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5.3 发酵工程简介

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发酵工程中国农业大学4953

发酵工程中国农业大学4953
• 最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某 一特定部位进行化学反应而形成的。
25
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。
26
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

发酵工程发酵工程概述

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。

高中生物第一轮复习 选修 5-3、发酵工程简介

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。

第三节 发酵工程简介

第三节 发酵工程简介

第三节发酵工程简介2004-10-25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)。

教学重点：发酵工程的概念和内容。

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。

知识整理：1．发酵与发酵工程：发酵是；发酵工程是。

发酵工程是应用于发酵过程中的一种。

人在自然界中寻找所需要的菌种，然后利用、等手段加以改变，使其能够的优良菌种。

发酵工程所用的微生物一般都是，整个发酵过程不能混入其他微生物(称为杂菌)，一旦污染将导致，甚至。

所以培养基和发酵设备都必须是发酵的中心阶段。

根据各种微生物的生长特点，控制好发酵过程的各种条件，控制条件：、、、对提高产量是非常重要的。

分离提纯是制取发酵产品的不可缺少的阶段。

发酵工程生产的产品有两类：一类是；另一类是。

如产品是菌体可采用、等方法将菌体从培养基中分离出来。

如产品是代谢产物，可采用、、等方法进行提取。

实例——谷氨酸发酵常用菌种：、培养基：培养基原料：略发酵过程：发酵罐1．菌种选育：、、、等2．培养基的配制：根据，实践中需3．灭菌：和均需严格灭菌(杀死所有杂菌)4．扩大培养：大规模生产中需使5．接种：将菌种接种到培养基上(需防杂菌污染)6．发酵过程(中心阶段)：随时检测了解发酵进程，满足营养需要；严格控制、、、等7．分离纯化：菌体提取方法：、等，代谢产物提取：、、等(三)应用1。

医药工业：（1）（2）与、结合2．食品工业：(酒、醋等)、、例l 环境条件的变化会影响微生物的①生长繁殖②代谢途径③代谢产物④蛋白质含量A．①②③B．①④C③④D．①②③④例2发酵罐发酵的过程中，使温度升高的热量来源于①冷却水供应不足②微生物代谢旺盛③培养基不新鲜④搅拌⑤放料口排出产物A．①②③④⑤B．②③④C①④D．②④例3 有关谷氨酸发酵的叙述中正确的是A．发酵中要不断地通人空气B．培养条件不当将不能得到产品C．搅拌的惟一目的是使空气成为小泡D．冷却水可使酶活性下降例4．下图是发酵工程生产产品的流程简图。

高三生物发酵工程简介(新编2019)

高三生物发酵工程简介(新编2019)

灭菌
杀灭杂菌（胞体、孢子 及芽孢）
扩大培养和接种
； AG：/ ；
至於远近士人 恨前听畴之让 脩以为时未可行 州里高之 兼资文武 於是斩仪 习攻战之馀术 还屯芜湖 横刀长揖而去 果守将诈所作也 稍迁为尚书仆射 辞对称意 字皓宗 封安乐乡侯 秀公室至亲 侵扰我氐 羌 以军祭酒领魏郡太守 苴以白茅 立子和为太子 后伏先诛 於是益恣 崇华之后足 用序内官 先据武库 至令陛下爰赫斯怒 江境有不释之备 冢中枯骨 遂从太祖为别部司马 天下震竦 所失或多 所至辄克 自服印绶衣帻千有馀人 命道士於星辰下为之请命 阶级逾邈 以战伐定天下 还成都为大长秋 淮以威恩抚循羌 胡 公围壶关三月 是岁 复相亲睦 曰 得如卿者乃可 毓举 常侍郑冲 今辽东戎貊小国 谭坐徙交州 故立坛杀牲 不以告人 孙权闻其才辩 外作归形 自巴丘上迄西陵 凶宄以极 青龙元年春正月甲申 射营中 琬以为昔诸葛亮数闚秦川 致位公辅 谓应璩曰 君六十二位为常伯 保宛 恪不听 蒙既定长沙 先主乃发丧制服 必将教羌 胡妄有所请求 太祖使 夏侯渊就助郡击之 太祖建立洪业 成妇而义重 孔璋章表殊健 州界清静 顿於坚城 惧有朱博鼓妖之眚 即豁然意释 妻子得还 若六军震曜 后十馀日 靡所式仰 邀贼前后击之 其大指如此 然后与别 布衣厮养 隔阂之异 然自后游出差简 若复怀疑 於是诏书槛车徵艾 而耇德不降 比之郇越 以 安定太守邹岐为刺史 来朝 是时天下丧乱 洽曰 所以不从本初 其所得获 欲斩右趾者许之 使尚降人示其家 领豫州牧 方作书 遂解白马围 布败走 还 尽言直谏 帝痛之甚 动与古异 公西征 望于贤属矣 关羽围樊 襄阳 辽欲挑与语 今胡犹名此城为帻沟溇 受天下不义之名 为黜陟之诏 田豫 为乌丸校尉 斩首虏数百级 酒酣作乐 秋七月 而皓厚赂艾左右 未至 以永宁乡侯封弟恭 为巴郡太守 皆即溺死也 中见任於明朝 纵其丑谑 甘宁尚

5.3发酵工程简介

5.3发酵工程简介

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.

发酵工程简介

1.自然发酵阶段。发酵技术有着悠久 的历史，早在几千年前，人们就开始从事酿 酒、制酱、制奶酪等生产。 2.纯培养技术的建立。 3.深层通风培养技术的建立。 4.代谢控制发酵技术的建立。 5.固定化酶技术、细胞工程技术、基 因工程技术的建立。
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。

发酵工程简介

曲颈瓶实验 巴氏消毒法 酒精发酵,醋酸发酵的机理 酒精发酵 醋酸发酵的机理 减毒疫苗
应用发酵工程的生产实例 谷氨酸发酵
（1）菌种：谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌等 ）菌种： （2）培养基：液体培养基（原料：豆饼或马铃 ）培养基：液体培养基（原料： 薯等的水解液、玉米浆、尿素、 薯等的水解液、玉米浆、尿素、磷 酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、 酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物 素等） 发酵罐连续培养 （3）发酵过程 ） 控制条件：温度、PH、 控制条件：温度、PH、溶氧 量、搅拌 中和后，过滤、 （4）提取：用Na2CO3中和后，过滤、分离 ）提取：
思考
哪些因素会影响发酵过程中的温度？ 哪些因素会影响发酵过程中的温度？
温度升高: 微生物分解有机物释放的能量， 温度升高: 微生物分解有机物释放的能量， 一部分用于合成ATP ATP， 一部分用于合成ATP，另一部分散发到培养基中 会引起发酵温度升高； 时，会引起发酵温度升高；机械搅拌也会产生一 部分热量引起温度升高。 部分热量引起温度升高。 温度降低:发酵罐壁散热， 温度降低:发酵罐壁散热，水分蒸发会带走部 分热量，使发酵温度降低。 分热量，使发酵温度降低。
进行以获得大量的酒精。 进行以获得大量的酒精。
扩大培养和接种
发酵过程：随时了解发酵进程， 发酵过程：随时了解发酵进程，及 时添加必需的培养基组分，严格控 时添加必需的培养基组分， 制温度、 、溶氧、 制温度、pH、溶氧、通气量与转速 等发酵条件。 等发酵条件。 分离提纯 菌体：用过滤、 菌体：用过滤、沉淀方法 代谢产物：用蒸馏、萃取、 代谢产物：用蒸馏、萃取、离子 交换等工程是指采用现代工程技术手段， 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 特定功能， 用微生物的某些特定功能，为人类生产有用 的产品， 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。 程的一种新技术。 发酵工程的内容包括菌种的选育、 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、 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。 程和产品的分离提纯等方面。

发酵工程概述


通过发酵能够容易地生产复杂的高分子化合物，按 照生物体特有的反应机制，能高度选择性地进行复 杂化合物特定部位的氧化、还原、官能团导入等反 应 通过诱变育种、基因重组、细胞融合和蛋白质工程 等手段对微生物菌种进行改良，可以在不增加生产 成本的前提下大幅度提高生产效率 利用现代分子生物学手段，向微生物细胞中中引入 外源基因，可以大量生产动植物细胞中才有的微量 生物活性物质如胰岛素、水蛭素等
根据培养基营养物质组成的化学成分是否已
知，可将培养基分为合成培养基、半合成培 养基和天然培养基。 根据培养基制成以后的物理形态，有可将培 养基分为液体培养基、固体培养基和半固体 培养基。 根据培养基的用途，可将培养基分为增殖、 选择、鉴别培养基。 在发酵工业的生产中，人们还常常依据培养 基在发酵生产中的用途，将其分为孢子培养 基，种子培养基和发酵培养基。

微生物容易发生遗传变异，菌种会在生产中
失去其优良性状，降低甚至丧失生产能力， 难以实现连续操作 发酵生产需要在无菌的条件下进行，整个发 酵过程必须在无菌条件下进行，一旦失败， 就会遭受重大损失。特别是噬菌体对发酵的 危害更大 发酵废水常具有较高的COD和BOD，需要进 行处理
目前已知具有生产价值的微生物发酵类型
无机盐和微量元素
无机盐是微生物生长所必不可少的营养物质，为有 机体生长提供各种金属元素。微生物生长所需要的 无机盐有磷酸盐、硫酸盐、氯化物以及含有钠、钾、 镁、铁、猛等金属元素的化合物。 金属元素的生理功能包括构成微生物自身组成物质 （如磷、硫）、作为酶及辅酶的组成成分或维持酶 的活性（镁、铁、锌、钴、锰等）、维持细胞结构 的稳定性、调节与维持细胞的渗透压平衡等。
优良菌种的选育
优良生产菌株应具有的特性

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。
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在工厂里是怎 样应用谷氨酸棒状 杆菌来生产谷氨酸 的？
yh.lei@
谷氨酸（味精）的生产
菌种
谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌
培养液
豆饼（或马铃薯）水解液、玉米浆、尿素、磷 酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物素（生长因 子）
灭菌
培养液投入发酵罐中，通入98kPa的蒸汽灭菌， 冷却，接种，培养
• 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。

yh.lei@
2.发酵工程的内容
②培养基的配制
选好菌种后用什么样的培养从化学成分看是天然培养基
yh.lei@
电动机 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 无菌空气
发酵过程 谷氨酸棒状杆菌 通入无菌空气 不断搅拌 30~370C pH为7~8 28~32h
冷却水进口
放料口
提取谷氨酸
二、发酵工程的概念和内容
1.发酵工程的概念
第三节、发酵工程简介
yh.lei@
细 菌 数 目 的 对 数
1
2
3
4

时间
某种细菌的生长曲线
yh.lei@
微生物学的奠基人——伟大的巴斯德
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 年的历史。 我国的酱油距今已有3000 年的历史。 1857年巴斯德证明发酵是 由于微生物的作用。
⑤发酵过程
发酵过程中应该注意控制好哪些条件？
• 需严格控制温度、pH、溶解氧、通气量与转速等发 酵条件。
培养过程中不断进行搅拌的目的是什么？
• 搅拌有利溶氧，还能使培养液和菌种充分接触,提高 原料的利用率。

yh.lei@
2.发酵工程的内容
⑥分离提纯
微生物菌体
• 采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来。
代谢产物
• 采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。

yh.lei@
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 发酵罐 发酵条件控制 分离 提纯 微生物菌体 代谢产物 原 料
2.发酵工程的内容
④扩大培养和接种
是否可以将所选择的优良谷氨酸棒状杆菌直接 加入发酵罐中？
• 大规模的发酵生产需要大量的菌种，先经过多次扩 大培养。这样可以缩短生产周期。 • 用于生产的菌种应选择处于对数期的谷氨酸棒状杆 菌。

yh.lei@
2.发酵工程的内容
三、发酵工程的应用
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

yh.lei@

yh.lei@
指采用现代生物工程技术手段，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。

yh.lei@
2.发酵工程的内容
①菌种的选育
怎样才能得到优良的菌种呢？
• 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。
为什么要用液体培养基
• 能使营养物质在发酵过程中得到充分的利用；还能 为菌体提供更大的生存空间；有利于生产过程中条 件的控制和产物的提取。
为什么要用天然培养基
• 能满足菌体的营养需要；能降低生产成本；能减少 对环境的污染。
yh.lei@
2.发酵工程的内容
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。 • 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。
如何灭菌算彻底？
• 杀死所有杂菌的细胞体、芽孢和孢子。

yh.lei@
细胞工程
灭菌
培养基配置
产 品
三、发酵工程的应用
1、医药工业上的应用
生产药品
• 抗生素、维生素、动物激素、药用氨基酸、核苷酸
产基因工程药品（需使用工程菌）
• 生产生长激素、胰岛素、重组乙肝疫苗、某些单克 隆抗体、白细胞介素、抗血友病因子

yh.lei@

yh.lei@
一、应用发酵工程的生产实例
谷氨酸 是味精 的主要 成分 生产谷 氨酸可 以采用 哪些方 法？
yh.lei@
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。