微生物发酵工程[下学期]

课件39张PPT。栗２００６－９－３０第三节 发酵工程简介微生物代谢的人工控制１、改变遗传特性
　　人工诱变育种，筛选出优良的菌种。
２、控制生产条件
　　包括：培养基的配制、氧气、温度、ＰＨ等。
微生物培养技术：培养基的配制
灭菌
搁置斜面
接种
培养
分离和鉴定先需考虑菌种的选择远古人类发现，吃剩的米粥数日后变成
了醇香可口的饮料—人类最早发明的酒丰富多彩的酒文化微生物发酵我国古代的酿酒作坊
（四川新都县出土的汉代画像）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发酵罐的结构示意图复习什么叫发酵？
发酵的种类
　　据培养基的物理状态
　　据生成产物
　　对氧的需求 什么叫发酵工程？谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径谷氨酸是味精的主要成分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、选择菌种 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。 2、培养基的配制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。这种培养基从组成成分和物理性质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。3、灭菌配制好培养液后，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4、接种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
用于生产的菌种应选择处于对数期的谷氨酸棒状杆菌5、培养发酵过程中应该注意控制好哪些条件？
温度
PH
氧气
培养过程中不断进行搅拌的目的是什么？
使培养液和菌种充分接触，提高原料的利用率谷氨酸棒状杆菌是好氧菌6、分离提纯温度30-37?C，pH7-8，经过28-32h，培养液中就会产生大量的谷氨酸——50-100g/L
提取出谷氨酸
用适量的Na2CO3溶液中和
过滤
浓缩
离心→味精发酵工程的概念和内容 （一）发酵工程的概念
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，或者直接把微生物应用于工业生产的一种新技术。发酵工程的概念和内容（二）发酵工程的内容
菌种的选育
培养基的配制
灭菌
扩大培养和接种
发酵过程
产品的分离提纯等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 培养基的配制 要进行发酵生产，有了优良的菌种还需要有与菌种相适应的培养基。在配制培养基时应该注意哪些事情呢？
（1）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，并为微生物提供适宜的pH。
（2）培养基的营养要协调，以利于产物的合成。
（3）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。灭菌 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程中不能混入杂菌。这是为什么呢？
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。灭菌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。 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。扩大培养和接种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。 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。 发酵过程哪些条件能影响菌体的发酵呢？
发酵生产中对发酵过程有重大影响的因素
温度：自动控制装置检测调整。
pH：加料装置加酸或碱，添加缓冲液。
溶氧量：通气量和搅拌速度。
转速：自动装置控制。
分离、提纯 代谢产物
采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来
菌体本身，如酵母菌和细菌等
采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。发酵工程生产产品的工艺流程图发酵工程的应用（一）在医药工业上的应用
1.生产出了种类繁多的药品
2.发酵工程对医药工业的一个重大贡献
应用发酵工程大量生产的基因工程药品，如人生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体、白细胞介素—2、抗血友病因子等。生长激素释放抑制因子治疗　　肢端肥大症发酵工程的应用（二）在食品工业上的应用
主要包括以下三方面。
第一，生产传统的发酵产品，
如啤酒、果酒、食醋等，使产品的产量和质量得到明显的提高。
第二，生产各种食品的添加剂。
如酸味剂（柠檬酸）、鲜味剂（谷氨酸）、色素（红曲素）、甜味剂（高果糖浆）。
第三，帮助解决粮食问题。 单细胞蛋白细菌等微生物中蛋白质含量很高，细菌蛋白占细胞干重的６０％～８０％。利用淀粉或纤维素的水解液、制糖工业的废液、石化产品等为原料，通过发酵获得的大量微生物菌体——单细胞蛋白下表是某微生物培养基成分，请据此回答培养基配制原则1、目的要明确 2、营养要协调 3、PH值要适宜(1)上表培养基中营养成分共有 类。可培养的微生物类型是 。
⑵用该培养基培养谷氨酸棒状杆菌的还缺少________________？
(2) 如果用该培养基分离金黄色葡萄球菌和其他细菌，培养基中还需加 。
(3)若除去成分②，加入(CH20)，该培养基可用于 培养 。
⑷不论何种培养基，在各种成分都溶化后分装前，要进行的是 。
(6)上表中各成分重量确定的原则是 。
三自养型葡萄糖和生物素葡萄糖高浓度NaCl琼脂固氮菌调整PH值根据微生物的生长需要确定发酵过程
1、增加接种量 2、用与培养菌种相同的培养基 3、利用对数期的菌种
讨论：①如何缩短I期 ②II期时间长短与_____________有关
③生产上如何延长Ⅲ 期：④为什么要严格控制温度，PH 溶氧 通气培养基的多少连续培养法讨论：1、谷氨酸棒状杆菌经过复杂的代谢过程形成谷氨酸，当谷氨酸合成过多时对 该
途径有何影响？该调节属于______调节，
优点： ______
微生物代谢调节还有
2、讨论如何提高谷氨酸的产量，该育种
过程利用_________
3、谷氨酸是谷氨酸棒状杆菌的_________产物，
微生物代谢产物，还有_________产物，如 _____________，这两类产物在微生物代谢中的作用。酶活性酶合成的调节细胞工程初级代谢次级代谢色素抗生素毒素等是一种快速精细的调节方法ＴＨＥ　ＥＮＤ