1、第三節(jié) 發(fā)酵工程簡介 學習目標： 1、發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容（A：知道）。 2、發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)和食品工業(yè)中的 應(yīng)用（A：知道）。學習重點：發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容。學習難點： 發(fā)酵過程中如何保證菌種生長和代謝的正常進行。一、應(yīng)用發(fā)酵工程的生產(chǎn)實例根據(jù)谷氨酸棒狀桿菌合成谷氨酸的途徑，思考回答 下列問題：1、谷氨酸棒狀桿菌在一定的條件下能夠利用環(huán)境中的什么營養(yǎng)物質(zhì)來合成谷氨酸？2、谷氨酸發(fā)酵最重要的無疑就是選擇菌種了，是不是所有的谷氨酸棒狀桿菌都可用于谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)呢？我們應(yīng)該選育什么樣的谷氨酸棒狀桿菌作為菌種呢？答：只有選擇細胞膜通透較強，在細胞內(nèi)不積累谷氨酸的谷氨酸棒狀桿菌做菌種才有可能獲得大量

2、的谷氨酸3、有了菌種用什么樣的培養(yǎng)基去培養(yǎng)呢？答：培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物生長所需要的碳源、氮源、 水、無機鹽和生長因子等營養(yǎng)需求。4、谷氨酸發(fā)酵所需培養(yǎng)基的各種成分中屬于無機鹽、氮源、碳源、生長因子的分別有哪些？這種培養(yǎng)基能否滿足氨酸棒狀桿菌所需各種營養(yǎng)？這種 培養(yǎng)基從組成成分和物理性質(zhì)上看屬于哪種培養(yǎng)基？答：豆餅（或馬鈴薯等）的水解液，玉米漿、尿素、 磷酸氫二鉀、氧化鉀、硫酸鎂、生物素。 能 從物理性質(zhì)上看是液體培養(yǎng)基，從化學成分上 看是天然培養(yǎng)基。 答：（1）液體培養(yǎng)基能使營養(yǎng)物質(zhì)在發(fā)酵過程中得 到充分的利用，還能為菌體提供更大的生 存空間。同時，也有利于生產(chǎn)過程中培養(yǎng) 條件的控制以及產(chǎn)物的提

3、取。 （2）采用天然物質(zhì)作營養(yǎng)物質(zhì)既能滿足菌體的 營養(yǎng)需求，又能降低生產(chǎn)成本，還能減少 對環(huán)境的污染。 5、在工業(yè)生產(chǎn)過程中常采用這種天然成分作為營養(yǎng)物質(zhì)的液體培養(yǎng)基，這在發(fā)酵生產(chǎn)中有什么好處呢？6、有了菌種和合適的培養(yǎng)基，那發(fā)酵的主體設(shè)備又該 是什么樣的呢？ 發(fā)酵罐7、發(fā)酵的主體設(shè)備發(fā)酵罐的控制部分構(gòu)成有哪些？ 分別有什么作用？在發(fā)酵過程中，發(fā)酵罐內(nèi)的溫度、pH、溶氧量都會變化，從而影響微生物的生長。因此，必須有相應(yīng)的控制結(jié)構(gòu)來保持發(fā)酵條件的穩(wěn)定。8、在發(fā)酵罐中是怎樣進行谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)的？ 菌 種培養(yǎng)基發(fā)酵罐條件控制谷氨酸產(chǎn)品加工提取二、發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容（一）、概念： 即采用現(xiàn)代工程技術(shù)

4、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)過程中的一種新技術(shù)。 （二）、內(nèi)容：從自然界中分離的菌種誘變育種基因工程細胞工程生產(chǎn)有菌種擴大培養(yǎng)發(fā)酵罐發(fā)酵條件控制微生物菌體代謝產(chǎn)物醫(yī)藥工業(yè)食品工業(yè)原料產(chǎn)品應(yīng)用接種分離提純滅菌培養(yǎng)基配 制 1菌種的選育： 思考： 發(fā)酵工程是利用微生物為人類生產(chǎn)有用產(chǎn)品， 因此要想通過發(fā)酵工程獲得在種類、產(chǎn)量和質(zhì)量等 方面符合人們要求的產(chǎn)品，最重要的是要有優(yōu)良的 菌種，人們怎樣才能得到優(yōu)良的菌種呢？ 答：基因突變、基因工程、細胞工程 如果生產(chǎn)的是微生物直接合成的產(chǎn)物，如青霉素、谷氨酸等，則可以從自然界中先分離出相應(yīng)的菌種，再用物

5、理或化學的方法使菌種產(chǎn)生突變，從突變個體中篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。 如果生產(chǎn)的是一般微生物不能合成的產(chǎn)品，則可用基因工程、細胞工程的方法對菌種的遺傳特性進行定向改造，以構(gòu)建工程細胞或工程菌，從而達到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的。 例如：可將人工合成的人的胰島素基因與大腸桿菌的質(zhì)粒結(jié)合，形成重組DNA，再把重組DNA導入大腸桿菌細胞內(nèi)形成工程菌。通過篩選則可培養(yǎng)出能生產(chǎn)人的胰島素的菌種。 2培養(yǎng)基的配制 ：思考回答在配制培養(yǎng)基時應(yīng)該注意哪些事情呢？答：（1）根據(jù)不同的菌種，應(yīng)選擇不同的材料配制培養(yǎng)基。配制 的培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物在碳源、氮源、生長因子、水、無機鹽等 方面的營養(yǎng)要求，并為微生物提供適宜的

6、pH。 （2）培養(yǎng)基的營養(yǎng)要協(xié)調(diào)，以利于產(chǎn)物的合成。 （3）培養(yǎng)基在滿足微生物的營養(yǎng)需求的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量降低生 產(chǎn)成本，以得到更高的經(jīng)濟效益。 例如：發(fā)酵生產(chǎn)常采用天然成分的液體培養(yǎng)基。而且，經(jīng)常用野 生的植物淀粉、甘蔗渣、秸稈水解物以及乙醇、醋酸等石化產(chǎn)品 代替糧食來配制培養(yǎng)基。 3滅菌：思考： 發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個發(fā)酵過程中不能混入雜菌。這是為什么呢？那如何防止雜菌的污染呢？怎樣才算滅菌徹底呢？答：在發(fā)酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形成競爭關(guān)系，對發(fā)酵過程造成不良影響；要在發(fā)酵前對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)施進行嚴格的滅菌處理； 用高溫、高壓的方式，殺死所有雜菌的胞體、芽孢和孢子

7、 4擴大培養(yǎng)和接種： 思考：如何對菌種進行擴大培養(yǎng)呢？擴大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)有何不同呢？有了用于生產(chǎn)的充足的菌體，在接種時要注意什么事項呢？ 答：擴大培養(yǎng)是將培養(yǎng)到對數(shù)期的菌體分開，分頭進行培養(yǎng)，以促使菌體數(shù)量快速增加，能在短時間里得到大量的菌體；擴大培養(yǎng)是為了讓菌體在短時期內(nèi)快速增殖，而發(fā)酵過程中的培養(yǎng)是為了獲得代謝產(chǎn)物，目的不同采用的培養(yǎng)條件就有可能不同；接種過程中要注意防止雜菌污染。思考：哪些條件能影響菌體的發(fā)酵呢？發(fā)酵過程中為什 么還要控制發(fā)酵條件呢？ 答：發(fā)酵生產(chǎn)中溫度、pH、溶氧量等對發(fā)酵過程有重大影響；隨著代謝的進行，產(chǎn)熱的增加、營養(yǎng)物質(zhì)的消耗，以及某些酸性和堿性物質(zhì)的產(chǎn)

8、生，會使溫度、pH等發(fā)生變化，這些都會對微生物的生長造成不利影響。因此，需要對發(fā)酵過程的中溫度、pH、溶氧量等發(fā)酵條件進行嚴格的控制，以保證菌體生長和代謝途徑朝著有利人類的方向進行。 6分離、提純： 思考：發(fā)酵產(chǎn)物不同分離提純的方法是否相同？如不 同分別有什么方法進行分離、提純？ 答：一類是代謝產(chǎn)物、另一類是菌體本身。5發(fā)酵過程： 三、發(fā)酵工程的應(yīng)用（一）在醫(yī)藥方面： 1發(fā)酵工程能生產(chǎn)人們所需的藥品。例如：通過青 霉發(fā)酵能生產(chǎn)青霉素。 2通過發(fā)酵工程能生產(chǎn)基因藥品。例如：將合成的 人的胰島素基因轉(zhuǎn)移到大腸桿菌細胞內(nèi)構(gòu)建成“工 程菌”，再通過培養(yǎng)“工程菌”即可獲得人的胰島素。 （二）在食品工業(yè)方

9、面： 1發(fā)酵工程能為人們提供豐富優(yōu)質(zhì)的傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品。 如：生產(chǎn)呻酒，果酒等。 2、發(fā)酵工程能為解決人類糧食短缺問題開辟新途徑。 例如：通過發(fā)酵可獲得大量的微生物菌體單細胞 蛋白。20世紀80年代中期全世界的單細胞蛋白年產(chǎn)量 已達2.0 x107t，廣泛用于食品加工和飼料中。 3、發(fā)酵工程能生產(chǎn)各種食品添加劑：酸味劑：檸檬酸、乳酸等。鮮味劑：谷氨酸等。色 素：-胡蘿卜素等。甜味劑：高果糖漿等。 1菌種的選育： 思考： 發(fā)酵工程是利用微生物為人類生產(chǎn)有用產(chǎn)品， 因此要想通過發(fā)酵工程獲得在種類、產(chǎn)量和質(zhì)量等 方面符合人們要求的產(chǎn)品，最重要的是要有優(yōu)良的 菌種，人們怎樣才能得到優(yōu)良的菌種呢？ 答：基因

10、突變、基因工程、細胞工程 如果生產(chǎn)的是微生物直接合成的產(chǎn)物，如青霉素、谷氨酸等，則可以從自然界中先分離出相應(yīng)的菌種，再用物理或化學的方法使菌種產(chǎn)生突變，從突變個體中篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。 如果生產(chǎn)的是一般微生物不能合成的產(chǎn)品，則可用基因工程、細胞工程的方法對菌種的遺傳特性進行定向改造，以構(gòu)建工程細胞或工程菌，從而達到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的。 例如：可將人工合成的人的胰島素基因與大腸桿菌的質(zhì)粒結(jié)合，形成重組DNA，再把重組DNA導入大腸桿菌細胞內(nèi)形成工程菌。通過篩選則可培養(yǎng)出能生產(chǎn)人的胰島素的菌種。 2培養(yǎng)基的配制 ：思考回答在配制培養(yǎng)基時應(yīng)該注意哪些事情呢？答：（1）根據(jù)不同的菌種，應(yīng)選擇

11、不同的材料配制培養(yǎng)基。配制 的培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物在碳源、氮源、生長因子、水、無機鹽等 方面的營養(yǎng)要求，并為微生物提供適宜的pH。 （2）培養(yǎng)基的營養(yǎng)要協(xié)調(diào)，以利于產(chǎn)物的合成。 （3）培養(yǎng)基在滿足微生物的營養(yǎng)需求的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量降低生 產(chǎn)成本，以得到更高的經(jīng)濟效益。 例如：發(fā)酵生產(chǎn)常采用天然成分的液體培養(yǎng)基。而且，經(jīng)常用野 生的植物淀粉、甘蔗渣、秸稈水解物以及乙醇、醋酸等石化產(chǎn)品 代替糧食來配制培養(yǎng)基。 3滅菌：思考： 發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個發(fā)酵過程中不能混入雜菌。這是為什么呢？那如何防止雜菌的污染呢？怎樣才算滅菌徹底呢？答：在發(fā)酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形成競爭關(guān)系，對發(fā)酵過程造成不良影響；要在發(fā)酵前對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)施進行嚴格的滅菌處理； 用高溫、高壓的方式，殺死所有雜菌的胞體、芽孢和孢子 4擴大培養(yǎng)和接種： 思考：如何對菌種進行擴

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