第五章微生物工程课件.pptx

1、生物工程导论生物工程导论 第第5 5章章 微生物工程微生物工程生物工程导论生物工程导论 第5章 微生物工程生物工程导论生物工程导论 常见的工业微生物2微生物育种技术3微生物工程的发展史1第5章 微生物工程微生物的营养和生长4发酵工业的生产流程5生物反应器和反应动力学6微生物发酵产品7资源和能源领域中的微生物工程8生物工程导论生物工程导论 5.1 微生物工程的发展史生物工程导论生物工程导论 5.1 微生物工程的发展史12显微镜与微生物的发现显微镜与微生物的发现微生物与发酵微生物与发酵3微生物纯种培养技术微生物纯种培养技术4丙酮丙酮/丁醇发酵和甘油发酵丁醇发酵和甘油发酵5青霉素的发现与青霉素发酵的

2、工业化青霉素的发现与青霉素发酵的工业化6微生物工程的发展微生物工程的发展生物工程导论生物工程导论 5.1.1、显微镜与微生物的发现显微镜的发明是人类认识微生物,并最终将发酵与微生物联系起来的基础。生物工程导论生物工程导论 5.1.1、显微镜与微生物的发现生物工程导论生物工程导论 5.1.2、微生物与发酵生物工程导论生物工程导论 5.1.3、微生物纯种培养技术在自然环境中，一种微生物常常和其他微生物互相混杂在一起生活。为了培养纯的某种微生物，首先就必须先将特定的微生物从它的自然生存环境中分离出来，然后转移到事先经过灭菌的纯净的培养基上进行培养。生物工程导论生物工程导论 5.1.4、丙酮/丁醇发酵

3、和甘油发酵甘油发酵和丙酮/丁醇发酵都是典型的厌氧发酵，无论是发酵工艺还是设备都比较简单，不涉及太复杂的工程问题。生物工程导论生物工程导论 5.1.5、青霉素的发现与青霉素发酵的工业化生物化学家对青霉素发酵工业化的贡献是他们深入研究了青霉素的代谢途径和它的抗菌机理，在代谢机理的研究成果启发下，人们发现，加入青霉素合成的前体可以大大提高青霉素的产量。生物工程导论生物工程导论 5.1.5、青霉素的发现与青霉素发酵的工业化生物工程导论生物工程导论 5.1.6、微生物工程的发展青霉素发酵的工业化使人们逐渐掌握了从自然环境中筛选有用微生物的技术、微生物诱变育种技术、好氧发酵技术和发酵产物的分离提纯技术。生

4、物工程导论生物工程导论 5.2 常见的工业微生物12细菌细菌放线菌放线菌3酵母酵母4霉菌霉菌生物工程导论生物工程导论 5.2.1、细菌细菌是单细胞原核生物，个体极小，没有成型的细胞核，一般以典型的“一分为二”的裂殖方式繁殖。球菌按其细胞排列方式又可进一步分为单球菌、双球菌、四联球菌、八叠球菌、葡萄球菌和链球菌等。生物工程导论生物工程导论 5.2.1、细菌生物工程导论生物工程导论 5.2.1、细菌生物工程导论生物工程导论 5.2.1、细菌生物工程导论生物工程导论 5.2.1、细菌生物工程导论生物工程导论 5.2.1、细菌生物工程导论生物工程导论 5.2.1、细菌生物工程导论生物工程导论 5.2.

5、1、细菌生物工程导论生物工程导论 5.2.1、细菌生物工程导论生物工程导论 5.2.2、放线菌生物工程导论生物工程导论 5.2.2、放线菌生物工程导论生物工程导论 5.2.3、酵母生物工程导论生物工程导论 5.2.3、酵母生物工程导论生物工程导论 5.2.3 酵母生物工程导论生物工程导论 5.2.4、霉菌霉菌是一类比酵母更高级也更复杂的小型丝状真菌生物工程导论生物工程导论 5.2.4、霉菌生物工程导论生物工程导论 5.2.4、霉菌生物工程导论生物工程导论 5.2.4、霉菌生物工程导论生物工程导论 5.3 微生物育种技术12诱变育种诱变育种代谢工程育种代谢工程育种3DNADNA重排与基因组重排育

6、种重排与基因组重排育种生物工程导论生物工程导论 5.3.1、诱变育种诱变育种是最常见的微生物育种技术，在发酵工业的发展过程中做出了重大的贡献，而且至今仍被广泛使用。微生物在自然状态下也会以极低的频率发生突变，因而在微生物传代的过程中，从大量的子代菌株里偶然也能筛选得到生产性能改善的高产菌株!这个过程称为自然选育。生物工程导论生物工程导论 5.3.1、诱变育种生物工程导论生物工程导论 5.3.1、诱变育种生物工程导论生物工程导论 5.3.1、诱变育种生物工程导论生物工程导论 5.3.1、诱变育种生物工程导论生物工程导论 5.3.2、代谢工程育种代谢工程，又称代谢途径工程或途径工程，是基于代谢流分

7、析和基因重组技术改善菌株遗传性状的一种先进的工程技术。代谢工程可以在对细胞的整个代谢网络的代谢流进行定性、定量分析的基础上，找出制约目标产物积累的关键酶催化反应，并利用基因重组技术直接对代谢途径中的关键酶进行修饰。生物工程导论生物工程导论 5.3.3、DNA重排与基因组重排育种生物工程导论生物工程导论 5.4、微生物的营养和生长微生物细胞由多种不同的元素组成。生物工程导论生物工程导论 5.4、微生物的营养和生长生物工程导论生物工程导论 5.5 发酵工业的生产流程生物工程导论生物工程导论 5.5 发酵工业的生产流程12原料预处理原料预处理发酵培养基的配制和灭菌发酵培养基的配制和灭菌3无菌空气制备

8、无菌空气制备4微生物种子的制备微生物种子的制备5发酵过程的操作方式发酵过程的操作方式6发酵产品及其分离提纯工艺发酵产品及其分离提纯工艺生物工程导论生物工程导论 5.5.1、原料预处理对于很多不能直接利用淀粉或者直接利用淀粉效率不高的微生物，发酵前还需要将淀粉质原料水解为葡萄糖。除碳源外，微生物的生长还需要氮源、磷、硫及许多金属元素。生物工程导论生物工程导论 5.5.2、发酵培养基的配制和灭菌工业上应用的发酵培养基大多数是液体培养基。液体培养基的配制是根据不同微生物的营养要求，将适量的各种原料溶解在水中，或者与水充分混合制成悬浮液。生物工程导论生物工程导论 5.5.3、无菌空气制备好氧微生物的生

9、长和产物生成过程都需要氧气，一般都采用空气作为氧气的来源。工业上空气除菌的过程比较复杂，为了保证生产过程的稳定，往往需要高空采风、经空气压缩机加压后采用加热灭菌和过滤等各种手段灭菌。生物工程导论生物工程导论 5.5.4、微生物种子的制备生物工程导论生物工程导论 5.5.5、发酵过程的操作方式生物工程导论生物工程导论 5.5.5、发酵过程的操作方式生物工程导论生物工程导论 5.5.6、无菌空气制备生物工程导论生物工程导论 5.6 生物反应器和反应动力学12搅拌罐搅拌罐鼓泡塔鼓泡塔3气升式反应器气升式反应器4流化床反应器和填充床反应器流化床反应器和填充床反应器5发酵过程的检测和控制发酵过程的检测和

10、控制6发酵过程动力学和传质发酵过程动力学和传质生物工程导论生物工程导论 5.6.1、搅拌罐搅拌罐是发酵工业最常用的反应器形式生物工程导论生物工程导论 5.6.2、鼓泡塔生物工程导论生物工程导论 5.6.3、气升式反应器生物工程导论生物工程导论 5.6.4、流化床反应器和填充床反应器生物工程导论生物工程导论 5.6.5、发酵过程的检测和控制过程参数的测量与操作变量的调节过程的模型化与控制策略生物工程导论生物工程导论 5.6.6、发酵过程动力学和传质（1）生物反应是一个多相体系生物工程导论生物工程导论 5.6.6、发酵过程动力学和传质（2）生物反应是一个多组分体系（3）生物反应是典型的多尺度问题（

11、4）生物反应是一个动态问题生物工程导论生物工程导论 5.7 微生物发酵产品12大宗及精细化学产品大宗及精细化学产品有机酸有机酸、氨基酸及其他食品添加剂氨基酸及其他食品添加剂3酶制剂酶制剂4医药及检测试剂医药及检测试剂5农用和兽用生物制品农用和兽用生物制品6由微生物发酵生产的多糖和聚羟基链烷酸由微生物发酵生产的多糖和聚羟基链烷酸生物工程导论生物工程导论 5.7.1、大宗及精细化学产品乙醇既可以从石油化工获得，也可以由酿酒酵母或运动发酵细菌从葡萄糖、淀粉或纤维素水解物、糖蜜等发酵产生。除了乙醇外，乳酸也具有作为大宗化工产品的前景。生物工程导论生物工程导论 5.7.2、有机酸、氨基酸及其他食品添加剂

12、5.7.2.1 有机酸5.7.2.2 氨基酸生物工程导论生物工程导论 5.7.2、有机酸、氨基酸及其他食品添加剂5.7.2.3 核酸核苷酸是组成核糖核酸的单体，也有一些核苷酸不包括在核酸的序列中，而是在细胞中担负着其他一些重要使命。5.7.2.4 维生素生物工程导论生物工程导论 5.7.3、酶制剂很多工业酶制剂都是利用微生物发酵生产的，其中产量最大的是水解酶类。生物工程导论生物工程导论 5.7.4、医药及检测试剂微生物次级代谢物对我们的健康和营养起着十分重要的作用。生物工程导论生物工程导论 5.7.5、农用和兽用生物制品微生物代谢产物的另一重要用途是农业和畜牧业。一些微生物的次级代谢产物已经广

13、泛用于农牧渔业。酶在农牧业中的应用也已经引起人们的注意。生物工程导论生物工程导论 5.7.6、由微生物发酵生产的多糖和聚羟基链烷酸生物工程导论生物工程导论 5.7.6、由微生物发酵生产的多糖和聚羟基链烷酸生物工程导论生物工程导论 5.8 资源和能源领域中的微生物工程12微生物冶金微生物冶金磷矿的微生物处理磷矿的微生物处理3微生物与石油资源的开采和利用微生物与石油资源的开采和利用4从生物量到能源从生物量到能源生物工程导论生物工程导论 5.8.1、微生物冶金微生物冶金是利用微生物的催化作用将矿物中的金属氧化，以离子的形式溶解到浸出液中加以回收的过程，由于冶金过程是在水溶液中进行的，因而属于湿法冶金

14、，又称为微生物湿法冶金。生物工程导论生物工程导论 5.8.2、磷矿的微生物处理可以将磷矿粉和培养基混在一起，利用微生物发酵过程将磷矿粉中的不溶性磷转化为可溶性磷，然后将这些可溶性磷和发酵产生的大量微生物一起作为高效的复合磷肥使用。生物工程导论生物工程导论 5.8.3、微生物与石油资源的开采和利用一般认为，石油是深埋在地下的古代动植物和微生物的残体，在地层深处的压力和温度下经受漫长的演变而形成的。微生物采油技术又可分为地上微生物采油技术和地下微生物采油技术。生物工程导论生物工程导论 5.8.4、从生物量到能源生物量是指单位面积或体积内生物体的质量，在资源领域，也指所有通过光合作用转化而成的有机物。生物量中最丰富的是植物纤维。生物工程导论生物工程导论 Thank youThank you