生物发酵培养技术精选PPT.ppt
《生物发酵培养技术精选PPT.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《生物发酵培养技术精选PPT.ppt(149页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、关于生物发酵培养技术第1页,讲稿共149张,创作于星期二发酵工程制药发酵工程制药第一节:微生物细胞工程(发酵工程制药)第一节:微生物细胞工程(发酵工程制药)生产原理生产原理第二节:利用微生物进行药物的生产实例第二节:利用微生物进行药物的生产实例第2页,讲稿共149张,创作于星期二第一节:微生物工程(发酵工程制药)生产原理第一节:微生物工程(发酵工程制药)生产原理人工培养的微生物,通过体内的特定酶系,经过复杂的生物化学反应过程和代谢作用,最终合成人们所需要的药物如抗生素、氨基酸、有机物、维生素。这种方法称为微生物细胞工程。第3页,讲稿共149张,创作于星期二一:最常用的工业微生物一:最常用的工业
2、微生物二:微生物的培养技术二:微生物的培养技术三:细胞浓度的测量三:细胞浓度的测量四:微生物发酵的工艺学原理四:微生物发酵的工艺学原理五:工业微生物菌种的制备和改良五:工业微生物菌种的制备和改良六:发酵生产过程六:发酵生产过程七:灭菌技术七:灭菌技术八:分离纯化技术八:分离纯化技术九:干燥技术九:干燥技术讲解分章节内容讲解分章节内容第4页,讲稿共149张,创作于星期二一:最常用的工业微生物一:最常用的工业微生物1:细菌:细菌2:放线菌:放线菌3:霉菌:霉菌4:酵母:酵母 青霉菌青霉菌 第5页,讲稿共149张,创作于星期二1:细菌:细菌(1)醋杆菌属-醋化醋杆菌(Acetobacter acet
3、i)可以将酒精转变为醋酸。弱氧化醋杆菌(Acetobacter suboxydans)可以将山梨糖醇转变为山梨糖。(2)乳杆菌属-德氏乳杆菌(Lactobacillus delbriiekii)可以将糖转变为乳糖。(3)链球菌属(Streptococcus)-用来生产乳酸。(4)片球菌属(Pediococcus)-用来生产乳酸。(5)串珠菌属(Leuconostoc)-用来生产乳酸。(6)芽孢杆菌属-枯草杆菌(Bacillus subtilis)可以用来生产-淀粉酶、肌苷、鸟苷等核苷。(7)梭菌属-丙酮丁醇梭菌(Clostridium acetobutylium)用来生产丙酮、丁醇。(8)大肠
4、杆菌(Escherichia coli)用来作为基因工程的克隆菌。第6页,讲稿共149张,创作于星期二2:放线菌:放线菌有以下分类红霉素链霉菌(S.enytnreus)能产生红霉素。卡那霉素链霉菌(S.kanamycetieus)能产生卡那霉素金霉素链霉菌(S.aureofaciens)能产生金霉素。委内瑞拉链霉菌(S.veneznelae)能产生氯霉素第7页,讲稿共149张,创作于星期二3:霉菌:霉菌(1)曲霉属-米曲霉(Aspergillus oryzae)能产生高峰淀粉酶。(2)黑霉属(A.niger)-能产生酸性蛋白酶、蛋白酶。(3)青霉属-点青霉(Penicillium.notatu
5、m)、产黄青霉(P.chrysogenum)能产生青霉素。橘青霉(P.citrinum)可产生核酸酶P1。第8页,讲稿共149张,创作于星期二4:酵母:酵母酵母属-最常用的是酿酒酵母,用于进行酒精发酵。第9页,讲稿共149张,创作于星期二二:微生物的培养技术二:微生物的培养技术(一)培养基组成(一)培养基组成(二)培养基的分类(二)培养基的分类(三)培养方法(三)培养方法(四)培养条件(四)培养条件第10页,讲稿共149张,创作于星期二(一)培养基组成(一)培养基组成1、碳源一般为蔗糖、葡萄糖。工业用碳源为淀粉水解液、糖蜜、干薯粉、甲醇、乙醇、石油、醋酸等等材料。2、氮源主要有硫酸铵、尿素、豆
6、饼水解液。3、无机盐磷酸二氢钾、磷酸氢二钾七水硫酸镁。4、微量生长因子生物素硫铵素玉米浆最常用第11页,讲稿共149张,创作于星期二(二)培养基的分类(二)培养基的分类1、细菌用培养基以肉汤+蛋白胨+酵母膏作为其组成物质。2、酵母、霉菌用培养基-以曲汁和麦芽汁为最常用将米曲(或者麦芽汁)添加适量水,在55下糖化2小时,经过过滤,滤液稀释至糖度10度,备用。3、培养霉菌则专用蔡氏霉菌培养剂蔗糖20-30g、硝酸钠3g、磷酸二氢钾1g、氯化钾0.5g、七水硫酸镁0.5g、硫酸亚铁0.01g、蒸馏水1L。4、工业用培养基-定量组成培养基配方第12页,讲稿共149张,创作于星期二(三)培养方法(三)培
7、养方法按培养基类型分为-固体培养法、液体培养法。按操作方式分为-分批培养、半连续培养、连续培养。按氧气供应分为-需氧培养、厌氧培养。下面分别介绍其中重要的5种方法:第13页,讲稿共149张,创作于星期二1、浅盘培养、浅盘培养该方法选用于固体培养法、也适用于液体培养法。其方法是将固体或者液体培养基盛于不锈钢制的浅盘内,接种菌种,在保温室内培养。第14页,讲稿共149张,创作于星期二2、厚层通风培养、厚层通风培养此方法用于固体培养。这种方法的优点是培养量大,并且节省劳动力。国内酱油厂多采用此法。所用设备是在水面建造大型水泥槽所用设备是在水面建造大型水泥槽水泥槽底部铺上多孔板水泥槽底部铺上多孔板板上
8、放置固体培养基板上放置固体培养基接种之后接种之后将空气由多孔板下部通入培养基内将空气由多孔板下部通入培养基内第15页,讲稿共149张,创作于星期二3、液体通风深层培养、液体通风深层培养简称深层培养法,是最先进的方法。在我国,抗生素、柠檬酸的生产常常采用此法。第16页,讲稿共149张,创作于星期二4、厌氧培养、厌氧培养(1)简单的方法是,用一般的发酵槽,撤去通风设备。(2)真正的方法是必须把氧气抽除,采用真空泵来抽去氧气。较为先进的方法是加拿大的BBL Gas Pak 150的厌氧培养器采用由水发生氢气的方法此氢气与氧气反应,遂形成真空。第17页,讲稿共149张,创作于星期二5、大规模发酵生产、
9、大规模发酵生产一般采用几千升、几万升的培养罐。采用逐步扩大法生产将酵母进行斜面培养移至500L的种子罐作为工业发酵的种醪移至含5ml曲汁的试管之中30培养24小时。移至10L的曲汁卡瓦罐中30培养48小时。移至500ml的巴士瓶中30培养48小时最后进行大规模培养第18页,讲稿共149张,创作于星期二(四)培养条件(四)培养条件1、培养基浓度、培养基浓度2、温度、温度3、PH值值4、氧气、氧气5、氮源、氮源6、微量因子、微量因子第19页,讲稿共149张,创作于星期二1、培养基浓度、培养基浓度一般为含葡萄糖10%最高可以通过流加法达到15%。第20页,讲稿共149张,创作于星期二2、温度、温度一
10、般为30-33超过33时应该进行冷却。第21页,讲稿共149张,创作于星期二3、PH值值(1)酵母菌为PH=4.0-6.0(2)细菌的PH=6.0-7.5(3)霉菌生产的PH值则在4.0-9.0之间。第22页,讲稿共149张,创作于星期二4、氧气、氧气微生物的类别有需氧菌、厌氧菌、兼性菌三种。各自需要不同的氧气条件。测定培养剂的溶解氧是一个技术关键。第23页,讲稿共149张,创作于星期二5、氮源、氮源一般情况下,是以使用尿素为最适合,因为一则尿素可以维持发酵液的PH值不变,同时又能够供给氮源的需要。使用硫酸铵时,由于其残留的硫酸根使得发酵液PH值变小必须用碱性物质中和第24页,讲稿共149张,
11、创作于星期二6、微量因子、微量因子主要是指维生素,它是微生物生长所不可缺少的营养成份所需。很多天然的碳源与氮源之中一般均含有众多的维生素物质配制培养基时一般不需另外添加第25页,讲稿共149张,创作于星期二三:细胞浓度的测量三:细胞浓度的测量(一)直接测定法(一)直接测定法(二)间接测量法(二)间接测量法第26页,讲稿共149张,创作于星期二(一)直接测定法(一)直接测定法特点是直观精确4浊度法浊度法3平板计数法平板计数法2显微计数法显微计数法1细胞干重法细胞干重法第27页,讲稿共149张,创作于星期二1、细胞干重法、细胞干重法将一定体积的培养液离心,收集细胞,洗涤、干燥、进行称重。不足之处是
12、此方法不适用于统计含有不溶性沉淀物的培养液。第28页,讲稿共149张,创作于星期二2、显微计数法、显微计数法利用显微镜和血球计数器、测定单位体积内培养液中的细胞个数。缺点是:(1)不适用于丝状生物体的计数。(2)不能区别活细胞和死细胞。(3)由于细菌太小,不适于进行计数。第29页,讲稿共149张,创作于星期二3、平板计数法、平板计数法 将样品用无菌生理盐水进行逐一数量级的稀释然后取一定量的稀释液涂于琼脂平板培养基上,经过一段时间的培养,从平板上长出的菌落数量,可以计算出原培养液中微生物的浓度。其优点是可用于测定活细胞的浓度第30页,讲稿共149张,创作于星期二4、浊度法、浊度法由于培养液的浊度
13、和光密度与培养液中的细胞浓度成正比关系,因此,可以通过分光光度计法用600-700nm波长进行测定。其优点是快速、准确。第31页,讲稿共149张,创作于星期二(二)间接测量法(二)间接测量法1、测定细胞成份-可以通过测定培养液中蛋白质、DNA、RNA的含量来确定细胞的浓度。2、培养液中细胞虚体积的测定-将一定体积的培养液在一定速度下离心,由于不溶性成份的密度较大,经过离心后,一般均沉入底部,而活细胞则呈现出半悬浮状态,因此,沉降物总量-沉淀物的数量=细胞的估算量。3、粘度-培养液的粘度与所含的细胞数量有关。4、利用培养过程中产生热量的多少来测定细胞的数量。5、利用发酵过程中营养物质的消耗量来测
14、定细胞的浓度。6、利用最终产物的合成数量,来测定培养液中细胞的数量。7、利用荧光素测定细胞中ATP的数量,测定活细胞的浓度。第32页,讲稿共149张,创作于星期二四:微生物发酵的工艺学原理四:微生物发酵的工艺学原理(一)分批培养(一)分批培养(二)连续培养(二)连续培养(三)其它培养方法(三)其它培养方法第33页,讲稿共149张,创作于星期二(一)分批培养(一)分批培养3点点1、分批培养的定义2、分批培养的生长过程3、分批培养过程中影响细胞生长的因素第34页,讲稿共149张,创作于星期二1、分批培养、分批培养的定义的定义分批培养是一种间歇式的培养方法,在每一批次的培养过程中,不再加入其它营养物
15、料。待生物反应进行到一定程度之后,将全部培养液倒出、进行后道工序的处理。为了提高生物反应器在分批培养中的效率通常采用多级分批培养的办法。即在小型生物反应器中接入少量种子经过分批培养,来获得较大数量的细胞作为种子再转入到大型生物反应器中分批培养的设备要求较少操作也较简单工业微生物生产中经常采用第35页,讲稿共149张,创作于星期二2、分批培养的生长过程、分批培养的生长过程培养中的细胞经过4个生长阶段:(1)延迟期)延迟期(2)指数生长期)指数生长期(3)静止期)静止期(4)衰亡期)衰亡期第36页,讲稿共149张,创作于星期二1、延迟期、延迟期(1)种龄越长,延迟期越长,(2)接种量越少、延迟期越
16、长4、衰亡期、衰亡期营养物质消耗贻尽培养液中有害物质积累太多导致培养液中的细胞开始死亡,称为衰亡期。3、静止期、静止期随着营养物质被逐渐消耗、细胞的生长速率开始下降,最终细胞浓度不再增加,称为静止期。2、指数生长期、指数生长期细胞的倍增时间指细胞浓度增长一倍所需要的时间。微生物的倍增时间一般为0.51小时。第37页,讲稿共149张,创作于星期二3、分批培养中影响细胞生长的因素、分批培养中影响细胞生长的因素共有以下5种影响因素:(1)营养物质浓度)营养物质浓度(2)温度)温度(3)PH值值(4)溶解氧浓度)溶解氧浓度(5)产物)产物第38页,讲稿共149张,创作于星期二(1)营养物质浓度)营养物
17、质浓度营养物质的限制性浓度营养物质的限制性浓度-当某一种营养物质的浓度下降到一定程度之后,就会影响细菌的生长,此时的浓度就称为营养物质的限制性浓度。营养物质的最大浓度营养物质的最大浓度-当某一种营养物质的浓度超过一定程度之后,也会对细菌的生长产生抑制作用。第39页,讲稿共149张,创作于星期二(2)温度)温度当培养温度偏低时,细胞的生长速率较低,随着温度的升高,细菌的生长速率也随之加快,当温度超出一定范围时,由于蛋白质等细胞结构的变性,导致细菌生长速率的急速下降。微生物细胞的最适生长温度并不等于其代谢产物的最佳生产温度。因此在具体的生产过程中,培养的前期常常将温度调控在有利于细胞生长的区域,而
18、在后期则常常将温度转到最佳的生产温度,以获得较多的产物第40页,讲稿共149张,创作于星期二根据培养温度的要求的不同,可以将微生物分成-低温菌,中温菌,高温菌。采用高温菌生产有许多优点:(1)高温菌所生产出的酶,其热稳定性较好。(2)高温菌的培养温度较高,细胞的生长速率较大。(3)不容易发生杂菌污染。(4)在大规模生产时可以节约冷却水、同时能够减少动力消耗。发酵温度调控技术发酵温度调控技术第41页,讲稿共149张,创作于星期二(3)PH值值细菌适宜于在中性、弱碱性的条件下生长。酵母菌、霉菌则喜酸性环境。乳酸菌、醋酸菌对于低PH值环境有着很好的耐受性。第42页,讲稿共149张,创作于星期二(4)
19、溶解氧浓度)溶解氧浓度不同的培养过程对于溶解氧有着不同的要求应该根据具体情况来加以控制。空气过滤片空气过滤片第43页,讲稿共149张,创作于星期二(5)代谢产物的抑制作用)代谢产物的抑制作用细胞的代谢产物会影响到细胞的生长,这种现象称作产物抑制作用。而代谢产物多数就是生物制物的原材料。因此,在实际生产过程中要设法定期收集细胞的代谢产物第44页,讲稿共149张,创作于星期二(二)连续培养(二)连续培养1、连续培养方法的优缺点、连续培养方法的优缺点2、连续培养法的分类、连续培养法的分类第45页,讲稿共149张,创作于星期二细菌连续培养的设备简化示图细菌连续培养的设备简化示图第46页,讲稿共149张
20、,创作于星期二1、连续培养方法的优点、连续培养方法的优点(1)细胞生长速率较高。(2)连续培养可发使得培养液达到一个稳定状态2、连续培养方法的缺点、连续培养方法的缺点(1)连续培养延续的时间长,发生杂菌污染的概率也就增加(2)长时期进行连续培养,细胞发生变异、质粒丢失、基因突变、(3)细菌株生产性能退化的现象也就比较突出第47页,讲稿共149张,创作于星期二3、连续培养法的分类、连续培养法的分类可以分为以下3类:(1)单级连续培养)单级连续培养(2)细胞回流式的单级连续培养)细胞回流式的单级连续培养(3)多级连续培养)多级连续培养第48页,讲稿共149张,创作于星期二(1)单级连续培养)单级连
21、续培养新鲜培养基的加入速率=培养之后的物料抽出速率。这种培养方法称为单级连续培养法。在单级连续培养方法之中,发酵液体积保持恒定,生物反应器中各组分分布均匀。单级连续培养是一种最简单的连续培养方法。第49页,讲稿共149张,创作于星期二(2)细胞回流式的单级连续培养)细胞回流式的单级连续培养将单级连续培养流出液中的细胞加以浓缩,然后再送回到生物反应器中,这种方法称为细胞回流式的单级连续培养。细胞回流式的单级连续培养相当于不断地对生物反应器进行接种,有利于提高连续培养的效率。第50页,讲稿共149张,创作于星期二(3)多级连续培养)多级连续培养将几个生物反应器串联起来,第一个反应器的流出液作为第二
22、个反应器的流入液,第二个反应器的流出液又作为第三个反应器的流入液,这种培养方式就称为多级连续培养法。第51页,讲稿共149张,创作于星期二(三)其它培养方法(三)其它培养方法共有5种方法:1、补料分批培养、补料分批培养2、透析培养、透析培养3、萃取培养、萃取培养4、闪蒸培养、闪蒸培养5、离子交换培养、离子交换培养下面着重介绍1、2 二种方法第52页,讲稿共149张,创作于星期二1、补料分批培养、补料分批培养补料分批培养法是介于分批培养和连续培养之间的一种操作方法。是指在进行分批培养中间,向生物反应器中加入营养物质进行补料,但同时不取出培养液的方法。(1)方法改良)方法改良(2)补料分批培养的优
23、点)补料分批培养的优点(3)补料分批培养的缺点)补料分批培养的缺点由于补料,使得培养液的体积逐渐扩大,到一定时间之后,再将培养液从反应器中一次性放出第53页,讲稿共149张,创作于星期二(1)方法改良)方法改良连续补料分批培养法-在进行补料分批培养时,如果所取出的培养液数量少于补进的物料数量,反复进行多次的放料和补料操作,这种方法称为连续补料分批培养。第54页,讲稿共149张,创作于星期二(2)补料分批培养的优点)补料分批培养的优点(1)通过流加高浓度的营养物质,培养罐内的细胞浓度可以达到非常高的程度这对于细胞产物的生产十分有利(3)通过补料,能够解除某些营养物的低浓度限制效应提高产物的合成效
24、率。(2)通过补料和放料的连续进行,能够解除某些基质、产物对细胞的抑制作用第55页,讲稿共149张,创作于星期二(3)补料分批培养的缺点)补料分批培养的缺点(1)要考虑到生物反应器的供氧能力(2)要考虑培养过程中大量代谢产物积累后的细胞毒性第56页,讲稿共149张,创作于星期二2、透析培养、透析培养在培养过程中,随着细胞的生长,在培养液中会积累起各种代谢产物,这些物质常常会抑制细胞的生长。此时,采用透析膜把一些代谢产物排出反应器之外,这种方法称为-透析培养。(1)方法改良)方法改良(2)透析培养的优缺点)透析培养的优缺点第57页,讲稿共149张,创作于星期二(1)方法改良)方法改良如果采用微孔
25、过滤膜把一些代谢产物排出反应器之外,这种方法称为过滤培养。第58页,讲稿共149张,创作于星期二(2)透析培养的优缺点)透析培养的优缺点透析培养的优点-对于消除产物的抑制效应十分有效。透析培养的缺点和问题-经常遇到的困难是膜易被堵塞。第59页,讲稿共149张,创作于星期二五:工业微生物菌种的制备和改良五:工业微生物菌种的制备和改良1:菌种及其来源:菌种及其来源2:抗生素菌种的改良技术:抗生素菌种的改良技术第60页,讲稿共149张,创作于星期二1:菌种及其来源:菌种及其来源菌种,是进行工业发酵、生产产品的重要条件。优良的菌种能够提高发酵产品的产量、提高发酵液的利用效率、缩短生产周期。自然界是生产
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 生物 发酵 培养 技术 精选 PPT
限制150内