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1、 考 核 方 式v閉 卷 考 試 占 70v高 水 平 科 技 文 獻 閱 讀 翻 譯 占 15v平 時 課 堂 提 問 、 作 業(yè) 與 考 勤 占 15 本 章 內(nèi) 容 一 、 發(fā) 酵 工 程 定 義 及 在 生 物 技 術(shù) 中 的 地 位二 、 發(fā) 酵 工 程 發(fā) 展 簡 史三 、 發(fā) 酵 工 業(yè) 的 特 點 及 其 應 用 范 圍四 、 工 業(yè) 發(fā) 酵 的 類 型 與 典 型 過 程五 、 發(fā) 酵 工 程 前 沿 及 應 用 前 景 何 謂 發(fā) 酵 ？ ferver： 發(fā) 泡 、 沸 騰 fermentation微 生 物 的發(fā) 酵 現(xiàn) 象 對 發(fā) 酵 現(xiàn) 象 的 不 同 理 解 兩 種

2、 角 度 （ 能 量 、 產(chǎn) 物 ）生物化學家 側(cè) 重 能 量 代 謝 ：1、 能 夠 在 氧 分 子 參 與 下 進 行 有 氧 呼 吸 產(chǎn) 生 能 量 的 生 物 可 以 進 行 ： 有 氧 呼 吸 、 糖 酵 解 、 厭 氧 呼 吸 （ 兼 性 微 生 物 ）（ 1） 有 氧 呼 吸 （ 氧 供 應 充 分 、 有 機 物 氧 化 徹 底 、 產(chǎn) 生 大 量 能 量 ）（ 2） 糖 酵 解 （ 暫 時 缺 氧 、 有 機 物 氧 化 不 徹 底 、 產(chǎn) 生 少 量 能 量 ）2、 無 氧 呼 吸 ： 特 指 那 些 不 需 要 氧 的 微 生 物 所 進 行 的 能 量 代 謝 。 指

3、有 機 物 經(jīng) 徹 底 或 不 徹 底 氧 化 ， 所 脫 下 來 的 電 子 最 后 傳 給 外源 的 無 機 氧 化 物 (個 別 是 有 機 氧 化 物 )并 釋 放 較 少 能 量 。 根 據(jù) 最 終 電 子 受 體 不 同 ， 無 氧 呼 吸 分 為 ： 硝 酸 鹽 呼 吸 、 硫 酸 鹽 呼 吸 、 硫 呼 吸 、 碳 酸 鹽 呼 吸 及 延 胡 索 酸 呼 吸 等 。 對 發(fā) 酵 現(xiàn) 象 的 不 同 理 解 兩 種 角 度 （ 能 量 、 產(chǎn) 物 ） 發(fā) 酵 是 指 有 機 化 合 物 進 行 無 氧 代 謝 釋 放 能 量 的 過 程 厭 氧 發(fā) 酵 是 厭 氧 菌 借 助 氧

4、 化 -還 原 反 應 釋 放 能 量 的 過 程 發(fā) 酵 是 酵 母 無 氧 呼 吸 產(chǎn) 生 能 量 的 過 程 需 氧 發(fā) 酵 是 好 氧 生 物 在 受 到 分 子 態(tài) 氧 短 缺 限 制 時 的 不 完 全 氧 化 釋 放 能 量 的 過 程 生物化學家 生 物 化 學 家 看 待 微 生 物 發(fā) 酵 過 程 ： 工 業(yè)微 生物 學家 利 用 生 物 細 胞 （ 包 括 動 、 植 物 細 胞 ） 培 養(yǎng) 來 生 產(chǎn) 產(chǎn) 物 的 所 有 過 程 ？ （ 需 氧 過 程 、 細 胞 工 程 ）發(fā) 酵 是 利 用 微 生 物 培 養(yǎng) 來 生 產(chǎn) 產(chǎn) 物的 無 氧 或 需 氧 的 任 何 過

5、 程側(cè) 重 產(chǎn) 品 的 生 產(chǎn) ： 發(fā) 酵 現(xiàn) 象 的 本 質(zhì)v顯 微 鏡 觀 察 ： 微 生 物v著 名 的 巴 斯 德 實 驗 ： 微 生 物 作 用v著 名 的 畢 希 納 實 驗 ： 酵 素 （ 酶 ） 的 作 用 2. 發(fā) 酵 工 程 概 念 ？ 微 生 物 細 胞 加 工 技 術(shù) 過 程 優(yōu) 化 與 放 大 v傳 統(tǒng) 發(fā) 酵 工 程 ： 利 用 微 生 物 的 生 長 和 代 謝 活動 來 大 量 生 產(chǎn) 人 們 所 需 產(chǎn) 品 的 過 程 理 論 與 工程 技 術(shù) 體 系 。 該 技 術(shù) 體 系 主 要 包 括 菌 種 選 育與 保 藏 、 菌 種 擴 大 生 產(chǎn) 、 代 謝 產(chǎn)

6、 物 的 生 物 合成 與 分 離 純 化 制 備 等 技 術(shù) 集 成 。 v 現(xiàn) 代 發(fā) 酵 工 程 ： 是 將 DNA重 組 及 細 胞 融 合技 術(shù) 、 酶 工 程 技 術(shù) 、 組 學 及 代 謝 網(wǎng) 絡 調(diào) 控 技 術(shù) 、過 程 工 程 優(yōu) 化 與 放 大 技 術(shù) 等 新 技 術(shù) 與 傳 統(tǒng) 發(fā) 酵工 程 融 合 ， 大 大 提 高 傳 統(tǒng) 發(fā) 酵 技 術(shù) 水 平 ， 拓 展傳 統(tǒng) 發(fā) 酵 應 用 領(lǐng) 域 和 產(chǎn) 品 范 圍 的 一 種 現(xiàn) 代 工 業(yè)生 物 技 術(shù) 體 系 （ 新 一 代 工 業(yè) 生 物 技 術(shù) ） 。 強 調(diào) 現(xiàn) 代 生 物 技 術(shù) 、 控 制 技 術(shù) 和 裝 備

7、技 術(shù)在 傳 統(tǒng) 與 現(xiàn) 代 發(fā) 酵 工 業(yè) 領(lǐng) 域 的 集 成 應 用 。 傳 統(tǒng) 發(fā) 酵 工 業(yè) ： 釀 造 及 食 品業(yè) 、 抗 生 素 、 氨 基 酸 、 核 苷酸 、 有 機 酸 、 飼 料 添 加 劑 、微 生 態(tài) 制 劑 、 生 物 農(nóng) 藥 、 生物 肥 料 等 現(xiàn) 代 發(fā) 酵 工 業(yè) ： 基 因 工程 藥 物 、 細 胞 工 程 藥 物 、疫 苗 ； 替 代 石 油 工 業(yè) 的大 宗 量 的 生 物 基 化 學 品 等 ，以 及 傳 統(tǒng) 發(fā) 酵 工 業(yè) 升 級 。 傳 統(tǒng) 大 型 發(fā) 酵 工業(yè) 的 中 央 控 制 現(xiàn) 代 發(fā) 酵 工 業(yè)的 中 央 控 制 3. 發(fā) 酵 工 程

8、在 生 物 技 術(shù) 中 的 地 位 生 物 技 術(shù) ： 應 用 自 然 科 學 和 工 程 學 的 原 理 ， 依 靠生 物 及 其 細 胞 的 催 化 作 用 ， 將 物 料 進 行 加 工 以 提供 產(chǎn) 品 或 為 社 會 服 務 的 技 術(shù) 。發(fā) 酵 工 程 是 生 物 技 術(shù) 的 應 用 基 礎(chǔ) ， 是 生 物 技 術(shù) 產(chǎn) 業(yè) 的 核 心 。 分 離 和 純 化 產(chǎn) 品 。包 括 固 液 分 離 技 術(shù) 、 細胞 破 壁 技 術(shù) 、 產(chǎn) 物 純 化技 術(shù) ， 以 及 產(chǎn) 品 檢 驗 和包 裝 技 術(shù) 等 下 游技 術(shù)發(fā) 酵 過 程 控 制 ， 主 要 包括 發(fā) 酵 條 件 的 調(diào) 控

9、， 無菌 環(huán) 境 的 控 制 ， 過 程 分析 和 控 制 等 中 游技 術(shù) 廣義發(fā)酵工程對生物學和工程學的要求 優(yōu) 良 種 株 的 選 育 和 保藏 （ 包 括 菌 種 篩 選 、 改 造 ，菌 種 代 謝 路 徑 改 造 等 ） ， 上 游技 術(shù)上 中 下 游 相 互 關(guān) 聯(lián) ！ 生 物 技 術(shù) 體 系 生 化 工 程酶 工 程細 胞 工 程 發(fā) 酵 工 程 產(chǎn) 物 產(chǎn) 品 產(chǎn) 品基 因 工 程 產(chǎn) 品強 調(diào) 過 程 優(yōu)化 與 控 制 （ 一 ） 發(fā) 酵 工 程 發(fā) 展 簡 史 1900以 前 自 然 發(fā) 酵 階 段 19001940 純 培 養(yǎng) 技 術(shù) 的 建 立 19401950 通

10、氣 攪 拌 純 培 養(yǎng) 發(fā) 酵 技 術(shù) 的 建 立 19501960 誘 變 技 術(shù) 與 代 謝 控 制 發(fā) 酵 技 術(shù) 的 建 立 19601970 開 拓 發(fā) 酵 原 料 時 期 （ 石 油 發(fā) 酵 時 期 ） 1970年 以 后 進 入 基 因 工 程 菌 發(fā) 酵 時 期 ， 以 及 細 胞 大 規(guī) 模 培 養(yǎng) 技 術(shù) 的 全 面 發(fā) 展 。 近 年 來 ， 以 現(xiàn) 代 生 物 技 術(shù) 和 過 程 工 程 技 術(shù) 為 基 礎(chǔ) 的 現(xiàn) 代 發(fā) 酵 工 業(yè) 突 飛 猛 進 。 自 然 發(fā) 酵 階 段v 主 要 是 釀 造 工 業(yè)v 主 要 產(chǎn) 品 ： 酒 、 酒 精 、 醋 、 啤 酒 、

11、干 酪 、 酸 乳 等v 17世 紀 ， 能 在 容 量 為 1500桶 （ 一 桶 約 136升 ） 的 木 質(zhì) 大 桶 中 進 行 第 一 次 真 正 的 大 規(guī) 模 釀 造 v 1757年 應 用 溫 度 計 ； 1801 使 用 原 始 熱 交 換 器 主 要 特 點 ： 嫌 氣 發(fā) 酵 ， 非 純 種 培 養(yǎng) ， 產(chǎn) 品 質(zhì) 量 不 穩(wěn) 定 純 培 養(yǎng) 技 術(shù) 的 建 立v Koch首 先 發(fā) 明 固 體 培 養(yǎng) 基 ， 建 立 細 菌 的 純 粹 培 養(yǎng)v Petri創(chuàng) 造 一 種 培 養(yǎng) 皿 (petri dish)用 于 微 生 物 平 板 分 離v Winograsky和 B

12、eijerink發(fā) 明 富 集 培 養(yǎng) 法 ， 分 離 特 定 的 微 生 物v 主 要 產(chǎn) 品 ： 酵 母 、 甘 油 、 乳 酸 、 丙 酮 丁 醇 等 v 第 一 次 世 界 大 戰(zhàn) ， Weizmann 發(fā) 明 了 丙 酮 丁醇 發(fā) 酵 ， 建 立 了 真 正 的 無 雜 菌 發(fā) 酵 。v 在 面 包 酵 母 的 生 產(chǎn) 中 首 先 采 用 了 分 批 補 料 培 養(yǎng)技 術(shù) 主 要 特 點 ： 純 培 養(yǎng) 為 主 、 嫌 氧 發(fā) 酵 ， 產(chǎn) 品 產(chǎn) 量 質(zhì) 量 控 制 水 平 大 大 提 高純 培 養(yǎng) 技 術(shù) 的 建 立 通 氣 攪 拌 發(fā) 酵 技 術(shù) 的 建 立v標 志 ： 純 種

13、培 養(yǎng) 深 層 發(fā) 酵 生 產(chǎn) 青 霉 素 v主 要 技 術(shù) 進 展 ： 通 氣 攪 拌 解 決 了 液 體 深 層 培 養(yǎng) 的 供 氧 問 題 。 無 菌 空 氣 、 培 養(yǎng) 基 滅 菌 、 無 污 染 接 種 、 大 型 發(fā) 酵 罐 的 密 封 與 抗 污 染 設 計 解 決 了 耗 氧 發(fā) 酵 中 的 雜 菌 污 染 問 題 。 v主 要 特 點 ： 耗 氧 發(fā) 酵 實 現(xiàn) 規(guī) 模 化 純 培 養(yǎng) 發(fā) 酵 ， 一 系 列 過 程 工 程 技 術(shù) 創(chuàng) 新v意 義 ： 推 動 抗 生 素 工 業(yè) 乃 至 整 個 發(fā) 酵 工 業(yè) 快 速 發(fā) 展 建 立 了 完 整 的 好 氧 發(fā) 酵 放 大

14、技 術(shù) 及 裝 備 奠 定 了 現(xiàn) 代 發(fā) 酵 工 業(yè) 的 理 論 和 實 踐 基 礎(chǔ)通 氣 攪 拌 發(fā) 酵 技 術(shù) 的 建 立 代 謝 控 制 發(fā) 酵 技 術(shù) 的 建 立v 基 于 代 謝 途 徑 及 其 調(diào) 控 實 現(xiàn) 微 生 物 菌 種 選 育 和 控制 發(fā) 酵 。 v 代 謝 控 制 發(fā) 酵 技 術(shù) ： 應 用 生 物 化 學 的 代 謝 知 識 和遺 傳 學 理 論 ， 選 育 微 生 物 突 變 株 ， 從 而 調(diào) 控 微 生物 代 謝 ， 大 量 積 累 目 標 發(fā) 酵 產(chǎn) 物 。v 主 要 應 用 ： 氨 基 酸 及 核 苷 酸 等 基 于 初 生 代 謝 產(chǎn) 物 的 發(fā) 酵

15、生 產(chǎn) ， 以 及 有 機 酸 、 抗 生 素 等 開 拓 新 的 發(fā) 酵 原 料 時 期v 目 的 ： 以 烴 類 為 碳 源 生 產(chǎn) 微 生 物 細 胞 作 為 飼 料 蛋 白 質(zhì) 的 來 源 v 技 術(shù) 進 步 ：發(fā) 展 了 高 壓 噴 射 式 、 強 制 循 環(huán) 式 等 多 種 發(fā) 酵 罐 及 其 發(fā) 酵 技 術(shù) 計 算 機 和 自 動 控 制 技 術(shù) 的 運 用 ： 滅 菌 和 發(fā) 酵 過 程 自 動 控 制 ， 促 進 發(fā) 酵 工 業(yè) 朝 連 續(xù) 化 、 自 動 化 方 向 發(fā) 展 v特 點 ：解 決 發(fā) 酵 原 料 及 人 畜 爭 糧 問 題 ；規(guī) 模 和 自 動 化 程 度 顯

16、 著 提 高 ， 能 耗 過 大 。開 拓 新 的 發(fā) 酵 原 料 時 期 基 因 工 程 階 段 （ 現(xiàn) 代 發(fā) 酵 工 業(yè) 新 階 段 ）v 主 要 標 志 基 因 工 程 產(chǎn) 品 生 產(chǎn) 以 及基 因 工 程 技 術(shù) 應 用世 界 上 已 批 準 上 市 的基 因 工 程 藥 物 有 幾 十種 ， 如 ： 胰 島 素 、 人生 長 激 素 等 。 v 主 要 特 點基 因 工 程 技 術(shù) 、 細 胞 工 程 技 術(shù) 、 酶 工 程 技 術(shù) 以 及發(fā) 酵 過 程 優(yōu) 化 及 放 大 技 術(shù) 的 全 面 進 步 高 產(chǎn) 微 生 物 代 謝 產(chǎn) 物 及 非 微 生 物 代 謝 產(chǎn) 物 的 基

17、因工 程 菌 構(gòu) 建 及 產(chǎn) 品 的 發(fā) 酵 生 產(chǎn)主 導 碳 氧 經(jīng) 濟 發(fā) 展 ， 碳 氫 經(jīng) 濟 的 替 代 及 生 物 煉 制技 術(shù) 的 興 起基 因 工 程 階 段 （ 現(xiàn) 代 發(fā) 酵 工 業(yè) 新 階 段 ） 人 胰 島 素人 生 長 激 素 (GH)表 皮 生 長 因 子 (EGF)腫 瘤 壞 死 因 子白 細 胞 介 素 -2(IL-2)尿 激 酶 原豬 生 長 激 素 (PGH) 牛 生 長 激 素 (BGH 纖 維 素 酶, -干 擾 素乙 型 肝 炎 疫 苗集 落 刺 激 因 子 (CSF)促 紅 細 胞 生 成 素 (EPO)抗 血 友 病 因 子組 織 溶 纖 原 激

18、活 劑 (t-PA)部 分 利 用 基 因 工 程 技 術(shù) 研 制 的 產(chǎn) 品 發(fā) 酵 工 程 的 主 要 前 沿 進 展v 原 料 拓 展 ： 可 再 生 資 源 的 加 工 和 綜 合 利 用 （ 如 纖 維 素 原 料 ）v 過 程 優(yōu) 化 技 術(shù)v 多 尺 度 生 物 反 應 器 優(yōu) 化 控 制 技 術(shù)v 生 物 煉 制 ： 微 生 物 生 理 、 遺 傳 、 營 養(yǎng) 及 環(huán) 境 因 素微 生 物 代 謝 途 徑 和 過 程 條 件微 生 物 反 應 動 力 學 和 系 統(tǒng) 優(yōu) 化以 高 產(chǎn) 量 、 高 轉(zhuǎn) 化 率 和 高 效 率 及 低成 本 為 目 標 的 發(fā) 酵 過 程 優(yōu) 化

19、技 術(shù) ： 技 術(shù) 綜 合 及 產(chǎn) 業(yè) 化 技 術(shù) 集 成： 開 發(fā) 清 潔 生 產(chǎn) 技 術(shù) 發(fā) 酵 過 程 優(yōu) 化 技 術(shù)條 件確 定 過 程優(yōu) 化初 始條 件 過 程分 析 過 程強 化1 基 于 組 學 技 術(shù) 的 高 通 量 菌 種 改 造 和 篩 選2 基 于 組 學 和 生 物 信 息 學 代 謝 途 徑 分 析 優(yōu) 化菌 種改 造 3 基 于 實 時 代 謝 流 分 析 、 代 謝 途 徑 模 型 與 自 動 控 制 技 術(shù) 的 發(fā) 酵 過 程 優(yōu) 化 控 制發(fā) 酵工 藝優(yōu) 化 4 基 于 發(fā) 酵 液 及 產(chǎn) 品 特 性 的 高 收 率 、 低 成 本 、 高 質(zhì) 量 和 環(huán) 境

20、 友 好 的 提 取 精 制 技 術(shù) 集 成發(fā) 酵產(chǎn) 物 分 離純 化 5 基 于 源 頭 防 治 與 過 程 監(jiān) 控 的 資 源 節(jié) 約 與 廢 物 資 源 化 清 潔 生 產(chǎn) 技 術(shù) 集 成綜 合治 理技 術(shù)優(yōu) 化 （ 一 ） 發(fā) 酵 工 業(yè) 的 特 點 發(fā) 酵 過 程 一 般 是 在 常 溫 常 壓 下 進 行 的 生 化 反 應 ， 反 應 安 全 ， 要 求 條 件 較 簡 單 。 可 用 較 廉 價 原 料 生 產(chǎn) 較 高 價 值 產(chǎn) 品 。 反 應 專 一 性 強 。 能 夠 專 一 性 地 和 高 度 選 擇 性 地 對 某 些 較 為 復 雜 的 化 合 物 進 行 特 定

21、部 位 的 生 物 轉(zhuǎn) 化 修 飾 。 發(fā) 酵 過 程 中 對 雜 菌 污 染 的 防 治 至 關(guān) 重 要 。 菌 種 是 關(guān) 鍵 。 發(fā) 酵 生 產(chǎn) 不 受 地 理 、 氣 候 、 季 節(jié) 等 自 然 條 件限 制 。 （ 一 ） 發(fā) 酵 工 業(yè) 的 特 點 （ 二 ） 發(fā) 酵 工 業(yè) 的 范 圍 微 生 物 菌 體 酶 制 劑 代 謝 產(chǎn) 物 生 物 轉(zhuǎn) 化 微 生 物 特 殊 機 能 的 利 用 利 用 微 生 物 消 除 環(huán) 境 污 染 利 用 微 生 物 發(fā) 酵 保 持 生 態(tài) 平 衡 微 生 物 濕 法 冶 金 利 用 基 因 工 程 菌 株 開 拓 發(fā) 酵 工 程 新 領(lǐng) 域 微

22、 生 物 菌 體v 傳 統(tǒng) 菌 體 發(fā) 酵 工 業(yè)v 現(xiàn) 代 菌 體 發(fā) 酵 工 業(yè) 酵 母 發(fā) 酵菌 體 蛋 白 （ 單 細 胞 蛋 白 ） 發(fā) 酵殺 蟲 劑 ： 蘇 云 金 桿 菌 ， 蠟 樣 芽 孢桿 菌 ， 側(cè) 孢 芽 孢 桿 菌 ； 白 僵 菌 、綠 僵 菌 疫 苗 v新 的 菌 體 發(fā) 酵 產(chǎn) 品 : 藥 用 功 能 菌 體 茯 苓 菌 茯 苓 擔 子 真 菌 靈 芝 、 香 菇 類 蟲 草 頭 孢 菌 密 環(huán) 菌 微 生 物 菌 體 面 包 酵 母 藻 類 芽 孢 桿 菌 和 伴 孢 晶 體 蟲 草 頭 孢 菌 發(fā) 酵 生 產(chǎn) 蟲 草 酶 制 劑v 廣 泛 用 于 醫(yī) 藥 工 業(yè)

23、 、 食 品 和 輕 工 業(yè) 、 石 油 化 工 酶 試 劑 盒 ： 醫(yī) 用 診 斷 試 劑 盒 、 工 業(yè) 分 析 試 劑 盒 等 藥 用 酶 制 劑 ： 膽 固 醇 氧 化 酶 ， 葡 萄 糖 氧 化 酶 等 食 品 工 業(yè) 用 酶 制 劑 ： 果 膠 酶 ， 淀 粉 酶 等 基 因 重 組 技 術(shù) 用 酶 制 劑 ： 核 酸 酶 （ nuclease） ， 包 括DNA、 RNA的 內(nèi) 切 酶 、 外 切 酶 ， DNA限 制 性 內(nèi) 切 酶 、DNA連 接 酶 等 。 飼 料 酶 制 劑 ： 木 聚 糖 酶 、 -葡 聚 糖 酶 、 纖 維 素 酶 等 微 生 物 轉(zhuǎn) 化 在 用 維

24、生 素 C一 步 和 二 步 發(fā) 酵 法 生 產(chǎn) 中 ,起 主 要 氧化 作 用 的 葡 糖 酸 桿 菌 對 作 用 底 物 (D-山 梨 醇 或 L-山梨 糖 )的 分 子 結(jié) 構(gòu) 進 行 特 異 性 改 變 。 （ 一 ） 工 業(yè) 發(fā) 酵 的 類 型 固 體 發(fā) 酵 厭 氧 發(fā) 酵 需 氧 發(fā) 酵 兼 性 厭 氧 發(fā) 酵 液 體 發(fā) 酵 （ 包 括 液 體 深 層 發(fā) 酵 ） 按 培 養(yǎng) 基 的 物 理 性 狀 淺 盤 固 體 發(fā) 酵 深 層 固 體 發(fā) 酵 （ 機 械 通 風 制 曲 ） 按 微 生 物 對 氧 的 不 同 需 求 按 發(fā) 酵 工 藝 流 程 分 批 發(fā) 酵補 料 分 批

25、 發(fā) 酵連 續(xù) 發(fā) 酵 單 級 恒 化 器 連 續(xù) 發(fā) 酵多 級 恒 化 器 連 續(xù) 發(fā) 酵帶 有 細 胞 再 循 環(huán) 的 單 級 恒 化 器 連 續(xù) 發(fā) 酵（ 一 ） 工 業(yè) 發(fā) 酵 的 類 型按 菌 的 種 類 單 菌 種 發(fā) 酵多 菌 種 混 合 發(fā) 酵 （ 混 合 菌 發(fā) 酵 ） 新 發(fā) 展 的 微 生 物 培 養(yǎng) 方 法v載 體 培 養(yǎng) 微 載 體 以 細 小 的 顆 粒 作 為 細 胞 載 體 ， 通 過 攪拌 懸 浮 在 培 養(yǎng) 液 內(nèi) ， 使 細 胞 在 載 體 表 面 繁 殖 成 單層 的 一 種 細 胞 培 養(yǎng) 技 術(shù) 。 v兩 步 法 液 體 深 層 培 養(yǎng) 菌 體 生

26、長 和 產(chǎn) 酶 條 件 不 同 ， 先 提 供 合 適 的 生長 條 件 ， 收 集 到 大 量 菌 體 ， 再 移 入 發(fā) 酵 培 養(yǎng) 基中 進 行 產(chǎn) 物 發(fā) 酵 。 （ 二 ） 發(fā) 酵 工 業(yè) 的 基 本 生 產(chǎn) 過 程1. 用 作 種 子 擴 大 培 養(yǎng) 及 發(fā) 酵 生 產(chǎn) 的 各 種 培 養(yǎng) 基 的 配 制 ；2. 培 養(yǎng) 基 、 發(fā) 酵 罐 及 其 附 屬 設 備 的 消 毒 滅 菌 ；3. 擴 大 培 養(yǎng) 出 有 活 性 的 適 量 純 種 ， 以 一 定 比 例 接 種 入 發(fā) 酵 罐 中 ； 4. 控 制 最 適 發(fā) 酵 條 件 使 微 生 物 生 長 并 形 成 大 量 的

27、 代 謝產(chǎn) 物 ；5. 將 產(chǎn) 物 提 取 并 精 制 ， 以 得 到 合 格 的 產(chǎn) 品 ；6. 回 收 或 處 理 發(fā) 酵 過 程 中 所 產(chǎn) 生 的 三 廢 物 質(zhì) 。（ 二 ） 發(fā) 酵 工 業(yè) 的 基 本 生 產(chǎn) 過 程 （ 二 ） 發(fā) 酵 工 業(yè) 的 典 型 過 程 深 層 發(fā) 酵 過 程 發(fā) 酵 工 業(yè) 發(fā) 展 趨 向 及 應 用 前 景n基 因 工 程 的 發(fā) 展 為 發(fā) 酵 工 程 帶 來 新 的 活 力 。 n采 用 發(fā) 酵 技 術(shù) 進 行 高 等 動 植 物 細 胞 培 養(yǎng) ， 具 有 誘 人 前 景 。n 不 斷 開 發(fā) 和 采 用 大 型 節(jié) 能 高 效 的 發(fā) 酵 裝

28、 置 ，n 計 算 機 自 動 控 制 將 成 為 發(fā) 酵 生 產(chǎn) 控 制 的 主 要 手 段 。 v強 調(diào) 代 謝 機 理 與 調(diào) 控 研 究 ， 使 微 生 物 的 機 能得 到 進 一 步 開 發(fā) 。v生 態(tài) 型 發(fā) 酵 工 業(yè) 的 興 起 ： 清 潔 生 產(chǎn) 。v再 生 資 源 的 利 用 。v混 合 菌 發(fā) 酵 強 調(diào) 微 生 物 群 落 與 功 能 研 究 ， 提高 發(fā) 酵 效 率 。 發(fā) 酵 工 業(yè) 發(fā) 展 趨 向 及 應 用 前 景 清 潔 生 產(chǎn)v 按 照 聯(lián) 合 國 環(huán) 境 規(guī) 劃 署 （ UNEP） 的 定 義 ： “ 清 潔 生 產(chǎn) 是 一種 新 的 創(chuàng) 造 性 的 思

29、 想 ， 該 思 想 將 整 體 預 防 的 環(huán) 境 戰(zhàn) 略 持 續(xù) 應用 于 生 產(chǎn) 過 程 、 產(chǎn) 品 和 服 務 中 ， 以 增 加 生 態(tài) 效 益 和 減 少 人 類及 環(huán) 境 的 風 險 。 對 生 產(chǎn) 過 程 ， 要 求 節(jié) 約 原 材 料 和 能 源 ， 淘 汰有 毒 原 材 料 ， 減 降 所 有 廢 棄 物 的 數(shù) 量 和 毒 性 ； 對 產(chǎn) 品 ， 要 求減 少 從 原 材 料 提 煉 到 產(chǎn) 品 最 終 處 置 的 全 生 命 周 期 的 不 利 影 響 ；對 服 務 ， 要 求 將 環(huán) 境 因 素 納 入 設 計 和 所 提 供 的 服 務 中 。 ” 混 合 菌 發(fā)

30、酵 的 應 用v 傳 統(tǒng) 釀 造 和 食 品 發(fā) 酵 工 業(yè) ： 白 酒 ， 醬 油 、 醋 、 豆 豉v 有 機 廢 棄 物 （ 工 業(yè) 、 城 市 和 農(nóng) 業(yè) ） 的 發(fā) 酵 處 理 與 轉(zhuǎn)化 ： 生 物 能 源 ： 生 物 制 氫 、 生 物 制 沼 氣 生 物 飼 料 生 物 肥 料 課 程 內(nèi) 容v 第 一 章 緒 論v 第 二 章 發(fā) 酵 工 業(yè) 菌 種v 第 三 章 發(fā) 酵 工 業(yè) 培 養(yǎng) 基 設 計 （ 討 論 課 ）v 第 四 章 發(fā) 酵 工 業(yè) 的 無 菌 技 術(shù)v 第 五 章 發(fā) 酵 工 業(yè) 的 種 子 制 備 （ 討 論 課 ）v 第 六 章 發(fā) 酵 動 力 學v 第

31、七 章 發(fā) 酵 工 業(yè) 中 氧 的 供 需v 第 八 章 發(fā) 酵 罐 放 大 與 設 計 v 第 九 章 發(fā) 酵 過 程 優(yōu) 化 與 控 制v 第 十 章 發(fā) 酵 經(jīng) 濟 學 （ 討 論 課 ） 結(jié) 合 實 踐 自 學 ： 發(fā) 酵 產(chǎn) 物 分 離 純 化 以 及 產(chǎn) 品 制 備 發(fā) 酵 工 業(yè) 的 潔 凈 生 產(chǎn) 技 術(shù) 學 習 重 點v基 本 過 程v過 程 優(yōu) 化v過 程 控 制v過 程 放 大一 條 主 線 、 兩 個 重 點 、 三 個 層 次 、 四 個 目 標發(fā) 酵 工藝 過 程 過 程 優(yōu)化 放 大 反 應 器細 胞 、 分 子 高 轉(zhuǎn) 化 率高 產(chǎn) 量高 效 率低 成 本 發(fā)

32、酵 工 程 是 連 接 生 物 科 學 、 生 物 技 術(shù) 和 生 物 工 程 的 橋 梁 ， 生 物 科 學 與 技 術(shù) 成 果 的 推 廣 應 用 離 不 開 發(fā) 酵 工 程 ！ Thank you for your attention ! 過 量 運 動 后 肌 肉 會 有 酸 痛 感 ，就 是 因 為 肌 體 在 缺 氧 狀 態(tài) 下 進行 糖 酵 解 產(chǎn) 生 了 乳 酸 等 v 高 等 生 物 （ 動 物 、 植 物 和 好 氣 性 微 生 物 ） 長 期 進 行糖 酵 解 （ 發(fā) 酵 ） 危 害 很 大 ：由 于 能 量 不 足 加 速 了 底 物 的 利 用 導 致 能 量 物 質(zhì)

33、 枯 竭產(chǎn) 生 大 量 有 毒 的 底 物 不 完 全 氧 化 的 中 間 體 ： 酒 精 、 乳 酸等甚 至 導 致 局 部 細 胞 壞 死 或 整 體 死 亡 人 類 腦 缺 氧 非 常 危 險 、 長 期 劇 烈 運 動 有 損 健 康 、 提 倡有 氧 運 動 本 章 內(nèi) 容一 、 常 用 的 工 業(yè) 微 生 物二 、 發(fā) 酵 工 業(yè) 菌 種 篩 選三 、 發(fā) 酵 工 業(yè) 菌 種 改 良 一 、 常 用 的 工 業(yè) 微 生 物 p13v1、 細 菌醋 桿 菌 屬 的 醋 化 醋 桿 菌 、 弱 氧 化 醋 桿 菌乳 酸 桿 菌枯 草 桿 菌丙 酮 丁 醇 梭 菌大 腸 桿 菌谷 氨 酸

34、 棒 狀 桿 菌 v2、 酵 母 菌釀 酒 酵 母假 絲 酵 母 屬v產(chǎn) 朊 假 絲 酵 母v解 脂 假 絲 酵 母v熱 帶 假 絲 酵 母畢 赤 酵 母 屬 、 漢 遜 酵 母 屬一 、 常 用 的 工 業(yè) 微 生 物 v 3、 霉 菌曲 霉 屬v米 曲 霉v黑 曲 霉青 霉 屬v青 霉 菌 ： 點 青 霉 、 產(chǎn) 黃 青 霉v桔 青 霉根 霉 屬v德 氏 根 霉v米 根 霉 、 小 麥 曲 根 霉紅 曲 霉 屬v紫 紅 曲 霉一 、 常 用 的 工 業(yè) 微 生 物 v4、 放 線 菌鏈 霉 菌 屬小 單 孢 菌 屬地 中 海 諾 卡 氏 菌一 、 常 用 的 工 業(yè) 微 生 物 5、 未

35、培 養(yǎng) 微 生 物 p14v 定 義 ： 指 迄 今 所 采 用 的 微 生 物 純 培 養(yǎng) 分 離 及培 養(yǎng) 方 法 還 未 獲 得 純 培 養(yǎng) 的 微 生 物 。v 其 在 自 然 環(huán) 境 微 生 物 群 落 中 占 有 非 常 高 的 比 例 ，約 為 99 。一 、 常 用 的 工 業(yè) 微 生 物 二 、 發(fā) 酵 工 業(yè) 菌 種 分 離 篩 選v 菌 株 分 離 ： 將 混 雜 著 各 種 微 生 物 的 樣 品 按 照 實際 需 要 和 菌 株 的 特 性 采 取 迅 速 、 準 確 、 有 效 的 方法 對 它 們 進 行 分 離 、 篩 選 ， 進 而 得 到 所 需 微 生 物

36、的 過 程 。 1. 菌 種 選 擇 的 總 趨 勢v 野 生 菌 變 異 菌v 自 然 選 育 代 謝 控 制 育 種v 誘 發(fā) 基 因 突 變 基 因 重 組 的 定 向 育 種 （ 一 ） 發(fā) 酵 工 業(yè) 菌 種 篩 選 的 總 趨 勢 與 要 求 2. 菌 種 選 擇 的 要 求 p15 v 能 在 廉 價 原 料 制 成 的 培 養(yǎng) 基 上 迅 速 生 長 ， 且 生 成的 目 的 產(chǎn) 物 產(chǎn) 量 高 、 易 于 回 收 ； v 生 長 速 度 和 反 應 速 度 較 快 ， 發(fā) 酵 周 期 較 短 ；v 培 養(yǎng) 條 件 易 于 控 制 ；v 抗 噬 菌 體 及 雜 菌 污 染 的

37、能 力 強 ； 2. 菌 種 選 擇 的 要 求 （ 續(xù) ） p15v菌 種 不 易 變 異 退 化 ；v對 放 大 設 備 的 適 應 性 強 ；v菌 種 不 是 病 原 菌 ， 不 產(chǎn) 生 任 何 有 害 的 生物 活 性 物 質(zhì) 和 毒 素 。 （ 二 ） 分 離 篩 選 原 理 與 技 術(shù)1. 篩 選 的 指 導 思 想2. 分 離 篩 選 工 作 在 實 際 中 應 用 的 幾 個 方 面3. 新 種 分 離 篩 選 原 理 與 技 術(shù) 1、 篩 選 的 兩 種 指 導 思 想 v 先 分 離 純 化 ， 再 結(jié) 合 工 藝 要 求 進 行 篩 選 。v 分 離 純 化 同 時 富

38、于 篩 選 條 件 ， 一 步 得 出 所 需 菌 株 。結(jié) 果 有 兩 種 可 能 ： 獲 得 適 于 工 業(yè) 發(fā) 酵 菌 株 只 獲 得 選 育 所 需 的 出 發(fā) 菌 株 2、 分 離 篩 選 工 作 在 實 際 中 應 用 的 幾 個 方 面v 從 被 污 染 的 生 產(chǎn) 及 科 研 用 菌 中 分 離 目 的 菌 ； v 生 產(chǎn) 中 長 期 使 用 的 菌 種 的 定 期 分 離 篩 選 ；v 從 各 種 育 種 方 法 處 理 的 微 生 物 材 料 中 分 離 篩 選 適 于工 業(yè) 目 的 的 優(yōu) 良 菌 株 ；v 從 保 藏 機 構(gòu) 獲 取 菌 種v 從 已 知 菌 種 和 大

39、 自 然 中 分 離 新 菌 株尋 找 新 的 發(fā) 酵 產(chǎn) 品 的 產(chǎn) 生 菌 ；尋 找 老 產(chǎn) 品 的 新 的 優(yōu) 良 菌 株 。 3、 新 種 分 離 與 篩 選 的 步 驟 p15 調(diào) 查 研 究 （ 包 括 資 料 查 閱 ） 試 驗 方 案 設 計 含 微 生 物 樣 品 的 采 集 （ 如 何 使 樣 品 中 含 所 需 微 生 物 的 可 能 性 大 ？ ） 樣 品 預 處 理 （ 如 何 在 后 續(xù) 的 操 作 中 使 這 種 可 能 性 實 現(xiàn) ） 菌 種 分 離 根 據(jù) 目 的 菌 株 及 其 產(chǎn) 物 特 點 分選 擇 性 分 離 方 法 隨 機 分 離 方 法(定 向 篩

40、 選 選 擇 壓 力 ) (用 篩 選 方 案 -檢 測 系 統(tǒng) 進 行 間 接 分 離 ）富 集 液 體 培 養(yǎng) 固 體 培 養(yǎng) 基 條 件 培 養(yǎng)(初 篩 )菌 種 純 化復 篩 菌 種 純 化初 步 工 藝 條 件 摸 索 再 復 篩 生 產(chǎn) 性 能 測 試 較 優(yōu) 菌 株 1-3株保 藏 及 進 一 步 做 生 產(chǎn) 試 驗 某 些 必 要 試 驗 和或 作 為 育 種 的 出 發(fā) 菌 株 毒 性 試 驗 等 (1)、 含 微 生 物 樣 品 的 采 集 p16v 1、 采 樣 時 應 注 意 的 問 題 :土 壤 微 生 物 的 分 布土 壤 的 有 機 質(zhì) 含 量 和 通 風 情 況

41、土 壤 植 被 情 況采 樣 季 節(jié)土 壤 的 酸 堿 度v 2、 對 于 分 離 篩 選 新 菌 種 ， 還 存 在 另 兩 個 選 擇 標 準 ：土 壤 來 源 廣 泛在 已 適 應 相 當 苛 刻 環(huán) 境 壓 力 的 微 生 物 類 群 中 尋 找 新菌 種 （ 2） 、 樣 品 的 預 處 理 p16v目 的 ： 提 高 分 離 效 率v方 法 ：物 理 方 法 ： 熱 處 理 ； 膜 過 濾 法 ； 離 心 法化 學 方 法 ： 化 學 成 分 增 加 特 定 微 生 物 的 數(shù) 量誘 餌 法 ： 富 集 目 的 菌 （ 3） 、 分 離 方 法 的 選 擇 v 根 據(jù) 目 的 菌

42、有 無 選 擇 性 特 征 來 選 擇 分 離 方 法菌 種 的 營 養(yǎng) 特 征 獨 特 生 長 特 征 獨 特 無 選 擇 性 特 征 根 據(jù) 產(chǎn) 物 的 特 征 進 行 隨 機 分 離 選 擇 性 分 離 A、 選 擇 性 分 離 原 理 和 技 術(shù)v1、 生 長 條 件 的 選 擇 與 控 制 原 理控 制 營 養(yǎng) 成 分 控 制 培 養(yǎng) 基 酸 堿 度 添 加 抑 制 劑 控 制 培 養(yǎng) 溫 度 控 制 通 氣 條 件 v2、 選 擇 性 分 離 技 術(shù)富 集 液 體 培 養(yǎng) 技 術(shù)固 體 培 養(yǎng) 技 術(shù) 施 加 選 擇 壓 力 ， 進 行 定 向 篩 選 A、 選 擇 性 分 離 原

43、 理 和 技 術(shù) 、 富 集 液 體 培 養(yǎng) p17v 增 加 混 合 菌 群 中 所 需 菌 株 數(shù) 量 的 一 種 技 術(shù)v 技 術(shù) 特 點 ： 給 混 合 菌 群 提 供 一 些 有 利 于 目 的 菌 株 生 長 或 不 利于 目 的 菌 以 外 的 其 他 菌 型 生 長 的 條 件 v 培 養(yǎng) 方 式 分 批 培 養(yǎng) 方 式 ： 以 最 大 比 生 長 速 率 （ max） 篩 選 ， 存 在選 擇 壓 力 的 控 制 、 移 種 時 間 和 次 數(shù) 等 問 題 連 續(xù) 培 養(yǎng) 方 式 ： 以 比 生 長 速 率 （ ） 篩 選 ABS0基 質(zhì) 濃 度 對 A、 B兩 種 菌 的

44、比 生 長 速 率 （ ） 的 影 響 當 SS0時 ， 富 集 什 么 菌 株 ？連 續(xù) 培 養(yǎng) 方 式 ： 以 比 生 長 速 率 （ ） 篩 選 連 續(xù) 富 集 培 養(yǎng) 技 術(shù) 分 離 菌 株 的 優(yōu) 點 v 分 離 的 菌 株 特 別 適 合 連 續(xù) 發(fā) 酵 生 產(chǎn) 過 程v 有 利 于 分 離 具 有 某 種 工 業(yè) 生 產(chǎn) 特 性 的 菌 株v 可 以 篩 選 出 能 共 生 的 穩(wěn) 定 混 合 培 養(yǎng) 物 、 固 體 培 養(yǎng) 技 術(shù)v 常 用 于 分 離 某 些 酶 產(chǎn) 生 菌 v 選 擇 壓 力 ： 在 選 擇 培 養(yǎng) 基 中 加 入 所 需 酶 的 基 質(zhì)v 如 ： 淀 粉

45、酶 的 分 離 B、 隨 機 分 離 原 理 與 技 術(shù)v 從 產(chǎn) 物 入 手 ， 通 過 設 計 高 產(chǎn) 培 養(yǎng) 基 和 建 立 快 速 靈 敏 專 一 的 篩選 方 法 ， 從 隨 機 分 離 的 菌 落 中 篩 選 出 所 需 的 目 的 菌 。v 技 術(shù) 關(guān) 鍵 ： 產(chǎn) 物 合 成 條 件 的 選 擇 與 控 制 及 相 應 篩 選 方 法 的 確定 。v 隨 機 分 離 技 術(shù) 舉 例 抗 生 素 產(chǎn) 生 菌 的 篩 選生 長 因 子 產(chǎn) 生 菌 的 篩 選 抗 生 素 產(chǎn) 生 菌 的 篩 選v 篩 選 模 型 ： 試 驗 菌v 篩 選 方 法 ： 鋪 菌 法 復 印 平 板 法 液

46、 體 培 養(yǎng) 篩 選 抗 藥 性 篩 選篩 選 模 型 ： 氨 芐 青 霉 素 和 -內(nèi) 酰 胺 酶 產(chǎn) 生 菌 （ 克 雷 白 氏 菌 ） 協(xié) 同 I II無 試 樣 時 （ 不 含 棒 酸 時 ） ， I對 II菌 作 用 不 大有 試 樣 時 （ 含 棒 酸 時 ） ， I對 II菌 恢 復 藥 效 ， 棒 酸 抑 制 水 解 酶 活 性 固 體 培 養(yǎng) 篩 選 試 驗 菌 代 表 微 生 物 類 型金 黃 色 葡 萄 球 菌 209p 革 蘭 氏 陽 性 球 菌枯 草 桿 菌 6633 革 蘭 氏 陽 性 桿 菌 大 腸 桿 菌 革 蘭 氏 陰 性 腸 道 細 菌恥 垢 分 枝 桿 菌

47、 607 結(jié) 核 桿 菌白 色 念 珠 菌 酵 母 狀 真 菌 青 霉 菌 絲 狀 真 菌 生 長 因 子 產(chǎn) 生 菌 的 篩 選v 篩 選 模 型 ： 營 養(yǎng) 缺 陷 型 試 驗 菌 v 篩 選 方 法 ： 利 用 被 分 離 的 微 生 物 產(chǎn) 物 能 否 促 進 營 養(yǎng)缺 陷 型 試 驗 菌 生 長 氨 基 酸 產(chǎn) 生 菌 的 篩 選 樣 品 預 處 理 初 篩 （ 除 真 菌 ） 在 分 離 平 板 上 生 長 獲 得 多 個 單 菌 落 復 印 平 板 （ copy 法 ） 平 板 培 養(yǎng) ， 其 中 有 產(chǎn) 生 氨 基 酸 的 菌 落 分 泌 氨 基 酸 對 應 到 copy前 相

48、 應 u.v線 殺 死 長 好 的 菌 落 位 置 ， 找 到 目 的 菌 落再 鋪 上 一 層 含 營 養(yǎng) 缺 陷 型 試 驗 菌 的 瓊 脂 培 養(yǎng) 后 產(chǎn) 氨 基 酸 菌 落 周 圍 有 生 長 圈 目 的 菌 落 進 行 液 體 培 養(yǎng) ，對 產(chǎn) 物 進 行 定 量 測 定 篩 選 產(chǎn) 物 含 量 高 的 菌 株 4、 幾 種 典 型 微 生 物 的 分 離 篩 選 方 法 舉 例v細 菌v放 線 菌v真 菌 細 菌 分 離 ： 以 乳 酸 菌 為 例 取 未 成 熟 的 醬 醪 樣 品 1g至 無 菌 磨 口 瓶 中 加 麥 芽 汁 至 瓶 口 處 ， 封 塞 ， 25 培 養(yǎng) 24

49、-48h培 養(yǎng) 基 中 長 出 絹 絲 狀 波 動 物 ， 鏡 檢 桿 狀 ， 陽 性 染 色 初 步 斷 定 乳 酸 菌 用 選 擇 性 培 養(yǎng) 基 分 批 富 集 培 養(yǎng) 2-3代稀 釋 分 離 法 分 離 單 菌 落 ， 培 養(yǎng) 基 為 含 麥 芽 汁 、 CaCO 3的 瓊 脂 培 養(yǎng) 基 根 據(jù) 透 明 圈 挑 選 菌 落 性 能 測 定 （ 鏡 檢 桿 狀 ， 染 色 陽 性 ； 乳 酸 紙 層 析 鑒 定 ） Rf值 定 性 （ 有 機 酸 呈 黃 斑 點 ） 乳 酸 生 成 量 測 定 （ 滴 定 法 ） 放 線 菌 的 分 離 ：以 產(chǎn) 鏈 霉 素 菌 種 的 分 離 為 例

50、（ 從 退 化 菌 種 中 篩 選 ） 取 工 業(yè) 發(fā) 酵 液 （ 含 孢 子 ） 樣 品 1環(huán)放 入 帶 玻 璃 珠 的 裝 有 10ml 無 菌 水 的 小 三 角 瓶 中 ， 搖 勻 采 用 稀 釋 法 制 平 板 ， 獲 取 單 菌 落 斜 面 保 藏 高 產(chǎn) 菌 恢 復 根 據(jù) 高 產(chǎn) 菌 的 特 點 ， 選 擇 目 的 菌 落 放 大 培 養(yǎng) ， 發(fā) 酵 液 性 能 測 試篩 選 模 型 ： 形 態(tài) 依 據(jù) 真 菌 的 分 離 篩 選 ： 以 啤 酒 酵 母 的 分 離 為 例 取 發(fā) 酵 液 少 許 以 10倍 稀 釋 成 10-1-10-7 稀 釋 分 離 法 取 0.1ml

51、加 入 固 體 培 養(yǎng) 基 鋪 平 皿 （ 2） 在 麥 芽 汁 固 體 培 養(yǎng) 基 上 ， 25 培 養(yǎng) 48-72h 形 態(tài) 篩 選 根 據(jù) 正 常 株 特 點 進 行 挑 選 ， 接 種 斜 面 備 用 純 化 ， 采 用 平 板 分 離 法 進 一 步 純 化 ， 至 少 反 復 三 次 生 成 子 囊 孢 子 速 度 測 定 發(fā) 酵 力 測 定 性 能 測 定 熱 死 溫 度 測 定 凝 集 力 測 定 雙 乙 酰 含 量 測 定 菌 種 選 育 改 良 的 具 體 目 標 p23v 提 高 目 標 產(chǎn) 物 的 產(chǎn) 量 v 提 高 目 標 產(chǎn) 物 的 純 度 ， 減 少 副 產(chǎn) 物

52、v 改 良 菌 種 性 狀 ， 改 善 發(fā) 酵 過 程 v 改 變 生 物 合 成 途 徑 ， 以 獲 得 高 產(chǎn) 的 新 產(chǎn) 品 三 、 發(fā) 酵 工 業(yè) 菌 種 改 良 發(fā) 酵 工 業(yè) 菌 種 改 良 方 法 p25v常 規(guī) 育 種 (誘 變 育 種 )v細 胞 工 程 育 種 v基 于 代 謝 調(diào) 節(jié) 的 育 種 技 術(shù) v基 因 工 程 育 種 v蛋 白 質(zhì) 工 程 育 種 v代 謝 工 程 育 種 出 發(fā) 菌 株 的 選 擇u工 業(yè) 上 用 來 進 行 誘 變 處 理 的 菌 株 ，稱 為 出 發(fā) 菌 株 （ parent strain） 。u一 般 有 三 種 ： 菌 懸 液 的 制

53、 備 誘 變 變 異 菌 株 的 分 離 和 篩 選（ 一 ） 、 誘 變 選 育 的程 序 前 培 養(yǎng) 從 自 然 界 分 離 得 到 的 野生 型 菌 株 ； 通 過 生 產(chǎn) 選 育 ， 即 由 自發(fā) 突 變 經(jīng) 篩 選 獲 得 的 高產(chǎn) 菌 株 ； 已 經(jīng) 誘 變 過 的 菌 株 。 （ 二 ） 、 誘 變 育 種 方 案 設 計1、 出 發(fā) 菌 株 的 選 擇 純 種 ： 排 除 異 核 體 或 異 質(zhì) 體 的 影 響 。 有 利 于 合 成 發(fā) 酵 產(chǎn) 物 ： 不 僅 選 產(chǎn) 量 高 的 ， 還 要 考 慮 其 他因 素 ， 如 產(chǎn) 孢 子 早 而 多 ， 色 素 多 或 少 ， 生

54、 長 速 度 快 等 。 對 誘 變 劑 敏 感 且 變 異 幅 度 廣 ： 可 以 提 高 變 異 頻 率 ， 而 且高 產(chǎn) 突 變 株 的 出 現(xiàn) 率 也 大 。 2、 誘 變 劑 的 種 類 和 選 擇物 理 誘 變 劑化 學 誘 變 劑 各 種 射 線 ， 如 紫 外 線 （ 焦 耳 ） 、 X射 線 （ 庫 侖 /千 克 ） 、 射 線 、 射 線 、 射 線 和 超 聲 波 等甲 基 磺 酸 乙 酯 （ EMS） 、 亞 硝 基 胍 、 亞 硝 酸 、 氮 芥 等 。u一 般 正 突 變 較 多 出 現(xiàn) 在 偏 低 劑 量 中 ， 而 負 突 變 則 較 多 出 現(xiàn) 于 偏 高 劑

55、 量 中 。u對 于 經(jīng) 過 多 次 誘 變 而 提 高 了 產(chǎn) 量 的 菌 株 ， 在 較 高 劑 量 負 突 變 率 更 高 。u目 前 處 理 劑 量 采 用 的 死 亡 率 為 70 80 。 各 種 化 學 誘 變 劑 常 用 的 劑 量 和 處 理 時 間誘 變 劑 誘 變 劑 的 劑 量 處 理 時 間 緩 沖 劑 中 止 反 應 方 法亞 硝 酸 （ HNO2） 0.01 0.1mol/L 5 10min pH值 4.5， 1mol/L醋酸 緩 沖 液 pH8.6， 0.07磷 酸 二 氫 鈉硫 酸 二 乙 酯（ DES） 0.5 1 10 30min，孢 子 18 24h p

56、H值 7.0， 0.1mol/L磷 酸 緩 沖 液 硫 代 硫 酸 鈉 或大 量 稀 釋甲 基 磺 酸 乙 酯（ EMS） 0.05 0.5mol/L 10 60min，孢 子 3 6h pH值 7.0， 0.1mol/L磷 酸 緩 沖 液 硫 代 硫 酸 鈉 或大 量 稀 釋亞 硝 基 胍 （ NTG） 0.1 1.0 mol/mL，孢 子 3mg/mL 15 60min，90 120min pH值 7.0， 0.1mol/L磷 酸 緩 沖 液 或 Tris緩沖 液 大 量 稀 釋亞 硝 基 甲 基 胍 （ NMU） 0.1 1.0 mol/mL 15 90min pH值 6.0 7.0，0

57、.1mol/L磷 酸 緩 沖 劑或 Tris緩 沖 液 大 量 稀 釋氮 芥 0.1 1.0 mol/mL 5 10min NaHCO3 甘 氨 酸 或 大 量稀 釋乙 烯 亞 胺 1:1000 1:10000 30 60min 硫 代 硫 酸 鈉 或大 量 稀 釋羥 胺（ NH2OHHCl） 0.1 0.5 數(shù) 小 時 或 生 長 過 程中 誘 變 大 量 稀 釋氯 化 鋰 （ LiCl） 0.3 0.5 加 入 培 養(yǎng) 基 中 ， 在生 長 過 程 中 誘 變 大 量 稀 釋秋 水 仙 堿（ C 22H25NO6） 0.01 0.2 加 入 培 養(yǎng) 基 中 ， 在生 長 過 程 中 誘 變

58、 大 量 稀 釋 3、 突 變 的 誘 發(fā)A、 誘 變 劑 接 觸 DNA分 子B、 DNA損 傷 的 修 復C、 從 突 變 到 突 變 型 光 復 活 作 用 切 補 修 復 重 組 修 復 SOS修 復 系 統(tǒng) DNA多 聚 酶 的 校 正 作 用（ 表 型 延 遲 ： 誘 變 劑 一 般 只 作 用 于 DNA雙 鏈 中 的 某 一 條 單 鏈 ，故 某 一 突 變 還 是 無 法 反 映 在 當 代 的 表 型 上 ， 只 有 當 經(jīng) 過 DNA的 復 制 和 細 胞 分 裂 后 ， 這 一 變 異 才 會 在 表 型 上 表 達出 來 ， 于 是 出 現(xiàn) 了 不 純 菌 落 。 ）

59、菌 種 改 良 -誘 變 育 種上 節(jié) 知 識 回 顧 出 發(fā) 菌 株 的 選 擇 菌 懸 液 的 制 備 誘 變 變 異 菌 株 的 分 離 和 篩 選 前 培 養(yǎng) 4、 篩 選A、 制 定 篩 選 方 案方 案 設 計 的 中 心 內(nèi) 容是 確 定 誘 變 篩 選 流 程 。 B、 營 養(yǎng) 缺 陷 型 的 篩 選 方 法一 般 經(jīng) 誘 變 后 ， 再 經(jīng) 中 間 培 養(yǎng) 、 淘 汰 野 生 型 、 檢 出 營 養(yǎng) 缺 陷 型 、 確 定 生 長 譜 等 。淘 汰 野 生 型 菌 株 的 方 法 有 ： 抗 生 素 法 、 菌 絲 過 濾 法 、 差 別 殺 菌 法和 饑 餓 法 等 。營

60、養(yǎng) 缺 陷 型 菌 株 的 檢 出 方 法 有 ： 逐 個 測 定 法 、 夾 層 平 板 法 、 限 量營 養(yǎng) 法 和 影 印 接 種 法 等 。 與 篩 選 營 養(yǎng) 缺 陷 型 突 變 株 有 關(guān) 的 三 類 培 養(yǎng) 基基 本 培 養(yǎng) 基 （ MM） -： 凡 是 能 滿 足 野 生 型 菌 株 營 養(yǎng) 要求 的 最 低 成 分 的 合 成 培 養(yǎng) 基 。 完 全 培 養(yǎng) 基 （ CM） +： 滿 足 一 切 營 養(yǎng) 缺 陷 型 菌 株 生 長的 天 然 或 半 合 成 培 養(yǎng) 基 。 補 充 培 養(yǎng) 基 （ SM） ： 在 MM中 有 針 對 性 地 加 入 一 或 幾 種 營養(yǎng) 成 分

61、 以 滿 足 相 應 營 養(yǎng) 缺 陷 型 菌 株 生 長 的 合 成 培 養(yǎng)基 。 補 充 培 養(yǎng) 基 的 符 號 可 根 據(jù) 加 入 的 是 A或 B等 代 謝物 ， 而 分 別 用 A 或 B 等 來 表 示 。 l1、 抗 生 素 法 :l(1)青 霉 素 法 :主 要 適 用 于 細 菌 。淘 汰 野 生 型 菌 株 含 青 霉 素 的 基 本 培 養(yǎng) 基極 少 的 野 生 型 生 長 ， 大 部 淘 汰濃 縮 缺 陷 型 l(2)制 霉 菌 素 法 :適 于 真 菌 。淘 汰 野 生 型 菌 株 含 制 霉 菌 素 的 基 本 培 養(yǎng) 基極 少 的 的 野 生 型 ， 大 部 淘 汰

62、濃 縮 缺 陷 型 l2、 菌 絲 過 濾 法 :適 用 于 絲 狀 生 長 的 真菌 或 放 線 菌 。野 生 型 菌 絲基 本 培 養(yǎng) 基 擦鏡紙等過濾 濃縮的缺陷型 夾 層 培 養(yǎng) 法檢 出 營 養(yǎng) 缺 陷 型 菌 株無 菌 基 本 培 養(yǎng) 基無 菌 基 本 培 養(yǎng) 基含 誘 變 菌 基 本 培 養(yǎng) 基完 全 培 養(yǎng) 基 培 養(yǎng) 后 ， 標記 出 現(xiàn) 的 菌落第 二 次 培 養(yǎng) 后 的 小 菌 落 多 為 缺 陷 型 限 量 補 充 培 養(yǎng) 法 限 量 基 本 培 養(yǎng) 基野 生 型缺 陷 型 v逐 個 檢 出 法 基 本 培 養(yǎng) 基完 全 培 養(yǎng) 基 營 養(yǎng) 缺 陷 型 (三 ） 誘 變

63、 育 種 應 考 慮 的 因 素 P25v1、 選 擇 合 適 的 出 發(fā) 菌 株v 合 適 的 出 發(fā) 菌 株 就 是 通 過 育 種 能 有 效 地 提高 目 標 產(chǎn) 物 產(chǎn) 量 的 菌 株 。v 出 發(fā) 菌 株 最 好 已 具 備 一 些 有 利 的 性 狀 ， 如 生長 速 度 快 、 營 養(yǎng) 要 求 低 和 產(chǎn) 孢 子 早 而 多 的 菌株 。 v2、 復 合 誘 變 劑 的 使 用v復 合 處 理 可 以 將 兩 種 或 多 種 誘 變 劑 分 先后 或 同 時 使 用 ， 也 可 用 同 一 誘 變 劑 重 復使 用 。v誘 變 劑 復 合 處 理 的 效 果 往 往 好 于 單

64、 獨 處理 。 v3、 誘 變 劑 劑 量 的 選 擇v 僅 僅 采 用 誘 變 劑 的 理 化 指 標 控 制 誘 變 劑 的用 量 常 會 造 成 偏 差 ， 不 利 于 重 復 操 作 。v 不 同 種 類 和 不 同 生 長 階 段 的 微 生 物 對 誘 變劑 的 敏 感 程 度 不 同v 就 一 般 微 生 物 而 言 ， 突 變 率 隨 劑 量 的 增 大而 增 高 ， 但 達 到 一 定 劑 量 后 ， 再 加 大 劑 量反 而 會 使 突 變 率 下 降 。4、 變 異 菌 株 的 篩 選一 般 要 經(jīng) 過 初 篩 和 復 篩 兩 個 階 段 。如 :青 霉 素 產(chǎn) 生 菌

65、高 產(chǎn) 突 變 菌 種 的 篩 選 v 初 篩 ： 誘 變 后 稀 釋 涂 布 平 板 培 養(yǎng) 挑 單個 菌 落 到 斜 面 培 養(yǎng) 將 斜 面 上 的 菌 落 逐 個 接種 到 搖 瓶 振 蕩 培 養(yǎng) 測 抗 生 素 效 價 超 過對 照 效 價 10%以 上 的 菌 種 ， 進 行 復 篩 。v 復 篩 ： 過 程 與 初 篩 基 本 相 同 ， 不 同 的 是 一 般 將斜 面 上 的 單 個 菌 落 接 種 到 三 個 搖 瓶 中 ， 得 出 平均 效 價 。 復 篩 可 進 行 1 3次 。v 由 此 篩 選 出 的 高 產(chǎn) 穩(wěn) 定 菌 種 還 要 經(jīng) 過 小 型 甚 至中 型 試

66、驗 ， 才 能 用 到 發(fā) 酵 生 產(chǎn) 中 。 1、 工 業(yè) 上 對 菌 種 選 擇 有 何 要 求 ？2、 誘 變 育 種 應 注 意 哪 些 問 題 ？作 業(yè) v 1、 單 位 培 養(yǎng) 基 能 產(chǎn) 生 最 大 量 的 目 的 產(chǎn) 物v 2、 能 使 目 的 產(chǎn) 物 的 合 成 速 率 最 大v 3、 副 產(chǎn) 物 合 成 的 量 最 少v 4、 質(zhì) 量 穩(wěn) 定 、 價 格 低 廉 、 易 于 長 期 獲 得v 5、 盡 量 不 影 響 后 處 理發(fā) 酵 工 業(yè) 培 養(yǎng) 基 的 要 求 P41第 三 章 發(fā) 酵 工 業(yè) 培 養(yǎng) 基 設 計 本 章 內(nèi) 容v 1 培 養(yǎng) 基 的 類 型 及 功 能v 2 培 養(yǎng) 基 的 設 計 及 優(yōu) 化發(fā) 酵 培 養(yǎng) 基 的 成 分 及 來 源培 養(yǎng) 基 的 類 型 和 用 途 1 培 養(yǎng) 基 的 類 型 及 功 能 、 培 養(yǎng) 基 的 類 型 和 用 途 根 據(jù) 來 源 分 ： 根 據(jù) 主 要 成 分 或 使 用 目 的 分 ： 根 據(jù) 用 途 分 ： 天 然 培 養(yǎng) 基合 成 培 養(yǎng) 基半 合 成 培 養(yǎng) 基 基 礎(chǔ) 培 養(yǎng) 基加 富 培 養(yǎng) 基鑒