河南科技大学微生物工程学课件第一章绪论+第二章1节

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1、微微 生生 物物 工工 程程 主讲：何佳15225579967 内容（248学时）第一章 绪论第二章 菌种第三章 灭菌与空气净化第四章 发酵工艺的控制 第五章 微生物工程生产实例 2个实验（第二周、第四周，李爱江老师）一、微生物工程的概念一、微生物工程的概念 微生物工程微生物工程（ Microbial engineering ）是利用是利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术，微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术，生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系；是将传统发酵与现代系；是将传统发酵与现代DNADNA重组、细胞融合、重组、细胞融合

2、、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的现代分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的现代发酵技术发酵技术。微生物工程是渗透有工程学的微生物学，是微生物工程是渗透有工程学的微生物学，是发酵技术工程化的发展。也叫发酵工程发酵技术工程化的发展。也叫发酵工程生 物 工 程微生物工程微生物工程基基 因因 工工 程程细细 胞胞 工工 程程酶酶 工工 程程微生物工程微生物工程 是生物工程的重要组成和基础，是生物工程产业化的重要环节。它将微生物学、生物化学和化学工程的基本原理有机结合起来，广泛而深入地揭示了发酵过程的本质。二、发酵方法的类别与流程 1、类别： 根据对氧的需要区分： 厌氧和有氧发酵 根据培养基物理

3、性状区分： 液体和固体发酵 根据从微生物生长特性区分： 分批发酵和连续发酵2、发酵的流程空气空气净化处理保藏菌种斜面活化扩大培养种子罐主发酵碳源、氮源、无机盐等营养物质灭菌产物分离纯化成品菌种筛选菌种筛选摇瓶试验摇瓶试验发酵罐试验发酵罐试验4. 工业发酵步骤和工艺流程(1) 用作培养菌种及扩大生产的发酵罐的培养基的配制(2) 培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌(3) 将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发 酵罐中(4) 将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成代谢产物(5) 将产物抽提并进行精制，以得到合格的产品(6) 回收或处理发酵过程中产生的废物和废水三、微生物反应过程的特点

4、三、微生物反应过程的特点一）优点：一）优点： （与化学工程相比）（与化学工程相比）1、生产过程通常在常温常压下进行，操作条件温和，不需、生产过程通常在常温常压下进行，操作条件温和，不需考虑防爆问题，一种设备具有多种用途。考虑防爆问题，一种设备具有多种用途。2、原料是以碳水化合物为主的粗原料。、原料是以碳水化合物为主的粗原料。3、生产过程是以生命体的自动调节方式进行的，因此多个、生产过程是以生命体的自动调节方式进行的，因此多个反应就象一个反应一样，可在单一设备（发酵罐）中进行。反应就象一个反应一样，可在单一设备（发酵罐）中进行。4、能容易地生产复杂的高分子化合物，如酶、光学活性、能容易地生产复杂

5、的高分子化合物，如酶、光学活性体等。体等。5、能高度选择性地进行复杂化合物在特定部位反应，、能高度选择性地进行复杂化合物在特定部位反应，如氧化、还原、官能团导入等。如氧化、还原、官能团导入等。6、生产产品的生物体本身也是发酵产物，富含维生、生产产品的生物体本身也是发酵产物，富含维生素、蛋白质、酶等有用物质；除特殊情况外，培养素、蛋白质、酶等有用物质；除特殊情况外，培养液一般不会对人和动物造成危害。液一般不会对人和动物造成危害。7、通过微生物菌种改良，能够利用原有设备使生产飞、通过微生物菌种改良，能够利用原有设备使生产飞跃上升。跃上升。二）发酵过程中尚存在的问题：二）发酵过程中尚存在的问题：1、

6、底物不能完全转化成目的产物，副产物的产生不可避免，、底物不能完全转化成目的产物，副产物的产生不可避免，因而造成提取和精制困难，这是目前发酵行业下游操作落因而造成提取和精制困难，这是目前发酵行业下游操作落后的原因之一。后的原因之一。2、微生物反应是活细胞的反应，产物的获得除受环境因、微生物反应是活细胞的反应，产物的获得除受环境因素影响外，也受细胞内因素的影响，且菌体易发生变异。素影响外，也受细胞内因素的影响，且菌体易发生变异。3、原料是农副产品，虽然价廉，但质量波动较大。、原料是农副产品，虽然价廉，但质量波动较大。4、生产前准备工作量大，花费高，相对化学反应而言，、生产前准备工作量大，花费高，相

7、对化学反应而言，反应器效率低。反应器效率低。5、通常底物浓度不能过高，且要在无杂菌污染情况下进行。、通常底物浓度不能过高，且要在无杂菌污染情况下进行。6、发酵废水常具有较高的、发酵废水常具有较高的BOD 和和COD，需处理后排放。，需处理后排放。四、微生物工程发展简史四、微生物工程发展简史1、传统的微生物发酵技术、传统的微生物发酵技术天然发酵天然发酵几千年几千年酒酒 （古埃及（古埃及 公元前公元前4000 3000年；年； 龙山文化龙山文化4200年）年）啤酒、黄酒、酱油、泡菜等啤酒、黄酒、酱油、泡菜等2、第一代微生物发酵技术、第一代微生物发酵技术纯培养技术纯培养技术 Louis Pasteu

8、r 微生物引起发酵；酒精发酵由酵母引起微生物引起发酵；酒精发酵由酵母引起 Eduard Buchner 酒化酶酒化酶(zymase) Robert Koch 发明了固体培养基；建立了纯培养技术发明了固体培养基；建立了纯培养技术 人为控制发酵过程人为控制发酵过程 酒精、丙酮、丁醇、有机酸等酒精、丙酮、丁醇、有机酸等 （主要厌氧发酵；初级代谢产物）（主要厌氧发酵；初级代谢产物）3、第二代（近代）微生物发酵技术、第二代（近代）微生物发酵技术深层培养技术深层培养技术 出现于出现于20世纪世纪40年代，以抗生素的生产为标志年代，以抗生素的生产为标志 青霉素的发现与大量需求青霉素的发现与大量需求 表面培养

9、法表面培养法(surface culture) 效价效价40U/mL，纯度，纯度20%，收率，收率30% 深层培养技术深层培养技术（submerged fermentation) 机械搅拌通气发酵机械搅拌通气发酵 链霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、四环素等链霉素、氯霉素、金霉素、土霉素、四环素等 抗生素工业的发展促进了其他发酵产品的出现，如氨基酸发抗生素工业的发展促进了其他发酵产品的出现，如氨基酸发酵工业酵工业 好氧发酵，初级、次级代谢产物好氧发酵，初级、次级代谢产物4、第三代发酵技术、第三代发酵技术微生物工程微生物工程 （1972）DNA 重组技术、原生质体融合技术等应用重组技术、原生质体融合

10、技术等应用 1982，第一个基因工程产品，第一个基因工程产品利用工程菌生产的人利用工程菌生产的人胰岛素问世胰岛素问世 现有许多种类的产品现有许多种类的产品红细胞生成素红细胞生成素 ( 治疗贫血治疗贫血) 生长激素生长激素 ( 促进生长促进生长) 胰岛素胰岛素 (治疗糖尿病治疗糖尿病) 干扰素干扰素 (抗病毒、抗肿瘤抗病毒、抗肿瘤) 五、微生物工程的应用五、微生物工程的应用食品加工：食品加工：单细胞蛋白（酵母、真菌等）单细胞蛋白（酵母、真菌等）含醇饮料：含醇饮料：葡萄酒、黄酒、白酒、啤酒、白兰地、威士忌葡萄酒、黄酒、白酒、啤酒、白兰地、威士忌发酵乳制品：发酵乳制品：奶酪、酸奶奶酪、酸奶调味品：调

11、味品：味精、肌苷酸、酱油、醋等味精、肌苷酸、酱油、醋等微生物技术最早开发应用的领域，至今产量和产值微生物技术最早开发应用的领域，至今产量和产值仍占微生物工程的首位仍占微生物工程的首位1、在食品工业的应用、在食品工业的应用（一）微生物工程应用领域（一）微生物工程应用领域2、在医药卫生中的应用、在医药卫生中的应用 抗生素：抗生素：12 000余种余种青霉素、金霉素、四环素、链霉素、庆大霉素、卡那霉素、青霉素、金霉素、四环素、链霉素、庆大霉素、卡那霉素、新霉素、螺旋霉素、头孢霉素等新霉素、螺旋霉素、头孢霉素等 氨基酸：氨基酸：可发酵生产的有谷、赖、丙、组、异亮、亮、可发酵生产的有谷、赖、丙、组、异亮