典型工业菌种的构建与应用
发酵工艺 第2章 发酵工业微生物菌种制备原理和技术
微生物菌种保藏机构名称和缩写
中国 缩写
ACCC
SH IA CCGMC AS-IV
CAF
IFFI
ID IV CIVBP
名称 中国农业微生物菌种保藏管理中 心 上海市农业科学院食用菌研究所 中国医学科学院抗菌素研究所 普通微生物菌种保藏管理中心 中国科学院武汉病毒研究所 中国林业科学院菌种保藏管理中 心 轻工业部食品发酵工业科学研究 所 中国医学科学院皮肤病研究所 中国医学科学院病毒研究所 中国兽医药品监察所
最常用的工业微生物
放线菌
– 链霉菌属 – 小单孢菌属 – 地中海诺卡氏菌 – 米苏里游动放线菌
藻类
藻类包括数种不同类以光 合作用产生能量的生物。 它们一般被认为是简单的 植物，并且一些藻类与比 较高等的植物有关。虽然 其它藻类看似从蓝绿藻得 到光合作用的能力，但是 在演化上有独立的分支。 所有藻类缺乏真的根、茎、 叶和其它可在高等植物上 发现的组织构造。藻类与 细菌和原生动物不同之处， 是藻类产生能量的方式为 光合自营性 ；琼脂（棕 藻）
国外重要菌种保藏机构
1、ATCC：美国模式培养物（菌）保藏中心 2、NRRL：美国农业部北方开发利用研究部 3、CSH：美国冷泉港研究所 4、IAM：日本东京大学应用微生物研究所 5、IFO：日本发酵研究所（大阪） 6、NCTC：英国国立标准菌种收藏所 7、CBS：荷兰真菌中心保藏所
三、生产中常用菌种的分离、选 育（screening ）
（一）微生物菌种的分离 四步骤： 样品采集 增值培养 纯种分离 生产性能的测定
1.施加选择压力分离法
施加选择性压力分离法
主要是利用不同种类的微生物其生长繁殖对环境和营 养的要求不同，如温度、pH、渗透压、氧气、碳源、 氮源等，人为控制这些条件，使之利于某类或某种微 生物生长，而不利于其他种类微生物的生存，以达到 使目的菌种占优势．而得以快速分离纯化的目的。如 可以控制培养时的氧，可将好氧微生物和厌氧微生物 分开；通过控制温度，可将嗜热微生物和非嗜热微生 物分开；控制pH，可将嗜酸、嗜碱微生物分离等。在 分离培养基中也可以加入不同的抗生素或试剂来增加 选择性。如在分离放线菌和细菌时，可加入抗真菌抗 生素；分离真菌时，可加入抗细菌药物。
工业生产菌株的特点
工业生产菌株的特点工业生产菌株指的是在工业上用于生产特定产品的菌种。
这些菌株具有一定的特点，能够适应工业环境，高效产生目标产品。
下面将从菌株选育、生长条件、代谢途径、产物选择等方面详细介绍工业生产菌株的特点。
一、菌株选育工业生产菌株的选育是基于某种特定需求，如产生特定酶、抗生素等。
一般来说，选育工业生产菌株会考虑以下几个方面的特点：1.物种的选择：选择具有高产能和高耐受性的菌种。
常见的工业生产菌株包括大肠杆菌、酵母菌、肺炎链球菌等。
2.遗传特性：菌株应具有稳定的遗传特性，确保其后代也能保持高产特性。
同时，菌株还需要具有强大的自我修复和抗逆性。
3.蛋白质的分泌能力：工业生产往往需要菌株分泌特定的蛋白质，因此菌株应具有高蛋白质分泌能力。
二、生长条件工业生产菌株在生长条件上有以下特点：1.适应性广泛：工业生产菌株一般适应性广泛，能够在不同的培养基和环境条件下生长。
2.快速生长：为了提高产量和缩短生产周期，工业生产菌株的生长速度一般要快。
3.耐受性强：工业生产菌株要具有较强的耐受性，能够承受高温、高盐、低pH等极端环境条件。
三、代谢途径工业生产菌株的代谢途径与普通菌株有所差异：1.产物选择：工业生产菌株在代谢途径上一般被改良，以产生特定的化合物。
比如，某些菌株被改造成能够产生大量抗生素或发酵产物。
2.催化效率：工业生产菌株的代谢途径往往经过改良，以提高产物的催化效率和利用率。
四、产物选择工业生产菌株在产物选择上注重以下几个特点：1.高产能：工业生产菌株要能够高效产生目标产物，提高生产效率。
2.产物纯度高：工业生产菌株应能分泌高纯度的目标产物，减少后续分离和纯化的步骤。
3.产物稳定性：工业生产菌株产生的产物应具有较好的稳定性，方便后续存储和运输。
五、应用领域工业生产菌株广泛应用于以下几个领域：1.生物制药：工业生产菌株可用于生产各类药物，如抗生素、酶制剂等。
2.生物燃料：工业生产菌株可用于生产生物柴油、生物乙醇等可再生能源。
工业微生物菌种
微生物工业对菌种的要求
①培养基原料来源广、廉价 ②培养条件易控制（pH值、温度、渗透压） ③发酵周期短； ④菌株高产 ⑤抗病毒（噬菌体）能力强； ⑥菌株性状稳定，不易变异退化； ⑦菌体本身不能是病原菌；
工业常用的微生物
1、细菌类： 短杆菌：氨基酸发酵（谷氨酸） 枯草芽孢杆菌：淀粉酶（BF7658）、碱性蛋白酶等 地衣芽孢杆菌：耐高温α-淀粉酶) 苏云金芽孢杆菌：BT生物农药 梭状芽孢杆菌：丙酮、丁酸等发酵
5、过滤除菌法：利用过滤方法阻留微生物 以达到灭菌目的的方法
培养基的灭菌方法 1、连续灭菌：培养基在发酵罐外经过一 套灭菌设备连续的加热灭菌，冷却后送 入空消后的发酵罐的灭菌法 2、间歇灭菌：指将配制好的培养基输入 发酵罐内直接通入蒸汽，使培养基和设 备同时灭菌的一种灭菌方式 3、固体培养基灭菌
4、放线菌 5、担子菌 6、藻类
常用菌种保藏方法
方法名称
主要措施
适宜菌种
保藏期
冰箱保藏法 （斜面）
低温
各ห้องสมุดไป่ตู้类
3~6月
液氮超低温保藏 法
超低温
甘油低温封藏法 低温、缺氧
各类 各大类
长期 1年以上
沙土保藏法 冷冻干燥法
干燥、无营养 产孢子微生物
1~10年
干燥、无氧、低 温、有保护剂
各大类
5~15年以上
灭菌与消毒的区别
灭菌：指利用物理或化学的方法杀灭或 去除物料及设备中所有的生命物质（包 括营养细胞、细菌芽孢和孢子）的技术 或工艺过程。
消毒：是利用物理或化学的方法杀死物 料、容器、器具内外及环境中的病源微 生物的技术或工艺过程，一般只能杀死 营养细胞而不能杀死芽孢。
消毒不一定能达到灭菌要求，灭菌则可 达到消毒的目的。
第二章-工业微生物的菌种选育
第二章工业微生物的菌种选育第一节概述一、工业微生物的特点❖个体小、种类多、繁殖快、分布广、代谢能力强、易变异改造二、发酵工业对菌种的要求❖ 1.生产力：能在廉价的培养基上迅速生长，代谢产物的产量高，其它代谢产物少❖ 2.操作性：发酵条件易控制，菌种改造的可操作性要强（有关合成产物的途径尽可能地简单），产品易分离❖ 3.稳定性：抗杂菌和抗噬菌体能力强，遗传性状稳定，菌种不易变异退化❖ 4.安全性：是非病源菌，不产有害生物活性物质或毒素三、常用的工业微生物菌种❖ 1.细菌▪单细胞原核—→乳酸杆菌、醋酸杆菌、大肠杆菌—→乳酸、醋酸、酶制剂❖ 2.酵母菌▪单细胞真核—→啤酒酵母—→酿酒、酶制剂❖ 3.霉菌▪丝状真菌—→青霉、曲霉—→抗生素、有机酸❖ 4.放线菌▪原核生物—→链霉菌—→链霉素、红霉素、庆大霉素❖ 5.担子菌▪菇类—→多糖—→抗癌四、菌种来源❖从菌种保藏中心购买❖育种▪从自然界中筛选▪诱变▪杂交育种▪基因工程育种第二节自然选育一、定义自然选育：在生产过程中，不经过人工诱变处理，根据菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程。
自发突变：就是指某些微生物在没有人工参与下所发生的那些突变。
多因素低剂量的诱变效应互变异构效应二、菌种自然选育方法单菌落分离法菌种琼脂板分离挑取单菌落细菌：转种到新鲜肉汤培养基中培养放线菌、霉菌：石英砂震荡打散孢子，棉花或滤纸过滤三、特点1.简单易行，是工厂保证稳产高产的重要措施。
纯化菌种，防止菌种衰退、稳定产量和提高产量2.效率低，一般与诱变交替使用。
菌种衰退原因的分析1、目前生产用菌种的特点▪多为人工诱变而来。
▪代谢调控系统失控。
▪生活力比野生菌株弱。
▪容易发生变异。
2、菌种遗传特性的改变1）异核现象--导致菌种这一微生物群体发生变异相邻菌丝细胞吻合异核体孢子遗传特性和生长速度不同菌种遗传特性发生改变2）自发突变3）回复突变或产生分离子--形成具有不同基因型的个体回复突变：突变基因再次发生突变又恢复原来的基因，这类突变称为回复突变。
工程菌构建的基本过程
工程菌构建的基本过程工程菌构建是一种利用合成生物学和基因工程技术来构建功能菌的方法。
它可以通过改造细菌的基因组，使其具有特定的生物合成能力或功能表达。
工程菌构建的基本过程包括选取目标菌种、设计基因组改造方案、合成和克隆目标基因、转化目标菌株、筛选和鉴定工程菌。
在工程菌构建的过程中，选取合适的目标菌种是十分重要的。
目标菌种应具备较高的遗传可操作性和生物合成能力，并且在工业应用中有一定的潜力。
常用的目标菌种包括大肠杆菌、酵母菌等。
接下来，设计基因组改造方案是工程菌构建的关键步骤之一。
通过对目标菌种的基因组进行分析和比较，找到关键基因或途径，确定基因组改造的目标。
根据目标基因的功能和调控机制，设计合适的基因组改造策略，如基因敲除、基因改写、基因插入等。
然后，合成和克隆目标基因是实现基因组改造的基础。
根据设计的基因序列，利用化学合成或PCR扩增等技术，合成目标基因的DNA序列。
然后，将合成的基因克隆到合适的载体中，如质粒、噬菌体等。
转化目标菌株是将工程基因导入到目标菌种中的关键步骤。
常用的转化方法包括化学法、电转化法、激光法、基因枪法等。
根据目标菌株的特点和实验要求，选择适合的转化方法。
将克隆的基因载体导入到目标菌株中后，经过一定的培养和筛选，得到转化后的目标菌株。
筛选和鉴定工程菌是工程菌构建的最终目标。
通过对转化后的目标菌株进行鉴定和筛选，确定哪些菌株成功地获得了目标基因的表达或生物合成功能。
常用的筛选方法包括基因检测、代谢产物分析、酶活性测定等。
通过对工程菌的筛选和鉴定，可以进一步优化和改良工程菌的性能。
工程菌构建的基本过程包括选取目标菌种、设计基因组改造方案、合成和克隆目标基因、转化目标菌株、筛选和鉴定工程菌。
这一过程需要综合运用合成生物学、基因工程和微生物学等多学科的知识和技术。
工程菌构建的成功将为生物制药、生物能源和环境修复等领域提供强有力的支持，具有广阔的应用前景。
2发酵工业菌种制备原理和技术(2)(精)
作为种子扩大培养的方法： ① 表面培养法 ② 固体培养法 ③液体培养法（三角瓶摇床震荡或转式培养）； ④载体培养法
24
固体培养法（曲法培养）
浅盘固体培养 深层固体培养
25
优点：
（1）酶活力高。 （2）生产过程中无菌程度要求不很严格。 （3）对于固体发酵，由于产物浓度大，易于分离，可以 有效的降低产品分离成本。
NICPB 卫生部药品生物制品监察所
IV
CIVBP
中国医学科学院病毒研究所
中国兽医药品监察所
CVCC
YM
兽医微生物菌种保藏管理中心
云南省微生物研究所
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国外重要菌种保藏机构
1、ATCC：美国模式培养物（菌）保藏中心
2、NRRL：美国农业部北方开发利用研究部
3、CSH：美国冷泉港研究所
4、IAM：日本东京大学应用微生物研究所
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微生物菌种保藏机构名称和缩写
中 国 缩写 ACCC SH IA CCGMC AS-IV CAF IFFI ID 名称 中国农业微生物菌种保藏管理中心 上海市农业科学院食用菌研究所 中国医学科学院抗菌素研究所 普通微生物菌种保藏管理中心 中国科学院武汉病毒研究所 中国林业科学院菌种保藏管理中心 轻工业部食品发酵工业科学研究所 中国医学科学院皮肤病研究所 缩写 ISF CACC SIA AS CFCC CICC CMCC 名称 中国农业科学院土壤肥料研究 所 抗菌素菌种保藏管理中心 四川抗菌素工业研究所 中国科学院微生物研究所 林业微生物菌种保藏管理中心 工业微生物菌种保藏管理中心 医学微生物菌种保藏管理中心
22
（5）接种量
移入种子的体积 接种量＝ ————————— 接种后培养液的体积
《工业微生物》课件
工业微生物的培养基与培养条件
01
02
03
培养基类型
液体培养基、固体培养基 、半固体培养基。
培养条件
温度、pH值、氧气、压力 等。
培养方式
静置培养、振荡培养、深 层培养等。
工业微生物的分离与筛选
分离方法
稀释分离法、划线分离法、涂布分离法等。
筛选目的
高产菌株的筛选、抗逆性菌株的筛选等。
《工业微生物》课件
contents
目录
• 工业微生物概述 • 工业微生物的特性与培养 • 工业微生物的代谢与发酵 • 工业微生物的应用实例 • 工业微生物的未来发展与挑战
01
工业微生物概述
定义与分类
定义
工业微生物是指在工业生产中应 用的微生物，包括各种细菌、放 线菌、酵母菌和霉菌等。
分类
根据工业生产需求和应用领域， 工业微生物可分为发酵微生物、 酶制剂微生物、生物农药微生物 、生物肥料微生物等。
酶制剂是指通过生物工程技术生产的酶制品， 广泛应用于食品、医药、化工等领域。
酶制剂的生产工艺包括菌种选育、酶的分离纯化 、酶的固定化等步骤，其中菌种选育和酶的分离 纯化是关键环节。
氨基酸的生产
01
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，具有多种生理功能，广泛应用于食 品、医药、化工等领域。
02
氨基酸的生产原理是利用微生物的代谢途径和酶促反应，将原料转化 为所需的氨基酸。
酒精发酵的效率取决于菌种性能、发 酵条件和工艺控制等因素，提高酒精 发酵效率是工业微生物研究的重点之 一。
乳酸发酵
乳酸发酵是指乳酸菌将糖类物 质转化为乳酸的过程，广泛应 用于食品、饮料、化工等领域
。
酵母菌在发酵工业中的应用
酵母菌在发酵工业中的应用摘要：我国劳动人民在几千年前就利用酵母制酱酿酒等，酵母菌在人类的食品化工能源等方面有重大作用。
酵母菌发酵食品可改善其风味及提高营养价值。
随着生物技术的发展，基因工程在改造酵母方面获得了很多成功，使酵母获得了很多对人类有益的性状。
在能源匮乏的今天，利用酵母发酵生物质产酒精作为能源代替品已越来越引起重视。
但还需解决纤维素难利用等问题，因此亟需改造酵母，使其适应于纤维素等发酵。
关键词：酵母菌食品风味可再生能源基因工程The role of yeast in fermention industryAbstract：The people of our country make sauce and alcohol .Yeast play a important role in food chemeical-industry and energy and so on .Food ferment by yeast has a special taste and nutrient .Along the development of biotechnology ,gene engineer succeeds to change the characters of yeast and get many new properties of yeast to fit the fermentation .Because the short of energy , it is importanceto use yeast to ferment alcohol as a substitution . But yeast can't use fiber to ferment effecient . Gene engineer may solve this problem .Key words：yeast ,flavor of food ,renewable energy sources ,gene engineer .1 酵母在发酵中的历史回顾中国是世界上在食品生产中利用微生物发酵技术最早的文明古国,具有许多民族特色的发酵食品,如豆腐乳、豆豉、酱油、酱、醋和白酒等,这些食品的制造工艺属传统的发酵工业[1]。
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典型工业菌种的构建与应用
工业菌种是指在工业生产过程中应用的菌株，其具有高产量、高效
率、高稳定性等特点，能够满足工业生产的需求。本文将重点介绍
典型工业菌种的构建与应用。
一、工业菌种的构建
1. 选材：选择适合工业生产的微生物菌株。常见的工业菌种包括大
肠杆菌、酿酒酵母、放线菌等。选材时需考虑菌株的生长速度、代
谢途径、产物生成能力等因素。
2. 培养基优化：通过培养基优化，提高菌株的生长速度和产物产量。
优化的关键是确定适宜的碳源、氮源和微量元素等，以及调节pH
值、温度和培养时间等条件。
3. 遗传改造：通过遗传改造手段，提高菌株的产物合成能力。常用
的遗传改造手段包括基因克隆、基因敲除、基因突变、基因组重组
等。通过改造菌株的代谢途径和调节相关基因的表达水平，可以实
现目标产物的高效合成。
4. 发酵工艺优化：通过发酵工艺的优化，提高菌株的产物产量和纯
度。优化的关键是确定适宜的发酵条件，包括温度、pH值、溶氧量、
营养物质的供应等。
二、工业菌种的应用
1. 生物制药：工业菌种在生物制药领域有着广泛的应用。例如，利
用工程菌株表达重组蛋白，生产用于治疗疾病的生物药物。通过优
化菌株的表达系统和发酵工艺，可以大幅提高重组蛋白的产量和纯
度。
2. 生物燃料：工业菌种在生物燃料领域也有着重要的应用。例如，
利用酿酒酵母等菌株发酵废弃物，产生乙醇燃料。通过优化发酵工
艺和菌株的代谢途径，可以提高乙醇的产量和纯度。
3. 化学品生产：工业菌种可以用于生产各种化学品。例如，利用大
肠杆菌等菌株合成氨基酸、有机酸、酶等化学品。通过遗传改造和
发酵工艺的优化，可以提高目标化学品的产量和质量。
4. 环境修复：工业菌种在环境修复领域也有着潜在的应用。例如，
利用放线菌等菌株降解有机污染物，恢复受污染环境的生态系统。
通过优化菌株的降解能力和适应性，可以提高环境修复的效率和效
果。
总结：
典型工业菌种的构建与应用是工业生产的重要环节。通过选材、培
养基优化、遗传改造和发酵工艺优化等手段，可以构建高效的工业
菌种。这些菌种在生物制药、生物燃料、化学品生产和环境修复等
领域具有广泛的应用前景，为工业生产的可持续发展提供了重要支
持。