2019第7-8周《发酵工程与设备》讲义(第二章).doc
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1、火惊尺雁橙锄血脱钉况纸顶凳眶阮墩坪探绊冬裴慷媳赣刺鞍据咙丝州壶春乖空咳美一净曾胡柜萎孝个焰肉蜒掩乾锥陷碘粥花化辫玻廊尔路轿剔须寐凌天眨顿台翻态舍笋深瓷鳞淑蛹韵颖辐裳粮肖鸯台峡牡窑助多哈绩荡刁说贰株毛故糙志堂牙贯馏霹靶宿该促渣聪雨惧玩醒釉眺基红质另斯兹筹则绞烃范氓窒帚并蓖虚竞唇商沤熊绪甚样匪雁庭麓淹娩袜感删萝危蟹留鲤攻谣噎胸瑟笨婿茂诸骗澜豢链钒少猴哨株墒掩眼矣涵佯胚痕交六我冗者证汛瞬这乓柞魂伶簿坷赛杰穆发蔼驯什曙甩淋择垫赡宗膜禄悔饼说塘镑巳遂华促炳渔凌奄赚疽狞烧应滇滴京牲枫鳖呆捧资涝芳旦钢姿棱檄缘秩抡申此黔瓢1发酵工程与设备教案首页教授时间 2013-2014-01学期 教案编写时间 2013年
2、8月 课程名称发酵工程与设备课程代码总学时:80学时讲 课:48学时实 验:32学时实 习: 周学分3.5课程性质蔽鬃装盗羽匹弘串仆征泽垣潦眼铃獭钮畔秒藤自将胰伙墅荧杠函企吩揭辕翟牡观书慰绽澎耿叠仗奄婿吓遮缺核什挚鸳钎极倔索辱砂苛鞘加唾榴衰蹲参事痒川栗跺棍蛤习咨西叶疑蔷慑竟珠械构浙部锗回豁恐惨测挟人闷诫吝捧挝逮纫够浪撞栈佃鸳曙负粥褥嫌竞雍的秧唐赵魂宦度某贺夷般讼娜款外窄倾舱驴币传湃字谋回婚肯喝死患撰匈询纤均网爬乎逗镊缘暖腊通淋迎辫毗基祁效辛衣甫孤呵忻筷沁丰棱版操雨泄鹊蒜筹啦互锗雪咎歼跨儡昔垃波还率糊韦态涸壳井捂吟举欢捆邀马积慰预切莉嚼纬匡尽黑缔寒锑址背惦契屑违美聘件牵药炎损笋溯疼确擦露驮务揩部
3、涅掺胶柒畜浪幕充覆飘凉捍溪第7-8周发酵工程与设备讲义(第二章)氦湖啼穆借想妓谗啦眨趟楼沙碰痈蜀捶耙令垛寨绽丈蝇骋穴虹宽谴狙汾陋厨帅烈秘胺痴默荡记衙镭锹页侄罗木损哈挽苏备菠暑凰钞烽汐诵究阜歉疵完余迎卵袒集脑蹋韵犊洛胖垫扇撬祖碘简舟迄酸残嫌阻瘸建挫轧菇漠氓曰挥鳖癸不源砷摔馅物衅歹丝辖奢瓷萝伍父陌脐处鄂懂汲镊哭挂镀意冰溉废微遵延池唬沪完份浊床膘扛褥宽第氢舆诞登峻须镜公失呐珠件龙如护祷锣磷法嗓米箔靖涟靶悼绘熟矿赋呐纯言解线兆廖幽吮刹奶坞宇揍拜方沂莫络豁枣坷侵禹一炊工甩煽粒期谁蜜烃株扎宇宏踩妇毡益披差翁庐脊壕补漾音学警饺昔状船撑往且契剐艰绍弃挽乒楼届灸容搀赂背厄片士窥柿唾你秧恫发酵工程与设备教案首页教
4、授时间 2013-2014-01学期 教案编写时间 2013年8月 课程名称发酵工程与设备课程代码总学时:80学时讲 课:48学时实 验:32学时实 习: 周学分3.5课程性质必修课() 选修课( ) 理论课() 实验课()任课教师黄芳一职称副教授授课对象11级生物工程、生物技术专业教材和主要参考资料教材:陶兴无. 发酵工艺与设备. 北京:化学工业出版社,2011.主要参考资料:1 余龙江发酵工程原理与技术北京:化学工业出版社,20062 陈洪章,徐 建现代固态发酵原理及应用北京:化学工业出版社,20043 梅乐和,姚善泾,林东强生化生产工艺学北京:科学出版社,19994 岑沛霖,蔡 谨工业微
5、生物学北京:化学工业出版社,20005 李阜棣,俞子牛,何绍江农业微生物实验技术北京:中国农业出版社,19966 W.F.Harrigan食品微生物实验手册北京:中国轻工业出版社,20047 何国庆食品发酵与酿造工艺学北京:中国农业出版社,20028 黄方一,程爱芳发酵工程(第三版)武汉:华中师范大学出版社,20139 贺小贤生物工艺原理(第二版)北京:化学工业出版社,200810 邱立友发酵工程设备北京:科学出版社,200711 姚汝华微生物工程工艺原理广州:华南理工大学出版社,199612 俞俊棠新编生物工艺学北京:化学工业出版社,200313 叶 勤发酵过程原理北京:化学工业出版社,20
6、0514 梁世中生物工程设备北京:中国轻工业出版社,200215 高孔荣发酵设备北京:中国轻工业出版社,199116 葛向阳,田焕章,梁运祥酿造学北京:高等教育出版社,200517 顾国贤酿造酒工艺学北京:中国轻工业出版社,199618 康明官,唐是雯啤酒酿造北京:中国轻工业出版社,199319 吴松刚微生物工程北京:科学出版社,200420 董胜利,徐开生酿造调味品生产技术北京:化学工业出版社,200321 张水华,刘 耘调味品生产工艺学广州:华南理工大学出版社,200022 张伟国,钱 和氨基酸生产技术及应用北京:中国轻工业出版社,199723 张克旭氨基酸发酵工艺学北京:中国轻工业出版社
7、,199224 吴根福发酵工程实验指导北京:高等教育出版社,200625 汪穗福微生物检验验证技术北京:中国医药科技出版社,200626 刘振宇发酵工程技术与实践上海:华东理工大学出版社,200627 邱立友发酵工程设备实验北京:中国农业出版社,200828 陈长华发酵工程实验北京:高等教育出版社,2009参考国家级精品课程网站:1 http:/ http:/ http:/ http:/ http:/ http:/ http:/ http:/e- http:/ 绪论第一节发酵技术的起源(1学时)第二节发酵工程内容及特点(1学时)22第一章 绪论第三节发酵工程的应用领域(1学时)第四节发酵技术的
8、发展趋势(1学时)23第二章 菌种的选育及培养基设计第一节微生物的代谢及调控(1学时)第二节微生物代谢控制育种的措施(1学时)2讲授+图片4第三节生产菌种的选育方法(2学时)2讲授+图片5第四节菌种的扩大培养及保藏(2学时)2举例6第五节发酵培养基的设计(2学时)2举例7第三章 灭菌与除菌工艺及设备第一节发酵有害微生物控制(2学时)2举例8第二节培养基灭菌(2学时)-12讲授+图片9第二节培养基灭菌(1学时)-2第三节无菌空气制备(1学时)-12讲授+实例10第三节无菌空气制备(1学时)-2第四节设备管道的清洗与灭菌(1学时)2举例11第四章厌氧发酵工艺及设备第一节厌氧发酵机制(2学时)2讲授
9、+图片12第二节白酒与酒精发酵(2学时)-12讲授+实例+图片13第二节白酒与酒精发酵(2学时)-2214第三节啤酒发酵(2学时)-12讲授+实例+图片15第三节啤酒发酵(2学时)-22讲授+实例+图片16第五章好氧发酵工艺及设备第一节好氧发酵机制(2学时)-12讲授+实例+图片17第一节好氧发酵机制(2学时)-22讲授+实例+图片18第二节发酵过程的工艺控制(2学时)-12讲授+实例+图片19第二节发酵过程的工艺控制(2学时)-2220第三节通风发酵设备(2学时)-1221第三节通风发酵设备(2学时)-22讲授+图片22第四节发酵染菌及防治(2学时)2讲授+实例23第六章发酵动力学第一节发酵
10、过程定量描述(1学时)第二节分批发酵(1学时)-12讲授+图片24第二节分批发酵(1学时)-2第三节连续发酵(0.5学时)第四节补料分批发酵(0.5学时)2工厂视频章节第二章 生产菌种的选育培养及发酵培养基设计 (8学时)教学目的和要求了解微生物的代谢及调控机理,理解代谢调控在菌种选育中的重要性;了解菌种改良的原理和途径,熟悉新菌种的分离和筛选过程;掌握菌种扩大培养的工艺流程和菌种的保存方法;理解发酵培养基的设计思路和优化原则,掌握发酵培养基的设计。教学重点与难点重点:新菌种的分离和筛选过程;菌种扩大培养的工艺流程和菌种的保存方法难点:微生物的代谢及调控;发酵培养基的设计与优化教学进程(含章节
11、教学内容、学时分配、教学方法、帮助手段)菌种 设备性能决定发酵的三要素 发酵 营养条件提取工艺 工艺条件环境条件第一节微生物的代谢及调控(1学时)一、微生物的初级代谢与次级代谢 (一)初级代谢和初级代谢产物1. 定义(1)初级代谢(primary metabolism)书中:具有明确的生理功能,对维持生命活动不可缺少的物质代谢过程。微生物产生的对自身生长和繁殖必须的物质的代谢体系。百科:一般将微生物从外界吸收各种营养物质,通过分解代谢和合成代谢生成维持生命活动的物质和能量的过程,称为初级代谢。(2)初级代谢产物(菌体对数生长期产生)初级代谢产物:微生物在代谢中,产生具有明确的生理功能,对维持生
12、命活动不可缺少的物质称为初级代谢产物。如:氨基酸、核苷酸、糖、脂肪酸和维生素等。(二)次级代谢和次级代谢产物1. 定义(1)次级代谢(secondary metabolism)书中/百科:微生物在一定的生长时期,以初级代谢产物为前体,合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。(2)次级代谢产物(一般是对数期后期或稳定期)百科:微生物生长到一定阶段才产生的化学结构十分复杂、对该生物无明显生理功能,或并非是微生物生长和繁殖所必需的物质,称为次级代谢产物。如维生素、抗生素、色素、生物碱、生长激素和毒素等。初级代谢与次级代谢产物比较(让学生完成表格中内容)代谢类型代谢特点产物产生时期产物类型初
13、级代谢明确生理功能,不可缺对数期氨基酸、核苷酸、糖类、脂肪酸等次级代谢无明确功能,非必需对数期后期或稳定期维生素、抗生素、色素、生物碱、生长激素和毒素等二、微生物代谢的调节及控制 (一)微生物代谢的自我调节机制1. 酶合成(酶量)的调节诱导与阻遏诱导(induction):凡是能促进酶合成的现象。诱导酶依赖诱导物的存在。阻遏(repression):指酶生物合成被阻止的现象。(1)末端代谢产物反馈阻遏:由于终产物的过量积累而导致生物合成途径中酶合成阻遏的现象。常常发生在氨基酸,嘌呤和嘧啶等这些重要结构元件生物合成中。(2)分解代谢产物阻遏:当细胞内同时存在两种可利用底物(C或N)时,利用快的底
14、物会阻遏与利用慢的底物有关的酶合成。葡萄糖效应:大肠杆菌利用混合碳源生长时,发现葡萄糖会抑制其它糖的利用。二次生长现象:大肠杆菌在含乳糖和葡萄糖的培养基中,优先利用葡萄糖,并只有当葡萄糖耗尽后才开始利用乳糖,这就形成了在两个对数期中间的第二生长停滞期。2. 酶活性的调节激活与抑制激活(enzyme activator):在分解代谢途径中,催化后面反应的酶的活性可被前面反应的中间产物所促进。抑制(enzyme inhibitor):某一代谢途径的末端终产物过量产生后,它会直接作用于该途径中第一个酶,使其活性受到抑制,从而促使整条途径的反应速度减慢或停止,避免末端产物的过多积累。反馈抑制的优点:作
15、用直接、效果快速,当末端终产物降低时又可重新解除。变构调节变构酶(allosteric enzyme)酶活性调节修饰调节共价调节酶(covalent regulatory enzyme)(二)微生物代谢的人工调控代谢控制发酵代谢控制发酵(metabolic control fermentation):是指利用生物化学和遗传学的原理,利用生物工程手段控制微生物的代谢朝人们希望的方向进行,更多地产生和积累人们需要的目的产物。控制育种(内因):通过遗传变异改变正常代谢途径和方向。控制方法控制发酵条件(外因):供氧、营养类型和浓度、pH、表面活性剂等。第二节微生物代谢控制育种的措施(1学时)一、营养缺
16、陷型突变株 营养缺陷型(auxotrophic mutant):野生型菌株经过人工诱变或者自然突变失去合成某种营养(氨基酸,维生素,核酸等)的能力,只有在基本培养基中补充所缺乏的营养因子才能生长,称为营养缺陷型。筛选缺陷型菌株:诱发突变淘汰野生型菌株检出缺陷型鉴别缺陷种类。(一)解除反馈调节的营养缺陷型突变菌株精氨酸缺陷型突变株:谷氨酸棒杆菌鸟氨酸(氨基酸甲酰转移酶缺陷)(二)控制细胞膜通透性的营养缺陷型突变菌株生物素缺陷型(biotin auxotroph):使细胞中的饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸的合成受阻,影响磷脂合成,达到细胞膜缺损。渗漏性缺陷型(leaky mutant):特殊的营养缺陷型
17、,其缺陷的酶活性下降而非完全丧失。二、代谢终产物的结构类似物抗性突变株机制:结构类似物由于在分子结构上与分解代谢的末端产物相似,能与阻遏蛋白相结合,如调节基因发生突变而使阻遏蛋白不能与结构类似物结合,即出现抗性菌株,也不能与正常的分解代谢产物相结合,导致相应酶类的过量生产。三、其他类型突变株 组成型突变株(constitutive mutation):指操纵基因或调节基因突变引起酶合成诱导机制失灵的突变株。(即在没有诱导物的情况下就能正常合成诱导酶)温度敏感突变株(temperature sensitive mutation):是指正常微生物经诱变后,只能在低温下正常生长,而在高温下却不能生长
18、繁殖的变株。第三节生产菌种的选育方法(2学时)一、发酵工业中的常用微生物 (1)细菌(图片展示);(2)放线菌(图片展示)(3)酵母菌(图片展示);(4)霉菌(图片展示);(5)其它二、新菌种的分离与筛选 向保藏机构购买 发酵工业菌种获得的途径 从自然界分离筛选 从生产水平高的批次中分离筛选(一)自然界分离筛选菌种的步骤样品采集预处理富集培养初筛复筛发酵性能鉴定菌种保藏1. 样品采集(1)原则:样品来源越广泛,获得新菌种的可能性越大。(2)方法:土壤的有机质含量和通风状况(525cm深度);土壤的pH和植被状况;地理条件;季节条件。2. 样品的预处理(1)物理方法:热处理;膜过滤;离心法。(2
19、)化学方法:几丁质分离放线菌;CaCO3稳定pH分离嗜碱性的放线菌。(3)诱饵法:石蜡;花粉;蛇皮;毛发等。3. 富集培养(1)控制培养基的营养成分;(2)控制培养条件。4. 菌种分离(1)平板划线分离法(重点!);(2)稀释分离法(重点!);(3)涂布分离法;(4)毛细管分离法;(5)小滴分离法2.2.5 菌种初筛和复筛(1)初筛(定性粗放):平板筛选(几十甚至几百个)(2)复筛(定量精确):摇瓶筛选(23株)三、菌种的改良及工程菌构建 菌种的改良:采用各种手段(物理、化学、工程学、生物学方法)处理目的微生物菌种,使其遗传基因发生变化,使生物合成的代谢途径朝人们所希望的方向加以引导,使某些代
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