第五章發(fā)酵工程--簡化2

1、 一、發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展歷史大規(guī)模利用微生物的工業(yè)是在20世紀(jì)20年代才真正開始的。當(dāng)時(shí)主要是以酒精發(fā)酵、甘油發(fā)酵和丙醇發(fā)酵等為主。20世紀(jì)40年代，弗萊明發(fā)現(xiàn)了青霉素，開始采用深層發(fā)酵法大量生產(chǎn)。此后，鏈霉素等幾十種重要的抗菌素相繼問世，帶動(dòng)了抗菌素工業(yè)的誕生。發(fā)酵工業(yè)由無氧條件下的發(fā)酵發(fā)展到了有氧發(fā)酵。長期以來，幾乎都是以碳水化合物作為發(fā)酵的原料，而到60年代增加了正烷烴、醋酸、醇類和天然氣等。發(fā)酵的原料從依賴于農(nóng)產(chǎn)品的狀態(tài)轉(zhuǎn)為從石油等礦產(chǎn)資源中尋找，從而實(shí)現(xiàn)了發(fā)酵原料的重大轉(zhuǎn)變。一、概述70年代，基因重組技術(shù)、細(xì)胞融合等生物工程技術(shù)的飛速發(fā)展，為人類定向培育微生物開辟了新途徑，微生物工程應(yīng)運(yùn)

2、而生。通過DNA的組裝或細(xì)胞工程手段，能按照人類設(shè)計(jì)的藍(lán)圖創(chuàng)造出新的“工程菌”和超級(jí)菌，然后通過微生物的發(fā)酵生產(chǎn)出對(duì)人有益的物質(zhì)產(chǎn)品。傳統(tǒng)的發(fā)酵技術(shù)，與現(xiàn)代生物工程中的基因工程、細(xì)胞工程、蛋白質(zhì)工程和酶工程等相結(jié)合，使發(fā)酵工業(yè)進(jìn)入到微生物工程的階段。微生物工程包括菌種選育、菌體生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物的發(fā)酵以及微生物機(jī)能的利用等。一、概述歸納起來其發(fā)展如下：天然發(fā)酵時(shí)代 純培養(yǎng)技術(shù) 通氣攪拌技術(shù) 代謝控制發(fā)酵技術(shù) 發(fā)酵原料的轉(zhuǎn)變 現(xiàn)代生物技術(shù)二、發(fā)酵工程簡介（一）發(fā)酵工程的概念 采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術(shù)。 1.概念

3、：（二）實(shí)例：谷氨酸發(fā)酵1.菌種選育：2.培養(yǎng)基的配制：3.滅菌：4.擴(kuò)大培養(yǎng)和接種：6.分離提取產(chǎn)物無菌條件谷氨酸棒狀桿菌、黃色短桿菌5.發(fā)酵過程：自然分離、人工誘變基因工程、細(xì)胞工程 物質(zhì)種類、比例、適宜的PH控制各種條件生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品菌體：用過濾、沉淀等方法代謝產(chǎn)物：用蒸餾、萃取、離子交換等方法高壓蒸汽滅菌五種因子(通入無菌空氣并不斷攪拌)n種子制備原理與技術(shù)n影響種子質(zhì)量的因素n種子質(zhì)量的控制措施n種子制備的放大原理與技術(shù)http:/ 種子擴(kuò)大的級(jí)數(shù)：制備種子需逐級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)的次數(shù) 級(jí)數(shù)愈少，愈利于簡化工藝及控制，并可減少種子罐污染雜菌的機(jī)會(huì)，減少消毒及值班工作量，減少因種子罐生長異常而造

4、成的發(fā)酵波動(dòng)。http:/ 糖、氨基氮、磷酸鹽的含量 菌絲形態(tài)、菌絲濃度和培養(yǎng)液外觀 有無雜菌污染 v其他參數(shù)，如接種前酶活、種子罐的溶氧和尾氣等 http:/ v生產(chǎn)車間種子制備階段：種子罐擴(kuò)大培養(yǎng) http:/ v無菌方式接保藏的菌種至斜面培養(yǎng)基上，成熟后挑選正常菌落至試管斜面和搖瓶。v菌種產(chǎn)孢子能力強(qiáng)及孢子發(fā)芽、生長繁殖迅速，可用固體培養(yǎng)基培養(yǎng)孢子v菌種產(chǎn)孢子能力不強(qiáng)或孢子發(fā)芽慢，可用搖瓶液體培養(yǎng)法v不產(chǎn)孢子的菌種，保藏基礎(chǔ)上，在一定溫度下活化即可http:/ v實(shí)驗(yàn)室制備的孢子斜面或搖瓶種子移接到種子罐進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)v種子罐培養(yǎng)一獲得足夠的菌種數(shù)量，二種子罐的培養(yǎng)基接近發(fā)酵罐培養(yǎng)的醪液成

5、分和培養(yǎng)條件，使菌體適應(yīng)發(fā)酵環(huán)境 http:/ v但考慮能否在一定時(shí)間內(nèi)獲得優(yōu)質(zhì)、足量的但考慮能否在一定時(shí)間內(nèi)獲得優(yōu)質(zhì)、足量的種子以滿足發(fā)酵的需求種子以滿足發(fā)酵的需求 http:/ 接種齡 種子罐中培養(yǎng)的菌體從開始移入下一級(jí)種子罐或發(fā)酵罐時(shí)的培養(yǎng)時(shí)間 種子培養(yǎng)期應(yīng)取菌種的對(duì)數(shù)生長期為宜，菌種過嫩或過老，不但延長發(fā)酵周期，而且會(huì)降低產(chǎn)量。http:/ http:/ v接種量過多，菌絲生長過快、溶氧不足，衰老細(xì)胞增加等，發(fā)酵后勁不足v種量過少延長發(fā)酵周期，形成異常形態(tài)，而且易造成染菌。 v以生產(chǎn)菌種在發(fā)酵罐中的繁殖速度為依據(jù)v接種量的大小直接影響發(fā)酵周期。http:/ http:/ 斜面冷藏時(shí)間v

6、 培養(yǎng)基v pHhttp:/ http:/ 培養(yǎng)溫度 v溫度過低，菌種生長發(fā)育緩慢v溫度過高會(huì)使菌絲過早自溶在制備土霉素生產(chǎn)種子過程中，高于37培養(yǎng)時(shí)，孢子接入發(fā)酵罐后表現(xiàn)出糖代謝變慢，氨基氮回升提前，菌絲過早自溶，效價(jià)降低等現(xiàn)象。http:/ 制備土霉素生產(chǎn)菌種龜裂鏈霉菌孢子時(shí)發(fā)現(xiàn)，在含有少量水分的試管斜面培養(yǎng)基下部孢子長得較好，而斜面上部由于水分迅速蒸發(fā)呈干癟狀，孢子稀少http:/ 通氣與攪拌 v足夠的通氣量，以保證菌種代謝正常，提高種子的質(zhì)量 v攪拌可提高通氣效果，促進(jìn)生長繁殖，過度攪拌導(dǎo)致培養(yǎng)液大量涌泡，液膜表面的酶易氧化變性，泡沫過多增加染菌機(jī)會(huì)，增加能耗。v絲狀微生物不宜劇烈攪拌

7、。http:/ v對(duì)孢子的生產(chǎn)能力有較大影響 v冷藏時(shí)間越長，生產(chǎn)能力下降越多 鏈霉素生產(chǎn)中，斜面孢子在6冷藏兩個(gè)月后的發(fā)酵單位比冷藏一個(gè)月的降低18，比冷藏3個(gè)月的降低35。 http:/ pH v選擇最適種子培養(yǎng)pH的原則是獲得最大比生長速率和適當(dāng)?shù)木縱培養(yǎng)最后一級(jí)種子的培養(yǎng)基的pH應(yīng)接近于發(fā)酵培養(yǎng)基的pH，以便種子能盡快適應(yīng)新的環(huán)境 http:/ v菌種穩(wěn)定性的檢查 測定其生產(chǎn)能力，從中挑選高產(chǎn)菌株，并及時(shí)對(duì)退化菌種進(jìn)行復(fù)壯 v提供適宜的生長環(huán)境v種子無雜菌檢查，保證純種發(fā)酵。 種子液生化分析項(xiàng)目主要有：營養(yǎng)基質(zhì)的消耗速度、pH變化、溶氧變化、色澤和氣味等http:/ ；v種齡對(duì)于生芽孢的種子尤其重要。若接種物含大量芽孢，將給后續(xù)發(fā)酵帶來較長遲滯期 http:/ 維生素、動(dòng)物激素、藥用氨基酸、維生素、動(dòng)物激素、藥用氨基酸、 核苷酸、抗生素核苷酸、抗生素l基因工程與發(fā)酵工程結(jié)合基因工程與發(fā)酵工程結(jié)合 人的生長激素、胰島素、人的生長激素、胰島素、 生長激素釋放抑制因子生長激素釋放抑制因子l細(xì)胞工程與發(fā)酵工程結(jié)合細(xì)胞工程與發(fā)酵工程結(jié)合某些單抗某些單抗 1 1、在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用、在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用l生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品 啤酒、醋等啤酒、醋等l生產(chǎn)各種食品添加劑生產(chǎn)各種食品添加劑 色素、甜味劑、酸味劑、鮮味劑等色素、甜味劑、酸味劑、鮮味劑等l幫助解決糧食問題幫助