第4章发酵工程学案.pptVIP

第三章 发酵工程 第一节 发酵工程概况 第二节 微生物工业菌种与培养基 第三节 发酵操作方法与工艺控制 第四节 发酵产物的后处理 第五节 发酵工程的应用 第一节 发酵工程概况 发酵工程的定义 发酵工程反应过程的特点 发酵工程的内容和发展 1.发酵工程的定义 发酵：利用微生物在有氧和无养条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程 发酵工程： 利用生物的生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工获得产品的工业。 是将传统的发酵与现代DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的发酵技术。是渗透工程学的微生物学。 发酵产品：人干扰素、乙肝疫苗、心活素、红细胞生成素、血凝因子、青霉素酰化酶、成纤维细胞生长因子等等 2.发酵工程反应过程的特点 a.反应条件温和 b.原料来源广泛 c.反应以生命体的自动调节方式进行，若干个反应过程能够像单一反应一样，在单一反应器内很容易地进行 d.发酵产品多为小分子，但能很容易的生产出复杂的高分子化合物 e.高度选择性的进行复杂化合物在特定部位的反应 f.发酵液一般对生物体无害 g.易发生杂菌污染 h.通过菌种改良，可以利用原有设备较大幅度的提高生产水平 需注意的一些问题 1.副产物的产生，造成提取和精制的困难 2.活细胞的反应，细胞容易发生变异，影响反应物的生成率，不易控制 3准备工作量大，花费高 4.底物浓度不能过高，要使用较大反应器 5废水具有较高的BOD/COD(水质生物耗氧量和化学需氧量）,需进行处理 3.发酵工程的研究内容 内容：生产菌种的选育、发酵条件的优化与控制、反应器的设计及产物的分离、提取与精致等过程 有价值的发酵产物：微生物菌体本身；菌体代谢产物；菌体或酶系实现生物转化得到的产物 第二节 微生物工业菌种与培养基 真核生物：细胞含有具体的细胞核，细胞核有核膜、核仁和染色体，如原生动物、单细胞藻类、真菌等。 原核生物：细胞含有不具体的细胞核，细胞核没有核膜、核仁，遗传物质(DNA)不组成典型的染色体，如细菌和立克次氏蓝绿藻类。 非细胞微生物：病毒如噬菌体 1.发酵工业对菌种的要求 a.原料廉价、生长迅速、代谢产物产量高 b.培养条件易于控制，所需酶活力高 c.发酵周期短，生长速度和反应速度快 d.菌株选择单产高的营养缺陷型突变菌株、调节突变菌株或野生菌株 e.菌株抗噬菌体能力强 f.菌种性能稳定，不宜变异退化 g.菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素 2.工业常用的微生物菌种 2.1细菌 2.1.1形态和大小 球状、杆状和螺旋状 1×10-10~1×10-9mg 2.1.2 属原核生物 包括细胞壁、细胞膜、细胞质和核质体等 特殊结构：鞭毛、荚膜和芽孢 2.1.3 细菌的繁殖方式 裂殖方式 芽孢：某些细菌在其生活史的一定阶段，于营养细胞内形成的一个内生孢子 一般湿热灭菌以杀死在自然界中抗热性最强的嗜热脂肪芽孢杆菌的芽孢为标准， 规定在121℃ 灭菌15分钟 2.1.4发酵工业常用的细菌 大肠杆菌、乳酸杆菌、枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌等 2.2 放线菌 2.2.1 形态及构造 菌落呈放射状 属于原核生物 由菌丝体构成，菌丝体包括基内菌丝体（营养菌丝体）和气生菌丝体 气生菌丝体发育到一定阶段形成孢子丝，然后形成孢子 2.2.2 放线菌的繁殖 无性方式繁殖，菌丝断裂的片断可繁殖成新的菌体 2.2.3 放线菌在微生物中的分类及地位 介于细菌和丝状真菌之间，在微生物分类位置上属于细菌 2.2.4 发酵工业常用的放线菌 主要用于生产抗生素： 龟裂酶素：土霉素 金霉素链霉菌：四环素 红霉素链霉菌：红霉素 其中小单胞菌属产抗生素最多 另外放线菌还可产生酶和维生素 2.3酵母 2.3.1 酵母的形态大小 属真菌类 单细胞 出芽方式进行无性繁殖 形态：球形、椭圆形、卵圆形、柠檬形、腊肠形和菌丝状等 大小：发酵工业用酵母一般 4~6μm 2.3.2 酵母的细胞结构 真核细胞 典型的细胞结构 2.3.3 酵母的繁殖方式 无性繁殖：芽殖和裂殖，酵母的主要繁殖方式 有性繁殖：产生子囊和子囊孢子 2.3.4 工业上常用的酵母 啤酒酵母 卡尔斯伯酵母 啤酒酵母椭圆变种 德巴利氏酵母属 汉逊氏酵母 毕赤氏酵母属 假丝酵母属 丝酶母属 2.4 霉菌 2.4.1 形态及构造 属于真菌，亦称丝状真菌 营养体由菌丝构成 菌丝：无横膈，整个菌丝是一个单细胞，含多个细胞核；有横膈每一段就是一个细胞 2.4.2 酶菌的繁殖及生活史 通过孢子繁殖,通过无性和有性方式形成孢子 2.4.3 工业常用霉菌 藻状菌纲：根酶、毛酶、犁头酶 子囊菌纲：红曲霉 半知菌类：曲霉、青酶 2.5 噬菌体 2.5.1特点、形态和化学成分 形