第11章 基因工程菌发酵——【发酵工程 精】
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【课堂笔记】《发酵⼯程》《发酵⼯程笔记》笔者:赵可⽬录第⼀章绪论(p1) (1)1.1概念 (1)1.2发酵⼯程的研究内容 (1)1.3发酵过程的特点 (2)1.4发酵过程的问题 (2)1.5发酵⼯程的发展简史 (2)1.6发酵⼯程⼯程的任务 (2)1.7发展⽅向 (3)第⼆章⽣物发酵的基本过程(p36) (3)2.1发酵的基本过程 (3)2.2发酵过程的⼀般过程和操作⽅式 (3)2.3微⽣物的发酵类型 (4)2.3.1液体发酵 (4)2.3.2固体发酵 (4)2.3.3好氧发酵 (5)2.3.4厌氧发酵 (5)第三章种⼦扩⼤配培养(p44) (5)3.1概念 (5)3.2种⼦扩⼤培养⼯艺 (6)3.2.1制备流程 (6)3.2.2优良种⼦具备的条件 (6)3.2.3影响种⼦的质量因素 (6)3.2.4种⼦质量控制措施 (6)第四章发酵培养基(p48) (6)4.1⼀般特点 (6)4.2发酵培养基的组成与制备 (6)4.2.1发酵培养基的组成 (6)4.2.2发酵培养基的制备要点 (7)4.3发酵培养基的设计和优化 (8)4.3.1设计发酵培养基要考虑的因素: (8)4.3.2摇瓶实验: (8)4.3.3正交实验:多因素多⽔平 (8)第五章发酵过程产物分析(p53) (8)5.1分析项⽬按性质分可分三类: (8)5.2发酵终点的判断 (8)第六章发酵动⼒学(p59) (8)6.1发酵动⼒学概念 (8)6.2研究发酵动⼒学的⽬的 (9)6.3动⼒学 (9)6.3.1课程重点 (9)6.4⽣物反应类型 (9)6.5发酵的⽬的 (9)6.6发酵研究的关键问题 (9)6.7优化发酵过程达到⾼产⽬标的⽅法 (10)6.8发酵动⼒学研究的基本过程 (10)6.9分批发酵动⼒学 (10)6.9.1菌龄 (10)6.9.2分类 (10)6.9.3细胞⽣长动⼒学 (10)6.9.4分批发酵基质消耗动⼒学 (11)6.9.5分批发酵产物形成动⼒学 (11)6.9.6分批发酵的优缺点 (12)6.9.7重要截图(来⾃中国MOOC余龙江教授) (12)6.10讨论与问题 (13)第七章分批发酵、补料分批发酵和⾼密度发酵(p81) (14)7.1分批发酵 (14)7.1.1分批发酵的操作⼯艺 (15)7.1.2菌体⽣长规律 (15)7.1.3代谢变化 (15)7.2补料分批发酵 (16)7.2.1适⽤范围: (16)7.2.2物料流加⽅式 (16)7.2.3补料分批动⼒学 (16)7.3⾼密度发酵 (16)7.3.1影响⾼密度发酵⽣产的因素 (16)7.3.2⾼密度发酵存在的问题 (17)7.4讨论与问题 (17)7.4.1分批发酵和补料分批发酵有哪些联系和区别? (17)7.4.2分批发酵的流程 (17)7.4.3分批发酵包括哪些时期 (17)7.5课堂问题 (17)第⼋章连续发酵(p105) (19)8.1基本概念 (19)8.2连续发酵的优缺点 (19)8.3连续发酵的类型 (19)8.4连续发酵操作⽅式 (20)8.4.1开放式连续发酵 (20)8.4.2封闭式连续发酵 (20)8.5膜连续发酵 (21)8.6连续发酵的控制⽅式 (21)8.7连续发酵的实际应⽤ (22)8.7.1连续发酵 (22)8.7.2分批发酵 (22)8.7.3补料分批发酵 (22)8.7.4连续发酵在⼯业上的应⽤ (23)第九章微⽣物的现代固态发酵(p121) (23)9.1固态发酵 (23)9.1.1固态发酵的特点 (23)9.1.2固体培养的优点 (23)9.1.3固液发酵的⽐较 (23)9.1.4传统固态发酵与现代固态发酵 (24)9.1.5固态发酵分类 (25)9.1.6适合固态发酵的微⽣物 (25)9.1.7固态发酵的界⾯作⽤ (25)9.2固态发酵反应器 (25)9.2.1静态固态发酵反应器 (25)9.2.2动态固态发酵反应器 (26)9.2.3固态发酵反应器 (26)9.3固态发酵的应⽤ (26)第⼗章基因⼯程菌株发酵(p154) (27)10.1⼯业化⽣产的基因⼯程菌应具备的条件 (27)10.2基因⼯程菌的发酵 (27)10.2.1培养操作和发酵设备 (27)10.3讨论与问题 (27)10.3.1基因⼯程菌的不稳定性 (27)10.3.2改善措施: (27)10.3.3⽣产过程: (27)第⼗⼀章发酵过程中氧的溶解、传递、测定及其影响因素(p167) (28)第⼗⼆章发酵控制⼯程(p183) (28)12.1讨论与问题 (28)第⼗三章空⽓除菌(p250) (29)13.1⼏个基本概念 (29)13.2染菌的危害 (29)13.3树⽴⽆菌概念,强调⽆菌操作 (29)13.4灭菌和除菌的基本原理 (30)13.5发酵⼯程的灭菌⼯程(p228) (30)13.5.1化学物质灭菌 (30)13.5.2⼲热灭菌法 (30)13.5.3湿热灭菌法 (31)13.5.4射线灭菌 (31)13.5.5过滤介质除菌 (31)13.5.6静电除菌 (31)13.5.7臭氧灭菌 (31)13.6名词概念 (32)13.7培养基和发酵设备的灭菌 (32)13.7.1温度和时间对培养基的影响 (32)13.7.2影响培养基灭菌的其他因素 (33)13.7.3培养基分批灭菌 (33)13.7.4发酵设备的灭菌 (34)13.8空⽓除菌 (34)13.8.1发酵⽤⽆菌空⽓的概念和质量标准 (34)第⼗四章发酵⼯程设备(p265) (35)14.1通⽓发酵罐 (35)14.1.1机械搅拌通⽓发酵罐 (35)14.1.2⾃吸式发酵罐 (35)14.2嫌⽓发酵罐 (36)14.2.1基本要求 (36)《发酵⼯程》1-14章节笔记第⼀章绪论(p1)1.1概念发酵⼯程利⽤微⽣物或动植细胞的⽣长繁殖和代谢活动以及特定功能,通过现代化⼯程技术⽣产有⽤物质或直接应⽤于⼯业化⽣产的技术体系;是将传统发酵与现代的DNA重组,细胞融合,分⼦修饰,和改造新技术结合并发展起来的现代发酵技术;它是渗透有⼯程学的微⽣物学和细胞⽣物学,是现代⽣物技术产业的基础与核⼼。
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1. 菌种复苏和激活,从菌种库中取出保藏的菌种,在无菌条件下培养,激活其生理活性。
↓重点知识:1.发酵工程:是根据生物学,化学和工程学的原理进行工业规划的经营和开发微生物,动植物细胞及其亚细胞组分,进而利用生物体所具有的功能元件来提供商品而服务于社会的一门综合性科学技术.2.发酵动力学:研究微生物生长,产物合成,底物消耗之间动态定量关系,定量描述微生物生长和产物形成的过程.3.生物反应过程特点:①发酵原料的选择和预处理②菌种的选育和扩大培养③微生物发酵和控制④产品的分离和纯化发酵工程知识点:1、菌种培育由于从自然界分离的菌种不一定能满足生产的要求,因此必须对菌种进行改造,如何改造培育优良菌种呢?第一,生产微生物直接合成的产物,即微生物的天然产品,如抗生素、氨基酸等,先从自然界分离出相应的菌种,再用物理或化学的方法进行诱变育种,从中筛选出产量高的菌株用于生产。
例如生产用青霉菌的培育过程。
第二,生产微生物不能合成的产物,如人的生长激素、胰岛素等产品,则用细胞工程、基因工程对微生物的遗传特性进行定向的改造,构建工程菌来达到生产相应产品的目的。
例如单克隆抗体、白细胞介素—2、抗血友病因子的生产。
2、两次培养发酵工程的几个环节中有两次对微生物进行培养,第一次是对菌种的扩大培养,第二次是发酵生产产品过程时的培养。
它们有何区别呢?第一,两次培养的目的不同。
扩大培养是为了让菌种在短时间内快速繁殖,以便得到大量的菌种用于生产。
而发酵过程的培养是为了获得生物产品、单细胞蛋白或者是发酵产物。
第二,两次培养的条件不相同。
例如:酒精发酵,扩大培养要在有氧的条件下进行,让酵母菌进行有氧呼吸,获得的能量多,短时间内大量繁殖使自己在培养基中成为优势种群,发酵过程的培养要在厌氧的条件下进行才能产生酒精;又如谷氨酸发酵,谷氨酸棒状杆菌扩大培养要求C:N=4:1,菌体大量繁殖,发酵过程的培养C:N=3:1才能大量合成谷氨酸。
3、菌体生长规律研究微生物的生长规律是为发酵提供理论依据,是将少量的单一菌种接种到恒定容积的液体培养基中,在适宜条件下培养并定期取样测定菌体的群体生长规律,由于营养物质有限,菌体生长有调整期、对数期、稳定期、衰亡期四个阶段。
发酵工程电子版(总53页)--本页仅作为文档封面,使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--发酵工艺原理(发酵工程)讲义适用生物工程、生物技术、制药工程及生物科学专业用王莘第一章绪论发酵工业应用:生物生物学一、发酵定义:从工业微生物角度的发酵:利用培养微生物来获得产物的有氧或厌氧的任何过程,现在有扩大到培养生物细胞(含有动物、植物和微生物)获得产物的所有过程。
从发酵工业角度的发酵:借助微生物在有氧和无氧条件下的生命活动来制备微生物体本身,或共同直接代谢产物或次级代谢产物的过程统称为发酵。
传统发酵:酱油、醋、酒、长毛豆腐。
新兴发酵:有机酸、酶制剂、抗生素。
发酵工业的划分:食品工业(酿造工业)和非食品工业(发酵工业)发酵工业:利用生物的生命活动生产的酶对无机或有机原料进行酶加工获得产品的工业。
二、发酵工业具备的条件:①要有某种适宜的微生物。
②要保证或控制微生物进行代谢的各种条件(培养基组成,温度,溶氧浓度,酸碱度等)。
③要有进行微生物发酵的设备。
④要有将菌体或代谢产物提取出来精制成产品的方法和设备。
三、发酵工业的改革1.天然发酵阶段特点:1)家庭作坊式生产;2)容易感染细菌; 3)厌氧发酵;4)非纯种培养;5)凭经验传授技术; 6)产品质量不稳定。
2.纯培养技术的建立阶段纯培养阶段特点:(1).多为好氧产品;(2)、均为表面培养;(3)、产品生产过程简单;(4)、设备要求不高;(5)、生产规模不大。
3.通气搅拌发酵技术的建立阶段第二次世界大战爆发,1929年英国人费莱明发现青霉素,迅速形成工业大规摸生产。
1940年英国人费洛里精制分离青霉素医治战伤药物。
发酵工业新篇章:发酵现象→酿造食品工业→非食品工业→青霉素→抗菌素发酵工业→氨基酸,核酸发酵(代谢控制发酵)→基因工程菌→动物细胞大规模培养→植物细胞大规模培养→藻类细胞大规模培养→转基因动物。
发酵工程产业化发展:发酵工程技术给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力,涉及到解决人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题。
(来自讲义)1、致死温度杀死微生物的极限温度致死时间在致死温度下,杀死所有微生物所需的时间2、微生物的热阻微生物在某一特定条件(主假如温度和加热方式)下的致死时间3、实罐灭菌培养基置于发酵罐顶用蒸汽加热,达到预约灭菌温度后,保持一段时间,再冷却道发酵温度,而后接种发酵。
4、微生物的特色体积小、面积大,汲取快、转变快,生长旺、生殖快,易变异、适应性强,种类多、分布广等五大特征。
5、菌种分别的一般过程土样的采纳→ 预办理→ 培养→ 菌落的选择→ 产品的判定目的:高效地获取一株高产目的产物的微生物6、生物热( Q生物)在发酵过程中,菌体不停利用培养基中的营养物质,将其分解氧化而产生的能量,此中一部分用于合成高能化合物(如 ATP)供应细胞合成和代谢产物合成需要的能量,其余一部分以热的形式发散出来,这发散出来的热就叫生物热。
(来自 PPT)第一章绪论1、发酵工程:利用微生物的生命活动进行物质加工的过程。
第二章生产菌种的挑选1、新种分别挑选的步骤1)定方案:第一要查阅资料,认识所需菌种的生长培养特征。
2)采样:有针对性地采集样品,以采集土壤为主。
3)增殖:人为地经过控制养分或培养条件,使所需菌种增殖培养后,在数目上占优势。
4)分别:利用分别技术获取纯种。
5)发酵性能测定:进行生产性能测定。
这些特征包含形态、培养特色、营养要求、生理生化特征、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适 pH值、提取工艺等。
2、采土方式:在选好适合地址后,用小铲子除掉表土,取离地面5-15cm 处的土约 10g,盛入洁净的牛皮纸袋或塑料袋中,扎好,标志,记录采样时间、地址、环境条件等,以备查考。
为了使土样中微生物的数目和种类尽少变化,宜将样品逐渐分批寄回,以便实时分别。
3、采样注意事项1)采样时应尽可能保持相对无菌;2)所采集的样本一定拥有某种代表性;3)采好的样一定完好地标上样本的种类及采集日期、地址以及采集地址的地理、生态参数等;4)应充分考虑采样的季节性和时间因素,因为真实的原地菌群的出现可能是短暂的5)采好的样应实时办理,暂不可以办理的也应储存于 4℃下,但储存时间不宜过长。
《发酵工程》Fermentation engineering 授课教师:张书祥(Email:zhangshux578@)第一章绪论第一节发酵工程的定义、特点、内容第二节发酵工程的发展历史第三节发酵工业的应用第四节发酵工程的发展趋势第一节发酵工程的定义、特点、内容1、定义1.1发酵工程:利用微生物的性状和机能,通过现代化工程技术,生产人们所需要产品的过程。
如抗生素、酒类、有机酸、基因工程药物等的生产。
发酵过程是以微生物反应为核心的,因此,发酵工程又被称为微生物工程。
1.2生物工程:生命科学应用于产业方面,称为生物工程学。
也就是利用生物体(生物作用剂:微生物、动物细胞、植物细胞等)的机能,通过现代化工程技术,生产人们所需要产品的过程。
生物工程包括:发酵工程、酶工程、基因工程、细胞工程。
发酵工程与生物工程的关系发酵工程是生物工程的重要组成部分,在生物工程中处于中心地位。
无论是从微生物得到酶或用基因工程菌获得产品都必须依赖发酵工程技术。
发酵工程的发展直接影响生物工程的进一步发展。
2、发酵工业的一般特点:2.1生产所用原料通常以淀粉、糖蜜等碳水化合物(可再生资源)为主,辅料包括一定的无机或有机氮源和少量无机盐。
2.2微生物生化反应过程能通过单一微生物代谢活动完成,因而产品在发酵设备中一次合成。
2.3微生物能利用简单的物质合成复杂的高分子化合物。
2.4由于生命体特有的反应机制,微生物能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团导入等转化反应,从而获得某些具有一定经济价值的物质。
发酵工程与化学工程、生化工程的比较工业发酵的过程是依靠微生物细胞生命活动获得目的产物的过程,从根本上区别于化学合成工业和生化工业。
在工业化学过程中没有生物活性物质参与催化。
工业生化过程属于由酶催化的体外酶反应过程,酶具有生物活性。
当酶失活、辅酶耗尽,过程就停止了。
第三节、发酵工业的应用:发酵工程技术已给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力,解决了人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题。