发酵工程简介课件.ppt

第三节发酵工程简介,主讲老师：童卫平,调整期,对数期,稳定期,衰亡期,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,密闭式发酵罐,一、发酵工程的概念,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。,二、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？,两种生产方式有什么不同？,传统生产方式现代生产方式,蛋白质水解,微生物发酵,？,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？,（1）菌种的选育（2）培养基的配制（3）培养基和设备的灭菌（4）扩大培养和接种（5）发酵过程（6）产品的分离提纯,中心阶段,三、发酵工程内容,、是不是所有的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷氨酸发酵生产呢？我们应该选育什么样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢？只有选择细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。,、谷氨酸产生菌的种类谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌等,菌种,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？,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，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。,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,有了菌种用什么样的培养基去培养呢？培养基应满足微生物生长所需要的碳源、氮源、水、无机盐和生长因子等营养需求。这种培养基从物理性质和化学成分上看属于哪种培养基?从物理性质上看是液体培养基，从化学成分上看是天然培养基。,培养基的配制,问：为什么要用液体培养基和天然培养基？答：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。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。,配制培养基时应注意事项（1）目的明确根据不同的菌种，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。（2）营养协调培养基的营养要协调，以利于产物的合成。（3）pH适宜（4）减低成本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。,在生产实践中，要经过很多次的反复试验确定其理化性质和成分,3、为什么说“在实践中，培养基的配方要经过反复的试验才能确定？,因为不同菌咱所需要的营养物质和pH不同，另外，同一菌种在不同的阶段（主要分生长阶段和代谢产物积累阶段）所需要的营养物质和pH不同。,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,将培养液投放到发酵罐中，通入98kPa的蒸汽进行灭菌,灭菌,为什么要灭菌呢？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。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。,那如何防止杂菌的污染呢？要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。怎样才算灭菌彻底呢？用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。,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，应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,思考,扩大培养和接种,如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩短生产周期呢？经过多次的扩大培养。如何对菌种进行扩大培养呢？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。,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。例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。而在发酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量的酒精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。在发酵罐冷却后，才可加入菌种。,发酵过程,将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，还需要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行控制。这是为什么呢？发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。因此，要在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物。同时，还应对发酵条件进行严格控制。,环境中有哪些非生物因素可能影响谷氨酸发酵？温度3037PH7.08.0溶氧通气量转速无机盐PO43-浓度过高，则转为缬氨酸发酵pH呈酸性：乙酰谷氨酰胺；溶氧不足：乳酸或琥珀酸；氮源的变化：不足：a酮戊二酸多余：谷氨酰胺；,发酵罐,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,分离、提纯,菌体本身，如酵母菌和细菌等采用过滤、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。,从自然界分离的菌种,应用特点生产条件温和原料来源丰富价格低廉产物专一废弃物对环境污染小容易处理等,四、发酵工程的应用,在医药工业上的应用,药品,抗生素（应用最多，利润最高）,维生素,动物激素,药用氨基酸,核苷酸（肌酸）,青霉素,头孢霉素,红霉素,四环素,复合维生素片,生长素释放抑制因子,是一种人脑激素，治疗肢端肥大症，,50万个羊脑提取5mg.,工程菌：7.5L培养液可得到5mg.,基因工程药品,人生长激素,重组乙肝疫苗,单克隆抗体,白细胞介素-2,抗血友病因子,在食品工业上的应用生产传统的发酵产品啤酒、果酒、食醋等,生产食品添加剂,L-苹果酸、柠檬酸、乳酸,肌苷酸、谷氨酸,-胡萝卜素、红曲素,高果糖浆、甜菜糖,解决粮食短缺问题,细菌蛋白质占干重的60%-80%,酵母菌的占45%-65%,单细胞蛋白：通过发酵工程获得的微生物菌体,知识巩固,选取菌种,制备培养液（灭菌）,发酵罐（灭菌）,控制发酵条件,生产氨基酸等,加工提取,产品,例1可以作为自养微生物氮源的是（）A.N2、尿素B.牛肉膏、蛋白胨C.尿素、酵母粉D.铵盐、硝酸盐,五、例题分析,D,例2温度对发酵过程的影响，不正确的是（）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,B,（1）菌种的选育（2）培养基的配制（3）培养基和设备的灭菌（4）扩大培养和接种（5）发酵过程需严格控制温度、PH、溶氧、通气量与转速等发酵条件（6）产品的分离提纯菌体可采用过滤、沉淀等方法分离代谢产物可采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取,中心阶段,发酵工程内