发酵工程基础
发酵工程教学大纲
发酵工程教学大纲发酵工程教学大纲导言：发酵工程是应用微生物学和生物工程原理研究发酵过程的科学和技术。
它涉及微生物活性、生物传热和质量传递、筛选和改造微生物、发酵材料的预处理等方面的内容，是一门综合性强的学科。
本大纲旨在提供一种系统和全面的教学方式，使学生全面了解和掌握发酵工程的基本知识和技能。
一、教学目标1.了解和掌握发酵工程的基本概念和原理。
2.熟悉发酵过程中的微生物特性和工程参数。
3.掌握发酵工程的实验操作技能。
4.培养学生的团队协作能力和创新精神。
二、教学内容和课程安排1.发酵工程概论1.1 发酵工程的发展历程和应用领域1.2 发酵工程的基本概念和定义1.3 发酵工程与生物工程的关系2.微生物学基础2.1 微生物的分类和特性2.2 微生物的培养和繁殖2.3 微生物对环境的要求3.发酵过程和工程参数3.1 发酵过程的分析和优化3.2 发酵过程中的传热和质量传递3.3 发酵工程的参数控制和调节4.发酵工程的实验室操作技能4.1 发酵工程实验室设备的使用和维护4.2 发酵过程中的微生物培养和发酵操作4.3 实验结果的分析和处理5.发酵工程的创新应用5.1 新型发酵菌种的筛选和改造5.2 发酵工程在食品工业中的应用5.3 发酵工程在生物药物生产中的应用三、教学方法1.理论授课通过讲授基本概念、原理和实例，向学生介绍发酵工程的基本知识。
2.实验操作训练组织学生进行发酵过程中的微生物培养和发酵操作训练，培养其实验操作能力。
3.案例分析通过案例分析，引导学生进行发酵工程问题的分析和解决，培养其创新思维能力。
4.小组讨论组织学生进行小组讨论，让学生合作解决问题，培养其团队协作能力。
四、教学评价1.平时表现包括课堂参与度、实验报告撰写和小组讨论成果等。
2.期中考试对学生对基本概念和原理的理解进行测试。
3.实验成绩评价学生在实验操作中的理解和技能水平。
4.期末考试对学生对整个课程内容的掌握和理解进行综合测试。
高中发酵工程的知识点总结
高中发酵工程的知识点总结一、发酵工程的基本概念1. 发酵工程的定义发酵工程是以微生物或酶等生物催化剂为基础，通过控制合适的环境条件，利用微生物或酶的代谢作用，进行有选择地生产物质或提取有用产品的工程技术。
2. 发酵工程的原理发酵工程利用生物催化剂在适宜的温度、pH、氧气供应等条件下对原料进行代谢作用，使其产生有用的化学产物。
发酵过程分为有氧发酵和无氧发酵，有氧发酵是指微生物在充分供氧的情况下进行代谢作用，而无氧发酵则是微生物在缺氧条件下进行代谢作用。
3. 发酵工程的应用发酵工程在食品、医药、酒类、饲料、化工等领域都有重要的应用，可以生产出酒精、乳酸、维生素、抗生素、酶等多种产品。
二、微生物学基础1. 微生物的分类微生物是一类极小的生物体，包括细菌、真菌、酵母菌、病毒等。
其中，细菌可分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，酵母菌主要是酵母菌科的酵母菌，真菌包括霉菌和酵母菌。
2. 微生物的生长特性微生物的生长需要适宜的温度、pH值、氧气供应等条件，不同微生物的生长特性有所不同。
典型的微生物生长曲线包括潜伏期、对数生长期和平稳期。
3. 微生物的代谢特点微生物的代谢分为呼吸代谢和发酵代谢两种形式。
呼吸代谢需要有氧气，产生CO2和H2O，而发酵代谢不需要氧气，产生乳酸、酒精、醋酸等产物。
4. 微生物的培养方法微生物的培养方法包括液体培养和固体培养两种形式，培养基的选择对微生物的生长有重要影响。
三、发酵工程的工艺流程1. 发酵工程的基本流程发酵工程的基本流程包括发酵菌种的培养和保存、发酵罐的设计和运行、发酵过程的控制和调节、产品的分离和提取等步骤。
2. 发酵工程的发酵罐发酵罐是进行微生物发酵的设备，按照不同的设计要求可分为批式发酵罐和连续式发酵罐。
3. 发酵工程的发酵菌种发酵菌种是进行发酵的微生物，可以是细菌、酵母菌、真菌等。
合适的发酵菌种是发酵工程成功的关键。
4. 发酵工程的发酵过程控制发酵过程的控制包括温度、pH值、氧气供应、营养物质的添加等方面，需要根据不同的菌种和发酵产品进行调节。
生物发酵工程技术在产业和生活中的应用研究
生物发酵工程技术在产业和生活中的应用研究随着人们对生活质量的要求越来越高，生物制品的需求量也越来越大。
生物发酵工程技术是一种利用微生物进行大规模生产的技术，在医药、食品、能源等众多领域与生活息息相关。
本文将从生物发酵工程技术的基础原理、应用研究以及未来发展方向三个方面探讨其在产业和生活中的应用。
一、生物发酵工程技术的基础原理生物发酵工程技术是通过选择并利用微生物、发酵工艺和设备等手段，使原料在微生物的作用下转化为所需的产品。
微生物是生物发酵的关键，微生物在发酵过程中通过代谢作用将原料转化为目标产物，同时释放相应的能量。
发酵的基础原理主要是利用微生物在生长和繁殖中产生的代谢产物，生成所需的目标产物。
其中微生物的产生和培养、培养基的选择和设计、代谢产物的识别和分离纯化等技术都是发酵工艺中关键的环节。
二、生物发酵工程技术的应用研究1.医药制造医药制造是生物发酵工程技术较为重要的应用领域之一。
在医药制造中，生物发酵工程技术主要用于制备抗生素、激素、酶及多肽类等重要药物。
通过选择适宜的微生物及培养条件，生产出高质量的药品，满足人们对药品的需求。
2.食品加工食品加工业中有很多产品都需要生物发酵技术来生产，如酸奶、酱油、味精、酒类等。
生物发酵技术能够发挥微生物转化和代谢特性，使这些食品呈现出特有的香味和口感。
3.能源生产生物发酵工程技术在能源领域有广泛的应用，如生物燃料、发酵氢气等。
微生物可以将生物质转化为燃料，生产出高质量的生物燃料，提供清洁且可再生的能源。
三、生物发酵工程技术的未来发展方向未来，生物发酵工程技术的发展方向主要是技术先进化，产品多样化和工业化生产。
一方面，随着技术的不断提高，会有更多更好的微生物被开发，为工艺提供更多的选择；另一方面，也要将已有的生物发酵产品从实验室转移到实际工业化生产中。
总之，生物发酵工程技术已经成为了生产生物产品中的一个重要工具。
在未来，生物发酵技术将持续发展，围绕着工业化高效生产、能源领域开发新型生物燃料等方向不断探索，使人们的生活更加美好。
2024届高考一轮复习生物学案(人教版)第十单元生物技术与工程第2课时微生物的培养技术及应用
第2课时 微生物的培养技术及应用课标要求 1.获得纯净的微生物培养物是发酵工程的基础。
2.阐明在发酵工程中灭菌是获得纯净的微生物培养物的基础。
3.阐明无菌技术是在操作过程中，保持无菌物品和无菌区域不被微生物污染的技术。
4.举例说明通过调整培养基的配方可有目的的培养某种微生物。
5.概述平板划线法和稀释涂布平板法是实验室中进行微生物分离和纯化的常用方法。
6.概述稀释涂布平板法和显微镜计数法是测定微生物数量的常用方法。
考点一 微生物的培养技术及应用1．培养基的配制(1)培养基的概念、用途和类型①概念：人们按照微生物对营养物质的不同需求，配制出的供其生长繁殖的营养基质。
②用途：用以培养、分离、鉴定、保存微生物或积累其代谢物。
③种类：按物理性质分⎩⎪⎨⎪⎧液体培养基↓(加入凝固剂，如琼脂)固体培养基(2)培养基的配方①主要营养物质：水、碳源、氮源、无机盐。
②其他条件：pH 、特殊营养物质和氧气。
如下表：微生物 乳酸杆菌 霉菌 细菌 厌氧微生物 特殊需求添加维生素pH 调至酸性pH 调至中性或弱碱性无氧2.无菌技术(1)目的：获得纯净的微生物培养物。
(2)关键：防止杂菌污染。
(3)消毒与灭菌的比较 项目 消毒灭菌 作用强度 较为温和的理化因素 强烈的理化因素 作用程度杀死物体表面或内部一部分微生物杀死物体内外的所有微生物芽孢和孢子一般不能杀灭能杀灭适用对象实验操作的空间、操作者衣着和双手微生物培养器皿、接种用具和培养基等常用方法煮沸消毒法、巴氏消毒法等湿热灭菌法、干热灭菌法、灼烧灭菌法等(4)注意事项①实验操作时，应避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品接触。
②为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在超净工作台上并在酒精灯火焰附近进行。
3．微生物的纯培养(1)概念辨析(2)酵母菌纯培养的操作步骤(3)平板划线法操作步骤下图是平板划线操作的示意图，据图回答下列问题：(1)用图中字母和箭头表示平板划线操作的正确步骤：d→b→f→a→e→c→h→g。
发酵工程概论
二、发酵工程概况
发酵工程的发展的四个阶段 1、第一阶段 发酵理论的建立——巴斯德
2、第二个里程碑 以微生物的纯种培养技术为主要特征 ——丙 酮丁醇的制造
物。
菌种的筛选：
自然选育 诱变育种 基因工程育种
2、种子的扩大培养
种子扩大培养：是指将保藏菌种接入试 管斜面活化后，再经摇瓶到种子罐逐级 培养而获得的一定数量和质量被称为发 酵种子的纯种微生物的过程。
种子的扩大培养
（1） 菌丝进罐培养
（2） 孢子进罐培养3 Fra bibliotek生物的发酵过程
三、国外发酵工业的发展趋势
1，生物转化（或生物合成）技术成为国外著名化学 公司争夺的热点，并逐步从医药领域逐渐向化工领 域转移
2，生物催化合成已成为化学品合成的支柱之一
3，利用生物技术生产有特殊功能、性能、用途或环 境友好的化工新材料，是化学工业发展的一个重要 趋势。
4，传统的发酵工业已由基因重组菌种取代或 改良。许多传统的发酵工程产品如柠檬酸、 青霉素等都已开始采用基因工程手段进行 改造，大大地提高了产量。在以基因工程 为主导的现代生物技术产品中，医药生物 技术产品占75％左右。
3、第三个阶段 以深层发酵青霉素为主要特征
4、第四个阶段 以引入基因工程，达到微生物定向育
种为主要特征。
三、发酵工程的内容和生产流程
现代发酵工程的主要内容包括：
工业生产菌株的选育 发酵条件的优化与控制 生物反应器的设计 发酵产物的分离、提取和精制
第一单元发酵工程(基础过关)高二生物单元测试卷(人教版2022年选择性必修3)
第1 章发酵工程根底过关卷一、选择题：此题包括15 小题，每题2 分，共30 分。
每题只有一个选项符合题目要求。
1.以下有关酵母菌和醋酸菌的表达，错误的选项是( )A.两者均可进展有氧呼吸B.在无氧条件下，酵母菌可以产生酒精，醋酸菌则不能产生醋酸C.两者都是异养生物，生存都离不开葡萄糖D.醋酸菌可以用酵母菌的某种代谢产物为原料来合成醋酸【答案】C【解析】醋酸菌是好氧细菌，在氧气充分的环境中才能完成其正常的生命现象；酵母菌属于兼性厌氧型微生物，在有氧和无氧环境中都能生存，A、B 正确；醋酸菌在缺少糖源时，能以酒精为原料合成醋酸，而酵母菌在无氧环境中能产生酒精，C 错误、D 正确。
2.某同学在线提交了在家用带盖玻璃瓶制作果酒和果醋的试验报告，他的做法错误的选项是( )A.选择颖的葡萄略加冲洗，除去枝梗后榨汁B.将玻璃瓶用酒精消毒后，装满葡萄汁C.酒精发酵期间，依据发酵进程适时拧松瓶盖放气D.酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进展醋酸发酵【答案】B【解析】制作葡萄酒时，选择颖的葡萄，榨汁前先将葡萄略加冲洗，并除去枝梗，A 正确；发酵瓶要清洗干净，用体积分数为70%的酒精消毒，或用洗洁精洗涤，葡萄汁装入发酵瓶时，要留有大约1/3 的空间，不能装满，这样既可以为酵母菌大量生殖供给适量的氧气，又可以防止发酵旺盛时发酵液溢出，B 错误；酒精发酵过程中会产生二氧化碳，为了释放出二氧化碳，要依据发酵进程适时拧松瓶盖放气，C 正确；由于醋酸发酵使用的菌种为醋酸菌，醋酸菌为好氧细菌，为了给醋酸发酵供给充分的氧气，并防止空气中的杂菌污染，酒精发酵后去除瓶盖，盖一层纱布，再进展醋酸发酵，D 正确。
3.列有关培育基的表达，错误的选项是( )A.培育基是为微生物的生长生殖供给养分的基质B.培育基只有两类：液体培育基和固体培育基C.培育大肠杆菌的培育基中必需添加有机碳源D.微生物在固体培育基外表生长可形成肉眼可见的菌落【答案】B【解析】培育基是人们依据微生物对养分物质的不同需求，配制出的供其生长生殖的养分基质， A 正确；培育基的分类标准不同，其种类也不同，如培育基按所含成分来源可分为合成培育基和自然培育基，B错误；大肠杆菌属于异养型微生物，培育异养型微生物的培育基中必需添加有机碳源，C 正确；微生物在固体培育基外表生长可形成肉眼可见的菌落，D 正确。
1.3发酵工程及其应用
第1章发酵工程第3节发酵工程及其应用学习目标必备知识一、发酵工程的基本环节二、发酵罐三、发酵工程的应用拓展延伸高考链接模拟演练1.掌握发酵工程的基本环节2.理解发酵工程在农业、食品工业、医药工业及其他工业生产上有重要的应用价值一、发酵工程的基本环节1．选育菌种：性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
2．扩大培养：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也较大，因此在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。
3．配制培养基：在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。
培养基的配方要经过严格灭菌才能确定。
4．灭菌：培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
5．接种：扩大培养的菌种和灭菌后的菌种加入发酵罐中6．发酵罐内发酵：在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。
还要及时添加必需的必需的营养组分，要严格控制温度、PH和溶解氧等发酵条件。
7．分离、提纯产物：如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥得到产品。
如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的蒸馏、萃取措施来获得产品。
二、发酵罐1.发酵装置分析（1）培养物或营养物质的加入口，阀门和放料口：控制培养物以一定速度进入、流出发酵罐，实现连续培养。
（2）空气入口：控制溶解氧。
（3）观察孔、取样管、温度传感器和控制装置、生物传感器装置、pH计：通过肉眼观察、仪器检测等监控发酵条件以及发酵过程，取样管处抽取样品进一步检测。
（4）冷却水进入口和排出口：通过控制冷水流速调节罐温。
（5）排气管：调节罐压（6）电动机和搅拌叶轮：电机带动叶轮转动进行搅拌，使微生物与发酵液混合均匀，加快氧气溶解以及散热。
2.发酵罐使用注意事项：(1)发酵罐在使用前要进行灭菌，培养基和发酵设备一般用蒸汽灭菌，空气采用过滤的方法除菌。
原因分析：在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响；要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理；用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。
发酵工程师笔试题
发酵工程师笔试题一、理论基础部分发酵工程是利用微生物等生物技术生产制品的一门学科，它涉及到微生物学、生物化学、化学工程等多个学科的交叉。
请根据以下问题进行回答：1. 请简要说明发酵工程的定义及其在生产中的应用。
2. 什么是发酵反应？简述发酵反应的过程及其在生产中的意义。
3. 请说明微生物在发酵生产中的作用，并举例说明。
4. 发酵工程中常用的发酵罐有哪些种类？它们各有何特点？5. 发酵工程中常用的控制参数有哪些？请简要说明其作用。
二、数学计算部分发酵工程师需要具备一定的数学基础，下面是一些与发酵工程相关的数学计算题，请结合实际情况进行回答：1. 当一批发酵液中细菌数量由1000增加到5000，求其增长率。
2. 如果一批发酵罐中初始乳酸菌数量为10^6 CFU/mL，经过12小时的发酵后，乳酸菌数量达到10^9 CFU/mL，求其生长速率。
3. 如果一批发酵液在37摄氏度下，每小时增加10%的细菌数量，经过4小时后，求细菌的最终数量。
4. 某种发酵液中的葡萄糖浓度为20%，若发酵中的糖利用率为80%，求其最终残留糖浓度。
三、实际应用部分发酵工程在生活中有着广泛的应用，以下问题请结合实际情况进行回答：1. 举例说明发酵工程在食品行业的应用，并简要说明其作用。
2. 发酵工程在药品生产中的应用有哪些？请举例说明。
3. 发酵工程在环保领域的应用有哪些？请简要说明其意义。
4. 请举例说明发酵工程在能源生产中的应用，并简要说明其原理。
通过以上笔试题，可以检验应聘者对发酵工程的理解程度以及数学计算能力，希望您能认真作答并展现出您的专业素养。
祝您考试顺利！。
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近代发酵—纯培养技术的建立
巴斯德(Louis Pasteur,1822-1895)于1857年 发现了发酵是由微生物引起的,从而 使传统的经验发酵变成了一门科学.
巴 斯 德 发 明 的 消 毒 器
现 巴 氏 消 毒 法 采 用 仍 厂 工 化 代
人 们 心 中 的 巴 斯 德
近代发酵—纯培养技术的建立
积累赖氨酸的菌株特性
• 通过基因突变使酶3失去活性,切断向苏 氨酸方向的代谢流 • 在培养液中加入限制量的高丝氨酸(或苏 氨酸和蛋氨酸)
细胞膜通透性的改造
用能积累谷氨酸菌株做如下实验: • 生物素充足时,细胞内含大量谷氨酸,但培养液 里几乎不含谷氨酸. • 用溶菌酶消化细胞壁得到的原生质体仍不分泌 谷氨酸. • 当把原生质体放入低渗溶液里,将其涨破,谷氨 酸才排出. • 生物素亚适量时,培养液里含大量谷氨酸,细胞 里含量少.
微生物生长的数学模型
假设发酵微生物是细菌(分裂方式为一 分为二) ,发酵刚开始细胞浓度为X0, 在一小时内有部分细胞分裂.设分裂 细胞的分率为 µ,1h分裂的细胞数为 µX0. 经1小时 后细胞的浓度为X1: X1=µX0+X0=X0(1+ µ)
经2小时 后细胞的浓度为X2: X2=X1(1+ µ)=X0(1+ µ)2 经t小时 后细胞的浓度为Xt: Xt=X0(1+ µ)t
我们把一小时分成ξ个无穷小的 ξ 单位时间,则在一个无穷小的时 单位时间, 间单位内分裂的细胞的分率为 ε=µ/ ξ,并且有 并且有: ε= / ξ,并且有:
X1=X0(1+ ε) X2=X1(1+ ε)=X0(1+ ε)2
X1=X0(1+ ε) ξ →(1+ε) ξ=(1+ µ) ) t Xt=X0(1+ ε) ξ t =X0((1+ ε)1/ ε) µt
Lim( 1+ ε)1/ ε=e
ε→0
Xt=X0e µt t t dX/dt=X0de µt/dt= µ X0e µt= µX 实际生长比速dX/Xdt= µ-kX
解上述微分方程，设 U=1/X 得 dU/dt+ µ U=k 求解得 1/X=A e -µt+k/µ 边界条件 t=0,X=X0 解得X= k/µ/(1+((k/µ -X0)/X0)e- µt)
• 布雷费尔德 (Brefeld)于1872年创立 了霉菌纯培养技术. • 丹麦科学家汉逊(Hansen)1878年创 立了酵母纯培养技术 • 德国科学家科赫 (Robert Koch,18431910)于1881年创立了细菌纯培养技 术.
近代发酵—纯培养技术的建立
• 上述技术突破,人们可以控制发酵进 程,从而使发酵技术从天然发酵走向 纯种发酵.完成了发酵技术的第一次 转折. • 主要产品:酒精 甘油 丙酮-丁醇
协同反馈抑制
黄 色 短 杆 节 机 制 合 成 Lys 物 生 菌
•
三 羧 酸 循 环
黄色短杆菌生物合成Lys调节机制
• 酶3活性比酶2高15倍,代谢优先生成高丝 氨酸 • 酶4活性比高丝氨酸激酶高,代谢优先向 蛋氨酸方向进行 • 蛋氨酸过量反馈阻遏酶4,3的合成 • 异亮氨酸过量反馈抑制酶5的活性 • 苏氨酸过量反馈抑制酶3的活性,并且与 过量赖氨酸协同抑制酶1的活性
发酵的概念
• 巴斯德认为:发酵是酵母在无氧 状态下的呼吸过程,是生物获得能 量的一种形式.
发酵的概念
• 现代发酵定义:利用微生物在有 氧或无氧条件下的生命活动来制 造产品的过程.
•
葡 萄 糖 代 谢
发酵的特点
• 微生物的共性 • 发酵工程的特点
微生物的共性
• 体积小,面积大 • 吸收多,转化快 • 生长旺,繁殖快 • 适应强,易变异 • 分布广,种类多
2.6×10-3 × 10-16 ×ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ1015 × 1000 × 0.2
=0.052molO2/m3 S =187.2 molO2/m3 h • 在1小时里菌体的需氧量是溶解量的 750倍。因此，溶解氧的供给常常是 好氧发酵的限制性因素。
微生物生长的化学计量
• 对产黄青霉以葡萄糖和NH3 为原料进行 通气培养，经测得菌体的元素组成为 CH1.92O0.61N0.16，只与菌体生长有关的葡 萄糖消耗转化系数为Y=88。6g菌体/mol 葡萄糖.菌体生长原料消耗的计量关系。
第九讲
发酵工程
• 发酵工程及特点 • 古老的新技术:发酵技术发展历 程 • 发酵原理:人类如何利用微生物 • 发酵产品的生产:现代发酵工业
发酵工程及特点
• 发酵的概念 • 发酵工程的特点
发酵的概念
• 发酵(Fermentation)英文来自拉丁 语ferver,意思是“发泡”.描述果 汁或谷物发酵时产生CO2的现象. 实际上,在后来的啤酒 果酒生产 中,起泡现象一直作为重要的直观 指标.
发酵原理与机制
• 黄色短杆菌赖氨酸的合成与调节 机制 • 细胞膜通透性的改造 • 发酵中如何控制关键条件
回忆一个概念
• 反馈抑制:代谢途径的末端产物(即终产物) 过量时,这个产物反过来直接抑制该途径 第一个酶的活性,使整个反应过程减慢或 停止.
•
反 馈 抑 制
协同反馈抑制
• 分支代谢途径中的几个末端产物同时过 量时才能抑制共同途径中的第一个酶的 一种反馈调节方式.单独一种产物过量并 不能引起抑制作用.
基因工程菌发酵
• 1970S以来基因工程技术的飞速发展,为发酵工 程技术插上了腾飞的翅膀,人们可以定向改变生 物的性状和功能,创造新的“物种”,是发酵工 业能够生产出超出自然界微生物所不能合成的 产物. • 技术特点:可定向改造生物基因,按人们的意志 生产产品. • 意义:将引起发酵工程的技术革命. • 产品:人生长素,干扰素,疫苗
代谢控制发酵
• 代谢控制发酵 • 1959年木下祝郎发明了用微生物发酵发生产谷 氨酸. 味精的分子式为: HOOC-(CH2) 2CHNH2COONa.H2O • 技术特点 从DNA分子水平上控制(无定向诱变) 微生物代谢途径,进行最合理代谢.该技术的发 展完成了发酵技术的第三次转折. • 代表产品 :氨基酸 核苷酸等
思考题
• 基本概念:发酵,反馈抑制,营养缺陷型. • 发酵工程的特点及微生物的共性. • 发酵工程发展的四个阶段技术特点和代 表产品. • 发酵工程由那几个主要部分组成? • 为什么氧的供给常常是好氧发酵的限制 因素?
结论
谷氨酸的分泌是由细胞膜控制 细胞膜的结构怎样?
磷 脂 分 子 形 成 细 胞 膜
磷 脂 分 子 结 构 式
生物素缺陷型可分泌谷氨酸
营养缺陷型:微生物因突变不能合成某种 必需生长因子,需外加该因子才能生长的 菌株.如高丝氨酸营养缺陷型.
生物素是脂肪酸合成最初反应关键酶 的辅酶,生物素缺陷型菌株不能合成 生物素,通过控制生物素亚适量,使磷 脂合成不完全而导致细胞膜渗漏.从 而使谷氨酸分泌到细胞外
发酵工程的特点
• 反应条件温和:常温常压 • 原料来源广泛并无需精制 • 众多反应都在同一发酵罐内完成
发酵技术发展历程
• 古代发酵 • 近代发酵 • 现代发酵
古代发酵
• 距今8000至4500年前开始(中 国), • 距今4000至3000年前开始(外国) • 特点 只知现象,不知本质 • 产品 米酒 啤酒
• 原料水平 C:葡萄糖,蔗糖,淀粉,糖蜜,天然气,乙酸,乙醇 及氨基酸和蛋白质类物质等. N:各种氨基酸,蛋白胨,酵母粉,鱼粉,豆饼粉, 麦皮,尿素,硝酸胺等. O:空气或氧气等. P,S,Cl,K等:K2HPO4,KH2PO4,NH4Cl,MgSO4.
好氧发酵的氧为何如此重要
• 氧是一种难溶气体，在标准条件下，空 气 中 的 氧 在 纯 水 中 的 溶 解 度 为 0.25mol/m3 左右。对于菌体浓度为1015 个/的发酵液，假定每个菌体的体积为1016m3 （直径为5.8μ），细胞呼吸强度为 2.6*10-3molO2/(kg干细胞 s)，菌体密度 为1000kg/m3 ，含水量为80%，则每立 方米发酵液的需氧量为:
• C6H12O6+NH3+O2→CH1.92O0.61N0.16+CO2+H2O
• 求出1摩尔C对应菌体所含元素总摩尔数(相当 于分子量)为12+1×1.92 +16 ×0.61+14 ×0.16=25.92 • Y=88.6g菌体/mol葡萄糖=3.42mol菌体/mol 葡萄糖 • 然后按顺序配平C,N,H,O • C6H12O6+ 0.55NH3 + 2.39O2 → • 3.42CH1.92O0.61N0.16 + 2.58CO2 + 3.54H2O
发酵工艺
• 发酵工艺流程 • 发酵工艺主要组成部分 • 微生物生长得数学模型
发 酵 工 艺 流 程
发酵工艺组成部分
培养基制备 ↓ 种子培养→发酵罐→产物的提取精制 ↑ 无菌空气
微生物的营养
• 元素水平:C H O N P S Cl K… • 化合物水平 C:糖,脂,有机酸,醇,烃等 N:氨基酸,蛋白质,尿素等 O:溶解氧 P,S,Cl,K等:主要来自含该元素的无机盐.
现代发酵
• 通气搅拌发酵 • 代谢控制发酵 • 基因工程菌发酵
通气搅拌发酵
• 英国科学家弗莱明(A.Fleming),1929年发现 了青霉素 • 英国科学家弗洛里(Haward.Flory)和钱恩 (E.B.Chain)精制分离出青霉素(1940年) • 第二次世界大战对青霉素的急切需求推 动了工业化生产(1944年) • 技术关键 无菌空气制备,通风搅拌发酵 • 代表产品 青霉素 • 意义 完成了发酵技术的第二次技术转折