01第一章 微生物与发酵技术绪论.ppt

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1、现代发酵技术现代发酵技术生物技术学院生物技术学院 郭成栓郭成栓 办公室办公室 3 3号楼号楼504 504 电话电话 2885493628854936微生物与发酵技术微生物与发酵技术引入新课 1 1 、什么是微生物、什么是微生物3 3、什么是发酵,其工艺流程2 2、微生物具有哪些功能，怎样为人类服务微生物具有哪些功能，怎样为人类服务4 4、学习微生物与发酵有什么样的意义学习微生物与发酵有什么样的意义现代发酵技术现代发酵技术掌握微生物定义及其特点、微生物学的定义掌握微生物定义及其特点、微生物学的定义了解微生物的分类及、命名及其作用了解微生物的分类及、命名及其作用掌握发酵工程的定义、工艺过程、不同

2、发展时期的特点及掌握发酵工程的定义、工艺过程、不同发展时期的特点及其重要历史人物和事件其重要历史人物和事件了解微生物工程的特点与范围了解微生物工程的特点与范围了解发酵工程的应用了解发酵工程的应用了解微生物及发酵的了解微生物工程的现状及其发展趋势了解微生物及发酵的了解微生物工程的现状及其发展趋势学习目的学习目的现代发酵技术现代发酵技术（一）微生物：（一）微生物：是一群个体微小、结构简单，肉是一群个体微小、结构简单，肉是一群个体微小、结构简单，肉是一群个体微小、结构简单，肉眼不能看到，必须借助于仪器才能看到的微小生物。眼不能看到，必须借助于仪器才能看到的微小生物。眼不能看到，必须借助于仪器才能看到

3、的微小生物。眼不能看到，必须借助于仪器才能看到的微小生物。它不是一个它不是一个它不是一个它不是一个分类学上的单位分类学上的单位分类学上的单位分类学上的单位，而是所有肉眼看不见，而是所有肉眼看不见，而是所有肉眼看不见，而是所有肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。或看不清楚的微小生物的总称。或看不清楚的微小生物的总称。或看不清楚的微小生物的总称。（二）特点：（二）特点：1.小小小小（体积小，面积大），以单细（体积小，面积大），以单细（体积小，面积大），以单细（体积小，面积大），以单细胞或多细胞形式存在；胞或多细胞形式存在；胞或多细胞形式存在；胞或多细胞形式存在；2.新陈代谢强（生长旺，繁殖快）新

4、陈代谢强（生长旺，繁殖快）新陈代谢强（生长旺，繁殖快）新陈代谢强（生长旺，繁殖快）；3.适应强，易变异适应强，易变异适应强，易变异适应强，易变异 ；4.分布广，种类多，数量大分布广，种类多，数量大分布广，种类多，数量大分布广，种类多，数量大一、微生物的定义和特点一、微生物的定义和特点现代发酵技术现代发酵技术现代发酵技术现代发酵技术灰霉病现代发酵技术现代发酵技术霜霉病现代发酵技术现代发酵技术白粉病现代发酵技术现代发酵技术二、微生物的分类（一）根据微生物的结构和组成分类（一）根据微生物的结构和组成分类 1.1.原核细胞型微生物原核细胞型微生物：无细胞核（无核膜、核仁和和细胞：无细胞核（无核膜、核仁

5、和和细胞器的分化）器的分化）细菌、放线菌、衣原体、支原体、立克次体、细菌、放线菌、衣原体、支原体、立克次体、螺旋体螺旋体等。等。2.真核细胞型微生物真核细胞型微生物：有完整的细胞核（有核膜、核仁和和有完整的细胞核（有核膜、核仁和和细胞器的分化）细胞器的分化）酵母菌、霉菌酵母菌、霉菌。3.非细胞型微生物非细胞型微生物：无细胞结构，活细胞内繁殖，只有一种：无细胞结构，活细胞内繁殖，只有一种核酸核酸(DNARNA)病毒病毒。现代发酵技术现代发酵技术立克次氏体立克次氏体立克次氏体立克次氏体 酵母菌酵母菌酵母菌酵母菌细细细细 菌菌菌菌 放线菌放线菌放线菌放线菌 霉菌霉菌霉菌霉菌 病毒病毒病毒病毒现代发酵

6、技术现代发酵技术（二）微生物的分类单位与细菌的命名（二）微生物的分类单位与细菌的命名1.1.微生物的分类单位微生物的分类单位 界、门、纲、目、科、属、种界、门、纲、目、科、属、种种：种：形态学与生理学性状基本相同的微生物群体。分类的基形态学与生理学性状基本相同的微生物群体。分类的基本单位。本单位。亚种或者变种：亚种或者变种：差异较明显的种差异较明显的种型：型：差异微小的种差异微小的种现代发酵技术现代发酵技术2.2.细菌的命名细菌的命名 拉丁文：拉丁文：Bacillus subtilis（斜体）（斜体）属名属名 +种名种名 首字母大写首字母大写 字母小写字母小写 中文：中文：枯草枯草 芽孢杆菌芽

7、孢杆菌 种名种名 +属名属名 现代发酵技术现代发酵技术三、微生物的作用（一）微生物与药品（一）微生物与药品（二）微生物与食品（二）微生物与食品（三）微生物与化工（三）微生物与化工（四）微生物与农业（四）微生物与农业 现代发酵技术现代发酵技术四、微生物学 研究微生物的生物学特性（形态结构、代谢、研究微生物的生物学特性（形态结构、代谢、生长繁殖、遗传变异）及其与人类、动植物等相生长繁殖、遗传变异）及其与人类、动植物等相互关系的学科。互关系的学科。其根本任务是如何其根本任务是如何发掘、利用和改善发掘、利用和改善有益微有益微生物生物，控制、消灭或改造控制、消灭或改造有害微生物有害微生物。现代发酵技术现

8、代发酵技术（一）发酵的定义（一）发酵的定义（一）发酵的定义（一）发酵的定义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、工业上的发酵五、发酵的定义及其流程五、发酵的定义及其流程现代发酵技术现代发酵技术1 1、传统发酵、传统发酵 最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象。汁产生气泡的现象。现代发酵技术现代发酵技术2 2、生化和生理学意义的发酵、生化和生理学意义的发酵v指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量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，

9、发酵是以有机物作为的一种方式，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。电子受体的氧化还原产能反应。v如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出COCO2 2。现代发酵技术现代发酵技术3 3、工业上的发酵、工业上的发酵 泛指利用微生物在好氧或厌氧条件下的生命活动来制造泛指利用微生物在好氧或厌氧条件下的生命活动来制造某些产品的过程某些产品的过程 包括：包括：1.1.厌氧培养的生产过程厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸，葡萄酒，果醋等。，如酒精，乳酸，葡萄酒，果醋等。2.2.通气（有氧）培养的生产过程通气（有氧）培养的生产过程，如

10、抗生素、氨基酸、酶制，如抗生素、氨基酸、酶制剂，菌体细胞等。剂，菌体细胞等。（1 1）表面培养）表面培养（2 2）深层培养）深层培养现代发酵技术现代发酵技术1 1 1 1 发酵技术发酵技术发酵技术发酵技术：指以指以指以指以微生物微生物微生物微生物为主要操为主要操为主要操为主要操作对象的生物工程技术，又称为作对象的生物工程技术，又称为作对象的生物工程技术，又称为作对象的生物工程技术，又称为发发发发酵工程酵工程酵工程酵工程或者或者或者或者微生物工程微生物工程微生物工程微生物工程。应用微生。应用微生。应用微生。应用微生物学等相关的自然科学以及工程学物学等相关的自然科学以及工程学物学等相关的自然科学以

11、及工程学物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行原理，利用微生物等生物细胞进行原理，利用微生物等生物细胞进行原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提酶促转化，将原料转化成产品或提酶促转化，将原料转化成产品或提酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学供社会性服务的一门科学供社会性服务的一门科学供社会性服务的一门科学 （二）发酵技术定义及流程二）发酵技术定义及流程二）发酵技术定义及流程二）发酵技术定义及流程现代发酵技术现代发酵技术FERMENTATIONProcess ControlFermentation engineering上游工程上游工程

12、UPSTREAM PROCESSES下游工程下游工程DOWNSTREAM PROCESSES发酵工程组成发酵工程组成发酵工程组成发酵工程组成 从广义上讲，由三部分组成：从广义上讲，由三部分组成：从广义上讲，由三部分组成：从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程上游工程、发酵工程、下游工程上游工程、发酵工程、下游工程上游工程、发酵工程、下游工程现代发酵技术现代发酵技术-基因、细胞基因、细胞-种子活化种子活化-培养基配制培养基配制-培养基灭菌培养基灭菌-接种接种发酵过程控制发酵过程控制上游工程上游工程Fermentation engineering现代发酵技术现代发酵技术-提取、纯化

13、、分析提取、纯化、分析-废物处理废物处理-废物回收废物回收发酵过程控制发酵过程控制下游工程下游工程 Fermentation engineering现代发酵技术现代发酵技术2 2、发酵的流程、发酵的流程空气空气空气净化处理空气净化处理保藏菌种保藏菌种斜面活化斜面活化扩大培养扩大培养种子罐种子罐主发酵主发酵碳源、氮源、碳源、氮源、无机盐等营养无机盐等营养物质物质灭菌灭菌产物分离纯化产物分离纯化成品成品现代发酵技术现代发酵技术2.1 2.1 发酵原料的预处理发酵原料的预处理2.2 2.2 菌种斜面培养菌种斜面培养2.3 2.3 种子扩大培养种子扩大培养2.4 2.4 微生物发酵和控制微生物发酵和控

14、制2.5 2.5 发酵产物的分离提取发酵产物的分离提取现代发酵技术现代发酵技术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现代发酵技术现代发酵技术现代发酵技术现代发酵技术现代发酵技术现代发酵技术现代发酵技术现代发酵技术六、发酵工业的特征六、发酵工业的特征 v（1 1）原料来源广泛，多为农副产品。）原料来源广泛，多为农副产品。v（2 2）发酵工程反应条件温和。）发酵工程反应条件温和。v（3 3）通过菌种选育可以提高生产性能）通过菌种选育可以提高生产性能（4 4）通过改进工艺和设备可以提高产品）通过改进工艺和设备可以提高产品的质量和产量。的质量和产量。现代发酵技术现代发酵技术v1.1.食品

15、工业食品工业v2.2.医药卫生医药卫生v3.3.化工能源化工能源v4.4.农业农业v5.5.环境保护环境保护七、发酵工业的应用范围七、发酵工业的应用范围现代发酵技术现代发酵技术v（1 1）酿酒工业）酿酒工业v（2 2）食品工业）食品工业v（3 3）有机溶剂发酵工业）有机溶剂发酵工业v（4 4）抗生素发酵工业）抗生素发酵工业v（5 5）有机酸发酵工业）有机酸发酵工业v（6 6）酶制剂发酵工业）酶制剂发酵工业v（7 7）氨基酸发酵工业）氨基酸发酵工业v（8 8）核苷酸类物质发酵工业）核苷酸类物质发酵工业v（9 9）维生素发酵工业）维生素发酵工业v（10 10）生理活性物质发酵工业）生理活性物质发酵

16、工业v（11 11）微生物菌体蛋白发酵工业）微生物菌体蛋白发酵工业v（12 12）微生物环境净化工业）微生物环境净化工业v（13 13）生物能源工业）生物能源工业v（14 14）微生物冶金工业）微生物冶金工业现代发酵技术现代发酵技术八、发酵产物的类型八、发酵产物的类型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 酵母单细胞蛋白酵母单细胞蛋白 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 青霉素青霉素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 蛋白酶、淀粉酶蛋白酶、淀粉酶4 4、生物转化或修饰化合物的发酵工业、生物转化或修饰

17、化合物的发酵工业5 5、微生物废水处理和其他、微生物废水处理和其他现代发酵技术现代发酵技术1 1、生产微生物细胞物质、生产微生物细胞物质v定义：定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的的是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的的产品的发酵工业，包括单细胞的酵母和藻类、担子菌，生产品的发酵工业，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。物防治的苏云金杆菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。v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。时期也是产物合

18、成速率最高阶段，生长稳定期产量最高。现代发酵技术现代发酵技术2 2、微生物酶发酵、微生物酶发酵v酶的特点：酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高产量。易于工业化生产，便于改善工艺提高产量。v分类：分类：胞内酶和胞外酶胞内酶和胞外酶v生物合成特点：生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑制等调需要诱导作用，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。等方面需给予注意。现代发酵技术现代发酵技术3 3、微生物代谢产物发酵、微生物代谢产物发酵v包括包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物初级代谢产物、中

19、间代谢产物和次级代谢产物。v对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初初级代谢产物或中间代谢产物。级代谢产物或中间代谢产物。v各种各种次级代谢产物次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即即稳定期稳定期所产生的，来自于中间代谢产物和初级代谢产物。所产生的，来自于中间代谢产物和初级代谢产物。现代发酵技术现代发酵技术4 4、微生物的生物转化、微生物的生物转化v定义：是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位定义：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在（基团）的作

20、用，使它转变成结构相类似但具有更在经济价值的化合物。经济价值的化合物。v最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某一特定最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某一特定部位进行化学反应而形成的。部位进行化学反应而形成的。现代发酵技术现代发酵技术5 5、微生物特殊机能的利用、微生物特殊机能的利用v利用微生物消除环境污染利用微生物消除环境污染v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v微生物湿法冶金微生物湿法冶金v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。现代发酵技术现代发酵技术a.a.古代发酵古代发酵特点：特点：特点：特点：只知现象，不知本质只知现象，不知本

21、质主要产品：主要产品：主要产品：主要产品：酿酒、制醋、制酱、制奶酪酿酒、制醋、制酱、制奶酪泡菜泡菜九、微生物及发酵的发展历史九、微生物及发酵的发展历史现代发酵技术现代发酵技术b.b.近代发酵近代发酵 近代深层厌氧发酵技术近代深层厌氧发酵技术(纯培纯培养技术的建立养技术的建立)特点：特点：天然发酵向纯种发酵转变天然发酵向纯种发酵转变(第一次技术转折第一次技术转折)主要产品主要产品：酒精酒精、丙酮、丁醇、甘油丙酮、丁醇、甘油(列文虎克，巴斯德，科赫列文虎克，巴斯德，科赫)现代发酵技术现代发酵技术1676年，微生物学的先驱年，微生物学的先驱荷兰人荷兰人列文虎克列文虎克首次观察首次观察到了细菌。他没有

22、上过到了细菌。他没有上过 大学，是一个只会荷兰大学，是一个只会荷兰语的小商人，但却在语的小商人，但却在1680年被选为英国皇家学会的年被选为英国皇家学会的会员。会员。现代发酵技术现代发酵技术微生物的发现微生物的发现法国人巴斯德法国人巴斯德（18221895）1.否定微生物自然发生说否定微生物自然发生说 2.巴氏消毒法巴氏消毒法（啤酒，乳酸菌）（啤酒，乳酸菌）3.传染病由微生物引起传染病由微生物引起（救治蚕病（救治蚕病）4.疫苗（疫苗（鸡霍乱鸡霍乱、狂犬病、狂犬病、炭疽炭疽）德国人柯赫德国人柯赫（18431910）提出了科赫法则，提出了科赫法则，建立了细菌纯培养技术建立了细菌纯培养技术现代发酵技

23、术现代发酵技术c.c.现代发酵现代发酵 发酵工程发酵工程1)1)通气搅拌发酵通气搅拌发酵(第二次技术转折第二次技术转折),),真正意真正意义上的发酵工程的开始义上的发酵工程的开始特点：特点：搅拌培养的好气性发酵搅拌培养的好气性发酵关键：关键：无菌空气的制备，通风搅拌发酵无菌空气的制备，通风搅拌发酵主要产品：主要产品：青霉素青霉素、激素激素、酶制剂酶制剂、有有机酸机酸现代发酵技术现代发酵技术2)代谢控制发酵特点：特点：特点：特点：从从从从 DNA DNA 分子水平上控制分子水平上控制分子水平上控制分子水平上控制(无定无定无定无定向诱变向诱变向诱变向诱变)微生物代谢途径，进行合理代谢微生物代谢途径

24、，进行合理代谢微生物代谢途径，进行合理代谢微生物代谢途径，进行合理代谢主要产品：主要产品：主要产品：主要产品：氨基酸氨基酸氨基酸氨基酸、核苷酸核苷酸现代发酵技术现代发酵技术3)3)3)3)基因工程发酵基因工程发酵(技术革命技术革命)4)特点：特点：可定向改造生物基因，按可定向改造生物基因，按人们的意志生产产品人们的意志生产产品主要产品：主要产品：胰岛素、胰岛素、人生长素人生长素、干扰干扰素素、疫苗疫苗现代发酵技术现代发酵技术十、国内外发酵工业现状及发展趋势十、国内外发酵工业现状及发展趋势v发酵工业现状发酵工业现状v（1 1）提高产量）提高产量v（2 2）改造工艺）改造工艺v（3 3）开发品种）

25、开发品种现代发酵技术现代发酵技术发酵工业发展趋势v(1)(1)生物能源生物能源v A A燃料乙醇燃料乙醇v B B生物制氢生物制氢v(2)(2)功能菌株大规模筛选技术功能菌株大规模筛选技术v(3)(3)生物催化定向改造新技术生物催化定向改造新技术v(4)(4)工业微生物的代谢工程工业微生物的代谢工程现代发酵技术现代发酵技术十一、发酵工业的意义与展望十一、发酵工业的意义与展望v利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良菌种利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良菌种v采用发酵技术进行高等动动植物细胞培养采用发酵技术进行高等动动植物细胞培养v固定化技术广泛应用固定化技术广泛应用v开发和采用大型节能高效的发酵装置，自动控制将开发和采用大型节能高效的发酵装置，自动控制将成为发酵生产控制的主要手段成为发酵生产控制的主要手段v应用代谢控制技术，发酵生产氨基酸应用代谢控制技术，发酵生产氨基酸v将生物技术理广泛地用于环境工程将生物技术理广泛地用于环境工程现代发酵技术现代发酵技术