发酵工程课程总结资料讲解.ppt

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1、发酵工程课程总结发酵:是指利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动，来制备微生物菌体本身或其代谢产物的过程。发酵工业是指利用微生物生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工获得产品的工业。其主体是利用微生物酶进行生化反应的工业。发酵工业：传统发酵（也称酿造，如醋、酱、酒等）近代发酵工业（如酒精、乳酸等）现代发酵工业（抗生素、氨基酸、酶制剂等）发酵工程：是指具有工程技术的微生物学在工、农、医等领域应用，而形成的一门多学科交叉的学科。实现发酵工程，必备条件：①某种功能的微生物；②控制微生物生长和代谢的各种条件；③微生物发酵设备；④发酵产物提取、精制的条件和设备。发酵工业大致经历如下几个阶

2、段：1．自然发酵阶段2．纯培养技术的建立3．通气搅拌发酵技术的建立4．代谢控制发酵技术5．开拓发酵原料时期6．基因工程阶段1、微生物菌体发酵2．微生物酶发酵3．代谢产物发酵4．微生物的生物转化发酵5．微生物特殊机能的利用发酵工程的范围发酵工程的未来1．利用基因工程技术改良菌种2．动植物细胞培养技术3．固定化酶或细胞技术微生物代谢代谢：生物体内所进行的全部化学反应的总和。代谢----物质代谢和能量代谢（酶）；物质代谢--分解代谢与合成代谢（酶）；能量代谢--产生、储运和利用（酶）。微生物代谢：初级代谢：一般把具有明确的生理功能，对维持生命活动不可缺少的物质代谢过程。其产物称为初级代谢产

3、物，如氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸和维生素等。次级代谢：把一些没有明确的生理功能，不是维持生命活动所必须的物质的代谢过程。其产物称为次级代谢产物，如某些色素、抗生素、毒素、生物碱等。代谢过程错综复杂，但受体内调节系统严格控制，并按照顺序、协调有效地进行，维持体内代谢平衡。对微生物而言：代谢过程----细胞内自我调节微生物代谢调节方式:1.细胞透性调节；2.代谢途径调节；3.代谢流向调节；4.代谢速度调节(酶活性或酶数量)。发酵工程生产水平由生产菌种性能、发酵条件、提取工艺和生产设备。其中生产菌种是最重要的，生产菌种最初都来源于自然界。①具有在较短的发酵周期内产生大量发酵产物的能力。②在

4、发酵过程中不产生或少产生与目标产品性质相近的副产物及其他产物。③生长繁殖能力强，生长速率快。优良的生产菌种应具备基本特性：④能够高效地将原料转化为产品。⑤有广泛利用不同来源原材料的能力，并对发酵原料成分波动敏感性较小。⑥对需要添加的前体物质有耐受能力，并且不能将这些前体物质作为一般碳源利用。⑦发酵过程中产生泡沫要少。⑧具有抗噬菌体感染能力。⑨遗传特性稳定，保证发酵过程能够长期、稳定地进行，同时有利于实施最佳工艺控制。生产菌种选育方法：自然选育、诱变选育、抗噬菌体菌种选育、杂交育种、原生质体融合技术、基因工程技术等。自然选育:不经人工处理，利用微生物自然突变进行菌种选育的过程。自然突变

5、原因：1.多因素低剂量的诱变效应，2.互变异构效应。自然选育程序:取样→菌悬液→稀释→平板分离→单菌落→能力检测→菌种。诱变育种：是利用物理、化学诱变剂处理微生物细胞，提高基因突变频率，再通过适当的筛选方法获得所需要的高产优质菌种的育种方法。常用的诱变剂--物理、化学和生物的三大类。诱变育种基本方法诱变育种----诱变和筛选诱变----包括出发菌株选择、诱变剂种类和剂量选择，以及合理使用方法。筛选----初筛和复筛，测定菌种的生产能力。诱变剂的使用方法诱变的方法：单一诱变和复合诱变。单一诱变：指只用一种诱变剂处理菌种。复合诱变：指两种以上诱变剂处理菌种。复合诱变处理包括同一诱变剂多次

6、处理、两种以上诱变剂同时、先后处理或多次处理。原生质体融合技术基因工程技术杂交育种菌种保藏的原理和方法发酵类型：1.分批发酵2.补料分批发酵3.半连续发酵4.连续发酵5.细胞高浓度发酵是研究各种环境因素与微生物代谢活动之间相互作用随时间而变化－－即生物反应速度的规律。微生物发酵动力学研究方法：是用数学模型定量地描述发酵过程中细胞生长速率、基质利用速率和产物生成速度等因素的变化，以达到对发酵过程有效的控制，从而提高产品的产率及降低生产成本的目的。发酵动力学模型：发酵动力学模型，是为了描述菌体生长、碳源利用与代谢产物形成速度变化，以及它们相互之间的动力学关系。目前有多种动力学分型。碳源利

7、用与产物形成速度的关系动力学分型，它将发酵过程分成了三个类型。1）Ⅰ型——产物直接与碳源利用有关；2）Ⅱ型——产物间接与碳源利用有关；3）Ⅲ型——产物表面与碳源利用无关。分批发酵动力学分批培养：是一次投料，一次接种，一次收获的间歇培养方式。这种培养方式操作简单，发酵液中细胞浓度、基质浓度和产物浓度均随时间而不断变化。就细胞浓度变化而言，在分批培养中要经历延迟期、对数生长期、减速期、稳定期和衰亡期（图4-2）。连续培养动力学连续培养或连续发酵是指在培养过程中