第六章_发酵工程.ppt

第四章 发酵工程 第一节 发酵工程概况 第二节 微生物工业菌种与培养基 第三节 发酵操作方法与工艺控制 第四节 发酵产物的下游加工过程 第五节 发酵工程的应用 第六节　代谢调控和代谢工程 第七节 发酵与产物分离偶联 第一节 发酵工程概况 发酵工程的定义 发酵工程反应过程的特点 发酵工程的内容和发展 1.发酵工程的定义 发酵：利用微生物在有氧和无养条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程 发酵工程： 发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节。它将微生物学、生物化学和化学工程的基本原理有机地结合起来，是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术。由于它以培养微生物为主，所以又称微生物工程。 发酵产品：人干扰素、乙肝疫苗、心活素、红细胞生成素、血凝因子、青霉素酰化酶、成纤维细胞生长因子等等 2.发酵工程反应过程的特点 a.反应条件温和 b.原料来源广泛:原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，可以是农副产品、工业废水或可再生资源(植物秸秆、木屑等)，微生物本身能有选择地摄取所需物质。 c.反应以生命体的自动调节方式进行，若干个反应过程能够像单一反应一样，在单一反应器内很容易地进行 d.发酵产品多为小分子，但能很容易的生产出复杂的高分子化合物 e.高度选择性的进行复杂化合物在特定部位的反应 f.发酵液一般对生物体无害 g.易发生杂菌污染 h.通过菌种改良，可以利用原有设备较大幅度的提高生产水平 需注意的一些问题 1.副产物的产生，造成提取和精制的困难 2.活细胞的反应，细胞容易发生变异，影响反应物的生成率，不易控制 3准备工作量大，花费高 4.底物浓度不能过高，要使用较大反应器 5废水具有较高的BOD/COD(水质生物耗氧量和化学需氧量）,需进行处理 3.发酵工程的研究内容 内容：生产菌种的选育、发酵条件的优化与控制、反应器的设计及产物的分离、提取与精致等过程 有价值的发酵产物：微生物菌体本身；菌体代谢产物；菌体或酶系实现生物转化得到的产物 发酵工程的内容 发酵工程的内容是随着科学技术的发展而不断扩大和充实的。现代的发酵工程不仅包括菌体生产和代谢产物的发酵生产，还包括微生物机能的利用。其主要内容包括生产菌种的选育、发酵条件的优化与控制、反应器的设计及产物的分离、提取与精制等。 目前已具有生产价值的发酵类型有微生物菌体发酵、微生物酶发酵、微生物代谢产物发酵、微生物的转化发酵和生物工程细胞的发酵五种。 (一)微生物菌体发酵 微生物菌体发酵是以获得具有某种用途菌体为目的的发酵。 比较传统的菌体发酵工业，有用于面包制作的酵母发酵及用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白发酵两种类型。新的菌体发酵可用来生产一些药用真菌，如香菇类、依赖虫蛹而生存的冬虫夏草菌、与天麻共生的密环菌以及从多孔菌科的茯苓菌获得的名贵中药茯苓和担子真菌的灵芝等药用菌。这些药用真菌可以通过发酵培养的手段来生产出与天然产品具有同等疗效的产物。有的微生物菌体还可用做生物防治剂，如苏云金杆菌、蜡样芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌，其细胞中的伴孢晶体可毒杀鳞翅目、双翅目的害虫。丝状真菌的白僵菌、绿僵菌可防治松毛虫等。所以，某些微生物的剂型产品，可制成新型的微生物杀虫剂，应用于农业生产中。因此，菌体发酵工业还包括微生物杀虫剂的发酵。 (二)微生物酶发酵 酶普遍存在于动物、植物和微生物中。最初，人们都是从动物、植物的组织中提取酶，但现在，工业应用的酶大多来自微生物发酵。 微生物酶制剂有广泛的用途。食品和轻工业中常用到微生物酶制剂，如微生物生产的淀粉酶和糖化酶用于生产葡萄糖，氨基酰化酶拆分氨基酸等。酶也用于医药生产和医疗检测中，如青霉素酰化酶用来生产半合成青霉素所用的中间体6—氨基青霉烷酸，胆固醇氧化酶用于检查血清中胆固醇的含量，葡萄糖氧化酶用于检查血中葡萄糖的含量等，角蛋白酶(keratinase)有助于伤口去痂和上皮再生，角蛋白酶还用于皮革脱毛鞣制、配制润肤露、浴皂、洗发水和脱毛膏等美容品。因此角蛋白酶是外科手术后刀口缝合不留痂、烧伤病人上皮再生的特效药，也是皮革鞣制和美容美发的主要生化原材料等。 (三)微生物代谢产物发酵 微生物代谢产物的种类很多，已知的有37个大类下表，其中16类属于药物。在菌体对数生长期所产生的产物，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、糖类等，是菌体生长繁殖所必需的，这些产物叫做初级代谢产物。许多初级代谢产物在经济上有相当的重要性，分别形成了各种不同的发酵工业。在菌体生长静止期，某些菌体能合成一些具有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等。这些产物与菌体生长繁殖无明显关系，因而称为次级代谢产物。次级代谢产物多为低分子量化合物，但其化学结构类型多种多样，据不完全统计多达47类，其中抗生素的结构类型，按相