第五章　发酵工程.ppt

第五章发酵工程
教学重点、难点、学时
一、概述
二、发酵工程的内容
(一)发酵类型
(二)发酵方法
(三)发酵过程
(四)发酵工业及其发展趋势
三、发酵工程在环境方面的应用
1、要点
发酵的含义和历史、发酵工程的内容、优良菌种的选育、发酵过程及其测量、发酵生物反应器、代谢控制发酵、发酵过程优化及控制、固态发酵及固体废弃物处理、下游处理、发酵与产物分离偶联技术。
2、重点
发酵的含义、发酵工程的内容、菌种分离、筛选的原则与步骤、发酵动力学、发酵生物反应器、发酵过程模型、发酵过程控制、固态发酵及固体废弃物处理、下游处理
3、学时
5学时
教学要点、重点、学时
一、概述
(一)发酵工程相关名词
1、发酵:借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或直接产生代谢产物或次级代谢产物的过程。现已扩展到培养生物细胞来制得产物的所有过程。
2、发酵工程:也叫微生物工程, 现代的发酵工程,就是采用现代工程技术手段,利用生物,主要是微生物的某些生理功能,为人类生产有用的生物产品,或者直接利用微生物参与控制某些工业生产过程的一种新技术。
 3、发酵工业:就是利用生物的生命活动产生的酶,对无机或有机原料进行加工(生化反应),获得产品的工业,它既包括传统发酵,也包括现代发酵。
4、初级代谢产物:在微生物对数生长期所产生的产物,如氨基酸、核苷酸、核酸、糖类等,是菌体生长繁殖所必需的。
5、次级代谢产物:在菌体生长静止期,某些菌体能全成在生长期中不能合成的、具有一些特定功能的产物,如抗生素、生物碱、细菌***、植物生长因子等,它们与菌体生长繁殖无明显关系。
6、微生物转化:就是利用微生物细胞的一种或多种酶,把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物。
7、自然选育:不经人工诱变,利用微生物的自然突变进行菌种选育的过程。
一、概述
8、诱变育种:是人为地利用物理、化学等因素,使诱变的细胞内遗传物质染色全或DNA的片段发生缺失、易位、倒位、重复等畸变,或DNA的某一部位发生改变(又称点突变),从而使微生物的遗传物质DNA或RNA的化学结构发生变化,引起微生物的遗传变异。
9、前突变:诱变剂所造成的DNA分子的某一位置的结构改变,它可以通过DNA复制而成为真正的突变,也可以经过修复重新回到原来的结构,即不发生突变。
10、损伤:DNA序列可修复的变化。
11、突变:是可以通过复制而遗传给子代的永久性DNA序列变化。
一、概述
12、分批发酵:在灭菌的培养基上接种相应的微生物,然后不再加入新的培养基,经过若干时间发酵后再将发酵液一次放出。
13、连续发酵:是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基,同时以相同的速度流出培养液,从而使发酵罐内的液量维持恒定,微生物在稳定状态下生长。
14、补料分批发酵:又称半连续发酵,是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术,是指微生物分批发酵中,以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术。
15、分解代谢:又称异化作用,是指由复杂的营养物质分解成简单化合物的过程。
一、概述
16、合成代谢:又称同化作用,是指由简单化合物合成复杂的细胞物质的过程。
17、代谢控制发酵:是利用遗传学的方法或其他生物化学方法,人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢,使有用目的产物大量生成和积累的发酵。
18、代谢工程:是指利用基因重组技术有目的地对细胞代谢途径进行修饰、改造,改变细胞特性,并与细胞基因调控、代谢调控及生化工程相结合,为实现构建新的代谢途径,生产特定目的产物而发愜起来的一个新的学科领域。
一、概述
19、代谢网络:分解代谢途径、合成代谢途径和膜输送体系的有序组合构成代谢网络。
20、堆肥:是依靠自然界广泛分布的细菌、真菌等微生物,有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。
21、膜生物反应器:利用膜的阴留性能将生物催化剂限制在膜组件的固定空间,供给所需的底物和营养物,即可在固定空间内进行生物反应,而产生的产物造成真空膜,进入膜的另一侧空间,脱离生物催化剂,达到了生物反应与产物分离同时进行的目的。
一、概述
22、结构模型:深入细胞内部,研究其基因结构、表型、调控机制及其对代谢途径中各步反应的影响,得出的动力学模型。
23、非结构模型:把细胞看成一个均匀分布的物体,不管微观反应机制,只考虑各个宏观变量之间的关系,得出的动力学模型。
一、概述
(二)发酵工业的发展历史
大规模利用微生物的工业是在20世纪20年代才真正开始的。当时主要是以酒精发酵、甘油发酵和丙醇发酵等为主。20世纪40年代,弗莱明发现了青霉素,开始采用深层发酵法大量生产。此后,链霉素等几十种重要的抗菌素相继问世,带动了抗菌素工业的诞生。发酵工业由无氧条件下的发酵发展到了有氧发酵。