發(fā)酵流程PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1發(fā)酵流程發(fā)酵流程發(fā)酵工程主要包括了發(fā)酵工程主要包括了菌種的選育菌種的選育、培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的配制配制、滅菌滅菌、擴大培養(yǎng)和接種擴大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程發(fā)酵過程和和產(chǎn)品的產(chǎn)品的分離提純分離提純等內(nèi)容。等內(nèi)容。第1頁/共21頁從自然界分離的菌種從自然界分離的菌種誘變育種誘變育種 基因工程基因工程 細(xì)胞工程細(xì)胞工程生產(chǎn)用菌種生產(chǎn)用菌種擴大培養(yǎng)擴大培養(yǎng)接種接種 發(fā)酵罐發(fā)酵罐發(fā)酵條件控發(fā)酵條件控制制原料原料培養(yǎng)基培養(yǎng)基的配制的配制滅菌滅菌微生物菌體微生物菌體代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物產(chǎn)產(chǎn)品品第2頁/共21頁1 1菌種的選育菌種的選育：基因突變、基因工程、細(xì)胞工程基因突變、基因工程、細(xì)胞工程 人們怎樣才能得到

2、優(yōu)良的菌種呢？人們怎樣才能得到優(yōu)良的菌種呢？ 發(fā)酵工程是利用微生物為人類生產(chǎn)有用產(chǎn)發(fā)酵工程是利用微生物為人類生產(chǎn)有用產(chǎn)品，因此要想通過發(fā)酵工程獲得在種類、產(chǎn)量品，因此要想通過發(fā)酵工程獲得在種類、產(chǎn)量和質(zhì)量等方面符合人們要求的產(chǎn)品，最重要的和質(zhì)量等方面符合人們要求的產(chǎn)品，最重要的是要有優(yōu)良的菌種。是要有優(yōu)良的菌種。第3頁/共21頁如果生產(chǎn)的是微生物直接合成的產(chǎn)物，如青霉素、如果生產(chǎn)的是微生物直接合成的產(chǎn)物，如青霉素、谷氨酸等，則可以從自然界中先分離出相應(yīng)的菌種谷氨酸等，則可以從自然界中先分離出相應(yīng)的菌種，再用物理或化學(xué)的方法使菌種產(chǎn)生突變，從突變，再用物理或化學(xué)的方法使菌種產(chǎn)生突變，從突變個體中

3、篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。個體中篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。例如：可將人工合成的人的胰島素基因與大腸桿例如：可將人工合成的人的胰島素基因與大腸桿菌的質(zhì)粒結(jié)合，形成重組菌的質(zhì)粒結(jié)合，形成重組DNADNA，再把重組，再把重組DNADNA導(dǎo)導(dǎo)入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)形成工程菌。通過篩選則可培入大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)形成工程菌。通過篩選則可培養(yǎng)出能生產(chǎn)人的胰島素的菌種。養(yǎng)出能生產(chǎn)人的胰島素的菌種。如果生產(chǎn)的是一般微生物不能合成的產(chǎn)品，則可用如果生產(chǎn)的是一般微生物不能合成的產(chǎn)品，則可用基因工程基因工程、細(xì)胞工程細(xì)胞工程的方法對菌種的遺傳特性進行的方法對菌種的遺傳特性進行定向改造，以構(gòu)建定向改造，以構(gòu)建工程細(xì)胞工程

4、細(xì)胞或或工程菌工程菌，從而達到生，從而達到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的。產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的。第4頁/共21頁2 2培養(yǎng)基的配制：培養(yǎng)基的配制： 要進行發(fā)酵生產(chǎn)，有了優(yōu)良的菌種還需要進行發(fā)酵生產(chǎn)，有了優(yōu)良的菌種還需要有與菌種相適應(yīng)的培養(yǎng)基。在配制培養(yǎng)要有與菌種相適應(yīng)的培養(yǎng)基。在配制培養(yǎng)基時應(yīng)該注意哪些事情呢？基時應(yīng)該注意哪些事情呢？第5頁/共21頁根據(jù)不同的菌種，應(yīng)選擇不同的材料配制根據(jù)不同的菌種，應(yīng)選擇不同的材料配制培養(yǎng)基。配制的培養(yǎng)基應(yīng)培養(yǎng)基。配制的培養(yǎng)基應(yīng)滿足滿足微生物在碳源微生物在碳源、氮源、生長因子、水、無機鹽等方面的、氮源、生長因子、水、無機鹽等方面的營營養(yǎng)要求養(yǎng)要求，并為微生物，并為微生物提供

5、適宜的提供適宜的pHpH。 培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的營養(yǎng)要協(xié)調(diào)營養(yǎng)要協(xié)調(diào)，以利于產(chǎn)物的合成，以利于產(chǎn)物的合成。培養(yǎng)基在滿足微生物的營養(yǎng)需求的基礎(chǔ)上應(yīng)培養(yǎng)基在滿足微生物的營養(yǎng)需求的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量盡量降低生產(chǎn)成本降低生產(chǎn)成本，以得到更高的經(jīng)濟效益。，以得到更高的經(jīng)濟效益。例如：發(fā)酵生產(chǎn)常采用天然成分的液體培養(yǎng)例如：發(fā)酵生產(chǎn)常采用天然成分的液體培養(yǎng)基。而且，經(jīng)常用野生的植物淀粉、甘蔗渣基。而且，經(jīng)常用野生的植物淀粉、甘蔗渣、秸稈水解物以及乙醇、醋酸等石化產(chǎn)品代、秸稈水解物以及乙醇、醋酸等石化產(chǎn)品代替糧食來配制培養(yǎng)基。替糧食來配制培養(yǎng)基。第6頁/共21頁3 3滅菌滅菌： 發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個

6、發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個發(fā)酵過程中不能混入雜菌。發(fā)酵過程中不能混入雜菌。這是為什么呢？這是為什么呢？ 在發(fā)酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形成競在發(fā)酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形成競爭關(guān)系，對發(fā)酵過程造成不良影響。爭關(guān)系，對發(fā)酵過程造成不良影響。 例如：如果在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌，例如：如果在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌，則放線菌分泌的抗生素就會使大量的谷氨酸棒狀則放線菌分泌的抗生素就會使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡。如果在青霉素生產(chǎn)過程中污染了雜菌桿菌死亡。如果在青霉素生產(chǎn)過程中污染了雜菌，這些雜菌則會分泌青霉素酶，將合成的青霉素，這些雜菌則會分泌青霉素酶，將合成的青

7、霉素分解掉。分解掉。第7頁/共21頁那如何防止雜菌的污染呢？那如何防止雜菌的污染呢？ 要在發(fā)酵前對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)施進行嚴(yán)格要在發(fā)酵前對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)施進行嚴(yán)格的滅菌處理。的滅菌處理。 怎樣才算滅菌徹底呢？怎樣才算滅菌徹底呢？ 用用高溫、高壓高溫、高壓等方式，殺死所有雜菌的等方式，殺死所有雜菌的胞體、芽孢和孢子。胞體、芽孢和孢子。第8頁/共21頁4 4擴大培養(yǎng)和接種擴大培養(yǎng)和接種： 工業(yè)發(fā)酵要想在較短的時間內(nèi)得到大量的工業(yè)發(fā)酵要想在較短的時間內(nèi)得到大量的發(fā)酵產(chǎn)物，這無疑需要大量的菌體。如何得到發(fā)酵產(chǎn)物，這無疑需要大量的菌體。如何得到發(fā)酵生產(chǎn)所需要的大量菌體來縮短生產(chǎn)周期呢發(fā)酵生產(chǎn)所需要的大量菌體

8、來縮短生產(chǎn)周期呢？這就需要經(jīng)過多次的擴大培養(yǎng)。？這就需要經(jīng)過多次的擴大培養(yǎng)。 如何對菌種進行擴大培養(yǎng)呢？如何對菌種進行擴大培養(yǎng)呢？第9頁/共21頁 擴大培養(yǎng)是將培養(yǎng)到對數(shù)期的菌體分開，擴大培養(yǎng)是將培養(yǎng)到對數(shù)期的菌體分開，分頭進行培養(yǎng)，以促使菌體數(shù)量快速增加，分頭進行培養(yǎng)，以促使菌體數(shù)量快速增加，能在短時間里得到大量的菌體。能在短時間里得到大量的菌體。第10頁/共21頁擴大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)有何不同呢？擴大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)有何不同呢？擴大培養(yǎng)是為了讓菌體在短時期內(nèi)快速增是為了讓菌體在短時期內(nèi)快速增殖，而殖，而發(fā)酵過程中的培養(yǎng)是是為了獲得代謝為了獲得代謝產(chǎn)物產(chǎn)物，目的不同采用的培

9、養(yǎng)條件就有可能，目的不同采用的培養(yǎng)條件就有可能不同。不同。例如：在酒精發(fā)酵過程中，擴大培養(yǎng)是為了例如：在酒精發(fā)酵過程中，擴大培養(yǎng)是為了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧條件下促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧條件下進行。而在發(fā)酵產(chǎn)生酒精的過程中則必須在進行。而在發(fā)酵產(chǎn)生酒精的過程中則必須在無氧條件下進行以獲得大量的酒精。無氧條件下進行以獲得大量的酒精。第11頁/共21頁 有了用于生產(chǎn)的充足的菌體，在接種時有了用于生產(chǎn)的充足的菌體，在接種時要注意什么事項呢？要注意什么事項呢？接種過程中要注意防止雜菌污染。接種過程中要注意防止雜菌污染。整個接種過程整個接種過程必須無菌條件下操作必須無菌條件下操作第12

10、頁/共21頁發(fā)酵過程發(fā)酵過程 將菌體接種到裝有培養(yǎng)液的發(fā)酵罐中，是將菌體接種到裝有培養(yǎng)液的發(fā)酵罐中，是不是發(fā)酵生產(chǎn)就能順利地進行呢？不是發(fā)酵生產(chǎn)就能順利地進行呢？ 還需要對發(fā)酵過程進行檢測和對發(fā)酵條件進行還需要對發(fā)酵過程進行檢測和對發(fā)酵條件進行控制?？刂?。 這又是為什么呢？這又是為什么呢？ 發(fā)酵產(chǎn)物主要在菌體生長的穩(wěn)定期產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)物主要在菌體生長的穩(wěn)定期產(chǎn)生。因此，要在發(fā)酵過程中隨時取樣檢測生。因此，要在發(fā)酵過程中隨時取樣檢測培養(yǎng)液中細(xì)菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度以了解發(fā)酵培養(yǎng)液中細(xì)菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度以了解發(fā)酵進程，及時添加必需的培養(yǎng)基成分來延長進程，及時添加必需的培養(yǎng)基成分來延長菌體生長穩(wěn)定期的時間，以得到

11、更多的發(fā)菌體生長穩(wěn)定期的時間，以得到更多的發(fā)酵產(chǎn)物。同時，還應(yīng)對發(fā)酵條件進行嚴(yán)格酵產(chǎn)物。同時，還應(yīng)對發(fā)酵條件進行嚴(yán)格控制。控制。第13頁/共21頁哪些條件能影響菌體的發(fā)酵呢？哪些條件能影響菌體的發(fā)酵呢？ 結(jié)論：發(fā)酵生產(chǎn)中溫度、結(jié)論：發(fā)酵生產(chǎn)中溫度、pHpH、溶氧量等、溶氧量等對發(fā)酵過程有重大影響。對發(fā)酵過程有重大影響。第14頁/共21頁發(fā)酵過程中為什么還要控制發(fā)酵條件呢？發(fā)酵過程中為什么還要控制發(fā)酵條件呢？因素因素pH氧代 謝 途 經(jīng)NH4谷氨酰氨或乙酰谷氨酰氨 谷氨酸適量不足酮戊二酸 谷氨酸 谷氨酰氨適量缺乏過量適量乳酸或琥珀酸 谷氨酸適量不足影響谷氨酸代謝途徑的因素影響谷氨酸代謝途徑的因素

12、第15頁/共21頁發(fā)酵過程中氧的發(fā)酵過程中氧的溶量、溶量、pHpH、磷酸鹽、磷酸鹽等都能影響谷氨等都能影響谷氨酸代謝途徑，從而影響代謝產(chǎn)物的合成。同時，隨著酸代謝途徑，從而影響代謝產(chǎn)物的合成。同時，隨著代謝的進行，產(chǎn)熱的增加、某營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，以及代謝的進行，產(chǎn)熱的增加、某營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，以及某些酸性和堿性物質(zhì)的產(chǎn)生，會使溫度、某些酸性和堿性物質(zhì)的產(chǎn)生，會使溫度、pHpH等發(fā)生等發(fā)生變化，這些都會對微生物的生長造成不利影響。因此變化，這些都會對微生物的生長造成不利影響。因此，需要對發(fā)酵過程的中，需要對發(fā)酵過程的中溫度、溫度、pHpH、溶氧量、溶氧量等發(fā)酵條等發(fā)酵條件進行嚴(yán)格的控制，以保證菌體生

13、長和代謝途徑朝著件進行嚴(yán)格的控制，以保證菌體生長和代謝途徑朝著有利人類的方向進行。有利人類的方向進行。從表中可以看出從表中可以看出：第16頁/共21頁分離分離、提純：、提純：分離、提分離、提純的方法純的方法分離提純后的產(chǎn)品，還要經(jīng)過質(zhì)量檢查合格后分離提純后的產(chǎn)品，還要經(jīng)過質(zhì)量檢查合格后，才能成為正式產(chǎn)品。，才能成為正式產(chǎn)品。 產(chǎn)品的產(chǎn)品的分類分類菌體本身菌體本身如如谷氨酸、酒精谷氨酸、酒精等。等。代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物如如酵母菌酵母菌和和細(xì)菌細(xì)菌等。等。過濾、沉淀過濾、沉淀等等方法將菌體從方法將菌體從培養(yǎng)液中分離培養(yǎng)液中分離出來出來可采用可采用蒸餾蒸餾、萃取萃取、離離子交換子交換等方等方法進行提取法

14、進行提取。第17頁/共21頁菌種選育：菌種選育：一般有誘變育種，基因工程和細(xì)胞工程等一般有誘變育種，基因工程和細(xì)胞工程等培養(yǎng)基配制培養(yǎng)基配制滅菌：滅菌：包括設(shè)備滅菌和培養(yǎng)基滅菌包括設(shè)備滅菌和培養(yǎng)基滅菌擴大培養(yǎng)和接種擴大培養(yǎng)和接種發(fā)酵過程：發(fā)酵過程：隨時了解發(fā)酵進程，及時添加必需的培養(yǎng)基組分，嚴(yán)格控制溫度、隨時了解發(fā)酵進程，及時添加必需的培養(yǎng)基組分，嚴(yán)格控制溫度、pH、溶氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件。、溶氧、通氣量與轉(zhuǎn)速等發(fā)酵條件。分離提純分離提純菌體：用過濾、沉淀方法菌體：用過濾、沉淀方法代謝產(chǎn)物：用蒸餾、萃取、離子交換等方法代謝產(chǎn)物：用蒸餾、萃取、離子交換等方法擴大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)有

15、何不同呢？擴大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)有何不同呢？ 擴大培養(yǎng)是為了讓菌體在短時期內(nèi)快速增殖，而擴大培養(yǎng)是為了讓菌體在短時期內(nèi)快速增殖，而發(fā)酵過程中的培養(yǎng)是為了獲得代謝產(chǎn)物，目的不發(fā)酵過程中的培養(yǎng)是為了獲得代謝產(chǎn)物，目的不同采用的培養(yǎng)條件就有可能不同。同采用的培養(yǎng)條件就有可能不同。 例如：在酒精發(fā)酵過程中，擴大培養(yǎng)是為了促例如：在酒精發(fā)酵過程中，擴大培養(yǎng)是為了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧條件下進行。使酵母菌快速增殖，因此是在有氧條件下進行。而在發(fā)酵產(chǎn)生酒精的過程中則必須在無氧條件下而在發(fā)酵產(chǎn)生酒精的過程中則必須在無氧條件下進行以獲得大量的酒精。進行以獲得大量的酒精。發(fā)酵工程所用的菌種大多是

16、單一的純種，整個發(fā)酵過程中不能混入雜菌。這是為什么呢？發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個發(fā)酵過程中不能混入雜菌。這是為什么呢？ 在發(fā)酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形成競爭關(guān)系，對發(fā)酵過程造成不良影響。在發(fā)酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形成競爭關(guān)系，對發(fā)酵過程造成不良影響。 例如：如果在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌，則放線菌分泌的例如：如果在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌，則放線菌分泌的抗生素抗生素就會使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡。如果在青霉素生產(chǎn)過程中污染了雜菌，這些雜菌則會分泌就會使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡。如果在青霉素生產(chǎn)過程中污染了雜菌，這些雜菌則會分泌青霉素酶青霉素酶，將合成的青

17、霉素分解掉。，將合成的青霉素分解掉。第18頁/共21頁（1 1）溫度）溫度 溫度能影響酶的活性，也能影響生物合成的途徑。溫度溫度能影響酶的活性，也能影響生物合成的途徑。溫度還會影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)，以及菌種對營養(yǎng)物質(zhì)的分解吸還會影響發(fā)酵液的物理性質(zhì)，以及菌種對營養(yǎng)物質(zhì)的分解吸收等。收等。（2 2）pHpH pHpH能夠影響酶的活性，以及細(xì)胞膜的帶電荷狀況。還會影能夠影響酶的活性，以及細(xì)胞膜的帶電荷狀況。還會影響培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)的分解等響培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)的分解等（3 3）溶解氧）溶解氧 在發(fā)酵過程中菌種只能利用溶解氧。因此，必須向發(fā)在發(fā)酵過程中菌種只能利用溶解氧。因此，必須向發(fā)酵液中連續(xù)補充大量的氧，并要不斷地進行攪拌，以提高氧酵液中連續(xù)補充大量的氧，并要不斷地進行攪拌，以提高氧在發(fā)酵液中的溶解度。在發(fā)酵液中的溶解度。（4 4）泡沫）泡沫 發(fā)酵過程中，通氣、攪拌、微生物的代謝過程及培養(yǎng)基發(fā)酵過程中，通氣、攪拌、微生物的代謝過程及培養(yǎng)基中某些成分的分解等，都有可能產(chǎn)生泡沫。過多的持久性泡中某些成分的分解等，都有可能產(chǎn)生泡沫。過多的持久性泡沫對發(fā)酵是不利的。沫對發(fā)酵是不利的。（5 5）營養(yǎng)物質(zhì)的濃度）營養(yǎng)物質(zhì)的濃度 發(fā)酵液中各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度，特別是碳氮發(fā)酵液中各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度，特別是碳氮比、無機鹽和維生素的濃度，會直接影響菌體的生長和代謝比、無機鹽和維生素的濃度，會直接影響菌