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1、发酵工程简介发酵工程简介一、发酵工程的概念采用 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 应用于工业生产过程的一种新技术。二、谷氨酸发酵1菌种：谷氨酸棒状杆菌、。2培养基：培养基，含有豆饼水解液、玉米浆、磷酸氢二钾、氧化钾、等。现代工程现代工程微生物微生物黄色短杆菌黄色短杆菌液体液体尿素尿素硫酸镁硫酸镁生长素生长素3主要操作过程主要操作过程(1)通通入入 空空气气并并不不断断搅搅拌拌。搅搅拌拌可可加加速速 和和提提高原料的高原料的 。(2)分离谷氨酸。分离谷氨酸。(3)用用适适量量 溶溶液液中中和和后后再再经经过过滤滤、浓浓缩缩、离离心心分分离等，得到离等，得到 。无
2、菌无菌溶氧溶氧利用率利用率Na2CO3味精味精三、发酵工程的一般流程三、发酵工程的一般流程1菌种的选育菌种的选育(1)界中界中选选种。种。(2)育育种种、育育种种、基基因因工工程程育育种种等等方方法法得得到到优优良良菌菌种。种。2配制培养基：配制培养基：根据培养基的根据培养基的 配制培养基。配制培养基。3灭菌：灭菌：对对 和和 进进行行严严格格灭灭菌。菌。4扩大培养：扩大培养：使菌种增殖到使菌种增殖到 。5接种：接种：将菌种将菌种 到培养基上。到培养基上。自然自然诱变诱变细胞工程细胞工程配制原则配制原则培养基培养基发酵设备发酵设备一定量一定量接种接种6发酵过程发酵过程(1)随时取样检测培养液中
3、的随时取样检测培养液中的 、等。等。(2)及时添加必要的培养基组分，以满足菌种的及时添加必要的培养基组分，以满足菌种的 。(3)严严格格控控制制温温度度、通通气气量量与与转转速速等等发发酵酵条件。条件。7分离提纯分离提纯(1)菌体本身；采用菌体本身；采用 、等方法。等方法。(2)代谢产物：采用代谢产物：采用 、萃取、离于交换等方法。、萃取、离于交换等方法。四、发酵工程的应用1医药工业：生产各种 。2食品工业(1)生产传统的发酵产品，如啤酒、食醋等。(2)生产食品添加剂，如酸味剂、鲜味剂、甜味剂等。(3)为解决粮食短缺开辟新的途径，如用酵母菌等生产 。蛋白蛋白一、应用发酵工程的生产实例一、应用发
4、酵工程的生产实例复习谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径复习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能够利用环境中的营养物质来合成谷氨酸。成谷氨酸。【问题【问题1 1】谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌种了，是不是所有】谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌种了，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?我们应该选育什么我们应该选育什么样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢?只有选择细胞膜通透性较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒只有选择细胞膜通透性较强，在细胞内不
5、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。状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。【问题【问题2 2】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?培养基最主要的用途是满足微生物对营养物质的需要，即应满足培养基最主要的用途是满足微生物对营养物质的需要，即应满足微生物生长所需的碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等营养要求。微生物生长所需的碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等营养要求。【问题【问题3 3】分析以下培养基的成分，它是如何满足谷氨酸棒状杆菌】分析以下培养基的成分，它是如何满足谷氨酸棒状杆菌所需各种营养的所需各种营养的?谷氮酸谷氮酸发发酵的培养基：酵的
6、培养基：成分成分PHPH豆豆饼饼水解液、玉米水解液、玉米浆浆、尿素、尿素、氧化氧化钾钾磷酸磷酸氢氢二二钾钾、硫酸、硫酸镁镁、生物素、生物素7-87-8碳源：豆碳源：豆饼饼水解液、玉米水解液、玉米浆浆氮源：豆氮源：豆饼饼水解液、尿素水解液、尿素生生长长因子：生物素因子：生物素水：水解液水：水解液无机无机盐盐：磷酸：磷酸氢氢二二钾钾、氧化、氧化钾钾、硫酸、硫酸镁镁【问题【问题4 4】用这种培养基大规模生产谷氨酸有什么好处】用这种培养基大规模生产谷氨酸有什么好处?(1)(1)这种培养基是用天然成分作为营养物质的液体培养基这种培养基是用天然成分作为营养物质的液体培养基适于生产。适于生产。(2)(2)液
7、体培养基能使营养物质在发酵过程中得到充分利用，液体培养基能使营养物质在发酵过程中得到充分利用，还能为菌体提供更大的生存空间。同时，也有利于生产过还能为菌体提供更大的生存空间。同时，也有利于生产过程中培养条件的控制以及废物的提取。程中培养条件的控制以及废物的提取。(3)(3)采用天然物质作营养物质能满足菌体的营养需求，又采用天然物质作营养物质能满足菌体的营养需求，又能降低生产成成本，还能减少对环境的污染。能降低生产成成本，还能减少对环境的污染。【问题【问题5 5】有了菌种和合适的培养基，那发酵的主体设备又该是】有了菌种和合适的培养基，那发酵的主体设备又该是什么样的呢什么样的呢?发酵的主体设备是由
8、发酵罐及其控制部分组成。发酵的主体设备是由发酵罐及其控制部分组成。二、发酵工程的概念和内容二、发酵工程的概念和内容（一）发酵工程的概念（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者直接把微生物应用于工业生产的一种新技术。技术。（二）发酵工程的内容（二）发酵工程的内容菌种的选育菌种的选育培养基的配制培养基的配制灭菌灭菌扩大培养和接种扩大培养和接种发酵过程发酵过程产品的分离提纯等产品的分离提纯等1、菌种的选育、菌种的选育要想通过发酵工程获得在
9、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
10、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【问题【问题6 6】获得青霉素高产菌株和生产人胰岛素的大肠杆菌，这】获得青霉素高产菌株和生产人胰岛素的大肠杆菌，这些优良菌种的方法分别是什么些优良菌种的方法分别是什么?获得青霉素高产菌株的方法是诱变育种，获得生产人胰岛素的获得青霉素高产菌株的方法是诱变育种，获得生产人胰岛素的大肠杆菌的方法是基因工程。大肠杆菌的方法是基因工程。2、培养基的配制、培养基的配制【问题【问题7 7】要进行发酵生产，有了优良的菌种还需
11、要有与菌种相】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？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，应选择不同的原料配制培养基。配制）根据不同的菌种，应选择不同的原料配制培养基。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。）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）培养基在满
12、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。产成本，以得到更高的经济效益。3、灭菌、灭菌 【问题【问题8 8】发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过】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放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的
13、谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉索生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分死亡。如果在青霉索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。泌青霉素酶，将合成的青霉素分解掉。【问题【问题9 9】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菌处理。要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。【问题【问题1010】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、芽孢和孢子。用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。【训练【训练1 1】关于灭菌和消毒的不正确的理解】关于灭菌和消毒的不正确的理解(
14、)()A A灭菌是指杀灭环境中的一切微生物的细胞、芽孢和孢子灭菌是指杀灭环境中的一切微生物的细胞、芽孢和孢子 B B消毒和灭菌实质上是相同的消毒和灭菌实质上是相同的 C C接种环用烧灼法灭菌接种环用烧灼法灭菌 D D常用灭菌方法有加热法、过滤法、紫外线法、化学药品法常用灭菌方法有加热法、过滤法、紫外线法、化学药品法B4、扩大培养和接种、扩大培养和接种【问题【问题1111】如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩短生产周】如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩短生产周期呢？期呢？经过多次的扩大培养。经过多次的扩大培养。【问题【问题l2l2】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
15、将培养到对数期的菌体分开，分头进行培养，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。以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大量的菌体。【问题【问题1313】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，而发酵过程中的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不同。例如：在酒精发酵过程中，
16、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。程中则必须在无氧条件下进行以获得大量的酒精。【问题【问题1414】有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么】有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项呢事项呢?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。5、发酵过程、发酵过程 【问题【问题1515】将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，是不是发酵】将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，是不是发酵生产就能顺利地进行呢生产就能顺利地进行呢?不是的不是的!还
17、需要对发酵过程进行检测和还需要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行控制。这又是为什么呢对发酵条件进行控制。这又是为什么呢?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。更多的发酵产物。同时，还应对发酵条件进行严格控制。【训练【训练2 2】严格控制发酵条件，是保证
18、发酵正常进行的关键，直】严格控制发酵条件，是保证发酵正常进行的关键，直接关系到是否能得到质高量多的理想产物，通常所指的发酵条件接关系到是否能得到质高量多的理想产物，通常所指的发酵条件控制不包括控制不包括()()(A)(A)温度控制温度控制 (B)(B)溶氧的控制溶氧的控制 (C)PH (C)PH的控制的控制 (D)(D)酶的控制酶的控制D6、分离、提纯、分离、提纯 菌体本身菌体本身采用过滤、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、离子交换等方法进行提取。三、发酵工程的应用三、发酵工程的
19、应用（一）在医药工业上的应用（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，有人生长激应用发酵工程大量生产的基因工程药品，有人生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体、白细胞素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体、白细胞介素介素2、抗血友病因子等。、抗血友病因子等。（二）在食品工业上的应用（二）在食品工业上的应用第一，生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等，使第一，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。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。第二，生产各种食品的添加剂。第三，帮助解决粮食问题。第三，帮助解决粮食问题。