生物工程导论 教学课件 作者 岑沛霖 主编第五章 微生物工程.pptx

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1、第5章微生物工程第5章微生物工程常见的工业微生物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85.1微生物工程的发展史5.1微生物工程的发展史12显微镜与微生物的发现微生物与发酵3微生物纯种培养技术4丙酮/丁醇发酵和甘油发酵5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。5.1.1、显微镜与微生物的发现5.1.2、微生物与发酵5.1.3、微生物纯种培养技术在

2、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。5.1.4、丙酮/丁醇发酵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。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。5.1.5、青霉素的发现与青霉素发酵的工业化5

3、.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。5.2常见的工业微生物12细菌放线菌3酵母4霉菌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。5.2.1、细菌5.2.1、细菌5.2.1、细菌5.2.1、细菌5.2.1、细菌5.2.1、细菌5.2.1、细菌5.2.1、细菌5.2.2、放线菌5.2.2、放线菌5.2.3、酵母5.

4、2.3、酵母5.2.3酵母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5.2.4、霉菌5.2.4、霉菌5.2.4、霉菌5.3微生物育种技术12诱变育种代谢工程育种3DNA重排与基因组重排育种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。5.3.1、诱变育种5.3.1、诱变育种5.3.1、诱变育种5.3.1、诱变育种5.3.2、代谢工程育种代谢

5、工程，又称代谢途径工程或途径工程，是基于代谢流分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。5.3.3、DNA重排与基因组重排育种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。5.4、微生物的营养和生长5.5发酵工业的生产流程5.5发酵工业的生产流程12原料预处理发酵培养基的配制和灭菌3无菌空气制备4微生物种子的制备5发酵过程的操作方式6发酵产品及其分离提纯工艺5.5.1、原料预处理对于很多不能

6、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。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。5.5.3、无菌空气制备好氧微生物的生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。5.5.4、微生物种子的制备5.5.5、发酵

7、过程的操作方式5.5.5、发酵过程的操作方式5.5.6、无菌空气制备5.6生物反应器和反应动力学12搅拌罐鼓泡塔3气升式反应器4流化床反应器和填充床反应器5发酵过程的检测和控制6发酵过程动力学和传质5.6.1、搅拌罐搅拌罐是发酵工业最常用的反应器形式5.6.2、鼓泡塔5.6.3、气升式反应器5.6.4、流化床反应器和填充床反应器5.6.5、发酵过程的检测和控制①过程参数的测量与操作变量的调节②过程的模型化与控制策略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5.6.6、发酵过程动力学和传质（2）生物