页数:28页文件大小:18.97 MB来源: 微生物工程工艺原理课件及实验ppt课件
本课件为课程绪论,从微生物工程的定义与一般特点切入,对比其与化学工程、酶工程和动植物细胞培养的差异,梳理传统发酵到青霉素工业的发展历程,并交代课程任务、内容与参考书目。
绪论
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菌种资源与育种手段:⑤微生物在自然界中分布很广,种类繁多。人们可有目的地从自然界中筛选有用的微生物菌种,并可通过物理和化学诱变、细胞融合和基因重组等育种技术获得高产菌株。从分子生物学的观点看,微生物的基因组相对较小,调控系统相对简单,进行基因操作比动、植物要容易得多。例如最
下表按应用、来源与价格等项目,逐项对比微生物工程与酶工程的工艺特征。
| 项目 | 微生物工程 | 酶工程 |
|---|---|---|
| 应用 | 系列串联反应,产物包括微生物代谢产物、微生物细胞本身和细胞组成部分(胞内产物) | 单酶系统时为单一反应;多酶系统时可用于若干串联反应或多底物、多产物反应 |
| 来源与价格 | 来源广、价格低、菌种可传代,发酵开始时接入少量种子液即可在过程中自行繁殖 | 从细胞中提取或通过微生物发酵制得,除若干大宗工业酶制剂外大多价格昂贵 |
| 稳定性 | 较高,可通过多种途径保持其稳定性 | 较差,只有高稳定性或经稳定性修饰的酶才能在工业上应用 |
| 辅酶再生 | 在微生物新陈代谢中自行解决 | 在需要辅酶再生的反应中,技术和经济问题难以解决 |
| 原料要求 | 可用粗原料,但培养基中需提供菌体生长和产物形成所必需的成分 | 简单,但要求纯度较高的化合物作底物 |
| 反应时间 | 较长,1天左右至1周以上 | 较短,数分钟至几十小时 |
| 反应器体积 | 较大,但结构较简单 | 较小,但结构较复杂 |
| 操作方式 | 多为分批式,少量连续式;固定化细胞也可用固定床、流化床反应器连续操作 | 游离酶分批式与连续式无明显区别;固定化酶以连续固定化、流化床反应器为主 |
| 过程控制 | 较复杂,过程常分菌体生长和产物形成两个阶段,代谢途径较难控制 | 简单 |
| 产品分离 | 较复杂,反应终了时发酵液中含菌体、残余培养基和较多副产物 | 简单 |
| 工业生产 | 较多,有上千种工业产品 | 较少,目前常见的工业产品仅十余种 |
与动植物细胞培养的比较:②与动、植物细胞培养比较,微生物具有生产速度快、营养要求简单、对环境条件要求低等特点。有关微生物培养与动、植物细胞培养的差异见表1-2。
下表从细胞直径、营养要求、生长速度等十二个项目对比三类细胞的培养特性。
| 项目 | 微生物 | 哺乳动物细胞 | 植物细胞 |
|---|---|---|---|
| 细胞直径(μm) | 1~10 | 10~100 | 10~100 |
| 细胞壁 | 有 | 无 | 有 |
| 生长形式 | 悬浮 | 多数贴壁,也有悬浮生长 | 悬浮,但易成团,无单个细胞 |
| 营养要求 | 简单 | 非常复杂 | 较复杂 |
| 生长速度 | 快,倍增时间0.5~5h | 慢,倍增时间15~100h | 慢,倍增时间24~72h |
| 供氧要求(KLa值,h-1) | 100~1000 | 1~25 | 20~30 |
| 细胞培养浓度(g/L) | 1~100 | 0.1~1 | 1~30 |
| 产物浓度 | 较高 | 低 | 较低 |
| 细胞分化 | 无 | 无 | 有 |
| 代谢调节 | 内部 | 内部、激素 | 内部、激素 |
| 对环境敏感性 | 忍受范围宽 | 非常敏感,忍受范围窄 | 忍受范围较宽 |
| 对剪切力敏感性 | 低 | 非常高 | 高 |
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近代发酵技术的建立:巴斯德——微生物之父
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纯培养技术的建立:方法学的建立-科赫
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大型发酵罐搅拌装置
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发酵罐车间与空气压缩机:180M3发酵罐车间大型空气压缩机
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发酵车间空气过滤器:发酵车间的空气过滤器
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诱变育种与基因工程阶段:四、人工诱变育种与代谢控制技术五、基因工程与克隆技术动物细胞反应器
微生物工业的范围(三):(十)微生物菌体产品(十一)生物农药与生物增产剂(十二)生物能(十三)环境净化(十四)微生物冶炼(十五)转基因产品(十六)其他
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