发酵学

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L-山梨糖 2-酮基-L-古龙酸
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发酵工艺原理
E. 生物技术的生物细胞发酵
DNA重组的工程菌 ( DNA 重组技术能够打破物种间的屏障,使不同作 物品种实现杂交,并可在短期内培育出新品种。例 如, 苏云金杆菌所分泌的毒蛋白基因转基因植物, 和能有效地毒杀棉蛉虫转基因棉花)
细胞融合所得的杂交细胞
——动、植物细胞)来获得产物的有氧或 厌氧的任何过程。”
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发酵工艺原理
二、发酵工业的范畴 •
“利用生物(主要是微生物,还有动、植物)
的生命活动产生的酶,对有机的或无机的原料
进行酶加工(即生物化学反应过程),获得目 的产品的工业。”
包括——
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发酵工艺原理
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发酵工艺原理
发酵工业的分类:
传统的发酵工业——酒类、酱、醋、腐乳等
巴斯德的观点:发酵是酵母在无氧状态下的呼吸过程,是
生物获得能量的一种形式。——酒精发酵
C6H12O6 酵母菌 2C2H5OH + 2CO2 + Q
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生物化学的观点: ——巴斯德观点的延伸
⑴ 在厌氧条件下,还原型NADH被氧化,是与有机物被 还原相偶联,结果产生分解代谢途径中的中间产物,或某 些分支代谢途径产物。
技术。
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发酵工艺原理
2. 专家组合 • 微生物学专家(以及分子生物学专家) • 工程技术专家(以及生化技术专家) 现代发酵工程较之传统的发酵工程的显著区别: ——产物更定向 ——生产效率更高 ——生产更清洁 即,技术更密集,要求更高。
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发酵工艺原理
3. DNA重组、细胞融合、基因克隆是现代 生物技术的核心
柠檬酸:1978年产量0.35万吨,1996年为18.25万吨, 2010年98万吨。
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我国发酵工业产量、产值增长显著(续)
酶制剂:1978年产量为0.45万吨,1997年为18.4万吨, 2013年80万吨。品种20多个。
酵母:1978年产量0.6万吨,1997年为6.47万吨,2009
味精 柠檬酸 酶制剂
发酵工艺原理 各种规格(99%、95%、90%、80%)味精,强力味精、
酵母
高活性干酵母(面包用、酒精用、白酒用)系列产品、 药用酵母、富硒酵母、含锌酵母、富铁酵母、饲料酵母 等单细胞蛋白
淀粉及淀粉糖
玉米淀粉、薯类淀粉、玉米蛋白粉、玉米油、蛋白饲料、 各种DE值葡萄糖浆、麦芽糖、麦芽糊精、果葡糖浆、木 糖醇、山梨醇、麦芽糖醇及各种用途的变性淀粉、高吸 水淀粉、粘结剂
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发酵工艺原理
思考题
1.发酵的概念;
2.发酵工业的范畴;
3.发酵产品分类的特点。
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发酵工艺原理
B. 微生物酶发酵
我国的主要酶制剂: α-淀粉酶 蛋白酶
糖化酶
医药工业: 门冬酰胺酶 青霉素酰化酶
胆固醇氧化酶
葡萄糖氧化酶 其他:氨基酰化酶
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发酵工艺原理
C. 微生物代谢产物发酵
初级代谢产物:氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、
类脂、糖类等 产生菌:非常广泛 次级代谢产物:抗生素、生物碱、细菌毒素、植 物生长因子等 产生菌:丝状放线菌、丝状真菌、产孢子 的细菌
酵母分会
淀粉糖分会
发酵甘油专业委员会 特种功能发酵制品专业委员会
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名称
业务范围 赖氨酸、天门冬氨酸等氨基酸
柠檬酸(一水、无水)及其盐类、 L -苹果酸、乳酸、 酒石酸、衣康酸、草酸等有机酸 淀粉酶(耐高温淀粉酶、普通淀粉酶)、糖化酶、蛋白 酶(碱性、中性、酸性)、异淀粉酶、异构酶、β-葡 聚糖酶。果胶酶、脂肪酶、纤维素酶等
发酵工艺原理
发现肺炎球菌转化作用 发现青霉菌能产生青霉素 首次获得TMV 结晶 发现磺胺药物 提纯了青霉素 提出一个基因一个酶的理论 转化因子是DNA
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1945 1946
1945
发酵工艺原理
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§3 现代发酵工程与现代生物技术
精制培养基 生产培养基 初级发酵
微生物菌种 初级培养
次级培养
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发酵工艺原理
§4 发酵工业的发展概况
• 天然发酵阶段(3000多年的历史) • 纯培养技术建立(巴斯德、柯赫、布赫纳) • 通气搅拌发酵技术的建立(弗莱明——青霉素) • 人工代谢控制发酵技术(谷氨酸发酵——分子水平控制) • 基因工程阶段(20世纪70年代以后)
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2. 现在
• 发酵装备愈来愈大型化、自控化 • 医药生物技术取得了一系列突破性进展 • 农业生物技术取得了明显进展 • 动物基因工程 • 经营现代生物技术产品的公司竞争激烈
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微生物产物的类型
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发酵工艺原理
D. 微生物转化发酵
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的生化反应。
特异性强:包括反应特异性、结构位置特异性、
立体特异性
如:乙醇 异丙醇 乙酸; 丙醇;
L-酪氨酸
L-山梨醇
L-多巴;(一种生长激素)
产品发酵
菌体细胞
发酵产品 的收获
分离
破碎
胞内产物 提纯
发酵液
提取产物
纯化精制
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O2
发酵工艺原理
O2
典型发酵过程示意图
菌种(或生物细胞) 孢子制备 种子制备 发 酵
发酵液处理
提取、精制
成品包装
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发酵工艺原理
包括的生产环节:
• 生产原料的预处理——发酵工程的上游工程技术 • 生物催化剂的制备
中游工程技术
年20万吨。
淀粉糖:1978年产量大约5万吨,1997年为45万吨,
2011年1070万吨。
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发酵工艺原理
我国发酵工业发展迅猛
1998年总产值达到122亿元,为1990年42.4亿元的2.8倍,
平均增长22%,2011年产值达到2000亿元。
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味精分会 柠檬酸分会 酶制剂分会
中国发酵工业协会
法国人巴斯德(Louis Pasteur) (1822~1895)
德国人柯赫(Robert Koch ) 27 ( 1843~1910)
发酵工艺原理
微生物的现代化应用
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1928 1929 1935 1935 1941 1941 1944
格里菲斯 Griffith 费莱明 Fleming 斯坦莱 Stanley Domagk 费洛里 Florey 柴恩Chain 比德耳 Beadle 塔图姆 Tatum 埃费雷 Avery
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发酵工艺原理
本门课的学习及成绩评定方法
• 重视课堂学习与课下学习 • 开卷考试 • 成绩评定方法:平时成绩 50% (课堂学习+作业+实验) 考试成绩 50%
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教材与参考书
• 现代工业微生物学,华南理工大学出版社 • 微生物发酵技术,中国农业科学技术出版 社 • 微生物生物技术, 化学工业出版社
发酵工艺原理
发酵工艺原理
鲁东大学 农学院
授课教师: 程显好
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发酵工艺原理
课前说明
• 为什么设本门课程 • 本Leabharlann Baidu课程的学习内容 • 本门课的学习及成绩评定方法
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发酵工艺原理
为什么设本门课程
• 本门课程与专业体系的关系
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发酵工艺原理
本门课程的学习内容
• • • • • 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 绪论 发酵工业常用的微生物 工业生产菌种的选育与保藏 培养条件优化 发酵产品的代谢调控机制

“发酵是利用培养微生物(或其他生物细 胞
——动、植物细胞)来获得产物的有氧或厌
氧的任何过程。”
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发酵工艺原理
• 现代发酵工业已经不是单纯的天然微生物的传统的发 酵,而是采用新型的生物技术手段,包括天然微生物、 人工组建的“工程菌”、动植物细胞等生物细胞培养、 固定化细胞的连续培养和发酵,以及将发酵工艺与工 程紧密结合、发酵过程控制与产物提取精制密切联系, 将生产设备形式、生产程序控制与计算机拟人化操作 相关联的完全新型的现代化生物产品工业。
• 国内传统发酵工业生产技术水平有了的进步
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发酵工艺原理
我国发酵工业产量、产值增长显著
我国的味精、柠檬酸、酶制剂、酵母、淀粉糖等新型 发酵工业,大多数是70年 代以后才逐步发展起来的。 味精:1978年产量为2.18万吨,1997为63.1万吨。2011年115万吨。
1992年开始位居世界第一。 2005年65家,2009年35家,2014年11家。
• 生物反应器及最佳反应条件选择 • 目的产物的分离和纯化(精制)——下游工程技术
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发酵工艺原理
发酵工程技术主要包括提供高性能生产菌种的菌种技术、
实现低成本大规模生产产品的发酵技术和最终获得合格产 品的分离提取技术。
发酵工程是化学工程与生物技术相结合的产物,是生物技
术的重要分支,是生物加工与生物制造实现产业化的核心
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发酵工艺原理
第一章
§1 发酵和发酵工业的涵义 §2 发酵工业发展历史
绪论
----发酵工程的过去、现在和将来
§3 现代发酵工程与现代生物技术
§4 发酵工业的发展展望
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§1 发酵和发酵工业的涵义
• 发酵?
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发酵工艺原理
一、发酵的概念
发酵,fermentation; ferver(拉丁语)
由复杂成分构成的,并具有较高风味要求的发
酵食品的生产。
• 发酵工业(fermentation industry)
经过纯种培养,提炼精制,获得成分单纯、无 风味要求的生产。
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发酵工艺原理
按产物分类的特点:
A. 微生物菌体的发酵


面包工业的酵母发酵
人类或动物食品的微生物菌体蛋白 大型食用-药用真菌发酵(香菇菌、冬虫夏草菌、 蜜环菌、灵芝菌、茯苓菌等) 用于农业的生物防治剂(苏云金杆菌、蜡样芽 胞杆菌、白僵菌、绿僵菌等) (85种之多)
更加密切;酶工程、固定化酶(细胞)技术
将被广泛应用
⑶ 大型发酵和连续化、自动化将成为发酵生产 的主要手段
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发酵工艺原理
⑷ 人工诱变菌种、基因克隆、工程菌以及代谢
控制广泛应用
⑸ 正在由糖质原料转到利用石油、天然气、空 气及纤维素资源
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发酵工艺原理
小 结

“有氧呼吸和厌氧发酵均是生物为获得能量
所进行的氧化还原反应。”
发酵甘油以及特种功能的发酵制品:如香菇多糖、灵芝多糖、冬虫夏 43
草、红曲色素、低聚异麦芽糖等
发酵工艺原理
但从技术层面上来说,应该着重五方面发展、进步: ⑴
复杂物质的生物合成, 人工控制的突变型发酵,
代谢控制发酵,
遗传因子的人工支配建立的发酵
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发酵工艺原理
⑵ 有机化学合成方法与发酵生物合成方法关系
(食品发酵工业,Food fermentation)
近代发酵工业——如酒精、乳酸、丙酮-丁醇工业
新兴的发酵工业——如抗生素、有机酸、氨基酸、
酶制剂、核苷酸、生理活性 物质、单细胞蛋白等工业 (非食品发酵工业,non- Food fermentation )
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发酵工艺原理
也可以这样分类: • 酿造工业(brewing industry)
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发酵工艺原理
§2 发酵工业发展历史
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微生物的发现 (1676-1861)
1676年,微生物学的 先驱——荷兰人列文
虎克(Antony van
leeuwenhoek)首次 观察到了细菌。
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发酵工艺原理
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发酵工艺原理
生理学研究时期(1861-1897)
这一时期是现代微生物学的奠基期,揭示了微生物是腐败发酵 和人畜疾病的原因,建立了分离、培养、接种、灭菌等一系列独特 的微生物技术。
• 葡萄糖经 EMP途径生成丙酮酸后,在无氧状态下继续 降解,NADH2在不同微生物、不同环境下,将氢交给
不同的有机物,形成各种不同的代谢产物。
(举例如下)
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递氢和受氢
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• 发酵工艺原理 乙醇、乙酸、丙酮发酵代谢途径(例1)
ATP生成
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发酵工艺原理
结 论:
• “发酵是利用培养微生物(或其他生物细胞
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