《微生物发酵技术》课件

微生物发酵技术发酵技术作为生物工程重要分支应用于食品、医药、环保等领域历史悠久但仍处于快速发展阶段课程内容结构基础理论1微生物学基础工艺技术2培养基、灭菌、发酵控制产业应用3食品、医药、环保领域案例前沿进展4新技术、可持续发展趋势微生物发酵技术定义传统定义现代扩展利用微生物代谢获取有用产物的包含基因工程菌株和人工智能优过程化控制与生物反应器关系发酵技术的工程化实现载体微生物基础知识原核微生物真核微生物细菌、放线菌酵母、霉菌结构简单细胞结构复杂生长迅速发酵能力强微生物的代谢类型有氧代谢厌氧代谢需氧环境无氧环境完全氧化底物不完全氧化异养型化能自养型利用有机物获能利用无机物获能微生物生长曲线滞后期适应环境对数生长期快速繁殖稳定期生死平衡衰亡期养分耗尽发酵类型分类液体发酵微生物悬浮生长固体发酵微生物附着固体基质生长分批发酵一次性添加培养基连续发酵持续添加培养基和排出产物微生物发酵的历史演变古代阶段1酒、醋、奶制品经验生产巴斯德时代2发酵微生物学理论确立抗生素时代3青霉素工业化生产现代生物技术4基因工程与智能控制发酵核心原理产物形成代谢产物积累代谢调控关键酶活性与表达底物转化碳氮源利用效率微生物生长菌体增殖与活性常用发酵菌种酵母菌乳酸菌曲霉菌芽孢杆菌酒精发酵主力乳制品发酵核心有机酸生产能手酶制剂生产主力发酵菌种的选育初级筛选目标性能评估诱变处理物理化学诱变分子育种3基因工程改造工业应用规模化性能验证菌种保藏与活化液氮冷冻保藏冻干法保藏超低温冷冻-196°C长期保存真空脱水制粉-80°C生物冰箱斜面培养保藏常温短期保存培养基配方要素要素类别主要成分功能碳源葡萄糖、蔗糖能量来源氮源蛋白胨、酵母膏合成蛋白质原料无机盐磷酸盐、硫酸盐提供矿物元素生长因子维生素、氨基酸促进生长繁殖培养基优化单因素实验正交实验单一变量考察多因素优化验证实验响应面法最优配方确认建立数学模型消毒与灭菌技术高压蒸汽灭菌最常用过滤除菌适用热敏物质紫外线用于环境消毒接种与无菌操作灭菌准备工具高温灭菌空气净化层流操作台接种操作火焰灭菌环境下传代密封保存防止外源污染发酵工艺流程总览下游阶段发酵阶段产物分离纯化与制剂上游阶段控制条件下微生物培养菌种选育、种子培养发酵罐结构与功能搅拌系统温控系统pH控制系统通气系统促进混合与氧传递保持最佳生长温度维持最适酸碱度提供氧气与排出代谢气体通气与搅拌原理通气作用搅拌功能提供氧气均匀混合培养基排出代谢废气增强氧传递效率调节罐内温度悬浮微生物细胞、温度调控pH温度控制夹套循环水/蒸汽调节pH监测在线pH电极实时测量pH调控酸碱自动加入系统参数记录数据采集软件追踪变化泡沫控制技术泡沫产生原因机械控制法蛋白质表面活性机械破泡器强搅拌通气条件离心式泡沫分离器化学控制法消泡剂添加硅油、植物油工艺监控与数据采集温度监测pH监测溶氧监测热电偶、PT100工业pH电极电极膜法数据处理SCADA系统发酵动力学基础批式与连续发酵工艺比较批式发酵连续发酵一次性添加培养基持续添加培养基周期性生产连续收获产物设备利用率低设备利用率高适合小批量多品种适合大批量单一产品固体发酵原理与应用原理特点传统应用现代设备低水分条件酱油曲霉发酵转鼓发酵器真菌易生长豆瓣酱制作静态托盘发酵液体发酵工厂流程图培养基配制配方优化与灭菌种子培养逐级扩大培养体积罐内发酵参数精确控制下游处理分离提纯与制剂下游分离提纯技术固液分离离心、过滤去除菌体提取浓缩膜过滤、蒸发精制纯化色谱、结晶、沉淀制剂加工干燥、造粒、包装发酵残渣资源化处理生物肥料饲料应用富含有机质与养分蛋白质来源二次开发能源化利用4提取残留活性物质沼气发酵生产各类型发酵罐特点机械搅拌式气升式膜生物反应器混合效果好低剪切力高密度培养适用范围广气体循环驱动产物连续分离典型工业发酵产品总览抗生素发酵技术专论链霉素发酵1链霉菌属产物青霉素发酵青霉菌次级代谢产物头孢菌素发酵3头孢菌属产生氨基酸发酵技术谷氨酸发酵赖氨酸发酵产品主要用于味精生产主要用于饲料添加剂主要产菌株谷氨酸棒杆菌产菌株棒杆菌属苏氨酸发酵必需氨基酸代谢调控型发酵有机酸发酵生产万吨万吨180120柠檬酸年产量乳酸年产量主要由黑曲霉发酵生产乳酸菌发酵生产万吨

7.5琥珀酸年产量新兴生物基化学品啤酒与白酒发酵工艺啤酒发酵白酒发酵酵母厌氧发酵混合微生物发酵麦芽糖转化为酒精淀粉质原料低温发酵工艺固态发酵为主酶制剂发酵及应用淀粉酶应用于糖生产纤维素酶用于生物质转化蛋白酶用于洗涤剂乳制品发酵技术酸奶发酵奶酪发酵开菲尔发酵乳酸菌与双歧杆菌特定菌种风味形成混合菌群发酵食品发酵前沿进展功能性微生物定向发酵生物活性物质益生菌与后生元研究精准控制风味形成发酵食品中功能成分微生物组研究混合菌群互作机制现代生物反应器技术智能控制系统AI优化发酵参数数字孪生技术虚拟仿真指导生产在线传感检测实时监测多参数自动化装备无人操作生产线基因工程菌与合成生物学传统菌种改造合成生物学方法单基因改造新代谢途径设计增强目标代谢途径底盘细胞平台绿色发酵与低碳工艺可再生原料农林废弃物利用循环经济模式副产物全利用水资源节约废水回用技术能源优化热能梯级利用微生物发酵产业链原料供应农产品、化工原料发酵生产规模化发酵工厂下游加工提纯制剂企业终端应用食品、医药、农业等医药工业中的应用抗生素生产疫苗生产单抗生产青霉素、红霉素等病毒蛋白表达动物细胞培养环保与能源领域应用废水处理沼气发酵活性污泥法能源回收技术生物乙醇生物柴油木质纤维素转化微藻发酵技术安全生产与质量控制微生物安全控制产品质量控制生产过程控制基因稳定性纯度检测关键点监控非目标生物影响活性保障实时数据追踪发酵工艺的自动化与智能控制基础自动化PLC控制系统高级过程控制参数联动与预测调整智能优化机器学习优化控制参数远程监控工业互联云端管理发酵产品检测分析色谱分析光谱分析分子检测生物活性HPLC、GC定量紫外、红外光谱PCR、质谱分析酶活力测定发酵生产中的常见问题微生物污染杂菌侵入导致产量下降菌种退化、参数失控批次稳定性差控制系统不精确4副产物过多代谢流失控发展趋势与行业前景参考文献与延伸阅读经典教材《发酵工程原理》学术期刊《生物工程学报》专业网站中国微生物学会课程总结与问题讨论理论基础工艺技术1微生物学与代谢工程发酵控制与优化创新未来工业应用3合成生物学与智能化食品医药能源环保。