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1、第五章 微生物与发酵工程第三节 发酵工程介绍第第第第1 1页页页页一、发酵工程生产实例谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸路径 葡萄糖葡萄糖中间产物中间产物a酮戊二酸酮戊二酸谷谷氨氨酸酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸谷氨酸脱氢酶脱氢酶脱氢酶脱氢酶NH4抑抑 制制第第第第2 2页页页页只有选择细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能取得大量谷氨酸。一、发酵工程生产实例1.菌种选择谷氨酸发酵最主要无疑就是选择菌种了，应该选育什么样谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢?第第第第3 3页页页页一、发酵工程生产实例2.培养基选择成成 分分酸酸碱碱度度水水水水无机盐无机盐无机盐无机盐氮源氮源氮源氮源碳源碳源碳源碳源生
2、长因生长因生长因生长因子子子子豆饼水解液、玉米浆中水磷酸二氢钾磷酸二氢钾磷酸二氢钾磷酸二氢钾氧化钾氧化钾氧化钾氧化钾硫酸镁硫酸镁硫酸镁硫酸镁尿素尿素尿素尿素豆饼水豆饼水豆饼水豆饼水解液、解液、解液、解液、玉米浆玉米浆玉米浆玉米浆生物素生物素生物素生物素pHpHpHpH7-87-87-87-8 第第第第4 4页页页页一、发酵工程生产实例3.发酵罐示意图电动机电动机电动机电动机pHpH检测及检测及检测及检测及控制装置控制装置控制装置控制装置培养液培养液培养液培养液无菌空气无菌空气无菌空气无菌空气排气口排气口排气口排气口冷却水出口冷却水出口冷却水出口冷却水出口冷却水进口冷却水进口冷却水进口冷却水进口
3、搅拌器搅拌器搅拌器搅拌器加料口加料口加料口加料口放料口放料口放料口放料口第第第第5 5页页页页二、发酵工程概念采取当代工程技术伎俩，利用微生物一些特定功效，为人类生产有用产品，或直接把微生物应用于工业生产过程中一个新技术。第第第第6 6页页页页三、发酵工程内容发酵工程内容包含了以下基本步骤：1.菌种选育菌种选育2.培养基配置培养基配置3.灭菌灭菌4.扩大培养和接种扩大培养和接种5.发酵过程发酵过程6.分离提纯分离提纯第第第第7 7页页页页1、菌种选育1.选育方法：选育方法：1)1)从自然界中先分离出对应菌种；从自然界中先分离出对应菌种；从自然界中先分离出对应菌种；从自然界中先分离出对应菌种；2
4、)2)利用诱变筛选出符合生产要求优良菌种利用诱变筛选出符合生产要求优良菌种利用诱变筛选出符合生产要求优良菌种利用诱变筛选出符合生产要求优良菌种；3)3)利用基因工程、细胞工程方法构建工程细胞或工利用基因工程、细胞工程方法构建工程细胞或工利用基因工程、细胞工程方法构建工程细胞或工利用基因工程、细胞工程方法构建工程细胞或工程菌。程菌。程菌。程菌。2.举例：举例：可将人工合成人胰岛素基因与大肠杆菌质粒结合，可将人工合成人胰岛素基因与大肠杆菌质粒结合，可将人工合成人胰岛素基因与大肠杆菌质粒结合，可将人工合成人胰岛素基因与大肠杆菌质粒结合，形成重组形成重组形成重组形成重组DNADNA，再把重组，再把重组
5、，再把重组，再把重组DNADNA导入大肠杆菌细导入大肠杆菌细导入大肠杆菌细导入大肠杆菌细胞内形成工程菌。经过筛选则可培养出能生产人胞内形成工程菌。经过筛选则可培养出能生产人胞内形成工程菌。经过筛选则可培养出能生产人胞内形成工程菌。经过筛选则可培养出能生产人胰岛素菌种。胰岛素菌种。胰岛素菌种。胰岛素菌种。第第第第8 8页页页页2、培养基配置1.培养基配置标准：培养基配置标准：1.1.依据不一样菌种，选择不一样材料配制培养基。依据不一样菌种，选择不一样材料配制培养基。依据不一样菌种，选择不一样材料配制培养基。依据不一样菌种，选择不一样材料配制培养基。配制培养基应满足微生物在碳源、氮源长因子、水、无
6、机配制培养基应满足微生物在碳源、氮源长因子、水、无机配制培养基应满足微生物在碳源、氮源长因子、水、无机配制培养基应满足微生物在碳源、氮源长因子、水、无机盐等方面营养要求，并为微生物提供适宜盐等方面营养要求，并为微生物提供适宜盐等方面营养要求，并为微生物提供适宜盐等方面营养要求，并为微生物提供适宜PHPH。2.2.培养基营养要协调，以利于产物合成。培养基营养要协调，以利于产物合成。培养基营养要协调，以利于产物合成。培养基营养要协调，以利于产物合成。3.3.培养基在满足微生物营养需求基础上应尽可能培养基在满足微生物营养需求基础上应尽可能培养基在满足微生物营养需求基础上应尽可能培养基在满足微生物营养
7、需求基础上应尽可能降低生产成本，以得到更高经济效益。降低生产成本，以得到更高经济效益。降低生产成本，以得到更高经济效益。降低生产成本，以得到更高经济效益。2.举例：举例：发酵生产常采取天然成份液体培养基。而且，发酵生产常采取天然成份液体培养基。而且，发酵生产常采取天然成份液体培养基。而且，发酵生产常采取天然成份液体培养基。而且，经惯用野生植物淀粉、甘蔗渣、秸秆，以及乙经惯用野生植物淀粉、甘蔗渣、秸秆，以及乙经惯用野生植物淀粉、甘蔗渣、秸秆，以及乙经惯用野生植物淀粉、甘蔗渣、秸秆，以及乙醇、醋酸等石化产品代替粮食来配制培养基。醇、醋酸等石化产品代替粮食来配制培养基。醇、醋酸等石化产品代替粮食来配
8、制培养基。醇、醋酸等石化产品代替粮食来配制培养基。第第第第9 9页页页页3、灭菌灭菌原因：在发酵过程中如混入其它微生物，将与菌在发酵过程中如混入其它微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响响。举例：假如在谷氨酸发酵过程中混人放线菌，则假如在谷氨酸发酵过程中混人放线菌，则放线菌分泌抗生素就会使大量谷氨酸棒状放线菌分泌抗生素就会使大量谷氨酸棒状杆菌死亡。假如在青霉素生产过程中污染杆菌死亡。假如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，将了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成青霉素分解掉。合成青霉素分解掉。第第第第1010页页页页4、扩
9、大培养和接种 扩大培养：扩大培养是将培养到对数期菌体分开，分扩大培养是将培养到对数期菌体分开，分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，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菌体能在短时间里得到大量菌体接种：有了用于生产充分菌体，在接种时要注意有了用于生产充分菌体，在接种时要注意什么事项呢？什么事项呢？接种过程中要注意预防杂菌污染接种过程中要注意预防杂菌污染第第第第1111页页页页5、发酵过程 1.发酵产物：发酵产物：发酵产物主要在菌体生长稳定时产生。发酵产物主要在菌体生长稳定时产生。发酵产物主要在菌体生长稳定时产生。发酵产物主要在菌体生长稳定时产生。2.发酵进程发酵进程 在发酵
10、过程中随时取样检测培养液中细菌数目、在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、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，及时添加必需培养基产物浓度以了解发酵进程，及时添加必需培养基产物浓度以了解发酵进程，及时添加必需培养基产物浓度以了解发酵进程，及时添加必需培养基成份来延长菌体生长稳定时时间，以得到更多发成份来延长菌体生长稳定时时间，以得到更多发成份来延长菌体生长稳定时时间，以得到更多发成份来延长菌体生长稳定时时间，以得到更多发酵产物酵产物酵产物酵产物。3.发酵条件发酵条件 发酵生产中温度、发酵生产中温度、发酵生产中温度、发酵生
11、产中温度、pHpH、溶氧量等对发酵过程有、溶氧量等对发酵过程有、溶氧量等对发酵过程有、溶氧量等对发酵过程有重大影响。重大影响。重大影响。重大影响。第第第第1212页页页页6、分离提纯 发酵产物不一样，分离提纯方法会有所不一样，产物分离、提纯普通方法是：代谢产物：蒸馏、萃取、离子交换等方法。代谢产物：蒸馏、萃取、离子交换等方法。菌体本身：过滤、沉淀。菌体本身：过滤、沉淀。第第第第1313页页页页从自然界分离菌种从自然界分离菌种从自然界分离菌种从自然界分离菌种产 品基因工程基因工程基因工程基因工程诱变育种诱变育种诱变育种诱变育种诱变育种诱变育种诱变育种诱变育种生产用菌种生产用菌种生产用菌种生产用菌
12、种扩大培养扩大培养扩大培养扩大培养原原原原 料料料料微生物菌体微生物菌体微生物菌体微生物菌体代谢产物代谢产物代谢产物代谢产物分离提纯分离提纯分离提纯分离提纯发酵罐发酵条件控制接种接种接种接种培养基配置培养基配置培养基配置培养基配置灭菌灭菌灭菌灭菌第第第第1414页页页页四、发酵工程应用1.在医药方面：1)发酵工程能生产人们所需药品。比如：发酵工程能生产人们所需药品。比如：经过青霉发酵能生产青霉素。经过青霉发酵能生产青霉素。2)经过发酵工程能生产基因药品。比如：经过发酵工程能生产基因药品。比如：将合成人胰岛素基因转移到大肠杆菌将合成人胰岛素基因转移到大肠杆菌细胞内构建成细胞内构建成“工程菌工程菌
13、”，再经过培，再经过培养养“工程菌工程菌”即可取得人胰岛素。即可取得人胰岛素。第第第第1515页页页页四、发酵工程应用2.在食品工业方面：在食品工业方面：1)1)发酵工程能为人们提供丰富优质传统发酵产品。如：发酵工程能为人们提供丰富优质传统发酵产品。如：发酵工程能为人们提供丰富优质传统发酵产品。如：发酵工程能为人们提供丰富优质传统发酵产品。如：生产呻酒，果酒等。生产呻酒，果酒等。生产呻酒，果酒等。生产呻酒，果酒等。2)2)发酵工程能生产各种食品添加剂。比如发酵工程能生产各种食品添加剂。比如发酵工程能生产各种食品添加剂。比如发酵工程能生产各种食品添加剂。比如,酸味剂：柠檬酸、乳酸等；鲜味剂：谷氨
14、酸等；酸味剂：柠檬酸、乳酸等；鲜味剂：谷氨酸等；酸味剂：柠檬酸、乳酸等；鲜味剂：谷氨酸等；酸味剂：柠檬酸、乳酸等；鲜味剂：谷氨酸等；色色色色素：素：素：素：-胡萝卜素等；胡萝卜素等；胡萝卜素等；胡萝卜素等；甜味剂：高果糖浆等。甜味剂：高果糖浆等。甜味剂：高果糖浆等。甜味剂：高果糖浆等。3)3)发酵工程能为处理人类粮食短缺问题开辟新路径。发酵工程能为处理人类粮食短缺问题开辟新路径。发酵工程能为处理人类粮食短缺问题开辟新路径。发酵工程能为处理人类粮食短缺问题开辟新路径。比如：经过发酵可取得大量微生物菌体比如：经过发酵可取得大量微生物菌体比如：经过发酵可取得大量微生物菌体比如：经过发酵可取得大量微生物菌体单细胞单细胞单细胞单细胞蛋白。蛋白。蛋白。蛋白。2020世纪世纪世纪世纪8080年代中期全世界单细胞蛋白年产量年代中期全世界单细胞蛋白年产量年代中期全世界单细胞蛋白年产量年代中期全世界单细胞蛋白年产量已达已达已达已达2.0 x102.0 x107 7t t，广泛用于食品加工和饲料中。，广泛用于食品加工和饲料中。，广泛用于食品加工和饲料中。，广泛用于食品加工和饲料中。第第第第1616页页页页中央电教馆资源中心.11第第第第1717页页页页