《发酵工程课程设计》PPT课件
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发酵工程课程设计
10生物技术第二组
主讲人:邢利明
建筑精选课件
1
小组成员
• 候云彩201006040011 • 李 彬201006040012 • 张媛媛201006040010 • 殷雅楠201006040014 • 任二硕201006040015 • 邵 冲201006040016 • 许乃安201006040017 • 邢利明201006040018 • 魏永杰201006040020
• 大肠杆菌是细菌，属于原核生物；具有由肽聚糖 组成的细胞壁，只含有核糖体简单的细胞器，没 有细胞核有拟核；细胞质中的质粒常用作基因工 程中的运载体
• 大肠杆菌的代谢类型是异养兼性厌氧型。
建筑精选课件
6
• 大肠杆菌在生物技术中的应用：大肠杆菌作为外 源基因表达的宿主，遗传背景清楚，技术操作简 单，培养条件简单，大规模发酵经济，倍受遗传 工程专家的重视。目前大肠杆菌是应用最广泛， 最成功的表达体系，常做高效表达的首选体系
建筑精选课件
19
影响大肠杆菌高密度发酵的因素
• 培养基 • 溶氧浓度 • PH • 温度 • 代谢副产物
建筑精选课件
20
• 培养基
• 高密度发酵对基质中营养源的种类和含量比要求 较高，如碳源和氮源的比例偏小，会导致菌体生 长旺盛，造成菌体提前衰老自溶；比例偏大，则 菌体繁殖数量少，细胞代谢不平衡，不利于产物 积累。
• 在培养基培养时无需添加生长因子，向培养基中 加入伊红美蓝遇大肠杆菌，菌落呈深紫色，并有 金属光泽，可鉴别大肠杆菌是否存在
建筑精选课件
7
• 在这里必须指出的是，处于生物安全考虑，生物 工程用的菌株是在不断筛选后被挑选出的菌株。 这些菌株由于失去的细胞壁的重要组分，所以在 自然条件下已无法生长。甚至普通的清洁剂都可 以轻易地杀灭这类菌株。这样，即便由于操作不 慎导致活菌从实验室流出，也不易导致生化危机。
建筑精选课件
8
发酵介绍
建筑精选课件
9
• 有机物被生物体氧化降解成氧化产物并释放能量的过程统称为生物氧 化.微生物生理学把生物氧化区分为呼吸和发酵，呼吸又可进一步区分 为有氧呼吸和无氧呼吸。因此，发酵是生物氧化的一种方式。
• 工业生产上笼统地把一切依靠微生物的生命活动 而实现的工业 生产均称为“发酵”
建筑精选课件
10
• 借用理工大学的发酵工程课件来对发酵设备进行 直观的认识
建筑精选课件
11
发酵的特点
• 发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物 化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。
• 发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产 品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进 行反应。
• 发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的 ，反应的专一性强，因而可以得到较为单—的代 谢产物
建筑精选课件
2
• 课题
大肠杆菌的高密度发酵
• 要求 50L发酵罐
建筑精选课件
3
大纲
• 大肠杆菌介绍 • 发酵介绍 • 高密度发酵介绍 • 实验数据及条件的确定 • 发酵流程与控制 • 发酵注意事项
建筑精选课件
4
大肠杆菌介绍
建筑精选课件
ห้องสมุดไป่ตู้
5
• 肠埃希氏菌(E. coli) 通常称为大肠杆菌，是Escheric 在1885年发现的
建筑精选课件
24
• 代谢副产物
• 乙酸 二氧化碳
• 葡萄糖的浓度超过某一阈值，会产生乙酸 ，或者比生长速率过高，供氧不足，也会 产生乙酸。为降低培养基中代谢副产物的 积累，可采用流加补料的措施，或保持适 当的比生长速率，或在培养基中添加某些 氨基酸。
• 在发酵过程中保证适宜的溶氧浓度，必须确定发 酵罐的通气量和搅拌速度。
建筑精选课件
22
• PH
• 大肠杆菌利用葡萄糖产酸产气，特别是大 量的乙酸和二氧化碳，使pH降低，必须调 节pH在适宜的范围。
建筑精选课件
23
• 温度
• 培养温度在适宜的范围，对于温控诱导表 达的基因工程菌来说，诱导时机和持续时 间对于重组蛋白的产量由很大影响。
建筑精选课件
12
三种发酵操作方式介绍
• 分批发酵 • 连续发酵 • 分批补料发酵
建筑精选课件
13
分批发酵
• 分批发酵又称为分批培养，是指在一个密 闭系统内投入有限数量的营养物质后，接 入少量的微生物菌种进行培养，使微生物 生长繁殖，在特定的条件下只完成一个生 长周期的微生物培养方法。
建筑精选课件
• 葡萄糖是高密度发酵中常用的碳源，但浓度过高 ，会产生乙酸，因此要保证较低的葡萄糖浓度。
• 氮源、微量元素和无机盐对细菌的生长繁殖和外 源蛋白的表达也有很大影响。
建筑精选课件
21
• 溶氧浓度
• 随着发酵时间的延长，菌体密度迅速增加，溶氧 浓度随之下降，细胞的生长减慢。特别是高密度 发酵的后期，由于菌体密度的扩增，耗氧量极大 ，发酵罐各项物理参数均不能满足对氧的供给， 导致菌体生长极为缓慢，外源蛋白的表达量也较 差。
建筑精选课件
16
高密度发酵介绍
建筑精选课件
17
• 高细胞密度发酵(high cell density cultivation，HCDC)是指在一定条件和培养 体系下，获得最多的细胞量，由此更多地 或更高效地获得目的产物。即利用一定的 培养技术和装置提高菌体的发酵密度，使 菌体密度较普通培养有显著提高，最终提 高产物的比生产率(单位体积单位时间内产 物的产量)。
14
连续发酵
• 连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添 加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养 液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发 酵过程。 连续发酵可分为单罐连续发酵和 多罐串联连续发酵等方式。
建筑精选课件
15
分批补料发酵
• 连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添 加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养 液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发 酵过程。 连续发酵可分为单罐连续发酵和 多罐串联连续发酵等方式。
建筑精选课件
18
• 通常认为菌体密度超过50 g(DCW)/L即为高 密度发酵。根据Riesenbere计算，理论上 大肠杆菌发达到酵所能的最高菌体密度为 400 g(DCW/L)，考虑到实际情况中的种种 条件限制，Markel等认为最高的菌体密度 为200 g(DCW/L)，此时发酵液的25%充满 了长3μm，宽1μm的大肠杆菌，发酵液粘度 很高，几乎丧失流动性。
10生物技术第二组
主讲人:邢利明
建筑精选课件
1
小组成员
• 候云彩201006040011 • 李 彬201006040012 • 张媛媛201006040010 • 殷雅楠201006040014 • 任二硕201006040015 • 邵 冲201006040016 • 许乃安201006040017 • 邢利明201006040018 • 魏永杰201006040020
• 大肠杆菌是细菌，属于原核生物；具有由肽聚糖 组成的细胞壁，只含有核糖体简单的细胞器，没 有细胞核有拟核；细胞质中的质粒常用作基因工 程中的运载体
• 大肠杆菌的代谢类型是异养兼性厌氧型。
建筑精选课件
6
• 大肠杆菌在生物技术中的应用：大肠杆菌作为外 源基因表达的宿主，遗传背景清楚，技术操作简 单，培养条件简单，大规模发酵经济，倍受遗传 工程专家的重视。目前大肠杆菌是应用最广泛， 最成功的表达体系，常做高效表达的首选体系
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19
影响大肠杆菌高密度发酵的因素
• 培养基 • 溶氧浓度 • PH • 温度 • 代谢副产物
建筑精选课件
20
• 培养基
• 高密度发酵对基质中营养源的种类和含量比要求 较高，如碳源和氮源的比例偏小，会导致菌体生 长旺盛，造成菌体提前衰老自溶；比例偏大，则 菌体繁殖数量少，细胞代谢不平衡，不利于产物 积累。
• 在培养基培养时无需添加生长因子，向培养基中 加入伊红美蓝遇大肠杆菌，菌落呈深紫色，并有 金属光泽，可鉴别大肠杆菌是否存在
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7
• 在这里必须指出的是，处于生物安全考虑，生物 工程用的菌株是在不断筛选后被挑选出的菌株。 这些菌株由于失去的细胞壁的重要组分，所以在 自然条件下已无法生长。甚至普通的清洁剂都可 以轻易地杀灭这类菌株。这样，即便由于操作不 慎导致活菌从实验室流出，也不易导致生化危机。
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8
发酵介绍
建筑精选课件
9
• 有机物被生物体氧化降解成氧化产物并释放能量的过程统称为生物氧 化.微生物生理学把生物氧化区分为呼吸和发酵，呼吸又可进一步区分 为有氧呼吸和无氧呼吸。因此，发酵是生物氧化的一种方式。
• 工业生产上笼统地把一切依靠微生物的生命活动 而实现的工业 生产均称为“发酵”
建筑精选课件
10
• 借用理工大学的发酵工程课件来对发酵设备进行 直观的认识
建筑精选课件
11
发酵的特点
• 发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物 化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。
• 发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产 品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进 行反应。
• 发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的 ，反应的专一性强，因而可以得到较为单—的代 谢产物
建筑精选课件
2
• 课题
大肠杆菌的高密度发酵
• 要求 50L发酵罐
建筑精选课件
3
大纲
• 大肠杆菌介绍 • 发酵介绍 • 高密度发酵介绍 • 实验数据及条件的确定 • 发酵流程与控制 • 发酵注意事项
建筑精选课件
4
大肠杆菌介绍
建筑精选课件
ห้องสมุดไป่ตู้
5
• 肠埃希氏菌(E. coli) 通常称为大肠杆菌，是Escheric 在1885年发现的
建筑精选课件
24
• 代谢副产物
• 乙酸 二氧化碳
• 葡萄糖的浓度超过某一阈值，会产生乙酸 ，或者比生长速率过高，供氧不足，也会 产生乙酸。为降低培养基中代谢副产物的 积累，可采用流加补料的措施，或保持适 当的比生长速率，或在培养基中添加某些 氨基酸。
• 在发酵过程中保证适宜的溶氧浓度，必须确定发 酵罐的通气量和搅拌速度。
建筑精选课件
22
• PH
• 大肠杆菌利用葡萄糖产酸产气，特别是大 量的乙酸和二氧化碳，使pH降低，必须调 节pH在适宜的范围。
建筑精选课件
23
• 温度
• 培养温度在适宜的范围，对于温控诱导表 达的基因工程菌来说，诱导时机和持续时 间对于重组蛋白的产量由很大影响。
建筑精选课件
12
三种发酵操作方式介绍
• 分批发酵 • 连续发酵 • 分批补料发酵
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13
分批发酵
• 分批发酵又称为分批培养，是指在一个密 闭系统内投入有限数量的营养物质后，接 入少量的微生物菌种进行培养，使微生物 生长繁殖，在特定的条件下只完成一个生 长周期的微生物培养方法。
建筑精选课件
• 葡萄糖是高密度发酵中常用的碳源，但浓度过高 ，会产生乙酸，因此要保证较低的葡萄糖浓度。
• 氮源、微量元素和无机盐对细菌的生长繁殖和外 源蛋白的表达也有很大影响。
建筑精选课件
21
• 溶氧浓度
• 随着发酵时间的延长，菌体密度迅速增加，溶氧 浓度随之下降，细胞的生长减慢。特别是高密度 发酵的后期，由于菌体密度的扩增，耗氧量极大 ，发酵罐各项物理参数均不能满足对氧的供给， 导致菌体生长极为缓慢，外源蛋白的表达量也较 差。
建筑精选课件
16
高密度发酵介绍
建筑精选课件
17
• 高细胞密度发酵(high cell density cultivation，HCDC)是指在一定条件和培养 体系下，获得最多的细胞量，由此更多地 或更高效地获得目的产物。即利用一定的 培养技术和装置提高菌体的发酵密度，使 菌体密度较普通培养有显著提高，最终提 高产物的比生产率(单位体积单位时间内产 物的产量)。
14
连续发酵
• 连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添 加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养 液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发 酵过程。 连续发酵可分为单罐连续发酵和 多罐串联连续发酵等方式。
建筑精选课件
15
分批补料发酵
• 连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添 加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养 液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发 酵过程。 连续发酵可分为单罐连续发酵和 多罐串联连续发酵等方式。
建筑精选课件
18
• 通常认为菌体密度超过50 g(DCW)/L即为高 密度发酵。根据Riesenbere计算，理论上 大肠杆菌发达到酵所能的最高菌体密度为 400 g(DCW/L)，考虑到实际情况中的种种 条件限制，Markel等认为最高的菌体密度 为200 g(DCW/L)，此时发酵液的25%充满 了长3μm，宽1μm的大肠杆菌，发酵液粘度 很高，几乎丧失流动性。