出现 浅色范围大 现象的菌落即为初选菌落。经分离、纯化后即可达到 实验目的。
• （2）若已得到二株变异菌株Ⅰ和Ⅱ，其淀粉转化率较 高。经测定菌株Ⅰ淀粉酶催化活性高，菌体Ⅱ的淀粉 酶蛋白含量高。经进一步研究发现，突变发生在淀粉 酶基因的编码区或非编码区，可推测出菌株Ⅰ的突变 发生在 编码 区，菌株Ⅱ的突变发生在 非编码区
高三发酵工程简介课件 人教版 选修
B．用紫外线、激光、化学诱变剂处理青霉菌 再经筛选的方法可以选育高产菌种
C．发酵罐接种后必须进行灭菌处理 D．在青霉菌生长的稳定期，活菌数不再增加， 青霉菌产量也不再增加
例题分析
[例1]温度对发酵过程的影响，不正确的是 B A. 温度过高，发酵周期缩短，产量降低
为什么要用天然培养基？
①能满足菌体的营养需要； ②能降低生产成本； ③能减少对环境的污染。
（1）菌种的选育 （2）培养基的配制 （3）培养基和设备的灭菌 配制好培养液后，是否可以立即加入菌种？
不能，需要进行灭菌 方法：将培养液投放到发酵罐中，通入98kPa
的蒸汽进行灭菌
为什么要灭菌？
防止杂菌污染，对发酵过程造成不良影响；
B.温度不影响生物合成的途径
C.温度能影响菌种对营养物质的吸收
D.菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同
[[例2](2004陕西)关于谷氨酸棒状杆菌的说法
不正确的是 D
A.原核生物
B.异养型
C.需氧型
D.次级代谢产物主要是味精
一.发酵工程的概念 二.谷氨酸发酵的生产实例 三.发酵工程内容
（1）菌种的选育 （2）培养基的配制 （3）培养基和设备的灭菌 （4）扩大培养和接种 （5）发酵过程 （6）产品的分离提纯
（1）菌种的选育
我们应该选育什么样的谷氨酸棒状杆菌 作为菌种呢？
只有选择细胞膜通透较强的谷氨酸棒 状杆菌做菌种,才有可能获得大量的 谷氨 酸。
1.在医药工业上的应用
利用微生物工程生产药品 素、动物激素、药用氨基酸、 核苷酸、抗生素
基因工程与发酵工程结合 素、胰岛素、 生长激素释放抑制因子
细胞工程与发酵工程结合 某些单抗
发酵工程简介
学院：生工学院专业班级：生物工程092班姓名：×××学号：×××××××发酵工程简介一、发酵工程的定义发酵工程{fermentation engineering}，是指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的一种新技术。
二、发酵工程的发展1早期的发展早在数千年前，我国劳动人民就懂得酿酒、制酱油、酿醋等。
酿酒工业是历史上最古老的微生物工业，但当时人们并不知道它与微生物的关系，也不清楚发酵的原因，只是靠口传身授，在实践中应用微生物。
2近代的发展1667 年，荷兰人列文霍克（Antony Van Leowen hoek ）发明了显微镜，揭开了微生物世界的秘密。
1850 -1880 年法国巴斯德（Louis Pasteur ）通过实验发现了发酵原理，认识到发酵是由微生物的活动引起的。
导致简便的密闭式发酵罐等技术设备。
1929 年，英国细菌学家傅莱明（Fleming ）发现了青霉素。
在20世纪40 年代随着微生物遗传学、生物化学和分子生物学的发展，创立了好气性发酵通气搅拌工程技术。
20世纪60年代遗传水平上控制生物代谢，建立起氨基酸、核苷酸微生物工业。
日本于1956 年用发酵法生产谷氨酸获得成功，氨基酸发酵工业采用了人工诱变育种与代谢控制发酵的新技术。
随着微生物工业向大型发酵罐的连续化、自动化方向发展，以数学、动力学、化工原理等为基础，通过计算机实现发酵过程自动化控制的研究，使发酵过程的工艺控制更为合理，相应的新工艺、新设备也层出不穷。
目前，发酵过程的基本参数，包括温度、pH 值、罐压、溶解氧、氧化还原电位、通气流量、CO2含量等均可自动记录和控制。
而微生物酶反应生物合成与化学合成工程技术的结合，为生物发酵的发展提供了更广阔的空间。
三、发酵工程的过程1、菌种的选育自然选育，从大自然中选择优良的菌种。
生物选修三发酵工程知识点 知乎
生物选修三发酵工程知识点知乎发酵工程是将微生物利用其代谢产物进行生物转化过程的一种工程技术。
发酵工程在食品工业、医药工业、化学工业等领域有着广泛的应用。
下面将介绍生物选修三发酵工程的知识点。
1. 发酵工程的基本原理发酵工程是利用微生物的代谢特性来生产有价值的化合物。
发酵工程的基本原理包括微生物的选择、培养条件的优化、发酵过程的控制等。
微生物的选择是发酵工程的首要步骤，不同的微生物对不同的底物有不同的代谢特性，选择合适的微生物可以提高产物的产量和质量。
培养条件的优化包括温度、pH值、营养物质等的调控，这些条件对微生物的生长和代谢有着重要的影响。
发酵过程的控制可以通过控制发酵温度、搅拌速率、通气量等来实现。
2. 发酵工程中的微生物发酵工程中常用的微生物包括细菌、酵母菌和真菌等。
细菌是最常用的微生物，因其生长速度快、培养条件相对简单，并且能够产生多种有用的代谢产物。
酵母菌广泛应用于食品工业和酿酒工业，其代谢产物主要是酒精和二氧化碳。
真菌在制药和食品工业中也有着重要的应用，如青霉素的生产就是利用青霉菌进行发酵。
3. 发酵过程的控制发酵过程的控制是发酵工程中的关键环节。
发酵过程的控制主要包括温度、pH值、氧气供应和营养物质的供应等。
温度对微生物的生长和代谢有着直接的影响，过高或过低的温度都会对发酵过程产生不良影响。
pH值是指发酵液的酸碱度，不同的微生物对pH值有不同的要求，因此需要根据微生物的特性来进行调控。
氧气供应是微生物生长和代谢过程中的重要因素，适当的氧气供应可以提高微生物的代谢效率。
营养物质的供应是发酵过程中的另一个重要因素，微生物需要合适的营养物质来生长和代谢。
4. 发酵工程的应用发酵工程在食品工业、医药工业和化学工业等领域有着广泛的应用。
在食品工业中，发酵工程常用于酒精、酱油、醋等的生产。
在医药工业中，发酵工程用于生产抗生素、酶和疫苗等药物。
在化学工业中，发酵工程可以用于生产有机酸、氨基酸和有机溶剂等化学品。
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3,灭菌
灭菌的原因:
在发酵过程中如混入其他杂菌,将与菌种 在发酵过程中如混入其他杂菌, 形成竞争或寄生关系, 形成竞争或寄生关系,对发酵过程造成不 良影响 .
举例:
如果在谷氨酸发酵过程中混人放线菌, 如果在谷氨酸发酵过程中混人放线菌,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. 棒状杆菌死亡. 如果在青霉素生产过程中污染了杂菌, 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, 些杂菌则会分泌青霉素酶,将合成的青霉 素分解掉. 素分解掉.
5,发酵过程
发酵过程中要随时进行检测并对发 酵条件进行控制: 酵条件进行控制: 1. 检测什么? 检测什么? 在发酵过程中随时取样检测培养液中 产物浓度 细菌数目 __________,_________, __________,_________,以了解 培养基成分 发酵进程 _________,及时添加必需的___________ _________,及时添加必需的___________ 稳定期 来充分延长菌体生长的________的时间, ________的时间 来充分延长菌体生长的________的时间, 以得到更多的发酵产物 .
三,发酵工程生产实例
为什么要用液体培养基? 为什么要用液体培养基?
①能使营养物质得到充分的利用; 能使营养物质得到充分的利用; ②有利于生产条件的控制和产物的提取. 有利于生产条件的控制和产物的提取.
微生物发酵技术
密闭式发酵罐
复习
什么叫发酵? 什么叫发酵? 发酵的种类
什么叫发酵工程? 什么叫发酵工程?
一,发酵工程概念
现代工程技术 采用______________手段,利 采用______________手段,利 用微生物的_____________,为 用微生物的_____________,为 某些特定功能 人类生产有用的产品,或直接 微生物 把_______应用于工业生产过程 _______应用于工业生产过程 中的一种新技术.
3,灭菌
那如何防止杂菌的污染呢? 那如何防止杂菌的污染呢? 培养基 要在发酵前对_______ _________ _______和_________进行 要在发酵前对_______和发酵设施 进行
严格的灭菌处理. 严格的灭菌处理.
什么是灭菌呢? 什么是灭菌呢?
灭菌是指杀死一定环境中所有微生物的 细胞, 细胞,芽孢和孢子 ______________________. ______________________.
从自然界分离的菌种 诱变育种 基因工程 生产用菌种 原 料 扩大培养 接种 细胞工程
发酵罐 发酵条件控制
分离 提纯
灭菌
培养基配置
微生物菌体
代谢产物
产 品
三,发酵工程生产实例
谷氨 酸是 味精 的主 要成 分
三,发酵工程生产实例
谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径
葡萄糖
中间产物
NH4+
a-酮戊二酸
谷氨酸 脱氢酶
6,分离提纯
发酵产物不同,分离提纯的方法会有所不 同,产物分离,提纯的一般方法是:
代谢产物: 蒸馏,萃取,离子交换等方法 代谢产物: 蒸馏,萃取, 菌体本身: 过滤,沉淀 菌体本身: 过滤,
分离提纯后的产品, 分离提纯后的产品,还要经过质量检查合 格后,才能成为正式产品. 格后,才能成为正式产品.
如果生产的是一般微生物不能合成的产品
可用基因工程,细胞工程的方法对菌种的遗 可用基因工程,细胞工程的方法对菌种的遗 基因工程 传特性进行定向改造, 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. 程菌,从而达到生产相应产品的目的.
1,菌种的选育
选育菌种的方法
诱变育种 基因工程 细胞工程
4,扩大培养和接种
扩大培养:
扩大培养是将培养到对数期的菌体分开, 扩大培养是将培养到对数期的菌体分开, 为什么要 扩大培养? 扩大培养? 分头进行培养,以促使菌体数量快速增加, 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
接种:
有了用于生产的充足的菌体,在接种时要注 有了用于生产的充足的菌体, 意什么事项呢? 意什么事项呢? 接种过程中要注意防止杂菌污染
抑 制
谷氨酸
三,发酵工程生产实例
1. 菌种的选择 谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌 种了,应该选育什么样的谷氨酸棒状 杆菌作为菌种呢? 杆菌作为菌种呢?
只有选择细胞膜通透性较强,在细胞内不 积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有 可能获得大量的谷氨酸.
常用:谷氨酸棒状杆菌, 常用:谷氨酸棒状杆菌,黄色短杆菌
过酸时:加NaOH,Na2CO3等碱液中和 过酸时: NaOH, 治标 过碱时:加H2SO4,HCl等酸液中和 过碱时: HCl等酸液中和 pH 调节 过酸时 治本
提高通气量 加适当碳源:加糖,乳酸,醋酸, 加适当碳源:加糖,乳酸,醋酸, 柠檬酸或油脂 加适当氮源:加尿素, NaNO3, 加适当氮源:加尿素, NH4OH 或蛋白质等
用物理或化学的方法 使菌种产生突变, 使菌种产生突变,筛 选出符合生产要求的 优良菌种
对菌种的遗传特性进 行定向改造, 行定向改造,构建工 程细胞或工程菌
生产的是微生物能 直接合成的产物
生产的是一般微生物不 能合成的产品
2,培养基的配置
培养基配置的原则: 培养基配置的原则: 1. 目的要明确. 目的要明确. 2. 营养要协调. 营养要协调.
微生物发酵技术
1857年法国化学家, 1857年法国化学家,微生物家巴斯德提 年法国化学家 出了著名的发酵理论: 出了著名的发酵理论:"一切发酵过程都 是微生物作用的结果. 是微生物作用的结果." 巴斯德认为,酿酒是发酵, 巴斯德认为,酿酒是发酵,是微生物在起 作用;酒变质也是发酵, 作用;酒变质也是发酵,是另一类微生物 在作祟. 在作祟. 19世纪后期 世纪后期, 19世纪后期,德国细菌学家科赫发明了固 体培养基, 体培养基,建立了纯种微生物的培养和分 离技术. 离技术.
5,发酵过程
发酵罐示意图
电动机 pH检测及 pH检测及 控制装置 加料口 排气口 搅拌器 冷却水出口 培养液 冷却水进口 放料口 无菌空气
5,发酵过程
1,影响温度的因素有:
代谢产热:生物氧化过程 搅拌产热:摩擦产生 蒸发散热:通气使发酵液水分蒸发,由蒸 发带走的热 辐射散热:罐内外存在温度差
5,发酵过程
三,发酵工程生产实例
2. 培养基的配制
生长因 子 生物素 酸 碱 度 pH 7 -8
培养基的配制原则是什么? 培养基的配制原则是什么? 成 分
水 无机盐 氮源 碳源
豆饼水解 磷酸二氢钾 豆饼水 解液, 液,玉米 氧化钾 尿素 解液, 玉米浆 浆中的水 硫酸镁
从组成成分和物理性质上看属于哪种培养基? 从组成成分和物理性质上看属于哪种培养基 扩大培养时和发酵过程中如何控制碳源氮源的比例? 扩大培养时和发酵过程中如何控制碳源氮源的比例?
配制的培养基应满足微生物在碳源,氮源 配制的培养基应满足微生物在碳源, 长因子, 无机盐等方面的营养要求. 长因子,水,无机盐等方面的营养要求.
3. 提供适宜的PH. 提供适宜的PH PH. 培养基的配方要经过_________才能确定 培养基的配方要经过 反复试验 才能确定
3,灭菌
发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要. 发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要. 除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过 滤外,反应必须在无菌条件下进行. 无菌条件下进行 滤外,反应必须在无菌条件下进行. 如果污染了杂菌,生产上就要遭到巨大 如果污染了杂菌, 的经济损失,要是感染了噬菌体, 的经济损失,要是感染了噬菌体,对发酵就 会造成更大的危害.因而保持无菌条件 无菌条件是发 会造成更大的危害.因而保持无菌条件是发 酵成败的关键. 酵成败的关键. 无菌条件也是动植物细胞工程的前提
第五章 微生物与发酵工程
第三节 发酵工程简介
微生物学的奠基人——巴斯德 微生物学的奠基人——巴斯德 我国的传统发酵产品酱油, 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 我国的酿酒已经有4000多 年的历史 我国的酱油距今已有3000 我国的酱油距今已有3000 年的历史 1857年巴斯德证明发酵是 1857年巴斯德证明发酵是 由于微生物的作用
二,发酵工程的内容
发酵工程包括以下的基本步骤: 发酵工程包括以下的基本步骤:
1,菌种的Leabharlann 育2,培养基的配置 3,灭菌 4,扩大培养和接种 5,发酵过程 6,分离提纯
1,菌种的选育
怎样才能得到优良的菌种呢? 怎样才能得到优良的菌种呢? 如果生产的是微生物能直接合成的产物
可以从自然界中先分离出相应的菌种, 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 人工诱变) 突变( 物理或化学的方法使菌种产生突变(人工诱变), 从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种. 从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种.
过碱时
降低通气量
发酵过程
发酵过程-------发酵的中心阶段 发酵的中心阶段 发酵过程 随时取样检测_________________________, 随时取样检测 培养液中细菌数目,产物浓度 , 以了解________. 以了解 发酵进程 . 及时添加______________,以满足 菌种的营养需要 , 及时添加 必需的培养基组分 以满足___________ 环境条件的变化,不仅会影响菌种的________, 环境条件的变化,不仅会影响菌种的 生长繁殖 而且会影响菌种_________的形成 的形成. 而且会影响菌种 代谢产物 的形成.因此要严格控 温度,PH,容氧,通气量 等发酵条件 等发酵条件, 制________________________等发酵条件,才能 保证发酵的正常进行. 保证发酵的正常进行. PH呈酸性 时 例:谷氨酸发酵过程,当__________时,谷氨酸 谷氨酸发酵过程, 溶氧不足 棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰氨; 棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰氨;当__________ 生成的代谢产物就会是乳酸或琥珀酸; 时,生成的代谢产物就会是乳酸或琥珀酸;