微生物与发酵工程

第五章微生物与发酵工程第三节发酵工程简介一、发酵工程生产实例谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径葡萄糖中间产物a－酮戊二酸谷氨酸谷氨酸脱氢酶NH4＋抑制只有选择细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。一、发酵工程生产实例1.菌种的选择谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌种了，应该选育什么样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢?一、发酵工程生产实例2.培养基的选择成分酸碱度水无机盐氮源碳源生长因子豆饼水解液、玉米浆中的水磷酸二氢钾氧化钾硫酸镁尿素豆饼水解液、玉米浆生物素pH7-8一、发酵工程生产实例3.发酵罐示意图电动机pH检测及控制装置培养液无菌空气排气口冷却水出口冷却水进口搅拌器加料口放料口二、发酵工程概念采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程中的一种新技术。三、发酵工程的内容发酵工程的内容包括了以下的基本步骤：1.菌种的选育2.培养基的配置3.灭菌4.扩大培养和接种5.发酵过程6.分离提纯1、菌种的选育1.选育的方法：1)从自然界中先分离出相应的菌种；2)利用诱变筛选出符合生产要求的优良菌种；3)利用基因工程、细胞工程的方法构建工程细胞或工程菌。2.举例：可将人工合成的人的胰岛素基因与大肠杆菌的质粒结合，形成重组DNA，再把重组DNA导入大肠杆菌细胞内形成工程菌。通过筛选则可培养出能生产人的胰岛素的菌种。2、培养基的配置1.培养基配置的原则：1.根据不同的菌种，选择不同的材料配制培养基。配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的PH。2.培养基的营养要协调，以利于产物的合成。3.培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。2.举例：发酵生产常采用天然成分的液体培养基。而且，经常用野生的植物淀粉、甘蔗渣、秸秆，以及乙醇、醋酸等石化产品代替粮食来配制培养基。3、灭菌灭菌的原因：在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。举例：如果在谷氨酸发酵过程中混人放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分解掉。4、扩大培养和接种扩大培养：扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大量的菌体接种：有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项呢？接种过程中要注意防止杂菌污染5、发酵过程1.发酵产物：发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。2.发酵进程在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物。3.发酵条件发酵生产中温度、pH、溶氧量等对发酵过程有重大影响。6、分离提纯发酵产物不同，分离提纯的方法会有所不同，产物分离、提纯的一般方法是：代谢产物：蒸馏、萃取、离子交换等方法。菌体本身：过滤、沉淀。从自然界分离的菌种产品基因工程诱变育种诱变育种生产用菌种扩大培养原料微生物菌体代谢产物分离提纯发酵罐发酵条件控制接种培养基配置灭菌四、发酵工程的应用1.在医药方面：1)发酵工程能生产人们所需的药品。例如：通过青霉发酵能生产青霉素。2)通过发酵工程能生产基因药品。例如：将合成的人的胰岛素基因转移到大肠杆菌细胞内构建成“工程菌”，再通过培养“工程菌”即可获得人的胰岛素。四、发酵工程的应用2.在食品工业方面：1)发酵工程能为人们提供丰富优质的传统发酵产品。如：生产呻酒，果酒等。2)发酵工程能生产各种食品添加剂。例如,酸味剂：柠檬酸、乳酸等；鲜味剂：谷氨酸等；色素：β-胡萝卜素等；甜味剂：高果糖浆等。3)发酵工程能为解决人类粮食短缺问题开辟新途径。例如：通过发酵可获得大量的微生物菌体——单细胞蛋白。20世纪80年代中期全世界的单细胞蛋白年产量已达2.0x107t，广泛用于食品加工和饲料中。中央电教馆资源中心2003.11