1、發(fā)酵工程簡介,發(fā)酵工程的內(nèi)容,發(fā)酵工程主要包括了菌種的選育、培養(yǎng)基的配制、滅菌、擴大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離提純等內(nèi)容。,發(fā) 酵 工 程 的 流 程,從自然界分離的菌種,誘變育種,基因工程,細胞工程,生產(chǎn)用菌種,擴大培養(yǎng),接種,原料,培養(yǎng)基的配制,滅菌,微生物菌體,代謝產(chǎn)物,產(chǎn)品,1菌種的選育：,發(fā)酵工程的內(nèi)容,基因突變、基因工程、細胞工程,人們怎樣才能得到優(yōu)良的菌種呢？,發(fā)酵工程是利用微生物為人類生產(chǎn)有用產(chǎn)品，因此要想通過發(fā)酵工程獲得在種類、產(chǎn)量和質(zhì)量等方面符合人們要求的產(chǎn)品，最重要的是要有優(yōu)良的菌種。,如果生產(chǎn)的是微生物直接合成的產(chǎn)物，如青霉素、谷氨酸等，則可以從自然界中先分離出相

2、應(yīng)的菌種，再用物理或化學(xué)的方法使菌種產(chǎn)生突變，從突變個體中篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。,例如：可將人工合成的人的胰島素基因與大腸桿菌的質(zhì)粒結(jié)合，形成重組DNA，再把重組DNA導(dǎo)入大腸桿菌細胞內(nèi)形成工程菌。通過篩選則可培養(yǎng)出能生產(chǎn)人的胰島素的菌種。,如果生產(chǎn)的是一般微生物不能合成的產(chǎn)品，則可用基因工程、細胞工程的方法對菌種的遺傳特性進行定向改造，以構(gòu)建工程細胞或工程菌，從而達到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的。,2培養(yǎng)基的配制：,發(fā)酵工程的內(nèi)容,要進行發(fā)酵生產(chǎn)，有了優(yōu)良的菌種還需要有與菌種相適應(yīng)的培養(yǎng)基。在配制培養(yǎng)基時應(yīng)該注意哪些事情呢？,根據(jù)不同的菌種，應(yīng)選擇不同的材料配制培養(yǎng)基。配制的培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物

3、在碳源、氮源、生長因子、水、無機鹽等方面的營養(yǎng)要求，并為微生物提供適宜的pH。,培養(yǎng)基的營養(yǎng)要協(xié)調(diào)，以利于產(chǎn)物的合成。,培養(yǎng)基在滿足微生物的營養(yǎng)需求的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量降低生產(chǎn)成本，以得到更高的經(jīng)濟效益。,例如：發(fā)酵生產(chǎn)常采用天然成分的液體培養(yǎng)基。而且，經(jīng)常用野生的植物淀粉、甘蔗渣、秸稈水解物以及乙醇、醋酸等石化產(chǎn)品代替糧食來配制培養(yǎng)基。,3滅菌：,發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個發(fā)酵過程中不能混入雜菌。這是為什么呢？,在發(fā)酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形成競爭關(guān)系，對發(fā)酵過程造成不良影響。,例如：如果在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌，則放線菌分泌的抗生素就會使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡。如果

4、在青霉素生產(chǎn)過程中污染了雜菌，這些雜菌則會分泌青霉素酶，將合成的青霉素分解掉。,那如何防止雜菌的污染呢？,要在發(fā)酵前對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)施進行嚴格的滅菌處理。,怎樣才算滅菌徹底呢？,用高溫、高壓等方式，殺死所有雜菌的胞體、芽孢和孢子。,4擴大培養(yǎng)和接種：,工業(yè)發(fā)酵要想在較短的時間內(nèi)得到大量的發(fā)酵產(chǎn)物，這無疑需要大量的菌體。如何得到發(fā)酵生產(chǎn)所需要的大量菌體來縮短生產(chǎn)周期呢？這就需要經(jīng)過多次的擴大培養(yǎng)。,如何對菌種進行擴大培養(yǎng)呢？,擴大培養(yǎng)是將培養(yǎng)到對數(shù)期的菌體分開，分頭進行培養(yǎng)，以促使菌體數(shù)量快速增加，能在短時間里得到大量的菌體。,擴大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)有何不同呢？,擴大培養(yǎng)是為了讓菌體在短

5、時期內(nèi)快速增殖，而發(fā)酵過程中的培養(yǎng)是為了獲得代謝產(chǎn)物，目的不同采用的培養(yǎng)條件就有可能不同。,例如：在酒精發(fā)酵過程中，擴大培養(yǎng)是為了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧條件下進行。而在發(fā)酵產(chǎn)生酒精的過程中則必須在無氧條件下進行以獲得大量的酒精。,有了用于生產(chǎn)的充足的菌體，在接種時要注意什么事項呢？,接種過程中要注意防止雜菌污染。 整個接種過程必須無菌條件下操作,發(fā)酵過程,將菌體接種到裝有培養(yǎng)液的發(fā)酵罐中，是不是發(fā)酵生產(chǎn)就能順利地進行呢？,還需要對發(fā)酵過程進行檢測和對發(fā)酵條件進行控制。,這又是為什么呢？,發(fā)酵產(chǎn)物主要在菌體生長的穩(wěn)定期產(chǎn)生。因此，要在發(fā)酵過程中隨時取樣檢測培養(yǎng)液中細菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度以了

6、解發(fā)酵進程，及時添加必需的培養(yǎng)基成分來延長菌體生長穩(wěn)定期的時間，以得到更多的發(fā)酵產(chǎn)物。同時，還應(yīng)對發(fā)酵條件進行嚴格控制。,哪些條件能影響菌體的發(fā)酵呢？,結(jié)論：發(fā)酵生產(chǎn)中溫度、pH、溶氧量等對發(fā)酵過程有重大影響。,發(fā)酵過程中為什么還要控制發(fā)酵條件呢？,因素,pH,氧,代 謝 途 經(jīng),影響谷氨酸代謝途徑的因素,發(fā)酵過程中氧的溶量、pH、磷酸鹽等都能影響谷氨酸代謝途徑，從而影響代謝產(chǎn)物的合成。同時，隨著代謝的進行，產(chǎn)熱的增加、某營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，以及某些酸性和堿性物質(zhì)的產(chǎn)生，會使溫度、pH等發(fā)生變化，這些都會對微生物的生長造成不利影響。因此，需要對發(fā)酵過程的中溫度、pH、溶氧量等發(fā)酵條件進行嚴格的控制

7、，以保證菌體生長和代謝途徑朝著有利人類的方向進行。,從表中可以看出：,分離、提純：,分離、提純的方法,分離提純后的產(chǎn)品，還要經(jīng)過質(zhì)量檢查合格后，才能成為正式產(chǎn)品。,產(chǎn)品的分類,菌體本身,如谷氨酸、酒精等。,代謝產(chǎn)物,如酵母菌和細菌等。,過濾、沉淀等方法將菌體從培養(yǎng)液中分離出來,可采用蒸餾、萃取、離子交換等方法進行提取。,菌種選育：一般有誘變育種，基因工程和細胞工程等,培養(yǎng)基配制,滅菌：包括設(shè)備滅菌和培養(yǎng)基滅菌,擴大培養(yǎng)和接種,發(fā)酵過程：隨時了解發(fā)酵進程，及時添加必需的培養(yǎng)基組分，嚴格控制溫度、pH、溶氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件。,擴大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)有何不同呢？ 擴大培養(yǎng)是為了讓菌體

8、在短時期內(nèi)快速增殖，而發(fā)酵過程中的培養(yǎng)是為了獲得代謝產(chǎn)物，目的不同采用的培養(yǎng)條件就有可能不同。 例如：在酒精發(fā)酵過程中，擴大培養(yǎng)是為了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧條件下進行。而在發(fā)酵產(chǎn)生酒精的過程中則必須在無氧條件下進行以獲得大量的酒精。,發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個發(fā)酵過程中不能混入雜菌。這是為什么呢？ 在發(fā)酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形成競爭關(guān)系，對發(fā)酵過程造成不良影響。 例如：如果在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌，則放線菌分泌的抗生素就會使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡。如果在青霉素生產(chǎn)過程中污染了雜菌，這些雜菌則會分泌青霉素酶，將合成的青霉素分解掉。,影響發(fā)酵過程的因素,（1）溫度 溫度能影響酶的活性，也能影響生物合成的途徑。溫度還會影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)，以及菌種對營養(yǎng)物質(zhì)的分解吸收等。 （2）pH pH能夠影響酶的活性，以及細胞膜的帶電荷狀況。還會影響培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)的分解等 （3）溶解氧 在發(fā)酵過程中菌種只能利用溶解氧。因此，必須向發(fā)酵液中連續(xù)補充大量的氧，并要不斷地進行攪拌，以提高氧在發(fā)酵液中的溶解度。 （4）泡沫 發(fā)酵過程中，通氣、攪拌、微生物的代謝過程及培養(yǎng)基中某些成分的分解等，都有可能產(chǎn)生泡沫。過多的持久性泡沫對發(fā)酵是不利的。 （5）營養(yǎng)物質(zhì)的濃度 發(fā)酵液中各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度，特別是碳氮比、無機鹽和維生素的濃度，會直接影響菌體