发酵工程简介课件1.ppt

1、调调整整期期对对数数期期稳稳定定期期衰衰亡亡期期时间时间细菌数目的对数细菌数目的对数某种细菌的生长曲线微生物学的奠基人微生物学的奠基人伟大的巴斯德伟大的巴斯德 我国的传统发酵产品酱油、我国的传统发酵产品酱油、醋、腐乳等享誉世界醋、腐乳等享誉世界 我国的酿酒已经有我国的酿酒已经有40004000多多年的历史年的历史 我国的酱油距今已有我国的酱油距今已有30003000年的历史年的历史 18571857年巴斯德证明发酵是年巴斯德证明发酵是由于微生物的作用由于微生物的作用密闭式发酵罐密闭式发酵罐一、发酵工程的概念一、发酵工程的概念 指采用现代工程技术手段，利用微生物的指采用现代工程技术手段，利用微生

2、物的某些特定功能，某些特定功能，为人类生产有用为人类生产有用的产品或直接把的产品或直接把微生物应用于工微生物应用于工业生产过程的一业生产过程的一种新技术。种新技术。二、发酵工程的生产实例二、发酵工程的生产实例谷氨酸谷氨酸是味精是味精的主要的主要成分成分生产谷生产谷氨酸可氨酸可以采用以采用哪些方哪些方法？法？两种生产方式有什么不同？两种生产方式有什么不同？传统生产方式传统生产方式 现代生产方式现代生产方式蛋白质水解蛋白质水解微生物发酵微生物发酵酸酸植物蛋白植物蛋白 氨基酸氨基酸？谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径 谷氨酸棒状杆菌在谷氨酸棒状杆菌在一定一定的条件的条件下能

3、够利用环境下能够利用环境中的营养物质来合成谷中的营养物质来合成谷氨酸。氨酸。在工厂里是在工厂里是怎样应用谷氨酸怎样应用谷氨酸棒状杆菌来生产棒状杆菌来生产谷氨酸的？谷氨酸的？-酮戊二酸酮戊二酸葡萄糖葡萄糖中间产物中间产物谷氨酸谷氨酸谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NH4+抑制抑制（1 1）菌种菌种的选育的选育（2 2）培养基的）培养基的配制配制（3 3）培养基和设备的）培养基和设备的灭菌灭菌（4 4）扩大培养扩大培养和接种和接种（5 5）发酵过程）发酵过程（6 6）产品的分离提纯）产品的分离提纯中心阶段中心阶段三、发酵工程内容三、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、是不是所有的谷氨

4、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？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。量的谷氨酸。、谷氨酸产生菌的种类、谷氨酸产生菌的种类 谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌等谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌等 菌种菌种菌种的选育菌种的选育 要想通过发酵工程获得在种类、产量和质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，最重要的量等方面符合人们要求的产品，最重要的是

5、要有优良的菌种。是要有优良的菌种。怎样才能得到优怎样才能得到优良的菌种呢？良的菌种呢？如果生产的是微生物直接合如果生产的是微生物直接合成的产物成的产物可以从自然界中先分离出相可以从自然界中先分离出相应的菌种，再用物理或化学应的菌种，再用物理或化学的方法使菌种产生突变，从的方法使菌种产生突变，从突变个体中筛选出符合生产突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。要求的优良菌种。如果生产的是一般微生物不能如果生产的是一般微生物不能合成的产品合成的产品 可用基因工程、细胞工程的方法可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，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，从而以构建工

6、程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品的目的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？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、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。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这种培养基从物理性质和化学成分上看属于哪种培养基于哪种培养基?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。看是天然培养基。成成 分分酸碱度酸碱度豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、

7、生物素二钾、氧化钾、硫酸镁、生物素pHpH：7878培养基的配制培养基的配制问：为什么要用问：为什么要用液体培养基液体培养基和天然培养基？和天然培养基？答答 ：能使营养物质在发酵过程中得到充分：能使营养物质在发酵过程中得到充分的利用；的利用；还能为菌体提供更大的生存空间；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有利于生产过程中条件的控制和产物的提取。的提取。能满足菌体的营养需要；能满足菌体的营养需要；能降低生产成本；能降低生产成本；能减少对环境的污染。能减少对环境的污染。配制培养基时应注意事项配制培养基时应注意事项 （1 1）目的明确目的明确 根据不同的菌种，应选择不同根

8、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、无机盐等方物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求。面的营养要求。（2 2）营养协调营养协调 培养基的营养要协调，以利于培养基的营养要协调，以利于产物的合成。产物的合成。（3 3）pHpH适宜适宜 （4 4）减低成本减低成本 培养基在满足微生物的营养需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，以得到更高求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。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在生产实践中，要经过很多次的反

9、复试验确定其理化性质和成分理化性质和成分 配制好培养液后，是否可以立即加入菌种？配制好培养液后，是否可以立即加入菌种？不能不能需要进行灭菌需要进行灭菌 将培养液投放将培养液投放到发酵罐中，通到发酵罐中，通入入98kPa98kPa的蒸汽的蒸汽进行灭菌进行灭菌灭菌灭菌 为什么要灭菌呢？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。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，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则放线菌分泌的抗生素就会使大量

10、的谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉素生产过程中污染了状杆菌死亡。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，将合成的杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分解掉。青霉素分解掉。那如何防止杂菌的污染呢？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要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。菌处理。怎样才算灭菌彻底呢？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、用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。芽孢和孢子。是否可以将所选择的优良谷氨酸棒状杆菌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？直接加入发酵罐中？大规模

11、的发酵生产需要大量的菌种，应先经过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。这样可以多次扩大培养。这样可以缩短生产周期缩短生产周期。用于生产的菌种应选择处于对数期的谷氨酸棒用于生产的菌种应选择处于对数期的谷氨酸棒状杆菌状杆菌扩大培养和接种扩大培养和接种 如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩短生产周期呢？短生产周期呢？经过多次的扩大培养。经过多次的扩大培养。如何对菌种进行扩大培养呢？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，能在短进行培养，以促使菌体数

12、量快速增加，能在短时间里得到大量的菌体。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。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

13、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量的酒精 有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项呢？么事项呢？接种过程中要注意防止杂菌污染。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。在发酵罐冷却后，才可加入菌种。发酵过程发酵过程 将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，还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？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，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

14、检测培养液中细菌数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，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。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？环境中有哪些非生物因素可能影响谷氨酸发酵？温度温度 3037 3037PH 7.08.0PH 7.08.0溶氧溶氧通气量通气量转速转速无机盐无机盐 PO PO4 43-3-浓度过高，则转为缬氨酸发酵浓度过高，则转为缬氨酸发酵 p

15、HpH呈酸性：呈酸性：乙酰谷氨酰胺；乙酰谷氨酰胺；溶氧不足：溶氧不足：乳酸或琥珀酸；乳酸或琥珀酸；氮源的变化：氮源的变化：不足：不足：aa酮戊二酸酮戊二酸 多余：谷氨酰胺；多余：谷氨酰胺；发酵罐发酵罐加料口加料口放料口放料口无菌空气入口无菌空气入口排气口排气口冷却水进口冷却水进口冷却水出口冷却水出口PHPH检测及控制装检测及控制装置置搅拌器搅拌器分离、提纯分离、提纯 菌体本身，如酵母菌和细菌等菌体本身，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采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来出来 代谢产物代谢产物 采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。采用蒸馏、萃取、离子交换等方

16、法进行提取。应用特点应用特点生产条件温和生产条件温和原料来源丰富原料来源丰富价格低廉价格低廉产物专一产物专一废弃物对环境污染小容易处理等废弃物对环境污染小容易处理等四、发酵工程的应用四、发酵工程的应用药品药品抗生素（应用最多，利润最高）抗生素（应用最多，利润最高）维生素维生素动物激素动物激素药用氨基酸药用氨基酸核苷酸（肌酸）核苷酸（肌酸）青霉素青霉素头孢霉素头孢霉素红霉素红霉素四环素四环素复合维生素片复合维生素片 生长素释放抑制因子生长素释放抑制因子是一种人脑激素，治疗肢端肥大症，是一种人脑激素，治疗肢端肥大症，50万个羊脑提取万个羊脑提取5mg.工程菌：工程菌：7.5L培养液可得到培养液可得

17、到5mg.基基因因工工程程药药品品人生长激素人生长激素重组乙肝疫苗重组乙肝疫苗单克隆抗体单克隆抗体白细胞介素白细胞介素-2抗血友病因子抗血友病因子 在食品工业上的应用在食品工业上的应用生产传统的发酵产品生产传统的发酵产品 啤酒、果酒、食醋等啤酒、果酒、食醋等生产食品添加剂生产食品添加剂L-苹果酸、柠檬苹果酸、柠檬酸、乳酸酸、乳酸肌苷酸、谷氨酸肌苷酸、谷氨酸-胡萝卜素、红曲素胡萝卜素、红曲素高果糖浆、甜菜糖高果糖浆、甜菜糖细菌蛋白质占干重的细菌蛋白质占干重的60%-80%酵母菌的占酵母菌的占45%-65%单细胞蛋白：通过发酵工程获得的微生单细胞蛋白：通过发酵工程获得的微生物菌体物菌体知识巩固知识

18、巩固选取菌种选取菌种制备培养液制备培养液（灭菌）（灭菌）发酵罐发酵罐（灭菌）（灭菌）控制发控制发酵条件酵条件生产氨生产氨基酸等基酸等加工加工提取提取产品产品（1 1）菌种菌种的选育的选育（2 2）培养基的）培养基的配制配制（3 3）培养基和设备的）培养基和设备的灭菌灭菌（4 4）扩大培养扩大培养和接种和接种（5 5）发酵过程）发酵过程需严格控制温度、需严格控制温度、PHPH、溶氧、通气量与转速、溶氧、通气量与转速等发酵条件等发酵条件（6 6）产品的分离提纯）产品的分离提纯菌体可采用过滤、沉淀等方法分离菌体可采用过滤、沉淀等方法分离代谢产物可采用蒸馏、萃取、离子交换等方法代谢产物可采用蒸馏、萃取

19、、离子交换等方法提取提取中心阶段中心阶段发酵工程内容发酵工程内容（诱变育种、基因工程和细胞工程）（诱变育种、基因工程和细胞工程）生物工程各分支领域的关系生物工程各分支领域的关系生物工程的上游工程：生物工程的上游工程：基因工程、细胞工程基因工程、细胞工程 按照人的要求改造物种，获得工程菌或工按照人的要求改造物种，获得工程菌或工程细胞程细胞生物工程的下游工程：生物工程的下游工程：发酵工程、酶工程发酵工程、酶工程 基因工程、细胞工程产业化基因工程、细胞工程产业化 基因工程、细胞工程、发酵工程中需要的酶大基因工程、细胞工程、发酵工程中需要的酶大多通过酶工程获得；酶工程中酶的生产一般多通过酶工程获得；酶

20、工程中酶的生产一般通过微生物发酵的方法获得。通过微生物发酵的方法获得。85.每一年，我都更加相信生命的浪费是在于：我们没有献出爱，我们没有使用力量，我们表现出自私的谨慎，不去冒险，避开痛苦，也失去了快乐。约翰B塔布 86.微笑，昂首阔步，作深呼吸，嘴里哼着歌儿。倘使你不会唱歌，吹吹口哨或用鼻子哼一哼也可。如此一来，你想让自己烦恼都不可能。戴尔卡内基 87.当一切毫无希望时，我看着切石工人在他的石头上，敲击了上百次，而不见任何裂痕出现。但在第一百零一次时，石头被劈成两半。我体会到，并非那一击，而是前面的敲打使它裂开。贾柯瑞斯 88.每个意念都是一场祈祷。詹姆士雷德非 89.虚荣心很难说是一种恶行

21、，然而一切恶行都围绕虚荣心而生，都不过是满足虚荣心的手段。柏格森 90.习惯正一天天地把我们的生命变成某种定型的化石，我们的心灵正在失去自由，成为平静而没有激情的时间之流的奴隶。托尔斯泰 91.要及时把握梦想，因为梦想一死，生命就如一只羽翼受创的小鸟，无法飞翔。兰斯顿休斯 92.生活的艺术较像角力的艺术，而较不像跳舞的艺术；最重要的是：站稳脚步，为无法预见的攻击做准备。玛科斯奥雷利阿斯 93.在安详静谧的大自然里，确实还有些使人烦恼.怀疑.感到压迫的事。请你看看蔚蓝的天空和闪烁的星星吧!你的心将会平静下来。约翰纳森爱德瓦兹 94.对一个适度工作的人而言，快乐来自于工作，有如花朵结果前拥有彩色的

22、花瓣。约翰拉斯金 95.没有比时间更容易浪费的,同时没有比时间更珍贵的了，因为没有时间我们几乎无法做任何事。威廉班 96.人生真正的欢欣，就是在于你自认正在为一个伟大目标运用自己；而不是源于独自发光.自私渺小的忧烦躯壳，只知抱怨世界无法带给你快乐。萧伯纳 97.有三个人是我的朋友爱我的人.恨我的人.以及对我冷漠的人。爱我的人教我温柔；恨我的人教我谨慎；对我冷漠的人教我自立。JE丁格 98.过去的事已经一去不复返。聪明的人是考虑现在和未来，根本无暇去想过去的事。英国哲学家培根 99.真正的发现之旅不只是为了寻找全新的景色，也为了拥有全新的眼光。马塞尔普劳斯特 100.这个世界总是充满美好的事物，

23、然而能看到这些美好事物的人，事实上是少之又少。罗丹 101.称赞不但对人的感情，而且对人的理智也发生巨大的作用，在这种令人愉快的影响之下，我觉得更加聪明了，各种想法，以异常的速度接连涌入我的脑际。托尔斯泰 102.人生过程的景观一直在变化，向前跨进，就看到与初始不同的景观，再上前去，又是另一番新的气候。叔本华 103.为何我们如此汲汲于名利，如果一个人和他的同伴保持不一样的速度，或许他耳中听到的是不同的旋律，让他随他所听到的旋律走，无论快慢或远近。梭罗 104.我们最容易不吝惜的是时间，而我们应该最担心的也是时间；因为没有时间的话，我们在世界上什么也不能做。威廉彭 105.人类的悲剧，就是想延

24、长自己的寿命。我们往往只憧憬地平线那端的神奇【违禁词，被屏蔽】，而忘了去欣赏今天窗外正在盛开的玫瑰花。戴尔卡内基 106.休息并非无所事事，夏日炎炎时躺在树底下的草地，听着潺潺的水声，看着飘过的白云，亦非浪费时间。约翰罗伯克 107.没有人会只因年龄而衰老，我们是因放弃我们的理想而衰老。年龄会使皮肤老化，而放弃热情却会使灵魂老化。撒母耳厄尔曼 108.快乐和智能的区别在于：自认最快乐的人实际上就是最快乐的，但自认为最明智的人一般而言却是最愚蠢的。卡雷贝C科尔顿 109.每个人皆有连自己都不清楚的潜在能力。无论是谁，在千钧一发之际，往往能轻易解决从前认为极不可能解决的事。戴尔卡内基 110.每天

25、安静地坐十五分钟倾听你的气息，感觉它，感觉你自己，并且试着什么都不想。艾瑞克佛洛姆 111.你知道何谓沮丧-就是你用一辈子工夫，在公司或任何领域里往上攀爬，却在抵达最高处的同时，发现自己爬错了墙头。坎伯 112.伟大这个名词未必非出现在规模很大的事情不可；生活中微小之处，照样可以伟大。布鲁克斯 113.人生的目的有二：先是获得你想要的；然后是享受你所获得的。只有最明智的人类做到第二点。罗根皮沙尔史密斯 114.要经常听.时常想.时时学习，才是真正的生活方式。对任何事既不抱希望，也不肯学习的人，没有生存的资格。阿萨赫尔帕斯爵士 115.旅行的精神在于其自由，完全能够随心所欲地去思考.去感觉.去行

26、动的自由。威廉海兹利特 116.昨天是张退票的支票，明天是张信用卡，只有今天才是现金；要善加利用。凯里昂 117.所有的财富都是建立在健康之上。浪费金钱是愚蠢的事，浪费健康则是二级的谋杀罪。BC福比斯 118.明知不可而为之的干劲可能会加速走向油尽灯枯的境地，努力挑战自己的极限固然是令人激奋的经验，但适度的休息绝不可少，否则迟早会崩溃。迈可汉默 119.进步不是一条笔直的过程，而是螺旋形的路径，时而前进，时而折回，停滞后又前进，有失有得，有付出也有收获。奥古斯汀 120.无论那个时代，能量之所以能够带来奇迹，主要源于一股活力，而活力的核心元素乃是意志。无论何处，活力皆是所谓“人格力量”的原动力

27、，也是让一切伟大行动得以持续的力量。史迈尔斯 121.有两种人是没有什么价值可言的：一种人无法做被吩咐去做的事，另一种人只能做被吩咐去做的事。CHK寇蒂斯 122.对于不会利用机会的人而言，机会就像波浪般奔向茫茫的大海，或是成为不会孵化的蛋。乔治桑 123.未来不是固定在那里等你趋近的，而是要靠你创造。未来的路不会静待被发现，而是需要开拓，开路的过程，便同时改变了你和未来。约翰夏尔 124.一个人的年纪就像他的鞋子的大小那样不重要。如果他对生活的兴趣不受到伤害，如果他很慈悲，如果时间使他成熟而没有了偏见。道格拉斯米尔多 125.大凡宇宙万物，都存在着正、反两面，所以要养成由后面.里面，甚至是由相反的一面，来观看事物的态度。老子 126.在寒冷中颤抖过的人倍觉太阳的温暖，经历过各种人生烦恼的人，才懂得生命的珍贵。怀特曼 127.一般的伟人总是让身边的人感到渺小；但真正的伟人却能让身边的人认为自己很伟大。G.K.Chesteron 128.医生知道的事如此的少，他们的收费却是如此的高。马克吐温 129.问题不在于：一个人能够轻蔑、藐视或批评什么，而是在于：他能够喜爱、看重以及欣赏什么。约翰鲁斯金