微生物与发酵工程PPT

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微生物与发酵工程

五．发酵工程面临的现实问题

1.理论相对滞后；

2.对霉菌和放线菌的研究相对较少; 3.对细菌和酵母菌的研究跟不上发展

六．发酵工程发展的关键技术

1.基于组学技术的高通量菌种改造和帅选平台； 2.基于组学和生物信息学的代谢途径分析与优化； 3.基于实时代谢流分析、代谢途径模型和智控工程的集约型发酵过程控制与优化技术； 4.基于发酵液及产品特性的高收率、低成本、高质量和环境友好想集成型提取精制技术； 5.基于源头防治与过程监控的资源节约与废物资源化清洁生产技术。
实例：谷氨酸发酵
谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌 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：五种因子物质种类、比例、适宜的PH
3.灭菌：高压蒸汽灭菌
4.扩大培养和接种：无菌条件
5.发酵过程：控制各种条件生产发酵产品 (通入无菌空气并不断搅拌) 6.分离提取产物菌体：用过滤、沉淀等方法代谢产物：用蒸馏、萃取、离子交换等方法
从自然界分离的菌种诱变育种基因工程生产用菌种扩大培养接种细胞工程原料灭菌
发酵罐发酵条件控制
分离提纯
培养基配置
微生物菌体
代谢产物
产
品
四．发酵工程的关键技术问题
1.微生物能够积累最大目的产物的条件是什么； 2.底物最多被微生物转化为产物的条件是什么； 3.微生物最快速度发酵生产目的产物的条件是什么
发酵工程的应用

在医药工业方面：生产药品和基因工程药品

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
八. 发酵工程发展前景
微生物发酵有很大的发展空间。微生物制造是有发展的特点和投资的热点，发展方向比较广，不过在发展过程中的核心技术和资金瓶颈一直困扰着企业。微生物发酵与人民的吃穿息息相关，同时与国家的节能减排大政方针密切联系，与国家的循环经济是分不开的。发酵技术随着时代的发展而不断向前发展，从传统的发酵工业到现代发酵工业，再到微生物工程，它不仅成为生物技术产业的重要支柱，而且和基因工程技术的结合使它如虎添翼。

发酵工程原理PPT课件

发酵工程原理与技术应用
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1
发酵工程
一、微生物发酵工程
微生物工程：利用微生物的活动来进行物质转化的理论与工程技术体系。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绪酵生产，进而发展起来的具有新的特点的一论门学科。
.
2
发酵工程
生物学
绪
论
发酵工程
工程学
化学
.
3
发酵工程
1.是应用微生物为工业规模生产服务的一门工程技术，是直接建立在微生物学基础上的，随微生物工业的发展而发展，同时也是与化学工业相结合的一个新发展。绪论
目前，发酵工程的全部基本参数：如温度、pH 值等均能自动记录并能自动控制。
.
8
发酵工程
6.微生物酶反应生物合成和化学合成反应结合工程技术的建立；
混合法（可先发酵后合成，亦可颠倒）大规模生产：维生素C、激素、核酸；新
绪的抗生素；某些氨基酸
论
.
9
发酵工程
三、微生物工业的特点及范围
微生物工业（发酵工业）：利用微生物具有的化学活性进行物质转换，从事各种发酵产品生产的工业。绪论
①从糖分解产生简单化合物→复杂物质的生
物合成；
绪论
②发酵方法代替化学合成方法较多；
③向大型发酵发展（常用20～120吨发酵罐，最大500～1000吨）
④人工诱变菌种和代谢控制，新产品、新用
途层出不穷；
⑤开辟新原料；
⑥环境友好型生产；
.
15
发酵工程
七、《发酵工程原理与技术》的任务和内容
任务：从微生物工程范畴出发来阐明厌氧性发酵与好气性发酵过程及产品提纯的工艺原理；绪用这些基本理论去分析、解决微生物工业中论存在的具体问题，提高产品质量和数量；

微生物发酵工程课件第13章空气除菌

或 LogN2/N1 = - K` L 式中：N2——过滤后空气中的微粒浓度，个/m3。
上式称为对数穿透定律，它表示进入滤层的微粒数与穿透滤层的微粒数之比的对数是滤层厚度的函数。N2/N1称为微粒通过介质的穿透率，以P表示，则介质层过滤效率η可用 1-P 表示。
所以上式 InN2/N1 = - K L可写成： In P = - KL
公式对气流速度等于或小于临界速度时计算得的单纤维截留效率还是比较接近实际的。
3）扩散捕集作用
直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的运动，称为布朗扩散。在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中，扩散作用大大增加了微粒与纤维的接触机会，从而被捕集。
设微粒扩散运动的最大距离为2x，则离纤维2x处气流中的微粒都可能因扩散运动与纤维接触，滞留在纤维上，这就增加了纤维的捕集效率。扩散捕集效率的计算可用拦截捕集的经验公式计算，但其中微粒的直径应以扩散距离代入计算，故得下式：
实践证明，空气过滤器的过滤效率主要与微粒的大小、过滤介质的种类和规格（纤维直径）、介质的填充密度、介质层厚度以及气流速度等因素有关。
1) 对数穿透定律
研究过滤规律，排除复杂因素，假定：（1）滤器中过滤介质每一纤维空气流态不因其它邻近纤维存在而受影响；（2）空气中的微粒与纤维表面接触后即被吸附，不再被气流带走；（3）过滤器的过滤效率与空气中微粒的浓度有关；（4）空气中的微粒在滤层中递减均匀，即每一纤维薄层除去同样百分率的菌体。
用静电除菌净化空气有如下优点： a. 阻力小，约1.01325×104Pa； b.染菌率低，平均低于10-15%； c. 除水、除油的效果好； d. 耗电少。缺点:设备庞大，需要采用高压电技术，且一次性投资较大；对发酵工业来说，其捕集率尚嫌不够，需要采取其它措施。

微生物发酵工程概述-课件 (一)

微生物发酵工程概述-课件 (一)
微生物发酵工程是指利用微生物在特定条件下对有机物进行代谢转化，以获得有用产物的一种技术。

微生物发酵工程又被称为微生物工艺学，被广泛应用于食品、医药、化学、农业等领域。

微生物发酵工程的主要过程包括培养微生物、加入发酵基质、维持发
酵条件、采集发酵产物等。

发酵基质通常是含有碳源、氮源、矿物质
等营养成分的液体或固体，通过调节基质中各成分的比例和浓度，可
以影响微生物的生长速率和代谢产物的种类和量。

微生物发酵工程的应用十分广泛。

在食品行业中，例如酿造啤酒、葡
萄酒、酸奶等，通过微生物代谢作用获取大量的发酵产品；在医药领域，利用微生物发酵工程可以大规模合成药物，如青霉素、链霉素、
抗肿瘤药物等；在化工行业，则可以生产酒精、有机酸、氨基酸、酶
制剂等。

微生物发酵工程的兴起始于20世纪初。

在过去的几十年中，随着生命
科学、材料科学、信息技术等多种学科的发展，微生物发酵工程也得
到了更深入的研究和更广泛的应用。

在微生物种类、发酵工艺、发酵
产物种类和质量等方面，都产生了重大的变化和进展。

总之，微生物发酵工程作为一种可持续发展的技术，在工业、农业、
医药、环保等诸多领域具有广泛的应用前景。

未来，随着各种新兴科
学技术的不断涌现，微生物发酵工程也将继续发展和创新，为人们创
造更多的价值。

发酵工程 ppt课件

4.1 主要发酵类型
微生物菌体发酵
以获得具有某种用途的菌体为目的。例如：①酵母的生产。
②生物防治。鳞翅目、双翅目害虫苏云金杆菌、蜡样芽胞杆菌、侧孢芽孢杆菌松毛虫——白僵菌、绿僵菌
问题草莓
据中国之声《新闻纵横》报道，日前一则关于草莓的报道让不少消费者感到担心 —— 报道说，记者随机在北京新发地农产品批发市场、美廉美超市、昌平采摘园以及路边的草莓摊购买了 8 份草莓样品，送到北京农学院检测，结果都检出了乙草胺成分，它被列为 b － 2 类致癌物。但对于这个结果，很多业内人士都觉得不可思议，理论上，乙草胺不应该出现在草莓里。
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。
路易斯· 巴斯德（Louis Pasteur)
近代微生物奠基人巴氏消毒法
每一种发酵作用都是由于一种微菌的发展。每一种传染病都是一种微菌在生物体内的发展。
传染病的微菌，在特殊的培养之下可以减轻毒
力，病菌可以被改造成防病的疫苗。
连续发酵的优缺点

优点

能维持基质浓度可以提高设备利用率和单位时间的产量便于自动控制菌种发生变异的可能性较大要求严格的无菌条件

缺点

4.3.1.3 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，是指在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术。
进作用，也有可能有抑制作用。
4.3.2.4 CO2 对发酵的影响
CO2对菌体具有抑制作用，当排气中CO2的浓度高于4%时，微生物的糖代谢和呼吸速率下降。例如，发酵液中CO2的浓度达到1.6×10-1mol，就会严重抑制酵母的生长；当进气口CO2的含量占混合气体的80%时，酵母活力与对照相比降低20%。

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。

《发酵工程原理》课件

04
发酵工程应用实例
酒精发酵
酒精发酵简介
酒精发酵原理
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、生物能源等领域。
酒精发酵主要基于酵母菌的厌氧代谢，通过糖酵解途径将葡萄糖转化为乙醇和二氧化碳。
酒精发酵工艺
酒精发酵的应用
酒精发酵工艺包括原料选择、糖化、发酵、蒸馏和精馏等步骤，每个步骤都有严格的操作要求。
生物农药的应用
生物农药广泛应用于农业、林业等领域，可有效防治病虫害，提高农产品质量和产量。
05
发酵工程的前景与挑战
新型生物反应器的研发与应用
总结词
新型生物反应器是发酵工程的重要发展方向，能够提高发酵效率和产物质量。
详细描述
新型生物反应器采用先进的材料和设计，优化了发酵过程中的氧气和营养物质传递，减少了染菌风险，提高了产物浓度和收率。
发酵工程通过控制微生物的生长和代谢过程，生产出包括食品、饮料、饲料、医药品、化学品和农业用化学品等在内的各种有用物质。它具有高度洁净的生产环境，能够实现高效转化和大规模生产，是现代生物技术的重要组成部分。
发酵工程的发展历程
总结词
发酵工程经历了自然发酵、纯培养技术、通气发酵、酶工程和基因工程等阶段，发展至今已成为一门高度综合性的生物工程技术。
02
微生物发酵过程
微生物发酵的类型
厌氧发酵
在无氧条件下，利用厌氧菌进行发酵，产生乙醇、乳酸等。
兼性厌氧发酵
在有氧和无氧条件下都能进行发酵，产生酒精、酵母等。
好氧发酵
在有氧条件下，利用好氧菌进行发酵，产生丙酮、丁醇等。
混合发酵
同时利用多种微生物进行发酵，产生多种代谢产物。

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
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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。
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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
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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：3 微生物代谢调节(2-3)

（2）芳香中间体
A 莽草酸途径的中间体或终产物：形成许多次级代谢物的芳香部分。 B 芳香氨基酸生物合成途径：负责大多数放线菌和许多植物次生代谢物的生物合成。 C 聚多酮途径：大多数真菌产生的芳香代谢物是由乙酸通过聚多酮途径合成的。
举例： ①、氯胺苯醇和棒杆菌素的生色团是由分枝酸衍生
的。 ②、利福霉素的芳香成分来自莽草酸。
例1：
在带小棒链霉菌中头霉素C的一种前体，α-氨基己二酸是由赖氨酸合成途径来的。它与Pr合成竞争此前体的供应。加入过量的Lys， Lys途径中间体，二氨基庚二酸或α-氨基己二酸到发酵液中可增加头霉素的发酵单位。
例2：
产黄青霉的青霉素酰基转移酶可转化异青霉素N，除去青霉素N的侧链，换上天然青霉素的其他侧链。侧链的置换取决于发酵液中含有适当的前体，如苯乙酸或苯氧乙酸11则。故苄青霉素的发酵单位随发酵液中的限制性苯乙酸的增加而提高
（二）、前体的作用
（1）抗生素建筑材料
例如：丙酮酸可用于Ala、Val、Leu等的合成，是几种
肽类抗生素（头孢菌素簇或青霉素簇）合成的重要中间体。
次级代谢物通常由初级中间体产生，将初级中间体转化为次级终产物有三个生化过程：
①、生物氧化和还原； ②、生物甲基化； ③、生物卤化。
其特征如下： ①、氧化还原反应：一般涉及醇的氧化或羰基的还
② 、真菌毒素和橘霉素：是由五个C2单位(Ac-CoA加上4个丙二酰CoA)，2个甲基和由C1库来的羧基合成的。
③ 、新生霉素：具有更为复杂的来源，它是由葡萄糖、莽草酸、GLN、C1库、Tyr和乙酸或Leu合成的。
（2）诱导抗生素生物合成
前体具有调节抗生素生产的作用，尤其在细胞中的特殊合成酶的活性已被激活的情况下。

发酵工程原理与技术课件

自然选育和诱变育种交替使用可获高产菌株。
•发酵工程原理与技术
•44
特殊变异菌的筛选方法
营养缺陷型突变株抗阻遏和抗反馈突变型组成型突变株抗（敏感）性突变株
•发酵工程原理与技术
•47
高丝氨酸缺陷菌生产赖氨酸
必需氨基酸食品、医药、畜牧业需要量很大但在代谢过程中，一方面赖氨酸对天冬氨酸激酶有反馈抑制，另一方面还同时生成苏氨酸和甲硫氨酸，使赖氨酸不能在细胞内累积高丝氨酸缺陷菌（不能合成高丝氨酸脱氢酶，补充适量高丝氨酸）则合成大量赖氨酸
2
3
2
1
3 2
对照(HC0 =HC1+ HC2 + HC3) 诱变
3
•发酵工程原理与技术
( HC1＞ HC0 能力增强)
( HC2＜ HC0 能力减弱) ( HC3= HC0 能力不变)•42
•发酵工程原理与技术
•43
诱变后的突变株会继续变异，低单位菌株在传代过程中往往占优势，因此复筛中常常出现产量高低不稳的状态，必须进行自然分离—诱变育种和杂交育种必须环节。
•发酵工程原理与技术
•21
自然选育
自然选育：利用菌种自然突变(Spontaneous Mutation)进行菌种筛选的过程。自然突变：微生物在没有人工参与下所发生的突变。引起自然突变两个原因：多因素低剂量的诱变效应和互变异构效应。
•发酵工程原理与技术
前进
•22
自然突变
多因素低剂量诱变效应：自然突变实质上是由一些原因不详的低剂量诱变因素引起的长期综合效应，如宇宙空间各种短波辐射、自然界中普遍存在的一些低浓度诱变物质以及微生物自身代谢活动中所产生的一些诱变物质(如H2O2)的作用等。

微生物与发酵工程(精)

微生物与发酵工程微生物是指形体微小、结构简单、通常要用光学显微镜或电子显微镜才能看清楚的生物。

第一节：微生物的类群微生物比较表：微生物细菌放线菌蓝藻支原体真菌原生生物第二节：微生物的营养、代谢和生长一、微生物的营养1．微生物需要的营养物质、来源及功能2．微生物培养基的配制原则（1）目的明确：培养不同的微生物选用不同的材料（2）营养要协调：注意各种营养物质的浓度和比例（3） PH 要适宜：不同的微生物适宜生长的PH 范围不同 3．培养基的种类培养基是一种人工配制的、适合微生物生长或产生代谢产物用的混合养料。

其分类如下：（2）固体培养基：用于微生物的分离、计数半固体培养基：用于观察微生物的运动、鉴定、保藏菌种液体培养基：用于工业生产根据化学成分分为：合成培养基：用已知成分的化学物质配成天然培养基：用成分不明确的天然物质配成，用于工业生产二、微生物的代谢定义：微生物代谢是指微生物细胞内所发生的全部化学反应。

特点：由于微生物的表面积与体积比很大，有利于与外界环境进行物质交换，所以其代谢异常旺盛。

2．微生物代谢的调节主要有两种调节方式：酶合成的调节和酶活性的调节。

两种方法同时存在，密切配合相互协调。

3．微生物代谢的人工控制酶合成调节（基因表达的调控）组成酶：微生物中一直存在，受遗传物质控制的酶诱导酶：环境中特定物质诱导下合成的酶酶活性调节（酶结构的变化）代谢产物积累过量时就会抑制酶的活性特点是：快速、精细。

措施改变微生物的遗传特性：例如诱变处理控制发酵条件：例如改变细胞膜的透性三、微生物的生长1．微生物群体生长的规律（1）微生物群体生长的测定方法：A．测定细菌的细胞数目：样品与等量的已知含量的红细胞混合，用显微镜计数，得出细菌与红细胞的比例，推算出单体体积内的细菌数。

B．测重量：计算细胞总的重量（2）生长规律：2．影响微生物生长的环境因素（1）温度：最适温度是25－370C。

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。

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。

第六章发酵工程 PPT课件

生物下游一般过程
§6-5 生化反应器
生化反应器类型通用式发酵罐气升式发酵罐其他生物反应器形式
生化反应器类型
• 酶反应器：单相式、多相式 • 发酵反应器器：液态、固态
通用式发酵罐
通气搅拌：传质
传热
气升式发酵罐
气升式发酵罐的优点是能耗低，液体中的煎切作用小，结构简单。在同样的能耗下，其氧传递能力比机械搅拌式通气发酵罐要高得多。
发酵的基本过程
发酵过程形式
• 批式发酵
• 补料发酵→带放（半连续发酵）
• 连续发酵→多级连续发酵
• 发酵-分离耦合 • ……
连续发酵
连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发酵过程。
优点 ① 可提高设备利用率和产量； ② 发酵中各参数趋于恒值，便于自动控制； ③ 易于分期控制。可以在不同的罐中控制不同的条件。
• 初级、次级代谢产物 • 生物大分子（酶、多糖） • 菌体 • 利用微生物发酵进行转化反应
§6-2 工业微生物
常见种类菌种选育与保藏
常见工业微生物种类
• 细菌 • 放线菌 • 酵母菌 • 霉菌
细菌的形态（单细胞）
• 球菌 • 杆菌 • 螺旋菌
•
细菌细胞结构模式图
放线菌
•
固态发酵罐
课外书籍资料
• 微生物与发酵基础教程，宋超先，天津大学出版社， 2007
• 发酵工艺，孙俊良，中国农业出版社，2008 • 生物反应工程原理，贾士儒，科学出版社，2008 • 微生物工程工艺原理，姚汝华，华南理工大学出版社
1996 • 生化工程，伦世仪，中国轻工业出版社，1993 • 生化反应工程，山根恒夫，西北大学出版社，1992 • 发酵工艺学原理，（英）P·F·斯坦伯里，中国医药科技

《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。
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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

《发酵工程》PPT演示课件

应的压力降也较小。
35
36
❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
37
2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所需的维持时间。
连续
便于自动控制
蒸汽负荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
32
❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙小于被拦截的微生物大小，如用聚四氟乙烯或纤维素酯材料做成的微孔滤膜。
过滤拦截的微生物大小，但介质有一定厚度，机理是静电，扩散，惯性及拦截作用。如棉花过滤器，超细玻璃纤维纸，金属烧结管等。

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课前热身
8 A C 9 A C 10 A C 11 A B C D ( A ) 石墨 B 牛油石油 D NaHCO3 D 下列哪项不可以作为异养型微生物的碳源( ) 氨基酸 B RNA 甲烷 D 二氧化碳 ( ) A HNO3 B 谷氨酸核酸 D 牛肉膏，淘汰杂菌和放菌，常在培养基中加入( 较多的氮源物质较多的碳源物质青霉素类药物高浓度的食盐
C
)
课前热身
B ) 12 ( A 初级代谢产物 B 次级代谢产物 C 代谢中间产物 D 代谢废物 13 ，在什么时期适当补充营养物质，及时排出老的培养 C 基，使本时期延长，可以提高产量( ) A 调整期 B 对数期 C 稳定期 D 衰亡期 14 ( D ) A 为菌体提供碳源 B 为菌体提供氮源 C 使培养基保持水分 D 使培养基凝固
要点、疑点、难点
6 微生物的生长
课前热身
一、选择题 1 ( D ) A 硝化细菌 B 根霉 C 烟草花叶病毒 D 单细胞绿藻 B 2 ( A 分裂生殖 B 孢子生殖 C 营养生殖 D 有性生殖 3 A 核酸B 衣壳 C 囊膜D 刺突 D 4 ( A 自我分裂 B 孢子生殖 C 营养生殖 D 寄主的代谢
要点、疑点、难点
按照物理性质分种类培养基分类
是否有凝固剂是是否
用
途
固体培养基半固体培养基液体培养基
分离、鉴定观察运动、保藏菌种工业生产
按化学成分分
种类化学成分不明确明确用途
天然培养基合成培养基
工业生产微生物分类、鉴定
要点、疑点、难点
培养基分类种类制备方法按培养基的用途分原理用途举例
要点、疑点、难点
4 微生物代谢产物内容生长繁殖是否必需不同点产生阶段初级代谢产物是一直产生次级代谢产物否生长到一定阶段才产生
种的特异性
分布例
否
细胞内
是
细胞内或细胞外
氨基酸、核苷酸、维生素、抗生素、毒素、激素、多糖、脂类等色素等
相同点
均在微生物细胞的调节下，有步骤的产生
基培养基中加依据某些微生物选择培入某种化学物对某些物质的抗养基质性而设计
从众多微生加入青霉素分物中分离所离得到酵母菌需的微生物和霉菌
培养基中加入鉴别培某种试剂或化养基学药品
依据微生物产生的某些代谢产物伊红和美蓝培与培养基中特定鉴别不同种养基可以鉴别的试剂或化学药类的微生物大肠杆菌品反应，产生明显特征而设计
放线菌
病毒
核衣壳：包括核酸和衣壳、增殖(在宿主细胞有些具囊膜中进行)
某些真菌界、原生生物界的生物也属于微生物(如：酵母菌、变形虫等)
要点、疑点、难点
2 微生物的营养营养物质碳源主要种类功能
无机碳源：CO2、NaHCO3 提供微生物合成有机物的碳等有机碳源：糖类 ( 主要是元素，对异养生物来说，主葡萄糖)、脂肪酸、石油等要是提供能源物质
调节意义
联系
既保证代谢需要，又避免细胞内避免代谢产物积累过多物质和能量浪费，增强适应性同时存在，密切配合，准确控制代谢的正常进行
要点、疑点、难点
人工控制目的
为了最大限度积累对人类有用的代谢产物
措施
（1）改变微生物的遗传特性（2）控制生产过程中的各种条件 ① . 人工控制黄色短杆菌合成赖氨酸 ② . 人工控制谷氨酸棒状杆菌生产谷氨酸
课前热身
15 A C 16 A C 17 A B C D (多选)( BD )
甲烷 B 尿素纤维素 D N2 AD 控制大肠杆菌性状的基因存在于(多选)( 质粒 B 核糖体细胞核 D 核区 CD (多选)( ) 结核杆菌固氮蓝藻噬菌体肝炎病毒
要点、疑点、难点
5 微生物代谢调控
酶合成的调节调节对象调节结果调节机制调节效果诱导酶(受基因和诱导物共同控制) 细胞内酶的数量多基因水平调节间接而缓慢
酶合成调节、酶活性调节
酶活性的调节组成酶 ( 只受基因调控 ) 和诱导酶的催化作用酶的活性发生变化代谢水平调节，通过酶与代谢过程中产生的物质的可逆性结合进行调节快速、精确
无机氮源：主要是铵盐、为微生物提供合成含N物质硝酸盐，还有 N2、氨等有的N源，如核酸、蛋白质和机氮源：尿素、牛肉膏、某些脂类蛋白胨、氨基酸等维生素、氨基酸、碱基(嘌呤、嘧啶) 提供合成蛋白质、核酸、酶的原料
氮源
生长因子
水
无机盐 P、S、Mg、Fe、K、Ca、调节渗透压构成某些化合物 Mo、Mn、Ni、Cu、I等 (物质)的成分
)
(
A
)
)
课前热身
5 ，如果用32P和35S分别标记噬菌体的DNA和蛋白 B ) 质衣壳，结果增殖后的噬菌体绝大多数( A 含32P和35S B 不含32P C 含32P D 含35S，不含32P A 6 培养流感病毒应使用( ) A 在适宜温度和湿度下的活的鸡胚 B 碳源与氮源比例恰当的液体的培养基 C 富含维生素的固体培养基 D 严格无菌的鸡肉汤 (C ) 7 A 马蛔虫 B 放线菌 C 烟草花叶病毒 D 痢疾杆菌
第十三课微生物与发酵工程
微生物与发酵工程
要点、疑点、难点
1 微生物的类群 2 微生物的营养 3 微生物培养基 4 微生物代谢产物 5 微生物代谢调控 6 微生物的生长
要点、疑点、难点
1 微生物的类群种类细菌结构繁殖方式
细胞壁、细胞膜、细胞质、二分裂(分裂生殖) 核区基内菌丝、气生菌丝(部分分化成孢子丝) 孢子生殖
要点、疑点、难点
3 微生物培养基配制原则目的明确（1）根据所培养的微生物的种类。(如异养微生物的培养基中至少要一种有机物质) （2）根据培养的目的。（如用于科研还是用于生产）营养协调（1）培养基中物质的浓度——因为：某种物质浓度高时反而会抑制微生物生长。（ 2 ）培养基中物质的比例 —— 例如：谷氨酸的生产中： C∶N 为 4 ∶ 1 时，菌体繁殖慢，产谷氨酸少； C∶N 为 3 ∶ 1 时菌体繁殖快产谷氨酸多。 pH要适宜真菌的最适pH为5.0～6.0，细菌的最适pH为6.5～7.5，放线菌的为7.5～8.5，另外微生物在生长代谢过程中会由于物质的消耗和代谢产物的形成，改变环境中的 pH，所以一般在培养基中加入缓冲剂。（最常用的是—— ）

微生物与发酵工程PPT

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