微生物工程-绪论-课件

微生物工程

MicrobialEngineering

侯成林Tel:68902964E-mail:chenglin_hou@1ppt课件出勤率40%平时成绩30%期末考试30%2ppt课件微生物工程=？发酵工程3ppt课件微生物工程与发酵工程广义的发酵的概念可定义为：借助微生物大量生成并积累特定代谢产物的过程。发酵技术已经走出发酵罐时期，广泛应用于发酵罐以外的环境保护、生物质能源、采矿等涉及到很多新兴学科:微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机工程的一个多学科工程。因此用“微生物工程”一词更准确。4ppt课件微生物工程定义微生物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，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。微生物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、发酵过程和产品的分离提纯等方面。

5ppt课件FERMENTATIONProcessControlMicrobialEngineering上游工程UPSTREAMPROCESSES下游工程DOWNSTREAMPROCESSES微生物工程组成

从广义上讲，由三部分组成：

上游工程、发酵工程、下游工程6ppt课件UPSTREAMPROCESSES-genetics,cell…-inoculumdevelopmentmediaformulationsterilization-inoculationFERMENTATIONProcessControl上游工程MicrobialEngineering7ppt课件中游工程(核心部分)主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；还有种子培养和生产培养的不同的工艺技术

FERMENTATIONProcessControlMicrobialEngineering8ppt课件9ppt课件DOWNSTREAMPROCESSES-productextraction,purification&assay-wastetreatmentbyproductrecoveryFERMENTATIONProcessControl下游工程MicrobialEngineering包括:固液分离技术（离心分离，过滤分离，沉淀分离等工艺），细胞破壁技术（超声、高压剪切、渗透压、表面活性剂和溶壁酶等），蛋白质纯化技术（沉淀法、色谱分离法和超滤法等），最后还有产品的包装处理技术（真空干燥和冰冻干事燥等）。

10ppt课件微生物工程特点主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术(1)有严格的无菌生长环境：包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；

在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；(2)在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；(3)种子培养和生产培养的不同的工艺技术。11ppt课件(4)在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。(5)由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。12ppt课件微生物工程核心技术

----微生物发酵技术法国化学家、微生物家巴斯德提出了著名的发酵理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结果。”巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用；酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟；随着科学技术的发展，可以用加热处理等方法来杀死有害的微生物，防止酒发生质变。

同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的发酵产品。

13ppt课件利用微生物的特点

微生物工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌(丝状真菌)(“filamentousfungi”比“mould”更准确)

利用微生物的特点：

(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力(2)有极强的消化能力(3)有极强的繁殖能力

14ppt课件一、发酵的定义1、传统发酵2、生化和生理学意义的发酵3、工业上的发酵15ppt课件1、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。

16ppt课件2、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，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精CH3CH2OH并放出CO2。还有……?17ppt课件2、生化和生理学意义的发酵C6H12O6+2NAD+2ADP+2H3PO42CH3COCOOH+2NADH2+2ATP+2H2O18ppt课件2、生化和生理学意义的发酵CH3COCOOH+NADH2CH3CHOHCOOH+NAD19ppt课件3、工业上的发酵

泛指利用微生物制造或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。产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。20ppt课件二、微生物工业1.定义：借助微生物大量生产各种有用物质的现代工业，它必须具备三个条件： 优良的菌种 合适的环境条件（指使微生物大量积累 某种特定产物的环境条件） 先进的工艺设备21ppt课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和设备2.获得发酵产品的条件22ppt课件三、发酵工业的发展历史(一)、天然发酵时期：

17世纪以前，主要是酒类、酱、酱油、醋和干酪等的生产。如我国在夏禹时代就有酿酒的记载，古埃及和古巴比伦关于啤酒的酿造的记载大约有6000年的历史。该时期的特点是：处于自然和手工操作状态，不知道微生物的存在。23ppt课件（二）、纯培养技术建立：

19世纪初，R.Koch应用固体培养基分离微生物，纯培养技术建立。由于该技术的应用，微生物生产技术得到改进，发明了简便的密闭式发酵罐，采用了灭菌技术，微生物工业逐渐进入现代工业行列。该时期重要的产品有：酵母、酒精、丙酮、丁醇等。24ppt课件1680年：显微镜发明，Leeuwenhoch发现了微生物1857年：LouisPasteur证明发酵是微生物的作用1897年：EdwardBuchner兄弟证明发酵是酶的作用25ppt课件微生物纯培养技术的建立是微生物工业发展过程中的第一个转折点26ppt课件（三）、通气搅拌技术建立：20世纪中叶，随者青霉素的发现，抗生素开始逐渐兴起，由于青霉素大量生产的需要，建立了通气搅拌技术（深层培养技术）这一技术的建立，使许多产品都可以用好气性发酵进行大规模生产。可用通气搅拌技术生产的产品有：抗生素、维生素、氨基酸，有机酸等。27ppt课件通气搅拌技术是微生物工业发展过程中的第二个转折点28ppt课件（四）、代谢控制发酵技术建立：由于生物化学和微生物遗传学的发展，1957年，日本的科学家将微生物进行诱变，获得了一些营养缺陷型，某些营养缺陷型在有控制的条件下，能够选择性地大量产生某种代谢产物，建立了代谢控制发酵技术。29ppt课件代谢控制发酵技术是微生物工业发展过程中的第三个转折点30ppt课件（五）、石油发酵时期：上世纪60年代，在微生物工业中发生了一件有意义的事件，人们发现，除糖质原料外，石蜡、天然气等一些原料也可以作为微生物工业的原料，由于这些原料可以从石油中获得，即开始了“石油发酵”时期，如：用石蜡发酵生产柠檬酸，石油蛋白等。现在石油发酵状况怎么样?31ppt课件（六）、基因工程菌的应用：至上世纪70年代，由于分子生物学的发展，人们开始用“基因工程菌”来生产某些产品，如：胰岛素、干扰素、人或动物的激素等。32ppt课件当前微生物工业的发展：主要是在工程菌的重组改造;工艺设备方面，通过监控技术的提高，使整个生产设备、工艺过程不断向集成化、自动化的方向发展。33ppt课件四、微生物工业的范围34ppt课件产物的类型1、以微生物细胞为产物的发酵工业2、以微生物代谢产物为产品的发酵工业3、以微生物酶为产品的发酵工业4、生物转化或修饰化合物的发酵工业5、微生物废水处理和其他35ppt课件微生物产物：微生物细胞，酶，药物活性物质，特殊化学物质和食品添加剂36ppt课件1、生产微生物细胞物质定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的的产品的发酵工业，包括单细胞的酵母和子囊菌、担子菌，生物防治的苏云金杆菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率最高阶段，生长稳定期产量最高。37ppt课件2、微生物酶发酵分类：胞内酶和胞外酶生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑制等调控作用的影响，在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面需给予注意。38ppt课件3、微生物代谢产物发酵包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢产物。各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来自于中间代谢产物和初级代谢产物。39ppt课件4、微生物的生物转化定义：是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位（基团）的作用，使它转变成结构相类似但具有更大经济价值的化合物。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。40ppt课件41ppt课件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。42ppt课件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…）

FermentationIndustry

FermentedFoodsOrganicAcidsAminoAcidsNucleotidesEnzymesPharmaceutical(Antibiotics…)Feedstuff(eg.SCP)EnvironmentalApplication(WasteTreatment)Others(eg.Metallurgicalindustry)43ppt课件(1)原料:发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。(2)微生物:菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。五、发酵工业的特征44ppt课件(3)条件:发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件简单。(4)无菌:发酵对杂菌的污染的防治至关重要。反应必需在无菌条件下进行。(5)安全高效:由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。45ppt课件(6)专一性:发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。(7)经济效益:工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，并可以取得较显著的经济效益。(8)除利用微生物外，还可以用动植物细胞和酶，也可以用人工构建的遗传工程菌进行反应。46ppt课件六、发酵方法的类别与流程1、类别：根据对氧的需要区分：厌氧和有氧发酵根据培养基物理性状区分：液体和固体发酵根据从微生物生长特性区分：分批发酵和连续发酵47ppt课件2、发酵的流程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48ppt课件工业发酵步骤和工艺流程(1)用作培养菌种及扩大生产的发酵罐的培养基的配制(2)培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌(3)将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发酵罐中(4)将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成代谢产物(5)将产物抽提并进行精制，以得到合格的产品(6)回收或处理发酵过程中产生的废物和废水49ppt课件菌种筛选摇瓶试验发酵罐试验50ppt课件2.1发酵原料的预处理原料不同处理方法也有所差异。1.淀粉——利用前需变成糊精或葡萄糖方法：酸水解（高压、耐酸）、酶水解法2.糖蜜——加热杀菌和用水冲稀，也可加酸处理后再补充无机盐3.碳氢化合物：石油脱蜡——一定馏分的石油经冷却脱蜡而获得的凝固点在-10℃的油，加入适量无机盐进行接种发酵51ppt课件2.2菌种斜面培养菌种：已有的优良生产菌种和选育的新菌种方法：一般都是由保存于冷冻管及砂土管或冰箱中的斜面菌种开始，在正式使用前要先转接到新鲜斜面培养基上活化后，再用于种子扩大培养。52ppt课件2.3种子扩大培养扩大培养的方法可以根据需要采用固体培养或液体培养两级不同方式。固体种子扩大培养一般采用传统的制曲工艺，一般先用克氏瓶或匣子瓶进行扩大，再转接到曲盘扩大培养。需氧微生物：将克氏瓶表面培养的菌种接到装有液体培养基的三角瓶中，在摇床上振荡培养。厌氧微生物：将有菌种的试管斜面或克氏瓶转接到三角瓶液体培养基中静置培养。53ppt课件2.4微生物发酵和控制发酵方式可分为固体发酵和液体发酵两种。

固体发酵：适合于传统发酵工艺