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1、第五章 微生物与发酵工程,以谷氨酸的发酵生产为例,酶工程简介不作要求,1、微生物的生长,2、发酵工程简介,2.3 微生物的生长,常以微生物群体为单位来研究微生物的生长,一、微生物群体生长的规律,1.微生物群体生长的测定：,测定方法：测细菌细胞数目、测重量,1.调整期 2.对数期 3.稳定期 4.衰亡期,人工培养、定期取样、测定群体生长情况,2规律：,调整期：细菌一般不分裂，代谢活跃，大量合成细 胞分裂所需的酶类、ATP及其他细胞成分。,对数期：快速分裂（2n），代谢旺盛，形态及生理 特性比较稳定，常作为生产菌种和科研的 材料。,稳定期：繁殖速率与死亡速率相等（营养消耗、有 害代谢产物积累、PH
2、变化）活菌数目最 多，代谢产物尤其是次级代谢产物积累， 某些细菌开始形成芽孢。,衰亡期：死亡速率大于繁殖速率，细胞会出现多种 形态，有些细菌开始解体，释放出代谢产 物等。,如何缩短调整期?,1、增加接种量 2、用与培养菌种相同的培养基 3、利用对数期的菌种,连续培养法：进入稳定期后，补充营养物质， 不使进入衰亡期，从而提高代谢 产物的产量,能力培养：改编细菌生长曲线图 细菌的生长曲线是以时间为横坐标，以细 菌数目的对数为纵坐标作的图。请你将其 改绘成种群增长速率（v）-培养时间（t） 曲线，其中横坐标表示v，纵坐标表示t。,A B C D,例.下图是某种细菌的生长曲线。请据图 回答：,(1)图
3、中生长曲线形成的条件为：,某种细菌接种到恒定容积的培养基中。,(2)BC段表示的是 期，该时期与种群增长的 曲线相似，其形成的条件是,(3)AD段与种群增长的 曲线相似， 其形成的条件是,对数,J形增长,营养物质充足、环境条件理想。,S形增长,营养物质、环境条件有限。,(4)从生存斗争角度考虑，种内斗争最激烈 的是 期，对应曲线的 段，形成 这一态势的主要生态因素,(5)生产上要想扩大培养需选用 段的 菌体，如要获得较多的产物则应延长 段 的时间，延长的方法是进行 培养，采 取的主要措施是,稳定,CD,生存空间有限、,pH发生变化、温度升高、溶氧减少等,BC,CD,连续,以一定速度添加新培养基
4、、放出旧培养基、 加人pH缓冲物质、搅拌散热、增加溶氧等。,(6)衰亡期对应图中 段，该期的特点主 要是,DE,死亡率超过繁殖率、出现畸变、细胞解体等。,二、影响微生物生长的环境因素,1.温度：,绝大多数微生物的最适生长温度为：2537,高温下降的原因是：蛋白质和核酸发生了不可逆转的破坏,2. PH：,最适PH值： 植物：5.06.0 动物：7.27.4,下降的原因是：影响酶的活性、细胞膜的稳定性，从而影响 微生物对营养物质的吸收 。,细菌： 6.57.5 真菌 ：5.06.0 放线菌：pH7.58.5,3.氧：,（多数细菌和大多数真菌）,好氧型微生物,（如：某些链球菌、甲烷杆菌）,厌氧型微生
5、物,（如：酵母菌）,兼氧型微生物,作为生产用菌种和科研的材料，常选哪个时期的 细菌（ ）,微生物产生次级代谢产物抗毒素、抗生素、色素 等的最佳时期是（ ）,细菌芽孢形成的时期通常在（ ）,细菌群体在生长过程出现形态变化甚至畸形是在 （ ）,A.对数期 B.稳定期 C.衰亡期 D.调整期,在微生物群体生长规律的测定中，种内斗争最显 著最激烈的时期是（ ）,A,B,B,C,B,1.与调整期长短有关的因素中，最全面的一组是( ) 用与菌种相同的培养基 营养丰富的培养基 稳定期获得的菌种 对数期获得的菌种 接种时间提前 接种量加大 接种量减少 接种种类增多 A B C D,C,2.在光亮处用一种培养液
6、分别培养绿藻和酵母菌，其结果如右图，造成这种结果的原因是培养液中( ) A缺少无机盐 B含氧量太高 C缺少有机养分 D不含二氧化碳,C,3.(多选)右图为酵母菌培养过程中的生长曲线，下 列有关叙述中正确的是（ ） A.诱导酶一般是在a段时期内产生的 B.b段培养过程中应给予充足的氧气 C.若要产生大量酒精，则在c段应将发酵罐密封 D.连续培养的目的主要是为了延长c段时间,ABCD,4下图为酵母菌细胞的模式图和生长曲线。请回答： （1）从细胞核的结构看，下列选项中，与该酵母菌同属一类的生物是（ ） A乳酸菌 B放线菌 C变形虫 D噬菌体,1 2 3 4,细胞核,时间,Ig（细胞数）,A,B,C,
7、D,E,C,（2）下列与酵母菌发酵有关的叙述中错误的是（ ） A发酵过程中，营养物质可自由通过4结构 B1的形成与细胞核的存在有密切关系 C发酵时，处于稳定期的细胞，细胞核的代谢最活跃 D生产酒精时，葡萄糖进入3的方式是主动运输 （3）要收获酵母菌的代谢产物，应选择生长曲线的 期。为了获得更多的代谢产物，要延长该时期，工业上 采用的方法是 。 （4）细胞出现多种形态，甚至畸形的是曲线中的 期。 （5）如果在有氧和无氧的情况下，酵母菌细胞中 （结构）数量会发生明显差异。,C,CD,连续培养法,DE,2,3 发酵工程简介,一、发酵工程的概念,采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生
8、产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。,1.概念：,二、实例：谷氨酸发酵,1.菌种选育：,2.培养基的配制：,3.灭菌：,4.扩大培养和接种：,6.分离提取产物,无菌条件,谷氨酸棒状杆菌、黄色短杆菌,5.发酵过程：,自然分离、人工诱变 基因工程、细胞工程,物质种类、比例、适宜的PH,控制各种条件生产发酵产品,菌体：用过滤、沉淀等方法,代谢产物：用蒸馏、萃取、离子交换等方法,高压蒸汽灭菌,五种因子,(通入无菌空气并不断搅拌),从自然界分离的菌种,发酵过程注意事项,温度,分离提纯,氧气,Ph,用适量的Na2CO3溶液中和，过滤，浓缩，离心后制成味精,30-37C,7-8 ,
9、当酸性时，生成乙酰谷氨酰胺,其为好氧菌，氧不足时，生成乳酸或琥珀酸,三、发酵工程的应用,在医药工业方面：,在食品工业方面：,生产药品和基因工程药品,生产传统发酵产品、食品添加剂、单细胞蛋白(菌体)等,1.谷氨酸发酵过程中，如果环境条件控制不当，则 可能使代谢产物成为乳酸，那么乳酸是下列哪种 条件下的产物（ ） APH值过小 BPH值过大 C溶氧过多 D溶氧不足,2.能影响发酵过程中温度变化的因素是（ ） A微生物分解有机物释放的能量 B机械搅拌 C发酵罐散热及水分蒸发 DA、B、C都对,3.应用发酵工程生产的产品不包括（ ） A初级代谢产物 B次级代谢产物 C单细胞蛋白质 D目的基因,D,D,
10、D,4单细胞蛋白是指（ ） A.单个植物细胞培养得到的高纯度蛋白质 B.单个动物细胞培养得到的高纯度蛋白质 C.单个细菌细胞分泌的蛋白质 D.通过发酵获得大量微生物菌体,D,5.对谷氨酸发酵的工业生产叙述正确的是（ ） A菌体是异氧厌氧型微生物 B培养基属于液态的合成培养基 C谷氨酸的形成与搅拌速度无关 D产物可用离子交换法提取,D,生产谷氨酸等食品添加剂离不开发酵工程。就谷氨酸发酵回答下列问题。 (1)谷氨酸棒状杆菌的代谢类型是_. (2)若从自然界分离得到的样品中含有谷氨酸棒状杆菌、圆褐固氮菌、金黄色葡萄球菌、酵母菌等，现欲筛选出酵母菌，则简便的方案是_. (3)一定容积的培养液中进行谷氨
11、酸发酵,C/N比不3:1时,活菌数可保持最大;PH呈酸性时,发酵产物是乙酰谷氨酰胺.这些事实说明_. (4)为测定谷氨酸棒状杆菌生长所需的最适PH,某同学设计了下列实验步骤. 配制适宜培养基,分装到5个锥形瓶中;用缓冲液分别调PH为4.0、4.5、5.0、5.5、6.0，分别标号、；将每瓶培养基选题分装到3支试管中，加棉塞并包扎,异养需氧型,培养基中加入青霉素或在无氧条件下培养,环境条件的变化，不仅影响菌种的生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成,每捆试管外挂上相应标签；在酒精灯上加热煮沸20min灭菌后冷却；无菌条件下接种等量菌种；37恒温箱中培养24小时；测定每管中谷氨酸的产量：计量、统计
12、并分析结果。 A。上述步骤中有3个明显科学性错误，请在相应文字下划线标记，并按序改正： B。试列出实验结果的数据统计表格（含标题） C。若按改正后的步骤实验，请将预期结果用曲线图表示走势,6.5、7.0、7.5、8.0、8.5,在98kPa下高压蒸气灭菌,测定菌体的细胞数目或重量,细胞数目,PH,谢谢观看!,发酵工程中所用的菌种多要求是纯培养的，即整个发酵过程不能混有杂菌，否则将导致产量大大下降，甚至得不到产品。例如，如果青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌会分泌青霉素酶，将形成的青霉素分解掉。因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。,灭菌,培养基： 操作者： 接种环：,高压蒸汽灭菌,酒精,火焰灼烧,