最新微生物生产PPT课件

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1、微生物生产微生物生产提纲提纲第一节第一节抗生素生产工艺抗生素生产工艺第二节第二节柠檬酸生产工艺柠檬酸生产工艺第三节第三节啤酒生产工艺啤酒生产工艺第四节第四节氨基酸生产工艺氨基酸生产工艺第五节第五节污水的生物处理污水的生物处理二、抗生素生产工艺二、抗生素生产工艺1 1、生物合成法：、生物合成法：细胞融合技术法细胞融合技术法对抗生素产生菌采用细胞融合技术的成果更为突出。对抗生素产生菌采用细胞融合技术的成果更为突出。橄榄色无孢小单孢菌细胞融合株抗生素产率比原菌株提橄榄色无孢小单孢菌细胞融合株抗生素产率比原菌株提高高100倍。倍。目前目前DNA重组技术已广泛用于红霉素、链霉素等重组技术已广泛用于红霉素

2、、链霉素等20多种抗生素的育种工作，可以预见不久将来会有更多的多种抗生素的育种工作，可以预见不久将来会有更多的由由“工程菌工程菌”生产的新型抗生素问世生产的新型抗生素问世。二、抗生素生产工艺二、抗生素生产工艺2 2、化学合成法、化学合成法 根据某种根据某种抗生素的化学组成和结构，通过抗生素的化学组成和结构，通过化化学合成的方法，可生产部分学合成的方法，可生产部分抗生素。抗生素。如：氯霉素、磷霉素等。如：氯霉素、磷霉素等。经过经过化学合成方法和控制条件的不断深入研化学合成方法和控制条件的不断深入研究，越来越多的究，越来越多的抗生素可用抗生素可用化学合成法生产。化学合成法生产。二、抗生素生产工艺二

3、、抗生素生产工艺 3 3、生物合成加化学合成法、生物合成加化学合成法许多细菌逐渐出现了抗药性，已经证实某些抗药性因子位于许多细菌逐渐出现了抗药性，已经证实某些抗药性因子位于细菌内的质粒上，质粒可以在细菌之间转移，结果抗性菌日益增细菌内的质粒上，质粒可以在细菌之间转移，结果抗性菌日益增多，抗生素疗效就越来越低。多，抗生素疗效就越来越低。为了对付细菌的抗药性，科学家对原有的抗生素进行了为了对付细菌的抗药性，科学家对原有的抗生素进行了“整容整容手术手术”，细菌因再无法识别改头换面的抗生素而被抑制或杀死。，细菌因再无法识别改头换面的抗生素而被抑制或杀死。现在已能使用克隆了酰化酶基因的现在已能使用克隆了

4、酰化酶基因的“工程菌工程菌”（大肠杆菌）高（大肠杆菌）高效率的生产半合成抗生素。临床现在使用的贵重特效药物先锋霉效率的生产半合成抗生素。临床现在使用的贵重特效药物先锋霉素（头孢菌素类）、氨苄青霉素，就是这类半合成抗生素类药物。素（头孢菌素类）、氨苄青霉素，就是这类半合成抗生素类药物。国外已有几十种这类药物在实验室研制成功。国外已有几十种这类药物在实验室研制成功。三、青霉素生产工艺三、青霉素生产工艺三、青霉素生产工艺三、青霉素生产工艺三、青霉素生产工艺三、青霉素生产工艺1、菌种菌种：产黄青霉：产黄青霉生长发育分六个阶段：生长发育分六个阶段：期：菌丝生长期，适宜做种子；期：菌丝生长期，适宜做种子；

5、期：青霉素分泌期；期：青霉素分泌期；期：菌丝体自溶期。期：菌丝体自溶期。三、青霉素生产工艺三、青霉素生产工艺2、培养基培养基：碳源：乳糖、蔗糖、葡萄糖等；碳源：乳糖、蔗糖、葡萄糖等；氮源：玉米浆、麸皮粉、无机氮源；氮源：玉米浆、麸皮粉、无机氮源；前体：苯乙酸或苯乙酰胺；（一次前体：苯乙酸或苯乙酰胺；（一次0.1）无机盐：无机盐：S、P、Ga、Mg、K等。等。铁离子有害，铁离子有害，控制在控制在30g/mLg/mL。三、青霉素生产工艺三、青霉素生产工艺3、发酵条件控制发酵条件控制补糖：残糖降至补糖：残糖降至0.6（PH上升）；上升）；补氮：氨氮补氮：氨氮0.05，补硫铵、氨水或尿素；，补硫铵、氨

6、水或尿素；PH：6.46.6，加糖、加酸、加碱调节；，加糖、加酸、加碱调节；温度：前期，温度：前期，25-26；后期，；后期，23；通气比：通气比：1：0.8；溶氧：溶氧：氧饱和溶解度的氧饱和溶解度的30；消沫剂：玉米油、豆油或化学合成消沫剂。消沫剂：玉米油、豆油或化学合成消沫剂。三、青霉素生产工艺三、青霉素生产工艺4、青霉素的分离纯化青霉素的分离纯化过滤：板框、真空转鼓；过滤：板框、真空转鼓；萃取：醋酸丁脂，萃取：醋酸丁脂，2-3次；次；脱色：活性碳，脱色：活性碳，150-200g/10亿单位；亿单位；结晶：浓缩结晶或直接结晶；结晶：浓缩结晶或直接结晶；洗涤洗涤干燥干燥第二节第二节 柠檬酸生

7、产工艺柠檬酸生产工艺重点重点： 柠檬酸生物合成途径；柠檬酸生物柠檬酸生物合成途径；柠檬酸生物合成的代谢调节；三羧酸循环的调节。合成的代谢调节；三羧酸循环的调节。 难点难点： 柠檬酸生物合成的代谢调节；糖酵柠檬酸生物合成的代谢调节；糖酵解及丙酮酸代谢的调节。解及丙酮酸代谢的调节。一、柠檬酸发酵生产工艺一、柠檬酸发酵生产工艺（一）柠檬酸合成途径（一）柠檬酸合成途径柠檬酸又名枸橼酸，学名柠檬酸又名枸橼酸，学名-羟基丙烷三羧羟基丙烷三羧酸，是生物体主要代谢产物之一。酸，是生物体主要代谢产物之一。 柠檬酸合成途径：柠檬酸合成途径： 丙丙 乙酰乙酰COACOA葡萄糖葡萄糖 酮酮 柠檬酸柠檬酸 酸酸 草酰乙

8、酸草酰乙酸氧化脱羧氧化脱羧羧化羧化EMP（二（二 ）柠檬酸生物合成的代谢调节）柠檬酸生物合成的代谢调节1 1、糖酵解及丙酮酸代谢的调节、糖酵解及丙酮酸代谢的调节 1 1）在正常情况下，柠檬酸、）在正常情况下，柠檬酸、ATPATP对对磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶有抑制作有抑制作用，而用，而ATPATP、无机磷、铵离子对该酶则有激活作用，特别、无机磷、铵离子对该酶则有激活作用，特别是还能解除柠檬酸、是还能解除柠檬酸、ATPATP对对磷酸果糖激酶磷酸果糖激酶的抑制作用。的抑制作用。 2 2）比较底物）比较底物锰锰充足、充足、锰锰缺乏时分批培养物的最大活力时缺乏时分批培养物的最大活力时发现，发现，锰锰缺乏

9、时黑曲霉的组成（合成）代谢受损伤，这缺乏时黑曲霉的组成（合成）代谢受损伤，这与柠檬酸的积累有关。与柠檬酸的积累有关。 3 3）丙酮酸激酶丙酮酸激酶是是EMPEMP途径的第途径的第2 2个调节点，在某些真菌得个调节点，在某些真菌得到证实，但黑曲霉未被证实。到证实，但黑曲霉未被证实。（二（二 ）柠檬酸生物合成的代谢调节）柠檬酸生物合成的代谢调节2、柠檬酸生物合成代谢调节的特点：、柠檬酸生物合成代谢调节的特点： 1 1）TCATCA环的起始酶：柠檬酸合成酶是一种调节酶。但环的起始酶：柠檬酸合成酶是一种调节酶。但在黑曲霉中，柠檬酸合成酶没有调节作用，这是黑曲在黑曲霉中，柠檬酸合成酶没有调节作用，这是黑

10、曲霉霉TCATCA环的第一个特点。环的第一个特点。 2 2）第二个特点：黑曲霉菌体内）第二个特点：黑曲霉菌体内-酮戊二酸脱氢酶缺酮戊二酸脱氢酶缺失或活力很低（失或活力很低（TCATCA环被阻断）。环被阻断）。 3 3）氧和）氧和pHpH值对柠檬酸发酵的影响很大。值对柠檬酸发酵的影响很大。（二（二 ）柠檬酸生物合成的代谢调节）柠檬酸生物合成的代谢调节3 3、柠檬酸积累的原因：、柠檬酸积累的原因：MnMn2+2+缺乏缺乏抑制蛋白合成抑制蛋白合成NHNH4 4 有一条呼吸活动强的不产生有一条呼吸活动强的不产生ATPATP的侧呼吸链；的侧呼吸链；由于丙酮酸羧化酶是组成型酶，不被调节控制。丙酮酸氧化脱羧

11、由于丙酮酸羧化酶是组成型酶，不被调节控制。丙酮酸氧化脱羧生成乙酰生成乙酰CoACoA和和COCO2 2的固定两个反应的平衡，以及柠檬酸合成酶不的固定两个反应的平衡，以及柠檬酸合成酶不被调节，增强了合成柠檬酸的能力。被调节，增强了合成柠檬酸的能力。由于顺乌头酸水合酶在催化时建立了以下平衡：由于顺乌头酸水合酶在催化时建立了以下平衡： 柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸柠檬酸：顺乌头酸：异柠檬酸=90=90：3 3：7 7 同时控制同时控制FeFe2+2+含量时，顺乌头酸酶活力降低，使柠檬酸积累。含量时，顺乌头酸酶活力降低，使柠檬酸积累。随着柠檬酸积累，随着柠檬酸积累，pHpH降低到一定程度时，使顺乌头酸酶

12、和异柠檬降低到一定程度时，使顺乌头酸酶和异柠檬酸脱氢酶失活，更有利于柠檬酸的积累及排出细胞外。酸脱氢酶失活，更有利于柠檬酸的积累及排出细胞外。（三）柠檬酸发酵生产工艺（三）柠檬酸发酵生产工艺（三）柠檬酸发酵生产工艺（三）柠檬酸发酵生产工艺 1、菌种菌种：黑曲霉。黑曲霉。2、一级种子培养一级种子培养：麦芽汁琼脂斜面，麦芽汁琼脂斜面，351，培育，培育5天；天；麸皮三角瓶，麸皮三角瓶，351，培育，培育10天；天；转种子罐。转种子罐。（三）柠檬酸发酵生产工艺（三）柠檬酸发酵生产工艺3、种子罐培养种子罐培养：培养基：玉米淀粉水解糖培养基：玉米淀粉水解糖+淀粉水解滤渣；淀粉水解滤渣；空消：种子罐、分过

13、滤器，空消：种子罐、分过滤器，130，30分；分；实消：列管加热至实消：列管加热至80，直接进蒸汽至，直接进蒸汽至125，15-20分；分；接种：冷却至接种：冷却至351，接麸曲种，接麸曲种1；培养：培养：351，罐压：，罐压：0.1Mpa，风量：，风量：1：0.1-0.16，时间，时间16-30小时。小时。（三）柠檬酸发酵生产工艺（三）柠檬酸发酵生产工艺4、发酵发酵：培养基：玉米淀粉水解糖；培养基：玉米淀粉水解糖；空消：发酵罐、分过滤器，空消：发酵罐、分过滤器，130，30分；分；实消：列管加热至实消：列管加热至80，直接进蒸汽至，直接进蒸汽至125，15-20分；分；接种：冷却至接种：冷却

14、至351，接种子罐菌种，接种子罐菌种10；培养：培养：温度：温度：351，罐压：罐压：0.1Mpa，风量：风量：1：0.1-0.15，时间：，时间：50-60小时。小时。二、柠檬酸提取生产工艺二、柠檬酸提取生产工艺1、发酵液过滤：、发酵液过滤：带式过滤机带式过滤机2、中和：、中和：滤液中除含柠檬酸外，还含可溶性的残滤液中除含柠檬酸外，还含可溶性的残糖以及蛋糖以及蛋白质、金属离子等杂质。利用柠檬酸钙难溶于水的特点，白质、金属离子等杂质。利用柠檬酸钙难溶于水的特点，与杂质分离的过程。与杂质分离的过程。3、酸解：酸解：中和所得钙盐经过滤、洗涤，与硫酸反应生成柠檬中和所得钙盐经过滤、洗涤，与硫酸反应生

15、成柠檬酸和硫酸钙沉淀，过滤，滤液含较纯的柠檬酸。酸和硫酸钙沉淀，过滤，滤液含较纯的柠檬酸。三、柠檬酸精制生产工艺三、柠檬酸精制生产工艺 1、离子交换：、离子交换：阳离子交换：主要除钙离子、铁离子；阳离子交换：主要除钙离子、铁离子；阴离子交换：主要除硫酸根、氯离子；阴离子交换：主要除硫酸根、氯离子；2、蒸发浓缩：外循环减压蒸发，、蒸发浓缩：外循环减压蒸发，65；3、结晶分离：高温连续或分批冷却结晶；、结晶分离：高温连续或分批冷却结晶；4、干燥包装：离心、沸腾干燥、质检、装袋、干燥包装：离心、沸腾干燥、质检、装袋、封口。封口。第三节第三节 啤酒生产工艺啤酒生产工艺啤酒生产工艺流程简介啤酒生产工艺流

16、程简介糖化糖化发酵发酵滤酒滤酒包装包装麦汁麦汁清酒清酒待滤酒待滤酒成品酒成品酒一、啤酒原料介绍一、啤酒原料介绍水：水：203米深井水，并采用沙滤、炭滤、米深井水，并采用沙滤、炭滤、反渗透膜过滤等多道工艺处理；反渗透膜过滤等多道工艺处理；麦芽：青岛啤酒采用进口大麦生产的优质麦芽：青岛啤酒采用进口大麦生产的优质麦芽；麦芽；大米（玉米淀粉）：采用新鲜的粳米和籼大米（玉米淀粉）：采用新鲜的粳米和籼米，要求使用前储存期不超过七天；米，要求使用前储存期不超过七天；酒花：成品酒花、颗粒酒花、酒花提取物酒花：成品酒花、颗粒酒花、酒花提取物二、生产流程二、生产流程（一）糖化（一）糖化麦芽粉碎麦芽粉碎 糖化糖化

17、过滤洗糟过滤洗糟 煮沸煮沸沉淀沉淀冷却冷却 大米粉碎大米粉碎糊化糊化（一）糖化（一）糖化1、大米糊化、大米糊化大米粉碎（淀粉）大米粉碎（淀粉）+ +热量热量-淀粉酶淀粉酶水水可溶性的低聚糖和糊精可溶性的低聚糖和糊精（一）糖化（一）糖化2、麦芽糖化、麦芽糖化糖化定义：糖化定义：利用麦芽中含有的及辅助添加的各种水解酶类，利用麦芽中含有的及辅助添加的各种水解酶类，在水和热力的作用下，将麦芽和辅料中的高分子物质在水和热力的作用下，将麦芽和辅料中的高分子物质及其分解产物（淀粉、蛋白质、半纤维素、植酸盐等及其分解产物（淀粉、蛋白质、半纤维素、植酸盐等及其中间分解产物），逐步分解并溶解于水的过程及其中间分解

18、产物），逐步分解并溶解于水的过程为什麦芽不需要糊化？为什麦芽不需要糊化？制麦过程中麦芽已经深度降解，仅制麦过程中麦芽已经深度降解，仅20-30%的分解的分解在糖化过程中完成在糖化过程中完成（一）糖化（一）糖化3、麦汁过滤、麦汁过滤糊糊化化大大米米+ +麦麦芽芽糖化糖化酶类、热量酶类、热量可溶性低分子含可溶性低分子含C C物质（糖类）物质（糖类）麦皮、未分解蛋白、淀粉、酶麦皮、未分解蛋白、淀粉、酶类、水、无机离子、其它杂质类、水、无机离子、其它杂质麦汁过滤槽麦汁过滤槽不溶性的麦糟（麦皮、淀粉、等物质）不溶性的麦糟（麦皮、淀粉、等物质）澄清麦汁澄清麦汁可溶性低分子含可溶性低分子含N N物质（物质（

19、FANFAN）（一）糖化（一）糖化4、麦汁煮沸、麦汁煮沸澄清麦汁通过煮沸的主要作用：澄清麦汁通过煮沸的主要作用：酶的失活酶的失活灭菌灭菌酒花有效成分的浸出和异构化酒花有效成分的浸出和异构化蒸发水分和浓缩麦汁蒸发水分和浓缩麦汁蒸发掉影响啤酒风味的易挥发物质蒸发掉影响啤酒风味的易挥发物质蛋白质变性凝固蛋白质变性凝固改善风味改善风味添加酒花的作用添加酒花的作用酒花苦味物质的溶解和异构化，赋予酒花苦味物质的溶解和异构化，赋予啤酒苦味；啤酒苦味；赋予啤酒特有的酒花香味；赋予啤酒特有的酒花香味；酒花多酚的溶解，提高啤酒的非生物酒花多酚的溶解，提高啤酒的非生物稳定性；稳定性；提高啤酒的生物稳定性。提高啤酒的

20、生物稳定性。（一）糖化（一）糖化5、回旋沉、回旋沉煮沸后的定型热麦汁在回旋沉淀槽煮沸后的定型热麦汁在回旋沉淀槽内通过麦汁回旋运动，在离心力和重力内通过麦汁回旋运动，在离心力和重力的作用下实现热凝固物、酒花糟与麦汁的作用下实现热凝固物、酒花糟与麦汁固液分离的过程。固液分离的过程。良良好好的的回回旋旋沉沉淀淀凝凝固固物物状状态态示示意意图图（一）糖化（一）糖化6、麦汁冷却、麦汁冷却回旋沉淀处理后的热麦汁，经过冷热交换，回旋沉淀处理后的热麦汁，经过冷热交换，将热麦汁冷却至生产需要的温度的过程。将热麦汁冷却至生产需要的温度的过程。麦汁冷却主要目的：麦汁冷却主要目的： 麦汁冷却析出冷凝固物；麦汁冷却析出

21、冷凝固物； 通过冷却，达到发酵所需要的温度。通过冷却，达到发酵所需要的温度。（二）发酵（二）发酵冷麦汁冷麦汁满罐满罐 主酵主酵 后熟后熟 降温降温 冷贮冷贮添加酵母添加酵母充氧充氧（二）发酵（二）发酵发酵：酵母将麦汁中的发酵：酵母将麦汁中的可发酵性糖类可发酵性糖类分解为酒精和二氧分解为酒精和二氧化碳，并产生大量热量和一系列代谢副产物的过程。化碳，并产生大量热量和一系列代谢副产物的过程。1、主酵过程：、主酵过程：酒精、酒精、CO2、风味物质（双乙酰、乙偶因等）、风味物质（双乙酰、乙偶因等）主发酵过程中，溶解在麦汁中的氧备迅速消耗，主发酵过程中，溶解在麦汁中的氧备迅速消耗，酵母生长变得缓慢当糖度达

22、到酵母生长变得缓慢当糖度达到极限糖度极限糖度以上的预定值以上的预定值（3.5P左右）时，即主发酵结束。左右）时，即主发酵结束。酵母酵母麦汁（麦汁（FANFAN、可发酵性糖组份）、可发酵性糖组份）氧气氧气（二）发酵（二）发酵2、后熟阶段（双乙酰还原）：、后熟阶段（双乙酰还原）：压力上升，酵母沉降，风味物质逐渐分解，剩余的可发酵性糖也压力上升，酵母沉降，风味物质逐渐分解，剩余的可发酵性糖也在此阶段逐渐分解。在此阶段逐渐分解。当双乙酰含量降至当双乙酰含量降至0.06ppm以下，标志后熟结束，以下，标志后熟结束，发酵液开始降温，对啤酒进行冷却以消除酵母的活性。发酵液开始降温，对啤酒进行冷却以消除酵母的

23、活性。降温至降温至0-1.5进入冷贮期。进入冷贮期。冷贮是为了促进二氧化碳饱和，使冷凝固物进一冷贮是为了促进二氧化碳饱和，使冷凝固物进一步析出，促进啤酒澄清，提高啤酒的非生物稳定性。步析出，促进啤酒澄清，提高啤酒的非生物稳定性。贮酒时间至少贮酒时间至少7天以上。天以上。后熟开始后熟开始升温升温1212极限糖度以上极限糖度以上2.0P2.0P封罐封罐( (三三) ) 滤酒滤酒经检验、品评合格的待滤酒：经检验、品评合格的待滤酒：待滤酒待滤酒添加硅胶添加硅胶烛式过滤烛式过滤硅藻土硅藻土添加剂添加剂稀释机稀释机酿造水酿造水脱氧脱氧稀释水稀释水添加添加COCO2 2清酒清酒（四）（四） 包装包装经检验合

24、格，且存放时间在经检验合格，且存放时间在624小小时内的清酒：时内的清酒：啤酒瓶啤酒瓶洗瓶洗瓶验瓶验瓶灌装灌装杀菌杀菌验酒验酒清酒清酒贴标贴标验标验标装箱装箱入库入库喷码喷码验码验码三、啤酒的贮存及营养功能三、啤酒的贮存及营养功能啤酒的贮存条件：啤酒的贮存条件：525避光贮存避光贮存(因为在阳光直射下，啤酒苦味因为在阳光直射下，啤酒苦味成分会发生化学反应，影响啤酒口感）成分会发生化学反应，影响啤酒口感）啤酒的营养功能：啤酒的营养功能：解渴；提神；助消化；加快人体的代谢；减肥；解渴；提神；助消化；加快人体的代谢；减肥；预防高血压等疾病。预防高血压等疾病。夏季啤酒的最佳饮用温度为：夏季啤酒的最佳饮

25、用温度为：610（在此温度下（在此温度下,啤酒的泡沫最丰富、既细腻啤酒的泡沫最丰富、既细腻又持久又持久,香气浓郁香气浓郁,口感舒适。）口感舒适。）要达到上面几大功效，适量饮酒很重要！要达到上面几大功效，适量饮酒很重要！第四节第四节 氨基酸生产工艺氨基酸生产工艺一、氨基酸生产工艺控制一、氨基酸生产工艺控制二、氨基酸生产工艺二、氨基酸生产工艺三、异亮氨酸、亮氨酸生产工艺三、异亮氨酸、亮氨酸生产工艺概概 述述 氨基酸可用作食品、饲料添加剂和药物。过去都采用动植物氨基酸可用作食品、饲料添加剂和药物。过去都采用动植物蛋白提取和化学合成法生产，现蛋白提取和化学合成法生产，现18种氨基酸均可采用发酵法和酶种

26、氨基酸均可采用发酵法和酶法生产，不仅成本下降、污染减少，还可组织大量生产，世界产法生产，不仅成本下降、污染减少，还可组织大量生产，世界产量每年递增量每年递增510。在氨基酸产生菌选育中，过去多采用诱变育种方法，诱变结在氨基酸产生菌选育中，过去多采用诱变育种方法，诱变结果不易控制，现采用基因工程和细胞融合技术，产量可成倍、甚果不易控制，现采用基因工程和细胞融合技术，产量可成倍、甚至几十倍增加，生产成本大大下降。至几十倍增加，生产成本大大下降。如用基因重组构建的苏氨酸、色氨酸如用基因重组构建的苏氨酸、色氨酸“工程菌工程菌”，比原始菌株，比原始菌株提高产量几十倍（产酸达提高产量几十倍（产酸达5060

27、克克/升），色氨酸成本从每公斤升），色氨酸成本从每公斤50美元降到美元降到23美元。用细胞融合构建的精氨酸融合株，精氨酸产美元。用细胞融合构建的精氨酸融合株，精氨酸产量达量达108克克/升，比其他生产菌株高升，比其他生产菌株高2倍多。倍多。工业上重要氨基酸简介工业上重要氨基酸简介一、氨基酸生产工艺控制一、氨基酸生产工艺控制1、菌种菌种：细菌，野生型或营养缺陷型、结构类似物突变菌种；细菌，野生型或营养缺陷型、结构类似物突变菌种；2、培养基培养基：碳碳源：淀粉水解糖、糖蜜等；源：淀粉水解糖、糖蜜等；氮氮源：铵盐、氨水或尿素，豆饼、麸皮粉；源：铵盐、氨水或尿素，豆饼、麸皮粉；无机盐：无机盐：S、P、

28、Ga、Mg、K等；等；生物素：影响细胞膜透性，对氨基酸分泌影响很大，生物素：影响细胞膜透性，对氨基酸分泌影响很大，来来源：玉米浆、麸皮、糖蜜。源：玉米浆、麸皮、糖蜜。一、氨基酸生产工艺控制一、氨基酸生产工艺控制3、发酵条件控制发酵条件控制PH：通过流加氨水或尿素来控制；：通过流加氨水或尿素来控制；温温度：菌体生长和产物形成最适温度不同，度：菌体生长和产物形成最适温度不同，并随菌种不同而异；并随菌种不同而异；溶溶氧：不同氨基酸发酵有不同要求；氧：不同氨基酸发酵有不同要求；消沫剂：玉米油、豆油或化学合成消沫剂。消沫剂：玉米油、豆油或化学合成消沫剂。一、氨基酸生产工艺控制一、氨基酸生产工艺控制4、氨

29、基酸分离纯化氨基酸分离纯化过滤：板框；过滤：板框；提取：等电点沉淀；提取：等电点沉淀；脱色：活性碳，（过滤除活性碳）；脱色：活性碳，（过滤除活性碳）；精制：离子交换或重结晶法。精制：离子交换或重结晶法。二、氨基酸（赖氨酸）生产工艺二、氨基酸（赖氨酸）生产工艺重点重点： 赖氨酸生物合成途径及代谢调节机制；赖氨酸生物合成途径及代谢调节机制； 酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制；酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径和调节机制； 赖氨酸生产菌的育种途径。赖氨酸生产菌的育种途径。 难点难点： 天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机制。天冬氨酸族氨基酸生物合成的代谢调节机制。二、氨基酸生产工艺二、氨基酸生产

30、工艺 氨基酸本身的合成在不同生物体中，有较大的差异，氨基酸本身的合成在不同生物体中，有较大的差异，然而许多氨基酸的合成途径在不同生物体中也有共同之处。然而许多氨基酸的合成途径在不同生物体中也有共同之处。 按照起始物可将氨基酸的合成分成几个家族：按照起始物可将氨基酸的合成分成几个家族： 谷氨酸族谷氨酸族（-酮戊二酸族）酮戊二酸族） 包括：谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、赖氨酸和脯氨酸；包括：谷氨酸、谷氨酰胺、精氨酸、赖氨酸和脯氨酸； 丙酮酸族丙酮酸族 包括：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸；包括：丙氨酸、缬氨酸、亮氨酸； 天冬氨酸族天冬氨酸族（早酰乙酸族）（早酰乙酸族） 包括：天冬氨酸、天冬酰胺、苏氨酸和异亮氨

31、酸；包括：天冬氨酸、天冬酰胺、苏氨酸和异亮氨酸； 磷酸甘油酸族磷酸甘油酸族 包括：甘氨酸、丝氨酸和半胱氨酸；包括：甘氨酸、丝氨酸和半胱氨酸； 芳香族芳香族 包括：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸；包括：苯丙氨酸、酪氨酸、色氨酸； 另外，组氨酸的合成为单独的一条途径。另外，组氨酸的合成为单独的一条途径。氨基酸的生物合成氨基酸的生物合成1 1、天冬氨酸族生物合成途径、天冬氨酸族生物合成途径 天冬氨酸族氨基酸合成可以以草酰乙酸或天冬氨酸为原料，天冬氨酸族氨基酸合成可以以草酰乙酸或天冬氨酸为原料，合成苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。合成苏氨酸、蛋氨酸和异亮氨酸。天冬酰氨天冬酰氨 甲硫氨酸甲硫氨酸 琥珀酰高丝氨酸琥珀

32、酰高丝氨酸 合成酶合成酶草酰乙酸草酰乙酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸磷酸天冬氨酸天冬氨酸-半醛半醛高丝氨酸高丝氨酸苏氨酸苏氨酸 异亮氨酸异亮氨酸 DAPDAP合成酶合成酶 二氨基庚二酸二氨基庚二酸赖氨酸赖氨酸2 2、天冬氨酸族生物合成的代谢调节机制、天冬氨酸族生物合成的代谢调节机制 在细菌中，虽然天冬氨酸族氨基酸生物合成途径在细菌中，虽然天冬氨酸族氨基酸生物合成途径是相同的，但是其代谢调节机制是多种多样的。是相同的，但是其代谢调节机制是多种多样的。1 1）大肠杆菌）大肠杆菌K K1212( (同功酶调节同功酶调节) )天冬氨酸激酶天冬氨酸激酶( (三个三个) )天冬氨酸天冬氨酸-半醛脱

33、氢酶半醛脱氢酶( (两个两个) ) DDPDDP合成酶（赖氨酸分支的第一个酶）合成酶（赖氨酸分支的第一个酶）高丝氨酸合成酶（高丝氨酸合成酶（HDHD）（通向苏氨酸、蛋氨酸分支的）（通向苏氨酸、蛋氨酸分支的第一个酶）第一个酶）2 2、天冬氨酸族生物合成的代谢调节机制、天冬氨酸族生物合成的代谢调节机制2 2）黄色短杆菌）黄色短杆菌( (协同反馈抑制协同反馈抑制) ) 其赖氨酸生物合成调节机制比大肠杆菌其赖氨酸生物合成调节机制比大肠杆菌简单，其天冬氨酸激酶只有一种，该酶具有两简单，其天冬氨酸激酶只有一种，该酶具有两个变构部位，可以与终产物结合，当两种终产个变构部位，可以与终产物结合，当两种终产物物同

34、时同时过量时，该酶活性受到抑制。过量时，该酶活性受到抑制。3 3）乳糖发酵短杆菌赖氨酸合成调节）乳糖发酵短杆菌赖氨酸合成调节3 3、酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径、酵母和霉菌的赖氨酸生物合成途径 就赖氨酸合成途径来讲，不同种类的就赖氨酸合成途径来讲，不同种类的微生物途径不同，可以归纳为两条途径：微生物途径不同，可以归纳为两条途径： 1 1）为经过二氨基庚二酸的生物合成途）为经过二氨基庚二酸的生物合成途 径，如细菌，径，如细菌，DAPDAP； 2 2）是）是AAAAAA，酵母菌、霉菌经过，酵母菌、霉菌经过-氨基己氨基己 二酸二酸AAAAAA途径合成赖氨酸。途径合成赖氨酸。4 4、氨基酸生物合成的

35、调节机制、氨基酸生物合成的调节机制 反馈抑制与优先合成反馈抑制与优先合成 氨基酸生物合成的基本调节机制有反馈抑制与氨基酸生物合成的基本调节机制有反馈抑制与在合成途径分支点处的优先合成。在合成途径分支点处的优先合成。 反馈抑制：反馈抑制：A AB BC CD D E E D D 优先合成优先合成：A AB BC C F F G G5 5、其他特殊的控制机制、其他特殊的控制机制 1 1）终产物控制）终产物控制 催化分支合成途径共同部分的初始酶，在仅一种催化分支合成途径共同部分的初始酶，在仅一种氨基酸终产物过剩时，完全不受或微弱或部分地反馈氨基酸终产物过剩时，完全不受或微弱或部分地反馈抑制（或阻遏）

36、，只是在多数终产物共存下才强烈地抑制（或阻遏），只是在多数终产物共存下才强烈地控制。有以下几种情况：控制。有以下几种情况： 协同（或多价）反馈抑制协同（或多价）反馈抑制 合作（或增效）反馈抑制合作（或增效）反馈抑制 同功酶控制同功酶控制 积累反馈抑制积累反馈抑制5 5、其他特殊的控制机制、其他特殊的控制机制2 2）顺序控制：）顺序控制： E E D D A AB BC C F F G GA A B B C C D D6、赖氨酸生产菌的育种途径、赖氨酸生产菌的育种途径出发菌株的选择：出发菌株的选择： 要求代谢比较简单的细菌（如黄色短杆菌、要求代谢比较简单的细菌（如黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳酸发

37、酵短杆菌等）谷氨酸棒杆菌、乳酸发酵短杆菌等）1 1）优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育。）优先合成的转换：渗漏缺陷型的选育。2 2）切断支路代谢：营养缺陷型的选育。）切断支路代谢：营养缺陷型的选育。3 3）抗结构类似物突变株的选育（代谢调节突变）。）抗结构类似物突变株的选育（代谢调节突变）。6、赖氨酸生产菌的育种途径、赖氨酸生产菌的育种途径4 4）代谢互锁）代谢互锁 解除代谢互锁的方法解除代谢互锁的方法： 选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗选育亮氨酸缺陷型菌株，或者以抗AECAEC的赖氨酸的生产菌的赖氨酸的生产菌为出发菌株，经诱变得到抗为出发菌株，经诱变得到抗AECAEC兼亮氨酸缺陷型菌株。兼亮氨酸

38、缺陷型菌株。 选育抗亮氨酸结构类似物的突变株，从遗传上解除亮氨选育抗亮氨酸结构类似物的突变株，从遗传上解除亮氨酸对酸对DAPDAP合成酶的阻遏。合成酶的阻遏。 选育对苯醌或喹啉衍生物敏感菌株，这是一种寻找亮氨选育对苯醌或喹啉衍生物敏感菌株，这是一种寻找亮氨酸渗漏缺陷型菌株的有效方法。酸渗漏缺陷型菌株的有效方法。6、赖氨酸生产菌的育种途径、赖氨酸生产菌的育种途径5 5）增加前体物的生物合成和阻塞产物的生成：）增加前体物的生物合成和阻塞产物的生成： 方法方法： 选育丙氨酸缺陷型；选育丙氨酸缺陷型； 选育抗天冬氨酸结构类似物突变株；选育抗天冬氨酸结构类似物突变株； 选育适宜的活性比突变株；选育适宜的

39、活性比突变株；6 6）改变细胞膜的透过性）改变细胞膜的透过性7 7）选育温度敏感突变株）选育温度敏感突变株8 8）应用细胞工程和遗传工程育种）应用细胞工程和遗传工程育种9 9）防止高产菌株回复突变）防止高产菌株回复突变7、赖氨酸生物合成途径、赖氨酸生物合成途径大肠杆菌的赖氨酸生物合成途径：图大肠杆菌的赖氨酸生物合成途径：图23-28、赖氨酸发酵条件控制、赖氨酸发酵条件控制溶氧：特别重要，不足，会使赖氨酸溶氧：特别重要，不足，会使赖氨酸生产受到不可逆抑制；生产受到不可逆抑制；PH：通过补加氨水来控制；：通过补加氨水来控制；温度：温度：32；前体：甘氨酸或丝氨酸前体：甘氨酸或丝氨酸。（短小假单胞菌

40、）。（短小假单胞菌）三、异亮氨酸、亮氨酸生产工艺三、异亮氨酸、亮氨酸生产工艺1、异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸的生物合成途径：异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸的生物合成途径：图图23-4 2、异亮氨酸发酵、异亮氨酸发酵两种方法：添加前体发酵法和直接发酵法两种方法：添加前体发酵法和直接发酵法添加前体发酵法：添加前体发酵法：苏氨酸脱水酶受异亮氨酸的反馈抑制；苏氨酸脱水酶受异亮氨酸的反馈抑制；添加前体物质添加前体物质D-苏氨酸、苏氨酸、-酮基异戊酸；基异戊酸； 绕过异亮氨酸对苏氨酸脱水酶的反馈抑制。异亮氨酸对苏氨酸脱水酶的反馈抑制。直接发酵法：直接发酵法：抗反馈调节突变株，解除对苏氨酸脱水酶的抗反馈调节突变株，解

41、除对苏氨酸脱水酶的反馈抑制。反馈抑制。3、亮氨酸发酵、亮氨酸发酵亮氨酸高产菌株的选育：亮氨酸高产菌株的选育：1）选育选育-酮基异丁酸基异丁酸抗性突变株，解除对异亮氨抗性突变株，解除对异亮氨酸、亮氨酸和缬氨酸生物合成酶系的阻遏作用；酸、亮氨酸和缬氨酸生物合成酶系的阻遏作用；2）选育异亮氨酸缺陷型回复突变株，）选育异亮氨酸缺陷型回复突变株，其其-异丙基异丙基苹果酸合成苹果酸合成酶酶不再受不再受亮氨酸的反馈抑制；亮氨酸的反馈抑制；3）-噻唑抗性兼蛋氨酸、抗性兼蛋氨酸、异亮氨酸双重缺陷型突异亮氨酸双重缺陷型突变株，用于亮氨酸的发酵生产。变株，用于亮氨酸的发酵生产。第五节第五节 污水的生物处理污水的生物

42、处理污水包括：污水包括：1、水体的污染、水体的污染富营养化；富营养化；2、传染性病源体的污染；、传染性病源体的污染；3、有毒化合物的污染；、有毒化合物的污染；4、高分子难降解化合物的污染；、高分子难降解化合物的污染；5、重金属如铬、镉、铅、汞、硒等的污染；、重金属如铬、镉、铅、汞、硒等的污染；6、放射性物质的污染。、放射性物质的污染。污水生物处理的主要方向污水生物处理的主要方向 污水的处理有生物、化学和物理方法。污水的处理有生物、化学和物理方法。目前，污水生物处理的主要方向是富营养化、有毒及高分子难降目前，污水生物处理的主要方向是富营养化、有毒及高分子难降解化合物的污染。解化合物的污染。水的富

43、营养化是危害最广、最大的污染。水的富营养化是危害最广、最大的污染。微生物处理法是最常用、最有效、最关键的处理方法，目前已在微生物处理法是最常用、最有效、最关键的处理方法，目前已在生活污水、生产污水的处理上得到广泛应用。生活污水、生产污水的处理上得到广泛应用。通过构建具有多种特殊功能高效降解力的通过构建具有多种特殊功能高效降解力的“工程菌工程菌”，过去一直公，过去一直公认难被生物降解的认难被生物降解的100多种有毒及高分子难降解化合物，也可被微生多种有毒及高分子难降解化合物，也可被微生物降解和转化。物降解和转化。例如，采用基因重组技术，将两种菌的降解基因同时组入大肠杆例如，采用基因重组技术，将两

44、种菌的降解基因同时组入大肠杆菌，构建后的菌，构建后的“工程菌工程菌”可将致癌作用强的三种卤素化合物可将致癌作用强的三种卤素化合物DDT、PCB和甲基氯苯分解为和甲基氯苯分解为CO2和水，是较理想的分解卤素化合物的环境净化菌。和水，是较理想的分解卤素化合物的环境净化菌。一、污水的生物处理的原理一、污水的生物处理的原理污水的生物处理：污水的生物处理：采用专门装置和设施，对含有污染物的污采用专门装置和设施，对含有污染物的污水进行厌氧和好氧处理，促进微生物的生长繁水进行厌氧和好氧处理，促进微生物的生长繁殖和代谢，使有机污染物彻底氧化，达到污水殖和代谢，使有机污染物彻底氧化，达到污水净化的目的。净化的目

45、的。活性污泥法是有机污水处理的最常用的方活性污泥法是有机污水处理的最常用的方法。法。二、污水的生物处理的基本方法二、污水的生物处理的基本方法污水净化中三级处理的主要步骤污水净化中三级处理的主要步骤处理步骤处理步骤过过 程程一级处理一级处理通过沉淀、筛分、加明矾和其他凝絮剂以及其他物通过沉淀、筛分、加明矾和其他凝絮剂以及其他物 理方法去除水中不溶的颗粒理方法去除水中不溶的颗粒二级处理二级处理生物方法去除水中的可溶性有机物生物方法去除水中的可溶性有机物 细流过滤细流过滤 活性污泥活性污泥 氧化塘氧化塘 延长通气系统延长通气系统 厌氧消化厌氧消化三级处理三级处理 生物去除无机营养物生物去除无机营养物

46、 化学去除无机营养物化学去除无机营养物 微生物的去除和灭活微生物的去除和灭活 微量化学物质的去除微量化学物质的去除污水处理的方法和装置污水处理的方法和装置入水口入水口氧化池氧化池活性污泥池活性污泥池一级净化池一级净化池最终净化池最终净化池（三级净化池）（三级净化池）二级净化池二级净化池出水口出水口污水净化三级处理的模式图污水净化三级处理的模式图1、好气生物处理技术、好气生物处理技术1）活性污泥法：）活性污泥法：工作参数：工作参数：混合液悬浮固体混合液悬浮固体混合液挥发性悬浮固体混合液挥发性悬浮固体污泥沉降比污泥沉降比污泥容积指数污泥容积指数污泥负荷污泥负荷活性污泥法处理过程和设备：活性污泥法处

47、理过程和设备：2）生物膜法：）生物膜法：生物滤池生物滤池生物转盘生物转盘塔式滤池塔式滤池2、厌气生物处理技术、厌气生物处理技术 一般好气生物处理的进口一般好气生物处理的进口BOD5范围在范围在500-700mg/L，高，高BOD污水需先进行厌气污水需先进行厌气生物处理。生物处理。厌气生物处理的一般流程如图厌气生物处理的一般流程如图25-5。本章知识结构本章知识结构抗生素生产工艺抗生素生产工艺氨基酸生产工艺氨基酸生产工艺啤酒生产工艺啤酒生产工艺柠檬酸生产工艺柠檬酸生产工艺污水的生物处理方法污水的生物处理方法名词解释名词解释生理碱性物质生理碱性物质生理酸性物质生理酸性物质操纵子模型操纵子模型维持系数（维持系数（m）简答题简答题培养基的营养成分培养基的营养成分按生产工艺的要求，培养基的类型按生产工艺的要求，培养基的类型发酵过程的三种动力学类型发酵过程的三种动力学类型发酵过程的基本的自动控制系统包括发酵过程的基本的自动控制系统包括连续培养的优点连续培养的优点微生物工程下游加工工程的常用分离、纯化方法（六种）微生物工程下游加工工程的常用分离、纯化方法（六种）论述题论述题：发酵热的成分发酵热的成分发酵中那些因素影响氧的传递速度。发酵中那些因素影响氧的传递速度。第第6-12章习题章习题结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！81