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一、发酵工程的概念指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。微生物学的奠基人——伟大的巴斯德•我国的传统发酵产品酱油、醋、腐乳等享誉世界•我国的酿酒已经有4000多年的历史•我国的酱油距今已有3000年的历史•1857年巴斯德证明发酵是由于微生物的作用密闭式发酵罐二、发酵工程的生产实例谷氨酸是味精的主要成分生产谷氨酸可以采用哪些方法？谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径•谷氨酸棒状杆菌在一定的条件下能够利用环境中的营养物质来合成谷氨酸。在工厂里是怎样应用谷氨酸棒状杆菌来生产谷氨酸的？α-酮戊二酸葡萄糖中间产物谷氨酸谷氨酸脱氢酶NH4+抑制（1）菌种的选育（2）培养基的配制（3）培养基和设备的灭菌（4）扩大培养和接种（5）发酵过程•需严格控制温度、PH、溶氧、通气量与转速等发酵条件（6）产品的分离提纯•菌体可采用过滤、沉淀等方法分离•代谢产物可采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取中心阶段三、发酵工程内容（诱变育种、基因工程和细胞工程）②、是不是所有的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷氨酸发酵生产呢？我们应该选育什么样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢？–只有选择细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。①、谷氨酸产生菌的种类谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌等菌种菌种的选育•要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等方面符合人们要求的产品，最重要的是要有优良的菌种。怎样才能得到优良的菌种呢？•如果生产的是微生物直接合成的产物可以从自然界中先分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法使菌种产生突变，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。•如果生产的是一般微生物不能合成的产品可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品的目的•有了菌种用什么样的培养基去培养呢？–培养基应满足微生物生长所需要的碳源、氮源、水、无机盐和生长因子等营养需求。•这种培养基从组成成分和物理性质上看属于哪种培养基?–从物理性质上看是液体培养基，从化学成分上看是天然培养基。成分酸碱度豆饼水解液、玉米浆、尿素、磷酸二氢钾、氧化钾、硫酸镁、生物素pH：7—8培养基的配制问：为什么要用液体培养基和天然培养基？答：①能使营养物质在发酵过程中得到充分的利用；②还能为菌体提供更大的生存空间；③有利于生产过程中条件的控制和产物的提取。①能满足菌体的营养需要；②能降低生产成本；③能减少对环境的污染。•配制好培养液后，是否可以立即加入菌种？不能需要进行灭菌•为什么要杀菌？如何灭菌算彻底？防止杂菌污染，对发酵过程造成不良影响；杀死所有杂菌的细胞体、芽孢和孢子将培养液投放到发酵罐中，通入98kPa的蒸汽进行灭菌灭菌•是否可以将所选择的优良谷氨酸棒状杆菌直接加入发酵罐中？–大规模的发酵生产需要大量的菌种，应先经过多次扩大培养。这样可以缩短生产周期。–用于生产的菌种应选择处于对数期的谷氨酸棒状杆菌接种加料口放料口无菌空气入口排气口冷却水进口冷却水出口PH检测及控制装置搅拌器•发酵过程中应该注意控制好哪些条件？–温度–Ph–氧气•培养过程中不断进行搅拌的目的是什么？–搅拌有利溶氧，还能使培养液和菌种充分接触，提高原料的利用率谷氨酸棒状杆菌是好氧菌发酵发酵工程生产产品的流程简图发酵工程的应用（一）在医药工业上的应用1.生产出了种类繁多的药品2.发酵工程对医药工业的一个重大贡献–应用发酵工程大量生产的基因工程药品，有人生长激素、重组乙肝疫苗、某些种类的单克隆抗体、白细胞介素—2、抗血友病因子等。•应用特点–生产条件温和–原料来源丰富–价格低廉–产物专一–废弃物对环境污染小容易处理等四、发酵工程的应用•在医药工业上的应用–利用微生物工程生产药品维生素、动物激素、药用氨基酸、核苷酸、抗生素–基因工程与发酵工程结合•人的生长激素、生长激素释放抑制因子、胰岛素–细胞工程与发酵工程结合•某些单抗复合维生素片•在食品工业上的应用–生产传统的发酵产品•啤酒、醋等–生产各种食品添加剂•色素、甜味剂、酸味剂、鲜味剂等–单细胞蛋白•微生物菌体（富含蛋白质）发酵工程的应用•微生物菌体生产–如利用酵母制作面包、利用再生资源生产饲料蛋白、利用微生物细胞作为生物催化剂等•微生物代谢产物的生产–通常包括有机酸、氨基酸、核苷酸等初级代谢产物和抗生素、维生素、激素、生物碱、细胞毒素等次级代谢产物，以及各种基因工程产品发酵工程的应用范围•微生物机能的利用–如在治理环境污染中用微生物对有毒化合物和高分子化合物的分解净化、石油探矿和开采、细菌冶金、有机废弃物的综合治理、海洋和宇宙的开发等生物工程各分支领域的关系生物工程的上游工程：基因工程、细胞工程按照人的要求改造物种，获得工程均获工程细胞生物工程的下游工程：发酵工程、酶工程基因工程、细胞工程产业化基因工程、细胞工程、发酵工程中需要的酶大多通过酶工程获得；酶工程中酶的生产一般通过微生物发酵的方法获得。知识巩固选取菌种制备培养液（灭菌）发酵罐（灭菌）控制发酵条件生产氨基酸等加工提取产品育种方法原理育种过程优点不足实例杂交育种单倍体育种多倍体育种诱变育种细胞工程育种基因工程育种培养基的配制•要进行发酵生产，有了优良的菌种还需要有与菌种相适应的培养基。在配制培养基时应该注意哪些事情呢？–（1）根据不同的菌种，应选择不同的材料配制培养基。配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH。–（2）培养基的营养要协调，以利于产物的合成。–（3）培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。灭菌•发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程中不能混入杂菌。这是为什么呢？–在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。–例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分解掉。灭菌•那如何防止杂菌的污染呢？–要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。•怎样才算灭菌彻底呢？–用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。扩大培养和接种•如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩短生产周期呢？–经过多次的扩大培养。•如何对菌种进行扩大培养呢？–扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大量的菌体。扩大培养和接种•扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同呢？–扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的培养条件就有可能不同。–例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。而在发酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量的酒精•有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项呢？–接种过程中要注意防止杂菌污染。发酵过程•将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，还需要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行控制。这是为什么呢？–发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。因此，要在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物。同时，还应对发酵条件进行严格控制。发酵过程•哪些条件能影响菌体的发酵呢？–发酵生产中温度、pH、溶氧量、转速等对发酵过程有重大影响。•环境中有哪些非生物因素可能影响谷氨酸发酵？–O2–温度30~37℃34~37℃–PH7.0~8.0–无机盐PO43-浓度过高，则转为缬氨酸发酵•pH呈酸性：乙酰谷氨酰胺；•溶氧不足：乳酸或琥珀酸；•碳氮比的变化：不足：a—酮戊二酸多余：谷氨酰胺；分离、提纯•代谢产物–采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来•菌体本身，如酵母菌和细菌等–采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。