发酵工程第二章发酵工业菌种

合集下载

发酵工程 第2章 发酵工业菌种PPT课件

发酵工程 第2章 发酵工业菌种PPT课件

lys.HCl 2.1 g/l
F6-16 (leu -, Thr -)
20.8 g/l
F9-50 (leu -, Thr -, AEC r)
33.5 g/l
42
代谢工程的定义
利用多基因重组技术有目的地对细胞代谢途径进 行修饰、改造,改变细胞特性,并与细胞基因调 控、代谢调控及生化工程相结合,为实现构建新 的代谢途径,生产特定目的产物而发展起来的一 个新的学科领域。
13
问题: 生产抗生素的微生物能不能用于生产氨基酸?
微生物(包括动、植物细胞)几乎可以生产 我们所需的一切产品,但是涉及到工业化生 产对于某一种特定的产品,只有特定的微生 物才具有大量表达的潜力。
例:礼来(Eli lilly),花了10年的时间从40万株微生 物中,发现了三种有潜力的新抗生素。
14
的菌落,然后根据液体培养测定多糖含量来筛选 高产菌。
28
放线菌的分离: 以产链霉素菌种的分离为例
(从退化菌种中筛选)
取工业发酵液(含孢子)样品1环 放入带玻璃珠的装有10ml 无菌水的小三角瓶中,摇匀
采用稀释法制平板,获取单菌落
根据高产菌的特点,选择目的菌落
筛ห้องสมุดไป่ตู้模型:形态依据
斜面保藏
高产菌恢复
放大培养,发酵液性能测试
物理:紫外,快中子
{ 诱变剂
化学:硫酸二乙酯,亚硝基胍
35
(一)、诱变剂的作用原理(略) (二)、诱变剂处理过程中几个有关的问题
化学诱变剂使用过程的安全性
亚硝酸:0.07MNa2HPO4 亚硝基胍:1MNaOH
诱变剂量的选择
诱变剂的选择 出发菌株的选择
36
(三)、诱变育种的一般步骤 (略)

发酵工程2发酵工业菌种(精)

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

发酵工程第二章 发酵工业菌种的选育

发酵工程第二章 发酵工业菌种的选育

2、大肠杆菌 (Escherichia coli)
➢ 可利用大肠杆菌制取天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸等 ➢ 大肠杆菌的谷氨酸脱羧酶在工业上被用来进行谷氨酸 的定量分析 ➢ 基因工程的很好材料
3、乳酸杆菌 (Lactobacillus sp.)
➢ 革兰氏阳性,无芽孢,厌氧或兼性厌氧 ➢ 可生产乳酸 ➢ 干酪的成熟、乳脂的酸化和腌菜、泡菜制作
第一组 长宽比为1~2 细胞多为圆形、卵圆形; 主要供生产啤酒、白酒和酒精及面包
第二组 长宽比为2 多供生产葡萄酒、果酒用
第三组 长宽比大于2 耐高渗透压,供发酵甘蔗糖蜜生产酒精用
啤酒酵母在液体培养基中的生长行为有两类:
上面酵母—发酵度较高,不易凝集沉淀,浮于上面
下面酵母—发酵度较低,易凝集沉淀
➢ 与一般放线菌不同,菌丝体长入 培养基内,不形成气生菌丝,而在 基内菌丝体上长出孢子梗,其顶端 生一个球形、椭圆形孢子。
➢ 菌落致密,与培养基紧密结合在 一起,表面凸起,多崎岖,疣状; 菌落常为橙黄色、红色、深褐色、 黑色和兰色。
➢ 可产多种抗生素,如产庆大霉素
3、游动放线菌属 (Actinoplanes)
➢ 野油菜黄单胞菌(X. campestris) 可以用淀粉生产黄原胶
10、假单胞菌 (Pseudomonas)
G-细菌,能发酵生产维生素B12、丙氨酸、谷氨酸、葡 萄糖酸、色素、果胶酶;也能进行类固醇(甾体)转化; 有些菌株可利用烃类生产单细胞蛋白。
(二) 放线菌
• 菌落呈放射状,原核微生物类 群,在自然界中分布很广,尤 其在有机质丰富的微碱性土壤 中较多。 • 大多腐生,少数寄生。 产生多种抗生素(12 000余种, 60%左右来自放线菌),经济 价值大。革兰氏阳性、高( G + C) mol% 含量( >55% )

【发酵工艺学总论】第二章_工业发酵菌种

【发酵工艺学总论】第二章_工业发酵菌种

代表微生物类型 革兰氏阳性球菌
高产培养基设计的几个原则




制备一系列的培养基,其中有各种类型的养分成为 生长限制因素; 使用一聚合或复合形式的生长限制养分; 避免使用容易同化的碳源或氮源,防止分解代谢物 阻遏; 确定含有所需的辅因子(Co2+,Mg2+,Mn2+,Fe2+); 使用pH缓冲剂以减少pH变化; 前体、促进剂及抑制剂的采用。

酶发酵生产常用的微生物
微生物
枯草芽孢杆菌 大肠杆菌 黑曲霉 米曲霉 青霉 木霉 根霉
生产的酶类
α -淀粉酶、蛋白酶、β -葡聚糖酶、碱性磷酸酶等 谷氨酸脱羧酶、天冬氨酸酶、DNA聚合酶、DNA连接酶等 糖化酶、 α -淀粉酶、酸性蛋白酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶、过氧化氢 酶、核糖核酸酶、脂肪酶、纤维素酶等 糖化酶和蛋白酶、氨基酰化酶、磷酸二酯酶、果胶酶等 葡萄糖氧化酶、果胶酶、纤维素酶、磷酸二酯酶、脂肪酶、凝乳酶、核 酸酶等 纤维素酶等 糖化酶、 α -淀粉酶、转化酶、酸性蛋白酶、核糖核酸酶、脂肪酶、果 胶酶、纤维素酶等

样品的预处理

目的:提高分离效率 方法:


物理方法:热处理(减菌);膜过滤法(浓缩); 离心法(浓缩) 化学方法:通过在培养基中添加某些化学成分来增加特
定微生物的数量。
几丁质——放线菌;CaCO3——嗜碱性放线菌

诱饵法
石蜡、花粉、蛇皮、毛发等
分离方法的选择

根据目的菌有无选择性特征来选择分离方法 菌种的营养特征独特 选择性分离 生长特征独特 无选择性特征 根据产物的特征进行 随机分离


增加混合菌群中所需菌株数量的一种技术 技术特点:给混合菌群提供一些有利于目的菌株生长 或不利于目的菌以外的其他菌型生长的条件 培养方式 分批培养方式:以最大比生长速率 (μmax)筛选, 存在选择压力的控制、移种时间和次数等问题 连续培养方式:以比生长速率( μ)筛选

发酵工程第二章发酵工业微生物菌种

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。

2.发酵工业菌种

2.发酵工业菌种

二 ①施加选择性压力
、 发
压力的选择 营养、环境条件

工 ②随机分离法

菌 种
抗生素产生菌的分离:如抑菌圈法、稀释法、
的 分
扩散法、生物自显影法
离 筛
酶抑制剂产生菌的分离 体外
选 抗病毒药物产生菌的分离 噬菌斑
发 酵 工 程 — 菌种
6.发酵性能测定
二 、
对筛选出的菌种进行生产性能测定。这些特
发 酵 工
菌 种
须非常谨慎,要避免化学诱变剂与皮肤接触,
选 育
且切勿吸入其蒸气,有人对某些诱变剂极其
常 敏感,甚至未直接接触就会过敏,这就更要
规 当心。


发 酵 工 程 — 菌种
诱变剂的选择
①碱基类似物和羟胺具有很高的特异性,但
三 、
很少使用,回复突变率高,效果不大。
优 良 菌
②亚硝酸和烷化剂应用的范围较广,造成的 遗传损伤较多。其中亚硝基胍和甲基磺酸乙
三 前体或产品的耐受力。
、 优
(4)抑制或消除产品分解酶。
良 菌 种
(5)改进菌种外泌产品的能力。 (6)消除代谢产品的反馈抑制。


发 酵 工 程 — 菌种
具体来讲,有以下途径:
㈠提高特定基因的表达水平
三 、
(1)引入强转录及翻译信号,可通过在一高效
优 良 菌
表达载体上克隆靶基因;在靶基因的上游引 入强启动子;修改现有表达信号,提高基因
二、发酵工业菌种的分离筛选
二 、
典型步骤:样品采集→样品预处理→目标菌 富集→初筛→复筛→发酵性能测试→菌种鉴
发 酵
定→菌种保藏

业 菌

发酵工程第二章发酵工业菌种

发酵工程第二章发酵工业菌种
力较高的菌株。
发酵性能测定:进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养
➢ 例如,青霉素的发酵生产,在投产之初只有 40U·mL-1,得到黄色晶体,青霉素纯度很低,价 比黄金;而现在采用新型菌种可以达到 60000U·mL-1以上,得到晶体为纯白色,青霉素纯 度高达95%以上,成本不到0.1元。
➢ 青霉素发酵生产的这种质的飞跃,生产所用菌种 在其中起了关键作用。
菌种选育有何意义?
1
建筑精选课件
本章内容
一、常用发酵工业菌种
二、发酵工业菌种的分离筛选
三、发酵工业菌种鉴定
四、发酵工业菌种改良
四、发酵工业菌种保藏
2
建筑精选课件
第一节 常用发酵工业菌种
3
建筑精选课件
➢ 工业发酵生产水平的高低取决于生产菌种、发酵 工艺和后提取工艺三个因素,其中拥有良好生产 菌种是前提,菌种质量好坏直接影响了发酵产品 的产量、质量及其成本。
4
建筑精选课件
微生物菌种是决定发酵产品的工业化价值以及 发酵过程成败的关键,只有具备良好的菌种基 础,才能通过改进发酵工艺和设备以获得理想 的发酵产品。
优良菌种都是通过菌种选育获得的。 菌种选育方法主要包括自然选育、诱变育种、
杂交育种和基因工程育种。
5
建筑精选课件
菌种选育的意义:
➢ 提供产量 ➢ 提高产品质量 ➢ 改善加工工艺和开发新产品。 ➢ 在科学研究中,通过菌种选育还可以了解菌种
在发酵工业上,经常利用酵母的代谢进行啤酒、
白酒、黄酒和果酒等各种饮料酒的酿造,以及
生产乙醇、甘油、有机酸及麦角固醇等多种产
品。
15
建筑精选课件
霉菌
– 曲霉属 米曲霉 黑曲霉
– 青霉属 青霉菌:点青霉、产黄青霉 桔青霉

【发酵工程】第二章_发酵工业菌种

【发酵工程】第二章_发酵工业菌种

第一节、发酵工业菌种概述


菌种是发酵工业的灵魂,它是决定发酵 产品是否具有产业化价值和商业化价值 的关键因素。 菌种早期从自然界筛选、分离得到,后 采用常规及现代育种技术选育。

1、细菌(单细胞原核微生物)



醋杆菌属的醋化醋杆菌、弱氧化醋杆菌 乳酸杆菌 枯草杆菌 丙酮丁醇梭菌 大肠杆菌 谷氨酸棒状杆菌
(5)菌种初筛和复筛


目的菌株的获得需要在菌种分离的基础上,进 一步筛选产物合成能力较高的菌株。即采用初 筛和复筛的方法。 初筛:从分离得到的大量微生物中将具有目的 产物合成能力的微生物筛选出来的过程。 初筛

平板筛选 摇瓶发酵筛选
平板筛选 对于分离到的大量菌种,进行粗放的检测方法, 筛选目的菌株。 如: 1)筛选水解酶菌种: 在培养基中加入该酶的底物作为唯一的碳源 或氮源,适温培养后,根据形成的水解圈和菌落 直径的大小判断产酶活力的大小。

极端菌的筛选要根据其特殊的生理特征:
高温酶产生菌—— 南方、温泉、火山爆发处及北方的 肥堆 耐压菌——油井或海洋深处

2) 采样对象
土壤、水、空气及枯枝落叶等,以土壤为主。
从土壤中采样要考虑土壤的以下特点: A 有机质含量和通风状况
耕地、菜园微生物多; 山坡上的森林微生物多;
沙土、无植被土壤、新开垦的生土、贫瘠的土地, 微生物少。

菌种保藏
(1)含微生物样品的采集
1)采样原则 样品来源广泛 根据代谢规律(所有菌初生代谢基本相同,次 生代谢不同,丝状菌、芽孢菌) 在已适应相当苛刻环境压力的微生物类群中 寻找新菌种 充分了解目标微生物的性质(种类、生理特 征等)
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。

霉菌
– 曲霉属 米曲霉 黑曲霉
– 青霉属 青霉菌:点青霉、产黄青霉 桔青霉
– 根霉属 德氏根霉 米根霉、小麦曲根霉
– 红曲霉属 紫红曲霉
主要用于生产酶制剂、有机酸、抗生素及甾体激素等。
霉菌除了应用于传统的酿酒、制浆和其他发酵食品生产 外,还可用于生产乙醇、有机酸、抗生素、酶制剂、维 生素、植物生长素以及甾体转化等。
2、宏基因组分析法:测序分析未培养微生物的基因组, 结合蛋白质组学,了解其代谢途径、基因表达调控机制 等。
第二节 发酵工业菌种的分离筛选
菌种的来源
根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种 保藏部门索取或购买;
从大自然中分离筛选新的微生物菌种。
菌株的分离和筛选是获得目的菌株的两个重要 环节。
分离: 筛选:注意采用方法的选择性和灵敏度
菌种选择的要求
能在廉价原料制成的培养基上迅速生长,且生成的目的 产物产量高、易于回收;
生长速度和反应速度较快,发酵周期较短; 培养条件易于控制; 抗噬菌体及杂菌污染的能力强; 菌种不易变异退化; 对放大设备的适应性强; 菌种不是病原菌,不产生任何有害的生物活性物质和毒
纤维素酶产生菌——森林土壤 蛋白酶和脂肪酶产生菌——肉类加工厂和饭店潲水沟中的污水、污泥 利用碳氢化合物为碳源的菌株——油田附近
微生物菌种是决定发酵产品的工业化价值以及 发酵过程成败的关键,只有具备良好的菌种基 础,才能通过改进发酵工艺和设备以获得理想 的发酵产品。
优良菌种都是通过菌种选育获得的。 菌种选育方法主要包括自然选育、诱变育种、
杂交育种和基因工程育种。
菌种选育的意义:
➢ 提供产量 ➢ 提高产品质量 ➢ 改善加工工艺和开发新产品。
➢ 例如,青霉素的发酵生产,在投产之初只有 40U·mL-1,得到黄色晶体,青霉素纯度很低,价 比黄金;而现在采用新型菌种可以达到 60000U·mL-1以上,得到晶体为纯白色,青霉素纯 度高达95%以上,成本不到0.1元。
➢ 青霉素发酵生产的这种质的飞跃,生产所用菌种 在其中起了关键作用。
菌种选育有何意义?
主要用于生产酶制剂、有机酸、氨基酸、肌苷酸等。
醋酸杆菌生产醋酸、山梨醇、5-酮葡糖酸和酒石酸等; 乳酸菌广泛应用于乳酸的生产以及乳制品工业;
产氨短杆菌、谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌等可生产氨 基酸、核苷酸等;
梭状芽孢杆菌可生产丁二醇、丙酮、丁醇、乙醇、丙 酮丁醇、核黄素以及一些有机酸;
枯草芽孢杆菌可生产淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、多肽 类抗生素、氨基酸、维生素以及丁二醇等;
毛霉能产生果胶酶、凝乳酶、甾族化合物以及应用于传 统的制酱工业等。
未培养微生物
定义:指迄今所采用的微生物纯培养分离及培 养方法还未获得纯培养的微生物,其在自然环 境微生物群落中占有非常高的比例,约为99%, 主要在各种极端环境中。
研究方法 1、模拟自然培养法:原位培养、培养条件优化、单细 胞操作。
酵母细胞本身含有丰富的蛋白质、维生素以及 各种酶类,工业上常通过培养酵母制造单细胞 蛋白,以供食用或作饲料蛋白,或用来制取核 糖核酸、核苷酸、核黄素、细胞色素c、辅酶A、 凝血质、转化酶和乳糖酶等。
在发酵工业上,经常利用酵母的代谢进行啤酒、 白酒、黄酒和果酒等各种饮料酒的酿造,以及 生产乙醇、甘油、有机酸及麦角固醇等多种产 品。
放线菌
– 链霉菌属 – 小单孢菌属 – 诺卡菌属 – 地中海诺卡氏菌 – 米苏里游动放线菌
主要用于生产多种抗生素,如链霉素、红霉素、 金霉素、庆大霉素等。
酵母菌
– 酿酒酵母 – 假丝酵母属
产朊假丝酵母 解脂假丝酵母 热带假丝酵母 – 毕赤酵母属、汉逊酵母属
主要用于生产食用、药用和饲料用蛋白等。
假单胞菌能生产维生素B12、色素、丙氨酸、葡糖酸以 及一些抗生素和甾体等;
黄单胞菌可生产维生素B12; 运动单胞菌可生产乙醇;
大肠杆菌可生产天冬氨酸、赖氨酸、苏氨酸、缬氨酸 以及谷氨酸脱羧酶、天冬酰酶等。
细菌还用作基因工程载体的宿主细胞,用于构 建基因工程菌来生产外源物质,如:利用大肠 杆菌生产核酸和蛋白质疫苗。
黑曲霉用于生产酸性蛋白酶、淀粉酶、果胶酶、葡糖氧 化酶、柠檬酸、葡糖酸、草酸以及抗坏血酸等;
红曲霉能发酵生产红曲红色素、红曲黄色素、柠檬酸、 琥珀酸、麦角固醇、洛伐他丁、淀粉酶、蛋白酶和酯化 酶等;
产黄青霉用于生产青霉素、葡糖酸、抗坏血酸以及多种 酶;
根霉能产生反丁烯二酸、乳酸、琥珀酸、芳香脂和甾族 化合物等;
力较高的菌株。
发酵性能测定:进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养
特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、 耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等。
菌种保藏
1. 样品采样
(1)采样原则 广泛性 充分了解目标微生物的性质(种类、生理特征等)
如根据微生物的营养类型:
素。
从自然界筛选菌种
新种分离与筛选的步骤
制定方案:首先要查阅资料,了解所需菌种的生长培养特性。 采样:有针对性地采集样品。 预处理:提高菌种分离的效率 富集培养:人为地通过控制养分或培条件,使所需菌种增殖培
养后,在数量上占优势。
分离:利用分离技术得到纯种。 菌种的筛选:通过常规生产性能测定,进一步筛选产物合成能
本章内容
一、常用发酵工业菌种 二、发酵工业菌种的分离筛选 三、发酵工业菌种鉴定 四、发酵工业菌种改良 四、发酵工业菌种保藏
第一节 常用发酵工业菌种
➢ 工业发酵生产水平的高低取决于生产菌种、发酵 工艺和后提取工艺三个因素,其中拥有良好生产 菌种是前提,菌种质量好坏直接影响了发酵产品 的产量、质量及其成本。
➢ 在科学研究中,通过菌种选育还可以了解菌种 的遗传学性质
2.1 工业发酵菌种概述
10
1ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
微生物物种
100 已发现物种
被利用物种
细菌
放线菌
可培养微生物
工 业
少数
酵母菌

霉菌




缺乏敏感检测技术
未培养微生物
培养基中营养过剩
大多数
微生物间相互作用
认识不足无法原位培养
细菌
– 醋杆菌属的醋化醋杆菌、弱氧化醋杆菌 – 乳酸杆菌 – 枯草杆菌 – 丙酮丁醇梭菌 – 大肠杆菌 – 谷氨酸棒状杆菌
相关文档
最新文档