发酵工程——维生素C的生产工艺
生物制药发酵工程
发酵工程技术，即利用微生物的发酵现象（包括细胞培养过 程），通过现代工程技术手段进行规模化生产，获得各种特定 的有用物质。
化学工程的许多单元操作在发酵工程中都有广泛应用，两者 之间有很多的共性。
发酵工程制药工艺通常分为两个阶段：发酵和提取。 发酵是指菌种在一定培养条件下生长繁殖，合成产物的过程， 包括发酵原料的选择及预处理、微生物菌种的选育及扩大培养、 发酵设备选择及工艺条件控制等； 提取是指利用物理、化学方法，对发酵液中的产物进行提取 和精制的过程，包括发酵产物的分离提取、废弃物的处理等。
任何菌种，在生产和保藏的传代过程中，总会有不断的变异、 衰退现象。因此，生产过程中应不断改造菌种性能、培养优良 菌株的育种，必须做好菌种的保藏与复壮，恢复菌种优良性能。
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发酵工程制药的常用菌种
类别
菌种
产物
用途
枯草杆菌
淀粉酶、蛋白酶
制葡萄糖、糊精、糖浆
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
细菌
大肠杆菌 短杆菌
酰胺酶 谷氨酸、肌苷酸
灰黄霉菌
灰黄霉素
医药
黄曲霉菌
淀粉酶
医药、化工
各类放线菌 放线 菌 小单孢菌
链霉素、金霉素、氯霉素、新生霉素 、卡那霉素、土霉素、红霉素
医药
庆大霉素
医药
球孢放线菌 甾体激素
医药
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培养基制备
培养基是人工配制的供微生物细胞生长、繁殖、代谢和合成 各种产物的营养物质和原料，提供生长所必需的环境条件。
第38讲传统发酵技术和发酵工程的应用(课件)-2025年高考生物一轮复习
第三十八讲： 传统发酵技术和发酵工程的应用
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目标要求
1.概述发酵工程及其基本环节；举例说明发酵工程在生产上有重要的应用 价值。 2.理解发酵工程的过程并能够与实际相结合，发展学生的工程思维，提高 系统分析能力。 3.学习发酵工程的环节与实例，感叹生物的神奇，科技的进步
生物菌体。其不仅含有丰富的 蛋白质，还含有糖类、脂质和维生素 等物质。 ③引起全球新冠肺炎大流稿行定的PP元T 凶是新冠病毒，利用发酵工程相关 知识，如何大量生产新冠稿病定P毒PT疫，海苗量素？材持续更
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教材隐性知识： 源于选择性必修3 P8“练习与应用·拓展应用3”：果酒和果醋改进装置及 其分析
①制作葡萄酒时，为什么要将温度控制在18～30 ℃？制作葡萄醋
时，为什么要将温度控制在30～35 ℃？
答案 温度是影响酵母菌和醋酸菌生长和发酵的重要因素。酿酒酵
母的最适生长温度约为28稿定℃P。PT因此需要将温度控制在其最适温度 稿定PPT，海量素材持续更
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一.传统发酵技术的应用【考点讲解】 2.传统发酵食品的制作
（1）腐乳制作 ①原理：蛋白质―蛋――白―酶→小分子的肽和氨基酸 。脂肪―脂―― 肪―酶→甘油和脂肪酸 。 ②腐乳制作过程中参与的微生物：毛霉是一种丝状 真菌，其繁殖方式为 孢子生殖，代谢类型是异养需氧 型。 （ ①2乳）酸泡菌菜发的酵制制作作泡菜的原理稿稿定：定PPPC_TP_6，_HT海_1_量2_O素_6_材―_持酶 ―__→ 续_更_2_C_3_H__6O__3_(乳___酸__)_＋__能__量。
③关键操作
稿定PPT
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第十二章微生物发酵技术
(1)过滤：采用鼓式真空过滤器，过滤前加去乳化剂并降温
(2)提炼用溶媒萃取法。将发酵滤液酸化至pH 2，加1/3体积的 醋酸丁酯，混合后以碟片式离心机分离，得一次BA提取液。 然后以1.3 % ～ 1.9 %NaHCO3在pH 6.8 ～ 7.1条件下将青 霉素从BA中提取到缓冲液中。再调pH至2.0，将青霉素从 缓冲液再次转入到BA中，方法同上，二次BA提取液。
第一节 微生物发酵概论
一、微生物发酵的概念及发展史
❖ 1857年巴斯德提出著名发酵理论：“一 切发酵过程都是微生物作用的结果。” ❖ 1929年Flemming爵士发现了青霉素，增加一大类新产品-抗生素。 ❖ 20世纪40年代，以获取细菌的次生代谢产物-抗生素为主要特征的抗生素工业成为微
生物发酵工业技术的支柱产业。 ❖ 20世纪50年代，氨基酸发酵工业又成为微生物技术产业的又一个成员，实现了对微
发酵过程中环境条件的变化，不仅会影响菌种的 生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成。为了使发酵 过程能顺利进行，要随时取样，检测培养液中的细菌数目、 产物浓度，同时还要及时为发酵菌提供必需的营养，并严 格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。
五、分离提纯
发酵结束后，要对发酵液或生物细胞进行分离和提取精 制，将发酵产物制成合乎要求的产品。对发酵产品的 要求不同，分离提纯的方法也相应有些区别。利用发 酵工程生产的产品有菌种代谢产物和菌种本身（如酵 母菌和细菌）两大类，如果产品是菌种，分离方法一 般是通过过滤、沉淀从培养液中分离出；如果产品是 代谢产物，则采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取。 分离提纯后的产品，还要经过质量检查合格后，才能 成为正式产品。
第十二章 微生物发酵技术
第一节 微生物发酵概论 第二节 工业发酵的工艺流程 第三节 工业发酵的主要产品
发酵工程制药
化学结构类似的抗生素，其生物合成途径和每个合成环节的酶也相似，编码酶的基因之间存在同源性； 用放线紫红素的actⅡ和actⅣ 做探针，与24种产氨基糖苷类抗生素的链霉菌DNA杂交，可产生特异性杂交带； 用actⅡ为探针，成功地克隆了榴菌素(granaticin)和杀螨菌素(milbemycin)的生物合成基因簇； 利用红霉素的eryA1基因克隆了苦霉素(picromycin)生物合成相关基因； 利用碳霉素(carbomycin)的car E 基因克隆了麦迪霉素的4-羟基苯酰基转移酶基因；
所有参与生物合成过程的基因都是克隆的候选者；
01
主要的候选基因是限速基因和生物合成调节基因；
02
这些基因向原菌株的克隆是随机的；
获得特定的目标基因
载体 (质粒或病毒)
目标基因片段
质粒DNA片段
重组DNA
重组DNA进入受体细胞并扩增、表达
具有目标基因表达功能的重组体
在已知的微生物所产生的抗生素中，约2／3由放线菌产生，而其中的80％来源于链霉菌；链霉菌属中的链霉菌，有约500个种。
1、抗生素生物合成基因群成员的结构特点
（一） 抗生素生物合成基因的特点及其克隆的策略和方法
2、克隆抗生素生物合成基因的策略和方法
⑹ 寡核苷酸探针法 链霉菌编码抗生素生物合成基因ORF顺序的密码子的第3位碱基多达90％为G或C，是探针设计的根据。
高中生物新人教版选择性必修3发酵工程及其应用课件(29张)
2．下列对发酵罐内发酵的相关叙述，不正确的是 ( ) A．该过程是发酵工程的中心环节 B．应随时检测培养液中微生物的种类、产物浓度等 C．要严格控制温度、pH 和溶解氧等发酵条件 D．要及时添加必需的营养成分 答案：B
[归纳提升] 影响发酵过程的因素 (1)温度 ①温度影响酶活性。在最适温度范围内，随着温度的升高，菌 体生长和代谢加快，发酵反应的速率加快。当超过最适温度范 围以后，随着温度的升高，酶很快失活，菌体衰老，发酵周期 缩短，产量降低。 ②温度影响生物合成的途径。例如：金色链霉菌在 30 ℃以下 时，合成金霉素的能力较强，当温度超过 35 ℃时，则只合成 四环素而不合成金霉素。
(3)溶解氧 氧的供应对需氧发酵来说，是一个关键因素。必须向发酵液中 连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，这样可以提高氧在 发酵液中的溶解度。 (4)泡沫 ①通气搅拌、微生物的代谢过程及培养基中某些成分的分解等， 都有可能产生泡沫。 ②过多的持久性泡沫对发酵是不利的。因为泡沫会占据发酵罐 的容积，影响通气和搅拌的正常进行，甚至导致代谢异常。
时还通过摩擦产生了热能。
答案：D
3．有关谷氨酸发酵的叙述中正确的是
()
A．发酵中要不断通入空气
B．培养条件不当将不能得到产品
C．搅拌的唯一目的是使空气成为小泡
D．冷却水可使酶活性下降 解析：进行谷氨酸发酵的菌种是异养需氧型微生物，所以要在
培养过程中不断通入空气，但是必须通入的是无菌空气，普通
空气容易造成杂菌污染。搅拌不但使空气成为小气泡以增加培
(2)由谷氨酸棒状杆菌发酵可以得到谷氨酸，谷氨酸经过一系列处
理就能制成味精
(√)
(3)食品工业中经常用到的酶制剂都是通过发酵工程生产的 (×)
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。
第十二章微生物发酵ppt
第十二章微生物发酵ppt
•四、微生物发酵的基本特征
发酵过程中环境条件的变化，不仅会影响菌种的
生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成。为了使发酵
过程能顺利进行，要随时取样，检测培养液中的细菌数目、
产物浓度，同时还要及时为发酵菌提供必需的营养，并严
格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。
第十二章微生物发酵ppt
• 五、分离提纯
发酵结束后，要对发酵液或生物细胞进行分离和提取精 制，将发酵产物制成合乎要求的产品。对发酵产品的 要求不同，分离提纯的方法也相应有些区别。利用发 酵工程生产的产品有菌种代谢产物和菌种本身（如酵 母菌和细菌）两大类，如果产品是菌种，分离方法一 般是通过过滤、沉淀从培养液中分离出；如果产品是 代谢产物，则采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取。 分离提纯后的产品，还要经过质量检查合格后，才能 成为正式产品。
年代，微生物学家开始用紫外线、激光、化学诱变剂等处理
菌种，使菌种产生突变，以筛选出符合要求的优良菌种。随
着细胞工程、基因工程等技术的日益成熟，科学家开始构建
工程细胞或工程菌，用它们进行发酵，甚至能生产出一般微
生物所不能生产的产品。
第十二章微生物发酵ppt
•二、菌种培养基的配制
培养基是选择出的菌种生活的环境，对菌种有多方面的影响， 所以至关重要。一般来说，培养基的配方要经过反复的实验才 能确定。另外，发酵工程中所用的菌种多要求是纯培养的，即 整个发酵过程不能混有杂菌，否则将导致产量大大下降，甚至 得不到产品。例如，如果青霉素生产过程中污染了杂菌，这些 杂菌会分泌青霉素酶，将形成的青霉素分解掉。因此，培养基 和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
发酵工程
绪论发酵工程的概念发酵工程的特点和研究内容发酵工程的发展简史发酵工程的现状及发展前景概述•发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支，成为一个包括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。
•现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。
一、发酵的定义1、传统发酵2、生化和生理学意义的发酵3、工业上的发酵1、传统发酵•最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。
2、生化和生理学意义的发酵❑指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。
如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2如人体在剧烈运动时需要大量的能量，有氧呼吸不能满足需要，因此肌肉在缺氧的条件下将丙酮酸“发酵”为乳酸，同时产生A TP3、工业上的发酵•泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程包括：1. 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。
2. 通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。
•产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。
二、发酵工程主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术(1) 有严格的无菌生长环境：包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；(2)在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；(3)种子培养和生产培养的不同的工艺技术。
(4)在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。