工业微生物前言

工业微生物前言第1页，课件共49页，创作于2023年2月BasisofCourseGrade教学课程的学生成绩评定办法采取“631制”即：期末考试成绩占60%，（开卷）两篇小论文30%，学习态度(考勤、参与讨论和辅导答疑等)占10%成绩组成第2页，课件共49页，创作于2023年2月内容安排1.绪论（4学时）2.工业微生物中常用的微生物（2学时）3.白酒的起源和发展（4学时）4.小曲和麸曲生产工艺（2学时）5.大曲生产工艺（2学时）6.酱香型白酒生产工艺（2学时）7.浓香型白酒生产工艺（2学时）8.兼香型白酒生产工艺（2学时）9.白酒的香味与风格（4学时）10.白酒的陈酿与评酒（4学时）11酒精工艺学（4学时）12其他酒工艺学（4学时）

第3页，课件共49页，创作于2023年2月第4页，课件共49页，创作于2023年2月Additionalreferencebooks第5页，课件共49页，创作于2023年2月学习方法（对不同爱好的同学有不同的要求）被动自学：在老师的要求下看书，或做作业。一般性自学：养成了学习书本的习惯，上课前预习。主动自学：感觉到自己的知识不足，寻找相关资料。创新性自学：质疑所学的内容，提出问题并解决问题。第6页，课件共49页，创作于2023年2月第一章序言一、工业微生物学的定义和发展史1工业微生物学IndustrialMicrobiology的定义：

Industrialmicrobiologyistheuseofmicroorganismstomakesomethingwewantorpreventionofthemfrommakingsomethingwedonotwant.

第7页，课件共49页，创作于2023年2月Thestudy,utilization,andmanipulationofthosemicroorganismscapableofeconomicallyproducingdesirablesubstancesorchangesinsubstances,andthecontrolofundesirablemicroorganisms.第8页，课件共49页，创作于2023年2月2.工业微生物生产的主要产品调味品类：酱油，醋发酵食品：豆豉，淹菜泡菜，酸奶等酒类：啤酒白酒酒精黄酒米酒酶制剂：淀粉酶蛋白酶激酶类等有机酸：柠檬酸衣康酸抗生素类：青霉素链霉素四环素利福平氨基酸类：谷氨酸赖氨酸核苷类：肌苷、鸟苷、维生素：维生素C（抗坏血酸）、维生素B12菌体产品：活性干酵母单细胞蛋白（SCP）基因工程产品：防御素胰岛素抗菌肽第9页，课件共49页，创作于2023年2月3.微生物发酵技术

1857年法国化学家、微生物家巴斯德提出了著名的发酵理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结果。”

巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用；酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟；随着科学技术的发展，可以用加热处理等方法来杀死有害的微生物，防止酒发生质变。

同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的发酵产品。

第10页，课件共49页，创作于2023年2月3.1

微生物发酵的定义1)、传统发酵2)、生化和生理学意义的发酵3)、工业上的发酵第11页，课件共49页，创作于2023年2月1)、传统发酵

最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。第12页，课件共49页，创作于2023年2月2)、生化和生理学意义的发酵指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。第13页，课件共49页，创作于2023年2月3)、工业上的发酵

泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程包括：a.厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。b.通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。第14页，课件共49页，创作于2023年2月3.2、发酵工业1).定义：是指利用生物的生命活动产生的酶，无机或有机原料进行酶加工，获得产品的工业。第15页，课件共49页，创作于2023年2月适宜的微生物保证或控制微生物进行代谢的各种条件进行微生物发酵的设备精制成产品的方法的设备2).获得发酵产品的条件第16页，课件共49页，创作于2023年2月4、发酵工业的发展历史天然发酵阶段纯培养技术的建立：巴斯德，科赫等。人为地控制微生物的发酵进程。通气搅拌发酵技术的建立：青霉素的生产——深层培养代谢控制发酵技术：微生物进行甾体化合物的转化，Glu和Lys发酵生产。对微生物具有高度专一性的酶反应作为合成手段的一部分加以利用，进行合理的代谢。第17页，课件共49页，创作于2023年2月开拓发酵原料时期：石油发酵，纤维素和木质素等基因工程阶段：采用酶学的方法，将不同来源的DNA进行体外重组，再把重组DNA设法转入受体细胞内，并进行繁殖和遗传下去。人们能够根据自己的意愿将微生物以外的基因元件导入微生物细胞中，从而达到定向地改变生物性状与功能创新的物种，使发酵工业能够生产出自然界微生物所不能合成的产物。第18页，课件共49页，创作于2023年2月4.1史前期酿酒、酱、醋以及烘制面包等我国古代的酿酒作坊（汉代画像）古埃及人酿制啤酒的场面第19页，课件共49页，创作于2023年2月公元前4000-3000，古埃及酒、醋公元前2000，古希腊用葡萄酿造葡萄酒公元前1000我国制黄酒传统法生产的产品有饴糖，酱、酱油、泡菜等第20页，课件共49页，创作于2023年2月

4.2初创期（微生物学的启蒙时期——形态学期）列文虎克（1632-1723）用显微镜发现了微生物。巴斯德（1822-1895）证明酒精发酵由酵母菌进行。柯赫（Robertkoch1843-1910）建立了纯培养技术。简单发酵罐的发明，开始发酵生产酒精、丙酮、丁酮、有机酸和酶制剂等。第21页，课件共49页，创作于2023年2月4.3深层培养技术1929年发现点青霉（Penicilliumnotatum）特异青霉产生的青霉素1945年大规模投入生产。抗生素的种类增加，如链霉素、氯霉素、金霉素、等数量增加效价提高青霉素从40u/ml–90000u/ml发酵罐的完善建立了深层培养技术第22页，课件共49页，创作于2023年2月霉菌菌落周围出现抑制萄葡球菌生长的抑制现象产黄青霉菌落细菌生长抑制区域正常细菌生长区域Fleming发现青霉素第23页，课件共49页，创作于2023年2月大型发酵罐搅拌装置第24页，课件共49页，创作于2023年2月4.4现代微生物学阶段特点：1、微生物学与生物化学、遗传学等学科的联系非常紧密，由此诞生了新学科—分子生物学；2、微生物学与工程紧密联系，为微生物学的实际运用打下前景.1953年Watson和Crick提出DNA双螺旋结构第25页，课件共49页，创作于2023年2月4.5基因工程产品发酵技术通过基因工程的手段，构建了高产的基因工程菌，使微生物产生出了本身不能产生的外源蛋白，以及动、植物和人类的生理活性蛋白。发酵的条件要求提高，特别是对供氧等的要求。胰岛素，生长激素，干扰素，细胞因子，多种单克隆抗体等。人肝细胞生成素(HPO)，贺福初生物反应器.第26页，课件共49页，创作于2023年2月工业微生物发展的主要阶段1.不认识利用2.认识利用3.物理化学方法诱变提高利用4.在分子水平上的改造利用第27页，课件共49页，创作于2023年2月5、发酵工业的范围1、以微生物细胞为产物的发酵工业2、以微生物代谢产物为产品的发酵工业3、以微生物酶为产品的发酵工业4、生物转化或修饰化合物的发酵工业5、微生物废水处理和其他第28页，课件共49页，创作于2023年2月微生物产物：微生物细胞，酶，药物活性物质，特殊化学物质和食品添加剂第29页，课件共49页，创作于2023年2月5.1生产微生物细胞物质定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的的产品的发酵工业，包括单细胞的酵母和藻类、担子菌，生物防治的苏云金杆菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率最高阶段，生长稳定期产量最高。第30页，课件共49页，创作于2023年2月5.2微生物酶发酵酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高产量。分类：胞内酶和胞外酶生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑制等调控作用的影响，在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面需给予注意。第31页，课件共49页，创作于2023年2月5.3微生物代谢产物发酵包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢产物。各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来自于中间代谢产物和初级代谢产物。第32页，课件共49页，创作于2023年2月5.4微生物的生物转化定义：是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位（基团）的作用，使它转变成结构相类似但具有更在经济价值的化合物。最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某一特定部位进行化学反应而形成的。第33页，课件共49页，创作于2023年2月5.5微生物特殊机能的利用利用微生物消除环境污染利用微生物发酵保持生态平衡微生物湿法冶金利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。第34页，课件共49页，创作于2023年2月发酵工业简介发酵食品有机酸氨基酸核酸类物质酶制剂医药工业（抗生素…）饲料工业（单细胞蛋白环境工程（废物处理）其它（冶金工业…）

FermentationIndustry

FermentedFoodsOrganicAcidsAminoAcidsNucleotidesEnzymesPharmaceutical(Antibiotics…)Feedstuff(eg.SCP)EnvironmentalApplication(WasteTreatment)Others(eg.Metallurgicalindustry)第35页，课件共49页，创作于2023年2月6、发酵工业的特征6.1发酵过程中的微生物作用1、发酵原料的选择及预处理2、微生物菌种的选育及扩大培养3、发酵设备选择及工艺条件控制：常温、常压。种子扩大培养和发酵采用不同的工艺。4、发酵产物的分离提取5、发酵废物的回收和利用第36页，课件共49页，创作于2023年2月6.2发酵的基本特点(1)发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。(2)微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。第37页，课件共49页，创作于2023年2月(3)发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件简单。(4)发酵对杂菌的污染的防治至关重要。反应必需在无菌条件下进行。(5)由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。第38页，课件共49页，创作于2023年2月(6)发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。(7)工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，并可以取得较显著的经济效益。(8)除利用微生物外，还可以用动植物细胞和酶，也可以用人工构建的遗传工程菌进行反应。第39页，课件共49页，创作于2023年2月7、发酵方法的类别与流程7.1类别：根据对氧的需要区分：厌氧和有氧发酵根据培养基物理性状区分：液体和固体发酵根据从微生物生长特性区分：分批发酵和连续发酵第40页，课件共49页，创作于2023年2月7.2发酵的流程空气空气净化处理保藏菌种斜面活化扩大培养种子罐主发酵碳源、氮源、无机盐等营养物质灭菌产物分离纯化成品第41页，课件共49页，创作于2023年2月7.3

工业发酵步骤和工艺流程(1)用作培养菌种及扩大生产的发酵罐的培养基的配制(2)培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌(3)将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发酵罐中(4)将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成代谢产物(5)将产物抽提并进行精制，以得到合格的产品(6)回收或处理发酵过程中产生的废物和废水第42页，课件共49页，创作于2023年2月菌种筛选摇瓶试验发酵罐试验第43页，课件共49页，创作于2023年2月7.4发酵原料的预处理原料不同处理方法也有所差异。1.淀粉——利用前需变成糊精或葡萄糖方法：酸水解（高压、耐酸）、酶水解法2.糖蜜——加热杀菌和用水冲稀，也可加酸处理后再补充无机盐3.碳氢化合物：石油脱蜡——一定馏分的石油经冷却脱蜡而获得的凝固点在-10℃的油，加入适量无机盐进行接种发酵第44页，课件共49页，创作于2023年2月7.5菌种斜面培养菌种：已有的优良生产菌种和选育的新菌种方法：一般都是由保存于冷冻管及砂土管或冰箱中的斜面菌种开始，在正式使用前要先转接到新鲜斜面培养基上活化后，再用于种子扩大培养。第45页，课件共49页，创作于2023年2月7.6

种子扩大培养扩大培养的方法可以根据需要采用固体培养或液体培养两级不同方式。固体种子扩大培养