《微生物发酵技术》课件.ppt
微生物发酵技术发酵技术作为生物工程重要分支应用于食品、医药、环保等领域历史悠久但仍处于快速发展阶段
课程内容结构1基础理论微生物学基础2工艺技术培养基、灭菌、发酵控制3产业应用食品、医药、环保领域案例4前沿进展新技术、可持续发展趋势
微生物发酵技术定义传统定义利用微生物代谢获取有用产物的过程现代扩展包含基因工程菌株和人工智能优化控制与生物反应器关系发酵技术的工程化实现载体
微生物基础知识原核微生物细菌、放线菌结构简单生长迅速真核微生物酵母、霉菌细胞结构复杂发酵能力强
微生物的代谢类型有氧代谢需氧环境完全氧化底物厌氧代谢无氧环境不完全氧化化能自养型利用无机物获能异养型利用有机物获能
微生物生长曲线滞后期适应环境对数生长期快速繁殖稳定期生死平衡衰亡期养分耗尽
发酵类型分类液体发酵微生物悬浮生长固体发酵微生物附着固体基质生长分批发酵一次性添加培养基连续发酵持续添加培养基和排出产物
微生物发酵的历史演变1古代阶段酒、醋、奶制品经验生产2巴斯德时代发酵微生物学理论确立3抗生素时代青霉素工业化生产4现代生物技术基因工程与智能控制
发酵核心原理产物形成代谢产物积累代谢调控关键酶活性与表达底物转化碳氮源利用效率微生物生长菌体增殖与活性
常用发酵菌种酵母菌酒精发酵主力乳酸菌乳制品发酵核心曲霉菌有机酸生产能手芽孢杆菌酶制剂生产主力
发酵菌种的选育初级筛选目标性能评估诱变处理物理化学诱变3分子育种基因工程改造工业应用规模化性能验证
菌种保藏与活化液氮冷冻保藏-196°C长期保存冻干法保藏真空脱水制粉超低温冷冻-80°C生物冰箱斜面培养保藏常温短期保存
培养基配方要素要素类别主要成分功能碳源葡萄糖、蔗糖能量来源氮源蛋白胨、酵母膏合成蛋白质原料无机盐磷酸盐、硫酸盐提供矿物元素生长因子维生素、氨基酸促进生长繁殖
培养基优化单因素实验单一变量考察正交实验多因素优化响应面法建立数学模型验证实验最优配方确认
消毒与灭菌技术高压蒸汽灭菌最常用过滤除菌适用热敏物质紫外线用于环境消毒
接种与无菌操作灭菌准备工具高温灭菌空气净化层流操作台接种操作火焰灭菌环境下传代密封保存防止外源污染
发酵工艺流程总览上游阶段菌种选育、种子培养发酵阶段控制条件下微生物培养下游阶段产物分离纯化与制剂
发酵罐结构与功能搅拌系统促进混合与氧传递温控系统保持最佳生长温度pH控制系统维持最适酸碱度通气系统提供氧气与排出代谢气体
通气与搅拌原理通气作用提供氧气排出代谢废气调节罐内温度搅拌功能均匀混合培养基增强氧传递效率悬浮微生物细胞
pH、温度调控温度控制夹套循环水/蒸汽调节pH监测在线pH电极实时测量pH调控酸碱自动加入系统参数记录数据采集软件追踪变化
泡沫控制技术泡沫产生原因蛋白质表面活性强搅拌通气条件机械控制法机械破泡器离心式泡沫分离器化学控制法消泡剂添加硅油、植物油
工艺监控与数据采集温度监测热电偶、PT100pH监测工业pH电极溶氧监测电极膜法数据处理SCADA系统
发酵动力学基础时间(h)菌体浓度产物浓度底物浓度菌体生长与产物形成动力学关系
批式与连续发酵工艺比较批式发酵一次性添加培养基周期性生产设备利用率低适合小批量多品种连续发酵持续添加培养基连续收获产物设备利用率高适合大批量单一产品
固体发酵原理与应用原理特点低水分条件真菌易生长传统应用酱油曲霉发酵豆瓣酱制作现代设备转鼓发酵器静态托盘发酵
液体发酵工厂流程图培养基配制配方优化与灭菌种子培养逐级扩大培养体积罐内发酵参数精确控制下游处理分离提纯与制剂
下游分离提纯技术固液分离离心、过滤去除菌体提取浓缩膜过滤、蒸发精制纯化色谱、结晶、沉淀制剂加工干燥、造粒、包装
发酵残渣资源化处理生物肥料富含有机质与养分饲料应用蛋白质来源能源化利用沼气发酵生产二次开发提取残留活性物质4
各类型发酵罐特点机械搅拌式混合效果好适用范围广气升式低剪切力气体循环驱动膜生物反应器高密度培养产物连续分离
典型工业发酵产品总览抗生素氨基酸有机酸酶制剂维生素其他
抗生素发酵技术专论1链霉素发酵链霉菌属产物青霉素发酵青霉菌次级代谢产物3头孢菌素发酵头孢菌属产生
氨基酸发酵技术谷氨酸发酵产品主要用于味精生产主要产菌株：谷氨酸棒杆菌赖氨酸发酵主要用于饲料添加剂产菌株：棒杆菌属苏氨酸发酵必需氨基酸代谢调控型发酵
有机酸发酵生产180万吨柠檬酸年产量主要由黑曲霉发酵生产120万吨乳酸年产量乳酸菌发酵生产7.5万吨琥珀酸年产量新兴生物基化学品
啤酒与白酒发酵工艺啤酒发酵酵母厌氧发酵麦芽糖转化为酒精低温发酵工艺白酒发酵混合微生物发酵淀粉质原料固态发酵为主
酶制剂发酵及应用淀粉酶应用于糖生产纤维素酶用于生物质转化蛋白酶用于洗涤剂
乳制品发酵技术酸奶发酵乳酸菌与双歧杆菌奶酪发酵特定菌种风味形成开菲尔发酵混合菌群发酵
食品发酵前沿进展功能性微生物益生菌与后生元研究定向发酵精准控制风味形成