发酵工程与设备第一章绪论PPT课件
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最新发酵工程课件第一章幻灯片
16
4、微生物代谢产物发酵
• 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。 • 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为
初级代谢产物或中间代谢产物。如氨基酸、核苷酸、蛋 白质、核酸等。 • 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时 期即稳定期所产生的，来自于中间代谢产物和初级代谢 产物。如抗生素、生物碱、细菌素、植物生长因子等。
低品位铜矿 溶矿
Fe SO4 + S
铁屑
CuSO4
置换
Fe SO4
Cu
矿渣
20
四、发酵过程的特点
1、发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品 为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反 应。可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生 物资源的改造和更新。
2、微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和 菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使生产设备 得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生 产的产品。
24
ห้องสมุดไป่ตู้、发酵工程的发展史
• 第一阶段（1900年前）
主要产品1：8世纪早期开始第一次大规模酿酒
１、酒精19世纪中期Ｐasteur证实了酵母菌在酒精发酵过程中
的必要作用，由此建立了纯培养技术
２、醋
19世纪后期，德国人Buchner进一步发现磨碎的酵母 仍最能初使由糖天发然酵微，生并物将菌此群具缓有慢发氧酵化能而力生的成物，质19称世为纪“酶 ”后，期至人此们，尝发试酵用现巴象斯的德真法相灭才菌被，人然们后了以解10％优质 1醋9世作纪为后接期种有剂人，开还始能尝起试到纯抗培污养染方的法作在用发酵中的应用
3、发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物 化学反应，反应安全，要求条件简单。
4、微生物代谢产物发酵
• 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。 • 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为
初级代谢产物或中间代谢产物。如氨基酸、核苷酸、蛋 白质、核酸等。 • 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时 期即稳定期所产生的，来自于中间代谢产物和初级代谢 产物。如抗生素、生物碱、细菌素、植物生长因子等。
低品位铜矿 溶矿
Fe SO4 + S
铁屑
CuSO4
置换
Fe SO4
Cu
矿渣
20
四、发酵过程的特点
1、发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品 为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反 应。可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生 物资源的改造和更新。
2、微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和 菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使生产设备 得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生 产的产品。
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ห้องสมุดไป่ตู้、发酵工程的发展史
• 第一阶段（1900年前）
主要产品1：8世纪早期开始第一次大规模酿酒
１、酒精19世纪中期Ｐasteur证实了酵母菌在酒精发酵过程中
的必要作用，由此建立了纯培养技术
２、醋
19世纪后期，德国人Buchner进一步发现磨碎的酵母 仍最能初使由糖天发然酵微，生并物将菌此群具缓有慢发氧酵化能而力生的成物，质19称世为纪“酶 ”后，期至人此们，尝发试酵用现巴象斯的德真法相灭才菌被，人然们后了以解10％优质 1醋9世作纪为后接期种有剂人，开还始能尝起试到纯抗培污养染方的法作在用发酵中的应用
3、发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物 化学反应，反应安全，要求条件简单。
发酵工程ppt章节[可修改版ppt]
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可以根据Q10估算。
表5-6a 估算的芽孢不同温度大概灭菌时间
温度/℃
10 0
110
115
12 1
12 5
13 0
时 间 / m in
12 00
15 0
51
15
6. 4
2. 4
表5-6b 一些细菌芽孢的实际杀灭时间
二、培养基的灭菌
（一）培养基的灭菌方法 1. 分批灭菌
概念： 又称为间歇灭菌，就是将配制好的培养基全 部输入到发酵罐内或其它装置中，通入蒸汽 将培养基和所用设备加热 至灭菌温度后维持 一定时间，再冷却到接种温度。也称为实罐 灭菌或实消。
E
k Ae RT (5-3)
式中：
A为比例常数，s-1； △E为活化能，J/mol； R为气体常数，8.314 J/(mol·K)； T为绝对温度，K。
k 值与活化能的关系 活化能处于指数项，可见其与 k 值的变化关系密切。 高温瞬时灭菌 (HTST) 营养损失小的原理，可以从 细菌与一些营养物的不同活化能得到解释。
生物。 防腐剂：抑制体系 (主要是食品)表面和内部微
生物的生长繁殖。 注意：抑菌和杀菌甚至溶菌作用是相对的。
一、化学灭菌
常用的化学药剂
主要有石碳酸、甲醛、氯化汞、碘酒、酒精高 锰酸钾等。
共同规律：杀菌强度有别，但在低浓度时都有 促进微生物生长的刺激作用，在浓度升高后依 次表现出制菌、杀菌和溶菌的现象。
一、湿热灭菌的基本原理
微生物的热阻
热阻指在某一特定条件下 (主要是指温度和加热方 式等) 微生物细胞的致死时间，表征了不同微生物 细胞对热的相对抵抗力。
例如一些微生物的相对热阻和抵抗力如表5-1.
2. 微生物热死亡的数学规律
《发酵工程绪论》PPT课件
h
22
一、发酵工程的特征
（p13）
1、原料：发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他 农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源 就可进行反应。可以利用废水和废物等作为发酵 的原料进行生物资源的改造和更新。
2、菌种：微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过 变异和菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使 生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规 方法难以生产的产品。
h
10
4、发酵的现代概念
• 利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程， 统称为发酵。
h
11
利用微生物的特点：
• 发酵工程所利用的微生物：细菌、放线菌，酵母菌和霉菌等。 • 利用微生物的特点：
(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。 (2)有极强的消化能力。 (3)有极强的繁殖能力。
h
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（三）发酵工程产品的类型
• 酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、 干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种食品 、医疗保健药物；
• 天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用 生产资料；
• 氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素； • 单细胞蛋白等微生物菌体。 • 生物能 • 微生物冶炼 • （p3 ）
病用的疫苗等。 • 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率
最高阶段，生长稳定期产量最高。
h
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2、微生物代谢产物发酵
• 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。 • 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢
产物。 • 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来
发酵工程第一章_绪论PPT课件
物
（2）糖酵解（暂时缺氧、有机物氧化不彻底、产生少量能量）
化
学
2、无氧呼吸：特指那些不需要氧的微生物所进行的能量代谢。 指有机物经彻底或不彻底氧化，所脱下来的电子最后传给外
家
源的无机氧化物(个别是有机氧化物)并释放较少能量。
根据最终电子受体不同，无氧呼吸分为：硝酸盐呼吸、硫酸
盐呼吸、硫呼吸、碳酸盐呼吸及延胡索酸呼吸等。
1. 何谓发酵？
－－请看下面现象
微生物的
发酵现象
ferver：发泡、沸腾 fermentation
对发酵现象的不同理解
－－两种角度（能量、产物）
侧重能量代谢：
1、能够在氧分子参与下进行有氧呼吸产生能量的生物可以进行：
有氧呼吸、糖酵解、厌氧呼吸（兼性微生物）
生
（1）有氧呼吸（氧供应充分、有机物氧化彻底、产生大量能量）
微生物转化
在用维生素C一步和二步发酵法生产中,起主要氧 化作用的葡糖酸杆菌对作用底物(D-山梨醇或L-山 梨糖)的分子结构进行特异性改变。
（一）工业发酵的类型
按微生物对氧的不同需求
厌氧发酵 需氧发酵 兼性厌氧发酵
液体发酵（包括液体深层发酵）
按培养基的物理性状 固体发酵
浅盘固体发酵 深层固体发酵（机械通风制曲）
技术进步： 发展了高压喷射式、强制循环式等多种发 酵罐及其发酵技术 计算机和自动控制技术的运用：灭菌和发 酵过程自动控制，促进发酵工业朝连续化、 自动化方向发展
开拓新的发酵原料时期
特点：
解决发酵原料及人畜争粮问题； 规模和自动化程度显著提高，能耗过大。
基因工程阶段（现代发酵工业新阶段）
（二）发酵工业的基本生产过程
4. 控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量的 代谢产物；
第一章 发酵工程设备 ppt课件
2.2生物工程设备
生物工程设备的特点 生物工程设备的发展历程 生物工程设备的工作领域 生物工程过程与设备
生物工程设备的特点
（ 1 ）对于所有微生物或动植物细胞来讲，提供必 要和足够的营养和能量，才能维持其生命代谢活 动。 （ 2 ）培养基原料的预处理不仅影响细胞代谢生长， 而且对于培养基原料成本大小和是否造成环境污 染等具有决定性影响。
生物工程设备的发展历程
生物技术的发展过程是以某一个生物过程工程与设备 成熟为标志的，有以下五个发展阶段：
（1）传统经验制造技术（天然发酵阶段）：坛坛罐罐 （2）纯种培养技术的成熟（初级代谢产物生产阶段）： 简单设备 （3）通气搅拌技术的成熟（好氧培养阶段）：机械通 风培养设备
（ 4）代谢控制发酵技术的成熟：气升式生物等反应器
课程内容和任务
内容：生物工程专业的一门主干专业课程，从生物工程的 研究内容和范畴出发，根据生物工程设备共性技术，阐述 生物生产过程中的主要设备的作用原理、设计方法
技术经济概念
不管是在小试、中试还是示范工程建设中都必须 始终贯穿着技术经济概念，这样才能保证所开发 的生物技术方案的科学性和合理性。
2、生物工程设备的基本概念
2.1生物技术工艺与设备
2.2生物工程设备
2.1生物技术工艺与设备
生物技术工艺包含了一系列的生物反应过程、化学反应过 程和物理操作过程，需相应设备中进行。其核心为生物反 应过程。 生物工程设备的发展可以促进生物技术产品的开发和生产。 生物工程设备技术在现代生物技术产业中具有十分重要的 地位。
生物催化剂 （游离或固定化）
生物反应器
（灭菌）Biblioteka 产品 废物原材料 营养物底物
发酵工程设备发酵设备绪论PPT课件
Байду номын сангаас、厂区
• １、布局合理：
•
生产区、行政区、生活区
上风口：制剂车间、研究开发部、
质量检查部
下风口：化学合成，发酵室，锅炉房，运输通道
２、无污染源：多草坪，无垃圾杂物
３、人流、物流分开，避免交叉污染
第15页/共30页
三、室内
• １、设参观走廊
• ２、层数: 1-3层
• 3、层高：
•
A 车间２.8--3.5M;
• 是发酵工程中最重要的设备之一 氧化锰矿中锰槽浸中试装置
发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过程的操作 提供良好而满意的环境的容器。对于某些工艺来说， 发酵罐是个密闭容器，同时附带精密控制系统；而 对于另一些简单的工艺来说，发酵罐只是个开口容 器，有时甚至简单到只要有一个开口的坑。
第12页/共30页
（0.5mm水柱,0.0368mgHg）， 与外界＞10帕
• （3）设压差表
第20页/共30页
• 3、温湿度：与生产工艺适应 温度：18-26℃，空调、过滤器 相对湿度：45%-65%。
• 4、紫外灯：30W/9-16M2， 离地面1.8-2m
第21页/共30页
• 5、 清洗区： 更衣、更鞋处及淋浴设备 洗手，烘干器，淋浴区 注意下水道位置，降低或者避免污染 工具室、维修室在洁净区外 100级区不设下水道
第24页/共30页
八、特殊药品
• 1、青霉素：专用空调、车间负压。 • 2、激素、抗肿瘤药品：专用生产设备、
排气净化，防尘措施。 • 3、同位素：使用许可证、符合国家放射
保护要求。 • 4、有毒菌种：专用生产设备、独立厂房、
贮藏分开。 • 5、血液制品：同上
《发酵工程绪论》课件
《发酵工程绪论》ppt课件
目录
• 发酵工程简介 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的主要技术 • 发酵工程的应用实例 • 发酵工程的未来发展
01
发酵工程简介
发酵工程定义
01
02
03
发酵工程
利用微生物的代谢过程， 通过现代工程技术手段， 生产有用物质或直接应用 于工业生产的一种技术。
发酵工程的核心
氨基酸的生产
氨基酸简介
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，具有氨基和羧基的有机化合物。
氨基酸的生产
通过发酵工程，可以将糖类物质转化为氨基酸。不同的微生物具有不同的氨基酸合成能 力，通过选择适当的菌种和发酵条件，可以生产出各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等。
有机酸的生产
有机酸简介
有机酸是指含有羧基的化合物，具有酸味。
THANKS
感谢观看
合成生物学
结合合成生物学技术，设计和构建新型微生物， 实现特定代谢产物的优化生产。
人工智能与大数据
利用人工智能和大数据技术，对发酵过程进行实 时监控、优化和控制，提高发酵效率。
生物资源的利用与保护
要点一
微生物资源的挖掘与利用
深入挖掘各种微生物资源，利用其代谢产物，实现生物资 源的最大化利用。
要点二
乳酸发酵可以用于生产酸奶、乳酪等乳制 品，以及泡菜、酸豆角等蔬菜制品。乳酸 发酵可以提高食品的口感和品质，延长保 质期，同时还有助于维持肠道菌群平衡。
酶制剂的生产
酶制剂简介
酶是一种具有生物催化功能的蛋白质，酶制 剂则是经过加工制成的酶制品。
酶制剂的应用
酶制剂可以用于食品、饲料、纺织、造纸、 制药等领域。例如，淀粉酶可以用于淀粉加 工，提高淀粉的利用率；蛋白酶可以用于蛋 白质水解，生产氨基酸和肽类物质。
目录
• 发酵工程简介 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的主要技术 • 发酵工程的应用实例 • 发酵工程的未来发展
01
发酵工程简介
发酵工程定义
01
02
03
发酵工程
利用微生物的代谢过程， 通过现代工程技术手段， 生产有用物质或直接应用 于工业生产的一种技术。
发酵工程的核心
氨基酸的生产
氨基酸简介
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，具有氨基和羧基的有机化合物。
氨基酸的生产
通过发酵工程，可以将糖类物质转化为氨基酸。不同的微生物具有不同的氨基酸合成能 力，通过选择适当的菌种和发酵条件，可以生产出各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等。
有机酸的生产
有机酸简介
有机酸是指含有羧基的化合物，具有酸味。
THANKS
感谢观看
合成生物学
结合合成生物学技术，设计和构建新型微生物， 实现特定代谢产物的优化生产。
人工智能与大数据
利用人工智能和大数据技术，对发酵过程进行实 时监控、优化和控制，提高发酵效率。
生物资源的利用与保护
要点一
微生物资源的挖掘与利用
深入挖掘各种微生物资源，利用其代谢产物，实现生物资 源的最大化利用。
要点二
乳酸发酵可以用于生产酸奶、乳酪等乳制 品，以及泡菜、酸豆角等蔬菜制品。乳酸 发酵可以提高食品的口感和品质，延长保 质期，同时还有助于维持肠道菌群平衡。
酶制剂的生产
酶制剂简介
酶是一种具有生物催化功能的蛋白质，酶制 剂则是经过加工制成的酶制品。
酶制剂的应用
酶制剂可以用于食品、饲料、纺织、造纸、 制药等领域。例如，淀粉酶可以用于淀粉加 工，提高淀粉的利用率；蛋白酶可以用于蛋 白质水解，生产氨基酸和肽类物质。
《发酵工程》PPT演示课件
应的压力降也较小。
35
36
❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
37
2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
32
❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
35
36
❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
37
2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
32
❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
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胆固醇氧化酶用于检查血清中胆固醇的含量。
葡萄糖氧化酶用于检查血中葡萄糖的含量等。
角蛋白酶有助于伤口去痂和上皮再生，还用于配 制润肤露、浴皂、洗发水和脱毛膏等美容品。因 此角蛋白酶是外科手术后刀口缝合不留痂、烧伤 病人上皮再生的特效药，也是美容美发的主要生 化原材料等。
酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高 产量。
发酵工程可分为上游工程、中游工程和下游工程。
二、发酵工业的特点
优点
缺点
1.产物结构复杂性和特异性：
1.副产物多，分离精制困难
手性或光学活性
2.反应速度慢
2. 过程安全性：水相、常温、常压、 3.原料转化率低
中性、不燃不爆
4.反应浓度低
3.主要原料可再生性：阳光和土地 5.生产稳定性差
4.原料可替换性
6.设备庞大，辅助设备多，投资
5.反应自控性
大
6.设备通用性
7.废水、废渣排放量大，处理费
7.副产物可综合利用性
用高
8.生产能力可提高性：突变与基因 8.生产过程容易受到其他微生物
扩赠
的污染
9.产物类型可塑性：突变与转基因 9.通气、搅拌、冷却等能耗大
三、发酵的分类
1. 按获取能量的方式分——好氧发酵，厌氧发酵
➢广义 “发酵”的定义
工业上所称的发酵:泛指将大量培养微生物获得产 物的过程。 包括： 1. 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。 2. Biblioteka 气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨
基酸、酶制剂等。 产品既有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。
➢发酵工程定义
发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技 术产业化的重要环节。它是应用生物学、化学和 工程技术学的原理，大规模（工厂化）培养动植 物和微生物细胞，生产生物量或产物的科学。
2. 按产物类型分——初级代谢物发酵，次级代谢物发 酵；食品发酵，有机酸发酵，氨基酸发酵，维生素发 酵，抗生素发酵……
3. 按操作类型分——自然发酵，纯种发酵，混种发酵； 分批发酵，补料分批发酵，连续发酵；固态发酵，液态 发酵
4. 按发酵生物类型分——细菌发酵，真菌发酵，基因工 程菌发酵，动植物细胞发酵
分类：胞内酶 和胞外酶
生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑 制等调控作用的影响，在菌种选育、培养基配制 以及发酵条件等方面需给予注意。
酸等） 生物表面活性剂及生物凝集剂
➢ 冶金工业 黄金开采和铜、铀等金属的浸提
➢ 环境保护
使用生物肥料，生物杀虫剂 降解有毒物质 净化废水废气，处理石油污染
2002.11.19巴哈马籍油轮“威望号”在西班牙发生断 裂沉没导致燃料油泄漏。这艘船共装有7.7万吨燃料油。
污水处理
活性污泥法
固态发酵
SOLID-STATE FERMENTATION PRODUCTION
四、发酵工程的应用
➢食品工业 食品加工：单细胞蛋白（酵母、真菌等） 含醇饮料：葡萄酒、黄酒、白酒、啤酒、白兰地、威士忌 发酵乳制品：奶酪、酸奶 调味品：味精、肌苷酸、酱油、醋等
食品添加剂：柠檬酸、乳酸、天然色素等
灰树花 螺旋藻
第一节 发酵工程概述
一、发酵工程的概念
➢发酵一词的来源
发酵的英文Fermentation是从拉丁语ferver 即“翻腾”、“沸涌”、“发泡”而来，描述 酵母作用于果汁或麦芽汁浸出液的现象。 实质：由于浸出液中糖在缺氧条件下降解而产 生CO2所引起的。
➢狭义“发酵”的定义
在生化和生理学意义的发酵指通过有机物间作为电 子受体和电子供体而产生能量的过程。 如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放 出CO2。
乌龙茶 黄茶
红茶
普洱茶
黑茶
面包
➢医药工业
青霉素
氨基酸
干扰素
溶菌酶
➢农业
生物农药：
杀虫剂（Bt、白僵菌、病毒、微孢子虫） 防治植物病害（假单孢菌、木霉、弱病 毒、庆丰霉素）
➢ 能源工业
酒精 沼气 氢能
欧盟发展生物能源 试图摆脱对传统能源依赖
➢ 化学工业
可降解的生物塑料 化工原料（乙醇、丙酮、丁醇、癸二
WTO带来的机遇和挑战
发酵产业在我省区域经济中是最具特色的，石 家庄是全国发酵工业的中心，是医药原料抗生 素、维生素的生产基地。
“药都”的提出意味着石家庄市可能成为中国 发酵产业的第一大市和第一强市。
天时和地利都已齐备。
第一节 发酵过程的范围
发酵类别
➢ 生产微生物细胞 ➢ 生产微生物酶 ➢ 生物微生物代谢产物 ➢ 生产基因重组产物 ➢ 将一个化合物经过发酵改
微生物酶
酶普遍存在于动物、植物和微生物中。 最初，人们都是从动物、植物的组织中 提取酶，但现在，工业应用的酶大多来 自微生物发酵。
微生物酶制剂有广泛的用途
食品和轻工业： 如微生物生产的淀粉酶和糖化酶用于生产
葡萄糖，氨基酰化酶拆分氨基酸等。
酶也用于医药生产和医疗检测：
6-氨基青霉烷酸是青霉素酰化酶用来生产半合成 青霉素所用的中间体。
造其化学结构—生物转化
微生物生物量
定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细 胞为目的的产品的发酵工业。
生产制作面包的酵母菌; 生产作为人类或动物 食物的微生物细胞（即单细胞蛋白质）。
面包酵母
新的菌体发酵可用来生产一些药用真菌，如香菇类、 依赖虫蛹而生存的冬虫夏草菌、与天麻共生的密环 菌以及从多孔菌科的茯苓菌获得的名贵中药茯苓和 担子真菌的灵芝等药用菌。这些药用真菌可以通过 发酵培养的手段来生产出与天然产品具有同等疗效 的产物。
北京高碑店污水处理厂
氧化塘法 滨洲污水处理厂 8万方/日
WTO带来的机遇和挑战
发酵工业的产业特点： 1、技术中等复杂而又相对成熟（不属于高端技术） 2、劳动中等密集、资源消耗较大，污染大。
所以从国际产业分工格局的趋势看，理应由发达国家 转移到优秀的发展中国家来。 而中国是发展最快的发展中国家，有很好的产业基础 和人力资源，进入WTO之后，中国可以更直接地参 与国际产业分工，所以应当成为世界发酵第一大国和 第一强国。
冬虫夏草
茯苓
有的微生物菌体还可用做生物防治剂，如苏云金杆 菌、蜡样芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌，其细胞中的伴 孢晶体可毒杀鳞翅目、双翅目的害虫。丝状真菌的 白僵菌、绿僵菌可防治松毛虫等。所以，某些微生 物的剂型产品，可制成新型的微生物杀虫剂，应用 于农业生产中。因此，菌体发酵工业还包括微生物 杀虫剂的发酵。
葡萄糖氧化酶用于检查血中葡萄糖的含量等。
角蛋白酶有助于伤口去痂和上皮再生，还用于配 制润肤露、浴皂、洗发水和脱毛膏等美容品。因 此角蛋白酶是外科手术后刀口缝合不留痂、烧伤 病人上皮再生的特效药，也是美容美发的主要生 化原材料等。
酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高 产量。
发酵工程可分为上游工程、中游工程和下游工程。
二、发酵工业的特点
优点
缺点
1.产物结构复杂性和特异性：
1.副产物多，分离精制困难
手性或光学活性
2.反应速度慢
2. 过程安全性：水相、常温、常压、 3.原料转化率低
中性、不燃不爆
4.反应浓度低
3.主要原料可再生性：阳光和土地 5.生产稳定性差
4.原料可替换性
6.设备庞大，辅助设备多，投资
5.反应自控性
大
6.设备通用性
7.废水、废渣排放量大，处理费
7.副产物可综合利用性
用高
8.生产能力可提高性：突变与基因 8.生产过程容易受到其他微生物
扩赠
的污染
9.产物类型可塑性：突变与转基因 9.通气、搅拌、冷却等能耗大
三、发酵的分类
1. 按获取能量的方式分——好氧发酵，厌氧发酵
➢广义 “发酵”的定义
工业上所称的发酵:泛指将大量培养微生物获得产 物的过程。 包括： 1. 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。 2. Biblioteka 气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨
基酸、酶制剂等。 产品既有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。
➢发酵工程定义
发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技 术产业化的重要环节。它是应用生物学、化学和 工程技术学的原理，大规模（工厂化）培养动植 物和微生物细胞，生产生物量或产物的科学。
2. 按产物类型分——初级代谢物发酵，次级代谢物发 酵；食品发酵，有机酸发酵，氨基酸发酵，维生素发 酵，抗生素发酵……
3. 按操作类型分——自然发酵，纯种发酵，混种发酵； 分批发酵，补料分批发酵，连续发酵；固态发酵，液态 发酵
4. 按发酵生物类型分——细菌发酵，真菌发酵，基因工 程菌发酵，动植物细胞发酵
分类：胞内酶 和胞外酶
生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑 制等调控作用的影响，在菌种选育、培养基配制 以及发酵条件等方面需给予注意。
酸等） 生物表面活性剂及生物凝集剂
➢ 冶金工业 黄金开采和铜、铀等金属的浸提
➢ 环境保护
使用生物肥料，生物杀虫剂 降解有毒物质 净化废水废气，处理石油污染
2002.11.19巴哈马籍油轮“威望号”在西班牙发生断 裂沉没导致燃料油泄漏。这艘船共装有7.7万吨燃料油。
污水处理
活性污泥法
固态发酵
SOLID-STATE FERMENTATION PRODUCTION
四、发酵工程的应用
➢食品工业 食品加工：单细胞蛋白（酵母、真菌等） 含醇饮料：葡萄酒、黄酒、白酒、啤酒、白兰地、威士忌 发酵乳制品：奶酪、酸奶 调味品：味精、肌苷酸、酱油、醋等
食品添加剂：柠檬酸、乳酸、天然色素等
灰树花 螺旋藻
第一节 发酵工程概述
一、发酵工程的概念
➢发酵一词的来源
发酵的英文Fermentation是从拉丁语ferver 即“翻腾”、“沸涌”、“发泡”而来，描述 酵母作用于果汁或麦芽汁浸出液的现象。 实质：由于浸出液中糖在缺氧条件下降解而产 生CO2所引起的。
➢狭义“发酵”的定义
在生化和生理学意义的发酵指通过有机物间作为电 子受体和电子供体而产生能量的过程。 如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放 出CO2。
乌龙茶 黄茶
红茶
普洱茶
黑茶
面包
➢医药工业
青霉素
氨基酸
干扰素
溶菌酶
➢农业
生物农药：
杀虫剂（Bt、白僵菌、病毒、微孢子虫） 防治植物病害（假单孢菌、木霉、弱病 毒、庆丰霉素）
➢ 能源工业
酒精 沼气 氢能
欧盟发展生物能源 试图摆脱对传统能源依赖
➢ 化学工业
可降解的生物塑料 化工原料（乙醇、丙酮、丁醇、癸二
WTO带来的机遇和挑战
发酵产业在我省区域经济中是最具特色的，石 家庄是全国发酵工业的中心，是医药原料抗生 素、维生素的生产基地。
“药都”的提出意味着石家庄市可能成为中国 发酵产业的第一大市和第一强市。
天时和地利都已齐备。
第一节 发酵过程的范围
发酵类别
➢ 生产微生物细胞 ➢ 生产微生物酶 ➢ 生物微生物代谢产物 ➢ 生产基因重组产物 ➢ 将一个化合物经过发酵改
微生物酶
酶普遍存在于动物、植物和微生物中。 最初，人们都是从动物、植物的组织中 提取酶，但现在，工业应用的酶大多来 自微生物发酵。
微生物酶制剂有广泛的用途
食品和轻工业： 如微生物生产的淀粉酶和糖化酶用于生产
葡萄糖，氨基酰化酶拆分氨基酸等。
酶也用于医药生产和医疗检测：
6-氨基青霉烷酸是青霉素酰化酶用来生产半合成 青霉素所用的中间体。
造其化学结构—生物转化
微生物生物量
定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细 胞为目的的产品的发酵工业。
生产制作面包的酵母菌; 生产作为人类或动物 食物的微生物细胞（即单细胞蛋白质）。
面包酵母
新的菌体发酵可用来生产一些药用真菌，如香菇类、 依赖虫蛹而生存的冬虫夏草菌、与天麻共生的密环 菌以及从多孔菌科的茯苓菌获得的名贵中药茯苓和 担子真菌的灵芝等药用菌。这些药用真菌可以通过 发酵培养的手段来生产出与天然产品具有同等疗效 的产物。
北京高碑店污水处理厂
氧化塘法 滨洲污水处理厂 8万方/日
WTO带来的机遇和挑战
发酵工业的产业特点： 1、技术中等复杂而又相对成熟（不属于高端技术） 2、劳动中等密集、资源消耗较大，污染大。
所以从国际产业分工格局的趋势看，理应由发达国家 转移到优秀的发展中国家来。 而中国是发展最快的发展中国家，有很好的产业基础 和人力资源，进入WTO之后，中国可以更直接地参 与国际产业分工，所以应当成为世界发酵第一大国和 第一强国。
冬虫夏草
茯苓
有的微生物菌体还可用做生物防治剂，如苏云金杆 菌、蜡样芽孢杆菌和侧孢芽孢杆菌，其细胞中的伴 孢晶体可毒杀鳞翅目、双翅目的害虫。丝状真菌的 白僵菌、绿僵菌可防治松毛虫等。所以，某些微生 物的剂型产品，可制成新型的微生物杀虫剂，应用 于农业生产中。因此，菌体发酵工业还包括微生物 杀虫剂的发酵。