工艺技术_发酵工程学课件

1 赵蕾山东师范大学生命科学学院Zhaolei PhDCollegeofLifeScienceShandongNormalUniversityE mail zhaolei 发酵工程FermentationEngineering 2 发酵工程 fermentationengineering 直接利用微生物的机能将物料加工以提供产品的过程 又称微生物工程 在最适发酵条件下 大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术 3 发酵工业简介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 FermentationIndustryFermentedFoodsOrganicAcidsAminoAcidsNucleotidesEnzymesPharmaceutical Antibiotics Feedstuff eg SCP EnvironmentalApplication WasteTreatment Others eg Metallurgicalindustry 4 为什么要利用微生物 抗生素 氨基酸 酶制剂等产品为什么能通过微生物发酵来生产 这与微生物的生长和代谢特点有什么关系 1 某些微生物因争夺生存环境或营养物 会产生抗生素将其他种类的微生物杀死 2 微生物会产生蛋白酶 纤维素酶和淀粉酶 将营养物质水解成可吸收的小分子的多肽或氨基酸 葡萄糖 3 微生物细胞会通过合成或分解代谢生产它必需的一些物质 包括氨基酸 核苷酸等 5 为什么要利用微生物 微生物繁殖非常迅速微生物培养易于控制微生物本身也容易改造 6 Fermentationengineering 上游工程UPSTREAMPROCESSES 下游工程DOWNSTREAMPROCESSES 发酵工程组成从广义上讲 由三部分组成 上游工程 发酵工程 下游工程 7 UPSTREAMPROCESSES genetics cell inoculumdevelopmentmediaformulationsterilization inoculation 上游工程 Fermentationengineering 8 DOWNSTREAMPROCESSES productextraction purification assay wastetreatmentbyproductrecovery 下游工程 Fermentationengineering 9 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和设备 获得发酵产品的条件 10 UseofMicroorganisms Positive 益处 BiomassProductionConversionNegative 危害 PathogensSpoilage 11 发酵的定义 传统发酵生化和生理学意义的发酵工业上的发酵 12 传统发酵 最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象 或者是指酒的生产过程 Fermentation最初来自拉丁语 发泡 fervere 13 14 生化和生理学意义的发酵 指微生物在无氧条件下 分解各种有机物质产生能量的一种方式 如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2 15 工业上的发酵 泛指利用微生物生产某些产品的过程 包括 1 厌氧培养的生产过程 如酒精 乳酸等 2 通气 有氧 培养的生产过程 如抗生素 氨基酸 酶制剂等 16 一 发酵工业简史时间发酵阶段主要产品主要技术 1900天然发酵酒醋干酪酵母天然分批1905 纯培养酒精丙酮丁醇密闭纯培养1940 通气搅拌抗生素有机酸通气搅拌酶维生素分批或连续1957 代谢控制氨基酸核苷酸选育缺陷菌株1960 开拓原料单细胞蛋白连续发酵1979 基因工程菌胰岛素干扰素DNA重组 纯培养 第一个转折点通气搅拌 第二个转折点代谢控制 第三个转折点基因工程菌 第四个转折点 17 Historyofappliedmicrobiology Ancienttimesflavour bread soysauce brewing beer wine 1861LouisPasteurfirstphaseindustrialbiotechnology1940penicillin Fleming antibioticindustryproductionoffinechemicals 18 原始发展阶段 发酵技术开始于家庭小制作 技术进步缓慢 完全是经验式的 并不知道其中的原理 传统发酵工业阶段 人们开始了解发酵现象的本质 采用开放式的发酵方式 生产过程及设备较为简单 规模一般不大 现代发酵工业阶段 技术要求高 发展速度快 生产规模大 菌种生产能力大幅度提高 新产品 新技术 新设备的应用达到前所未有的程度 生物技术产业阶段 利用构建的基因工程菌生产 19 二 生物反应的过程cellenzymebiocatalystmonitorsterlizedairproductbioreactorbyproductresiduesterilizingmedium extract 20 空气 空气净化处理 保藏菌种 斜面活化 扩大培养 种子罐 主发酵 碳源 氮源 无机盐等营养物质 灭菌 产物分离纯化 成品 21 菌种筛选 摇瓶试验 发酵罐试验 23 发酵工程的概念和内容 菌种选育 自然界筛选 诱变育种 基因工程 细胞工程 培养基配制 根据培养基的配制原则制备 实践中需多次试验配方 灭菌 杀灭杂菌 扩大培养和接种 发酵过程 中心阶段 检测进程 满足营养需要 严格控制温度 pH 溶氧 转速等 分离纯化 菌体 过滤 沉淀代谢产物 蒸馏 萃取 离子交换 24 四部分组成菌种选育及扩大培养原料预处理及培养基的制备发酵设备及反应条件的选择4 产品的分离与纯化 25 三 微生物工业产品的类型微生物菌体的发酵以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵工业 2 微生物酶发酵目前应用的酶大多来自微生物发酵 26 3 微生物代谢产物发酵 1 初级代谢产物 primarymetabolite 菌体生长繁殖所必需的 在对数生长期产生的物质 如氨基酸 核苷酸 蛋白质等 2 次级代谢产物 secondarymetabolite 与菌体生长繁殖无明显关系 是在菌体生长的稳定期 静止期 合成