微生物资源开发与利用ppt课件

微生物资源的开发利用：(1)微生物(2)发酵工程(3)生物转化(4)环境保护和清洁生产，2.1。微生物及其特性。微生物是微生物的通称，只有借助显微镜才能观察到。微生物、病毒、原核生物、真细菌、古细菌、真核生物、真菌(酵母、霉菌、蘑菇等。)、单细胞藻类、原生动物等。人类一直与微生物共存。这是一场灾难吗？是福吗？在现代科学中，微生物学是对人类最有益的科学。微生物和人类之间关系的重要性怎么强调都不为过。然而，微生物是一把非常锋利的双刃剑。它们给人类带来巨大的利益，也带来“残酷”的毁灭。它给人类带来的好处不仅仅是享受，实际上还涉及到人类的生存。1664年，英国人罗伯特索克用原始显微镜观察了皮革表面和玫瑰枯萎叶子上生长的霉菌。2.微生物的发现和微生物学的建立和发展，在51676年，微生物学的先驱安东尼万列乌文霍克首次观察到了细菌。他没有上过大学，是一个说荷兰语的小商人，但他在1680年被选为皇家学会的成员。(2)微生物学基金会，法国的路易斯巴斯德(1822 1895)，德国的罗伯特科赫(1843 1910)。(7)微生物学基础，巴斯德，(1)微生物发酵的发现和验证；(2)完全否定“自然发生”理论；巴斯德生来就是化学家，他涉足微生物学来治疗“葡萄酒病”和“蚕病”。著名的烧瓶试验无可辩驳地证实，空气中确实存在微生物，它们会导致有机物腐败。(3)免疫学预防接种，首次研制狂犬病疫苗，(4)其他贡献，巴氏杀菌：60 65短时热处理杀灭有害微生物。8，robert koch，A)细菌纯培养方法的建立，马铃薯切片营养明胶营养琼脂(平板)，(1)基础微生物操作技术的贡献，B)各种培养基的设计，实现了实验室各种微生物的培养，c)流动蒸汽灭菌，d)染色观察和显微照相。9，(2)对病原菌的研究做出了突出贡献，a)已经明确证实炭疽杆菌是炭疽的致病菌；(b)发现肺结核病原体；(1905年诺贝尔奖)，c)证明微生物是否是疾病病原体的基本原理33，354著名的罗伯特科赫原理，1。这种微生物出现在每一个相同的案例中；2.这些微生物应该从宿主中分离出来，并在培养基中培养。3.用这种微生物的纯培养物接种健康和敏感的宿主，同样的疾病将重复发生。4.这种微生物可以从实验性疾病的宿主中分离并再次培养。微生物的特点是体积小、结构简单、食量大、食性广、繁殖快、易培养、数量大、分布广、种类多、易变异、抗性强。纤维素、木质素、甲壳质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物和各种有机物质都可以被微生物用作食物。12.快速繁殖：24小时后：4723666500万亿后代，重量：48小时后4722吨：221043后代，重量：22105吨，相当于4000地球的重量！大肠杆菌每细胞重约10-12克，平均20分钟繁殖一次。一只500公斤的食用公牛可以在24小时内产生0.5公斤的蛋白质，而同等重量的酵母以劣质糖溶液(如糖蜜)和氨水为原料，可以在24小时内产生5万公斤的优质蛋白质。许多微生物可以非常方便地人工培养。自然界中有大量的微生物(土壤、水、空气、动植物体和体表)。14、易突变：体积小，结构简单，与外界环境直接接触繁殖快，数量多，短时间内突变后代数量多，突变率：10-510-10，15，强(逆)抗性：耐热性：一些细菌可以在265个大气压和250下生长。自然界细菌生长的最高温度可达113；有些细菌的孢子需要加热煮沸8小时才能杀死。耐寒性：有些微生物能在-12至-30的低温下生长，耐酸碱性：细菌能耐受和生长的酸碱度范围：pH0.513，耐渗透压：果脯、腌制品、饱和盐水(氯化钠，32%)都有微生物生长，耐压：有些细菌能在1400个大气压下生长，20世纪40年代后，微生物本身的特性使其成为生物学研究的“明星”。微生物学很快与生物学的主流融合，并被推到整个生命科学发展的前沿。它实现了快速发展，为生命科学的发展做出了巨大贡献。微生物学和生物学的主流已经融合和交叉，并取得了全面深入的发展。17，1。微生物本身的特性(共性和特性)将得到更多的关注和利用。以微生物为研究材料，一些基本的生命现象将继续被研究。微生物产业的发展；重要致病菌的特性及预防；极端环境中微生物的研究；共性：微生物具有其他生物共有的基本生物学特征：生长、繁殖、新陈代谢、共享一套遗传密码等。甚至它们的基因组也含有与高等生物同源的基因，充分反映了生物的高度统一性。特征：微生物具有其他生物所没有的生物学特征。例如，它们可以在极端环境中生存和繁殖，而其他生物无法生存。它们有其他生物没有的代谢途径和功能，反映了微生物极其丰富的多样性。微生物自身特性的进一步开发利用：如可降解塑料、纤维素分解、单细胞蛋白生产等。利用微生物特性的基因工程产业：利用微生物生产药物、疫苗等。发酵工程发酵已从酒精饮料、醋酸和发酵面包的简单生产发展到生物工程的一个极其重要的分支，并已成为包括微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程在内的多学科工程。现代发酵工程不仅生产酒精饮料、醋酸和面包，还生产各种医疗和保健药物，如胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗，生产农业生产手段，如天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂，并在化学工业中生产氨基酸、香料、生物聚合物、酶、维生素和单细胞蛋白。广义而言，发酵工程包括三个部分：上游工程、发酵工程和下游工艺工程。上游工艺-菌种-菌种扩大培养基制备灭菌-接种，上游工程，发酵工程。21，下游工艺-产品分离和净化-废物处理副产品的回收，下游工程，发酵工程。22、发酵工程技术，主要在最佳发酵条件下，(1)有严格的无菌生长环境：包括发酵开始前对发酵原料、发酵罐和各种连接管道进行高温高压灭菌的技术；空气过滤技术，在发酵过程中，将干燥无菌空气连续引入发酵罐；(2)发酵过程中根据细胞生长要求控制进料速度的计算机控制技术；(3)不同的种子培养和生产培养技术。在进行任何大规模工业发酵之前，必须在实验室规模的小型发酵罐中进行大量实验，以获得产物形成的动力学模型，并且必须根据该模型设计中试规模的发酵要求，最后必须根据测试数据设计用于大规模生产的动力学模型。(5)由于生物反应的复杂性，从实验室到中试规模，从中试规模到大规模生产的过程中会出现很多问题，这就是发酵工程过程的放大问题。发酵的定义(1)、传统发酵(2)、生化和生理发酵(3)、工业发酵、例如，微生物在无氧条件下利用葡萄糖生产酒精并释放CO2。(1)传统发酵，初始发酵是指酵母作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或指葡萄酒的生产过程。工业发酵通常是指用微生物制造或生产某些产品的过程。包括：1 .厌氧培养生产过程，如酒精、乳酸等。2.曝气(好氧)培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。产品包括细胞代谢产物，包括菌体细胞、酶等。(2)获得发酵产品的条件，(2)发酵工业，(1)定义：指用生物活性产生的酶对无机或有机原料进行生物加工以获得产品；或者通过培养生物体来获得次级代谢物。28，3，发酵工业的范围，(1)，使用微生物细胞作为产品的发酵工业(2)，使用微生物代谢物作为产品的发酵工业(3)，使用微生物酶作为产品的发酵工业(4)，使用生物转化或修饰化合物的发酵工业(5)，微生物废水处理等。微生物产品：微生物细胞、酶、药物活性物质、特殊化学物质和食品添加剂，1。微生物细胞物质的生产被定义为旨在获得具有多种用途的微生物细胞的发酵工业，包括单细胞酵母和藻类、担子菌、用于生物控制的苏云金芽孢杆菌、用于预防人和牲畜疾病的疫苗等。特征：细胞的生长与产物的积累是平行的。最大生长率时期也是产品合成率最高的时期，产量在稳定生长期最高。2、微生物酶发酵，酶的特点：易于工业化生产，易于改进工艺提高产量。分类：胞内和胞外酶生物合成的特征：需要诱导或受抑制和抑制等调节作用的影响。应注意菌种选择、培养基制备和发酵条件。3。微生物代谢物的发酵，包括初级代谢物、中间代谢物和次级代谢物。对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，被称为初级代谢产物或中间代谢产物。各种次生代谢产物都产生于微生物生长缓慢或停止的时期，即稳定期，并来源于中间代谢产物和初级代谢产物。微生物的生物转化被定义为利用生物细胞对某些化合物的特定位点(组)的作用，将它们转化为具有相似结构但更具经济价值的化合物。最终产物是由酶或微生物细胞的酶系统在底物的特定部分发生化学反应而形成的。5.利用微生物的特殊功能，消除微生物对环境的污染，通过微生物发酵维持生态平衡，微生物湿法冶金，以及利用基因工程菌株探索发酵工程的新领域。发酵工业简介有机酸氨基酸核酸酶制剂制药工业(抗生素)饲料工业(单细胞蛋白环境工程(废物处理)其他(冶金工业.)，发酵工业，发酵食品，有机氨基酸，核苷酸，酶制剂，药物，饲料，环境应用，冶金工业，4。发酵工业的特点，微生物在发酵过程中的作用1，发酵材料的选择和预处理2，微生物菌株的选择和扩大3，发酵设备的选择和工艺条件的控制：常温常压。种子扩大培养和发酵采用不同的技术。4、发酵产物的分离和提取5、发酵废弃物的回收和利用，(1)发酵所用的原料通常是淀粉、糖蜜或其他农副产品，只有少量的有机和无机氮源可以加入进行反应。废水和废物可用作发酵原料，以转化和更新生物资源。(2)微生物菌株是发酵的基本因素。通过诱变和菌种选育，可以获得高产的优良菌株，并可以充分利用生产设备，从而获得常规方法难以生产的产品。(3)一般来说，发酵过程是常温常压下的生化反应。反应是安全的，需要简单的条件。(4)发酵对于预防和控制杂菌污染非常重要。反应必须在无菌条件下进行。(5)由于生物体本身的反应机理，它可以特异性地和高度选择性地在某些更复杂的化合物上的特定位点进行化学转化反应，例如氧化和还原，并且还可以产生更复杂的聚合物化合物。(6)发酵过程是通过生物体的自动调节完成的，反应的特异性强，因此可以获得相对单一的代谢产物。(7)与其他行业相比，工业发酵具有投资少、见效快、经济效益显著的优点。(8)除了使用微生物本身之外，人工构建的基因工程细菌也可用于反应。发酵方法的类型和过程。类型：根据对氧气的需求；根据培养基的物理性质区分厌氧和好氧发酵；液体发酵和固体发酵是根据微生物的生长特性来区分的：分批发酵和连续发酵；2.发酵过程、空气、空气净化处理、菌种保藏、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、产品分离纯化、成品。工业发酵步骤和工艺流程，(1)菌种培养用培养基和扩大生产用发酵罐的制备，(2)培养基、发酵罐及辅助设备的消毒灭菌，(3)将培养的活性纯菌种按一定量接种到发酵罐中，(4)控制接种到发酵罐中的菌种在最佳条件下生长并形成代谢产物，(5)产品的提取和精制， (6)回收或处理发酵过程中产生的废弃物和废水，以获得合格的产品，菌种筛选，摇瓶试验，发酵罐试验，发酵原料的预处理，不同的原料处理方法也不同。 1.淀粉在使用前转化为糊精或葡萄糖的方法：酸水解(高压、耐酸)和酶水解2。糖蜜被加热灭菌并用水稀释，在酸处理3后还可以加入无机盐。植物纤维原料经过酸碱法、蒸汽爆破法和酶法3。烃：通过对石油脱蜡的某些馏分进行冷却和脱蜡而获得的冰点为-10的油。加入适量的无机盐进行接种和发酵，菌种斜面培养，菌种：现有的优良生产菌种和新菌种选育方法：一般来说，斜面菌种储存在冷冻管、沙土管或冰箱中启动，在正式使用前转移到新鲜斜面培养基中活化，然后用于发酵厌氧微生物：将装有细菌的试管或凯氏烧瓶的斜面转移到三角瓶液体培养基中进行静态培养。微生物发酵和控制，发酵方法可分为固体发酵和液体发酵。固态发酵：适