《發(fā)酵工程》課件3

$number{01}《發(fā)酵工程全套》ppt課件目錄發(fā)酵工程簡(jiǎn)介發(fā)酵工程的基本原理發(fā)酵工藝流程發(fā)酵工程中的設(shè)備與儀器發(fā)酵工程中的問(wèn)題與解決策略發(fā)酵工程的前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)01發(fā)酵工程簡(jiǎn)介123發(fā)酵工程定義代謝過(guò)程微生物通過(guò)酶的作用將有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能量和細(xì)胞物質(zhì)的過(guò)程。發(fā)酵工程利用微生物的代謝過(guò)程，通過(guò)現(xiàn)代工程技術(shù)手段，生產(chǎn)出人類所需產(chǎn)品的工業(yè)過(guò)程。微生物具有高度多樣性和適應(yīng)性的生物，包括細(xì)菌、酵母、霉菌等。19世紀(jì)末工業(yè)微生物學(xué)和生物化學(xué)的建立，為發(fā)酵工程的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。古代釀造技術(shù)人類最早利用發(fā)酵技術(shù)的實(shí)例，如釀酒、制醬等。20世紀(jì)50年代隨著抗生素的發(fā)現(xiàn)和生產(chǎn)，發(fā)酵工程進(jìn)入快速發(fā)展階段?，F(xiàn)代基因工程、蛋白質(zhì)工程和代謝工程等新興技術(shù)的引入，推動(dòng)發(fā)酵工程不斷創(chuàng)新和發(fā)展。發(fā)酵工程的歷史與發(fā)展生物能源食品工業(yè)抗生素生產(chǎn)發(fā)酵工程的應(yīng)用領(lǐng)域利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)抗生素，用于治療各種疾病。利用微生物發(fā)酵生產(chǎn)乙醇、丁醇等生物燃料，替代化石能源。生產(chǎn)面包、啤酒、酸奶等食品，改善食品品質(zhì)和口感。02發(fā)酵工程的基本原理根據(jù)微生物的形態(tài)、遺傳、生態(tài)等特點(diǎn)，將微生物分為細(xì)菌、放線菌、霉菌、酵母菌等。微生物的分類不同種類的微生物具有不同的生理特性，如好氧或厭氧、耐酸或耐堿等，這些特性對(duì)發(fā)酵過(guò)程的選擇和應(yīng)用具有重要意義。微生物的生理特性微生物的種類與特性氣相培養(yǎng)液體培養(yǎng)固體培養(yǎng)微生物的培養(yǎng)方法通過(guò)在氣相環(huán)境中培養(yǎng)微生物，使微生物在氣相和液相之間進(jìn)行物質(zhì)交換。通過(guò)在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)微生物，使微生物快速生長(zhǎng)繁殖。通過(guò)在固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)微生物，使微生物形成菌落。03產(chǎn)物生成速率描述產(chǎn)物生成速率的數(shù)學(xué)模型，包括產(chǎn)物濃度和產(chǎn)物生成速率之間的關(guān)系。01生長(zhǎng)速率描述微生物生長(zhǎng)速率的數(shù)學(xué)模型，包括菌體生長(zhǎng)速率和產(chǎn)物生成速率。02底物消耗速率描述底物消耗速率的數(shù)學(xué)模型，包括底物濃度和底物消耗速率之間的關(guān)系。發(fā)酵動(dòng)力學(xué)底物消耗在發(fā)酵過(guò)程中，底物被微生物消耗轉(zhuǎn)化為代謝產(chǎn)物。產(chǎn)物生成在發(fā)酵過(guò)程中，微生物通過(guò)代謝過(guò)程生成目的產(chǎn)物。副產(chǎn)物生成在發(fā)酵過(guò)程中，除了目的產(chǎn)物外，還可能生成其他副產(chǎn)物。發(fā)酵過(guò)程中的物質(zhì)變化03發(fā)酵工藝流程根據(jù)生產(chǎn)需要選擇具有優(yōu)良性狀的菌株，通過(guò)誘變、基因工程等手段進(jìn)行改良。采用低溫、干燥、缺氧等方法，保持菌種活力和純度，延長(zhǎng)菌種使用壽命。菌種的選育與保藏菌種保藏菌種選育將保藏的菌種進(jìn)行活化，并進(jìn)行一定時(shí)間的培養(yǎng)，使其恢復(fù)活力。種子制備將活化后的菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)，使菌體數(shù)量增加，滿足發(fā)酵需求。種子擴(kuò)大培養(yǎng)種子擴(kuò)大培養(yǎng)發(fā)酵過(guò)程控制對(duì)溫度、壓力、溶氧、pH等發(fā)酵條件進(jìn)行控制，保證發(fā)酵過(guò)程的順利進(jìn)行。發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究發(fā)酵過(guò)程中菌體生長(zhǎng)、底物消耗和產(chǎn)物形成的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律。發(fā)酵罐的類型與結(jié)構(gòu)介紹不同類型發(fā)酵罐的特點(diǎn)與適用范圍。發(fā)酵罐操作與控制采用萃取、沉淀、吸附等方法，從發(fā)酵液中分離出目標(biāo)產(chǎn)物。產(chǎn)物提取產(chǎn)物精制副產(chǎn)物的利用對(duì)提取出的產(chǎn)物進(jìn)行純化，去除雜質(zhì)，提高產(chǎn)品質(zhì)量。對(duì)發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)物進(jìn)行綜合利用，提高經(jīng)濟(jì)效益。030201產(chǎn)物提取與精制04發(fā)酵工程中的設(shè)備與儀器用于擴(kuò)大培養(yǎng)微生物種子，通常由不銹鋼制成，具有加熱、冷卻和攪拌功能。種子罐用于大規(guī)模培養(yǎng)微生物，具有較大的容積和多種設(shè)計(jì)，以滿足不同發(fā)酵過(guò)程的需求。發(fā)酵罐用于在體外模擬細(xì)胞生長(zhǎng)環(huán)境，常用于生物反應(yīng)器和藥物開(kāi)發(fā)。細(xì)胞培養(yǎng)器培養(yǎng)設(shè)備

分離設(shè)備離心機(jī)用于將微生物細(xì)胞與培養(yǎng)液分離，根據(jù)轉(zhuǎn)速和離心力可分為不同的類型。過(guò)濾器用于過(guò)濾培養(yǎng)液中的雜質(zhì)和微生物細(xì)胞，可分為深層過(guò)濾器和膜過(guò)濾器。萃取設(shè)備用于從發(fā)酵液中提取和純化目標(biāo)產(chǎn)物，包括但不限于萃取塔、混合澄清槽和離心萃取機(jī)。用于測(cè)量發(fā)酵液中目標(biāo)產(chǎn)物的濃度，通過(guò)不同波長(zhǎng)的光吸收特性進(jìn)行定量分析。分光光度計(jì)用于分離和純化目標(biāo)產(chǎn)物，包括高效液相色譜儀和氣相色譜儀等。色譜儀用于鑒定目標(biāo)產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)和組成，提供準(zhǔn)確的定性和定量信息。質(zhì)譜儀分析儀器用于連接各種設(shè)備和儀器，實(shí)現(xiàn)液體和氣體的輸送和控制。管道與閥門(mén)傳感器與控制器清洗與滅菌設(shè)備用于監(jiān)測(cè)和控制發(fā)酵過(guò)程中的各種參數(shù)，如溫度、壓力、流量和pH等。用于清洗發(fā)酵設(shè)備和儀器，以及滅菌處理，確保無(wú)菌操作。其他輔助設(shè)備05發(fā)酵工程中的問(wèn)題與解決策略菌種退化與保藏策略菌種退化菌種在傳代過(guò)程中會(huì)逐漸失去原有的優(yōu)良性狀，導(dǎo)致發(fā)酵效率降低。保藏策略采用定期更換培養(yǎng)基、控制傳代次數(shù)、低溫或真空干燥等方法，保持菌種的優(yōu)良性狀。染菌原因發(fā)酵過(guò)程中可能由于空氣、水、原料等帶入雜菌，導(dǎo)致發(fā)酵失敗。處理方法采用物理或化學(xué)方法殺滅雜菌，如過(guò)濾、紫外線殺菌、化學(xué)藥劑等。發(fā)酵過(guò)程中的染菌處理根據(jù)產(chǎn)物的性質(zhì)選擇合適的提取方法，如沉淀法、萃取法、吸附法等。提取方法通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、條件優(yōu)化等方法，提高產(chǎn)物提取的效率和純度。優(yōu)化策略產(chǎn)物提取的優(yōu)化策略06發(fā)酵工程的前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢(shì)基因工程菌的構(gòu)建基因工程菌在發(fā)酵中的應(yīng)用基因工程菌的優(yōu)勢(shì)基因工程菌的挑戰(zhàn)基因工程菌的構(gòu)建與應(yīng)用具有更高的代謝活力和產(chǎn)物合成能力，可降低生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)率。存在安全性問(wèn)題，如基因污染、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等，需要加強(qiáng)監(jiān)管和評(píng)估。利用基因工程技術(shù)對(duì)微生物進(jìn)行遺傳改造，以獲得具有特定代謝能力的菌株?；蚬こ叹捎糜谏a(chǎn)各種高附加值產(chǎn)品，如抗生素、氨基酸、有機(jī)酸等。通過(guò)連續(xù)進(jìn)料和出料的方式，使微生物在恒定的生長(zhǎng)環(huán)境中進(jìn)行發(fā)酵。連續(xù)發(fā)酵技術(shù)通過(guò)優(yōu)化培養(yǎng)條件，提高微生物的細(xì)胞密度和產(chǎn)物濃度。高密度發(fā)酵技術(shù)適用于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，可提高生產(chǎn)效率和降低能耗。連續(xù)發(fā)酵與高密度發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用需要解決發(fā)酵過(guò)程中的菌種退化、產(chǎn)物抑制等問(wèn)題，以及設(shè)備設(shè)計(jì)和操作難度。連續(xù)發(fā)酵與高密度發(fā)酵技術(shù)的挑戰(zhàn)連續(xù)發(fā)酵與高密度發(fā)酵技術(shù)代謝工程與合成生物學(xué)在發(fā)酵工程中的應(yīng)用代謝工程通過(guò)調(diào)節(jié)微生物代謝途徑，提高產(chǎn)物的合成效率和產(chǎn)量。合成生物學(xué)利用基因編輯技術(shù)構(gòu)建人工生物系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。代謝工程與合成生物學(xué)在發(fā)酵工程中的應(yīng)用案例如提高乙醇產(chǎn)量的酵母菌株、生產(chǎn)人造肉的人工細(xì)胞等。面臨的挑戰(zhàn)需要深入了解微生物代謝機(jī)制和基因調(diào)控原理，同時(shí)面臨倫理和法規(guī)的限制。新型分離技術(shù)及設(shè)備在產(chǎn)物提取中的應(yīng)用新型分離技術(shù)如膜分離、萃取、吸附等，用于高