《发酵工程》课件3

$number{01}《发酵工程全套》ppt课件目录发酵工程简介发酵工程的基本原理发酵工艺流程发酵工程中的设备与仪器发酵工程中的问题与解决策略发酵工程的前沿技术与发展趋势01发酵工程简介123发酵工程定义代谢过程微生物通过酶的作用将有机物质转化为能量和细胞物质的过程。发酵工程利用微生物的代谢过程，通过现代工程技术手段，生产出人类所需产品的工业过程。微生物具有高度多样性和适应性的生物，包括细菌、酵母、霉菌等。19世纪末工业微生物学和生物化学的建立，为发酵工程的发展奠定了基础。古代酿造技术人类最早利用发酵技术的实例，如酿酒、制酱等。20世纪50年代随着抗生素的发现和生产，发酵工程进入快速发展阶段。现代基因工程、蛋白质工程和代谢工程等新兴技术的引入，推动发酵工程不断创新和发展。发酵工程的历史与发展生物能源食品工业抗生素生产发酵工程的应用领域利用微生物发酵生产抗生素，用于治疗各种疾病。利用微生物发酵生产乙醇、丁醇等生物燃料，替代化石能源。生产面包、啤酒、酸奶等食品，改善食品品质和口感。02发酵工程的基本原理根据微生物的形态、遗传、生态等特点，将微生物分为细菌、放线菌、霉菌、酵母菌等。微生物的分类不同种类的微生物具有不同的生理特性，如好氧或厌氧、耐酸或耐碱等，这些特性对发酵过程的选择和应用具有重要意义。微生物的生理特性微生物的种类与特性气相培养液体培养固体培养微生物的培养方法通过在气相环境中培养微生物，使微生物在气相和液相之间进行物质交换。通过在液体培养基中培养微生物，使微生物快速生长繁殖。通过在固体培养基上培养微生物，使微生物形成菌落。03产物生成速率描述产物生成速率的数学模型，包括产物浓度和产物生成速率之间的关系。01生长速率描述微生物生长速率的数学模型，包括菌体生长速率和产物生成速率。02底物消耗速率描述底物消耗速率的数学模型，包括底物浓度和底物消耗速率之间的关系。发酵动力学底物消耗在发酵过程中，底物被微生物消耗转化为代谢产物。产物生成在发酵过程中，微生物通过代谢过程生成目的产物。副产物生成在发酵过程中，除了目的产物外，还可能生成其他副产物。发酵过程中的物质变化03发酵工艺流程根据生产需要选择具有优良性状的菌株，通过诱变、基因工程等手段进行改良。采用低温、干燥、缺氧等方法，保持菌种活力和纯度，延长菌种使用寿命。菌种的选育与保藏菌种保藏菌种选育将保藏的菌种进行活化，并进行一定时间的培养，使其恢复活力。种子制备将活化后的菌种进行扩大培养，使菌体数量增加，满足发酵需求。种子扩大培养种子扩大培养发酵过程控制对温度、压力、溶氧、pH等发酵条件进行控制，保证发酵过程的顺利进行。发酵动力学研究发酵过程中菌体生长、底物消耗和产物形成的动态变化规律。发酵罐的类型与结构介绍不同类型发酵罐的特点与适用范围。发酵罐操作与控制采用萃取、沉淀、吸附等方法，从发酵液中分离出目标产物。产物提取产物精制副产物的利用对提取出的产物进行纯化，去除杂质，提高产品质量。对发酵过程中产生的副产物进行综合利用，提高经济效益。030201产物提取与精制04发酵工程中的设备与仪器用于扩大培养微生物种子，通常由不锈钢制成，具有加热、冷却和搅拌功能。种子罐用于大规模培养微生物，具有较大的容积和多种设计，以满足不同发酵过程的需求。发酵罐用于在体外模拟细胞生长环境，常用于生物反应器和药物开发。细胞培养器培养设备

分离设备离心机用于将微生物细胞与培养液分离，根据转速和离心力可分为不同的类型。过滤器用于过滤培养液中的杂质和微生物细胞，可分为深层过滤器和膜过滤器。萃取设备用于从发酵液中提取和纯化目标产物，包括但不限于萃取塔、混合澄清槽和离心萃取机。用于测量发酵液中目标产物的浓度，通过不同波长的光吸收特性进行定量分析。分光光度计用于分离和纯化目标产物，包括高效液相色谱仪和气相色谱仪等。色谱仪用于鉴定目标产物的分子结构和组成，提供准确的定性和定量信息。质谱仪分析仪器用于连接各种设备和仪器，实现液体和气体的输送和控制。管道与阀门传感器与控制器清洗与灭菌设备用于监测和控制发酵过程中的各种参数，如温度、压力、流量和pH等。用于清洗发酵设备和仪器，以及灭菌处理，确保无菌操作。其他辅助设备05发酵工程中的问题与解决策略菌种退化与保藏策略菌种退化菌种在传代过程中会逐渐失去原有的优良性状，导致发酵效率降低。保藏策略采用定期更换培养基、控制传代次数、低温或真空干燥等方法，保持菌种的优良性状。染菌原因发酵过程中可能由于空气、水、原料等带入杂菌，导致发酵失败。处理方法采用物理或化学方法杀灭杂菌，如过滤、紫外线杀菌、化学药剂等。发酵过程中的染菌处理根据产物的性质选择合适的提取方法，如沉淀法、萃取法、吸附法等。提取方法通过实验设计、条件优化等方法，提高产物提取的效率和纯度。优化策略产物提取的优化策略06发酵工程的前沿技术与发展趋势基因工程菌的构建基因工程菌在发酵中的应用基因工程菌的优势基因工程菌的挑战基因工程菌的构建与应用具有更高的代谢活力和产物合成能力，可降低生产成本，提高产率。存在安全性问题，如基因污染、生态风险等，需要加强监管和评估。利用基因工程技术对微生物进行遗传改造，以获得具有特定代谢能力的菌株。基因工程菌可用于生产各种高附加值产品，如抗生素、氨基酸、有机酸等。通过连续进料和出料的方式，使微生物在恒定的生长环境中进行发酵。连续发酵技术通过优化培养条件，提高微生物的细胞密度和产物浓度。高密度发酵技术适用于大规模工业化生产，可提高生产效率和降低能耗。连续发酵与高密度发酵技术的应用需要解决发酵过程中的菌种退化、产物抑制等问题，以及设备设计和操作难度。连续发酵与高密度发酵技术的挑战连续发酵与高密度发酵技术代谢工程与合成生物学在发酵工程中的应用代谢工程通过调节微生物代谢途径，提高产物的合成效率和产量。合成生物学利用基因编辑技术构建人工生物系统，实现新产品的设计和生产。代谢工程与合成生物学在发酵工程中的应用案例如提高乙醇产量的酵母菌株、生产人造肉的人工细胞等。面临的挑战需要深入了解微生物代谢机制和基因调控原理，同时面临伦理和法规的限制。新型分离技术及设备在产物提取中的应用新型分离技术如膜分离、萃取、吸附等，用于高