发酵工程技术概论ppt课件

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1、第八章发酵工程技术概论第一节概述一、发酵工程（fermentationengineering）又称微生物工程：通过微生物完整的细胞自催化完成生物化学反应过程，微生物既能正常生长又能过量积累目的产物，提供工业产品。包括：抗生素，氨基酸，维生素，有机酸，酶制剂，蛋白质，基因工程药物，核酸类等。二、发酵工程发展的4个阶段（1）厌氧发酵的生产过程：如酒精，乳酸等。（2）好氧（通气）发酵的生产过程：如抗生素、氨基酸、酶制剂等。第一阶段：天然发酵阶段：传统的酿酒、制酱等。1675年荷兰人列文虎克发明了显微镜。法国巴斯德在1857～1876持续研究发酵作用。第二阶段：1900～19

2、40人工控制微生物发酵过程（纯培养阶段），新产品酵母，甘油，乳酸，柠檬酸，丙酮和丁醇（第一个工业发酵产品）第三阶段：通气搅拌技术阶段（深层通气培养法），1942年青霉素工业化生产，1944年链霉素。第四阶段：利用基因工程菌进行发酵阶段。三、发酵工程的研究内容生产菌种的培养和选育（菌种）培养基制备（培养基）发酵条件的优化与控制（搅拌通气，溶氧，发酵过程参数控制，反应器的设计）产物的分离、提取与精制等（纯化）菌种工艺设备第二节优良菌种的选育一、菌种选育的物质基础：DNA二、自然选育(spontaneousmutation)：自发突变（正负）三、诱变育种：人工诱变四、原生质体

3、融合：基因重组三、诱变育种（一）方法和原理1.诱变机制（1）微小损伤突变：碱基置换，码组移动（2）染色体畸变：易位，逆位，缺失，重复（3）染色体组突变：数目变化（单倍体变多倍体）2.诱变剂及其作用方式：物理诱变剂，化学诱变剂，生物诱变剂常用诱变剂p-263（二）诱变和筛选初步筛选是关键步骤1.自身耐药突变株：耐受自身分泌的抗生素，提高产量2.结构类似物或前体类似物的耐受突变株：解除反馈抑制3.营养缺陷型及其回复突变株通过诱变导致某些基因的突变，而需要添加一些物质（氨基酸、核苷酸等）才能生长的突变体。营养缺陷型的作用：解除末端产物的反馈调节作用。作为标记，在杂交育种中作为

4、出发菌株有利于杂交重组的分析。作为基因工程的受体菌，检出克隆基因的表达。3.营养缺陷型及其回复突变株诱变包括：出发菌株的选择诱变剂种类和诱变剂剂量的选择合理的使用方法筛选包括：初筛重复筛选突变株性能检测直到获得新的优良菌株。四、原生质体融合原生质体(protoplast)：指除去细胞壁的细胞或是说一个被质膜所包围的裸露细胞。1.一般程序2.影响融合的因素：菌龄，培养基成分，PEG,外界因素（高渗溶液，酵母膏）3.原生质体融合育种：真菌（蘑菇），细菌，植物（马铃薯、草莓、胡萝卜、烟草、矮牵牛、拟南芥、油菜、玉米、水稻、豌豆、甘蔗、柑桔、猕猴桃等）原生质体融合目前最成功且至

5、今广为使用的是以PEG作为融合剂，对于所有种类的真菌而言，PEG诱导融合剂条件基本一致：(1)原生质尽可能的幼嫩；(2)原生质体要纯；(3)最适的高渗稳定剂；(4)用于融合的两菌株原生质体的浓度一般为107，两菌株总量为1∶1；(5)PEG分子量为4000～6000，浓度为25％～40％，(6)pH7～9在Ca2+存在下融合率可进一步提高。融合子的检出原生质体融合后，如何筛选融合子，是原生质体技术应用的关键。其方法有：营养缺陷型互补选择抗药性选择灭活原生质体荧光染色分子标记选择还可借助形态标记，自然生态标记等来初判异源融合子。第三节发酵的基本过程一、菌种：0～4℃休眠保

6、存，砂土管1～2年二、种子的制备：摇瓶种子罐扩大生产三、发酵：培养基，发酵罐参数四、发酵液预处理五、提取精制温度26～37℃，压力0.3～0.5kg/cm2，搅拌速度，通气量0.3～1m3/m3，接种量5%～20%，pH，培养基体积、粘度、泡沫情况、菌丝形态、溶氧浓度、CO2含量、总糖、氮、磷、产物含量等。发酵周期一般2～8d发酵罐参数第四节发酵方式*一、分批(间歇)发酵：物料一次投入反应器中，灭菌、接种、发酵。特点：一次性；发酵过程中，营养不断减少，微生物不断增殖，环境非稳态；微生物生长的四个时期明显；应用广泛，改善（在线检测，计算机控制）。二、补料分批发酵：补加新鲜

7、培养基。特点：可以解除底物抑制、产物抑制或克服微生物过度生长；提高有用产物的转化率；应用广泛，用于面包酵母、氨基酸、抗生素等工业；三、连续发酵：恒化器（基质恒）、恒浊器（菌体密度恒），连续进料出料平衡，保持恒定的发酵液密度。易实现自动化生产，如啤酒，乙醇的发酵。优点：操作稳定；利于机械、自动化；提高设备的利用率；减少灭菌次数；易于过程优化。缺点：易染菌；微生物易变异；对产品类型的适应性不广；对设备及附件要求高。第五节发酵工艺控制培养基的影响及其控制温度的影响及其控制溶氧的影响及其控制pH的影响及其控制一、培养基的影响及其控制1.碳源：糖类