第八章發(fā)酵工程第八章發(fā)酵工程1第八章發(fā)酵工程---第一講第一節(jié)發(fā)酵工程的內(nèi)容第二節(jié)工業(yè)上常用的微生物第三節(jié)菌種的選育和保藏第八章發(fā)酵工程---第一講第一節(jié)發(fā)酵工程的內(nèi)容21、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展2、發(fā)酵的定義3、發(fā)酵的基本過程4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型第一節(jié)發(fā)酵工程的內(nèi)容1、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展第一節(jié)發(fā)酵工程的內(nèi)容31、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)概念的發(fā)酵工程開始于20世紀(jì)40年代初，是隨著抗生素大規(guī)模深層發(fā)酵工藝的建立和興起而得到迅速發(fā)展的。人們開始改變固體表面培養(yǎng)，采用液體深層培養(yǎng)。1、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)概念的發(fā)酵工程開始于20世紀(jì)41、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展生物工程的發(fā)展使發(fā)酵工程進(jìn)入了新的時(shí)期。通過基因工程菌的大規(guī)模培養(yǎng)，可以大量生產(chǎn)只有動(dòng)物或植物才能生產(chǎn)的物質(zhì)。1、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展生物工程的發(fā)展使發(fā)酵工程進(jìn)入了新的時(shí)51、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用也十分廣泛，廢水生物處理裝置實(shí)際上可以看做一個(gè)大型發(fā)酵罐，有機(jī)污染物在微生物作用下，轉(zhuǎn)化成水和CO2。1、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用也十分廣泛62、發(fā)酵的定義發(fā)酵工程（微生物工程），是在人工控制的條件下，通過微生物的生命活動(dòng)來獲得人們所需要物質(zhì)的過程的一種技術(shù)系統(tǒng)。2、發(fā)酵的定義發(fā)酵工程（微生物工程），是在人工控制的條件下，7發(fā)酵工業(yè)由兩個(gè)核心部分組成：一是獲得最精良的生物細(xì)胞（酶）;二是創(chuàng)造生物細(xì)胞（酶）作用的最佳環(huán)境（優(yōu)選發(fā)酵工藝和設(shè)備）。發(fā)酵工程的主要內(nèi)容包括:①生產(chǎn)菌種的選育;②發(fā)酵條件的優(yōu)化與控制;③反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及產(chǎn)物的分離；④提取與精制等過程。2、發(fā)酵的定義發(fā)酵工業(yè)由兩個(gè)核心部分組成：2、發(fā)酵的定義83、發(fā)酵的基本過程發(fā)酵工程由三部分組成：上游工程、發(fā)酵和下游工程。3、發(fā)酵的基本過程發(fā)酵工程由三部分組成：上游工程、發(fā)酵和下游93、發(fā)酵的基本過程上游工程包括優(yōu)良種株的選育、最適宜發(fā)酵條件（Ph、溫度、溶氧和營養(yǎng)組成）的確定、營養(yǎng)物質(zhì)的準(zhǔn)備等。發(fā)酵主要指在最適宜的發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)。這里要有嚴(yán)格的無菌生長環(huán)境，在發(fā)酵過程中不斷向發(fā)酵罐中通入干燥無菌空氣及加料速度的控制技術(shù)。3、發(fā)酵的基本過程上游工程包括優(yōu)良種株的選育、最適宜發(fā)酵條件103、發(fā)酵的基本過程根據(jù)不同的需要，發(fā)酵工藝可分為3類：1.批量發(fā)酵，即一次投料發(fā)酵；2.流加批量發(fā)酵，即在批量發(fā)酵的基礎(chǔ)上，流加一定量的營養(yǎng)，使細(xì)胞進(jìn)一步生長，或得到更多的代謝產(chǎn)物；3.連續(xù)發(fā)酵，不斷地流加營養(yǎng)，并不斷地取出發(fā)酵液。3、發(fā)酵的基本過程根據(jù)不同的需要，發(fā)酵工藝可分為3類：113、發(fā)酵的基本過程下游工程指從發(fā)酵液中分離和純化產(chǎn)品的技術(shù)。包括:①固液分離技術(shù)（離心，過濾，沉淀分離等工藝）②細(xì)胞破壁技術(shù)（超聲，高壓剪切，滲透壓，表面活性劑和溶壁酶等）③蛋白質(zhì)純化技術(shù)（沉淀法、色譜分離法和超濾法等）最后還有產(chǎn)品的包裝處理技術(shù)（真空干燥和冰凍干燥等）。3、發(fā)酵的基本過程下游工程指從發(fā)酵液中分離和純化產(chǎn)品的技術(shù)。124、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型發(fā)酵工程涉及的生產(chǎn)部門有食品工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工、酒精和飲料酒工業(yè)、氨基酸工業(yè)、有機(jī)酸工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、工農(nóng)業(yè)下腳料的處理和增值、工業(yè)廢水的處理和增值等。4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型發(fā)酵工程涉及的生產(chǎn)部門有食品工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)134、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型目前已知具有生產(chǎn)價(jià)值的發(fā)酵產(chǎn)物類型有：①微生物菌體本身；②菌體生長所必須的基本代謝產(chǎn)物；③菌體生長不必須的次級(jí)代謝產(chǎn)物；④由菌體合成的大分子化合物；⑤由菌體或酶系實(shí)現(xiàn)生物轉(zhuǎn)化所得的產(chǎn)物等。4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型目前已知具有生產(chǎn)價(jià)值的發(fā)酵產(chǎn)物類型有：144、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型有用于面包業(yè)的酵母及用于人類或動(dòng)物食品的微生物菌體蛋白發(fā)酵兩種類型。

菌體包括酵母，細(xì)菌，霉菌和真菌（包括食用菌）。包括微生物殺蟲劑的發(fā)酵，如蘇云金桿菌、蠟樣芽胞桿菌和側(cè)孢芽胞桿菌，其細(xì)菌中的伴孢晶體可毒殺鱗翅目和雙翅目的害蟲。①微生物菌體本身；4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型有用于面包業(yè)的酵母及用于人類或動(dòng)物食品154、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型②以微生物的酶為產(chǎn)品：酶類包括各個(gè)酶種、酶制劑和各種曲類（小曲、大曲、麩曲、麥曲）。微生物酶制劑有廣泛的用途，多用于食品和輕工業(yè)中。醫(yī)藥用的酶制劑也得到大力發(fā)展，如用于抗癌的天冬酰胺酶和用于醫(yī)藥工業(yè)的青霉素?；傅龋嫉玫搅碎_發(fā)和生產(chǎn)。4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型②以微生物的酶為產(chǎn)品：酶類包括各個(gè)酶16③以微生物代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品：4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型初級(jí)代謝產(chǎn)物：即菌體在生長期的產(chǎn)物，如氨基酸、核苷酸、蛋白質(zhì)、核酸、類脂、糖類等，是菌體生長繁殖所必須的。產(chǎn)生這些產(chǎn)物的菌體生長時(shí)期叫做對(duì)數(shù)生長期。次級(jí)代謝產(chǎn)物：指微生物產(chǎn)生的與本身的生長和生命活動(dòng)并不是密切相關(guān)的產(chǎn)物，它們一般產(chǎn)生于微生物生長的穩(wěn)定期，也即靜止期；如抗生素、生物堿、細(xì)菌毒素、植物生長因子和拮抗性物質(zhì)等。而者并非獨(dú)立的代謝途徑，兩者有密切的關(guān)系，初級(jí)代謝的中間體或者產(chǎn)物往往是次級(jí)代謝的前提物或起始物。③以微生物代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品：4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型初級(jí)代謝產(chǎn)17④利用微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)換或改造化合物結(jié)構(gòu)：4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型一是合成有用物，即將一種或幾種化合物轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相關(guān)的更有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)物；二是分解有害物，即分解有害化合物使其無害化。生物轉(zhuǎn)化也化學(xué)反應(yīng)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，如特異性強(qiáng)，反應(yīng)條件溫和、轉(zhuǎn)化效率高、對(duì)環(huán)境無污染等。在維生素C的生產(chǎn)中，由我國科學(xué)家首創(chuàng)的“二步發(fā)酵法”，先將山梨醇轉(zhuǎn)化成L—山梨糖，再用兩種菌株組合將L—山梨糖轉(zhuǎn)化成2-酮基-L-古龍酸。④利用微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)換或改造化合物結(jié)構(gòu)：4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類18第二節(jié)工業(yè)上常用的微生物1、細(xì)菌2、放線菌3、酵母菌4、霉菌5、病毒第二節(jié)工業(yè)上常用的微生物1、細(xì)菌19微生物資源豐富，廣布于土壤、水和空氣等自然界中，其中土壤中最多?，F(xiàn)在微生物工業(yè)用菌有的是野生型，有的是通過誘變得到的突變體。第二節(jié)工業(yè)上常用的微生物微生物資源豐富，廣布于土壤、水和空氣等自然界中，其第二節(jié)201、細(xì)菌①枯草芽孢桿菌產(chǎn)生大量的淀粉酶和蛋白酶飼料添加

1、細(xì)菌①枯草芽孢桿菌產(chǎn)生大量的淀粉酶和蛋白酶211、細(xì)菌②大腸桿菌

大腸桿菌用于制取天冬氨酸、蘇氨酸、頡氨酸等，在醫(yī)藥方面和基因工程方面是很好的研究材料.

1、細(xì)菌②大腸桿菌大腸桿菌用于制取天冬氨酸、221、細(xì)菌③乳酸桿菌發(fā)酵糖產(chǎn)生大量乳酸而命名。應(yīng)用：乳酸、干酪、奶子酒、發(fā)面、泡菜、酸奶等的制作。1、細(xì)菌③乳酸桿菌發(fā)酵糖產(chǎn)生大量乳酸而命231、細(xì)菌④雙歧桿菌

雙歧桿菌是寄生在人類腸道中的有益菌。它可與乳酸桿菌等有益菌混種，在加入某些低聚糖類作為雙歧桿菌促生長因子，制成復(fù)合微生態(tài)制劑，是一種具有良好保健作用的功能性食品。1、細(xì)菌④雙歧桿菌雙歧桿菌是寄生在人類腸道中的有益菌。它242、放線菌從微生物中發(fā)現(xiàn)的抗生素有60%以上是放線菌產(chǎn)生的。

其中鏈霉菌屬產(chǎn)生的抗生素約占各種微生物所產(chǎn)生抗生素的50%以上，如鏈霉素，土霉素，金霉素，四環(huán)素，紅霉素，氯霉素，卡那霉素，螺旋霉素、潔霉素等。2、放線菌從微生物中發(fā)現(xiàn)的抗生素有60%其中鏈霉菌屬產(chǎn)生的抗253、酵母菌酵母菌是單細(xì)胞真核微生物，在自然界中普遍存在，主要分布于含糖質(zhì)較多的偏酸性環(huán)境中，如水果，蔬菜、花蜜和植物葉子上，以及果園土壤中。石油酵母較多分布在油田周圍的土壤中。種類：酒精酵母、啤酒酵母、假絲酵母、紅酵母、面包酵母應(yīng)用：生產(chǎn)酒精、啤酒、石油發(fā)酵脫蠟和制取蛋白質(zhì)、生產(chǎn)脂肪.3、酵母菌酵母菌是單細(xì)胞真核微生物，在自然界中普遍存在，主要263、酵母菌3、酵母菌273、酵母菌紅酵母本屬中有產(chǎn)脂肪較好的菌種?？捎删w提取大量脂肪。

3、酵母菌紅酵母本屬中有產(chǎn)脂肪較好的菌種?？捎?84、霉菌①根霉能將淀粉轉(zhuǎn)化為糖。根霉常用作糖化菌種。是釀造工業(yè)中常用糖化菌。我國最早利用根霉糖化淀粉（即阿明諾法）生產(chǎn)酒精。4、霉菌①根霉能將淀粉轉(zhuǎn)化為糖。根霉常29②毛霉4、霉菌有幾種毛霉能產(chǎn)生較多的蛋白酶，具有分解大豆蛋白的能力，多用于制造酸性蛋白酶、豆腐乳和豆豉。②毛霉4、霉菌有幾種毛霉能產(chǎn)生較多的蛋白酶，304、霉菌③犁頭霉犁頭霉對(duì)甾族化合物有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)化能力。

此屬菌廣泛分布于土壤、酒曲和各種糞便中，是制酒生產(chǎn)的污染菌，有些能在37攝氏度生長的種類是人、畜的病原菌，有些菌株為轉(zhuǎn)化甾族化合物的重要菌株。

4、霉菌③犁頭霉犁頭霉對(duì)甾族化合物有較此屬菌廣泛分布于土314、霉菌④曲霉

黑曲霉具有多種活性強(qiáng)大的酶系，如淀粉酶，蛋白酶，果膠酶、纖維素酶和葡萄糖氧化酶等。還能產(chǎn)生多種有機(jī)酸，如抗壞血酸，檸檬酸，葡萄糖酸和沒食子酸等，所以在工業(yè)上被廣泛應(yīng)用，是產(chǎn)生檸檬酸和葡萄糖酸的重要菌種。黃曲霉:4、霉菌④曲霉黑曲霉具有多種活性強(qiáng)大的酶系，如黃曲霉:32⑤青霉4、霉菌有些青霉菌不僅是生產(chǎn)青霉素的重要菌種，還被用來生產(chǎn)有機(jī)酸、維生素和酶制劑等。⑤青霉4、霉菌有些青霉菌不僅是生產(chǎn)青霉素的重335、病毒感染了病毒的細(xì)胞中，當(dāng)病毒處于增殖高峰時(shí)會(huì)產(chǎn)生干擾素，其作用在于直接或通過酶反應(yīng)來抑制病毒核酸的復(fù)制，因而可易用其生產(chǎn)干擾素。5、病毒感染了病毒的細(xì)胞中，當(dāng)病毒處于增殖高峰時(shí)會(huì)產(chǎn)生34第三節(jié)菌種的選育和保藏1、菌種選育的目的2、菌種的分離和篩選3、自然選育4、誘變育種5、雜交育種與分子育種6、菌種保藏第三節(jié)菌種的選育和保藏1、菌種選育的目的35工業(yè)的生產(chǎn)水平取決于三個(gè)要素：生產(chǎn)菌種、發(fā)酵工藝和設(shè)備。優(yōu)良菌種的選育不僅為發(fā)酵工業(yè)提供高產(chǎn)生產(chǎn)菌株，還可以提供各種類型的突變株，改善其生理生化特性，去除多余的代謝途徑和產(chǎn)物，有利于合成新的產(chǎn)物，改善發(fā)酵工藝的條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加經(jīng)濟(jì)效益。第三節(jié)菌種的選育和保藏工業(yè)的生產(chǎn)水平取決于三個(gè)要素：生產(chǎn)菌種、發(fā)酵工藝和設(shè)第三節(jié)361、菌種選育的目的菌種選育的目的：1.提高其生產(chǎn)能力：2.選育能適應(yīng)工藝條件的菌種，如能利用廉價(jià)的發(fā)酵原料、能耐受某些化學(xué)消毒劑等。1、菌種選育的目的菌種選育的目的：372、菌種的分離和篩選①營養(yǎng)特性，利用廉價(jià)、來源豐富培養(yǎng)基原料②生長溫度，高于40度③遺傳和生產(chǎn)能力穩(wěn)定④菌的轉(zhuǎn)化能力和產(chǎn)物濃度要高⑤菌容易從發(fā)酵液中分離⑥菌種本身無毒，也不產(chǎn)生毒素菌種的分離和篩選要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的要求進(jìn)行，一般對(duì)菌種的要求：2、菌種的分離和篩選①營養(yǎng)特性，利用廉價(jià)、來源豐富培養(yǎng)基原382、菌種的分離和篩選分離和篩選菌種的具體做法一般分為4個(gè)步驟：1.樣品采集；2.富集培養(yǎng)；3.純種分離；4.發(fā)酵性能測定。富集培養(yǎng)：一類使混合微生物群體中某特定微生物比例激增的培養(yǎng)方法。其一可用促進(jìn)某特定微生物生長繁殖的選擇性培養(yǎng)基或培養(yǎng)條件，其二可用抑制其他微生物生長繁殖的選擇性培養(yǎng)基或培養(yǎng)條件。

2、菌種的分離和篩選分離和篩選菌種的具體做法富集培養(yǎng)：一類使393、自然選育在工業(yè)生產(chǎn)中，由于各方面因素的影響，生產(chǎn)水平的波動(dòng)比較大，經(jīng)常從高生產(chǎn)水平批號(hào)中取樣進(jìn)行單菌落分離，從中選出比較穩(wěn)定的菌株，用于生產(chǎn)。所以自然分離亦是誘變育種和雜交育種工作中一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)。3、自然選育在工業(yè)生產(chǎn)中，由于各方面因素的影響，生產(chǎn)水平的波403、自然選育自然選育（自然分離）的一般程序是把菌種制備程單孢子懸浮液，經(jīng)過適當(dāng)?shù)南♂屢院?，在固體平板上進(jìn)行分離，挑取部分單菌落進(jìn)行生產(chǎn)能力的測定，經(jīng)反復(fù)篩選，以確定生產(chǎn)能力更高的菌株，代替原來的菌株。3、自然選育自然選育（自然分離）的一般程序是把菌種制備程單孢41自然選育是一種簡單易行的選育方法，它可以達(dá)到純化菌種、防止菌種衰退、穩(wěn)定生產(chǎn)提高產(chǎn)量的目的。但是自然選育的最大缺點(diǎn)是效率低、進(jìn)展慢，很難使生產(chǎn)水平大幅度提高。因此只有經(jīng)常進(jìn)行自然選育和誘變育種交替適用，才可以收到良好的效果。3、自然選育自然選育是一種簡單易行的選育方法，它可以達(dá)到純化菌種、防止菌42通過誘變處理就可以大大提高菌種的突變頻率，擴(kuò)大變異幅度，至今誘變育種仍是菌種改良的重要手段。能誘發(fā)基因突變并使突變頻率提高到超過自然變水平的物理、化學(xué)因子都稱為誘變劑。誘變育種就是采用合適的誘變劑處理均勻分散的微生物細(xì)胞群，在引起多數(shù)細(xì)胞致死的同時(shí)，其遺傳物質(zhì)DNA和RNA的化學(xué)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，從而引起少數(shù)存活微生物的遺傳變異。4、誘變育種通過誘變處理就可以大大提高菌種的突變頻率，擴(kuò)大變異434、誘變育種4、誘變育種44微生物雜交育種一般指兩個(gè)不同基因型的菌株通過接合或原生質(zhì)體融合，其遺傳物質(zhì)重新組合，再從中分離和篩選出具有新性狀的菌株。雜交育種是選用已知性狀的供體菌株和受體菌株作為親本，把不同菌株的優(yōu)良性狀幾種于組合體中。5、雜交育種與分子育種微生物雜交育種一般指兩個(gè)不同基因型的菌株通過接合或5、雜交育45分子育種是應(yīng)用基因工程手段，在分子水平上，用人工方法取出供體DNA上的基因，在體外重組于載體DNA上，在轉(zhuǎn)移到受體細(xì)胞，使受體下包的遺傳性狀發(fā)生改變。通過基因工程改造的微生物菌株被稱為“工程菌”。5、雜交育種與分子育種分子育種是應(yīng)用基因工程手段，在分子水平上，用人工方5、雜交育466、菌種保藏一般可通過保持培養(yǎng)基營養(yǎng)成分在最低水平，并在缺氧、干燥、低溫、避光下使菌種處于“休眠”狀態(tài)，抑制其繁殖能力。保藏方法很多，究竟采用何種方法，要根據(jù)具體菌種和具體情況來定。工業(yè)常用保藏方法有以下幾種。6、菌種保藏一般可通過保持培養(yǎng)基營養(yǎng)成分在最低水平，并在缺氧47①斜面冰箱保藏法:這是采用的一種方法，適合用于產(chǎn)孢子或者芽胞的微生物。這是一種短期過渡的保藏方法。將已長好的斜面菌種，置于4度左右的冰箱保存，定期移植到新的斜面培養(yǎng)基上繼續(xù)保藏。一般保存期為3~6個(gè)月。6、菌種保藏①斜面冰箱保藏法:6、菌種保藏48②砂土管保藏法:這是常采用的一種方法，適合于產(chǎn)孢子或芽胞的微生物，將洗凈、烘干、過篩后的沙土分裝在小試管內(nèi)，經(jīng)徹底滅菌后備用。然后將菌種制成懸浮液，滴入沙土管中，或?qū)⑿泵骀咦庸蜗拢苯佑谏惩粱旌?，置于干燥器中真空抽干，放冰箱?nèi)保存，保存期可達(dá)數(shù)年。6、菌種保藏②砂土管保藏法:6、菌種保藏49③石蠟油封保藏法:向培養(yǎng)成熟的菌種斜面上注入一層滅過菌的石蠟油，油層應(yīng)高于斜面1cm，然后封口保存，保存期可達(dá)數(shù)年。6、菌種保藏③石蠟油封保藏法:6、菌種保藏50④真空干燥冷凍保藏法:這是目前常用的較為理想的一種方法，其基本原理是在較低的溫度下快速將細(xì)胞凍結(jié)，然后在真空中使水分升華。在這樣的環(huán)境中，微生物的生長和代謝都暫時(shí)停止，不易發(fā)生變異，因此，菌種保存期較長，一般在5年以上。6、菌種保藏④真空干燥冷凍保藏法:6、菌種保藏51⑤液氮超低溫保藏法:液氮溫度可達(dá)—196度，遠(yuǎn)低細(xì)胞新陳代謝停止的溫度（—130度），所以此時(shí)菌種的代謝活動(dòng)已經(jīng)停止。6、菌種保藏⑤液氮超低溫保藏法:6、菌種保藏52第八章發(fā)酵工程第八章發(fā)酵工程53第八章發(fā)酵工程---第一講第一節(jié)發(fā)酵工程的內(nèi)容第二節(jié)工業(yè)上常用的微生物第三節(jié)菌種的選育和保藏第八章發(fā)酵工程---第一講第一節(jié)發(fā)酵工程的內(nèi)容541、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展2、發(fā)酵的定義3、發(fā)酵的基本過程4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型第一節(jié)發(fā)酵工程的內(nèi)容1、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展第一節(jié)發(fā)酵工程的內(nèi)容551、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)概念的發(fā)酵工程開始于20世紀(jì)40年代初，是隨著抗生素大規(guī)模深層發(fā)酵工藝的建立和興起而得到迅速發(fā)展的。人們開始改變固體表面培養(yǎng)，采用液體深層培養(yǎng)。1、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展現(xiàn)代科學(xué)概念的發(fā)酵工程開始于20世紀(jì)561、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展生物工程的發(fā)展使發(fā)酵工程進(jìn)入了新的時(shí)期。通過基因工程菌的大規(guī)模培養(yǎng)，可以大量生產(chǎn)只有動(dòng)物或植物才能生產(chǎn)的物質(zhì)。1、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展生物工程的發(fā)展使發(fā)酵工程進(jìn)入了新的時(shí)571、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用也十分廣泛，廢水生物處理裝置實(shí)際上可以看做一個(gè)大型發(fā)酵罐，有機(jī)污染物在微生物作用下，轉(zhuǎn)化成水和CO2。1、發(fā)酵工程的產(chǎn)生及發(fā)展發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域應(yīng)用也十分廣泛582、發(fā)酵的定義發(fā)酵工程（微生物工程），是在人工控制的條件下，通過微生物的生命活動(dòng)來獲得人們所需要物質(zhì)的過程的一種技術(shù)系統(tǒng)。2、發(fā)酵的定義發(fā)酵工程（微生物工程），是在人工控制的條件下，59發(fā)酵工業(yè)由兩個(gè)核心部分組成：一是獲得最精良的生物細(xì)胞（酶）;二是創(chuàng)造生物細(xì)胞（酶）作用的最佳環(huán)境（優(yōu)選發(fā)酵工藝和設(shè)備）。發(fā)酵工程的主要內(nèi)容包括:①生產(chǎn)菌種的選育;②發(fā)酵條件的優(yōu)化與控制;③反應(yīng)器的設(shè)計(jì)及產(chǎn)物的分離；④提取與精制等過程。2、發(fā)酵的定義發(fā)酵工業(yè)由兩個(gè)核心部分組成：2、發(fā)酵的定義603、發(fā)酵的基本過程發(fā)酵工程由三部分組成：上游工程、發(fā)酵和下游工程。3、發(fā)酵的基本過程發(fā)酵工程由三部分組成：上游工程、發(fā)酵和下游613、發(fā)酵的基本過程上游工程包括優(yōu)良種株的選育、最適宜發(fā)酵條件（Ph、溫度、溶氧和營養(yǎng)組成）的確定、營養(yǎng)物質(zhì)的準(zhǔn)備等。發(fā)酵主要指在最適宜的發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)。這里要有嚴(yán)格的無菌生長環(huán)境，在發(fā)酵過程中不斷向發(fā)酵罐中通入干燥無菌空氣及加料速度的控制技術(shù)。3、發(fā)酵的基本過程上游工程包括優(yōu)良種株的選育、最適宜發(fā)酵條件623、發(fā)酵的基本過程根據(jù)不同的需要，發(fā)酵工藝可分為3類：1.批量發(fā)酵，即一次投料發(fā)酵；2.流加批量發(fā)酵，即在批量發(fā)酵的基礎(chǔ)上，流加一定量的營養(yǎng)，使細(xì)胞進(jìn)一步生長，或得到更多的代謝產(chǎn)物；3.連續(xù)發(fā)酵，不斷地流加營養(yǎng)，并不斷地取出發(fā)酵液。3、發(fā)酵的基本過程根據(jù)不同的需要，發(fā)酵工藝可分為3類：633、發(fā)酵的基本過程下游工程指從發(fā)酵液中分離和純化產(chǎn)品的技術(shù)。包括:①固液分離技術(shù)（離心，過濾，沉淀分離等工藝）②細(xì)胞破壁技術(shù)（超聲，高壓剪切，滲透壓，表面活性劑和溶壁酶等）③蛋白質(zhì)純化技術(shù)（沉淀法、色譜分離法和超濾法等）最后還有產(chǎn)品的包裝處理技術(shù)（真空干燥和冰凍干燥等）。3、發(fā)酵的基本過程下游工程指從發(fā)酵液中分離和純化產(chǎn)品的技術(shù)。644、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型發(fā)酵工程涉及的生產(chǎn)部門有食品工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工、酒精和飲料酒工業(yè)、氨基酸工業(yè)、有機(jī)酸工業(yè)、化學(xué)工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、工農(nóng)業(yè)下腳料的處理和增值、工業(yè)廢水的處理和增值等。4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型發(fā)酵工程涉及的生產(chǎn)部門有食品工業(yè)、農(nóng)產(chǎn)654、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型目前已知具有生產(chǎn)價(jià)值的發(fā)酵產(chǎn)物類型有：①微生物菌體本身；②菌體生長所必須的基本代謝產(chǎn)物；③菌體生長不必須的次級(jí)代謝產(chǎn)物；④由菌體合成的大分子化合物；⑤由菌體或酶系實(shí)現(xiàn)生物轉(zhuǎn)化所得的產(chǎn)物等。4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型目前已知具有生產(chǎn)價(jià)值的發(fā)酵產(chǎn)物類型有：664、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型有用于面包業(yè)的酵母及用于人類或動(dòng)物食品的微生物菌體蛋白發(fā)酵兩種類型。

菌體包括酵母，細(xì)菌，霉菌和真菌（包括食用菌）。包括微生物殺蟲劑的發(fā)酵，如蘇云金桿菌、蠟樣芽胞桿菌和側(cè)孢芽胞桿菌，其細(xì)菌中的伴孢晶體可毒殺鱗翅目和雙翅目的害蟲。①微生物菌體本身；4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型有用于面包業(yè)的酵母及用于人類或動(dòng)物食品674、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型②以微生物的酶為產(chǎn)品：酶類包括各個(gè)酶種、酶制劑和各種曲類（小曲、大曲、麩曲、麥曲）。微生物酶制劑有廣泛的用途，多用于食品和輕工業(yè)中。醫(yī)藥用的酶制劑也得到大力發(fā)展，如用于抗癌的天冬酰胺酶和用于醫(yī)藥工業(yè)的青霉素?；傅龋嫉玫搅碎_發(fā)和生產(chǎn)。4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型②以微生物的酶為產(chǎn)品：酶類包括各個(gè)酶68③以微生物代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品：4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型初級(jí)代謝產(chǎn)物：即菌體在生長期的產(chǎn)物，如氨基酸、核苷酸、蛋白質(zhì)、核酸、類脂、糖類等，是菌體生長繁殖所必須的。產(chǎn)生這些產(chǎn)物的菌體生長時(shí)期叫做對(duì)數(shù)生長期。次級(jí)代謝產(chǎn)物：指微生物產(chǎn)生的與本身的生長和生命活動(dòng)并不是密切相關(guān)的產(chǎn)物，它們一般產(chǎn)生于微生物生長的穩(wěn)定期，也即靜止期；如抗生素、生物堿、細(xì)菌毒素、植物生長因子和拮抗性物質(zhì)等。而者并非獨(dú)立的代謝途徑，兩者有密切的關(guān)系，初級(jí)代謝的中間體或者產(chǎn)物往往是次級(jí)代謝的前提物或起始物。③以微生物代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品：4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型初級(jí)代謝產(chǎn)69④利用微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)換或改造化合物結(jié)構(gòu)：4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型一是合成有用物，即將一種或幾種化合物轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相關(guān)的更有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)物；二是分解有害物，即分解有害化合物使其無害化。生物轉(zhuǎn)化也化學(xué)反應(yīng)相比具有許多優(yōu)點(diǎn)，如特異性強(qiáng)，反應(yīng)條件溫和、轉(zhuǎn)化效率高、對(duì)環(huán)境無污染等。在維生素C的生產(chǎn)中，由我國科學(xué)家首創(chuàng)的“二步發(fā)酵法”，先將山梨醇轉(zhuǎn)化成L—山梨糖，再用兩種菌株組合將L—山梨糖轉(zhuǎn)化成2-酮基-L-古龍酸。④利用微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)換或改造化合物結(jié)構(gòu)：4、發(fā)酵工程產(chǎn)品的類70第二節(jié)工業(yè)上常用的微生物1、細(xì)菌2、放線菌3、酵母菌4、霉菌5、病毒第二節(jié)工業(yè)上常用的微生物1、細(xì)菌71微生物資源豐富，廣布于土壤、水和空氣等自然界中，其中土壤中最多?，F(xiàn)在微生物工業(yè)用菌有的是野生型，有的是通過誘變得到的突變體。第二節(jié)工業(yè)上常用的微生物微生物資源豐富，廣布于土壤、水和空氣等自然界中，其第二節(jié)721、細(xì)菌①枯草芽孢桿菌產(chǎn)生大量的淀粉酶和蛋白酶飼料添加

1、細(xì)菌①枯草芽孢桿菌產(chǎn)生大量的淀粉酶和蛋白酶731、細(xì)菌②大腸桿菌

大腸桿菌用于制取天冬氨酸、蘇氨酸、頡氨酸等，在醫(yī)藥方面和基因工程方面是很好的研究材料.

1、細(xì)菌②大腸桿菌大腸桿菌用于制取天冬氨酸、741、細(xì)菌③乳酸桿菌發(fā)酵糖產(chǎn)生大量乳酸而命名。應(yīng)用：乳酸、干酪、奶子酒、發(fā)面、泡菜、酸奶等的制作。1、細(xì)菌③乳酸桿菌發(fā)酵糖產(chǎn)生大量乳酸而命751、細(xì)菌④雙歧桿菌

雙歧桿菌是寄生在人類腸道中的有益菌。它可與乳酸桿菌等有益菌混種，在加入某些低聚糖類作為雙歧桿菌促生長因子，制成復(fù)合微生態(tài)制劑，是一種具有良好保健作用的功能性食品。1、細(xì)菌④雙歧桿菌雙歧桿菌是寄生在人類腸道中的有益菌。它762、放線菌從微生物中發(fā)現(xiàn)的抗生素有60%以上是放線菌產(chǎn)生的。

其中鏈霉菌屬產(chǎn)生的抗生素約占各種微生物所產(chǎn)生抗生素的50%以上，如鏈霉素，土霉素，金霉素，四環(huán)素，紅霉素，氯霉素，卡那霉素，螺旋霉素、潔霉素等。2、放線菌從微生物中發(fā)現(xiàn)的抗生素有60%其中鏈霉菌屬產(chǎn)生的抗773、酵母菌酵母菌是單細(xì)胞真核微生物，在自然界中普遍存在，主要分布于含糖質(zhì)較多的偏酸性環(huán)境中，如水果，蔬菜、花蜜和植物葉子上，以及果園土壤中。石油酵母較多分布在油田周圍的土壤中。種類：酒精酵母、啤酒酵母、假絲酵母、紅酵母、面包酵母應(yīng)用：生產(chǎn)酒精、啤酒、石油發(fā)酵脫蠟和制取蛋白質(zhì)、生產(chǎn)脂肪.3、酵母菌酵母菌是單細(xì)胞真核微生物，在自然界中普遍存在，主要783、酵母菌3、酵母菌793、酵母菌紅酵母本屬中有產(chǎn)脂肪較好的菌種?？捎删w提取大量脂肪。

3、酵母菌紅酵母本屬中有產(chǎn)脂肪較好的菌種。可由804、霉菌①根霉能將淀粉轉(zhuǎn)化為糖。根霉常用作糖化菌種。是釀造工業(yè)中常用糖化菌。我國最早利用根霉糖化淀粉（即阿明諾法）生產(chǎn)酒精。4、霉菌①根霉能將淀粉轉(zhuǎn)化為糖。根霉常81②毛霉4、霉菌有幾種毛霉能產(chǎn)生較多的蛋白酶，具有分解大豆蛋白的能力，多用于制造酸性蛋白酶、豆腐乳和豆豉。②毛霉4、霉菌有幾種毛霉能產(chǎn)生較多的蛋白酶，824、霉菌③犁頭霉犁頭霉對(duì)甾族化合物有較強(qiáng)的轉(zhuǎn)化能力。

此屬菌廣泛分布于土壤、酒曲和各種糞便中，是制酒生產(chǎn)的污染菌，有些能在37攝氏度生長的種類是人、畜的病原菌，有些菌株為轉(zhuǎn)化甾族化合物的重要菌株。

4、霉菌③犁頭霉犁頭霉對(duì)甾族化合物有較此屬菌廣泛分布于土834、霉菌④曲霉

黑曲霉具有多種活性強(qiáng)大的酶系，如淀粉酶，蛋白酶，果膠酶、纖維素酶和葡萄糖氧化酶等。還能產(chǎn)生多種有機(jī)酸，如抗壞血酸，檸檬酸，葡萄糖酸和沒食子酸等，所以在工業(yè)上被廣泛應(yīng)用，是產(chǎn)生檸檬酸和葡萄糖酸的重要菌種。黃曲霉:4、霉菌④曲霉黑曲霉具有多種活性強(qiáng)大的酶系，如黃曲霉:84⑤青霉4、霉菌有些青霉菌不僅是生產(chǎn)青霉素的重要菌種，還被用來生產(chǎn)有機(jī)酸、維生素和酶制劑等。⑤青霉4、霉菌有些青霉菌不僅是生產(chǎn)青霉素的重855、病毒感染了病毒的細(xì)胞中，當(dāng)病毒處于增殖高峰時(shí)會(huì)產(chǎn)生干擾素，其作用在于直接或通過酶反應(yīng)來抑制病毒核酸的復(fù)制，因而可易用其生產(chǎn)干擾素。5、病毒感染了病毒的細(xì)胞中，當(dāng)病毒處于增殖高峰時(shí)會(huì)產(chǎn)生86第三節(jié)菌種的選育和保藏1、菌種選育的目的2、菌種的分離和篩選3、自然選育4、誘變育種5、雜交育種與分子育種6、菌種保藏第三節(jié)菌種的選育和保藏1、菌種選育的目的87工業(yè)的生產(chǎn)水平取決于三個(gè)要素：生產(chǎn)菌種、發(fā)酵工藝和設(shè)備。優(yōu)良菌種的選育不僅為發(fā)酵工業(yè)提供高產(chǎn)生產(chǎn)菌株，還可以提供各種類型的突變株，改善其生理生化特性，去除多余的代謝途徑和產(chǎn)物，有利于合成新的產(chǎn)物，改善發(fā)酵工藝的條件，提高產(chǎn)品質(zhì)量，增加經(jīng)濟(jì)效益。第三節(jié)菌種的選育和保藏工業(yè)的生產(chǎn)水平取決于三個(gè)要素：生產(chǎn)菌種、發(fā)酵工藝和設(shè)第三節(jié)881、菌種選育的目的菌種選育的目的：1.提高其生產(chǎn)能力：2.選育能適應(yīng)工藝條件的菌種，如能利用廉價(jià)的發(fā)酵原料、能耐受某些化學(xué)消毒劑等。1、菌種選育的目的菌種選育的目的：892、菌種的分離和篩選①營養(yǎng)特性，利用廉價(jià)、來源豐富培養(yǎng)基原料②生長溫度，高于40度③遺傳和生產(chǎn)能力穩(wěn)定④菌的轉(zhuǎn)化能力和產(chǎn)物濃度要高⑤菌容易從發(fā)酵液中分離⑥菌種本身無毒，也不產(chǎn)生毒素菌種的分離和篩選要根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際的要求進(jìn)行，一般對(duì)菌種的要求：2、菌種的分離和篩選①營養(yǎng)特性，利用廉價(jià)、來源豐富培養(yǎng)基原902、菌種的分離和篩選分離和篩選菌種的具體做法一般分為4個(gè)步驟：1.樣品采集；2.富集培養(yǎng)；3.純種分離；4.發(fā)酵性能測定。富集培養(yǎng)：一類使混合微生物群體中某特定微生物比例激增的培養(yǎng)方法。其一可用促進(jìn)某特定微生物生長繁殖的選擇性培養(yǎng)基或培養(yǎng)條件，其二可用抑制其他微生物生長繁殖的選擇性培養(yǎng)基或培養(yǎng)條件。

2、菌種的分離和篩選分離和篩選菌種的具體做法富集培養(yǎng)：一類使913、自然選育在工業(yè)生產(chǎn)中，由于各方面因素的影響，生產(chǎn)水平的波動(dòng)比較大，經(jīng)常從高生產(chǎn)水平批號(hào)中取樣進(jìn)行單菌落分離，從中選出比較穩(wěn)定的菌株，用于生產(chǎn)。所以自然分離亦是誘變育種和雜交育種工作中一個(gè)不可缺少的環(huán)節(jié)。3、自然選育在工業(yè)生產(chǎn)中，由于各方面因素的影響，生產(chǎn)水平的波923、自然選育自然選育（自然分離）的一般程序是把菌種制備程單孢子懸浮液，經(jīng)過適當(dāng)?shù)南♂屢院螅诠腆w平板上進(jìn)行分離，挑取部分單菌落進(jìn)行生產(chǎn)能力的測定，經(jīng)反復(fù)篩選，以確定生產(chǎn)能力更高的菌株，代替原來的菌株。3、自然選育自然選育（自然分離）的一般程序是把菌種制備程單孢93自然選育是一種簡單易行的選育方法，它可以達(dá)到純化菌種、防止菌種衰退、穩(wěn)定生產(chǎn)提高產(chǎn)量的目的。但是自然選育的最大缺點(diǎn)是效率低、進(jìn)展慢，很難使生產(chǎn)水平大幅度提高。因此只有經(jīng)常進(jìn)行自然選育和誘變育種交替適用，才可以收到良好的效果。