生物技术概论发酵工程..24页PPT

生物技术概论第五章发酵工程

时间：根据不同发酵类型，每批发酵需要十几个小时到几周时间。
工艺：全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的培养基、接种、发酵过程、放罐和洗罐，所需时间的总和为一个发酵周期。
典型的分批发酵工艺流程图
微生物分批培养的生长曲线
1.延滞期 2.加速生长期 3.指数生长期 4.减速期 5.稳定期 6.衰亡期
（2）通风搅拌式发酵罐在通风搅拌式发酵罐中，通风的目的不仅是供给微生物所需要的氧，同时还利用通入发酵罐的空气，代替搅拌器使发酵液均匀混合。
小型发酵罐
（3）厌氧发酵设备
厌氧发酵也称静止培养, 因其不需供氧, 所以设备和工艺都较好氧发酵简单。严格的厌氧液体深层发酵的主要特色是排除发酵罐中的氧。
酒精、丙酮、丁醇、乳酸和啤酒等都是采用液体厌氧发酵工艺生产的。
啤酒发酵罐
4 、下游加工过程
从发酵液中分离、精制有关产品的过程称为发酵生产的下游加工过程。
离心机结晶罐
双效浓缩器
下游加工的工艺流程
发酵液
预处理
细胞破碎
细胞碎片分离
细胞分离
胞外产物
初步纯化（提取）
高纯化（精制）
（2）发酵培养基的组成
碳源
• 葡萄糖、果糖 • 蔗糖、麦芽糖 • 淀粉、纤维素等
氮源
• 有机氮源（黄豆饼粉、花生饼粉、蛋白胨、酵母粉等）
• 无机氮源（氨水、硫酸铵、氯化铵、硝酸盐等）
无机盐和微量元素
• 磷酸盐、硫酸盐、氯化钠、氯化钾 • 镁、铁、钴、锌、锰等
蓝藻
生长因子
• 维生素、氨基酸、嘌呤和嘧啶的衍生物以及脂肪酸等。
• 敞口发酵 • 密闭发酵 • 浅盘发酵 • 深层发酵
液体深层发酵

发酵工程ppt章节[可修改版ppt]

可以根据Q10估算。
表5-6a 估算的芽孢不同温度大概灭菌时间
温度/℃
10 0
110
115
12 1
12 5
13 0
时间 / m in
12 00
15 0
51
15
6. 4
2. 4
表5-6b 一些细菌芽孢的实际杀灭时间
二、培养基的灭菌
（一）培养基的灭菌方法 1. 分批灭菌
概念：又称为间歇灭菌，就是将配制好的培养基全部输入到发酵罐内或其它装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备加热至灭菌温度后维持一定时间，再冷却到接种温度。也称为实罐灭菌或实消。
E
k Ae RT (5-3)
式中：
A为比例常数，s-1； △E为活化能，J/mol； R为气体常数，8.314 J/(mol·K)； T为绝对温度，K。
k 值与活化能的关系活化能处于指数项，可见其与 k 值的变化关系密切。高温瞬时灭菌 (HTST) 营养损失小的原理，可以从细菌与一些营养物的不同活化能得到解释。
生物。防腐剂：抑制体系 (主要是食品)表面和内部微
生物的生长繁殖。注意：抑菌和杀菌甚至溶菌作用是相对的。
一、化学灭菌
常用的化学药剂
主要有石碳酸、甲醛、氯化汞、碘酒、酒精高锰酸钾等。
共同规律：杀菌强度有别，但在低浓度时都有促进微生物生长的刺激作用，在浓度升高后依次表现出制菌、杀菌和溶菌的现象。
一、湿热灭菌的基本原理
微生物的热阻
热阻指在某一特定条件下 (主要是指温度和加热方式等) 微生物细胞的致死时间，表征了不同微生物细胞对热的相对抵抗力。
例如一些微生物的相对热阻和抵抗力如表5-1.
2. 微生物热死亡的数学规律

生物技术制药第二章发酵工程 ppt课件

甘油悬液法：基因工程菌
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冻干保藏：最广泛使用的方法。大部分菌种可以在冻干状态下保藏10年之久。且经冻干后的菌株无需进行冷冻保藏，便于运输
液氮法：最为有效，保藏15年以上，宿主保藏法：活细胞内寄生的微生物
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第三节、发酵设备及消毒灭菌
一、发酵设备
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错位PCR
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基本步骤
(1)用DNase I消化功能相同的一组基因片段(A)，从而产生随机小片段(B)。
(2)经提纯后，用无引物(经变性后可互为引物)的类似PCR反应重新装配这些小片段成完整长度的重组基因片段(C)，在装记过程中被证明有低水平点突变产生。
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（二）放线菌
产抗生素最多的一类微生物另外生产B12,酶，甾体转化抗生素是次级代谢产物，需要生物体进行复杂的
代谢，目前发现的生物来源如下：
放线菌（链霉素；四环素；红霉素等）
真菌（青霉素、头孢等）
一些产芽孢的细菌
植物或动物来源
链霉菌
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（三）真菌
抗生素维生素酶制剂有机酸等药用真菌（大型真菌）
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(二)发酵工业
定义：是指利用生物的生命活动产生的酶，无机或有机原料进行酶加工，获得产品的工业。
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(1)传统生物技术
发酵食品有机酸氨基酸核酸类物质酶制剂医药工业（抗生素…）饲料工业（单细胞蛋白环境工程（废物处理）其它（冶金工业…）
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第五节发酵工程简介ppt课件

灭菌
• 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程中不能混入杂菌。为什么呢？
– 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。
– 例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。
灭菌
• 那如何防止杂菌的污染呢？
发酵过程（中心阶段）
检测进程，满足营养需要；严格控制温度、pH、溶氧、转速等
灭菌
杀灭杂菌（胞体、孢子及芽孢）
扩大培养和接种
2、培养基的配制
• 这种培养基从组成成分和物理性质上看属于哪种培养基?
– 从物理性质上成看分是液体培养基，从化学酸成碱分度上看是天然培养基。问题1：在工业生产过程中常采用这种天然成豆分饼作水为解营液养、物玉质米的浆液、体尿培素养、基磷，酸这在发p酵H：生7产—中8有什么二好氢处钾呢、？氧化钾、硫酸镁、生物素
谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径
谷氨酸棒状杆菌在一定的条件下能够利用环境中的营养物质来合成谷氨酸。
在工厂里是怎样应用谷氨酸棒状杆菌来生产谷氨酸的？
• 菌种选育
分离纯化
自然界选种、诱变育种、菌体：过滤、沉淀
基因工程、细胞工程代谢产物：蒸馏、萃取、离子
交换
培养基配制
根据培养基的配制原则制备，实践中需多次试验
– （1）根据不同的菌种，应选择不同的材料配制培养基。配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH。
– （2）培养基的营养要协调，以利于产物的合成。
3、灭菌
• 配制好培养液后，是否可以立即加入菌种？
– 不能 – 需要进行灭菌

《发酵工程绪论》PPT课件

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一、发酵工程的特征
（p13）
1、原料：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。可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。
2、菌种：微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。
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4、发酵的现代概念
• 利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程，统称为发酵。
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利用微生物的特点：
• 发酵工程所利用的微生物：细菌、放线菌，酵母菌和霉菌等。 • 利用微生物的特点：
(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。 (2)有极强的消化能力。 (3)有极强的繁殖能力。
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（三）发酵工程产品的类型
• 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食品、医疗保健药物；
• 天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料；
• 氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素； • 单细胞蛋白等微生物菌体。 • 生物能 • 微生物冶炼 • （p3 ）
病用的疫苗等。 • 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率
最高阶段，生长稳定期产量最高。
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2、微生物代谢产物发酵
• 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。 • 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢
产物。 • 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来

《生物发酵培养技术》PPT课件

精选PPT
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3、平板计数法
将样品用无菌生理盐水进行逐一数量级的稀释然后取一定量的稀释液涂于琼脂平板培养基上，经过一段时间的培养，从平板上长出的菌落数量，可以计算出原培养液中微生物的浓度。
其优点是可用于测定活细胞的浓度
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4、浊度法
• 由于培养液的浊度和光密度与培养液中的细胞浓度成正比关系，因此，可以通过分光光度计法用600700nm波长进行测定。
所用设备是在水面建造大型水泥槽水泥槽底部铺上多孔板板上放置固体培养基接种之后
将空气由多孔板下部通入培养基内
• 这种方法的优点是培养量大，并且节省劳动力。
国内酱油厂多采用此精法选P。PT
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3、液体通风深层培养
• 简称深层培养法，是最先进的方法。
• 在我国，抗生素、柠檬酸的生产常常采用此法。
称为静止期。
4、衰亡期营养物质消耗贻尽培养液中有害物质积累太多导致培养液中的细胞开始死亡，
称为衰亡期。
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3、分批培养中影响细胞生长的因素
• 共有以下5种影响因素：
• （1）营养物质浓度 • （2）温度 • （3）PH值 • （4）溶解氧浓度 • （5）产物
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（1）营养物质浓度
过程中，不再加入
为了提高生物反应器在分批培养中的效率通常采用多级分批培养的办法。
即在小型生物反应器中接入少量种子
其它营养物料。待生物反应进行到一定程度之后，将全
经过分批培养，来获得较大数量的细胞作为种子部培养液倒出、进
再转入到大型生物反应器中
行后道工序的处理。
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2、分批培养的生长过程

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。
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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。