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第三节发酵工程简介调整期对数期稳定期衰亡期时间细菌数目的对数某种细菌的生长曲线微生物学的奠基人——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。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？两种生产方式有什么不同？传统生产方式现代生产方式蛋白质水解微生物发酵酸植物蛋白氨基酸？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（6）产品的分离提纯中心阶段三、发酵工程内容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。•这种培养基从物理性质和化学成分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、磷酸氢二钾、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。•配制培养基时应注意事项–（1）目的明确根据不同的菌种，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。–（2）营养协调培养基的营养要协调，以利于产物的合成。–（3）pH适宜–（4）减低成本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。在生产实践中，要经过很多次的反复试验确定其理化性质和成分•配制好培养液后，是否可以立即加入菌种？不能需要进行灭菌将培养液投放到发酵罐中，通入98kPa的蒸汽进行灭菌灭菌•为什么要灭菌呢？–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。•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。•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思考扩大培养和接种•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。–在发酵罐冷却后，才可加入菌种。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。•环境中有哪些非生物因素可能影响谷氨酸发酵？–温度30~37℃–PH7.0~8.0–溶氧–通气量–转速–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；•氮源的变化：不足：a—酮戊二酸多余：谷氨酰胺；发酵罐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分离、提纯•菌体本身，如酵母菌和细菌等–采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来•代谢产物–采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。从自然界分离的菌种产品基因工程诱变育种细胞工程生产用菌种扩大培养原料微生物菌体代谢产物分离提纯发酵罐发酵条件控制接种培养基配置灭菌•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药品抗生素（应用最多，利润最高）维生素动物激素药用氨基酸核苷酸（肌酸）青霉素头孢霉素红霉素四环素复合维生素片生长素释放抑制因子是一种人脑激素，治疗肢端肥大症，50万个羊脑提取5mg.工程菌：7.5L培养液可得到5mg.基因工程药品人生长激素重组乙肝疫苗单克隆抗体白细胞介素-2抗血友病因子•在食品工业上的应用–生产传统的发酵产品•啤酒、果酒、食醋等生产食品添加剂添加剂举例酸味剂鲜味剂色素甜味剂L-苹果酸、柠檬酸、乳酸肌苷酸、谷氨酸β-胡萝卜素、红曲素高果糖浆、甜菜糖解决粮食短缺问题细菌蛋白质占干重的60%-80%酵母菌的占45%-65%单细胞蛋白：通过发酵工程获得的微生物菌体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（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发酵工程内容（诱变育种、基因工程和细胞工程）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，获得工程菌或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。小资料1、快乐总和宽厚的人相伴，财富总与诚信的人相伴，聪明总与高尚的人相伴，魅力总与幽默的人相伴，健康总与阔达的人相伴。2、人生就有许多这样的奇迹，看似比登天还难的事，有时轻而易举就可以做到，其中的差别就在于非凡的信念。3、影响我们人生的绝不仅仅是环境，其实是心态在控制个人的行动和思想。同时，心态也决定了一个人的视野和成就，甚至一生。4、无论你觉得自己多么了不起，也永远有人比更强;无论你觉得自己多么不幸，永远有人比你更不幸。5、也许有些路好走是条捷径，也许有些路可以让你风光无限，也许有些路安稳又有后路，可是那些路的主角，都不是我。至少我会觉得，那些路不是自己想要的。6、在别人肆意说你的时候，问问自己，到底怕不怕，输不输的起。不必害怕，不要后退，不须犹豫，难过的时候就一个人去看看这世界。多问问自己，你是不是已经为了梦想而竭尽全力了?7、人往往有时候为了争夺名利，有时驱车去争，有时驱马去夺，想方设法，不遗余力。压力挑战，这一切消极的东西都是我进取成功的催化剂。8、真想干总会有办法，不想干总会有理由;面对困难，智者想尽千方百计，愚者说尽千言万语;老实人不一定可靠，但可靠的必定是老实人;时间，抓起来是黄金，抓不起来是流水。9、成功的道路上，肯定会有失败;对于失败，我们要正确地看待和对待，不怕失败者，则必成功;怕失败者，则一无是处，会更失败。1、快乐总和宽厚的人相伴，财富总与诚信的人相伴，聪明总与高尚的人相伴，魅力总与幽默的人相伴，健康总与阔达的人相伴。2、人生就有许多这样的奇迹，看似比登天还难的事，有时轻而易举就可以做到，其中的差别就在于非凡的信念。3、影响我们人生的绝不仅仅是环境，其实是心态在控制个人的行动和思想。同时，心态也决定了一个人的视野和成就，甚至一生。4、无论你觉得自己多么了不起，也永远有人比更强;无论你觉得自己多么不幸，永远有人比你更不幸。5、也许有些路好走是条捷径，也许有些路可以让你风光无限，也许有些路安稳又有后路，可是那些路的主角，都不是我。至少我会觉得，那些路不是自己想要的。6、在别人肆意说你的时候，问问自己，到底怕不怕，输不输的起。不必害怕，不要后退，不须犹豫，难过的时候就一个人去看看这世界。多问问自己，你是不是已经为了梦想而竭尽全力了?7、人往往有时候为了争夺名利，有时驱车去争，有时驱马去夺，想方设法，不遗余力。压力挑战，这一切消极的东西都是我进取成功的催化剂。8、真想干总会有办法，不想干总会有理由;面对困难，智者想尽千方百计，愚者说尽千言万语;老实人不一定可靠，但可靠的必定是老实人;时间，抓起来是黄金，抓不起来是流水。14、成长是一场和自己的比赛，不要担心别人会做得比你好，你只需要每天都做得比前一天好就可以了。15、最终你相信什么就能成为什么。因为世界上最可怕的二个词，一个叫执着，一个叫认真，认真的人改变自己，执着的人改变命运。只要在路上，就没有到不了的地方。16、你若坚持，定会发光，时间是所向披靡的武器，它能集腋成裘，也能聚沙成塔，将人生的不可能都变成可能。17、人生，就要活得漂亮，走得铿锵。自己不奋斗，终归是摆设。无论你是谁，宁可做拼搏的失败者9、成功的道路上，肯定会有失败;对于失败，我们要正确地看待和对待，不怕失败者，则必成功;怕失败者，则一无是处，会更5、别着急要结果，先问自己够不够格，付出要配得上结果，工夫到位了，结果自然就出来了。6、你没那么多观众，别那么累。做一个简单的人，踏实而务实。不沉溺幻想，更不庸人自扰。7、别人对你好，你要争气，图日后有能力有所报答，别人对你不好，你更要争气望有朝一日，能够扬眉吐气。8、奋斗的路上，时间总是过得很快，目前的困难和麻烦是很多，但是只要不忘初心，脚踏实地一步一步的朝着目标前进，最后的结局交给时间来定夺。9、运气是努力的附属品。没有经过实力的原始积累，给你运气你也抓不住。上天给予每个人的都一样，但每个人的准备却不一样。不要羡慕那些总能撞大运的人，你必须很努力，才能遇上好运气。10、你的假装努力，欺骗的只有你自己，永远不要用战术上的勤奋，来掩饰战略上的懒惰。11、时间只是过客，自己才是主人，人生的路无需苛求，只要你迈步，路就在你的脚下延伸，只要你扬帆，便会有八面来风，启程了，人的生命才真正开始。12、不管做什么都不要急于回报，因为播种和收获不在同一个季节，中间隔着的一段时间，我们叫它为坚持。失败。11、学会学习的人，是非常幸福的人。——米南德12、你们要学习思考，然后再来写作。——布瓦罗13、在寻求真理的长河中，唯有学习，不断地学习，勤奋地学习，有创造性地学习，才能越重山跨峻岭。——华罗庚14、许多年轻人在学习音乐时