微生物资源开发与利用

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1、微生物资源的开发利用：微生物资源的开发利用：（1 1）微生物）微生物（2 2）发酵工程）发酵工程（3 3）生物转化）生物转化（4 4）环境保护及清洁生产）环境保护及清洁生产1一、微生物及其特点一、微生物及其特点 微生物是微小生物的总称，一般只有借助显微镜才能微生物是微小生物的总称，一般只有借助显微镜才能其进行观察。其进行观察。 微生物微生物病毒病毒原核生物：原核生物： 真细菌、古生菌真细菌、古生菌真核生物：真核生物：真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、真菌（酵母、霉菌、蕈菌等）、 单细胞藻类、单细胞藻类、 原生动物等原生动物等2微生物既是人类的敌人，更微生物既是人类的敌人，更是人类的朋友！是人类的朋友

2、！ 1. 1. 人类时时刻刻与人类时时刻刻与微生物微生物“共存共存”。 是是 祸？是祸？是 福？福？ 在近代科学中，对人类福利最大在近代科学中，对人类福利最大的一门科学算是微生物学了。的一门科学算是微生物学了。 微生物与人类关系的重要性，你微生物与人类关系的重要性，你怎么强调都不过分。但微生物是一把怎么强调都不过分。但微生物是一把十分锋利的双刃剑，它们在给人类带十分锋利的双刃剑，它们在给人类带来巨大利益的同时也带来来巨大利益的同时也带来“残忍残忍”的的破坏。它给人类带来的利益不仅是享破坏。它给人类带来的利益不仅是享受，而且实际上涉及到人类的生存。受，而且实际上涉及到人类的生存。3 （1 1）1

3、6641664年，英国人虎克（年，英国人虎克（Robert HookeRobert Hooke）曾用原始的显微曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。2. 2. 微生物的发现和微生物学的建立与发展微生物的发现和微生物学的建立与发展416761676年，微生物学的先驱年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（荷兰人列文虎克（AntonyAntony van leeuwenhoek van leeuwenhoek）首次首次观察到了细菌。他没有上观察到了细菌。他没有上过大学，是一个只会荷兰过大学，是一个只会荷兰语的小商人，但却在语的小商人，但

4、却在16801680年被选为英国皇家学会的年被选为英国皇家学会的会员。会员。5（2 2）微生物学的奠基）微生物学的奠基法国人巴斯德（法国人巴斯德（Louis PasteurLouis Pasteur） （1822182218951895）德国人柯赫（德国人柯赫（Robert KochRobert Koch）（ 1843 184319101910）6微生物学的奠基微生物学的奠基巴斯德巴斯德 (1) (1) 发现并证实发酵是由微生物引起的；发现并证实发酵是由微生物引起的；(2) (2) 彻底否定了彻底否定了“自然发生自然发生”学说；学说；化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗化学家出生的巴斯德涉

5、足微生物学是为了治疗“酒病酒病”和和“蚕病蚕病”著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。是它们引起有机质的腐败。(3) (3) 免疫学免疫学预防接种预防接种首次制成狂犬疫苗首次制成狂犬疫苗(4)(4)其他贡献其他贡献巴斯德消毒法：巴斯德消毒法：60606565作短时间加热处理，杀死有害微生物作短时间加热处理，杀死有害微生物7柯赫柯赫a a）细菌纯培养方法的建立细菌纯培养方法的建立土豆切面土豆切面 营养明胶营养明胶 营养琼脂（平皿）营养琼脂（平皿）（1 1）微生物学基本操作技术方面的贡献）微生物学基本操作

6、技术方面的贡献b b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养c c）流动蒸汽灭菌流动蒸汽灭菌d d）染色观察和显微摄影染色观察和显微摄影8（2 2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：a a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；b b）发现了肺结核病的病原菌；（发现了肺结核病的病原菌；（19051905年获诺贝尔奖）年获诺贝尔奖）c c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则 著名的柯赫原则著名的柯赫原则1 1

7、、 在每一相同病例中都出现这种微生物；在每一相同病例中都出现这种微生物；2 2 、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来；、要从寄主分离出这样的微生物并在培养基中培养出来；3 3、用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会、用这种微生物的纯培养接种健康而敏感的寄主，同样的疾病会 重复发生；重复发生；4 4 、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。、从试验发病的寄主中能再度分离培养出这种微生物来。93. 3. 微生物的特点微生物的特点个体小个体小、结构简结构简、胃口大胃口大、食谱广食谱广、繁殖快繁殖快、易培养、数量大易培养、数量大、分布广分布广、种类多种类多、变异易

8、变异易、抗性强抗性强10食谱广：食谱广： 微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！是动植物完全无法相比的！ 纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机物均可被微生物作为粮食机物均可被微生物作为粮食11繁殖快：繁殖快：2424小时后：小时后： 4722366500 4722366500万亿个后代，重量达到：万亿个后代，重量达到：47224722吨吨4848小时后：小时后：2.2 10 2.2 10 4343

9、个后代，重量达到个后代，重量达到2.2 10 2.2 10 25 25 吨吨相当于相当于40004000个地球的重量！个地球的重量！大肠杆菌一个细胞重约大肠杆菌一个细胞重约10 10 1212 克，平均克，平均2020分钟繁殖一代分钟繁殖一代一头一头500 500 kgkg的食用公牛，的食用公牛，2424小时生产小时生产 0.5 0.5 kgkg蛋白质蛋白质, ,而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，和氨水为原料，2424小时可以生产小时可以生产 50000 50000 kgkg优质蛋白质优质蛋白质。12易培养：易培养： 很多

10、微生物都可以非常方便地进行人工培养！很多微生物都可以非常方便地进行人工培养！数量大：数量大： 在自然界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表）在自然界中（土壤、水体、空气，动植物体内和体表）都生存有大量的微生物！都生存有大量的微生物！13变异易：变异易：个体小、结构简、且多与外界环境直接接触个体小、结构简、且多与外界环境直接接触繁殖快、繁殖快、 数量多数量多 短时间内产生大量的变异后代短时间内产生大量的变异后代突变率：突变率：1010-5-5 10 10-10-1014抗（逆）性强：抗（逆）性强：抗热：抗热：有的细菌能在有的细菌能在265265个大气压，个大气压，250 250 的条件下生长；

11、的条件下生长； 自然界中细菌生长的最高温度可以达到自然界中细菌生长的最高温度可以达到113 113 ； 有些细菌的芽孢，需加热煮沸有些细菌的芽孢，需加热煮沸8 8小时才被杀死小时才被杀死抗寒：抗寒：有些微生物可以在有些微生物可以在12 3012 30的低温生长的低温生长抗酸碱：抗酸碱：细菌能耐受并生长的细菌能耐受并生长的pHpH范围：范围：pH 0.5 13pH 0.5 13耐渗透压：耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水（蜜饯、腌制品，饱和盐水（NaCl, 32%)NaCl, 32%)中中 都有微生物生长都有微生物生长抗压力：抗压力：有些细菌可在有些细菌可在14001400个大气压下生长个大气压下

12、生长154. 4. 新世纪的微生物学新世纪的微生物学 20 20世纪世纪4040年代后，微生物自身的特点使其成为生物学年代后，微生物自身的特点使其成为生物学研究的研究的“明星明星”，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到，微生物学很快与生物学主流汇合，并被推到了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，在生命科了整个生命科学发展的前沿，获得了迅速的发展，在生命科学的发展中作出了巨大的贡献。学的发展中作出了巨大的贡献。 微生物学与生物学发展的主流汇合、交叉，获得了全面、微生物学与生物学发展的主流汇合、交叉，获得了全面、深入的发展深入的发展161 1微生物自身的特点（共性和特性）将会更加受到关注和

13、利用微生物自身的特点（共性和特性）将会更加受到关注和利用其中：其中：t 以微生物为研究材料继续对一些基本生命现象进行研究；以微生物为研究材料继续对一些基本生命现象进行研究；t 微生物产业的开发；微生物产业的开发；t 重要致病菌的特点及其防治；重要致病菌的特点及其防治；t 极端环境的微生物的研究；极端环境的微生物的研究；共性：微生物具有其他生物共有的基本生物学特性：生长、共性：微生物具有其他生物共有的基本生物学特性：生长、 繁殖、代谢、共用一套遗传密码等，甚至其基因组繁殖、代谢、共用一套遗传密码等，甚至其基因组 上含有与高等生物同源的基因，充分反映了生物高上含有与高等生物同源的基因，充分反映了生

14、物高 度的统一性。度的统一性。特性：微生物具有其它生物不具备的生物学特性，例如可在特性：微生物具有其它生物不具备的生物学特性，例如可在 其他生物无法生存的极端环境下生存和繁殖，具有其其他生物无法生存的极端环境下生存和繁殖，具有其 他生物不具备的代谢途径和功能，反映了微生物极其他生物不具备的代谢途径和功能，反映了微生物极其 丰富的多样性。丰富的多样性。微生物自身特性的进一步开发、利用：例如降解性塑料，分解纤维微生物自身特性的进一步开发、利用：例如降解性塑料，分解纤维素、生产单细胞蛋白等。素、生产单细胞蛋白等。借助（利用）微生物特点的基因工程产业：利用微生物生产药物、借助（利用）微生物特点的基因工

15、程产业：利用微生物生产药物、疫苗等。疫苗等。17二、发酵工程二、发酵工程l 发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支，成为一个包包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支，成为一个包括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。算机软硬件工程的一个多学科工程。l 现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素

16、、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素和单化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。细胞蛋白等。 18发酵过程控制发酵过程控制FERMENTATIONProcess ControlFermentation engineeringFermentation engineering上游工程上游工程UPSTREAM PROCESSES下游工程下游工程DOWNST

17、REAM PROCESSES发酵工程组成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、下游工程上游工程、发酵工程、下游工程19UPSTREAM PROCESSESUPSTREAM PROCESSES- - 菌种菌种- - 菌种扩大培养菌种扩大培养- 培养基配制培养基配制- 灭菌灭菌- - 接种接种发酵过程控制发酵过程控制上游工程上游工程Fermentation engineeringFermentation engineering20DOWNSTREAM PROCESSESDOWNSTREAM PROCESSES- - 产品分离提纯产品分离提纯- - 废物处理废物处理- 副产物回

18、收利用副产物回收利用发酵过程控制发酵过程控制下游工程下游工程 发酵工程发酵工程21发酵工程技术发酵工程技术 主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术胞和生产代谢产物的工艺技术(1) (1) 有严格的无菌生长环境：有严格的无菌生长环境： 包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；罐以及各种连接管道进行灭菌的技术； 在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；的空气过滤技术；(2) (2) 在发酵过

19、程中根据细胞生长要求控制加料速度的计在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算算 机控制技术；机控制技术；(3) (3) 种子培养和生产培养的不同的工艺技术。种子培养和生产培养的不同的工艺技术。22(4)(4)在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。学模型。(5)(5)由于生物反应的复杂性，

20、在从实验室到中试，从由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。是发酵工程工艺放大问题。 231 1、发酵的定义、发酵的定义（1 1）、传统发酵）、传统发酵（2 2）、生化和生理学意义的发酵）、生化和生理学意义的发酵（3 3）、工业上的发酵）、工业上的发酵24（2 2）、生化和生理学意义的发酵）、生化和生理学意义的发酵l指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生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，发酵是以有能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物

21、作为电子受体的氧化还原产能反应。机物作为电子受体的氧化还原产能反应。l如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出放出COCO2 2。（1 1）、传统发酵）、传统发酵l最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁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，或者是指酒的生产过程。产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。25（3 3）、工业上的发酵）、工业上的发酵l泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。 包括：包括： 1. 1. 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。

22、2. 2. 通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。氨基酸、酶制剂等。l产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。26l适宜的微生物适宜的微生物l保证或控制微生物进行代谢的各种条件保证或控制微生物进行代谢的各种条件l进行微生物发酵的设备进行微生物发酵的设备l精制成产品的方法的设备精制成产品的方法的设备 （2 2）获得发酵产品的条件）获得发酵产品的条件2、发酵工业、发酵工业（1 1）定义：是指利用生物的生命活动产生的酶对无）定义：是指利用生物的生命活动产生的酶对无机或有机原料进行生物加工获得产品；或通

23、过培机或有机原料进行生物加工获得产品；或通过培养生物获得次级代谢产物的工业。养生物获得次级代谢产物的工业。273 3、发酵工业的范围、发酵工业的范围（1 1）、以微生物细胞为产物的发酵工业）、以微生物细胞为产物的发酵工业（2 2）、以微生物代谢产物为产品的发酵工业）、以微生物代谢产物为产品的发酵工业（3 3）、以微生物酶为产品的发酵工业）、以微生物酶为产品的发酵工业（4 4）、生物转化或修饰化合物的发酵工业）、生物转化或修饰化合物的发酵工业（5 5）、微生物废水处理和其他）、微生物废水处理和其他28 微生物产物：微生物细胞，酶，药物活性物质，特微生物产物：微生物细胞，酶，药物活性物质，特殊化学

24、物质和食品添加剂殊化学物质和食品添加剂291 1、生产微生物细胞物质、生产微生物细胞物质l定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目定义：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。的疫苗等。l特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率特点：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。量最高。302 2、

25、微生物酶发酵、微生物酶发酵l酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高产量。产量。l分类：胞内酶分类：胞内酶 和胞外酶和胞外酶l生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑生物合成特点：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。以及发酵条件等方面需给予注意。313 3、微生物代谢产物发酵、微生物代谢产物发酵l包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。l对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称对数生长期

26、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。为初级代谢产物或中间代谢产物。l各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长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。代谢产物。324 4、微生物的生物转化、微生物的生物转化l定义：是利用生物细胞对一些化合物某一特定部定义：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。有更在经济价值的化合物。l最终产物是由微生物细胞的酶或酶系

27、对底物某一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。特定部位进行化学反应而形成的。335 5、微生物特殊机能的利用、微生物特殊机能的利用l利用微生物消除环境污染利用微生物消除环境污染l利用微生物发酵保持生态平衡利用微生物发酵保持生态平衡l微生物湿法冶金微生物湿法冶金l利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。34发酵工业简介发酵工业简介l发酵食品发酵食品l有机酸有机酸l氨基酸氨基酸l核酸类物质核酸类物质l酶制剂酶制剂l医药工业（抗生素医药工业（抗生素）l饲料工业（单细胞蛋白饲料工业（单细胞蛋白l环境工程（废物处理）环境工程（废物处理）

28、l其它其它 （冶金工业（冶金工业） Fermentation Industry lFermented FoodslOrganic AcidslAmino AcidslNucleotideslEnzymes lPharmaceutical (Antibiotics)lFeedstuff (eg. SCP)lEnvironmental Application (Waste Treatment)lOthers (eg. Metallurgical industry)354 4、发酵工业的特征、发酵工业的特征l发酵过程中离不开微生物的作用发酵过程中离不开微生物的作用1 1、发酵原料的选择及预处理、发酵

29、原料的选择及预处理2 2、微生物菌种的选育及扩大培养、微生物菌种的选育及扩大培养3 3、发酵设备选择及工艺条件控制：常温、常压。种、发酵设备选择及工艺条件控制：常温、常压。种子扩大培养和发酵采用不同的工艺。子扩大培养和发酵采用不同的工艺。4 4、发酵产物的分离提取、发酵产物的分离提取5 5、发酵废物的回收和利用、发酵废物的回收和利用36(1)(1)发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。可以利用废水和废物等作为发酵的原料行反应。可以利用废水和废物等作为发酵的原

30、料进行生物资源的改造和更新。进行生物资源的改造和更新。(2)(2)微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使生产设菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。以生产的产品。37(3)(3)发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件简单。化学反应，反应安全，要求条件简单。(4)(4)发酵对杂菌的污染的防治至关重要。反应必需在发酵对杂菌的污染的防治至关重要。

31、反应必需在无菌条件下进行。无菌条件下进行。(5)(5)由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一地由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。较复杂的高分子化合物。38(6)(6)发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。(7)(7)工业发酵与其他工业相比，投资少

32、，见效快，并可以工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，并可以取得较显著的经济效益。取得较显著的经济效益。(8)(8)除利用微生物本身外，也可以用人工构建的遗传工程除利用微生物本身外，也可以用人工构建的遗传工程菌进行反应。菌进行反应。395 5、发酵方法的类别与流程、发酵方法的类别与流程l1 1、类别：、类别： 根据对氧的需要区分：根据对氧的需要区分： 厌氧和有氧发酵厌氧和有氧发酵 根据培养基物理性状区分：根据培养基物理性状区分： 液体和固体发酵液体和固体发酵 根据从微生物生长特性区分：根据从微生物生长特性区分： 分批发酵和连续发酵分批发酵和连续发酵402 2、发酵的流程、发酵的流程空气空气空

33、气净化处理空气净化处理保藏菌种保藏菌种斜面活化斜面活化扩大培养扩大培养种子罐种子罐主发酵主发酵碳源、氮源、无机盐碳源、氮源、无机盐等营养物质等营养物质 灭菌灭菌产物分离纯化产物分离纯化成品成品413 3. . 工业发酵步骤和工艺流程工业发酵步骤和工艺流程(1) (1) 用作培养菌种及扩大生产的发酵罐的培养基的配制用作培养菌种及扩大生产的发酵罐的培养基的配制(2) (2) 培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌(3) (3) 将已培养好的有活性的纯菌株以一定量接到发酵罐中将已培养好的有活性的纯菌株以一定量接到发酵罐中(4) (4) 将接种到发酵罐中的菌株控制在最

34、适条件下生长并形将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形 成代谢产物成代谢产物(5) (5) 将产物抽提并进行精制，以得到合格的产品将产物抽提并进行精制，以得到合格的产品(6) (6) 回收或处理发酵过程中产生的废物和废水回收或处理发酵过程中产生的废物和废水42菌种筛选菌种筛选摇瓶试验摇瓶试验发酵罐试验发酵罐试验43 发酵原料的预处理发酵原料的预处理原料不同处理方法也有所差异。原料不同处理方法也有所差异。 1. 1. 淀粉淀粉利用前需变成糊精或葡萄糖利用前需变成糊精或葡萄糖 方法：酸水解（高压、耐酸）、酶水解法方法：酸水解（高压、耐酸）、酶水解法 2. 2. 糖蜜糖蜜加热杀菌和用水冲稀，

35、也可加酸处理后再补充加热杀菌和用水冲稀，也可加酸处理后再补充无机盐无机盐 3. 3. 植物纤维原料植物纤维原料酸碱法、蒸汽爆破法、酶法酸碱法、蒸汽爆破法、酶法 3. 3. 碳氢化合物：石油脱蜡碳氢化合物：石油脱蜡一定馏分的石油经冷却脱蜡一定馏分的石油经冷却脱蜡而获得的凝固点在而获得的凝固点在-10-10的油，加入适量无机盐进行接种的油，加入适量无机盐进行接种发酵发酵44菌种斜面培养菌种斜面培养l菌种：已有的优良生产菌种和选育的新菌种菌种：已有的优良生产菌种和选育的新菌种l方法：一般都是由保存于冷冻管及砂土管或冰箱方法：一般都是由保存于冷冻管及砂土管或冰箱中的斜面菌种开始，在正式使用前要先转接到

36、新中的斜面菌种开始，在正式使用前要先转接到新鲜斜面培养基上活化后，再用于种子扩大培养。鲜斜面培养基上活化后，再用于种子扩大培养。45种子扩大培养种子扩大培养l扩大培养的方法可以根据需要采用固体培养或液体培养扩大培养的方法可以根据需要采用固体培养或液体培养两级不同方式。两级不同方式。l固体种子扩大培养一般采用传统的制曲工艺，一般先用固体种子扩大培养一般采用传统的制曲工艺，一般先用克氏瓶进行扩大，再转接到曲盘扩大培养。克氏瓶进行扩大，再转接到曲盘扩大培养。 需氧微生物：将克氏瓶表面培养的菌种接到装有液体培需氧微生物：将克氏瓶表面培养的菌种接到装有液体培养基的三角瓶中，在摇床上振荡培养。养基的三角瓶

37、中，在摇床上振荡培养。 厌氧微生物：将有菌种的试管斜面或克氏瓶转接到三角厌氧微生物：将有菌种的试管斜面或克氏瓶转接到三角瓶液体培养基中静置培养。瓶液体培养基中静置培养。46微生物发酵和控制微生物发酵和控制l发酵方式可分为固体发酵和液体发酵两种。发酵方式可分为固体发酵和液体发酵两种。l固体发酵：适合于传统发酵工艺及乡镇企业用来生产固体发酵：适合于传统发酵工艺及乡镇企业用来生产比较简单的产品。比较简单的产品。l液体深层发酵：适合于大规模工业化生产。液体深层发酵：适合于大规模工业化生产。 影响发酵的因素很多，如温度、影响发酵的因素很多，如温度、pHpH、通风、搅拌、通风、搅拌、罐压力等等，必须适当地

38、控制影响发酵的各种条件，罐压力等等，必须适当地控制影响发酵的各种条件，掌握发酵的动态，并进行杂菌的检查和产物测定，使掌握发酵的动态，并进行杂菌的检查和产物测定，使整个发酵过程顺利进行。整个发酵过程顺利进行。47发酵产物的分离提取发酵产物的分离提取l利用菌体：离心沉淀或板框压滤法使菌体与醪液分利用菌体：离心沉淀或板框压滤法使菌体与醪液分开，也可以用喷雾干燥法直接做成粉剂。开，也可以用喷雾干燥法直接做成粉剂。l酒精酒精发酵醪蒸馏塔蒸馏；发酵醪蒸馏塔蒸馏；l抗菌素及有机酸抗菌素及有机酸根据产物的不同特性，采用离根据产物的不同特性，采用离子交换树脂吸附处理、脱色过滤、减压浓缩等方法子交换树脂吸附处理、

39、脱色过滤、减压浓缩等方法提取精制。提取精制。l获得的产物都要按照有关部门制定的国家标准进行获得的产物都要按照有关部门制定的国家标准进行质量检验和性能测定，符合要求后才为合格产品。质量检验和性能测定，符合要求后才为合格产品。486 6、发酵工业的意义与展望、发酵工业的意义与展望l利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良菌种利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良菌种l固定化技术广泛应用固定化技术广泛应用l开发和采用大型节能高效的发酵装置，自动控制将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成为发酵生产控制的主要手段l应用代谢控制技术，发酵生产氨基酸等次级代谢产应用代谢控制技术，发酵生产氨基酸等次级代谢产物物l将生物技术理广泛地用于环境工程将生物技术理广泛地用于环境工程49