微生物工程工艺原理-宜宾学院1_PPT幻灯片
合集下载
第二章发酵工业微生物菌种制备原理和技术-PPT
筛选一些具有特殊性质得微生物时,需根据该微生物独特 得生理特性到相应得地点采样(极端环境)。如:
高温酶产生菌:温度较高得南方,或温泉、火山爆发处 及北方得堆肥中采集样品;
低温酶产生菌:寒冷得地方,如南北极地区、冰窖、深 海中采样;
耐压菌:海洋底部采样。 耐高渗透压酵母菌:通常到甜果、蜜饯或甘蔗渣堆积处
菌种纯化就是指在特定环境中只让1种来自同一祖先得微生物 群体生存得技术。
菌株分离、筛选虽为两个环节,但却不能绝然分开,因为分离中 得一些措施本身就具有筛选作用。工业微生物产生菌得筛选 一般包括两大部分:一就是从自然界分离所需要得菌株,二就是 把分离到得野生型菌株进一步纯化并进行代谢产物鉴别。
3、分离思路
从自然界筛选
B、采样季节:以温度适中,雨量不多得秋初为好。
C、采土方式:在选好适当地点后,用小铲子除去表土,取 离地面5-15cm处得土约10g,盛入清洁得牛皮纸袋或塑 料袋中,扎好,标记,记录采样时间、地点、环境条件等, 以备查考。为了使土样中微生物得数量与类型尽少变 化,宜将样品逐步分批寄回,以便及时分离。
别出来。
抗生素筛选
6、生产性能得测定
由于纯种分离后,得到得菌株数量非常大,如果对每 一菌株都作全面或精确得性能测定,工作量十分巨大, 而且就是不必要得。一般采用两步法,即初筛与复筛, 经过多次重复筛选,直到获得1～3株较好得菌株,供 发酵条件得摸索与生产试验,进而作为育种得出发菌 株。这种直接从自然界分离得到得菌株称为野生型 菌株,以区别于用人工育种方法得到得变异菌株(亦 称突变株)。
采样。如有人曾在花蜜中分离到一株能耐30%高糖得耐 高渗透压得酵母菌。
(3)含微生物样品得富集培养(优化得过程) ----施加选择性压力分离法
微生物工程发酵二菌种制备原理与技术精品PPT课件
防止退化的方法： • 尽量减少传代； • 经常进行纯化； • 创造良好的培养条件； • 单核细胞的移植传代； • 采用有效的保藏方法；
菌种的复壮
• 在菌种已经发生衰退的情况下，通过纯种 分离和测定生产性能等方法，从衰退的群 体中找到尚未衰退的个体，以达到恢复该 菌种原有性状的措施；
• 方法：纯种分离（单细胞分离）； 淘汰法； 寄生体内复壮法；
2.1.4菌种的制备原理和方法
菌株获得的主要方法： • 向菌种保藏机构索取；
➢ 从保藏机构获取菌种进行分离筛选有两个好处： 经济性 指导性
• 从自然界分离筛选； • 从某些发酵制品中分离；
从自然界筛选目标菌株的方法与步骤
含微生物样品的采集 （含微生物样品的富集培养）
微生物的分离 野生型目的菌株的筛选
放线菌 • 主要生产抗生素、某些特定的酶； • 常用菌种： • Streptomyces lividans; S. coelicolor; • S. hygroscopicus; Micromonospora echinospora; • Actinoplanes ferrugineus;
酵母 • 主要生产酒精、有机酸、 单细胞蛋白 常用菌种：
• Saccaromyces cerevisiae • Pichia pastoris • Candida glabrata • C. tropicals • Phaffia rhodozyma • Yarrowia lipolitica
霉菌 • 主要生产：抗生素、有机酸、酶、色素； • Penicillium chrysogenum • Aspergillus niger • A. oryzae • Rhizopus oryzae
2.1.5 适应性进化（菌株驯化）
微生物工程工艺原理
原料
主要使用富含糖分的农作物，如玉米和高粱， 作为醇燃料和酒类产品。
柠檬酸发酵工艺实例
01
柠檬酸发酵
利用微生物将糖类物质转化为柠檬 酸的过程。
工艺流程
糖化、菌种制备、发酵、过滤和提 取等步骤。
03
02
原料
主要使用葡萄糖、蔗糖或淀粉等糖 类物质。
应用
主要用于食品、医药和化工等领域。
纯化技术
采用适当的纯化技术，如色谱分离、膜分离等，提高产物的纯度和 回收率。
产物提取与精制
通过提取和精制过程，进一步纯化产物，以满足后续应用的需求。
05
微生物工程工艺实例
酒精发酵工艺实例
酒精发酵
利用酵母菌的无氧呼吸作用，将糖类物质转 化为乙醇和二氧化碳的过程。
工艺流程
原料破碎、蒸煮、糖化、发酵、蒸馏和精馏 等步骤。
微生物工程基于对微生物的深入了解，通过基因工程技术、 发酵工程技术、酶工程技术等手段，实现对微生物的改造 和利用。
微生物工程涉及领域广泛，包括生物医药、生物农业、生 物能源、生物环保等。
微生物工程的应用领域
生物医药
利用微生物工程生产抗生素、 疫苗、细胞因子等生物药物，
治疗疾病。
生物农业
利用微生物工程改良作物品种 、提高农产品产量和品质、生 产生物农药和生物肥料等。
菌种保存与复壮
03
建立菌种保存体系，定期对菌种进行复壮，保持其优良性状。
培养基优化
营养成分
根据微生物的生长需求，优化培养基中的营养成 分，提高微生物的生长速率和产物产量。
碳源和氮源
调整培养基中的碳源和氮源比例，以获得最佳的 产物合成条件。
无机盐与微量元素
适量添加无机盐和微量元素，以满足微生物生长 和产物合成的需求。
3微生物工程ppt
四、第三代微生物发酵技术——微生物工程
运用现代生物技术DNA重组和原生质体融合技术，有 控制有目的的进行生产产品。
第二节 微生物工程常用微生物 及培养基
一 微生物工程常用微生物
1.细菌 细菌 (bacteria)是自然界分布最 广、数量最多的一类微生物，属单 细胞原核生物。
细菌鞭毛
细菌结构图
工业上用的酵母菌有:啤酒酵母、假丝酵母、 类酵母等。
分别用于酿酒、制造面
包 、 生 产 脂 肪 酶 （Lipase）以及生产可 食用、药用和饲料用酵 母菌体蛋白等。
3.霉菌
霉菌 (mould)不是一个分类学上的名词。
凡生长在营养基质上形成绒毛状、网状 或絮状菌丝的真菌统称为霉菌。 霉菌在自然界分布很广，大量存在于土 壤、空气、水和生物体内外等处。它喜 欢偏酸性环境。
细 菌 与 人 类 的 关 系
工业生产常用的细菌有:
乳酸杆菌属：
芽抱杆菌属：
醋酸杆菌属：
大肠杆菌属：
2.酵母菌
酵母菌 (yeast)为单细胞真核生 物，在自然界中普遍存在，主要 分布于含糖较多的酸性环境中， 如水果、蔬菜、花蜜和植物叶子 上，以及果园土壤中。石油酵母 较多地分布在油田周围的土壤中。
1857年，法国的巴斯德指出发酵现象是由微小
生命体进行的化学反应。发明了著名的低温灭菌法； 1905年，德国的柯赫，发明了固体培养基，开创了 认为控制发酵的新时代，使天然发酵转为纯培养， 污染现象减少
三、第二代微生物发酵技术——深层培养技术
抗生素：是生物（微生物、植物和动物）在其 生命活动中产生，并能在低浓度下有选择的抑制或 杀灭其它微生物或肿瘤细胞的有机物质
工业上常用的霉菌有： 藻状菌纲的根霉、毛霉、犁头霉，子囊 菌纲的红曲霉， 半知菌类的曲霉、青霉等。 它们可用于生产多种酶制剂、抗生素、有 机酸及甾体激素 (steriod hormone)
《微生物工程》课件
一、课件封面《微生物工程》课件副探索微生物世界的奥秘二、目录1. 微生物工程的概述2. 微生物的分类与特性3. 微生物的生长与繁殖4. 微生物的代谢与调控5. 微生物的应用实例三、课件1. 微生物工程的概述1.1 微生物工程的定义1.2 微生物工程的发展历程1.3 微生物工程的应用领域2. 微生物的分类与特性2.1 微生物的分类2.2 细菌的特性2.3 真菌的特性2.4 病毒的特性3. 微生物的生长与繁殖3.1 微生物的生长曲线3.2 微生物的繁殖方式3.3 微生物的遗传特性4. 微生物的代谢与调控4.1 微生物的代谢途径4.2 微生物的代谢调控机制4.3 微生物的代谢工程5. 微生物的应用实例5.1 发酵工程5.2 生物制药5.3 生物净化5.4 微生物肥料5.5 微生物食品四、互动环节1. 微生物分类小游戏2. 微生物代谢调控实验3. 微生物应用案例讨论五、总结与展望1. 微生物工程的意义与价值2. 微生物工程的发展趋势3. 微生物工程的前景展望六、参考文献1. 《微生物学》2. 《微生物工程》3. 《微生物应用技术》七、致谢感谢大家对本课件的支持与鼓励，希望本课件能帮助大家更好地了解微生物工程，激发对微生物研究的兴趣。
八、答疑与反馈如有任何问题或建议，请随时与我联系，我将竭诚为您解答和修改。
九、课件设计者姓名：X单位：大学生命科学学院联系方式：X十、更新时间2024年10月1日六、微生物工程技术6.1 微生物细胞的培养技术6.2 微生物遗传转化技术6.3 微生物基因组编辑技术6.4 微生物代谢工程七、微生物工程在医药领域的应用7.1 抗生素的产生7.2 疫苗的研发7.3 基因治疗7.4 生物制药的案例分析八、微生物工程在环境领域的应用8.1 生物降解与生物修复8.2 生物传感器与生物监测8.3 微生物燃料电池8.4 微生物工程在农业与环境治理中的应用九、微生物工程在食品工业中的应用9.1 发酵技术的原理与应用9.2 乳酸菌的应用9.3 酶制剂的应用9.4 微生物工程在食品安全与质量控制中的应用十、案例研究10.1 酿酒行业的微生物工程应用10.2 酸奶制造中的微生物工程10.3 生物制药：人类健康的新希望10.4 微生物工程在环境保护中的创新实践十一、课程小测11.1 选择题11.2 判断题11.3 问答题十二、参考资料12.1 推荐阅读书目12.2 在线资源12.3 相关学术期刊十三、课程评价13.1 学生自我评价13.2 同行评价13.3 教学效果反馈十四、14.1 课程总结14.2 对未来学习的建议14.3 鼓励学生持续探索微生物工程的奥秘十五、附录15.1 微生物工程相关术语解释15.2 常见微生物图片集15.3 实验操作安全指南十六、设计者与制作日期6. 设计者：[设计者姓名]单位：[设计者单位]制作日期：[制作日期]十七、版权声明本课件内容受版权保护，未经允许不得擅自复制、传播或用于商业用途。
微生物工程原理--发酵过程及控制 ppt课件
聚醚类, 高级醇,脂肪酸,…..
ppt课件
62
九、染菌分析及控制
ppt课件
63
（一）染菌原因分析
染菌的原因
归结起来是： • 设备、管道、阀门漏损、灭菌不彻底； • 空气净化不好； • 无菌操作不严或菌种不纯等。
ppt课件
64
某发酵厂染菌现象的统计分析
1、种子带菌或怀疑种子带菌 9.64%
2、罐压跌零造成染菌
橄榄型青霉菌 橄榄型青霉菌 橄榄型青霉菌
温度（℃） C临界（m mol/升）
30
0.018-0.049
15
0.0031
37.8
0.0082
20
0.0037
34.8
0.0046
24
0.0022
30
0.009
32
0.02
ppt课件
33
ppt课件
34
（一）影响需氧和供氧的因素
影响微生物需氧量的因素 1、菌种 2、菌体浓度 3、菌龄 4、培养基
微生物对养料的吸收和对代谢产物的分泌 3、pH影响培养基中某些营养物质的可给性 4、pH可能改变培养基的氧化还原电位 5、pH会影响某些微生物的形态
ppt课件
41
（二）、影响pH变化的因素： 1、菌种特性 2、培养基组成 3、发酵条件
ppt课件
42
（三）、pH在发酵过程中的变化规律
在发酵前期，菌体生长缓慢，糖分解的少， 铵离子利用的也少，所以pH变化缓慢。
• 具有一定的亲水性，使消泡剂对气－液界面的分 散系数足够大，从而迅速发挥消泡活性；
• 在水中的溶解度必须小，以保持持久地消泡或抑 泡性能；
• 对人、畜及微生物无毒； • 不影响氧在发酵液中的溶解和传递； • 来源方便、广泛、价格便宜；
ppt课件
62
九、染菌分析及控制
ppt课件
63
（一）染菌原因分析
染菌的原因
归结起来是： • 设备、管道、阀门漏损、灭菌不彻底； • 空气净化不好； • 无菌操作不严或菌种不纯等。
ppt课件
64
某发酵厂染菌现象的统计分析
1、种子带菌或怀疑种子带菌 9.64%
2、罐压跌零造成染菌
橄榄型青霉菌 橄榄型青霉菌 橄榄型青霉菌
温度（℃） C临界（m mol/升）
30
0.018-0.049
15
0.0031
37.8
0.0082
20
0.0037
34.8
0.0046
24
0.0022
30
0.009
32
0.02
ppt课件
33
ppt课件
34
（一）影响需氧和供氧的因素
影响微生物需氧量的因素 1、菌种 2、菌体浓度 3、菌龄 4、培养基
微生物对养料的吸收和对代谢产物的分泌 3、pH影响培养基中某些营养物质的可给性 4、pH可能改变培养基的氧化还原电位 5、pH会影响某些微生物的形态
ppt课件
41
（二）、影响pH变化的因素： 1、菌种特性 2、培养基组成 3、发酵条件
ppt课件
42
（三）、pH在发酵过程中的变化规律
在发酵前期，菌体生长缓慢，糖分解的少， 铵离子利用的也少，所以pH变化缓慢。
• 具有一定的亲水性，使消泡剂对气－液界面的分 散系数足够大，从而迅速发挥消泡活性；
• 在水中的溶解度必须小，以保持持久地消泡或抑 泡性能；
• 对人、畜及微生物无毒； • 不影响氧在发酵液中的溶解和传递； • 来源方便、广泛、价格便宜；
《微生物工程》课件
基因工程的工具
限制性核酸内切酶、DNA连接酶、质粒载体 等。
外源基因的导入
通过转化、转导、接合等方法将外源基因导 入微生物细胞内。
基因的表达和调控
通过基因表达调控机制，实现外源基因的表 达和调控。
微生物的发酵工程
发酵的定义
在一定的条件下，微生物通过代谢活动产生特定的代谢产物。
发酵的类型
厌氧发酵、好氧发酵、兼性厌氧发酵等。
微生物的纯化
在分离的基础上，进一步去除其他杂 菌，获得纯培养物，即单一菌种。
微生物的计数
通过显微镜直接计数法、间接计数法 等方法，对微生物的数量进行测定。
微生物的鉴定
通过形态观察、生理生化试验等方法 ，对分离得到的微生物进行鉴定和分 类。
微生物的基因工程
基因工程的定义
通过人工方法将外源基因导入微生物细胞内 ，实现基因重组和表达。
真核微生物
总结词
真核微生物是一类具有核膜包裹的细胞核的微生物，主要包括真菌、原生动物和 藻类等。
详细描述
真核微生物具有较为复杂的细胞结构，包括细胞核、线粒体、叶绿体等细胞器， 遗传物质呈染色体状态。它们在生态系统中扮演着重要的角色，如分解有机物、 固氮等，同时也有一些对人类有益的应用，如发酵、食品加工等。
21世纪初 随着生物技术的不断发展，微生 物工程在各个领域的应用越来越 广泛，成为现代生物技术的重要 组成部分。
20世纪40年代 抗生素的发现和应用，如青霉素 的工业化生产，标志着微生物工 程进入工业化时代。
20世纪70年代 基因工程的兴起，通过基因重组 技术对微生物进行改造，提高了 微生物工程的效率和灵活性。
05
CATALOGUE
微生物工程的未来展望
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
四、微生物发酵过程的组成部分
1、发酵过程的组成
宜第宾一学章院绪生论命 科学与食品工 程系生物工程 教研室
典型的发酵过程可以划分成以下六个基本组成部分：
（1）繁殖菌种和发酵生产所用的培养基组份设定； （2）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌； （3）培养出有活性、适量的纯种，接种入生产的容器中； （4）在发酵设备中，控制菌种生长代谢条件，进行发酵； （5）产物萃取和精制； （6）过程中排出的废弃物的处理。
宜宾学院生微命生科物学工与程食工品艺工原程理系精生品物课工程程教研室
2、发酵工艺过程
宜第宾一学章院绪生论命 科学与食品工 程系生物工程 教研室
宜宾学院生微命生科物学工与程食工品艺工原程理系精生品物课工程程教研室
3、发酵生产的条件
宜第宾一学章院绪生论命 科学与食品工 程系生物工程 教研室
（1）适宜的微生物菌种
（3）非连续性生产
微生物的生理特性决定了发酵过程的非连续性；大
部分的工业发酵是以间歇操作为基础进行的，目前只有少 数发酵实现了连续化生产，如啤酒发酵。
宜宾学院生微命生科物学工与程食工品艺工原程理系精生品物课工程程教研室
三、微生物发酵的类型
宜第宾一学章院绪生论命 科学与食品工 程系生物工程 教研室
根据发酵的特点和微生物对氧的不同需要，可将发酵 分成以下几个类型：
1、按发酵原料来区分：糖类物质发酵、石油发酵及
废水发酵等。
2、按发酵产物来区分：如氨基酸发酵、有机酸发酵、
抗生素发酵、酒精发酵等。
3、按发酵形式来区分：固态发酵和液体发酵。
4、按发酵工艺流程区分：分批发酵、连续发酵和
流加发酵。
5、按发酵过程中对氧的需求，分为：厌氧发酵和
通风发酵。
宜宾学院生微命生科物学工与程食工品艺工原程理系精生品物课工程程教研室
2、发酵的定义
宜第宾一学章院绪生论命 科学与食品工 程系生物工程 教研室
（1）“发酵”一词的来源
英语中“发酵”一词fermentation是从拉丁语fervere派生 而来的，原意为“翻腾”，它描述酵母作用于果汁或麦芽浸 出液时的现象。
（2）狭义 “发酵”的定义
是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物产生能量的 过程，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧 化还原产能反应。
（1）质量的传递——氧的供给、代谢物的排泄等
（2）热量的传递——微生物呼吸产热，微生物生长和
代谢需要稳定而严格的温度条件。
（3）动量的传递——涉及到搅拌轴功率的计算，它与
溶氧、气液混合的关系。
（4）微生物的反应工程——涉及到微生物的生长动
力学模型的建立，产物生成动力学模型的建立。
宜宾学院生微命生科物学工与程食工品艺工原程理系精生品物课工程程教研室
宜第宾一学章院绪生论命 科学与食品工 程系生物工程 教研室
SOLID-STATE FERMENTATION PRODUCTION
宜宾学院生微命生科物学工与程食工品艺工原程理系精生品物课工程程教研室
宜第宾一学章院绪生论命 科学与食品工 程系生物工程 教研室
大型发酵罐
宜宾学院生微命生科物学工与程食工品艺工原程理系精生品物课工程程教研室
宜第宾一学章院绪生论命 科学与食品工 程系生物工程 教研室
第一章 绪 论
了解：课程的研究对象、研究内容、微生物工程发 展的历史、国内外微生物工业概况及其发展趋势。 理解：微生物工程的特征、研究范围及其与化学工 程的区别。
宜宾学院生微命生科物学工与程食工品艺工原程理系精生品物课工程程教研室
宜第宾一学章院绪生论命 科学与食品工 程系生物工程
（2）保证或控制微生物进行代谢的各种条件 （培养基组成，温度，溶氧、pH等）
（3）进行微生物发酵的设备
（4）提取菌体或代谢产物，精制成产品的方 法和设备
宜宾学院生微命生科物学工与程食工品艺工原程理系精生品物课工程程教研室
4、由实验室研究到产业化的过程
宜第宾一学章院绪生论命 科学与食品工 程系生物工程 教研室
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。
（二）微生物的酶
酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高产量。
分类：胞内酶和胞外酶
生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑制等调
控作用的影响，在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等 方面需给予注意。
酵改造化学结构。
宜宾学院生微命生科物学工与程食工品艺工原程理系精生品物课工程程教研室
宜第宾一学章院绪生论命
（一）菌体
科学与食品工 程系生物工程
定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞教为研室目
的产品的发酵工业，包括单细胞的酵母和藻类、担子菌，
生物防治的苏云金杆菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。
特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率
3. 现代发酵工业又有别于化工过程
（1）反应条件温和
பைடு நூலகம்
宜第宾一学章院绪生论命 科学与食品工 程系生物工程 教研室
微生物的生理特性，要求温度为26℃-55℃；pH值 中性偏酸性——酵母、霉菌、放线菌等；pH值中性偏碱 性——细菌的发酵。
（2）无菌发酵
整个反应过程要求无菌：培养基、空气、补料和取 样要求无菌处理、有些发酵尾气也要求进行无菌处理。
如酒精发酵，乳酸发酵等过程。
宜宾学院生微命生科物学工与程食工品艺工原程理系精生品物课工程程教研室
宜第宾一学章院绪生论命 科学与食品工
2. 现代发酵过程是一个典型的化工过程程教系研生室物工程
由于微生物生理特性决定了微生物在发酵过程中需要 稳定的环境、特殊的条件以及以氧作为底物的供给，这些 都涉及到化工生产相关领域：
菌种筛选
摇瓶试验
发酵罐中试
发酵生产
宜宾学院生微命生科物学工与程食工品艺工原程理系精生品物课工程程教研室
五、微生物发酵产品的类型
宜第宾一学章院绪生论命 科学与食品工 程系生物工程 教研室
工业上的发酵产品，有四个主要类别： 1、以菌体为产品； 2、以微生物的酶为产品； 3、以微生物的代谢产物为产品； 4、生物转化过程——将一个化合物经过发
§1-1 微生物工程工艺原理的基本教概研室念
一、基本概念
1、微生物工程工艺原理的定义
微生物工程是将化学工程有关理论和单元操作应用 于微生物的工业发酵生产，进而发展起来的具有新的特点 的一门学科。微生物工程通常称为发酵工程，可分为发酵 和提取两个部分。
宜宾学院生微命生科物学工与程食工品艺工原程理系精生品物课工程程教研室