发酵工程简介PPT课件
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《发酵工程》课件
产物分离纯化的优化
分离纯化方法
常见的分离纯化方法包括过滤、离心、萃取、蒸馏、膜分离等。
优化策略
根据产物的性质和发酵液的特点，选择合适的分离纯化方法，并优化工艺参数，以提高产物的纯度和收率。
06
未来发酵工程的发展趋势
新技术应用与设备改进
生物信息学
利用生物信息学技术，对微生物基因组学、转录组学和蛋白质组学 进行深入研究，为发酵工程提供更精确的微生物代谢调控手段。
为防止发酵污染，应定期对菌种进行 纯化、复壮，严格控制培养基和设备 的灭菌温度和时间，加强发酵过程中 的监控和检测。
发酵效率的提高
影响因素
影响发酵效率的因素包括菌种特性、培养基成分、发酵温度、pH值、溶解氧浓度等。
优化方法
通过调整培养基成分、控制发酵温度、调节pH值、提高溶解氧浓度等方法，可以有效提高发酵效率。
合成生物学
利用合成生物学技术，设计和构建具有特定功能的微生物细胞工厂， 实现高效、定向的物质转化。
基因编辑技术
通过基因编辑技术，改造和优化微生物的代谢途径，提高发酵产物 的产量和品质。
可持续性与环保
1 2
节能减排
通过优化发酵工艺和设备，降低能源消耗和减少 废弃物排放，实现发酵工程的绿色可持续发展。
抗菌素
抗菌素是一类具有抗菌活性的物质，通过抑制或杀死病原微生物，达到防治病害 的目的。抗菌素在医疗、农业、食品工业等领域广泛应用。
其他发酵产物及其应用
柠檬酸
柠檬酸是发酵工程中重要的有机酸之一，主要用于食品、 化工、医药等领域。柠檬酸具有抗氧化、抗菌、提高口感 等作用。
氨基酸
氨基酸是蛋白质的基本组成单位，通过发酵工程生产出的 各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等，在食品、饲料、医药 等领域广泛应用。
《发酵工程总论》课件
基因工程广泛应用于医药、农业、工业等领域，如胰岛素 、干扰素、生长激素等的生产。
基因工程具有高效率、低能耗、低污染等优点，是现代生 物技术的核心技术之一。
04 发酵工程的应用实例
酒精发酵
酒精发酵简介
酒精发酵是一种通过酵母菌将糖 类物质转化为乙醇和二氧化碳的 过程，广泛应用于酒精饮料、燃
料等领域。
微生物的遗传与改造
微生物的遗传物质
阐述微生物基因组的结构和功能特点。
基因突变与诱变育种
介绍基因突变原理和诱变育种方法，如化学 诱变和物理诱变等。
基因克隆与表达
讲解如何通过基因克隆和表达技术，在微生 物中表达外源基因。
基因编辑与合成生物学
讲解基因编辑技术和合成生物学在微生物改 造中的应用。
03 发酵工程的主要技术
。
化学工业
如生物塑料、生物农药 、生物燃料等产品的生
产。
环境治理
如废水处理、废气处理 和土壤修复等环保领域
的应用。
02 发酵工程的基本原理
微生物的代谢与调控
微生物的能量代谢
主要介绍微生物如何通过氧化还 原反应产生能量，如呼吸作用和 光合作用等。
微生物的合成代谢
阐述微生物如何利用简单小分子 合成复杂大分子，如蛋白质、核 酸和多糖等。
酵母菌的工业化生产流程
主要包括菌种选育、种子制备、发酵、提取和精制等步骤，需要严格控制温度、湿度、 pH值等环境因素。
酵母菌的应用
酵母菌主要用于面包、酒类等食品的发酵制作，还可用于饲料、制药等领域，具有广阔的 市场前景。
生物农药的制备
生物农药简介
生物农药是一种利用微生物代谢产物制成的 农药，具有高效、低毒、环保等特点。
01
基因工程具有高效率、低能耗、低污染等优点，是现代生 物技术的核心技术之一。
04 发酵工程的应用实例
酒精发酵
酒精发酵简介
酒精发酵是一种通过酵母菌将糖 类物质转化为乙醇和二氧化碳的 过程，广泛应用于酒精饮料、燃
料等领域。
微生物的遗传与改造
微生物的遗传物质
阐述微生物基因组的结构和功能特点。
基因突变与诱变育种
介绍基因突变原理和诱变育种方法，如化学 诱变和物理诱变等。
基因克隆与表达
讲解如何通过基因克隆和表达技术，在微生 物中表达外源基因。
基因编辑与合成生物学
讲解基因编辑技术和合成生物学在微生物改 造中的应用。
03 发酵工程的主要技术
。
化学工业
如生物塑料、生物农药 、生物燃料等产品的生
产。
环境治理
如废水处理、废气处理 和土壤修复等环保领域
的应用。
02 发酵工程的基本原理
微生物的代谢与调控
微生物的能量代谢
主要介绍微生物如何通过氧化还 原反应产生能量，如呼吸作用和 光合作用等。
微生物的合成代谢
阐述微生物如何利用简单小分子 合成复杂大分子，如蛋白质、核 酸和多糖等。
酵母菌的工业化生产流程
主要包括菌种选育、种子制备、发酵、提取和精制等步骤，需要严格控制温度、湿度、 pH值等环境因素。
酵母菌的应用
酵母菌主要用于面包、酒类等食品的发酵制作，还可用于饲料、制药等领域，具有广阔的 市场前景。
生物农药的制备
生物农药简介
生物农药是一种利用微生物代谢产物制成的 农药，具有高效、低毒、环保等特点。
01
第五节发酵工程简介ppt课件
灭菌
• 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种， 整个发酵过程中不能混入杂菌。为什么呢？
– 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。
– 例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放 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。
灭菌
• 那如何防止杂菌的污染呢？
发酵过程（中心阶段）
检测进程，满足营养需要； 严格控制温度、pH、溶氧、 转速等
灭菌
杀灭杂菌（胞体、 孢子及芽孢）
扩大培养和接种
2、培养基的配制
• 这种培养基从组成成分和物理性质上看属于 哪种培养基?
– 从物理性质上成看分是液体培养基，从化学酸成碱分度上看是天 然培养基。问题1：在工业生产过程中常采用这种天然成 豆分饼作水为解营液养、物玉质米的浆液、体尿培素养、基磷，酸这在发p酵H：生7产—中8有什么 二好氢处钾呢、？氧化钾、硫酸镁、生物素
谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径
谷氨酸棒状杆菌在一定 的条件下能够利用环境 中的营养物质来合成谷 氨酸。
在工厂里是 怎样应用谷氨酸 棒状杆菌来生产 谷氨酸的？
• 菌种选育
分离纯化
自然界选种、诱变育种、菌 体：过滤、沉淀
基因工程、细胞工程 代谢产物：蒸馏、萃取、离子
交换
培养基配制
根据培养基的配制原 则制备，实践中需多 次试验
– （1）根据不同的菌种，应选择不同的材料配 制培养基。配制的培养基应满足微生物在碳源、 氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求， 并为微生物提供适宜的pH。
– （2）培养基的营养要协调，以利于产物的合 成。
3、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
《发酵工程》课件3
菌种选育
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。
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。
发酵工程--ppt课件(2024版)
罐，中间除了空气进入和尾气排出，与外部没 有物料交换。 ➢ 传统的生物产品发酵多用此过程。
分批发酵的优缺点
➢ 优点 操作简单 操作引起染菌的概率低 不会产生菌种老化和变异问题
➢ 缺点 非生产时间较长、设备利用率低
➢ 根据不同发酵类型，每批发酵需要十 几个小时到几周时间。
➢ 全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的 培养基、接种、发酵过程、放罐和洗 罐，所需时间的总和为一个发酵周期。
典型的分批发酵工艺流程图
微生物分批培养的生长曲线
1.延滞期 2.加速生长期 3.指数生长期 4.减速期 5.稳定期 6.衰亡期
4.3.1.2 连续发酵
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 内的液量维持，微生物在稳定状态（恒定的基 质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定的 菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长。
4 发酵工程
【学习目的】
1. 掌握发酵工程的基本类型和基本原理。 2. 了解典型发酵产品的生产工艺。 3. 认识发酵的基本过程及常用的发酵设备。
发酵（Fermentation）
最初来自拉丁语“发泡”（fervere），是指酵 母作用于果汁或者发芽谷物产生CO2的现象。
巴斯德：酵母在无氧环境下的呼吸过程。 生物化学：微生物在无氧时的代谢过程。
草莓栽培
微生物酶发酵 酶普遍存在于动植物中，在人类生活中发挥着
非常重要的作用。
微生物代谢产物发酵 ①氨基酸、蛋白质、核酸——初级代谢产物 ②抗生素、生长因子等——次级代谢产物
微生物转化发酵 利用微生物把一种化合物转变成结构相关的更
有经济价值的产物。 葡萄糖→Grapevine
生物工程发酵 DNA重组的“工程菌”理论上可以生产出多种代 谢产物。
分批发酵的优缺点
➢ 优点 操作简单 操作引起染菌的概率低 不会产生菌种老化和变异问题
➢ 缺点 非生产时间较长、设备利用率低
➢ 根据不同发酵类型，每批发酵需要十 几个小时到几周时间。
➢ 全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的 培养基、接种、发酵过程、放罐和洗 罐，所需时间的总和为一个发酵周期。
典型的分批发酵工艺流程图
微生物分批培养的生长曲线
1.延滞期 2.加速生长期 3.指数生长期 4.减速期 5.稳定期 6.衰亡期
4.3.1.2 连续发酵
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 内的液量维持，微生物在稳定状态（恒定的基 质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定的 菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长。
4 发酵工程
【学习目的】
1. 掌握发酵工程的基本类型和基本原理。 2. 了解典型发酵产品的生产工艺。 3. 认识发酵的基本过程及常用的发酵设备。
发酵（Fermentation）
最初来自拉丁语“发泡”（fervere），是指酵 母作用于果汁或者发芽谷物产生CO2的现象。
巴斯德：酵母在无氧环境下的呼吸过程。 生物化学：微生物在无氧时的代谢过程。
草莓栽培
微生物酶发酵 酶普遍存在于动植物中，在人类生活中发挥着
非常重要的作用。
微生物代谢产物发酵 ①氨基酸、蛋白质、核酸——初级代谢产物 ②抗生素、生长因子等——次级代谢产物
微生物转化发酵 利用微生物把一种化合物转变成结构相关的更
有经济价值的产物。 葡萄糖→Grapevine
生物工程发酵 DNA重组的“工程菌”理论上可以生产出多种代 谢产物。
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。
食品发酵工程概论课件.ppt
第一章 绪 论
第一节 发 酵 与 发 酵 工 程
第二节 发 酵 工 程 发 展 简 史
发酵的含义
传统意义上
“沸腾”（fervere）它描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象。
生理生化意义上
酵母菌的厌氧呼吸，其中受氢体和供氢体都是有机物。
工业意义上
通过对微生物的培养，使某种特定产物（菌体或代谢产物）大量积累的过程。
营养条件（碳源、氮源、 无机盐、微量元素等）； 环境条件（温度、pH、溶 解氧、泡沫、杂菌等）。
菌体与发酵液的分离；产 物的纯化与精制（不同产 品要求不同）；废物、废 水的回收处理。
第一
发酵生产的流程
发酵工业的特点
发酵过程以生物体的自动调节方式进行。 容易生产复杂的高分子化合物。 通常是纯种发酵。 通常是在常温常压下进行，条件温和，设备简单，能耗少。 发酵原料（农副产品、工业废水、可再生资源等）价格低廉。
白酒的酿造
公元前4000多年前，生 产实践的结果。
天
然
发
酵
时
农家酱的酿造
期
酸菜的酿造
纯培养时期
吕文·胡克
巴斯德
科赫
工程化时期
发酵工业的发展趋 势
利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良菌种。 采用发酵技术进行高等动植物细胞培养。 通过代谢网络对发酵进行控制。 发酵工业朝着模拟化、自动化、最优化方向前进。 将生物技术理论广泛地用于环境工程。
发酵工业的范 围
以微生物菌体为产品的发酵工业。 以微生物代谢产物为产品的发酵工业。 以微生物酶为产品的发酵工业。 生物转化和修饰化合物的发酵工业。 微生物废水处理和其他。
若以发酵产品和行业分， 发酵工业涉及14个领域。
第一节 发 酵 与 发 酵 工 程
第二节 发 酵 工 程 发 展 简 史
发酵的含义
传统意义上
“沸腾”（fervere）它描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象。
生理生化意义上
酵母菌的厌氧呼吸，其中受氢体和供氢体都是有机物。
工业意义上
通过对微生物的培养，使某种特定产物（菌体或代谢产物）大量积累的过程。
营养条件（碳源、氮源、 无机盐、微量元素等）； 环境条件（温度、pH、溶 解氧、泡沫、杂菌等）。
菌体与发酵液的分离；产 物的纯化与精制（不同产 品要求不同）；废物、废 水的回收处理。
第一
发酵生产的流程
发酵工业的特点
发酵过程以生物体的自动调节方式进行。 容易生产复杂的高分子化合物。 通常是纯种发酵。 通常是在常温常压下进行，条件温和，设备简单，能耗少。 发酵原料（农副产品、工业废水、可再生资源等）价格低廉。
白酒的酿造
公元前4000多年前，生 产实践的结果。
天
然
发
酵
时
农家酱的酿造
期
酸菜的酿造
纯培养时期
吕文·胡克
巴斯德
科赫
工程化时期
发酵工业的发展趋 势
利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良菌种。 采用发酵技术进行高等动植物细胞培养。 通过代谢网络对发酵进行控制。 发酵工业朝着模拟化、自动化、最优化方向前进。 将生物技术理论广泛地用于环境工程。
发酵工业的范 围
以微生物菌体为产品的发酵工业。 以微生物代谢产物为产品的发酵工业。 以微生物酶为产品的发酵工业。 生物转化和修饰化合物的发酵工业。 微生物废水处理和其他。
若以发酵产品和行业分， 发酵工业涉及14个领域。
发酵工程简介-PPT课件
菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素 分解掉
No Image
4. 扩大培养和接种
扩大培养是将培养到对数期的菌体分 开,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。
No Image
扩大培养与发酵生产过程中的培养有 何不同呢？ 扩大培养是为了让菌体在短时期内快 速增殖，而发酵过程中的培养是为了获 得代谢产物，目的不同采用的培养条件 就有可能不同。 有了用于生产的充足的菌体，在接种 时要注意什么事项呢？ 接种过程中要注意防止杂菌污染。
接种要应选择处于对数期的谷氨酸棒 状杆菌，在灭菌的培养基冷却后进行
No Image
加料口 放料口 无菌空气入口 排气口 冷却水进口 冷却水出口
PH检测及控 制装置 搅拌器
No Image
5. 培养
发酵过程中应该注意控制好哪些条件？ 温度 30-37谷氨酸棒状杆菌是 ℃ PH 7-8 好氧菌 氧气
分离提纯经过2832h培养液中就会产生大量的谷氨酸50100gl提取出谷氨酸用适量的na2co3溶液中和过滤浓缩离心味精noimage在发酵罐中是怎样进行谷氨酸发酵生产的温度3037ph78无菌空气天然液体培养基产产品品蒸气灭菌谷氨酸棒状杆菌发发酵酵罐罐控制条件产产生生氨氨基基酸酸加工提取发酵工程产品代谢产物菌体初级代谢产物次级代谢产物单细胞蛋白发酵工程发酵工程生物工程的一种
1. 菌种的选育
要想通过发酵工程获得在种类、产量
和质量等方面符合人们要求的产品，最重
要的是要有优良的菌种。
怎样才能得到优 良的菌种呢？
No Image
如果生产的是微生物直接合成的产物 可以从自然界中先分离出相应的菌种， 再用人工诱变方法使菌种产生突变，从 突变个体中筛选出符合生产要求的优良 菌种。
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4. 扩大培养和接种
扩大培养是将培养到对数期的菌体分 开,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。
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扩大培养与发酵生产过程中的培养有 何不同呢？ 扩大培养是为了让菌体在短时期内快 速增殖，而发酵过程中的培养是为了获 得代谢产物，目的不同采用的培养条件 就有可能不同。 有了用于生产的充足的菌体，在接种 时要注意什么事项呢？ 接种过程中要注意防止杂菌污染。
接种要应选择处于对数期的谷氨酸棒 状杆菌，在灭菌的培养基冷却后进行
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加料口 放料口 无菌空气入口 排气口 冷却水进口 冷却水出口
PH检测及控 制装置 搅拌器
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5. 培养
发酵过程中应该注意控制好哪些条件？ 温度 30-37谷氨酸棒状杆菌是 ℃ PH 7-8 好氧菌 氧气
分离提纯经过2832h培养液中就会产生大量的谷氨酸50100gl提取出谷氨酸用适量的na2co3溶液中和过滤浓缩离心味精noimage在发酵罐中是怎样进行谷氨酸发酵生产的温度3037ph78无菌空气天然液体培养基产产品品蒸气灭菌谷氨酸棒状杆菌发发酵酵罐罐控制条件产产生生氨氨基基酸酸加工提取发酵工程产品代谢产物菌体初级代谢产物次级代谢产物单细胞蛋白发酵工程发酵工程生物工程的一种
1. 菌种的选育
要想通过发酵工程获得在种类、产量
和质量等方面符合人们要求的产品，最重
要的是要有优良的菌种。
怎样才能得到优 良的菌种呢？
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如果生产的是微生物直接合成的产物 可以从自然界中先分离出相应的菌种， 再用人工诱变方法使菌种产生突变，从 突变个体中筛选出符合生产要求的优良 菌种。
发酵工程六PPT课件
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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
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。
发酵工程简介(共17张PPT)
利用基因工程、细胞工程的方法构建工程细胞或工程菌。 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，将合成的青霉素分解掉。 豆饼水解液、玉米浆中的水
如：通过青霉发酵能生产青霉素。 有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项呢？
利用基因工程、细胞工程的方法构建工程细胞或工程菌。 发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。 发酵工程能生产各种食品添加剂。
二、发酵工程概念
▪ 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中 的一种新技术。
三、发酵工程的内容
▪ 发酵工程的内容包括了以下的基本步骤：
1. 菌种的选育 有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项呢？
20世纪80年代中期全世界的单细胞蛋白年产量已达2. 例如：通过发酵可获得大量的微生物菌体——单细胞蛋白。2.培Biblioteka 基的配置1.培养基配置的原则：
1. 根据不同的菌种，选择不同的材料配制培养基。
▪ 配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源长因子、水、无机盐 等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的PH。
2. 培养基的营养要协调，以利于产物的合成。 3. 培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产
成本，以得到更高的经济效益。
培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
6. 分离提纯
1.菌种的选育
1.选育的方法：
1) 从自然界中先分离出相应的菌种；
2) 利用诱变筛选出符合生产要求的优良菌种 ；
3) 利用基因工程、细胞工程的方法构建工程细胞或工 程菌。
2.举例：
▪ 可将人工合成的人的胰岛素基因与大肠杆菌的质粒结 合，形成重组DNA，再把重组DNA导入大肠杆菌细胞 内形成工程菌。通过筛选则可培养出能生产人的胰岛 素的菌种。
如：通过青霉发酵能生产青霉素。 有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项呢？
利用基因工程、细胞工程的方法构建工程细胞或工程菌。 发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。 发酵工程能生产各种食品添加剂。
二、发酵工程概念
▪ 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中 的一种新技术。
三、发酵工程的内容
▪ 发酵工程的内容包括了以下的基本步骤：
1. 菌种的选育 有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项呢？
20世纪80年代中期全世界的单细胞蛋白年产量已达2. 例如：通过发酵可获得大量的微生物菌体——单细胞蛋白。2.培Biblioteka 基的配置1.培养基配置的原则：
1. 根据不同的菌种，选择不同的材料配制培养基。
▪ 配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源长因子、水、无机盐 等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的PH。
2. 培养基的营养要协调，以利于产物的合成。 3. 培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产
成本，以得到更高的经济效益。
培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
6. 分离提纯
1.菌种的选育
1.选育的方法：
1) 从自然界中先分离出相应的菌种；
2) 利用诱变筛选出符合生产要求的优良菌种 ；
3) 利用基因工程、细胞工程的方法构建工程细胞或工 程菌。
2.举例：
▪ 可将人工合成的人的胰岛素基因与大肠杆菌的质粒结 合，形成重组DNA，再把重组DNA导入大肠杆菌细胞 内形成工程菌。通过筛选则可培养出能生产人的胰岛 素的菌种。
《发酵工程绪论》课件
《发酵工程绪论》ppt课件
目录
• 发酵工程简介 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的主要技术 • 发酵工程的应用实例 • 发酵工程的未来发展
01
发酵工程简介
发酵工程定义
01
02
03
发酵工程
利用微生物的代谢过程， 通过现代工程技术手段， 生产有用物质或直接应用 于工业生产的一种技术。
发酵工程的核心
氨基酸的生产
氨基酸简介
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，具有氨基和羧基的有机化合物。
氨基酸的生产
通过发酵工程，可以将糖类物质转化为氨基酸。不同的微生物具有不同的氨基酸合成能 力，通过选择适当的菌种和发酵条件，可以生产出各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等。
有机酸的生产
有机酸简介
有机酸是指含有羧基的化合物，具有酸味。
THANKS
感谢观看
合成生物学
结合合成生物学技术，设计和构建新型微生物， 实现特定代谢产物的优化生产。
人工智能与大数据
利用人工智能和大数据技术，对发酵过程进行实 时监控、优化和控制，提高发酵效率。
生物资源的利用与保护
要点一
微生物资源的挖掘与利用
深入挖掘各种微生物资源，利用其代谢产物，实现生物资 源的最大化利用。
要点二
乳酸发酵可以用于生产酸奶、乳酪等乳制 品，以及泡菜、酸豆角等蔬菜制品。乳酸 发酵可以提高食品的口感和品质，延长保 质期，同时还有助于维持肠道菌群平衡。
酶制剂的生产
酶制剂简介
酶是一种具有生物催化功能的蛋白质，酶制 剂则是经过加工制成的酶制品。
酶制剂的应用
酶制剂可以用于食品、饲料、纺织、造纸、 制药等领域。例如，淀粉酶可以用于淀粉加 工，提高淀粉的利用率；蛋白酶可以用于蛋 白质水解，生产氨基酸和肽类物质。
目录
• 发酵工程简介 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的主要技术 • 发酵工程的应用实例 • 发酵工程的未来发展
01
发酵工程简介
发酵工程定义
01
02
03
发酵工程
利用微生物的代谢过程， 通过现代工程技术手段， 生产有用物质或直接应用 于工业生产的一种技术。
发酵工程的核心
氨基酸的生产
氨基酸简介
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，具有氨基和羧基的有机化合物。
氨基酸的生产
通过发酵工程，可以将糖类物质转化为氨基酸。不同的微生物具有不同的氨基酸合成能 力，通过选择适当的菌种和发酵条件，可以生产出各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等。
有机酸的生产
有机酸简介
有机酸是指含有羧基的化合物，具有酸味。
THANKS
感谢观看
合成生物学
结合合成生物学技术，设计和构建新型微生物， 实现特定代谢产物的优化生产。
人工智能与大数据
利用人工智能和大数据技术，对发酵过程进行实 时监控、优化和控制，提高发酵效率。
生物资源的利用与保护
要点一
微生物资源的挖掘与利用
深入挖掘各种微生物资源，利用其代谢产物，实现生物资 源的最大化利用。
要点二
乳酸发酵可以用于生产酸奶、乳酪等乳制 品，以及泡菜、酸豆角等蔬菜制品。乳酸 发酵可以提高食品的口感和品质，延长保 质期，同时还有助于维持肠道菌群平衡。
酶制剂的生产
酶制剂简介
酶是一种具有生物催化功能的蛋白质，酶制 剂则是经过加工制成的酶制品。
酶制剂的应用
酶制剂可以用于食品、饲料、纺织、造纸、 制药等领域。例如，淀粉酶可以用于淀粉加 工，提高淀粉的利用率；蛋白酶可以用于蛋 白质水解，生产氨基酸和肽类物质。
发酵工程PPT课件
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。
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。
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）
、 发
（恒定的必需营养）
酵
工
优点：稳定、自动化、利用率高、持续性好、体积
程
的
小、探头长寿、发酵产率高
内
容
缺点：成本高、杂菌污染、微生物易变异、粘性丝
状菌易结团、保持无菌难
（3）发酵动力学
研究方法 p195：宏观处理法、质量平衡法
二
宏观处理法：结构模型与非结构模型 p212
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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
• 4、利用微生物分解玉米淀粉生产糖浆，具有广阔的应 用前景。但现在野生菌株对淀粉的转化效率低，某同 学尝试对其进行改造，以获得高效菌株。
• （1）实验步骤：
•
①配置 固体 （固体、半固体、液体）培养基， 该培养基的碳源应为 玉米淀粉
• ②将 野生菌株 接入已灭菌的培养基平板上。
• ③立即用适当剂量的紫外线照射，其目的是
• （一）发酵工程的概念 • 发酵工程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。
• 发酵工程的内容包括菌种的选育、培养 基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发 酵过程和产品的分离提纯等方面。
（二）、发酵工程的内容
菌种选育
一、应用发酵工程的生产实例
豆饼的水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、氧 化钾、硫酸镁、生物素等（＿天＿然＿液＿体＿培养＿基＿）
灭菌、冷却 菌种－谷氨酸棒状杆菌、黄色短
发酵罐
杆菌
搅拌 条件控制－ 温度 Na2CO3溶液中和、过虑、 浓缩、离心分离等
产品
二、发酵工程的概念和内容
自然界选种、诱变育种、 基因工程、细胞工程
分离纯化
菌 体：过滤、沉淀 代谢产物：蒸馏、萃取、离子 交换
培养基配制
根据培养基的配制原则制备， 实践中需多次试验配方
发酵过程（中心阶段）
检测进程，满足营养需要； 严格控制温度、pH、溶氧、 转速等
灭菌
杀灭杂菌（胞体、孢子 及芽孢）
扩大培养和接种
三、发酵工程的应用
• (4)下列叙述中不正确的是
B
• A．在甲中进行搅拌是为了增加氧溶量
• B．在甲中，酵母菌的能量来源将全部消耗
• C．甲与乙放出的气体主要是二氧化碳
• D．揭开丙容器的盖子，可能会有醋酸产生
• (5)如果加入的葡萄糖过多，反而抑制了酵母菌 的生长，得不到目的产物，原因是：
• 溶液浓度过大，酵母菌细胞过度失水，影响了 细胞的正常代谢
• 3、下图简单表示了葡萄酒的酿制过程。请据图分析：
• (1)葡萄酒的酿制原理是：先通气进行 有氧呼，吸 以增加酵母菌的数量，然后进行 无氧呼吸 获得葡萄酒。
• (2)随着发酵程度的加深，液体密度会逐渐变低(可用密 度计测量)，其原因是：
• 发比酵糖时水糖低.被消耗，产生酒精和CO2，酒精溶液的密度 • (3)生产出的葡萄酒呈深红色，这种有色物质来源 • 葡萄皮 。
的活性，从而导致合成途径 α－酮戊二酸 中断。为了源源不断地得到
谷氨酸，应该选育什么样的
谷氨酸脱氢酶 抑
谷氨酸棒状杆菌作为菌种？
NH4+
制
通常有哪些选育方法？
谷氨酸
选择细胞膜通透性较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷
氨酸棒状杆菌作为菌种。方法有：诱变育种、基因工
程、细胞工程。
2、配制培养基的营养物质应符合哪些要求？分 析教材中提供的谷氨酸发酵的培养基配方，是否符合 要求？培养基应满足微生物生长所需同要的碳源、氮
1、医药工业上的应用 生产药品 产基因工程药品（需使用工程菌）
2、食品工业上的应用 生产传统发酵产品：啤酒、果酒、食醋 生产食品添加剂：酸味剂、鲜味剂、色素、甜味剂 解决粮食短缺：单细胞蛋白
四、问题展台
葡萄糖
1、在酶活性的调节中
（如右图），我们已经知道， 当菌体内的谷氨酸合成过量 中间产物
时，就会抑制谷氨酸脱氢酶