第一章發(fā)酵工程第四節(jié)

發(fā)酵工程及其應(yīng)用問題探究：

青霉素是世界上第一個(gè)應(yīng)用于臨床的抗生素。早期科學(xué)家只能從青霉菌中提取少量青霉素，它的價(jià)格貴如金。隨著高產(chǎn)菌種的選育、發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展等，青霉素步入了產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的道路。如今，1瓶規(guī)格160萬單位的青霉素注射劑的價(jià)格只要1元左右。思考·討論：選育高產(chǎn)菌種配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌接種發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品那么，在工業(yè)上，青霉素究竟是怎樣生產(chǎn)的呢？發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)3在青霉素生產(chǎn)過程中如果有雜菌污染，某些雜菌會(huì)分泌青霉素酶，將青霉素分解掉。生產(chǎn)檸檬酸生產(chǎn)啤酒生產(chǎn)味精黑曲霉啤酒酵母谷氨酸棒狀桿菌在菌種確定之后，要選擇原料制備培養(yǎng)基。在生產(chǎn)實(shí)踐中，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復(fù)試驗(yàn)才能確定。接種菌種選育配制培養(yǎng)基擴(kuò)大培養(yǎng)滅菌發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵分離、提純產(chǎn)物獲得產(chǎn)品性狀優(yōu)良的菌種可以從自然界中篩選出來，也可以通過誘變育種或基因工程育種獲得。工業(yè)發(fā)酵罐的體積一般為幾十到幾百立方米，接入的菌種總體積需要幾立方米到幾十立方米。所以，在發(fā)酵之前還需要對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)發(fā)酵工程中所用的菌種大多數(shù)是單一菌種，一旦有雜菌污染，可能導(dǎo)致產(chǎn)量大大下降。因此，培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌。現(xiàn)代發(fā)酵工程使用的大型發(fā)酵罐均有計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，能對(duì)發(fā)酵過程中的溫度、pH、溶解氧、罐壓、通氣量、攪拌、泡沫和營(yíng)養(yǎng)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制；還可以進(jìn)行反饋控制，使發(fā)酵全過程處于最佳狀態(tài)。電動(dòng)機(jī)排氣管pH計(jì)冷卻水排出口冷卻夾層發(fā)酵液攪拌葉輪生物傳感器裝置空氣入口放料管閥門培養(yǎng)物或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的加入口觀察孔取樣管溫度傳感器和控制裝置冷卻水進(jìn)入口

這是發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。在發(fā)酵過程中，要隨時(shí)檢測(cè)培養(yǎng)液中微生物的數(shù)量、產(chǎn)物的濃度等，以了解發(fā)酵進(jìn)程。還要及時(shí)添加必需的營(yíng)養(yǎng)組分，要嚴(yán)格控制溫度、pH和溶解氧等發(fā)酵條件。

環(huán)境條件不僅會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)繁殖，而且會(huì)影響微生物代謝物的形成。如果發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身，可在發(fā)酵結(jié)束之后，采用過濾、沉淀等方法將菌體分離和干燥，即可得到產(chǎn)品。如果產(chǎn)品是代謝物，可根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛?、分離和純化措施來獲得產(chǎn)品。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)滅菌

發(fā)酵工程所用的菌種大多是選育的高產(chǎn)的單一菌種。一旦有雜菌污染，可能導(dǎo)致產(chǎn)量大大下降。培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備都必須經(jīng)過嚴(yán)格的滅菌。對(duì)通入的空氣進(jìn)行滅菌，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境需進(jìn)行消毒處理。一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)

發(fā)酵罐內(nèi)發(fā)酵電動(dòng)機(jī)發(fā)酵液冷卻夾層pH控制器冷卻水排出口培養(yǎng)物或營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的加入口觀察孔溫度傳感器和控制裝置閥門放料管攪拌葉輪無菌空氣入口排氣管取樣管冷卻水進(jìn)入口抽取樣本進(jìn)行檢測(cè)調(diào)節(jié)罐壓控制冷水流速調(diào)節(jié)罐溫控制溶解氧含量使微生物與發(fā)酵液混合均勻，加快O2的溶解一、發(fā)酵工程的基本環(huán)節(jié)

分離、提純產(chǎn)物①發(fā)酵產(chǎn)品是微生物細(xì)胞本身②發(fā)酵產(chǎn)品是代謝物根據(jù)產(chǎn)物性質(zhì)采取適當(dāng)?shù)奶崛　⒎蛛x和純化措施來獲得產(chǎn)品。過濾、沉淀發(fā)酵液菌體分離、干燥產(chǎn)品生產(chǎn)各種各樣的食品添加劑添加劑類型酸度調(diào)節(jié)劑增味劑著色劑增稠劑防腐劑添加了檸檬酸的飲料食品添加劑的作用增加食品的營(yíng)養(yǎng)改善食品的口味、色澤和品質(zhì)延長(zhǎng)食品的保存期2(一)在食品工業(yè)上的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用(一)在食品工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)酶制劑3食品直接生產(chǎn)改進(jìn)生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)化生產(chǎn)過程提高產(chǎn)品產(chǎn)量延長(zhǎng)食品儲(chǔ)存期改善產(chǎn)品的品質(zhì)和口味酶制劑的作用酶制劑果膠酶脂肪酶α-淀粉酶β-淀粉酶氨基酸肽酶發(fā)酵工程的應(yīng)用基因工程、蛋白質(zhì)工程與發(fā)酵工程相結(jié)合動(dòng)植物的基因微生物直接改造微生物轉(zhuǎn)入微生物病原體的抗原基因轉(zhuǎn)入發(fā)酵工程藥物藥物疫苗各種抗生素多種氨基酸多種激素多種免疫調(diào)節(jié)劑(二)醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用(三)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用利用根瘤菌和固氮菌生產(chǎn)的根瘤菌肥、固氮菌肥微生物肥料利用了微生物在代謝過程中產(chǎn)生的

、

等來增進(jìn)土壤肥力，改良土壤結(jié)構(gòu)，促進(jìn)植株生長(zhǎng)。有機(jī)酸生物活性物質(zhì)生產(chǎn)微生物肥料1發(fā)酵工程的應(yīng)用2生產(chǎn)微生物農(nóng)藥微生物農(nóng)藥是利用微生物或其代謝物來防治病蟲害的。微生物農(nóng)藥作為生物防治的重要手段，將在農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展方面發(fā)揮越來越重要的作用如：利用蘇云金桿菌防治多種農(nóng)林蟲害、

利用白僵菌防治玉米螟和松毛蟲，

一種放線菌產(chǎn)生的抗生素-井岡霉素可防治水稻枯紋病。生產(chǎn)微生物飼料原理：微生物含有豐富的蛋白質(zhì)，且繁殖速度快實(shí)例1——單細(xì)胞蛋白

以淀粉或纖維素的水解液、制糖工業(yè)的廢液等為原料，通過發(fā)酵獲得了大量的微生物菌體，即單細(xì)胞蛋白；單細(xì)胞蛋白應(yīng)用：?jiǎn)渭?xì)胞蛋白生產(chǎn)過程：食品添加劑、微生物飼料；單細(xì)胞蛋白成分：不僅含有豐富的蛋白質(zhì)，還含有糖類、脂質(zhì)和維生素等物質(zhì)實(shí)例2-乳酸菌在青貯飼料中添加乳酸菌，可以提高飼料的品質(zhì)，使飼料保鮮，動(dòng)物食用后還能提高免疫力。3(三)在農(nóng)牧業(yè)上的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用

單細(xì)胞蛋白不僅含有豐富的蛋白質(zhì)，還含有糖類、脂質(zhì)和維生素等物質(zhì)，以后我老牛是不是吃點(diǎn)微生物菌體就可以健康地活下去呢?12(四)在其