发酵工程ppt
篇一：第二章 发酵原理 01.ppt.Convertor
第二章 发酵原理
请带着以下问题听课：
1.为什么说微生物是工业发酵的灵魂？
2. 微生物生命活动的3个假说；
3.发酵原理的研究内容；
4. 发酵学的基本理论框架。
微生物的特点：体积小；种类多；分布广；
繁殖快；
便于培养；
容易发生变异；
人工培养不受季节、地域的限制。
自主生存
独立存在
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工业发酵过程是微生物群体生命活动的动态过程，这个过程是五花八门、千变万化的。具体表现为种种多样性，譬如微生物种群的多样性、微生物营养类型的多样性、微生物培养条件的多样性、目的产物的多样性、微生物生长与目的产物生成的偶联方式的多样性等等。
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细胞
单细胞蛋白（白色食品，蓝色食品）
生物转化
结构复杂的有机产品（譬如甾醇的生物转化)
细胞的产物
酶（如葡萄糖异构酶等）
次级代谢产物（如抗生素）
初级代谢产物（如氨基酸）
能量代谢副产物（如乙醇）
中心代谢产物（如柠檬酸）
直接面向环境
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微生物细胞能自主生活和独立存在，因此微生物生物机器也就是微生物细胞机器，简称细胞机器。
“生物机器”是从机器衍生的新概念，生物机器是指由代谢能驱动的机器。现代发酵工程依靠微生物活细胞来完成发酵工厂生产线上不可缺少的加工（或转化）步骤，在这个意义上，微生物活细胞就是工业发酵生产线上不可缺少的微生物生物机器（或称细胞机器），是发酵工厂里关键的生产机器。
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工业发酵中的活细胞是储存了生物信息的自动化的细胞机器。细胞机器与普通意义上的机器不同，主要表现在以下三个方面：
① 细胞机器必须由其自供的代谢能（metabolic energy）直接驱动；
② 在发酵工厂的生产线上的细胞机器， 必须完成微生物细胞机器自身的“ 在线制造 ”（细胞增殖）和“ 生产运行 ”（目的产物的合成和输出）的双重任务；
③工业发酵的细胞机器来源于自然界的细胞（生产菌种从野生菌株育成），其细胞的构造原理和运行机制尚未完全掌握；而普通意义上的机器则完全是由人设计和制造的，因此是知根知底的。
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细胞机器与微生物细胞不同，
主要表现在以下方面：
①细胞机器是经过人改造或引导的、体现人的意志的细胞，而天然的微生物细胞则是经过自然竞争考验的；
②细胞机器一般要求有配套的环境条件才能实现其功能，而天然的微生物细胞相比之下对环境有较强的适应性；
③人对细胞机器的代谢调节机制已有一定的了解，而对天然的微生物细胞一般没有专一的了解；
④微生物细胞是生物学的概念， 细胞机器是工程学的概念。
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根据工业发酵的现状，把依靠化能异养型微生物合成某种最终被分泌到胞外的初级代谢产物的工业发酵，作为工业发酵的典型过程来研究，并把代谢研究的重点放在碳的代谢上，从而建立了细胞机器（发酵工厂里微生物生物机器）的工作的基本模
式。
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模型各部分的含义：
＊椭圆：细胞机器的界面
＊带箭头的曲线：载流路径及代谢主流
1.载流路径：由跨膜进入、向心途径、中心途径、离心途径、跨膜逸出五段途径依次首尾衔接而成。
2.物质代谢流：从原料到产品的物质流动轨迹。也可分成跨代谢网络的三大板块的相应的五段代谢流。
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从不同的角度研究微生物的生命活动，把现代生物学关于伴随能量形式的转换而发生的电子流动、物质流动以及信息流动这三种流动的观点引入发酵工程，提出了反映微生物生命运动客观规律的三个基本假说：代谢能支撑假说、代谢网络假说和细胞经济假说。
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微生物生命活动的三个基本假说：
①代谢能支撑假说：微生物细胞生命活动的驱动原理（微生物能学）
②代谢网络假说：代谢网络与代谢物流图（微生物第二解剖学）
③细胞经济假说：细胞经济运行与生存保障原理（细胞经济学）。
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代谢能支撑假设挑明了微生物生命活动的前提，即微生物细胞代谢能的持续供应问题；
代谢网络假设梳理了微生物生命活动的内容，具体了微生物细胞的能量、物质转化的关系；
细胞经济假设揭示微生物生命活动的经济管理原则，这些原则是人和微生物合作成功的基础。
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（一）发酵学第一假说 · 代谢能支撑假说
微生物是工业发酵的灵魂，没有微生物就没有工业发酵；微生物细胞的生命活动必须由代谢能来支撑（持续地供应代谢能），工业发酵必须由活的微生物细胞来支撑。因此，代谢能支撑假说确定了工业发酵的生物学属性。
代谢能支撑假说：
能直接推动生命活动（做细胞功）的能量形式叫做代谢能。微生物细胞依靠其自备的能量转换机构，把化学能或光能持续地转化成代谢能，并直接用来支撑其自身的生命活动。
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因为微生物细胞独立存在自主生存，微生物细胞的生命活动需要的代谢能要靠微生物细胞自己解决，其解决的办法就是用它自备的能量转换机构把其他形式的能量转化成代谢能。工业发酵的过程是依靠微生物细胞生命活动获得目的产物的过程，从根本上区别于化学合成工业和生化工业。
代谢能支撑假说提示：
工业发酵成功的底线是要有微生物的生命活动。
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学习、讨论要点：
①什么是“代谢能”？
②什么是“细胞功”？
③什么是“自备的能量转换机构”？
④支撑的含义是什么？
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（二）、发酵学第二假说 · 代谢网络假说
代谢网络假说描述了代谢网络的存在方式和代谢的双重功能，对碳架物质在微
生物细胞内的有序流动的现象做出了解释。
代谢网络假说：
代谢途径与输送系统在蛋白质水平上整合、在辅因子水平上协调而形成的横跨微生物活细胞内外的代谢网络，是可调节的、无尺度的网络，代谢网络作为一个整体来承担微生物细胞的物质代谢和能量代谢。
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由生化反应网络和跨膜输送系统组成的代谢网络既没有绝对的起点，也没有绝对的终点，可以认为代谢网络是类似于互联网的无尺度网络。对于工业发酵来说，代谢网络假设把代谢形象化为一个虚拟的网络——新原料和新产品开发的蓝图。
代谢网络假说提示：
工业发酵是可以操作的，开拓新产品和新原料是有理论根据的。
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讨论要点：
①什么是代谢网络？它有什么特点？
②为什么代谢网络是一个整体？
③代谢网络承担什么任务？
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（三）、发酵学第三假说 · 细胞经济假说
细胞经济假说阐述了微生物细胞为了生存和竞争而进行自身调整的保障机制。微生物是自然界长期进化的产物，它之所以能生存至今，自然有它的独特的优越性。在我们对微生物改造之前，它们自身已经形成了完整的细胞经济体系。
细胞经济假说：
微生物细胞是个远离平衡状态的不平衡的开放体系，是在物竞天择的基础上形成的细胞经济体系。细胞经济体系是微生物细胞生存的保障体系，它为细胞的适应性、经济性和代谢的持续性提供保障。
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篇二：现代食品微生物ppt整理
微生物的分离与纯化:从自然界或混有杂菌的培养体中将所需要的微生物提纯出来的获得纯培养的方法。
分离：从存在于自然界的混合菌群中分离出一种微生物，并加以培养。
选择培养分离：通过抑制大多数微生物的生长或者造成有利于该菌生长的环境，再通过稀释平板方法进行微生物纯培养的分离技术。
生长曲线：将少量单细胞的纯培养，接种到一恒定容积的液体培养基中，在适宜条件下培养，定时取样，测菌量。以培养时间为横坐标，以细菌增长数目的对数为纵坐标，绘制所得的曲线。
代时：单个细胞完成一次分裂所需要的时间。
产量常数：表示微生物对基质利用效率的高低，Y=菌体干重/消耗营养物质的浓度。
恒浊培养：在恒浊器内，调节培养基流速，使细菌培养液浊度保持恒定的连续培养方法。 恒化培养：以恒定流速使营养物质浓度恒定而保持细菌生长速率恒定的方法。
细胞固定化:是通过包埋法、微胶囊法、吸附法等将细胞固定在载体的内部或表面 ，加入营养液及合适的培养条件，得到代谢产物。
优点：可提供高密度的细胞；减少细胞的流失，反复利用；简化细胞与代谢产物的分离工艺。 缺点：成本高；易污染；物质传递阻力大；只能用于细胞分泌型产物的发酵。 同步培养法：能获得处于同一生长阶段的群体细胞的培养方法。
同步生长：运用同步培养技术，控制微生物生长，使之处于同一生长阶段并同时分裂。 高密度培养：指微生物在液体培养基中细胞群体密度超过常规培养10倍以上时的生长状态或培养技术。选取最佳培养基成分和各成分含量; 补料; 提高溶解氧的浓度; 防止有害代谢产物的生成。
灭菌：采用任何强烈理化因素使物体内外部的一切微生物永远丧失生长繁殖能力的措施。 杀菌：菌体虽死，形体尚存。
溶菌：菌体被杀死以后，细胞自溶、裂解而消失。
消毒：采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分的病原菌，而对被消毒的对象基本无害。
防腐：采用某种理化因素完全抑制微生物的生长繁殖（制菌作用）
化学治疗：指具有高度选择力（对病原菌具高度选择力而对其宿主基本无毒）的化学物质来抑制宿主体内的病原微生物的生长繁殖，达到治疗宿主疾病的目的的一种措施。
基因突变：指DNA特定部位上核苷酸顺序的变化，致使蛋白质的结构改变，最后导致个体表型不同。
表型：基因突变形成新的基因型在一定环境条件下表现出来的个体性状。
突变体：突变产生新表型的个体。
同义突变: DNA复制时，DNA链中某个碱基被另外一个碱基替代，但是不会影响到其所翻译的蛋白质的结构和功能。
无义突变: 由于某个碱基的改变使代表某种氨基酸的密码子突变为终止密码子，从而使肽链合成提前终止。
错义突变: 是编码某种氨基酸的密码子经碱基替换以后,变成编码另一种氨基酸的密码子,从而使多肽链的氨基酸种类和序列发生改变。
移码突变: 在基因编码区，核苷酸插入或缺失导致三联体密码子阅读方式的改变，从而使该基因的相应编码序列发生改变。
条件致死突变型：在野生型生物可生育或增殖的条件下，而不能生育或增殖的突变型，即需要特定的营养物质的营养缺陷型以外的突变型，称为条件致死突变型。
诱变：采用某些诱变剂以人工方法引起遗传物质结构改变，使其产生人类所需要的产品。 诱变剂：能使突变率提高到自发突变水平以上的物理、化学和生物因子。
诱发突变：用诱变剂产生新的突变，而是通过不同的方式提高突变率。
工业用微生物的基本要求?
（1）菌株为“纯培养”;（2）菌种具有稳定的遗传性;（3）菌株生长迅速
（4）产生目的产物时间短;（5）尽可能自我保护;（6）产物单一，易于分离 从土壤中采样分离：挖土—稀释—接种—培养分离
常用的分离培养基？
细菌：肉膏蛋白胨培养基
放线菌：高氏Ⅰ号培养基
真菌：马铃薯培养基;马丁氏培养基;查氏培养基
酵母：麦芽汁培养基
随机筛选法分离纯化微生物的方法
? 平皿划线分离法
? 倾注平皿稀释分离法
? 涂布平板法
? 液体分离法（适用于细胞较大的微生物。用液体培养基对菌液做10倍系列稀释，
使试管中只存在一个细胞，由此繁殖得到的后代必是纯培养。）
? 厌氧菌的的稀释分离法 （石蜡液封）
? 单细胞挑取法（采用显微分离法从混杂群体中直接分离单个细胞或单个个体进行培养以获得纯培养的方法。该方法要在显微镜下进行。这种方法要求操作人员技术熟练）
富集培养分离：创造特定的环境条件（温度、PH、紫外线、高压、光照、氧气、营养等），使仅适应于该条件的微生物生长旺盛，从而使其在群落中的数量大大增加。再通过稀释平板法分离纯化。
选择性分离技术：
1、 选择培养分离：分离特定微生物；抑制大多数微生物的生长或者造成有利于该菌生长的环境，再通过稀释平板方法进行纯培养；通过选择培养进行微生物纯培养分离的技术称为选择培养分离。
2、 富集培养分离：创造特定的环境条件（温度、PH、紫外线、高压、光照、氧气、营养等），使仅适应于该条件的微生物生长旺盛，从而使其在群落中的数量大大增加。再通过稀释平板法分离纯化。
微生物的筛选方法？
1、 初筛
方法：纸条测定法&纸条与平板结合测定法
试剂： pH指示剂；碳酸钙；胞外酶；抗生素
2、 复筛
? 微生物初筛鉴定
? 发酵培养基的选择
? 培养与发酵
微生物培养技术的发展
? 少量培养→大规模培养
? 浅层培养→厚层或深层液体培养
? 固体培养→液体培养
? 静止培养→通气搅拌液体培养
? 单批培养→连续培养到多级培养
? 分散→固定化细胞
? 野生菌种→突变、遗传工程菌种
? 单菌发酵→混菌发酵
? 低密度→高密度
? 人工控制发酵罐→多传感器、计算机在线控制的自动发酵
表面培养法
? 实验室进行表面培养常采用试管、扁瓶和培养皿。
? 浅盘培养
优点: 操作简便，设备简单，常用于实验室小规模培养。
缺点：（1）用于大规模生产的潜力很小；
（2）不便于对体系进行监测控制；
（3）不易于保持系统内环境条件的均一。
深层培养法
? 厚层通风培养
? 厌氧培养(滚管技术、厌氧手套箱)
? 摇瓶
? 大型发酵罐
生长曲线
（一）迟缓期（lag phase）
1.现象：活菌数没增加，曲线平行于横轴。
2.原因：由于细胞进入新环境,细胞数目无增长，甚至有所下降有一个适应过程，进行大量的酶（诱导酶）的生成。
3.细胞特点:细胞的新陈代谢非常旺盛，个体体积显著增大，为细胞分裂作准备。
4.此期长短：与菌种遗传特性、菌龄、接种量、培养条件有关。
5.意义：在实际工作中，缩短lag phase 的措施：
1）加大接种量（群体优势----适应性增强）
2）先用对数其的种子（此时细胞分裂旺盛）
3）调整培养基的成分，使种子基含有发酵培养基的成分
4）选用繁殖快的菌种
（二）对数期(log phase)
1.现象：细胞数目以几何级数增加，其对数与时间呈直线关系。
2.细胞特点：此时细胞的大小、组成、生理特征等均趋于一致，代谢活跃，生长速率高，代时稳定。
[代时Ｇ与菌种有关；受培养条件(温度、营养成分）的制约；
同一菌种在不同培养条件下代时不同 )]
３.意义：（１）代谢、生理研究的好材料 （２）生产中用其作种
(三)稳定期（stationary phase):
1.现象：活菌数目不增不减，生长速率趋于0,曲线有一下降的趋势。
2.特点:细胞的菌体形态典型，芽孢形成，细胞内开始贮藏物质。
3.出现原因：
1）营养物质大量消耗；2）有毒代谢产物大量积累；
3）外界条件影响（pH、高细胞浓度，氧化还原电位等）
4.意义
1） 发酵生产形成的重要时期（抗生素、氨基酸等），生产上应尽量延长此期， 提高产量，措施如下： 补充营养物质（补料）; 调pH;调整温度
2）稳定期细胞数目及产物积累达到最高。3）产量常数
（四）衰亡期
1. 现象：细胞死亡速率>生长速率。一般总菌数不变,活菌数曲线下降。
2. 特点：菌体变形，大小不一，细胞出现自溶,生理代谢活动停滞。
连续培养法
（一）恒浊培养 概念：在恒浊器内，调节培养基流速，使细菌培养液浊度保持恒定的连续培养方法。 原理：维持菌浓度不变。 特点：基质过量，菌以最高速率生长；但工艺复杂，烦琐。
（二）恒化培养 概念：以恒定流速使营养物质浓度恒定而保持细菌生长速率恒定的方法。 原理：恒化器中动态平衡的稳定性，是以某种生长限制因子（如碳、氮源；生长因子；无机盐等）的浓度来控制菌的生长速度。 特点：维持营养成分的低浓度，控制微生物生长速率。
连续培养的优点:
1、缩短发酵周期，提高设备的利用率；
2、便于自控。降低动力消耗及劳动强度；
3、产品均一；
连续培养的主要问题：
(1)随着操作时间的增加，染菌的机率增大。如提高培养温度、改变pH或原料等，可使杂菌不易生长。
(2)连续培养的另一个问题是在长期的培养中，菌种发生变异，引起生产能力下降。 获得同步生长的方法：
1. 机械法— 收集同样大小的细胞：①密度梯度离心法&②选择性滤膜法
2. 调整生理条件法：温度、光、限制因子等
例：温度开始很低，使其均处在仅活着的状态——升高温度——同步生长
3. 抑制ＤＮＡ生长法：加入代谢抑制剂，阻遏DNA复制——解阻遏——同步 中间补料培养
（1）有利于消除或减少因易被利用基质（如葡萄糖）引起的抑制作用的影响。
（2）使培养过程中的需氧量能适应培养设备的供氧能力。
（3）避免培养基中的有毒组分（如青霉素发酵中作为前体的苯乙酸）对培养的影响。
（4）中间补料可为实现高密度培养创造条件。
防腐方法及其在食品工业中的应用
● 低温：4摄氏度以下
● 缺氧：抽真空、充氮或二氧化碳、除氧剂
● 干燥：晒干、烘干或红外线干燥
● 高渗：盐腌
● 高酸度：泡菜发酵
● 高醇度
● 防腐剂：苯甲酸、对羟基甲酸甲脂等
几种常用的理化（高温）灭菌方法？
1. 干热灭菌法:火焰烧灼法、烘箱内热空气灭菌法
干热灭菌机理：细胞膜破坏，蛋白质变性和原生质干燥。
2. 湿热灭菌/消毒法
● 常压法
? 巴氏消毒法
? 煮沸消毒法：100下煮沸几分钟，饮用水消毒
? 间歇灭菌法
加压法
? 常规加压蒸汽灭菌法
? 连续加压蒸汽灭菌法
波动实验
影印培养试验
影响菌种生长发育的主要因素
? 培养基
? 培养基斜面制备技术
? 移种的密度
? 温度
? 湿度
? 药品的原材料质量
食品安全性指标应满足的条件
? 易于快速检测
? 易于从其他食品微生物中区分开来
? 有可检测到的致病菌的相关阶段
? 与相关致病菌同时存在
? 是一种其数量应与相关致病菌有关的微生物
? 具有与致病菌等同的生长要求和生长速率
? 具有类似于致病菌的死亡率，并且最好比相关致病菌更加稳定
? 除了可能含有的某一最小数量外，在对于致病菌开放的食物中数量较少 食品中影响微生物生长的内在因素
pH；含水量；氧化还原电位
营养成分（水分、能源、氮源、维生素及相关的生长因子、）矿物质；抗微生物成分 生物结构（丁香酚、大蒜素、肉桂醛、芥子油、乳铁蛋白、溶菌酶等） 食品中影响微生物生长的外在因素
? 贮藏的温度；环境的相对湿度
? 环境中的气体及其浓度（CO2的抑制作用随温度的降低而增加） ? 其他微生物及其活性（抗生素、细菌素、过氧化氢、有机酸
篇三：发酵工艺与设备教案
学院
教 课程名称：教师姓名：教师所在系部：
案
发酵工程
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教学进度计划表 第1页
学院教案 第2页
2
教学目的：
明确《发酵工艺学》的学习内容，建立发酵产品生产过程的整体理念，理解该课程在专业学习中的重要地位，激发学生的学习热情。掌握发酵、发酵工程、发酵工业的概念与特征、发酵工业发展简史，熟悉发酵工业范畴和生产流程，了解发酵工业的发展现状与趋向。 教学重点与难点：
重点：发酵、发酵工程、发酵工业的概念、发酵工业发展简史； 难点：发酵工业范畴和生产流程 教学方法与手段: 讲授法；讨论法
教学内容与课时分配：
（1）发酵与发酵工业的概念 20分钟 （2）发酵工程技术的发展简史20分钟 （3）发酵工业的特点与范围 25分钟 （4）发酵方法的类别与流程 25分钟 （5）发酵工业的现状与展望 25分钟 （6）《发酵工艺学》课程与专业学习的关系20分钟 教学方法：
教师提问——学生思考——教师讲授——习题，讲授时注意讲清重点及难点，同时注意要求学生对概念、原理的理解。
作业与思考：
1、名词解释：发酵、发酵工程、发酵工业
2、发酵工程技术经历的历史阶段与关键转折点是什么？ 3、工业发酵过程包括哪些主要工艺环节？ 教学后记：
学院教案第3页
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