1、微生物培养与发酵.ppt

微生物培养与发酵健雄职业技术学院化工系健雄职业技术学院化工系陈秉全陈秉全 1、课程性质 本课程是在生物基本技能训练、化学基本技能训练基础上开设的专业课程。本课程属于生物制药技术、生物技术及应用专业课。目的让学生在生物工业领域能有更广阔的就业选择。2、课程教学目标 让学生全面系统地了解工业微生物和发酵工艺，并重点掌握微生物的形态与分类、微生物的营养生长及培养基制备、发酵工艺过 程控制、发酵生产染菌及其防治等章节的内容，同时对微 生物与发酵工艺实践技能有一个全面系统的掌握。课课 程程 介介 绍绍教材：自编教材参考书目：熊宗贵.发酵工艺原理.北京:中国医药科技出版社.1995；周德庆.微生物学教程(2版).北京:高等教育出版社,2002;图书馆的专业期刊（微生物学通报、氨基酸与生物资源、食品研究与开发、食品与发酵工业、食品工业科技等）课 程 介 绍推荐相关专业网站：中国生物技术信息网http:/ http:/ http:/ http:/ http:/）。课 程 介 绍课 程 介 绍.武汉大学微生物学教学网站.江南大学微生物学教学网站.华中农业大学微生物学微生物教学网站.长春师范学院微生物学网络课程.华南师范大学微生物学教学网站.长春师范学院微生物学网络课程.安徽科技学院微生物学网站 .华中农业大学微生物学微生物教学网站 .江西农业大学精品课程 10.西北农林科技大学微生物学教学网站 11.山东大学生命科学院微生物学教学网站 （一）基本思路：能力考核，过程考核、综合评价。（二）课程设计的评分标准（共100分）课程总成绩=平时表现成绩10%+项目成绩的平均成绩40%综合考核成绩50%说明：（1）平时表现成绩是根据能力训练过程 中出勤情况、纪律表现、课堂讨论情况。（2）综合考核是指最后理论考试的成绩。课 程 考 核 方 式第一部分 微生物形态与分类 1 1、微生物及其特点、微生物及其特点2 2、几个基本概念几个基本概念3 3、生物反应过程的特点、生物反应过程的特点4 4、微生物工业产品类型、微生物工业产品类型5 5、发酵工程的发展简史、发酵工程的发展简史微生物简介微生物无处不在，我们无时不生活在“微生物的海洋”中。细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：1.0034 10 16 吨；每张纸币带细菌：900万个；人体体表及体内存在大量的微生物：皮肤表面：平均10万个细菌/平方厘米；口腔：细菌种类超过500种；肠道：微生物总量达100万亿，粪便干重的1/3是细菌，每克粪便的细 菌总数为：1000亿个；少数微生物也是人类的敌人少数微生物也是人类的敌人！鼠疫；天花；梅毒；小儿麻痹症；肺结核；麻疯病；感冒；脑毛炎；艾滋病；疯牛病；埃博拉病毒；非典(萨斯病毒)；禽流感病毒；感性认识阶段（史前时期）形态学发展阶段（初创时期）生理学发展阶段（奠基时期）分子生物学发展阶段（成熟时期）人类对微生物世界的认识过程人类对微生物世界的认识过程我国8000年前就开始出现了曲蘖酿酒；4000年前埃及人已学会 烘制面包和酿制果酒；2500年前发明酿 酱、醋，用曲治消化道疾病；公元2世纪，张仲景：禁食病死兽类的肉和不洁食物；公元前112年-212年间，华佗：“割腐肉以防传染”；公元九世纪 痘浆法、痘衣法预防天花；16世纪，古罗巴医生G.Fracastoro：疾病是由 肉眼看不见的生物(living creatures)引起的；1641年，明末医生吴又可也提出“戾气”学 说；微生物的发现1664年，英国人虎克（RobertHooke）曾用原始的显微镜对生长在皮革表面及蔷薇枯叶上的霉菌进行观察。1676年，微生物学的先驱荷兰人列文虎克（Antonyvanleeuwenhoek）首次观察到了细菌。他没有上过大学，是一个只会荷兰语的小商人，但却在1680年被选为英国皇家学会的会员。（二）微生物学的奠基（二）微生物学的奠基法国人巴斯德（LouisPasteur）（18221895）德国人柯赫（RobertKoch）（18431910）1.巴斯德(1)发现并证实发酵是由微生物引起的；发现并证实发酵是由微生物引起的；(2)彻底否定了彻底否定了“自然发生自然发生”学说；学说；化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗化学家出生的巴斯德涉足微生物学是为了治疗“酒病酒病”和和“蚕病蚕病”著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，著名的曲颈瓶试验无可辩驳地证实，空气内确实含有微生物，是它们引起有机质的腐败。是它们引起有机质的腐败。(3)免疫学免疫学预防接种预防接种首次制成狂犬疫苗首次制成狂犬疫苗(4)其他贡献其他贡献巴斯德消毒法：巴斯德消毒法：6065作短时间加热处理，作短时间加热处理，杀死有害微生物杀死有害微生物2.柯赫a）细菌纯培养方法的建立土豆切面土豆切面 营养明胶营养明胶 营养琼脂（平皿）营养琼脂（平皿）（1）微生物学基本操作技术方面的贡献）微生物学基本操作技术方面的贡献b）设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养c）流动蒸汽灭菌d）染色观察和显微摄影（2）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：）对病原细菌的研究作出了突出的贡献：a）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌；b）发现了肺结核病的病原菌（1905年获诺贝尔奖）年获诺贝尔奖）c）证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则著名的柯赫原则20世纪的微生物学世纪的微生物学十九世纪末到二十世纪中期：十九世纪末到二十世纪中期：微生物学：微生物学：鉴定病原菌、研究免疫学及其在预防疾病中的作用寻找化学治疗药物、分析微生物的化学活性。普通生物学：普通生物学：细胞的构造及其在繁殖和发展中的作用、植物和动物的遗传和进化的机制。微生物学在生命科学发展中的重要地位微生物学在生命科学发展中的重要地位 （1）微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象，）微生物是生物学基本理论研究中的理想实验对象，对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破对微生物的研究促进许多重大生物学理论问题的突破t 基因和酶关系的阐明及基因和酶关系的阐明及“一个基因一个酶一个基因一个酶”的假说；的假说；t 遗传的物质基础的阐明；遗传的物质基础的阐明；t 基因概念的发展；基因概念的发展；t 遗传密码的破译；遗传密码的破译；t 基因表达调控机制的研究；基因表达调控机制的研究；t 生物大分子合成的中心法则；生物大分子合成的中心法则；（2）对生命科学研究技术的贡献）对生命科学研究技术的贡献细胞的人工培养；细胞的人工培养；突变体筛选；突变体筛选；DNA重组技术和遗传工程；重组技术和遗传工程；（3）微生物与）微生物与“人类基因组计划人类基因组计划”作为模式生物；作为模式生物；基因与基因组的功能研究的重要工具基因与基因组的功能研究的重要工具;（4）我国微生物学的发展）我国微生物学的发展汤飞凡：汤飞凡：沙眼病原体的分离和确证；陈华癸：陈华癸：根瘤菌固氮作用的研究；高尚荫：高尚荫：创建了我国病毒学的基础理论研究和第一个微生物学专业；抗生素的总产量已耀居世界首位；两步法生产维生素C的技术居世界先进水平；泉生热孢菌全基因组序列测定。t生命起源的研究；21世纪微生物学展望世纪微生物学展望1微生物自身的特点（共性和特性）将会更加受到关注和利用t以微生物为研究材料继续对一些基本生命现象进行研究；t生物进化方面的研究；t性别分化的意义；t生物智慧的发展；t微生物产业的开发；t重要致病菌的特点及其防治；t极端环境的微生物的研究；微生物学的发展促进了人类的进步微生物学的发展促进了人类的进步Cncnc-micro微生物与医药卫生微生物与农牧业微生物与工业微生物与食品微生物与环保微生物与生物工程（21世纪的微生物学）用“工程菌”生产药物干 扰 素脑 菲 肽胰 岛 素乙肝疫苗 众抗生素 各种单克隆抗体免疫血清Cncnc-micro微生物与医药卫生微生物与医药卫生微生物与农业和畜牧业Cncnc-micro微生物饲料农用抗菌素生物农药生物菌肥微生物能源微生物饲料菌体蛋白饲料饲料酵母维生素饲料发酵饲料青贮饲料Cncnc-micro农用抗菌素某些微生物能够产生具有抑制或杀死植物病原菌的物质,该物质称农用抗菌素。Cncnc-micro 生物农药生物农药Cncnc-micro细菌农药真菌农药病毒农药生物菌肥生物菌肥主要是根瘤菌肥即含固氮菌活菌的肥料。Cncnc-micro微生物与工业酶 工 业氨基酸工业有机酸工业新材料开发生 物 化 工食 品 工 程Cncnc-micro微生物与饮食、调味品青红方腐乳酱，酱油，豆豉食用醋发酵饮料味精发酵面食食药用菌食用色素食品添加剂淹渍蔬菜Cncnc-micro微生物与环保微生物处理腈纶废水的塔式滤池生物工程生物工程商品生产商品生产改造物种改造物种常规菌常规菌(或常规细胞株或常规细胞株)遗传工程遗传工程 细胞工程细胞工程“工程菌工程菌”（或（或“工程细胞工程细胞株株”）微生物工程微生物工程 酶工程酶工程 生物反应器工程生物反应器工程 经济效益经济效益 量产品量产品 社会效益社会效益 生态效益生态效益大大第一节第一节 微生物及其特点微生物及其特点表示微生物大小的单位是m（1 m106 m）或nm（1 m109 nm）必须用显微镜放大几十倍、几百倍、上千倍，乃至用电子显微镜放大数万倍、上百万倍才能看清。光学显微镜光学显微镜光学显微镜光学显微镜 透射式电子显微镜透射式电子显微镜透射式电子显微镜透射式电子显微镜 球菌的直径是球菌的直径是球菌的直径是球菌的直径是0.5 0.5 0.5 0.5 m m m m，因此，因此，因此，因此80808080个球菌个球菌个球菌个球菌“肩并肩肩并肩肩并肩肩并肩”地地地地排列成横队，也只有一根头发丝的宽度。排列成横队，也只有一根头发丝的宽度。排列成横队，也只有一根头发丝的宽度。排列成横队，也只有一根头发丝的宽度。杆菌的长度约杆菌的长度约杆菌的长度约杆菌的长度约 2 2 2 2 m m m m，故，故，故，故1500150015001500个杆菌头尾衔接起来个杆菌头尾衔接起来个杆菌头尾衔接起来个杆菌头尾衔接起来仅有一颗芝麻长。仅有一颗芝麻长。仅有一颗芝麻长。仅有一颗芝麻长。一、微生物的定义及成员一、微生物的定义及成员微生物微生物是是形体微小、单细胞或结构较为简单的多细胞生物、甚至没有细胞结构的生物的通称。整个微生物家族的成员包括三大类：整个微生物家族的成员包括三大类：非细胞类微生物非细胞类微生物 原核细胞类微生物原核细胞类微生物 真核细胞类微生物真核细胞类微生物 非细胞类微生物非细胞类微生物 真病毒真病毒真病毒真病毒(euvirus)(euvirus)以活细胞内专性寄生以活细胞内专性寄生(感染态感染态)或以无生命的生物大分子或以无生命的生物大分子(非感染态非感染态)两种形式存两种形式存在在,由核酸和蛋白质组成的超显微的非细胞生物。由核酸和蛋白质组成的超显微的非细胞生物。痘病毒痘病毒痘病毒痘病毒 棒状病毒棒状病毒棒状病毒棒状病毒 腮腺炎病毒腮腺炎病毒腮腺炎病毒腮腺炎病毒噬菌体噬菌体噬菌体噬菌体 疱疹病毒疱疹病毒疱疹病毒疱疹病毒 乳头状瘤病毒乳头状瘤病毒乳头状瘤病毒乳头状瘤病毒 AIDS AIDS AIDS AIDS病毒病毒病毒病毒 亚病毒亚病毒 亚病毒亚病毒(subvirus)(subvirus)只含核酸和蛋白质两种组分只含核酸和蛋白质两种组分的其中一种的生物大分子病原体。的其中一种的生物大分子病原体。正常正常正常正常PrPPrPPrPPrPc c c c羊瘙痒病致病羊瘙痒病致病羊瘙痒病致病羊瘙痒病致病PrPPrPPrPPrPscscscsc朊朊朊朊 粒粒粒粒 原核细胞类微生物 细菌细菌细菌细菌(bacteria)(bacteria)是结构简单的单细胞原核生物，是结构简单的单细胞原核生物，一般要在普通光学显微镜下放大一千倍以上并染一般要在普通光学显微镜下放大一千倍以上并染色才能清楚看见其个体。色才能清楚看见其个体。放线菌放线菌放线菌(actinomycetes)(actinomycetes)呈丝状生长，营养菌丝呈丝状生长，营养菌丝为单细胞为单细胞,以孢子繁殖的一类原核生物以孢子繁殖的一类原核生物,一般要采一般要采用油镜观察。用油镜观察。放线菌的基内菌丝与气生菌丝放线菌的基内菌丝与气生菌丝放线菌的基内菌丝与气生菌丝放线菌的基内菌丝与气生菌丝 蓝细菌蓝细菌蓝细菌(cyanobacteria)(cyanobacteria)呈单细胞、非丝状群体呈单细胞、非丝状群体或丝状体的大型原核生物，能进行产氧光合作用。或丝状体的大型原核生物，能进行产氧光合作用。有时也称蓝藻螺螺螺螺 旋旋旋旋 藻藻藻藻 支原体支原体 支原体支原体 (mycoplasma)(mycoplasma)是是一类不具细胞壁的一类不具细胞壁的最小型原核生物最小型原核生物,能在营养丰富的培能在营养丰富的培养基上独立生活养基上独立生活,许多种类是致病菌。许多种类是致病菌。立克次氏体立克次氏体立克次氏体 (rickettsia)(rickettsia)具有具有细胞壁细胞壁的较大原核的较大原核生物生物,不能独立生不能独立生活活,专性寄生于真专性寄生于真核细胞内，是某些核细胞内，是某些人类传染病的病原人类传染病的病原体。体。衣原体衣原体衣原体(chlamydia)(chlamydia)的细胞壁的细胞壁缺肽聚糖缺肽聚糖,缺乏产能酶系的原核缺乏产能酶系的原核生物生物，于真核细胞内，于真核细胞内营专性营专性能量寄生能量寄生的一的一类病原体。类病原体。真核细胞类微生物 酵母菌酵母菌酵母菌酵母菌(yeast)(yeast)是单细是单细胞真菌胞真菌,能发酵糖类，是能发酵糖类，是一类最低等的真核生物。一类最低等的真核生物。般用高倍镜（般用高倍镜（400400600600倍）观察其个体细胞形态。倍）观察其个体细胞形态。霉菌 霉菌霉菌(mould,mold)(mould,mold)是引起物品霉变的丝状真菌是引起物品霉变的丝状真菌,单细单细胞或多细胞真核生物。可用低倍或高倍镜观察其个体形态。胞或多细胞真核生物。可用低倍或高倍镜观察其个体形态。蕈菌蕈菌蕈菌蕈菌蕈菌蕈菌(mushroom)(mushroom)又名伞菌或担子菌，能产生大又名伞菌或担子菌，能产生大型肉质子实体的真菌。型肉质子实体的真菌。蘑蘑蘑蘑 菇菇菇菇灵灵灵灵 芝芝芝芝 藻类藻类藻类(algae)(algae)是单细胞或单细胞的聚合体，进行是单细胞或单细胞的聚合体，进行光合作用并产生氧气的一类真核生物。光合作用并产生氧气的一类真核生物。原生动物原生动物原生动物 (protozoan)(protozoan)个体个体微小，无真正细胞微小，无真正细胞壁，具运动性，行壁，具运动性，行吞噬营养的单细胞吞噬营养的单细胞真核生物。真核生物。草履虫草履虫草履虫草履虫原核生物中的原核生物中的 细菌细菌、放线菌放线菌；真核生物中的真核生物中的 酵母菌酵母菌、霉菌霉菌；非细胞生物中的非细胞生物中的 噬菌体噬菌体；是在发酵工业上有重要用途或关是在发酵工业上有重要用途或关 系密切的微生物系密切的微生物,因而是本课程讨论因而是本课程讨论 的重点。的重点。二、微生物的特点 体积小，面积大体积小，面积大 吸收多，转化快吸收多，转化快 生长旺，繁殖快生长旺，繁殖快 适应强，易变异适应强，易变异 分布广，种类多分布广，种类多 微生物特点个体小、结构简、胃口大、食谱广、繁殖快、易培养、数量大、分布广、种类多、级界宽、易变异、抗性强、休眠长、起源早、发现晚个体小个体小:测量单位：微米或钠米火星陨石中发现的细菌化石（直径10nm）食谱广：食谱广：微生物获取营养的方式多种多样，其食微生物获取营养的方式多种多样，其食谱之广是动植物完全无法相比的！谱之广是动植物完全无法相比的！纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、纤维素、木质素、几丁质、角蛋白、石油、甲醇、甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机甲烷、天然气、塑料、酚类、氰化物、各种有机 物均可被微生物作为食物物均可被微生物作为食物。繁殖快：繁殖快：24小时后：4722366500万亿个后代，重量达到：4722吨48小时后：2.21043个后代，重量达到2.21025吨相当于相当于4000个地球的重量！个地球的重量！大肠杆菌大肠杆菌一个细胞重约一个细胞重约10 12 克，克，平均平均20分钟繁殖一代分钟繁殖一代 一头一头500 kg500 kg的食用公牛，的食用公牛，2424小时生产小时生产 0.5 kg 0.5 kg蛋白质蛋白质,而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和而同样重量的酵母菌，以质量较次的糖液（如糖蜜）和氨水为原料，氨水为原料，2424小时可以生产小时可以生产 50000 kg 50000 kg优质蛋白质。优质蛋白质。从永冻冰层分离微生物从永冻冰层分离微生物南极南极Vostok湖冰芯样品中的微生物湖冰芯样品中的微生物种类多：种类多：t 微生物的生理代谢类型多；t 代谢产物种类多；t微生物的种数“多”；虽然目前已定种的微生物只有大约虽然目前已定种的微生物只有大约10万种，远较动植物为万种，远较动植物为少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微少，但一般认为目前为人类所发现的微生物还不到自然界中微生物总数的生物总数的1%级界宽：级界宽：Whittaker的五界分类系统的五界分类系统变异易：变异易：个体小、结构简、且多与外界环境直接接触繁殖快、数量多 短时间内产生大量的变异后代短时间内产生大量的变异后代突变率：10-5 10-10变异易：变异易：青霉素的生产：青霉素的生产：20单位/ml（1943）10000单位/ml青霉素的用量：最高：最高：10万单位万单位/天天（40年代）年代）数百万数百万-千万单位千万单位/次次抗（逆）性强：抗（逆）性强：抗热抗热：有的细菌能在265个大气压，250的条件下生长；自然界中细菌生长的最高温度可以达到113；有些细菌的芽孢，需加热煮沸8小时才被杀死；有些微生物可以在12 30的低温生长；抗酸碱：细菌能耐受并生长的pH范围：pH0.513；耐渗透压：蜜饯、腌制品，饱和盐水（NaCl,32%)中都有微生物生长；抗压力：有些细菌可在1400个大气压下生长；休眠长：休眠长：世界上最古老的活细菌（芽孢）：2.5亿年Nature407,897-900(2000)起源早：起源早：38亿年前，生命在海洋中出现26亿年前，陆地上就可能存在微生物发现晚：发现晚：300多年前人们才真正发现微生物的存在微生物的特点：微生物的特点：个体小个体小、结构简结构简、胃口大胃口大、食谱广食谱广、繁殖快繁殖快、易培养易培养、数量大、数量大、分布广分布广、种类多种类多、级界宽级界宽、易变异易变异、抗性强抗性强、休眠长休眠长、起源早起源早、发现晚发现晚第二节第二节 几个基本概念几个基本概念生物技术生物技术(又称生物工艺学，又称生物工艺学，biotechnology)biotechnology)，有，有时也称生物工程时也称生物工程(bioengineering)(bioengineering)，是指是指“应用自应用自然科学及工程学的原理，依靠然科学及工程学的原理，依靠生物催化剂生物催化剂(biocatalyst)(biocatalyst)的作用，将物料进行加工以提供产的作用，将物料进行加工以提供产品或为社会服务品或为社会服务”的技术。的技术。有的资料认为：生物工程有的资料认为：生物工程 生物技术生物技术 一般认为，生物技术通常包括一般认为，生物技术通常包括基因工程、细胞工程、基因工程、细胞工程、发酵工程、蛋白质（酶）工程发酵工程、蛋白质（酶）工程等四个方面内容，此外还等四个方面内容，此外还有基因诊断与基因治疗技术、克隆动物技术、生物芯片有基因诊断与基因治疗技术、克隆动物技术、生物芯片技术、生物材料技术、生物能源技术、利用生物降解环技术、生物材料技术、生物能源技术、利用生物降解环境中有毒有害化合物的技术等等都是生物技术范畴的重境中有毒有害化合物的技术等等都是生物技术范畴的重要内容。要内容。现代生物技术实际上是建立在多学科基础之上、涉现代生物技术实际上是建立在多学科基础之上、涉及面广泛的综合技术，与生物技术及面广泛的综合技术，与生物技术直接直接相关联的学科至相关联的学科至少包括分子生物学、微生物学、生物化学、遗传学、细少包括分子生物学、微生物学、生物化学、遗传学、细胞生物学、化学工程学、医药学等。胞生物学、化学工程学、医药学等。生物技术基因工程基因工程蛋白质（酶）蛋白质（酶）工程工程细胞工程细胞工程发酵工程发酵工程产物产物产品产品产品产品发酵工程：发酵工程：人们把利用微生物在人们把利用微生物在有氧有氧或或无氧无氧条件条件下的生命活动来下的生命活动来制备制备微生物菌体或其代谢产物的微生物菌体或其代谢产物的过程过程统称为发酵。统称为发酵。生物化学：生物化学：发酵的定义是发酵的定义是“微生物在微生物在无氧无氧时的时的代代谢进程谢进程”。发酵工程中的发酵工程中的“发酵发酵”生化范畴内发酵的定义生化范畴内发酵的定义比较：发酵工程（生化工程）比较：发酵工程（生化工程）与与 化学工程化学工程发酵工程发酵工程(又称微生物工程又称微生物工程)是是利用微生物的特定性状利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系；用于工业化生产的技术体系；是将是将传统传统传统传统发酵与发酵与现代现代现代现代的的DNADNA重组、细胞融合、分子修饰重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的和改造等新技术结合并发展起来的现代现代现代现代发酵技术。发酵技术。也可以说是渗透有工程学的微生物学，是发酵技术也可以说是渗透有工程学的微生物学，是发酵技术工工工工程化程化程化程化的发展。的发展。发发 酵酵 工工 程程传统发酵技术传统发酵技术传统发酵技术传统发酵技术现代发酵技术现代发酵技术现代发酵技术现代发酵技术抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、有机酸、抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、生物农药、生物肥饲料添加剂、微生态制剂、生物农药、生物肥料、基因工程菌发酵、基因工程药物、疫苗及料、基因工程菌发酵、基因工程药物、疫苗及抗体产品等抗体产品等酒、醋的酿造酒、醋的酿造现代现代发酵技术一般包括微生物细胞或动植物细胞发酵技术一般包括微生物细胞或动植物细胞（含基因重组细胞）的悬浮培养，或利用固定化酶、（含基因重组细胞）的悬浮培养，或利用固定化酶、固定化细胞所做的反应器加工底物（即有固定化细胞所做的反应器加工底物（即有生物催化生物催化生物催化生物催化剂剂剂剂参加），以及培养加工后产物大规模的分离提取参加），以及培养加工后产物大规模的分离提取等工艺。等工艺。主要是在生物反应过程中提供各种所需的最适环境主要是在生物反应过程中提供各种所需的最适环境条件。条件。如酸碱度、温度、底物浓度、通气量以及保证无菌如酸碱度、温度、底物浓度、通气量以及保证无菌状态等。状态等。小型发酵罐小型发酵罐超临界萃取系统超临界萃取系统超临界萃取系统超临界萃取系统发酵工艺原理就是一门研究现代发酵技术共性原理的科学，是一门实用性非常强、从实践中来到实践中去的理论。菌种选育菌种选育菌种选育菌种选育分离纯化分离纯化分离纯化分离纯化条件优化条件优化条件优化条件优化发酵工程的发展发酵工程的发展 一、传统的微生物发酵技术一、传统的微生物发酵技术天然发酵天然发酵 公元前公元前4000400030003000年，古埃及人已熟悉了酒、醋的酿造年，古埃及人已熟悉了酒、醋的酿造方法。方法。约在公元前约在公元前20002000年，古希腊人和古罗马人已会利用葡萄年，古希腊人和古罗马人已会利用葡萄酿造葡萄酒。酿造葡萄酒。我国在距今我国在距今4200420040004000年前的龙山文化时期已有酒器出年前的龙山文化时期已有酒器出现，公元前现，公元前10001000多年前，商朝甲古文中有多年前，商朝甲古文中有“醋、酒醋、酒”的的记载。记载。古罗马人搬运葡萄酒的情景古罗马人搬运葡萄酒的情景古罗马人搬运葡萄酒的情景古罗马人搬运葡萄酒的情景（上）（上）（上）（上）汉代砖刻上的酿酒图（汉代砖刻上的酿酒图（汉代砖刻上的酿酒图（汉代砖刻上的酿酒图（）战国时期的盛酒铜器和其中战国时期的盛酒铜器和其中战国时期的盛酒铜器和其中战国时期的盛酒铜器和其中的酒（右）的酒（右）的酒（右）的酒（右）二、第一代微生物发酵技术纯培养技术的建立 1680年，荷兰人安东尼列文虎克(Anthony Leeuwenhoek)(16321723年)制成了放大率为40150倍的显微镜1857年法国著名生物学家巴斯德(Louis Pasteur，18221895年)用巴氏瓶实验，证明了酒精发酵是由活酵母引起的1897年德国的毕希纳(Eduard Buchner，18601917年)发现具有发酵能力的物质酒化酶(zymase)德国人柯赫(Robert Koch，18431910年)1905年因其防治肺结核的出色工作获得了诺贝尔奖，他首先发明固体培养基，得到了细菌的纯培养物，由此建立了微生物的纯培养技术。三、第二代(近代)微生物发酵技术深层培养技术1928年英国细菌学家弗莱明发现能够抑制葡萄球菌的青霉(Penicillium notatum)，其产物被称为青霉素19451945年大规模地投入生产。同时由于采用年大规模地投入生产。同时由于采用了了深层培养技术深层培养技术(submerged cultures)(submerged cultures)，即，即机械机械搅拌通气技术，搅拌通气技术，从而推动了抗生素工业乃至整个从而推动了抗生素工业乃至整个发酵工业的快速发展。发酵工业的快速发展。2020世纪世纪5050年代氨基酸发酵工业，在引进了年代氨基酸发酵工业，在引进了“代谢控制发酵技术”后，得以快速发展，即将微生物后，得以快速发展，即将微生物通过人工诱变，获得代谢发生改变的突变株，在通过人工诱变，获得代谢发生改变的突变株，在控制条件下，选择性地大量生产某种人们所需要控制条件下，选择性地大量生产某种人们所需要的产品。的产品。2020世纪世纪6060年代，发现许多石油及石油产品可以代年代，发现许多石油及石油产品可以代替糖质原料进行发酵，而出现了石油发酵。替糖质原料进行发酵，而出现了石油发酵。天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸黄色短杆菌的代谢过程黄色短杆菌的代谢过程甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸赖氨酸中间产物中间产物中间产物中间产物 中间产物中间产物中间产物中间产物抑制抑制抑制抑制高丝氨酸高丝氨酸高丝氨酸高丝氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸天冬氨酸人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸人工控制黄色短杆菌的代谢过程生产赖氨酸中间产物中间产物中间产物中间产物 中间产物中间产物中间产物中间产物甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸甲硫氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸苏氨酸高丝氨酸高丝氨酸高丝氨酸高丝氨酸不能合成不能合成可以大可以大量积累量积累赖赖赖赖 氨氨氨氨 酸酸酸酸人工诱变的人工诱变的人工诱变的人工诱变的菌种不能产生菌种不能产生菌种不能产生菌种不能产生四、第三代微生物发酵技术发酵工程1953年，美国的Watson和Crick发现了DNA双螺旋结构。1973年，美国加利福尼亚旧金山分校的Herber Boyer和斯坦福大学的Stanley Cohen将两个质粒用EcoR I酶切后，在连接酶存在条件下连接起来，获得了具有两个复制起始位点的杂合质粒，并转化大肠杆菌。为基因工程的理论和实际应用奠定了基础。思思 考考 题题 什么是微生物？广义的微生物和发酵工业微生物分别主要包括哪几大类？微生物具有哪些主要特点？试简要说明之。什么是生物技术？生物技术通常包括哪四个方面内容？显微镜的使用附录中实验1 显微镜的使用和微生物测微技术1.练习和掌握显微镜的使用方法（低倍镜、高倍镜、油镜）。