第四章發(fā)酵工程及酶工程

1、微生物與發(fā)酵工程微生物與發(fā)酵工程微生物的類群微生物的類群無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)：病毒無(wú)細(xì)胞結(jié)構(gòu)：病毒有細(xì)胞結(jié)構(gòu)有細(xì)胞結(jié)構(gòu)真核生物真核生物微生物微生物細(xì)菌細(xì)菌放線菌放線菌藍(lán)藻藍(lán)藻支原體支原體衣原體衣原體 立克次氏體等立克次氏體等真菌：霉菌、酵母菌、真菌：霉菌、酵母菌、食用真菌食用真菌原生生物：顯微藻類、原生生物：顯微藻類、原生動(dòng)物等原生動(dòng)物等原核生物原核生物第一節(jié)第一節(jié) 原核微生物原核微生物一、細(xì)菌一、細(xì)菌1、形態(tài)、形態(tài)球狀球狀桿狀桿狀螺旋狀螺旋狀基本形態(tài)基本形態(tài)還有星形和方形細(xì)菌還有星形和方形細(xì)菌細(xì)細(xì)菌菌的的結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)擬核擬核質(zhì)粒含有抗藥性基因、固氮基因、抗生素生成基因質(zhì)粒含有抗藥性基因、固氮基因、抗生素生

2、成基因 細(xì)菌細(xì)菌DNADNA2 2、細(xì)菌的繁殖、細(xì)菌的繁殖二分裂二分裂少數(shù)進(jìn)行接合生殖，但頻率極低少數(shù)進(jìn)行接合生殖，但頻率極低細(xì)菌的二分裂3 3、菌落、菌落菌落：肉眼可見具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的子細(xì)胞群體菌落：肉眼可見具有一定形態(tài)結(jié)構(gòu)的子細(xì)胞群體 不同細(xì)菌的菌落具有不同特征，表現(xiàn)在菌落的大小、形不同細(xì)菌的菌落具有不同特征，表現(xiàn)在菌落的大小、形狀、光澤度、顏色、硬度透明度等方面。狀、光澤度、顏色、硬度透明度等方面。 菌落特征是鑒別菌種的主要依據(jù)。菌落特征是鑒別菌種的主要依據(jù)。菌落菌落有鞭毛細(xì)菌：大而扁平，邊緣成波狀或鋸齒狀。有鞭毛細(xì)菌：大而扁平，邊緣成波狀或鋸齒狀。無(wú)鞭毛細(xì)菌：較小較厚，邊緣整齊。無(wú)鞭

3、毛細(xì)菌：較小較厚，邊緣整齊。有莢膜細(xì)菌：菌落光滑。有莢膜細(xì)菌：菌落光滑。S S型型無(wú)莢膜細(xì)菌：菌落粗糙。無(wú)莢膜細(xì)菌：菌落粗糙。R R型型二、放線菌：放線菌的形態(tài)二、放線菌：放線菌的形態(tài)單細(xì)胞，菌體由菌絲構(gòu)成單細(xì)胞，菌體由菌絲構(gòu)成放線菌是具有菌絲、以孢子進(jìn)行繁殖的一類原核微生物。放線菌是具有菌絲、以孢子進(jìn)行繁殖的一類原核微生物。放線菌放線菌分布特點(diǎn)及與人類的關(guān)系分布特點(diǎn)及與人類的關(guān)系放線菌常以孢子或菌絲狀態(tài)極其廣泛地存在于自然界，放線菌常以孢子或菌絲狀態(tài)極其廣泛地存在于自然界，土壤中最多，其代謝產(chǎn)物使土壤具有特殊的泥腥味。土壤中最多，其代謝產(chǎn)物使土壤具有特殊的泥腥味。能產(chǎn)生大量的、種類繁多的抗生

4、素（其中能產(chǎn)生大量的、種類繁多的抗生素（其中90%90%由鏈霉菌由鏈霉菌產(chǎn)生）除青霉素和頭孢霉素等少數(shù)抗生素產(chǎn)生）除青霉素和頭孢霉素等少數(shù)抗生素少數(shù)寄生型放線菌可引起人、動(dòng)物少數(shù)寄生型放線菌可引起人、動(dòng)物（如皮膚、腦、肺和腳（如皮膚、腦、肺和腳部感染）部感染）的疾病。的疾病。繁殖：孢子生殖、孢子囊孢子、菌絲斷裂繁殖：孢子生殖、孢子囊孢子、菌絲斷裂營(yíng)養(yǎng)方式：腐生、寄生營(yíng)養(yǎng)方式：腐生、寄生三、支原體三、支原體：無(wú)細(xì)胞壁、最小的原核生物無(wú)細(xì)胞壁、最小的原核生物例：人的非典型性肺炎例：人的非典型性肺炎特點(diǎn)：能過細(xì)菌濾器；膜上含甾醇；對(duì)青特點(diǎn)：能過細(xì)菌濾器；膜上含甾醇；對(duì)青霉素、制霉菌素、紅霉素、四環(huán)素

5、敏感；霉素、制霉菌素、紅霉素、四環(huán)素敏感；革蘭氏陰性菌、無(wú)芽孢、無(wú)鞭毛；菌落呈革蘭氏陰性菌、無(wú)芽孢、無(wú)鞭毛；菌落呈油煎蛋形油煎蛋形繁殖：二分裂，少數(shù)菌絲斷裂或出芽繁殖：二分裂，少數(shù)菌絲斷裂或出芽四、古生菌：原核生物四、古生菌：原核生物包括：極端嗜鹽、嗜熱、嗜酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷包括：極端嗜鹽、嗜熱、嗜酸細(xì)菌和產(chǎn)甲烷細(xì)菌等細(xì)菌等細(xì)胞壁：有假肽聚糖、糖蛋白或蛋白質(zhì)構(gòu)成細(xì)胞壁：有假肽聚糖、糖蛋白或蛋白質(zhì)構(gòu)成細(xì)胞膜：細(xì)胞膜：1 1、膜中的親水頭與疏水尾通過醚鍵、膜中的親水頭與疏水尾通過醚鍵連接連接2 2、疏水尾是由異戊二烯的重復(fù)單位組成、疏水尾是由異戊二烯的重復(fù)單位組成 3 3、存在單分子層膜或單、雙分子層

6、混合膜、存在單分子層膜或單、雙分子層混合膜繁殖：裂殖、芽殖繁殖：裂殖、芽殖第二節(jié)第二節(jié) 真核微生物真核微生物 （真菌、微細(xì)藻類、原生動(dòng)物）（真菌、微細(xì)藻類、原生動(dòng)物）1 1、特點(diǎn)：具核膜；具線粒體、葉綠體等細(xì)、特點(diǎn)：具核膜；具線粒體、葉綠體等細(xì)胞器；能進(jìn)行有絲分裂胞器；能進(jìn)行有絲分裂2 2、營(yíng)養(yǎng)方式為異養(yǎng)。真菌無(wú)光合色素，異、營(yíng)養(yǎng)方式為異養(yǎng)。真菌無(wú)光合色素，異養(yǎng)方式復(fù)雜多樣。營(yíng)腐生、寄生（專性寄養(yǎng)方式復(fù)雜多樣。營(yíng)腐生、寄生（專性寄生、專性腐生、兼性寄生、兼性腐生、先生、專性腐生、兼性寄生、兼性腐生、先寄生后腐生寄生后腐生寄主死亡所致）或共生。寄主死亡所致）或共生。 3 3、無(wú)性生殖和有性生殖：

7、、無(wú)性生殖和有性生殖：4 4、具有細(xì)胞壁（絕大多數(shù)含有幾丁質(zhì)。也有的、具有細(xì)胞壁（絕大多數(shù)含有幾丁質(zhì)。也有的含纖維素和葡萄糖。黏菌的營(yíng)養(yǎng)體無(wú)細(xì)胞壁但含纖維素和葡萄糖。黏菌的營(yíng)養(yǎng)體無(wú)細(xì)胞壁但孢子具有壁；孢子具有壁；5 5、營(yíng)養(yǎng)體為單細(xì)胞或絲狀（具有單細(xì)胞真核結(jié)、營(yíng)養(yǎng)體為單細(xì)胞或絲狀（具有單細(xì)胞真核結(jié)構(gòu)的真菌，如酵母菌屬；具有無(wú)隔多細(xì)胞核多構(gòu)的真菌，如酵母菌屬；具有無(wú)隔多細(xì)胞核多分支菌絲結(jié)構(gòu)的真菌，如水霉屬；具有有隔有分支菌絲結(jié)構(gòu)的真菌，如水霉屬；具有有隔有細(xì)胞核有分支菌絲結(jié)構(gòu)的真菌，如子囊菌）等。細(xì)胞核有分支菌絲結(jié)構(gòu)的真菌，如子囊菌）等。酵酵母母菌菌單單細(xì)細(xì)胞胞真真菌菌結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)繁殖繁殖霉菌霉菌無(wú)

8、隔菌絲（毛霉、根霉）無(wú)隔菌絲（毛霉、根霉）有隔菌絲（青霉、曲霉）有隔菌絲（青霉、曲霉）細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)：三層細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)：三層繁殖方式：無(wú)性、有性繁殖方式：無(wú)性、有性 葡聚糖葡聚糖糖蛋白糖蛋白+ +葡聚糖葡聚糖幾丁質(zhì)微纖維幾丁質(zhì)微纖維第三節(jié)第三節(jié) 病毒和亞病毒病毒和亞病毒病毒界主要類群及其相互關(guān)系是：病毒界主要類群及其相互關(guān)系是： 病毒（真病毒）病毒（真病毒） 病毒界病毒界 朊病毒朊病毒( (蛋白質(zhì)侵染顆粒）蛋白質(zhì)侵染顆粒） 亞病毒亞病毒 擬病毒（類類病毒）也稱擬病毒（類類病毒）也稱病毒病毒 衛(wèi)星衛(wèi)星( (單鏈單鏈RNA) RNA) 類病毒（馬鈴薯紡錘體塊莖病單鏈環(huán)狀類病毒（馬鈴薯紡錘體塊莖病單鏈環(huán)狀

9、RNARNA）SARS病毒、禽流感病毒、病毒、禽流感病毒、典型病毒典型病毒粒的構(gòu)造粒的構(gòu)造基本成分基本成分核酸核酸位于中心，稱為核心位于中心，稱為核心蛋白質(zhì)蛋白質(zhì)包圍在核心周圍，形成衣殼包圍在核心周圍，形成衣殼核心和衣殼合稱核衣殼，為病毒的基本結(jié)構(gòu)。有些復(fù)核心和衣殼合稱核衣殼，為病毒的基本結(jié)構(gòu)。有些復(fù)雜的病毒在衣殼的外面包裹著一層由脂類、蛋白質(zhì)和雜的病毒在衣殼的外面包裹著一層由脂類、蛋白質(zhì)和多糖組成的囊膜。有的囊膜上還長(zhǎng)有刺突。多糖組成的囊膜。有的囊膜上還長(zhǎng)有刺突。病毒病毒病毒粒子并無(wú)個(gè)體的生長(zhǎng)過程，而只有其兩種基本成分病毒粒子并無(wú)個(gè)體的生長(zhǎng)過程，而只有其兩種基本成分的合成和裝配，即：的合成和

10、裝配，即： 核酸復(fù)制核酸復(fù)制+ +蛋白質(zhì)合成蛋白質(zhì)合成核蛋白（病毒粒子）核蛋白（病毒粒子）噬菌體的增殖一般可分五個(gè)階段，即噬菌體的增殖一般可分五個(gè)階段，即吸附吸附注入核酸注入核酸合成核酸和蛋白質(zhì)合成核酸和蛋白質(zhì)裝配裝配釋放釋放病毒繁殖病毒繁殖方式：復(fù)制增殖方式：復(fù)制增殖艾艾滋滋病病毒毒侵侵染染朊病毒（朊病毒（蛋白質(zhì)病毒）蛋白質(zhì)病毒） 朊病毒（朊病毒（PrionPrion）：存在于正常腦神經(jīng)細(xì)胞）：存在于正常腦神經(jīng)細(xì)胞中稱為細(xì)胞型粒子蛋白（中稱為細(xì)胞型粒子蛋白（ PrPPrPc c ）。正常的）。正常的PrPPrPc c 螺旋，在致病的螺旋，在致病的PrPPrPscsc變成變成 折疊結(jié)構(gòu)。折疊結(jié)

11、構(gòu)。并且不溶于水，能抗蛋白酶的水解。并且不溶于水，能抗蛋白酶的水解。感染感染性蛋白粒子。（羊搔癢病、瘋牛病、人的性蛋白粒子。（羊搔癢病、瘋牛病、人的庫(kù)魯病、克雅氏病）庫(kù)魯病、克雅氏病）類病毒：只有裸露的類病毒：只有裸露的RNARNA，沒有蛋白質(zhì)外殼。，沒有蛋白質(zhì)外殼。( (馬鈴薯紡錘形塊莖?。R鈴薯紡錘形塊莖病）一、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能一、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及其生理功能微生物所需的五大類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及功能微生物所需的五大類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及功能第四節(jié)第四節(jié) 微生物的營(yíng)養(yǎng)（非病毒）微生物的營(yíng)養(yǎng)（非病毒）微生物生長(zhǎng)需要的物質(zhì)微生物生長(zhǎng)需要的物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)要素營(yíng)養(yǎng)要素 碳源、氮源、能源、生長(zhǎng)因子、無(wú)機(jī)碳源、氮源、能源、生長(zhǎng)因子

12、、無(wú)機(jī)鹽、水鹽、水碳源碳源CO2CO2、碳酸鹽、碳酸鹽含碳有機(jī)物含碳有機(jī)物天然物質(zhì)：花生粉餅、石油天然物質(zhì)：花生粉餅、石油最常用是糖類最常用是糖類小分子有機(jī)物小分子有機(jī)物藍(lán)細(xì)菌、硝化細(xì)菌等自養(yǎng)微生物藍(lán)細(xì)菌、硝化細(xì)菌等自養(yǎng)微生物紅螺菌等異養(yǎng)微生物紅螺菌等異養(yǎng)微生物（甲烷和甲醇）（甲烷和甲醇） 甲烷氧化菌甲烷氧化菌大多數(shù)異養(yǎng)微生物大多數(shù)異養(yǎng)微生物合成微生物的細(xì)胞物質(zhì)和一些代謝產(chǎn)物；合成微生物的細(xì)胞物質(zhì)和一些代謝產(chǎn)物； 主要能源物質(zhì)（異養(yǎng)微生物）主要能源物質(zhì)（異養(yǎng)微生物）氮源氮源分子態(tài)氮分子態(tài)氮銨鹽、硝酸鹽銨鹽、硝酸鹽有機(jī)物：尿素、牛肉膏、蛋白胨有機(jī)物：尿素、牛肉膏、蛋白胨異養(yǎng)微生物（供能）異養(yǎng)微生

13、物（供能）固氮微生物固氮微生物合成蛋白質(zhì)、核酸以及含氮的代謝產(chǎn)物合成蛋白質(zhì)、核酸以及含氮的代謝產(chǎn)物最常用的最常用的氮源氮源無(wú)機(jī)物無(wú)機(jī)物氨氨能源能源有機(jī)碳：化能異養(yǎng)微生物有機(jī)碳：化能異養(yǎng)微生物NH4+NH4+、NO2-NO2-、S S、H H2 2、FeFe2 2+(+(化能化能自養(yǎng)微生物）自養(yǎng)微生物）光能：光合細(xì)菌光能：光合細(xì)菌無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)鹽構(gòu)成微生物細(xì)胞組成構(gòu)成微生物細(xì)胞組成作為酶的組成成分作為酶的組成成分調(diào)節(jié)和維持細(xì)胞的滲透壓調(diào)節(jié)和維持細(xì)胞的滲透壓作能源作能源微生物種類微生物種類生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因子需要量需要量腸膜乳狀桿菌腸膜乳狀桿菌胱氨酸胱氨酸5 g5 g白喉棒桿菌白喉棒桿菌-丙氨酸丙氨酸1.

14、5g1.5g破傷風(fēng)梭狀芽孢桿菌破傷風(fēng)梭狀芽孢桿菌尿嘧啶尿嘧啶0-4g0-4g阿拉伯聚糖乳桿菌阿拉伯聚糖乳桿菌泛酸泛酸0.02g0.02g糞鏈球菌糞鏈球菌葉酸葉酸200g200g干酪乳桿菌干酪乳桿菌生物素生物素1g1g幾種微生物所需的生長(zhǎng)因子幾種微生物所需的生長(zhǎng)因子生長(zhǎng)因子：微生物生長(zhǎng)不可缺少的微量有機(jī)物生長(zhǎng)因子：微生物生長(zhǎng)不可缺少的微量有機(jī)物種類：各種維生素、氨基酸、堿基等種類：各種維生素、氨基酸、堿基等來(lái)源：酵母膏、蛋白胨、動(dòng)植物組織提取液來(lái)源：酵母膏、蛋白胨、動(dòng)植物組織提取液功能：酶、核酸的組成成分功能：酶、核酸的組成成分 微生物生長(zhǎng)必需物質(zhì)微生物生長(zhǎng)必需物質(zhì)二、微生物的營(yíng)養(yǎng)類型二、微生物

15、的營(yíng)養(yǎng)類型營(yíng)養(yǎng)類型營(yíng)養(yǎng)類型能源能源氫的供體氫的供體基本碳源基本碳源微生物舉例微生物舉例光能自養(yǎng)型光能自養(yǎng)型光光無(wú)機(jī)物無(wú)機(jī)物二氧化碳二氧化碳藍(lán)細(xì)菌，綠藍(lán)細(xì)菌，綠硫細(xì)菌，藻硫細(xì)菌，藻類類光能異養(yǎng)型光能異養(yǎng)型光光有機(jī)物有機(jī)物二氧化碳及二氧化碳及簡(jiǎn)單有機(jī)物簡(jiǎn)單有機(jī)物紅螺菌紅螺菌化能自養(yǎng)型化能自養(yǎng)型無(wú)機(jī)物無(wú)機(jī)物* *無(wú)機(jī)物無(wú)機(jī)物二氧化碳二氧化碳 硝化細(xì)菌，硝化細(xì)菌，氫細(xì)菌、鐵氫細(xì)菌、鐵細(xì)菌細(xì)菌化能異養(yǎng)型化能異養(yǎng)型有機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物有機(jī)物絕大多數(shù)細(xì)絕大多數(shù)細(xì)菌和全部真菌和全部真核微生物核微生物培養(yǎng)基的配制原則培養(yǎng)基的配制原則1 1、目的要明確、目的要明確2 2、營(yíng)養(yǎng)要協(xié)調(diào)、營(yíng)養(yǎng)要協(xié)調(diào)濃度濃度(

16、 (過低、過高）過低、過高）碳源與氮源的比碳源與氮源的比培養(yǎng)基中所含的培養(yǎng)基中所含的C C源中源中C C原子的摩爾數(shù)原子的摩爾數(shù)/ N/ N源中源中N N原子的摩爾數(shù)原子的摩爾數(shù)例如：谷氨酸發(fā)酵例如：谷氨酸發(fā)酵C/N=4C/N=4：1 1 菌體大量繁殖，產(chǎn)生的谷氨酸少菌體大量繁殖，產(chǎn)生的谷氨酸少 C/N=3C/N=3：1 1 菌體繁殖抑制，產(chǎn)生的谷氨酸多菌體繁殖抑制，產(chǎn)生的谷氨酸多三、培養(yǎng)基三、培養(yǎng)基3 3、PhPh要適宜要適宜細(xì)菌：細(xì)菌：6.56.57.57.5放線菌：放線菌：7.57.58.58.5真菌：真菌：5 56 6根據(jù)物理性質(zhì)分類根據(jù)物理性質(zhì)分類種種 類類是否含凝固是否含凝固劑（瓊

17、脂）劑（瓊脂）用途用途固體培養(yǎng)固體培養(yǎng)基基 半固體培半固體培養(yǎng)基養(yǎng)基 液體培養(yǎng)液體培養(yǎng)基基 有有分離、計(jì)數(shù)分離、計(jì)數(shù)有有觀察運(yùn)動(dòng)、鑒定菌種觀察運(yùn)動(dòng)、鑒定菌種無(wú)無(wú)工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)種類種類成分成分用處用處合成培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基天然培養(yǎng)基已知化學(xué)已知化學(xué)物質(zhì)物質(zhì)玉米粉、玉米粉、牛肉膏牛肉膏分類、鑒定分類、鑒定工業(yè)生產(chǎn)工業(yè)生產(chǎn)根據(jù)化學(xué)成分分根據(jù)化學(xué)成分分根據(jù)用途分類根據(jù)用途分類種種 類類原理原理用途用途實(shí)例實(shí)例選擇培選擇培養(yǎng)基養(yǎng)基 鑒定培鑒定培養(yǎng)基養(yǎng)基 分離分離 微生物的特殊營(yíng)養(yǎng)微生物的特殊營(yíng)養(yǎng)要求或?qū)ζ淠郴瘜W(xué)、要求或?qū)ζ淠郴瘜W(xué)、物理因素抗性物理因素抗性 某種指示劑與某一某種指示劑與某一菌的無(wú)

18、色代謝產(chǎn)物菌的無(wú)色代謝產(chǎn)物發(fā)生顯色反應(yīng)發(fā)生顯色反應(yīng) 鑒別鑒別酵母菌、酵母菌、霉菌、金霉菌、金黃色葡萄黃色葡萄球菌球菌大腸桿大腸桿菌菌大腸桿菌可以被伊紅和美藍(lán)染成深紫色，并帶有金屬光澤大腸桿菌可以被伊紅和美藍(lán)染成深紫色，并帶有金屬光澤選擇培養(yǎng)基選擇培養(yǎng)基 加入青霉素的培養(yǎng)基加入青霉素的培養(yǎng)基 分離酵母菌、霉菌等真菌分離酵母菌、霉菌等真菌 加入高濃度食鹽的培養(yǎng)基加入高濃度食鹽的培養(yǎng)基 分離金黃色葡萄球菌分離金黃色葡萄球菌 不加氮源的無(wú)氮培養(yǎng)基不加氮源的無(wú)氮培養(yǎng)基 分離自生固氮菌分離自生固氮菌 不加含碳有機(jī)物的無(wú)碳培養(yǎng)基不加含碳有機(jī)物的無(wú)碳培養(yǎng)基 分離自養(yǎng)型微生物分離自養(yǎng)型微生物 加入青霉素等抗生素

19、的培養(yǎng)基加入青霉素等抗生素的培養(yǎng)基 分離導(dǎo)入了目的基因的受體細(xì)胞分離導(dǎo)入了目的基因的受體細(xì)胞 加入氨基喋呤、次黃嘌呤和胸腺嘧啶核苷的培養(yǎng)基加入氨基喋呤、次黃嘌呤和胸腺嘧啶核苷的培養(yǎng)基 分離雜交瘤細(xì)胞分離雜交瘤細(xì)胞第五節(jié)第五節(jié) 微生物的代謝微生物的代謝微生物代謝微生物代謝: : 微生物細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的全部化學(xué)反應(yīng)微生物細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的全部化學(xué)反應(yīng)發(fā)酵乳糖的細(xì)菌在發(fā)酵乳糖的細(xì)菌在1 1小時(shí)內(nèi)可分解其自重小時(shí)內(nèi)可分解其自重100010000100010000倍的乳糖。倍的乳糖。產(chǎn)朊假絲酵母合成蛋白質(zhì)的能力比大豆產(chǎn)朊假絲酵母合成蛋白質(zhì)的能力比大豆強(qiáng)強(qiáng)100100倍，比食用牛強(qiáng)倍，比食用牛強(qiáng)1010萬(wàn)倍萬(wàn)倍資料

20、資料1.1.若干微生物和動(dòng)物、植物組織的呼吸速率若干微生物和動(dòng)物、植物組織的呼吸速率生物材料生物材料消耗消耗O O2 2ul/mgul/mg生物干重生物干重/h/hazotobacterazotobacter固氮菌固氮菌20002000AcetobacterAcetobacter醋桿菌醋桿菌18001800面包酵母面包酵母110110腎和肝組織腎和肝組織10-2010-20根和葉組織根和葉組織0.5-40.5-4代謝特點(diǎn)代謝特點(diǎn) 微生物代謝旺盛的原因：微生物代謝旺盛的原因：利：生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)周期短利：生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)周期短弊：有害微生物已給人類帶來(lái)?yè)p失和災(zāi)害。弊：有害微生物已給人類帶來(lái)?yè)p失和

21、災(zāi)害。結(jié)論：代謝旺盛結(jié)論：代謝旺盛體積小，面積大。相對(duì)表面積大。體積小，面積大。相對(duì)表面積大。 （有利于吸收、排泄和信息的交換）（有利于吸收、排泄和信息的交換）微生物的代謝產(chǎn)物：微生物的代謝產(chǎn)物：微生物代謝的調(diào)節(jié)微生物代謝的調(diào)節(jié) 在用葡萄糖和乳糖作碳源的培養(yǎng)基上培在用葡萄糖和乳糖作碳源的培養(yǎng)基上培養(yǎng)大腸桿菌，開始時(shí)，大腸桿菌只能利養(yǎng)大腸桿菌，開始時(shí)，大腸桿菌只能利用葡萄糖而不能利用乳糖，只有當(dāng)葡萄用葡萄糖而不能利用乳糖，只有當(dāng)葡萄糖被消耗完畢以后，大腸桿菌才開始利糖被消耗完畢以后，大腸桿菌才開始利用乳糖。用乳糖。分解葡萄糖的酶是大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)一直存在分解葡萄糖的酶是大腸桿菌細(xì)胞內(nèi)一直存在的酶的

22、酶分解乳糖的酶是在乳糖誘導(dǎo)下合成的酶分解乳糖的酶是在乳糖誘導(dǎo)下合成的酶 微微生生物物中中的的酶酶組成酶組成酶 細(xì)胞中始終存在的酶細(xì)胞中始終存在的酶誘導(dǎo)酶誘導(dǎo)酶 環(huán)境中某種物質(zhì)誘導(dǎo)下環(huán)境中某種物質(zhì)誘導(dǎo)下產(chǎn)生的酶（誘導(dǎo)物：該酶的底物）產(chǎn)生的酶（誘導(dǎo)物：該酶的底物）資料資料 谷氨酸棒狀桿菌能夠利用谷氨酸棒狀桿菌能夠利用葡萄糖，經(jīng)過復(fù)雜的代謝葡萄糖，經(jīng)過復(fù)雜的代謝過程形成谷氨酸；但當(dāng)終過程形成谷氨酸；但當(dāng)終產(chǎn)物產(chǎn)物谷氨酸的合成過谷氨酸的合成過量時(shí)，就會(huì)抑制谷氨酸脫量時(shí)，就會(huì)抑制谷氨酸脫氫酶的活性，從而導(dǎo)致合氫酶的活性，從而導(dǎo)致合成途徑中斷。當(dāng)谷氨酸因成途徑中斷。當(dāng)谷氨酸因消耗而濃度下降時(shí)，抑制消耗而濃

23、度下降時(shí)，抑制作用就會(huì)被解除，該合成作用就會(huì)被解除，該合成反應(yīng)又重新啟動(dòng)。反應(yīng)又重新啟動(dòng)。 微生物細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)主要是通過控制微生物細(xì)胞代謝的調(diào)節(jié)主要是通過控制酶的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的酶的作用來(lái)實(shí)現(xiàn)的 調(diào)調(diào)節(jié)節(jié)類類型型酶合成調(diào)節(jié)酶合成調(diào)節(jié) 酶活性調(diào)節(jié)酶活性調(diào)節(jié) 通過酶分子結(jié)構(gòu)的改變來(lái)通過酶分子結(jié)構(gòu)的改變來(lái)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)變構(gòu)調(diào)節(jié)，可逆性變構(gòu)調(diào)節(jié)，可逆性 。 通過調(diào)節(jié)酶的合成進(jìn)而調(diào)通過調(diào)節(jié)酶的合成進(jìn)而調(diào)節(jié)代謝速率的調(diào)節(jié)機(jī)制節(jié)代謝速率的調(diào)節(jié)機(jī)制 ，是在遺傳學(xué)水平上發(fā)生的是在遺傳學(xué)水平上發(fā)生的 酶合成的調(diào)節(jié)和酶活性的調(diào)節(jié)的比較酶合成的調(diào)節(jié)和酶活性的調(diào)節(jié)的比較酶合成的調(diào)節(jié)酶合成的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)酶活性的調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)對(duì)象調(diào)

24、節(jié)對(duì)象調(diào)節(jié)機(jī)制調(diào)節(jié)機(jī)制特點(diǎn)特點(diǎn)意義意義誘導(dǎo)酶的合成誘導(dǎo)酶的合成酶的活性酶的活性對(duì)基因表達(dá)的對(duì)基因表達(dá)的調(diào)控調(diào)控反饋性調(diào)節(jié)反饋性調(diào)節(jié)間接、緩慢間接、緩慢快速、精細(xì)快速、精細(xì)避免物質(zhì)和能避免物質(zhì)和能量的浪費(fèi)量的浪費(fèi)避免代謝產(chǎn)物避免代謝產(chǎn)物的積累的積累微生物代謝的人工控制微生物代謝的人工控制 措施措施 改變微生物遺傳特性控制生產(chǎn)過程中改變微生物遺傳特性控制生產(chǎn)過程中的各種條件的各種條件 目的目的 獲得更多的代謝產(chǎn)物獲得更多的代謝產(chǎn)物黃黃色色短短桿桿菌菌合合成成賴賴氨氨酸酸過過程程怎樣使黃色短桿菌合成更多的賴氨酸？怎樣使黃色短桿菌合成更多的賴氨酸？需需要要產(chǎn)產(chǎn)品品賴賴氨氨酸酸 微生物代謝產(chǎn)物在生產(chǎn)中的

25、應(yīng)用微生物代謝產(chǎn)物在生產(chǎn)中的應(yīng)用 通過培養(yǎng)微生物，獲得微生物產(chǎn)生的各種通過培養(yǎng)微生物，獲得微生物產(chǎn)生的各種代謝產(chǎn)物，此過程稱為發(fā)酵。代謝產(chǎn)物，此過程稱為發(fā)酵。 發(fā)酵的類型發(fā)酵的類型培養(yǎng)基物理狀態(tài)：固體發(fā)酵、液體發(fā)酵培養(yǎng)基物理狀態(tài)：固體發(fā)酵、液體發(fā)酵生成產(chǎn)物：抗生素發(fā)酵、維生素發(fā)酵、生成產(chǎn)物：抗生素發(fā)酵、維生素發(fā)酵、第六節(jié)第六節(jié) 微生物的生長(zhǎng)及其控制微生物的生長(zhǎng)及其控制一、微生物的群體生長(zhǎng)：一、微生物的群體生長(zhǎng)：包括微生物的包括微生物的個(gè)體生長(zhǎng)和微生物的個(gè)體繁殖。個(gè)體生長(zhǎng)和微生物的個(gè)體繁殖。研究方法研究方法 以細(xì)菌為例以細(xì)菌為例將少量同種細(xì)菌接種將少量同種細(xì)菌接種到液體培養(yǎng)基中到液體培養(yǎng)基中容積

26、恒定容積恒定定期檢測(cè)培養(yǎng)基中細(xì)定期檢測(cè)培養(yǎng)基中細(xì)菌群體的生長(zhǎng)情況菌群體的生長(zhǎng)情況于適宜條件于適宜條件下培養(yǎng)下培養(yǎng)如何測(cè)如何測(cè)定？定？微生物生長(zhǎng)的測(cè)定方法微生物生長(zhǎng)的測(cè)定方法1 1、測(cè)微生物的細(xì)胞數(shù)目、測(cè)微生物的細(xì)胞數(shù)目（1 1）直接測(cè)數(shù)法）直接測(cè)數(shù)法 （2 2）比濁法）比濁法 （3 3）稀釋平板記數(shù)法）稀釋平板記數(shù)法 （4 4）液體稀釋培養(yǎng)記數(shù)法）液體稀釋培養(yǎng)記數(shù)法 2 2、測(cè)微生物的細(xì)胞重量、測(cè)微生物的細(xì)胞重量 （1 1）細(xì)胞干重）細(xì)胞干重 （2 2）總氮量測(cè)定法）總氮量測(cè)定法 （3 3）DNADNA測(cè)定法測(cè)定法 （4 4）代謝活性法）代謝活性法微生物群體生長(zhǎng)的規(guī)律微生物群體生長(zhǎng)的規(guī)律調(diào)調(diào)整

27、整期期對(duì)數(shù)期對(duì)數(shù)期穩(wěn)定期穩(wěn)定期衰亡期衰亡期細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線分析生長(zhǎng)曲線個(gè)階段的特點(diǎn)分析生長(zhǎng)曲線個(gè)階段的特點(diǎn)細(xì)胞分裂細(xì)胞分裂細(xì)胞數(shù)量細(xì)胞數(shù)量細(xì)胞代謝特點(diǎn)細(xì)胞代謝特點(diǎn)細(xì)胞形態(tài)特點(diǎn)細(xì)胞形態(tài)特點(diǎn)調(diào)調(diào)整整期期對(duì)數(shù)對(duì)數(shù)期期穩(wěn)穩(wěn)定定期期衰衰亡亡期期不分裂不分裂不增加不增加代謝活躍、大量代謝活躍、大量合成與細(xì)胞分裂合成與細(xì)胞分裂有關(guān)的物質(zhì)有關(guān)的物質(zhì)快速分裂快速分裂細(xì)胞呈細(xì)胞呈指數(shù)增長(zhǎng)指數(shù)增長(zhǎng)生理特征穩(wěn)定，生理特征穩(wěn)定，代謝旺盛代謝旺盛個(gè)體形態(tài)穩(wěn)定個(gè)體形態(tài)穩(wěn)定細(xì)胞增加數(shù)細(xì)胞增加數(shù)等于死亡數(shù)等于死亡數(shù)活菌數(shù)達(dá)活菌數(shù)達(dá)到最高峰到最高峰大量積累代謝大量積累代謝產(chǎn)物，特別是產(chǎn)物，特別是次級(jí)產(chǎn)物，營(yíng)次級(jí)產(chǎn)物，

28、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)減少養(yǎng)物質(zhì)減少（細(xì)菌）（細(xì)菌）形成芽孢形成芽孢細(xì)胞死亡細(xì)胞死亡數(shù)大于增數(shù)大于增加數(shù)加數(shù)活菌數(shù)下降活菌數(shù)下降菌體釋放菌體釋放代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物細(xì)胞多種形態(tài)，細(xì)胞多種形態(tài)，甚至畸形，開甚至畸形，開始解體始解體微生物生長(zhǎng)曲線的實(shí)踐意義微生物生長(zhǎng)曲線的實(shí)踐意義 處于對(duì)數(shù)期的細(xì)菌，生長(zhǎng)繁殖速率最快，代謝處于對(duì)數(shù)期的細(xì)菌，生長(zhǎng)繁殖速率最快，代謝旺盛旺盛生產(chǎn)上常用這個(gè)時(shí)期的細(xì)菌作為菌種，以縮短生產(chǎn)周期。生產(chǎn)上常用這個(gè)時(shí)期的細(xì)菌作為菌種，以縮短生產(chǎn)周期。 是科研的理想材料是科研的理想材料; ;是增值噬菌體的宿主最適菌齡是增值噬菌體的宿主最適菌齡縮短調(diào)整期縮短調(diào)整期: :以對(duì)數(shù)期細(xì)菌作為種子進(jìn)行接種以對(duì)數(shù)

29、期細(xì)菌作為種子進(jìn)行接種; ;適當(dāng)增大接適當(dāng)增大接種量種量; ;發(fā)酵培養(yǎng)基成分與種子培養(yǎng)基成分盡量接近發(fā)酵培養(yǎng)基成分與種子培養(yǎng)基成分盡量接近進(jìn)入穩(wěn)定期后，抗生素等代謝產(chǎn)物逐漸增多，生長(zhǎng)速進(jìn)入穩(wěn)定期后，抗生素等代謝產(chǎn)物逐漸增多，生長(zhǎng)速率下降到零率下降到零 如果適當(dāng)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，就有助于延長(zhǎng)穩(wěn)定如果適當(dāng)補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，就有助于延長(zhǎng)穩(wěn)定期、提高代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量期、提高代謝產(chǎn)物的產(chǎn)量 連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng) 連續(xù)培養(yǎng)的基本原則：微生物培養(yǎng)過程中不連續(xù)培養(yǎng)的基本原則：微生物培養(yǎng)過程中不斷的補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和以同樣的速率移出培養(yǎng)斷的補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和以同樣的速率移出培養(yǎng)物物應(yīng)用于應(yīng)用于乙醇、乙醇、丙酮、丙酮、丁醇的丁醇的生產(chǎn)

30、生產(chǎn)優(yōu)點(diǎn)：保證微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需要；優(yōu)點(diǎn)：保證微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的需要；排出部分有害代謝產(chǎn)物；使微生物保排出部分有害代謝產(chǎn)物；使微生物保持較長(zhǎng)時(shí)間的高速生長(zhǎng)；縮短發(fā)酵周持較長(zhǎng)時(shí)間的高速生長(zhǎng)；縮短發(fā)酵周期，提高設(shè)備利用率；便于自動(dòng)化管期，提高設(shè)備利用率；便于自動(dòng)化管理。理。缺點(diǎn)：雜菌污染和菌種退化缺點(diǎn)：雜菌污染和菌種退化二、影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素二、影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素 1 1、溫、溫 度度 （最適、最高、最低）（最適、最高、最低） 微生物生長(zhǎng)最旺盛時(shí)的溫度叫最適生長(zhǎng)溫度微生物生長(zhǎng)最旺盛時(shí)的溫度叫最適生長(zhǎng)溫度 在最適生長(zhǎng)溫度范圍內(nèi)在最適生長(zhǎng)溫度范圍內(nèi)微生物的生長(zhǎng)速率隨溫度的上升而加快微生物

31、的生長(zhǎng)速率隨溫度的上升而加快細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和核酸等發(fā)生了不可逆的破細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和核酸等發(fā)生了不可逆的破壞。壞。微生物的生長(zhǎng)速率會(huì)急劇下降微生物的生長(zhǎng)速率會(huì)急劇下降l超過最適生長(zhǎng)溫度以后超過最適生長(zhǎng)溫度以后影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素 2、pHpH 每種微生物的最適每種微生物的最適pHpH不同不同多數(shù)細(xì)菌：多數(shù)細(xì)菌：6.56.57.57.5；真菌：；真菌：5.05.06.06.0；放；放線菌：線菌：7.5-8.57.5-8.5。影響酶的活性，細(xì)胞膜的穩(wěn)定性等影響酶的活性，細(xì)胞膜的穩(wěn)定性等影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收等。影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收等。l超過最適超過最適pHpH范

32、圍以后范圍以后影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素影響微生物生長(zhǎng)的環(huán)境因素 3、氧氧 好氧型微生物好氧型微生物 厭氧型微生物厭氧型微生物 嚴(yán)格厭氧嚴(yán)格厭氧 兼性厭氧微生物兼性厭氧微生物多種細(xì)菌和大多數(shù)真菌多種細(xì)菌和大多數(shù)真菌某些鏈球菌等某些鏈球菌等某些產(chǎn)甲烷桿菌某些產(chǎn)甲烷桿菌酵母菌酵母菌三、有害微生物的控制三、有害微生物的控制消毒：利用某些理化因素，殺死物體內(nèi)外一切病原微生消毒：利用某些理化因素，殺死物體內(nèi)外一切病原微生物的措施，但對(duì)被消毒物體基本無(wú)害物的措施，但對(duì)被消毒物體基本無(wú)害滅菌：利用某些物化因素，殺死物體內(nèi)外一切微生物滅菌：利用某些物化因素，殺死物體內(nèi)外一切微生物的措施。的措施。防腐：利用某些物

33、化因素完全抑制或停止霉腐微生物防腐：利用某些物化因素完全抑制或停止霉腐微生物生長(zhǎng)的措施，以防止食品和其他物品的腐敗和霉變。生長(zhǎng)的措施，以防止食品和其他物品的腐敗和霉變?；煟豪镁哂懈叨冗x擇毒性的藥物抑制或殺死宿主化療：利用具有高度選擇毒性的藥物抑制或殺死宿主體內(nèi)病原微生物的措施，達(dá)到治療疾病的目的。體內(nèi)病原微生物的措施，達(dá)到治療疾病的目的。1、物理方法：、物理方法：（1）高溫：干熱滅菌、濕熱滅菌（水煮沸法、高壓）高溫：干熱滅菌、濕熱滅菌（水煮沸法、高壓 蒸汽鍋法）、巴斯德消毒法蒸汽鍋法）、巴斯德消毒法（2）低溫：冷藏法、冷凍法（冰箱、干冰、液氮）低溫：冷藏法、冷凍法（冰箱、干冰、液氮）（3）

34、輻射：紫外線、電離輻射、強(qiáng)可見光）輻射：紫外線、電離輻射、強(qiáng)可見光（4）干燥和滲透壓）干燥和滲透壓（5）過濾）過濾2、化學(xué)方法、化學(xué)方法（1）消毒劑（乙醇）消毒劑（乙醇）（2）防腐劑（甲醛）防腐劑（甲醛）控制有害微生物生長(zhǎng)的方法：控制有害微生物生長(zhǎng)的方法：（3 3）抗生素）抗生素抑制細(xì)胞壁合成：青霉素抑制細(xì)胞壁合成：青霉素破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)：多粘菌素破壞細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)：多粘菌素E E、段桿菌肽、段桿菌肽S S破壞細(xì)菌破壞細(xì)菌膜；制霉菌素、兩性霉素破壞真菌（外用）膜；制霉菌素、兩性霉素破壞真菌（外用）抑制蛋白質(zhì)合成：鏈霉素、卡那霉素、慶大霉素作抑制蛋白質(zhì)合成：鏈霉素、卡那霉素、慶大霉素作用于用于30S3

35、0S亞基；紅霉素、螺旋霉素作用于亞基；紅霉素、螺旋霉素作用于50S50S亞基亞基抑制核酸的合成：絲裂霉素抑制核酸的合成：絲裂霉素C C抑制抑制DNADNA復(fù)制；放線菌復(fù)制；放線菌素素D D抑制轉(zhuǎn)錄；利福平作用于抑制轉(zhuǎn)錄；利福平作用于RNARNA聚合酶聚合酶（4 4）抗代謝物：磺胺類藥物使細(xì)菌生長(zhǎng)因子葉酸組）抗代謝物：磺胺類藥物使細(xì)菌生長(zhǎng)因子葉酸組成成分對(duì)氨基苯甲酸的結(jié)構(gòu)類似物，可取代對(duì)氨基成成分對(duì)氨基苯甲酸的結(jié)構(gòu)類似物，可取代對(duì)氨基苯甲酸與二氫蝶酸合成酶結(jié)合，干擾葉酸的正常合苯甲酸與二氫蝶酸合成酶結(jié)合，干擾葉酸的正常合成，導(dǎo)致代謝混亂。成，導(dǎo)致代謝混亂。（5 5）、微生物的抗藥性）、微生物的抗

36、藥性抗藥菌株產(chǎn)生鈍化或分解藥物的酶；抗藥菌株中與抗藥菌株產(chǎn)生鈍化或分解藥物的酶；抗藥菌株中與藥物作用部位結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；抗藥菌株細(xì)胞膜通透藥物作用部位結(jié)構(gòu)發(fā)生改變；抗藥菌株細(xì)胞膜通透性發(fā)生改變性發(fā)生改變 第七節(jié)第七節(jié) 發(fā)酵工程簡(jiǎn)介發(fā)酵工程簡(jiǎn)介密閉式發(fā)酵罐密閉式發(fā)酵罐微生物學(xué)的奠基人微生物學(xué)的奠基人偉大的巴斯德偉大的巴斯德 我國(guó)的傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品醬油、醋、我國(guó)的傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品醬油、醋、腐乳等享譽(yù)世界腐乳等享譽(yù)世界 我國(guó)的釀酒已經(jīng)有我國(guó)的釀酒已經(jīng)有40004000多年的多年的歷史歷史 我國(guó)的醬油距今已有我國(guó)的醬油距今已有30003000年的年的歷史歷史 18571857年巴斯德證明發(fā)酵是由于年巴斯德證明發(fā)

37、酵是由于微生物的作用微生物的作用發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容 （一）發(fā)酵工程的概念（一）發(fā)酵工程的概念 采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某采用現(xiàn)代工程技術(shù)手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或者直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的一種新者直接把微生物應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)的一種新技術(shù)。技術(shù)。發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容（二）發(fā)酵工程的內(nèi)容（二）發(fā)酵工程的內(nèi)容 菌種的選育菌種的選育 培養(yǎng)基的配制培養(yǎng)基的配制 滅菌滅菌 擴(kuò)大培養(yǎng)和接種擴(kuò)大培養(yǎng)和接種 發(fā)酵過程發(fā)酵過程 產(chǎn)品的分離提純等產(chǎn)品的分離提純等一、發(fā)酵工程的內(nèi)容 發(fā)酵是指利用微生

38、物制造工業(yè)原料或工業(yè)產(chǎn)品的過程。發(fā)酵是指利用微生物制造工業(yè)原料或工業(yè)產(chǎn)品的過程。根據(jù)各種微生物的特性，在有氧或無(wú)氧條件下利用生物根據(jù)各種微生物的特性，在有氧或無(wú)氧條件下利用生物催化催化 ( 酶酶 ) 的作用，將多種低值原料轉(zhuǎn)化成不同的產(chǎn)品的作用，將多種低值原料轉(zhuǎn)化成不同的產(chǎn)品的過程。如釀酒、制醬和醋等發(fā)酵技術(shù)古已有之。的過程。如釀酒、制醬和醋等發(fā)酵技術(shù)古已有之。 20 世紀(jì)世紀(jì) 40 年代中期美國(guó)抗菌素工業(yè)興起，大規(guī)模生產(chǎn)青年代中期美國(guó)抗菌素工業(yè)興起，大規(guī)模生產(chǎn)青霉素以及日本谷氨酸鹽霉素以及日本谷氨酸鹽 ( 味精味精 ) 發(fā)酵成功，大大推動(dòng)了發(fā)酵成功，大大推動(dòng)了發(fā)酵工程的發(fā)展。發(fā)酵工程的發(fā)展。

39、 70 年代以石油為原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋年代以石油為原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，使發(fā)酵工程從單一依靠碳水化合物白，使發(fā)酵工程從單一依靠碳水化合物 ( 淀粉淀粉 ) 向非碳向非碳水化合物過渡，從單純依靠農(nóng)產(chǎn)品發(fā)展到利用礦產(chǎn)資源，水化合物過渡，從單純依靠農(nóng)產(chǎn)品發(fā)展到利用礦產(chǎn)資源，如天然氣、烷烴等原料的開發(fā)。如天然氣、烷烴等原料的開發(fā)。 80 年代初基因工程發(fā)年代初基因工程發(fā)展，人們能按需要設(shè)計(jì)和培育各種工程菌，在大大提高展，人們能按需要設(shè)計(jì)和培育各種工程菌，在大大提高發(fā)酵工程的產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，節(jié)約能源，降低成本，使發(fā)酵工程的產(chǎn)品質(zhì)量的同時(shí)，節(jié)約能源，降低成本，使發(fā)酵技術(shù)實(shí)現(xiàn)新的革命。發(fā)酵技術(shù)實(shí)現(xiàn)新的革命。 微

40、生物菌體發(fā)酵微生物菌體發(fā)酵 這是以獲得具有某種用途的菌體為目的的發(fā)酵。這是以獲得具有某種用途的菌體為目的的發(fā)酵。傳統(tǒng)的菌體發(fā)酵工業(yè)：傳統(tǒng)的菌體發(fā)酵工業(yè)： 有用于面包制作的酵母發(fā)酵及用于人類或動(dòng)物食品有用于面包制作的酵母發(fā)酵及用于人類或動(dòng)物食品的微生物菌體蛋白發(fā)酵兩種類型。的微生物菌體蛋白發(fā)酵兩種類型。 微生物酶發(fā)酵微生物酶發(fā)酵 酶普遍存在于動(dòng)物、植物和微生物中。最初，人們酶普遍存在于動(dòng)物、植物和微生物中。最初，人們都是從動(dòng)、植物組織中提取酶，但目前工業(yè)應(yīng)用的酶都是從動(dòng)、植物組織中提取酶，但目前工業(yè)應(yīng)用的酶大多來(lái)自微生物發(fā)酵，因?yàn)槲⑸锞哂蟹N類多、產(chǎn)酶大多來(lái)自微生物發(fā)酵，因?yàn)槲⑸锞哂蟹N類多、產(chǎn)

41、酶的品種多、生產(chǎn)容易和成本低等特點(diǎn)的品種多、生產(chǎn)容易和成本低等特點(diǎn) 微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵 微生物代謝產(chǎn)物的種類很多，已知的有微生物代謝產(chǎn)物的種類很多，已知的有個(gè)大類個(gè)大類,其中類屬于藥物。其中類屬于藥物。 微生物的轉(zhuǎn)化發(fā)酵微生物的轉(zhuǎn)化發(fā)酵 微生物轉(zhuǎn)化是利用微微生物轉(zhuǎn)化是利用微生物細(xì)胞的一種或多種酶，把一種化合物轉(zhuǎn)變生物細(xì)胞的一種或多種酶，把一種化合物轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相關(guān)的更有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)物。成結(jié)構(gòu)相關(guān)的更有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)物。 生物工程細(xì)胞的發(fā)酵生物工程細(xì)胞的發(fā)酵 這是指利用生物工程技術(shù)所獲得的細(xì)胞，如這是指利用生物工程技術(shù)所獲得的細(xì)胞，如重組的重組的工程菌工程菌，細(xì)胞融合所得的，細(xì)胞融

42、合所得的雜雜交交細(xì)胞等進(jìn)行培養(yǎng)的新型發(fā)酵，其產(chǎn)物多種細(xì)胞等進(jìn)行培養(yǎng)的新型發(fā)酵，其產(chǎn)物多種多樣。多樣。 二、發(fā)酵工程與工藝控制1、發(fā)酵的一般過程、發(fā)酵的一般過程菌種的選育菌種的選育 要想通過發(fā)酵工程獲得在種類、產(chǎn)量和要想通過發(fā)酵工程獲得在種類、產(chǎn)量和質(zhì)量等方面符合人們要求的產(chǎn)品，最重質(zhì)量等方面符合人們要求的產(chǎn)品，最重要的是要有優(yōu)良的菌種。要的是要有優(yōu)良的菌種。怎樣才能得到怎樣才能得到優(yōu)良的菌種呢？?jī)?yōu)良的菌種呢？如果生產(chǎn)的是微生物直接如果生產(chǎn)的是微生物直接合成的產(chǎn)物合成的產(chǎn)物可以從自然界中先分離出相可以從自然界中先分離出相應(yīng)的菌種，再用物理或化學(xué)應(yīng)的菌種，再用物理或化學(xué)的方法使菌種產(chǎn)生突變，從的方

43、法使菌種產(chǎn)生突變，從突變個(gè)體中篩選出符合生產(chǎn)突變個(gè)體中篩選出符合生產(chǎn)要求的優(yōu)良菌種。要求的優(yōu)良菌種。如果生產(chǎn)的是一般微生物不能如果生產(chǎn)的是一般微生物不能合成的產(chǎn)品合成的產(chǎn)品 可用基因工程、細(xì)胞工程的方法可用基因工程、細(xì)胞工程的方法對(duì)菌種的遺傳特性進(jìn)行定向改造，對(duì)菌種的遺傳特性進(jìn)行定向改造，以構(gòu)建工程細(xì)胞或工程菌，從而以構(gòu)建工程細(xì)胞或工程菌，從而達(dá)到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的達(dá)到生產(chǎn)相應(yīng)產(chǎn)品的目的 培養(yǎng)基的配制培養(yǎng)基的配制 l1 1）根據(jù)不同的菌種，應(yīng)選擇不同的材料配制培）根據(jù)不同的菌種，應(yīng)選擇不同的材料配制培養(yǎng)基。配制的培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物在碳源、氮源、養(yǎng)基。配制的培養(yǎng)基應(yīng)滿足微生物在碳源、氮源、生長(zhǎng)因

44、子、水、無(wú)機(jī)鹽等方面的營(yíng)養(yǎng)要求，并為生長(zhǎng)因子、水、無(wú)機(jī)鹽等方面的營(yíng)養(yǎng)要求，并為微生物提供適宜的微生物提供適宜的pHpH。l（2 2）培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)要協(xié)調(diào)，以利于產(chǎn)物的合成。）培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)要協(xié)調(diào)，以利于產(chǎn)物的合成。l（3 3）培養(yǎng)基在滿足微生物的營(yíng)養(yǎng)需求的基礎(chǔ)上）培養(yǎng)基在滿足微生物的營(yíng)養(yǎng)需求的基礎(chǔ)上應(yīng)盡量降低生產(chǎn)成本，以得到更高的經(jīng)濟(jì)效益。應(yīng)盡量降低生產(chǎn)成本，以得到更高的經(jīng)濟(jì)效益。滅菌滅菌 發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，發(fā)酵工程所用的菌種大多是單一的純種，整個(gè)發(fā)酵過程中不能混入雜菌。這是為整個(gè)發(fā)酵過程中不能混入雜菌。這是為什么呢？什么呢？l在發(fā)酵過程中如混入其他微生物，將與菌種形在發(fā)酵過程中

45、如混入其他微生物，將與菌種形成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，對(duì)發(fā)酵過程造成不良影響。成競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，對(duì)發(fā)酵過程造成不良影響。l例如：如果在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌，例如：如果在谷氨酸發(fā)酵過程中混入放線菌，則放線菌分泌的抗生素就會(huì)使大量的谷氨酸棒則放線菌分泌的抗生素就會(huì)使大量的谷氨酸棒狀桿菌死亡。如果在青霉素生產(chǎn)過程中污染了狀桿菌死亡。如果在青霉素生產(chǎn)過程中污染了雜菌，這些雜菌則會(huì)分泌青霉素酶，將合成的雜菌，這些雜菌則會(huì)分泌青霉素酶，將合成的青霉素分解掉。青霉素分解掉。滅菌滅菌 那如何防止雜菌的污染呢？那如何防止雜菌的污染呢？l用高溫、高壓的方式，殺死所有雜菌的胞用高溫、高壓的方式，殺死所有雜菌的胞體、芽孢和孢子。體

46、、芽孢和孢子。 l要在發(fā)酵前對(duì)培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)施進(jìn)行要在發(fā)酵前對(duì)培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)施進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌處理。嚴(yán)格的滅菌處理。怎樣才算滅菌徹底呢？怎樣才算滅菌徹底呢？擴(kuò)大培養(yǎng)和接種擴(kuò)大培養(yǎng)和接種 如何得到發(fā)酵生產(chǎn)所需要的大量菌體來(lái)縮短如何得到發(fā)酵生產(chǎn)所需要的大量菌體來(lái)縮短生產(chǎn)周期呢？生產(chǎn)周期呢？l經(jīng)過多次的擴(kuò)大培養(yǎng)。經(jīng)過多次的擴(kuò)大培養(yǎng)。l擴(kuò)大培養(yǎng)是將培養(yǎng)到對(duì)數(shù)期的菌體分開，擴(kuò)大培養(yǎng)是將培養(yǎng)到對(duì)數(shù)期的菌體分開，分頭進(jìn)行培養(yǎng)，以促使菌體數(shù)量快速增分頭進(jìn)行培養(yǎng)，以促使菌體數(shù)量快速增加，能在短時(shí)間里得到大量的菌體。加，能在短時(shí)間里得到大量的菌體。如何對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)呢？如何對(duì)菌種進(jìn)行擴(kuò)大培養(yǎng)呢？擴(kuò)大培養(yǎng)和接種擴(kuò)

47、大培養(yǎng)和接種 擴(kuò)大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)有何不同呢？擴(kuò)大培養(yǎng)與發(fā)酵生產(chǎn)過程中的培養(yǎng)有何不同呢？l擴(kuò)大培養(yǎng)是為了讓菌體在短時(shí)期內(nèi)快速增殖，而發(fā)擴(kuò)大培養(yǎng)是為了讓菌體在短時(shí)期內(nèi)快速增殖，而發(fā)酵過程中的培養(yǎng)是為了獲得代謝產(chǎn)物，目的不同采酵過程中的培養(yǎng)是為了獲得代謝產(chǎn)物，目的不同采用的培養(yǎng)條件就有可能不同。用的培養(yǎng)條件就有可能不同。l例如：在酒精發(fā)酵過程中，擴(kuò)大培養(yǎng)是為了促使例如：在酒精發(fā)酵過程中，擴(kuò)大培養(yǎng)是為了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧條件下進(jìn)行。而在酵母菌快速增殖，因此是在有氧條件下進(jìn)行。而在發(fā)酵產(chǎn)生酒精的過程中則必須在無(wú)氧條件下進(jìn)行以發(fā)酵產(chǎn)生酒精的過程中則必須在無(wú)氧條件下進(jìn)行以獲得大量的

48、酒精獲得大量的酒精l接種過程中要注意防止雜菌污染。接種過程中要注意防止雜菌污染。 有了用于生產(chǎn)的充足的菌體，在接種時(shí)要注意有了用于生產(chǎn)的充足的菌體，在接種時(shí)要注意什么事項(xiàng)呢？什么事項(xiàng)呢？2 2、發(fā)酵過程、發(fā)酵過程 將菌體接種到裝有培養(yǎng)液的發(fā)酵罐中，將菌體接種到裝有培養(yǎng)液的發(fā)酵罐中，還需要對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)發(fā)酵條還需要對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)行檢測(cè)和對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行控制。這是為什么呢？件進(jìn)行控制。這是為什么呢？l發(fā)酵產(chǎn)物主要在菌體生長(zhǎng)的穩(wěn)定期產(chǎn)生。發(fā)酵產(chǎn)物主要在菌體生長(zhǎng)的穩(wěn)定期產(chǎn)生。因此，要在發(fā)酵過程中隨時(shí)取樣檢測(cè)培養(yǎng)因此，要在發(fā)酵過程中隨時(shí)取樣檢測(cè)培養(yǎng)液中細(xì)菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度以了解發(fā)酵進(jìn)程，液中細(xì)菌數(shù)目、

49、產(chǎn)物濃度以了解發(fā)酵進(jìn)程，及時(shí)添加必需的培養(yǎng)基成分來(lái)延長(zhǎng)菌體生及時(shí)添加必需的培養(yǎng)基成分來(lái)延長(zhǎng)菌體生長(zhǎng)穩(wěn)定期的時(shí)間，以得到更多的發(fā)酵產(chǎn)物。長(zhǎng)穩(wěn)定期的時(shí)間，以得到更多的發(fā)酵產(chǎn)物。同時(shí)，還應(yīng)對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格控制。同時(shí)，還應(yīng)對(duì)發(fā)酵條件進(jìn)行嚴(yán)格控制。 發(fā)酵過程發(fā)酵過程 哪些條件能影響菌體的發(fā)酵呢？哪些條件能影響菌體的發(fā)酵呢？l發(fā)酵生產(chǎn)中溫度、發(fā)酵生產(chǎn)中溫度、pHpH、溶氧量、溶氧量、轉(zhuǎn)速等對(duì)發(fā)酵過程有重大影響。轉(zhuǎn)速等對(duì)發(fā)酵過程有重大影響。分離、提純分離、提純 代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物 。l采用過濾、沉淀等方法將菌體從培養(yǎng)液中分離出來(lái)采用過濾、沉淀等方法將菌體從培養(yǎng)液中分離出來(lái)采用蒸餾、萃取、離子交換等方法進(jìn)行提

50、取采用蒸餾、萃取、離子交換等方法進(jìn)行提取菌體本身，如酵母菌和細(xì)菌等菌體本身，如酵母菌和細(xì)菌等三、發(fā)酵設(shè)備與發(fā)酵類型 1、發(fā)酵設(shè)備2、發(fā)酵類型、發(fā)酵類型（1）分批發(fā)酵）分批發(fā)酵 營(yíng)養(yǎng)物和菌種一次加人進(jìn)行培養(yǎng)，直到結(jié)束放出，營(yíng)養(yǎng)物和菌種一次加人進(jìn)行培養(yǎng)，直到結(jié)束放出，中間除了空氣進(jìn)人和尾氣排出，與外部沒有物料交中間除了空氣進(jìn)人和尾氣排出，與外部沒有物料交換。傳統(tǒng)的生物產(chǎn)品發(fā)酵多用此過程，它除了控制換。傳統(tǒng)的生物產(chǎn)品發(fā)酵多用此過程，它除了控制溫度和及通氣以外，不進(jìn)行任何其他控制，操溫度和及通氣以外，不進(jìn)行任何其他控制，操作簡(jiǎn)單。但從細(xì)胞所處的環(huán)境來(lái)看，則明顯改變，作簡(jiǎn)單。但從細(xì)胞所處的環(huán)境來(lái)看，則明

51、顯改變，發(fā)酵初期營(yíng)養(yǎng)物過多可能抑制微生物的生長(zhǎng)，而發(fā)發(fā)酵初期營(yíng)養(yǎng)物過多可能抑制微生物的生長(zhǎng)，而發(fā)酵的中后期可能又因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)物減少而降低培養(yǎng)效率，酵的中后期可能又因?yàn)闋I(yíng)養(yǎng)物減少而降低培養(yǎng)效率，從細(xì)胞的增殖來(lái)說(shuō)，初期細(xì)胞濃度低，增長(zhǎng)慢，后從細(xì)胞的增殖來(lái)說(shuō)，初期細(xì)胞濃度低，增長(zhǎng)慢，后期細(xì)胞濃度雖高，但營(yíng)養(yǎng)物濃度過低也長(zhǎng)不快，總期細(xì)胞濃度雖高，但營(yíng)養(yǎng)物濃度過低也長(zhǎng)不快，總的生產(chǎn)能力不是很高。的生產(chǎn)能力不是很高。 （）（） 連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵 所謂連續(xù)發(fā)酵，是指以一定的速度向發(fā)酵罐內(nèi)添所謂連續(xù)發(fā)酵，是指以一定的速度向發(fā)酵罐內(nèi)添加新鮮培養(yǎng)基，同時(shí)以相同的速度流出培養(yǎng)液，從加新鮮培養(yǎng)基，同時(shí)以相同的速度流出培養(yǎng)液，從而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定，微生物在穩(wěn)定狀態(tài)而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定，微生物在穩(wěn)定狀態(tài)下生長(zhǎng)。穩(wěn)定狀態(tài)可以有效地延長(zhǎng)分批培養(yǎng)中的對(duì)下生長(zhǎng)。穩(wěn)定狀態(tài)可以有效地延長(zhǎng)分批培養(yǎng)中的對(duì)數(shù)期。在穩(wěn)定的狀態(tài)下，微生物所處的環(huán)境條件，數(shù)期。在穩(wěn)定的狀態(tài)下，微生物所處的環(huán)境條件，如營(yíng)養(yǎng)物濃度、產(chǎn)物濃度、值等都能保持恒定，如營(yíng)養(yǎng)物濃度、產(chǎn)物濃度、值等都能保持恒定，微生物細(xì)胞的濃度及其比生長(zhǎng)速率也可維持不變，微生物細(xì)胞的濃度及其比生長(zhǎng)速率也可維持不變，甚至還可以根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)速度。甚至還可以根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)生長(zhǎng)速度。四、發(fā)酵工程的應(yīng)用四、發(fā)酵工程的應(yīng)用（一）在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用（一）在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)