发酵工程 PPT课件
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《发酵工程》课件
产物分离纯化的优化
分离纯化方法
常见的分离纯化方法包括过滤、离心、萃取、蒸馏、膜分离等。
优化策略
根据产物的性质和发酵液的特点，选择合适的分离纯化方法，并优化工艺参数，以提高产物的纯度和收率。
06
未来发酵工程的发展趋势
新技术应用与设备改进
生物信息学
利用生物信息学技术，对微生物基因组学、转录组学和蛋白质组学 进行深入研究，为发酵工程提供更精确的微生物代谢调控手段。
为防止发酵污染，应定期对菌种进行 纯化、复壮，严格控制培养基和设备 的灭菌温度和时间，加强发酵过程中 的监控和检测。
发酵效率的提高
影响因素
影响发酵效率的因素包括菌种特性、培养基成分、发酵温度、pH值、溶解氧浓度等。
优化方法
通过调整培养基成分、控制发酵温度、调节pH值、提高溶解氧浓度等方法，可以有效提高发酵效率。
合成生物学
利用合成生物学技术，设计和构建具有特定功能的微生物细胞工厂， 实现高效、定向的物质转化。
基因编辑技术
通过基因编辑技术，改造和优化微生物的代谢途径，提高发酵产物 的产量和品质。
可持续性与环保
1 2
节能减排
通过优化发酵工艺和设备，降低能源消耗和减少 废弃物排放，实现发酵工程的绿色可持续发展。
抗菌素
抗菌素是一类具有抗菌活性的物质，通过抑制或杀死病原微生物，达到防治病害 的目的。抗菌素在医疗、农业、食品工业等领域广泛应用。
其他发酵产物及其应用
柠檬酸
柠檬酸是发酵工程中重要的有机酸之一，主要用于食品、 化工、医药等领域。柠檬酸具有抗氧化、抗菌、提高口感 等作用。
氨基酸
氨基酸是蛋白质的基本组成单位，通过发酵工程生产出的 各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等，在食品、饲料、医药 等领域广泛应用。
发酵工程课件
因素。
05
发酵工程的未来发展
新技术应用
生物信息学
应用生物信息学技术，解析微生物基因组，发现新的代谢 途径和基因，提高发酵过程的效率和产物的质量。
01
代谢工程
通过代谢工程，改造微生物的代谢途径 ，提高目标产物的产量和纯度，降低副 产品的生成，优化发酵过程。
02
03
过程优化
利用先进的过程控制和优化技术，提 高发酵过程的稳定性和效率，减少能 源消耗和环境污染。
02
发酵工程的基本原理
微生物的代谢与生长
微生物的能量代谢
微生物通过分解底物获取能量，并合成细胞成 分。
微生物的生长
微生物在适宜的环境下生长繁殖，影响发酵过 程。
微生物的代谢产物
微生物在代谢过程中产生的有用物质。
微生物的生长环境与控制
要点一
微生物对环境条件的需求
如温度、湿度、pH值、氧气等。
要点二
发酵工程课件
目录
• 发酵工程概述 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的应用领域 • 发酵工程的研究方法 • 发酵工程的未来发展 • 发酵工程实例分析
01
发酵工程概述
发酵工程的定义与特点
发酵工程定义
发酵工程是通过利用微生物的生长和 代谢活动生产各种有用物质的过程。
发酵工程特点
发酵工程具有高效、节能、环保等优 点，可生产出许多传统化学方法无法 合成的生物活性物质，如抗生素、氨 基酸、有机酸等。
微生物生长环境的控制
通过调节环境条件，促进有益微生物的生长和抑制有害微 生物的生长。
微生物的遗传与育种
微生物遗传学基础
DNA和RNA的结构与功能，基因组与基 因表达等。
VS
微生物育种技术
05
发酵工程的未来发展
新技术应用
生物信息学
应用生物信息学技术，解析微生物基因组，发现新的代谢 途径和基因，提高发酵过程的效率和产物的质量。
01
代谢工程
通过代谢工程，改造微生物的代谢途径 ，提高目标产物的产量和纯度，降低副 产品的生成，优化发酵过程。
02
03
过程优化
利用先进的过程控制和优化技术，提 高发酵过程的稳定性和效率，减少能 源消耗和环境污染。
02
发酵工程的基本原理
微生物的代谢与生长
微生物的能量代谢
微生物通过分解底物获取能量，并合成细胞成 分。
微生物的生长
微生物在适宜的环境下生长繁殖，影响发酵过 程。
微生物的代谢产物
微生物在代谢过程中产生的有用物质。
微生物的生长环境与控制
要点一
微生物对环境条件的需求
如温度、湿度、pH值、氧气等。
要点二
发酵工程课件
目录
• 发酵工程概述 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的应用领域 • 发酵工程的研究方法 • 发酵工程的未来发展 • 发酵工程实例分析
01
发酵工程概述
发酵工程的定义与特点
发酵工程定义
发酵工程是通过利用微生物的生长和 代谢活动生产各种有用物质的过程。
发酵工程特点
发酵工程具有高效、节能、环保等优 点，可生产出许多传统化学方法无法 合成的生物活性物质，如抗生素、氨 基酸、有机酸等。
微生物生长环境的控制
通过调节环境条件，促进有益微生物的生长和抑制有害微 生物的生长。
微生物的遗传与育种
微生物遗传学基础
DNA和RNA的结构与功能，基因组与基 因表达等。
VS
微生物育种技术
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PPT教学课件
15、分解代谢：又称异化作用，是指由复杂的营养物质分 解成简单化合物的过程。
16、合成代谢：又称同化作用，是指由简单化合物合成复 杂的细胞物质的过程。
一 17、代谢控制发酵：是利用遗传学的方法或其他生物化学
、 方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，
概 述
使有用目的产物大量生成和积累的发酵。
容
稀释
表型 → 出现表型
2、发酵
（1）发酵生物反应器
二 、
① 类型 p203：搅拌式生物反应器、鼓泡式反应器、
发 气升式反应器
酵
工
② 优点：染菌率极低、发酵设备大型化、利用生物
程 的
技术提高了产量和降低了本、提高了产品的回收率和
内 质量
容
③ 要求：内壁与管道焊接部位都要求平整光滑、无
裂缝、无塌陷，便于测量器内的温度、pH值和氧气含量
一 、
有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化
概 的生物化学过程。
述
21、膜生物反应器：利用膜的阴留性能将生物催化剂限制
在膜组件的固定空间，供给所需的底物和营养物，即可在
固定空间内进行生物反应，而产生的产物造成真空膜，进
入膜的另一侧空间，脱离生物催化剂，达到了生物反应与
产物分离同时进行的目的。
始的。当时主要是以酒精发酵、甘油发酵和丙醇发酵等为
一 、
主。20世纪40年代，弗莱明发现了青霉素，开始采用深层
概 发酵法大量生产。此后，链霉素等几十种重要的抗菌素相
述 继问世，带动了抗菌素工业的诞生。发酵工业由无氧条件
下的发酵发展到了有氧发酵。
长期以来，几乎都是以碳水化合物作为发酵的原料，
而到60年代增加了正烷烃、醋酸、醇类和天然气等。发酵
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。
人教版高中生物选修发酵工程课件.ppt
（1）菌种：谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌等
（2）培养基：液体培养基（原料：豆饼或马铃 薯等的水解液、玉米浆、尿素、磷 酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物 素等） 发酵罐连续培养 （3）发酵过程 控制条件：温度、PH、溶氧 量、搅拌 （4）提取：用Na2CO3中和后，过滤、分离
思考：在工业生产过程中常采用这种天然成分作为营养物 质的液体培养基，这在发酵生产中有什么好处呢？
进行以获得大量的酒精。
扩大培养和接种
发酵过程：随时了解发酵进程，及 时添加必需的培养基组分，严格控 制温度、pH、溶氧、通气量与转速 等发酵条件。 分离提纯 菌体：用过滤、沉淀方法 代谢产物：用蒸馏、萃取、离子 交换等方法
影响发酵过程的因素
（1）温度 温度能影响酶的活性，也能影响生物合成的途径。温度 还会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收 等。 （2）pH pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。还会影 响培养基中营养物质的分解等 （3）溶解氧 在发酵过程中菌种只能利用溶解氧。因此，必须向发 酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，以提高氧在 发酵液中的溶解度。 （4）泡沫 发酵过程中，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。过多的持久性泡沫 对发酵是不利的。 （5）营养物质的浓度 发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮 比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产 物的积累。
2．通过发酵工程能生产基因药品。 例如：将合成的人的胰岛素基因转移 到大肠杆菌细胞内构建成“工程菌”， 再通过培养“工程菌”即可获得人的 胰岛素。
（2）食品工业：①传统发酵产品 ②生产各种食品添加剂
③解决粮食短缺问题 （如单细胞蛋白的生产）
通过发酵可获得大量的微生物菌体——单细胞蛋白。 20世纪80年代中期全世界的单细胞蛋白年产量已达 2.0x107t，广泛用于食品加工和饲料中。 单细胞蛋白食品优点:高蛋白,低脂肪
（2）培养基：液体培养基（原料：豆饼或马铃 薯等的水解液、玉米浆、尿素、磷 酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物 素等） 发酵罐连续培养 （3）发酵过程 控制条件：温度、PH、溶氧 量、搅拌 （4）提取：用Na2CO3中和后，过滤、分离
思考：在工业生产过程中常采用这种天然成分作为营养物 质的液体培养基，这在发酵生产中有什么好处呢？
进行以获得大量的酒精。
扩大培养和接种
发酵过程：随时了解发酵进程，及 时添加必需的培养基组分，严格控 制温度、pH、溶氧、通气量与转速 等发酵条件。 分离提纯 菌体：用过滤、沉淀方法 代谢产物：用蒸馏、萃取、离子 交换等方法
影响发酵过程的因素
（1）温度 温度能影响酶的活性，也能影响生物合成的途径。温度 还会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收 等。 （2）pH pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。还会影 响培养基中营养物质的分解等 （3）溶解氧 在发酵过程中菌种只能利用溶解氧。因此，必须向发 酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，以提高氧在 发酵液中的溶解度。 （4）泡沫 发酵过程中，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。过多的持久性泡沫 对发酵是不利的。 （5）营养物质的浓度 发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮 比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产 物的积累。
2．通过发酵工程能生产基因药品。 例如：将合成的人的胰岛素基因转移 到大肠杆菌细胞内构建成“工程菌”， 再通过培养“工程菌”即可获得人的 胰岛素。
（2）食品工业：①传统发酵产品 ②生产各种食品添加剂
③解决粮食短缺问题 （如单细胞蛋白的生产）
通过发酵可获得大量的微生物菌体——单细胞蛋白。 20世纪80年代中期全世界的单细胞蛋白年产量已达 2.0x107t，广泛用于食品加工和饲料中。 单细胞蛋白食品优点:高蛋白,低脂肪
发酵工程六PPT课件
.
24
二、人工控制微生物代谢的手段
（一）生物合成途径的遗传控制
代谢调节控制育种通过特定突变型的选育，达到改变代谢 通路、降低支路代谢总产物的产生或切断代谢途径及提高 细胞膜的透性，使代谢流向目的产物积累方向进行。
1、代谢缺陷型菌株
2、利用抗代谢类似物的突变积累氨基酸
3、产物降解酶缺失突变株
4、细胞膜组分的缺失突变
.
30
生物素是丙酮酸羧化酶的辅酶，生物素在低于亚适浓度之
前有，利例增于加谷1：生氨谷物酸氨素的酸有合棒利成杆于；菌丙（酮生酸物的素羧缺化陷产型生）草生酰产乙谷酸氨，酸进而
生物素是催化脂肪酸生物合成的初始酶乙酰辅酶A羧化酶的 辅酶，该酶催化乙酰辅酶A羧化生成丙二酸单酰辅酶A，再 经一系列转化合成脂肪酸，而脂肪酸又是构成细胞膜磷脂 的主P要EP成分，因P此y生r 物素可间A接cC地o影A 响细胞膜的透性。
真核微生物细胞里，各种酶系被细胞器隔离分布，使
其代谢活动只能在特定的部位上进行，如与呼吸产能有 关的酶系集中于线粒体内膜上，DNA合成的某些酶位于 细胞核里。
.
5
（二）代谢流向的调控
微生物在不同条件下可以通过控制各代谢途径中某个酶促反应的速 率来控制代谢物的流向，从而保持机体代谢的平衡。
1、由一个关键酶控制的可逆反应
第六章 发酵机制及发酵动力学
第一节 发酵工程微生物的基本代谢及产物代谢 第二节 微生物代谢调节机制 第三节 糖代谢产物的发酵机制 第四节 氨基酸和核苷酸发酵机制 第五节 抗生素发酵机制 第六节 微生物发酵动力学
.
1
本章要求
掌握初级与次级代谢的产物 掌握微生物代谢调节的方式 掌握酶活性被抑制的方式 了解发酵产物的发酵机制及发酵动力学抑制来自抑制DE
生物技术制药第七章发酵工程技术ppt课件
酵液预处理 提取 精制
第四节 发酵方式
第六节 发酵产物的提取
吸附法、沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法
第七章 发酵工程技术
第一节 概 述
一、发酵工程 的概念
发酵工程又成为微生物工程，是利用微生物制造工业原料与工业产品
并提供服务的技术 微生物发酵工程是一个十分复杂的自催化工程，是生物技术的基础工程，用
于:如基因工程、细胞工程、酶工程都与发酵工程相关
二、发酵工程的发展历程
第一阶段 20C以前时期，利用传统的微生物发酵技术（酿造技术）生产酒、 醋、酱、奶酪等食品
制造原料）等
第三阶段 第二次世界大战爆发至1953年，本阶段是发酵工业的大发 展时期，青霉素实现工业化生产推动了发酵工业的发展；特点是： 纯菌培养、大规模、产品多为抗生素、氨基酸、核酸、甾体等次级 代谢产物
第四阶段 1953年至今，基因工程等高新技术应用阶段；如DNA双螺 旋结构模型的提出、质粒载体的发现及成功应用、分子杂交、克隆 技术等
并置于0-4℃冰箱（库）中
二、种子的制备
种子制备在在摇瓶或小罐内进行，种子要经过两次扩大培养才能进入 发酵罐
三、发酵
注意：通气（一般0.3-1m3/m3）、搅拌（一般搅拌消耗功率12KW/m3）、温度（26-37℃）、罐压（一般0.3-0.5kg/cm3）；发酵 时间因不同品种而异，大多数微生物的发酵周期为2-8d
1675年，荷兰人列文虎克发明了显微镜，并首次观察到了微生物体， 为人类对微生物的深入研究提供了可能
19C中叶，法国葡萄酒的酿造工艺出现问题，巴斯德经研究发现时由 于传统“酿造”技术环境中的杂菌（乳酸杆菌）干扰了酿酒的正常生化反应 过程；指出对酿造原料进行灭菌，可解决问题
第二阶段 1900—1940年，准“纯菌培养”阶段，规模增大，产品主要 有酵母、甘油、乳酸、柠檬酸、丁醇、丙酮（第一次世界大战弹药
第四节 发酵方式
第六节 发酵产物的提取
吸附法、沉淀法、溶剂萃取法、离子交换法
第七章 发酵工程技术
第一节 概 述
一、发酵工程 的概念
发酵工程又成为微生物工程，是利用微生物制造工业原料与工业产品
并提供服务的技术 微生物发酵工程是一个十分复杂的自催化工程，是生物技术的基础工程，用
于:如基因工程、细胞工程、酶工程都与发酵工程相关
二、发酵工程的发展历程
第一阶段 20C以前时期，利用传统的微生物发酵技术（酿造技术）生产酒、 醋、酱、奶酪等食品
制造原料）等
第三阶段 第二次世界大战爆发至1953年，本阶段是发酵工业的大发 展时期，青霉素实现工业化生产推动了发酵工业的发展；特点是： 纯菌培养、大规模、产品多为抗生素、氨基酸、核酸、甾体等次级 代谢产物
第四阶段 1953年至今，基因工程等高新技术应用阶段；如DNA双螺 旋结构模型的提出、质粒载体的发现及成功应用、分子杂交、克隆 技术等
并置于0-4℃冰箱（库）中
二、种子的制备
种子制备在在摇瓶或小罐内进行，种子要经过两次扩大培养才能进入 发酵罐
三、发酵
注意：通气（一般0.3-1m3/m3）、搅拌（一般搅拌消耗功率12KW/m3）、温度（26-37℃）、罐压（一般0.3-0.5kg/cm3）；发酵 时间因不同品种而异，大多数微生物的发酵周期为2-8d
1675年，荷兰人列文虎克发明了显微镜，并首次观察到了微生物体， 为人类对微生物的深入研究提供了可能
19C中叶，法国葡萄酒的酿造工艺出现问题，巴斯德经研究发现时由 于传统“酿造”技术环境中的杂菌（乳酸杆菌）干扰了酿酒的正常生化反应 过程；指出对酿造原料进行灭菌，可解决问题
第二阶段 1900—1940年，准“纯菌培养”阶段，规模增大，产品主要 有酵母、甘油、乳酸、柠檬酸、丁醇、丙酮（第一次世界大战弹药