生物技术概论_发酵工程.ppt

第四章《发 酵 工 程》 发酵工程是一个历史悠久的行业，与人类生活和健康息息相关。 日常的发酵产品？？？ 发酵工程的定义？？？ 1 发酵工程概论 1.1 发酵的概念 1.1.1 传统意义上的发酵 用来描述“酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡”的现象。 1.1.2 生物化学和生理学意义的发酵 指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式。 如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。 1.1.3 工业上的发酵 　　泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程，包括： （1）厌氧发酵的生产过程，如酒精，乳酸等。 （2）好氧（通气）发酵的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。 1.2 发酵工程的主要发展过程 1.2.1 天然发酵阶段：传统的酿酒、制酱等。 1.2.2 纯培养阶段：人工控制微生物发酵过程 （第一个转折点） 1.2.3 通气搅拌技术阶段：（第二个转折点） 1.2.4 代谢控制发酵技术阶段：（第三个转折点） 1.2.5 利用基因工程菌进行发酵阶段：（第四个转折点） 1.3 发酵工程技术的应用 1.3.1 医药工业 抗生素、维生素、酶、疫苗、干扰素等 1.3.2 食品工业 SCP、氨基酸、饮料、酒类、添加剂等 1.3.3 能源工业 纤维素、半纤维素的转化、采油、产氢、沼气的生产等。 1.3.4 化学工业 乙醇、丙酮、生物塑料、表面活性剂等。 1.3.5 冶金工业 黄金开采和铜、铀等金属的浸提等。 1.3.6 农业、牧业 生物固氮、生物杀虫剂、微生物农药、微生物饲料等。 1.3.7 环境保护 有机废物（生活垃圾）的微生物的降解。 以上这些应用可概括为五个方面的内容： 1、微生物菌体发酵 2、微生物酶发酵 3、微生物代谢产物发酵 4、微生物的转化发酵 5、生物工程细胞发酵：指“应用生物技术获得的细胞进行培养的新型发酵”（动、植物细胞，杂交瘤细胞等的培养）。 这些内容都可以包含在以下两大发酵类型中。 发酵技术的特点： ⑴ 速度快； ⑵ 条件人工可控； ⑶ 原料可再生（易得）； ⑷ 产物分子复杂； ⑸ 易染菌； 2 发酵过程及控制 2.1 发酵一般过程 2.2 微生物及菌种 微生物广泛地存在于自然界中，与人们生活紧密相关，有的有害，有的有益。如… 2.2.1 工业生产常用微生物 细菌：醋酸、丙酮、丁醇、乳酸以及氨基酸、酶、维生素、酸菜、酸奶； 霉菌：酶制剂（制曲）、制药、饲料； 酵母菌：单细胞蛋白、酒精生产（酿酒）、疫苗； 2.2.1.1 细菌类 （1）枯草芽孢杆菌 （2）大肠杆菌 （3）醋酸杆菌 （4）棒状杆菌 （5）短杆菌（产氨短杆菌） 2.2.1.2、霉菌类 （1） 黑曲霉 （2） 米曲霉 （3） 青 霉 （4） 木 霉 （5） 根 霉 （6） 毛 霉 2.2.1.3 放线菌类 （1）链霉菌属 （2）诺卡氏菌属 2.2.1.4 酵母类 （1）啤酒酵母 第一个完成全基因组序列测定的真核生物（1997）； （2）假丝酵母 2.2.2 工业化生产对菌种的要求： (1)能利用廉价原料，产物产率高； (2)条件易掌握和控制； (3)速度快； (4)满足代谢调控要求； (5)抗噬菌体的能力强； (6)优良性能持久、稳定； (7)非病源菌； （1）培养基成分 A、因孢子和菌丝体不同而异 B、最后一级种子培养基应尽量与发酵培养基一致。 C、配比恰当、新鲜。 （2）种龄与种量 （3）培养条件：温度、 pH值、溶解氧； （4）泡沫：泡沫影响氧溶解和传递； （5）染菌：染菌影响（纯、壮、量）； （6）种子罐级数 级数由菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度、罐的容积而定。 2.3 培养基及其制备 发酵培养基的组成和配比，因微生物种类、设备、工艺、原料来源及质量不同而有所差别 碳源： 　碳源是组成培养基的主要成分之一（菌体干物质的50%以上是碳）。 主要功能：细胞、产物的骨架； 来源：糖类； 氮源 氮源也是培养基的主要成分之一（占干物质量的10%）。 主要功能：细胞、酶产物的组成；来源：有机氮、无机氮； 无机盐及微量元素 主要功能：组成、辅助因子等；来源：盐（原料、水）； 特殊生长因子 不可缺、量微，自身不能合成或量不够。 主要功能：辅酶，电子受体； 来源： 水 水是物质溶解和生化反应的基础。 功能： 2.4 发酵及控制 2.4.1 发酵类型 2.4.2 生物反应器(Bioreacto