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1、现代发酵技术,生物技术学院 郭成栓 办公室 3号楼504 电话 28854936,微生物与发酵技术,现代发酵技术,引入新课,？,？,？,？,现代发酵技术,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了解微生物工程的特点与范围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,学习目的,现代发酵技术,（一）微生物：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。它不是一个分类学上的单位，而是所有肉眼看不见或看不清楚的微小生物的总称。（二）特点：1.小（体积小
2、，面积大），以单细胞或多细胞形式存在；2.新陈代谢强（生长旺，繁殖快）；3.适应强，易变异；4.分布广，种类多，数量大,一、微生物的定义和特点,现代发酵技术,现代发酵技术,灰霉病,现代发酵技术,霜霉病,现代发酵技术,白粉病,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 1.原核细胞型微生物：无细胞核（无核膜、核仁和和细胞器的分化）细菌、放线菌、衣原体、支原体、立克次体、螺旋体等。2.真核细胞型微生物：有完整的细胞核（有核膜、核仁和和细胞器的分化）酵母菌、霉菌。3.非细胞型微生物：无细胞结构，活细胞内繁殖，只有一种核酸(DNARNA)病毒。,现代发酵技术,现代发酵技术,（二）
3、微生物的分类单位与细菌的命名,1.微生物的分类单位 界、门、纲、目、科、属、种种：形态学与生理学性状基本相同的微生物群体。分类的基本单位。亚种或者变种：差异较明显的种型：差异微小的种,现代发酵技术,2.细菌的命名 拉丁文：Bacillus subtilis（斜体）属名+种名 首字母大写 字母小写 中文：枯草 芽孢杆菌 种名+属名,现代发酵技术,三、微生物的作用,（一）微生物与药品（二）微生物与食品（三）微生物与化工（四）微生物与农业,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、生长繁殖、遗传变异）及其与人类、动植物等相互关系的学科。其根本任务是如何发掘、利用和改善有益微
4、生物，控制、消灭或改造有害微生物。,现代发酵技术,（一）发酵的定义,1、传统发酵2、生化和生理学意义的发酵3、工业上的发酵,五、发酵的定义及其流程,现代发酵技术,1、传统发酵,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。,现代发酵技术,2、生化和生理学意义的发酵,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，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。,现代发酵技术,3、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某些产品的过程 包括：1.厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸，葡萄酒
5、，果醋等。2.通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂，菌体细胞等。（1）表面培养（2）深层培养,现代发酵技术,1 发酵技术：指以微生物为主要操作对象的生物工程技术，又称为发酵工程或者微生物工程。应用微生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,（二）发酵技术定义及流程,现代发酵技术,Fermentation engineering,上游工程UPSTREAM PROCESSES,下游工程DOWNSTREAM PROCESSES,发酵工程组成 从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程,现代发酵技术,
6、基因、细胞种子活化培养基配制培养基灭菌-接种,上游工程,Fermentation engineering,现代发酵技术,-提取、纯化、分析-废物处理废物回收,下游工程,Fermentation engineering,现代发酵技术,2、发酵的流程,空气,空气净化处理,保藏菌种,斜面活化,扩大培养,种子罐,主发酵,碳源、氮源、无机盐等营养物质,灭菌,产物分离纯化,成品,现代发酵技术,2.1 发酵原料的预处理2.2 菌种斜面培养2.3 种子扩大培养2.4 微生物发酵和控制2.5 发酵产物的分离提取,现代发酵技术,菌种筛选,摇瓶试验,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
7、,六、发酵工业的特征,（1）原料来源广泛，多为农副产品。（2）发酵工程反应条件温和。（3）通过菌种选育可以提高生产性能（4）通过改进工艺和设备可以提高产品的质量和产量。,现代发酵技术,1.食品工业2.医药卫生3.化工能源4.农业5.环境保护,七、发酵工业的应用范围,现代发酵技术,（1）酿酒工业（2）食品工业（3）有机溶剂发酵工业（4）抗生素发酵工业（5）有机酸发酵工业（6）酶制剂发酵工业（7）氨基酸发酵工业（8）核苷酸类物质发酵工业（9）维生素发酵工业（10）生理活性物质发酵工业（11）微生物菌体蛋白发酵工业（12）微生物环境净化工业（13）生物能源工业（14）微生物冶金工业,现代发酵技术,八
8、、发酵产物的类型,1、以微生物细胞为产物的发酵工业 酵母单细胞蛋白 2、以微生物代谢产物为产品的发酵工业 青霉素3、以微生物酶为产品的发酵工业 蛋白酶、淀粉酶4、生物转化或修饰化合物的发酵工业5、微生物废水处理和其他,现代发酵技术,1、生产微生物细胞物质,定义：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，生物防治的苏云金杆菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。特点：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。,现代发酵技术,2、微生物酶发酵,酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高产量。分类：胞内酶和
9、胞外酶生物合成特点：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等方面需给予注意。,现代发酵技术,3、微生物代谢产物发酵,包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢产物。各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来自于中间代谢产物和初级代谢产物。,现代发酵技术,4、微生物的生物转化,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经济价值的化合物。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
10、。,现代发酵技术,5、微生物特殊机能的利用,利用微生物消除环境污染利用微生物发酵保持生态平衡微生物湿法冶金利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。,现代发酵技术,a.古代发酵特点：只知现象，不知本质主要产品：酿酒、制醋、制酱、制奶酪泡菜,九、微生物及发酵的发展历史,现代发酵技术,b.近代发酵 近代深层厌氧发酵技术(纯培养技术的建立)特点：天然发酵向纯种发酵转变(第一次技术转折)主要产品：酒精、丙酮、丁醇、甘油(列文虎克，巴斯德，科赫),现代发酵技术,1676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克首次观察到了细菌。他没有上过 大学，是一个只会荷兰语的小商人，但却在1680年被选为英国皇家学会的会员。,现代
11、发酵技术,微生物的发现,法国人巴斯德（18221895）1.否定微生物自然发生说 2.巴氏消毒法（啤酒，乳酸菌）3.传染病由微生物引起（救治蚕病）4.疫苗（鸡霍乱、狂犬病、炭疽）,德国人柯赫（18431910）提出了科赫法则，建立了细菌纯培养技术,现代发酵技术,c.现代发酵 发酵工程1)通气搅拌发酵(第二次技术转折),真正意义上的发酵工程的开始特点：搅拌培养的好气性发酵关键：无菌空气的制备，通风搅拌发酵主要产品：青霉素、激素、酶制剂、有机酸,现代发酵技术,2)代谢控制发酵特点：从 DNA 分子水平上控制(无定向诱变)微生物代谢途径，进行合理代谢主要产品：氨基酸、核苷酸,现代发酵技术,3)基因工
12、程发酵(技术革命)特点：可定向改造生物基因，按人们的意志生产产品主要产品：胰岛素、人生长素、干扰素、疫苗,现代发酵技术,十、国内外发酵工业现状及发展趋势,发酵工业现状（1）提高产量（2）改造工艺（3）开发品种,现代发酵技术,发酵工业发展趋势,(1)生物能源 A燃料乙醇 B生物制氢(2)功能菌株大规模筛选技术(3)生物催化定向改造新技术(4)工业微生物的代谢工程,现代发酵技术,十一、发酵工业的意义与展望,利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良菌种采用发酵技术进行高等动动植物细胞培养固定化技术广泛应用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应用代谢控制技术，发酵生产氨基酸将生物技术理广泛地用于环境工程,
