《发酵工程绪论》PPT课件.ppt
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1、发酵工程课程内容发酵工程课程内容l第一章第一章 绪论绪论l第二章第二章 工业微生物菌种选育、保藏及菌种扩培工业微生物菌种选育、保藏及菌种扩培l第三章第三章 微生物的生长代谢调节及发酵动力学微生物的生长代谢调节及发酵动力学l第四章第四章 发酵工业培养基及原料处理发酵工业培养基及原料处理l第五章第五章 发酵工程的灭菌及空气除菌发酵工程的灭菌及空气除菌l第六章第六章 发酵条件及工艺控制发酵条件及工艺控制l第七章第七章 发酵染菌及防治发酵染菌及防治l第八章第八章 发酵罐发酵罐 l第九章第九章 发酵产物的后处理(即下游加工)发酵产物的后处理(即下游加工)l第十章第十章 现代发酵工业主要产品的工艺过程现代
2、发酵工业主要产品的工艺过程学习要求:理论与实验紧密结合学习要求:理论与实验紧密结合l1、理论学习是前提l2、实验基本技能操作能力是基础l3、实验设计能力是要求l4、实验探索研究能力培养是目的思思 考:考:l发酵工程与我国国民经济的关系?发酵工程与我国国民经济的关系?l发酵产品与我们生活的关系?发酵产品与我们生活的关系?第一章第一章 绪绪 论论l第一节第一节 发酵和发酵工程的涵义发酵和发酵工程的涵义l第二节第二节 发酵工程的发展简史发酵工程的发展简史l第三节第三节 发酵工程的基本内容发酵工程的基本内容l第四节第四节 发酵工业的范围发酵工业的范围l第五节第五节 发酵类型与流程发酵类型与流程l第六节
3、第六节 发酵工程的应用发酵工程的应用l第七节第七节第七节第七节 发酵工业展望发酵工业展望发酵工业展望发酵工业展望l第八节第八节 发酵工程的课程任务和内容发酵工程的课程任务和内容第一节第一节 发酵和发酵工程的涵义发酵和发酵工程的涵义l一、发酵的涵义l二、发酵工程的概念一、发酵的涵义一、发酵的涵义1 1、传统发酵、传统发酵2 2、生化和生理学意义的发酵、生化和生理学意义的发酵3 3、工业上的发酵、工业上的发酵4 4、发酵的现代概念、发酵的现代概念(p1)(p1)1 1、传统发酵、传统发酵l最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或发芽谷物产生气泡的现象,或者是指或发芽谷
4、物产生气泡的现象,或者是指酒的生产过程。酒的生产过程。l1857年法国化学家、微生物家巴斯德巴斯德提出了著名的发酵理论:“一切发酵过程都是微一切发酵过程都是微生物作用的结果。生物作用的结果。”l巴斯德认为,酿酒是发酵,是微生物在起作用;酒变质也是发酵,是另一类微生物在作祟。2 2、生化和生理学意义的发酵、生化和生理学意义的发酵l指微生物在无氧条件下,分解各种有机物质产生能量的一种方式,或者更严格地说,发酵是或者更严格地说,发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。l如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出
5、并放出COCO2 2的过程。的过程。3 3、工业上的发酵、工业上的发酵l泛指利用微生物制造或生产某些泛指利用微生物制造或生产某些产品产品的过程。的过程。包括:1.厌氧培养的生产过程。如酒精,乳酸等。2.通气(有氧)培养的生产过程。如抗生素、氨基酸、酶制剂等。l产品有细胞代谢产物,也包括菌体细胞、酶等。4 4、发酵的现代概念、发酵的现代概念l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。利用微生物的特点:l发酵工程所利用的微生物发酵工程所利用的微生物:细菌、放线菌,酵母菌和霉菌等。l利用微生物的特点利用微生物的特点:(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸
6、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。二、发酵工程二、发酵工程l(一)发酵工程的概念(一)发酵工程的概念l发酵工程是利用微生物生长与代谢活动,通发酵工程是利用微生物生长与代谢活动,通过现代工程技术手段进行工业规模生产的过现代工程技术手段进行工业规模生产的技术。由于它以培养微生物(发酵)为主,技术。由于它以培养微生物(发酵)为主,所以习惯上也称为微生物工程。所以习惯上也称为微生物工程。l即利用微生物发酵过程来生产产品。即利用微生物发酵过程来生产产品。(P1)(二)发酵工程技术的特点(二)发酵工程技术的特点主要指在最适发酵条件下,发酵罐中大量培养细胞和生产代谢
7、产物的工艺技术。(1)发酵工程主体微生物的特点(2)发酵工程技术的特点(3)发酵工程反应过程的特点(p2)l发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工生物工程程的一个极其重要的分支,成为一个包括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程多学科工程。l发酵工程是研究微生物工业生产中各单元操各单元操作的工艺作的工艺和设备设备的一门学科,它是利用生化工程的原理和方法、生物反应器技术及分离纯化技术,将生物工程的实验室成果进行工业开发的学科,是生物工程不可分割的一部分。(三)发酵工程产品的类型(三)发酵工程产品的类型l酒精类饮料、
8、醋酸和面包,而且生产胰岛素、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、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种食品、医疗保健药物;医疗保健药物;l天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料;生产资料;l氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素;氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素;l单细胞蛋白等微生物菌体。单细胞蛋白等微生物菌体。l生物能生物能l微生物冶炼微生物冶炼l(p3)第二节第二节 发酵工程的发展简史发酵工程的发展简史 (p7-12p7-12)l一、自然发酵时期(传统发酵时期)一、自然发酵时期(传统发酵时期
9、)l二、近代发酵工程时期二、近代发酵工程时期l纯培养技术的建立:巴斯德,科赫等。人为地控制微生物的发酵进程。l通气搅拌发酵技术的建立:青霉素的生产深层培养l代谢控制发酵技术:微生物进行甾体化合物的转化,Glu和Lys发酵生产。l三、现代发酵工程时期三、现代发酵工程时期基因工程阶段基因工程阶段 采用酶学的方法,将不同来源的DNA进行体外重组,再把重组DNA设法转入受体细胞内,并进行繁殖和遗传下去。人们能够根据自己的意愿将微生物以外的基因件导入微生物细胞中,从而达到定向地改变生物性状与功能创创新的物种新的物种,使发酵工业能够生产出自然界微生物所不能合成的产物。发酵工业发展阶段的过程发酵工业发展阶段
10、的过程l现代生物技术特别是基因工程基因工程赋予发酵工程新的生命力,现代发酵工程产品种类不断增加,是方兴未艾的高新技术产业,。它不但为人类提供所需的产品、在农业、化工原料等行业的应用中显示巨大的潜力,并且随着现代发酵技术的应用将为人类创创造出更大的经济效益造出更大的经济效益。第三节第三节 发酵工程的基本内容发酵工程的基本内容l一、发酵工程的特征一、发酵工程的特征l二、发酵工程研究的主要内容发酵工程研究的主要内容l三、获得发酵产品的条件获得发酵产品的条件一、发酵工程的特征一、发酵工程的特征(p13p13)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
11、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。3、条件:发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应,反应安全,要求条件简单。4、发酵对杂菌的污染的防治至关重要。反应必需在无菌条件无菌条件下进行。5、产物:由于生物体本身所具有的反应机制,能够专一地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应,也可以产生比较复杂的高分子化合物比较复杂的高分子化合物。6、发酵过程是通过生物体的自动调节自动调节
12、方式来完成的,反应的专一性强,因而可以得到较为单一的代谢产物。7、特点:工业发酵与其他工业相比,投资少,见效快,并可以取得较显著的经济效益。8、除利用微生物外,还可以用动植物细胞和酶,也可以用人工构建的遗传工程菌进行反应。二、发酵工程研究的主要内容二、发酵工程研究的主要内容l1 1、工业生产菌种的选育。、工业生产菌种的选育。l2 2、最佳发酵条件的选择和控制。、最佳发酵条件的选择和控制。l3 3、生化反应器(发酵罐)的设计。、生化反应器(发酵罐)的设计。l4 4、产品的分离、提取及精制等过程。、产品的分离、提取及精制等过程。l发酵工程的内容是随科学技术的发展而不断扩大发酵工程的内容是随科学技术
13、的发展而不断扩大和充实的。和充实的。l适宜的微生物适宜的微生物l保证或控制微生物进行代谢的各种条件保证或控制微生物进行代谢的各种条件l微生物发酵的设备微生物发酵的设备l精制成产品的方法和设备精制成产品的方法和设备三三、获得发酵产品的条件获得发酵产品的条件第四节第四节 发酵工业的范围发酵工业的范围1 1、以微生物细胞为产物的发酵工业、以微生物细胞为产物的发酵工业2 2、以微生物代谢产物为产品的发酵工业、以微生物代谢产物为产品的发酵工业3 3、以微生物酶为产品的发酵工业、以微生物酶为产品的发酵工业4 4、生物转化或修饰化合物的发酵工业、生物转化或修饰化合物的发酵工业5 5、微生物废水处理和其他、微
14、生物废水处理和其他微生物产物:微生物产物:微生物细胞、酶、药物活性物微生物细胞、酶、药物活性物质、特殊化学物质和食品添加剂质、特殊化学物质和食品添加剂1 1、生产微生物细胞物质、生产微生物细胞物质l是以获得具有多种用途的微生物菌体细微生物菌体细胞胞为目的的产品的发酵工业。l包括包括:单细胞的酵母和藻类、担子菌,生物防治的苏云金杆菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。l特点: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。2、微生物代谢产物发酵l包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。l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
15、物或中间代谢产物。l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,来自于中间代谢产物和初级代谢产物。3、微生物酶发酵l酶的特点:易于工业化生产,便于改善工艺提高产量。l分类:胞内酶和胞外酶l生物合成特点:需要诱导作用,或遭受阻遏、抑制等调控作用的影响,在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面需给予注意。4、微生物的生物转化l定义:定义:是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位(基团)的作用,使它转变成结构相类似但具有更大经济价值的化合物。l生物转化的最终产物不是微生物细胞利用营养物质代谢产生的,而是微生物细胞的酶或酶系作用酶或酶系作用于底物某一特定部位,进行化学反应而形成的
16、。生长细胞、静止营养细胞、孢子或干细胞均能进行生物转化。l特点:特异性强(反应特异性、结构位置特异性、立体特异性)。5、微生物特殊机能的利用l利用微生物消除环境污染利用微生物消除环境污染l利用微生物发酵保持生态平衡利用微生物发酵保持生态平衡 生物固氮代替化学肥料 微生物杀虫剂代替化学农药 培育和创造能在恶劣条件下生长,并且能抗病虫害和草害的农作物新品种 为人类提供动物蛋白l微生物湿法冶金微生物湿法冶金l利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域第五节 发酵类型与流程(p25)一、类型一、类型 根据对氧的需要区分:厌氧和有氧发酵 根据培养基物理性状区分:液体和固体发酵
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