微生物与发酵工程(2) ppt课件
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发酵工程(2)第二章 工业微生物菌种的选育与扩大培养
淀粉酶活力极强，多作糖 化酶使用；具有较强的蛋白质 分解能力，可用于制造腐乳。
华根霉 ( Rhizopus chinentis )
酿酒所必须的重要霉菌，也是 酸性蛋白酶和腐乳生产中的重要菌 种。
2、毛霉 ( Mucor )
鲁氏毛霉 ( Mucor rouxianus ) 能糖化淀粉且能生成少量酒精；能产生
6、醋酸菌 (Acetobacter)
➢ 不形成芽孢，G－，好气性 ➢ 可生产醋酸.
7、棒状杆菌 (Corynebacterium) ➢ 是谷氨酸和其他氨基酸的高产菌.
8、短杆菌 (Brevibacterium)
氨基酸、核苷酸工业生产中常用的菌种，也是酶法 合成生产辅酶A的菌种.
9、黄单胞菌 (Xanthomonas)
5、假丝酵母 (Candida)
➢能形成假丝，液体培养时能 形成浮膜。 ➢可生产SCP、甘油、脂肪酶。
6、红酵母 (Rhodotorula)
➢有明显的红色或黄色色 素，很多种因生荚膜而形 成粘质状菌落。 ➢可由菌体提取大量脂肪、 -胡萝卜素。
7、棉病针孢酵母 ( Nematspora gossypii )
2、葡萄汁酵母 (Saccharomyces uvarum)
与酿酒酵母相似，主要的区别在于葡萄汁酵母能发酵 棉子糖和蜜二糖。
3、汉逊酵母 (Hansenula)
此属酵母多能产生乙酸乙酯，从而增加产品的香 味，可用于酿酒和食品工业。
4、球拟酵母 (Toruiopsis)
此属酵母有些种能产生不同比例的甘油、赤藓 糖、阿拉伯糖；有的能利用烃类生产蛋白质。
复筛 不纯 第四次平板分离
第三次菌种保藏
第四次原种斜面
初步工艺条件摸索
再复筛
华根霉 ( Rhizopus chinentis )
酿酒所必须的重要霉菌，也是 酸性蛋白酶和腐乳生产中的重要菌 种。
2、毛霉 ( Mucor )
鲁氏毛霉 ( Mucor rouxianus ) 能糖化淀粉且能生成少量酒精；能产生
6、醋酸菌 (Acetobacter)
➢ 不形成芽孢，G－，好气性 ➢ 可生产醋酸.
7、棒状杆菌 (Corynebacterium) ➢ 是谷氨酸和其他氨基酸的高产菌.
8、短杆菌 (Brevibacterium)
氨基酸、核苷酸工业生产中常用的菌种，也是酶法 合成生产辅酶A的菌种.
9、黄单胞菌 (Xanthomonas)
5、假丝酵母 (Candida)
➢能形成假丝，液体培养时能 形成浮膜。 ➢可生产SCP、甘油、脂肪酶。
6、红酵母 (Rhodotorula)
➢有明显的红色或黄色色 素，很多种因生荚膜而形 成粘质状菌落。 ➢可由菌体提取大量脂肪、 -胡萝卜素。
7、棉病针孢酵母 ( Nematspora gossypii )
2、葡萄汁酵母 (Saccharomyces uvarum)
与酿酒酵母相似，主要的区别在于葡萄汁酵母能发酵 棉子糖和蜜二糖。
3、汉逊酵母 (Hansenula)
此属酵母多能产生乙酸乙酯，从而增加产品的香 味，可用于酿酒和食品工业。
4、球拟酵母 (Toruiopsis)
此属酵母有些种能产生不同比例的甘油、赤藓 糖、阿拉伯糖；有的能利用烃类生产蛋白质。
复筛 不纯 第四次平板分离
第三次菌种保藏
第四次原种斜面
初步工艺条件摸索
再复筛
发酵工程 第二章 发酵工业微生物菌种制备原理和技术讲解
的水生环境中生长
种类：分属于子囊菌纲、担子菌纲及半知菌 类，目前已知的酵母菌有56属，大约500多种， 与其他类群比，种类要少得多。
分布：酵母菌主要分布在含糖质较高的偏酸 性环境，诸如果品、蔬菜、花蜜和植物叶子上， 特别是葡萄园和果园的土壤中，因而称为糖菌 （Sugar fungus）。
裂殖酵母
5. 担子菌——蘑菇（mushroom）
6. 藻类
许多国家已把藻类作为人类保健食品和饲料。 螺旋藻
可通过藻类将CO2转变为石油；国外还有从“藻 类农场”获得氢能的报道。
三、工业微生物的来源
根据资料直接向有关科研单位、高等院校、工 厂或菌种保藏部门索取或购买 从发酵制品中分离目的菌株 自然界中分离筛选新的微生物菌种 菌种选育：自然选育、人工诱变、原生质体融 合、基因工程改造
第一节 发酵工业常用的微生物菌种
我们的周围存在着多种多 样的微生物，它们和我们 的生活密切相关。
目前已知微生物约有10万种，分布在以下各界中：
原核生物界：例如细菌、蓝藻 真菌界：例如酵母菌 原生生物界：例如草履虫、变形虫 病毒：例如艾滋病毒、脊髓灰质炎病毒
发酵工业对菌种的要求
能在廉价培养基上迅速生长，目的代谢产物产量高 培养条件易于控制 生长速度和反应速度快，发酵周期短 满足代谢控制的要求 抗噬菌体和杂菌的能力强 遗传性状稳定，菌种不易变异退化 发酵过程产生泡沫少 对前体物质有耐受能力，不作为碳源利用 不是病原菌，不产生有害的生物活性物质
如何在后续的操作中使这种可能性实现？
从自然界中分离培养微生物是菌种选育的重要 和基础的步骤。
到目前为止，还没有一种分离培养方法能揭示 一个试样中所包含的所有微生物总数和种类。
在任一试样中所存在的微生物仅为极少数特定种 类的菌株；在工业微生物筛选过程中，应及时调 整检测方法，以与各种不同类型的生长和代谢之 微生物相适应。
种类：分属于子囊菌纲、担子菌纲及半知菌 类，目前已知的酵母菌有56属，大约500多种， 与其他类群比，种类要少得多。
分布：酵母菌主要分布在含糖质较高的偏酸 性环境，诸如果品、蔬菜、花蜜和植物叶子上， 特别是葡萄园和果园的土壤中，因而称为糖菌 （Sugar fungus）。
裂殖酵母
5. 担子菌——蘑菇（mushroom）
6. 藻类
许多国家已把藻类作为人类保健食品和饲料。 螺旋藻
可通过藻类将CO2转变为石油；国外还有从“藻 类农场”获得氢能的报道。
三、工业微生物的来源
根据资料直接向有关科研单位、高等院校、工 厂或菌种保藏部门索取或购买 从发酵制品中分离目的菌株 自然界中分离筛选新的微生物菌种 菌种选育：自然选育、人工诱变、原生质体融 合、基因工程改造
第一节 发酵工业常用的微生物菌种
我们的周围存在着多种多 样的微生物，它们和我们 的生活密切相关。
目前已知微生物约有10万种，分布在以下各界中：
原核生物界：例如细菌、蓝藻 真菌界：例如酵母菌 原生生物界：例如草履虫、变形虫 病毒：例如艾滋病毒、脊髓灰质炎病毒
发酵工业对菌种的要求
能在廉价培养基上迅速生长，目的代谢产物产量高 培养条件易于控制 生长速度和反应速度快，发酵周期短 满足代谢控制的要求 抗噬菌体和杂菌的能力强 遗传性状稳定，菌种不易变异退化 发酵过程产生泡沫少 对前体物质有耐受能力，不作为碳源利用 不是病原菌，不产生有害的生物活性物质
如何在后续的操作中使这种可能性实现？
从自然界中分离培养微生物是菌种选育的重要 和基础的步骤。
到目前为止，还没有一种分离培养方法能揭示 一个试样中所包含的所有微生物总数和种类。
在任一试样中所存在的微生物仅为极少数特定种 类的菌株；在工业微生物筛选过程中，应及时调 整检测方法，以与各种不同类型的生长和代谢之 微生物相适应。
发酵工程2发酵工业菌种(精)
增殖、纯化和性能测定。
1、样品的采集 采样原则： 材料来源越广泛，越有可能获得新的菌种。在一 些极端环境（高温、高压、高盐等），可找到能
适应苛刻条件的微生物类群。
了解目标产物的性质和可能产目标产物的微生物
种类及其生理特征，可提高效率，事半功倍。
2、样品的预处理 目的：提高菌种分离效率。
物理方法：热处理（用于减少样品中的细菌数）；
1、退化的表现
菌落和细胞形态的改变：如苏云金芽孢杆菌的芽
孢和伴孢晶体变得小而少； 生长速度缓慢，产孢子越来越少：如细黄链霉菌 的菌苔变薄、生长缓慢，不再产生典型而丰富的 橘红色分生孢子层；
代谢产物生产能力下降：如藤仓赤霉产赤霉素
能力下降；
抗不良环境条件（抗噬菌体、抗低温等）能力
的减弱。
4、菌种分离
平板划线分离法
稀释分离法 涂布分离法
5、菌种的筛选 对菌株的筛选必须要有一个好的方法（最 简单的方法）来加以鉴定，如颜色的变化、抑
菌圈、透明圈等。
四、发酵工业菌种鉴定
1、经典的分类鉴定方法
形态学特征： 生理生化特性： 血清学试验与噬菌体分型： 氨基酸顺序和蛋白质分析：
2、现代分类鉴定方法
2
思考题
发酵工业菌种
1、常见的工业微生物包括哪些类群？
2、作为工业生产菌株应具备哪些基本特性？ 3 、了解发酵工业中的细菌、酵母菌、霉菌、放 线菌及其生产的产品。 4、掌握菌种分离筛选的基本过程。
5、诱变育种及其原理。
6、常用的化学诱变剂。
7、菌种退化、原因与防治。
8、菌种保藏的方法。
广义的微生物：
现象。有些霉菌如用其分生孢子传代易于衰退，
而改用其子囊孢子接种，则能避免退化。 5）采用有效的菌种保藏方法
发酵工程2
调控措施：机械消泡、化学消泡
6.3.2 发酵过程的工艺控制
? 发酵参数优化 发酵过程参数量大,相关情况复杂,必须借
助于数学模型对过程进行综合观察,采用辩 识方法对过程变量进行估计（状态估计和 模型参数估计），然后通过计算机实现过 程优化，进一步采用“直接数值控制”、 “给定值控制”或自适应控制方法对过程 进行平稳控制或优化控制。
估计
6.3.2 发酵过程的工艺控制
? 发酵过程的最优控制
静态过程最优控制：不考虑时间因素下进 行控制。不理想，但简单易行。
动态过程最优控制：考虑时间因素下进行 控制。符合实际，但复杂。
6.4 发酵罐
? 发酵设备中最重要、应用最广的设备，是发酵工 业的心脏 .
? 广义的发酵罐是指为一个特定生物化学过程的操 作提供良好而满意的环境的容器。工业发酵中一 般指进行微生物深层培养的设备
6.3.2 发酵过程的工艺控制
? 过程变量估算 自动控制方案要成功实施必须能够获得在线的
可靠的过程变量的信息。 状态变量 ：表示系统动态过程所需的一组数目最少的变量。随
时间变化。
参数： 指数学模型方程中待定的未知系数。不随时间变化或变化
很小。
在线估计： 在线对系统进行观测后做出状态估计。 离线估计 ：离线对系统的一些量进行观测后做出状态
6.3.2发酵过程的工艺控制
? pH值 pH值对菌体生长和代谢产物的形成都有影响。 发酵pH值的变化乃是菌体代谢的综合结果。
生长最适pH值 生产最适pH值 调控措施：基础配方比例、缓冲盐、酸/碱液
6.3.2 发酵过程的工艺控制
? 溶解氧 是好氧发酵控制最重要的参数之一。液
体中的微生物只能利用溶解氧，发酵液中 的溶解度为0.22mmol/L。
6.3.2 发酵过程的工艺控制
? 发酵参数优化 发酵过程参数量大,相关情况复杂,必须借
助于数学模型对过程进行综合观察,采用辩 识方法对过程变量进行估计（状态估计和 模型参数估计），然后通过计算机实现过 程优化，进一步采用“直接数值控制”、 “给定值控制”或自适应控制方法对过程 进行平稳控制或优化控制。
估计
6.3.2 发酵过程的工艺控制
? 发酵过程的最优控制
静态过程最优控制：不考虑时间因素下进 行控制。不理想，但简单易行。
动态过程最优控制：考虑时间因素下进行 控制。符合实际，但复杂。
6.4 发酵罐
? 发酵设备中最重要、应用最广的设备，是发酵工 业的心脏 .
? 广义的发酵罐是指为一个特定生物化学过程的操 作提供良好而满意的环境的容器。工业发酵中一 般指进行微生物深层培养的设备
6.3.2 发酵过程的工艺控制
? 过程变量估算 自动控制方案要成功实施必须能够获得在线的
可靠的过程变量的信息。 状态变量 ：表示系统动态过程所需的一组数目最少的变量。随
时间变化。
参数： 指数学模型方程中待定的未知系数。不随时间变化或变化
很小。
在线估计： 在线对系统进行观测后做出状态估计。 离线估计 ：离线对系统的一些量进行观测后做出状态
6.3.2发酵过程的工艺控制
? pH值 pH值对菌体生长和代谢产物的形成都有影响。 发酵pH值的变化乃是菌体代谢的综合结果。
生长最适pH值 生产最适pH值 调控措施：基础配方比例、缓冲盐、酸/碱液
6.3.2 发酵过程的工艺控制
? 溶解氧 是好氧发酵控制最重要的参数之一。液
体中的微生物只能利用溶解氧，发酵液中 的溶解度为0.22mmol/L。
发酵工程第二章发酵工业微生物菌种
李 先 磊
化学化工学院
新种分离与筛选的步骤
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
（一）采样
1、采样对象 以采集土壤为主。一般园田土和耕作过的沼泽 土中，以细菌和放线菌为主；富含碳水化合物的 土壤和沼泽地中，酵母和霉菌较多，如一些野果 生长区和果园内。采样的对象也可以是植物，腐 败物品，某些水域等。
新种分离与筛选的步骤
（五）毒性试验 自然界的一些微生物是在一定条件下产毒的，将其作为 生产菌种应当十分当心，尤其与食品工业有关的菌种， 更应慎重。据有的国家规定，微生物中除啤酒酵母、脆 壁酵母、黑曲霉、米曲霉和枯草杆菌作为食用无须作毒 性试验外，其他微生物作为食用，均需通过两年以上的 毒性试验。
化学化工学院
新种分离与筛选的步骤
发 酵 工 程
（三）培养分离
尽管通过增殖培养效果显著，但还是处于微生物的混杂
李 先 磊
Fermentation Engineering
生长状态。因此还必须分离，纯化。在这一步，增殖培 养的选择性控制条件还应进一步应用，而且控制得细一 点，好一点。纯种分离的方法有划线分离法、稀释分离 法。
李 先 磊
化学化工学院
新种分离与筛选的步骤
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
李 先 磊
（二）增殖培养 为了容易分离到所需的菌种，让无关的微生物 至少是在数量上不要增加，可以通过配制选择 性培养基，选择一定的培养条件来控制。 例如碳源利用的控制，可选定糖，淀粉、纤维 素，或者石油等，以其中的一种为唯一碳源， 那么只有利用这一碳源的微生物才能大量正常 生长，而其它微生物就可能死亡或淘汰。这样 对下阶段的纯种分离就会顺利得多。
发酵工程(2)第二章 工业微生物菌种的选育与扩大培养
孢子丝盘卷成球形孢囊，内形成孢酵母菌
单细胞真核，主 分布于含糖质较多的 偏酸性环境中，如水 果、蔬菜、花蜜和植 物叶子上，以及果园 土壤中。
1、酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae)
又称啤酒酵母。细胞多为圆形、 卵形，能产生子囊孢子。能发酵 葡萄糖、蔗糖、麦芽糖和半乳糖 等多种糖类，但不发酵乳糖和蜜 二糖。
5、白地霉 ( Geotrichum candidum )
➢ 节孢子单个或连接成链。
➢ 白地霉菌体蛋白营养价值很高，可供食用和饲 料用，也可用来提取核酸，在废料废水的利用上很 用价值。
6、产黄头孢霉 ( Cephalosporium chrysogen ) 头孢霉素、先锋霉素
3、游动放线菌属 （Actinoplanes）
➢ 一般不形成气生菌丝，孢子球形，有时端生1-40 根鞭毛，能运动。 ➢ 济南游动放线菌生产创新霉素(creatmycin; 1964).
4、诺卡氏菌属 (Norcadia)
➢ 菌落较小，边缘多呈树根 毛状。 ➢ 生产利福霉素、蚊霉素等
5、孢囊链霉菌属 (Streptosporangium)
4、青霉 ( Penicillum )
产黄青霉 ( Penicillum chrysogenum ) 生产青霉素，也可用来生产葡萄
糖氧化酶、葡萄糖酸、柠檬酸和抗坏 血酸。
娄地青霉 ( Penicillum roqueforti ) 属不对称青霉组，具有分解油
脂和蛋白质的能力，用于制造干酪； 该菌孢子能将甘油三酯氧化为甲基 酮。
第二章 工业微生物菌种的选育与扩大培养
第一节 发酵工业常用微生物 第二节 菌种来源 第三节 菌种选育 第四节 种子扩大培养 第五节 菌种保藏
单细胞真核，主 分布于含糖质较多的 偏酸性环境中，如水 果、蔬菜、花蜜和植 物叶子上，以及果园 土壤中。
1、酿酒酵母 (Saccharomyces cerevisiae)
又称啤酒酵母。细胞多为圆形、 卵形，能产生子囊孢子。能发酵 葡萄糖、蔗糖、麦芽糖和半乳糖 等多种糖类，但不发酵乳糖和蜜 二糖。
5、白地霉 ( Geotrichum candidum )
➢ 节孢子单个或连接成链。
➢ 白地霉菌体蛋白营养价值很高，可供食用和饲 料用，也可用来提取核酸，在废料废水的利用上很 用价值。
6、产黄头孢霉 ( Cephalosporium chrysogen ) 头孢霉素、先锋霉素
3、游动放线菌属 （Actinoplanes）
➢ 一般不形成气生菌丝，孢子球形，有时端生1-40 根鞭毛，能运动。 ➢ 济南游动放线菌生产创新霉素(creatmycin; 1964).
4、诺卡氏菌属 (Norcadia)
➢ 菌落较小，边缘多呈树根 毛状。 ➢ 生产利福霉素、蚊霉素等
5、孢囊链霉菌属 (Streptosporangium)
4、青霉 ( Penicillum )
产黄青霉 ( Penicillum chrysogenum ) 生产青霉素，也可用来生产葡萄
糖氧化酶、葡萄糖酸、柠檬酸和抗坏 血酸。
娄地青霉 ( Penicillum roqueforti ) 属不对称青霉组，具有分解油
脂和蛋白质的能力，用于制造干酪； 该菌孢子能将甘油三酯氧化为甲基 酮。
第二章 工业微生物菌种的选育与扩大培养
第一节 发酵工业常用微生物 第二节 菌种来源 第三节 菌种选育 第四节 种子扩大培养 第五节 菌种保藏
发酵工程 ppt课件
100%
酵母菌
单细胞真菌，具有真核细胞结构 ，有产孢子繁殖和水生、好气性 生长及醇发酵和糖发酵等类型。
80%
霉菌
丝状真菌的俗称，意即多细胞的 真菌，在自然界中广泛存在。
微生物的营养需求
水
微生物细胞的主要组成部分， 是良好的溶剂，能维持酶活性 ，参与代谢反应。
无机盐
参与细胞构成和代谢反应，对 细胞的渗透压平衡和酸碱平衡 起着重要作用。
利用发酵技术生产面包、啤酒 、酸奶等食品。
医药工业
生产抗生素、疫苗、干扰素等 生物药物。
化学工业
生产燃料、化学品、塑料等物 质。
环境治理
利用微生物处理废水、废气， 实现环境保护和治理。
02
发酵工程的基本原理
微生物的种类与特性
80%
细菌
根据形态可分为球菌、杆菌、螺 旋菌等，根据对人类的关系可分 为致病菌、条件致病菌和益生菌 。
细胞分离
通过离心、过滤等技术将菌体从发酵液中分离出 来。
产物纯化
通过一系列的分离纯化技术，如蒸馏、结晶、色 谱等，将产物纯化至所需的规格和纯度。
04
发酵工程的应用实例
酒精发酵Βιβλιοθήκη 010203
酒精发酵简介
酒精发酵是一种通过酵母 菌将糖类物质转化为乙醇 的过程，广泛应用于酒精 饮料、化工等领域。
酒精发酵工艺流程
提高产物的产量与质量
代谢工程
通过代谢工程手段，对微生物的代谢途径进行优化，提高目标产 物的产量和纯度。
过程控制
采用先进的传感器和在线监测技术，实时监测发酵过程，实现精 准控制，提高产物质量。
降低生产成本与环境污染
节能减排技术
采用新型发酵设备，提高设备利用率和能源利用效率，降低能耗和碳排放。
《发酵工程原理》课件
04
发酵工程应用实例
酒精发酵
酒精发酵简介
酒精发酵原理
酒精发酵是一种通过酵母菌将糖类物质转 化为乙醇和二氧化碳的过程，广泛应用于 酒精饮料、生物能源等领域。
酒精发酵主要基于酵母菌的厌氧代谢，通 过糖酵解途径将葡萄糖转化为乙醇和二氧 化碳。
酒精发酵工艺
酒精发酵的应用
酒精发酵工艺包括原料选择、糖化、发酵 、蒸馏和精馏等步骤，每个步骤都有严格 的操作要求。
生物农药的应用
生物农药广泛应用于农业、林 业等领域，可有效防治病虫害 ，提高农产品质量和产量。
05
发酵工程的前景与挑战
新型生物反应器的研发与应用
总结词
新型生物反应器是发酵工程的重要发 展方向，能够提高发酵效率和产物质 量。
详细描述
新型生物反应器采用先进的材料和设 计，优化了发酵过程中的氧气和营养 物质传递，减少了染菌风险，提高了 产物浓度和收率。
发酵工程通过控制微生物的生长和代谢过程，生产出包括食品、饮料、饲料、医 药品、化学品和农业用化学品等在内的各种有用物质。它具有高度洁净的生产环 境，能够实现高效转化和大规模生产，是现代生物技术的重要组成部分。
发酵工程的发展历程
总结词
发酵工程经历了自然发酵、纯培养技术、通气发酵、 酶工程和基因工程等阶段，发展至今已成为一门高度 综合性的生物工程技术。
02
微生物发酵过程
微生物发酵的类型
厌氧发酵
在无氧条件下，利用厌氧菌进行发酵，产生 乙醇、乳酸等。
兼性厌氧发酵
在有氧和无氧条件下都能进行发酵，产生酒 精、酵母等。
好氧发酵
在有氧条件下，利用好氧菌进行发酵，产生 丙酮、丁醇等。
混合发酵
同时利用多种微生物进行发酵，产生多种代 谢产物。