发酵工程第一章 绪论
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生物甲基化
缬 氨 酸 （ C5N) 次 生 代 谢 产 物
脂肪酸 天 冬 氨 酸 （ C4N)
丙二酸
（ C3)
草酰乙酸 (C4)
乙酸 CO2
甲 羟 戊 酸 （ C4) IPP（ C5)
柠檬酸 (C6)
萜类 甾体
次生代谢产物
α － 酮 戊 二 酸(C5)
初生代谢的合成过程
从初生代谢 到次生代谢
谷氨酸 次生代谢产物
－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）
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
DNA、RNA的内切酶、外切酶，DNA限制性内切酶、 DNA连接酶等。 饲料酶制剂：木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶等
组 氨 酸 （ C 6N 3)
核糖
苯 丙 氨 酸 （ C 9N )
戊糖
葡萄糖
色 氨 酸 (C 11N 2)
丁糖
莽草酸
丙糖
酪 氨 酸 （ C 9N )
（ C7)
半胱氨酸 丝 氨 酸（ C 3 N )
二.发酵工程概念？ －微生物细胞加工技术过程优化与放大
1.现代发酵工程：利用微生物特定性状和功能，将 DNA重组及细胞融合技术、分子修饰和改造等新技 术与传统发酵工程融合，大大提高传统发酵技术水 平，拓展传统发酵应用领域和产品范围的一种现代 工业生物技术体系。
主要包括
菌种选育与保藏 菌种扩大生产
CONTENTS
一、发酵工程的概念 二、发酵工程的发展简史 三、发酵工程的基本内容＊ 四、发酵过程的主要发酵类型 五、发酵工程的后处理＊＊
第一节 发酵工程的概念
发酵 芽母 谷作 物用 产于 生果
汁 或
－－请看下面现象
微生物的
发酵现象
ferver：发泡、沸腾 fermentation
CO2
一.对发酵现象的不同理解
异 亮 氨 酸 （ C 6N ) 精 氨 酸 （ C 6N 4)
谷氨酸
脯氨酸
各种氨基酸的生物合成途径
核苷类抗生素 核糖
次生代谢产物
戊糖
葡萄糖
丁糖
莽草酸
丙糖
次 生 代 谢 产 物 （ C7)
聚酮
丙氨酸
丙酮酸
（ C3N)
氨基糖苷类抗生素 （糖苷部分） 次生代谢产物
丝 氨 酸（ C 3N ) 甘 氨 酸( C 2N )
木质大桶中进行第一次真正的大规模酿造 1757年应用温度计；1801 使用原始热交换器
主要特点：嫌气发酵，非纯种培养 ，产品质量不稳定
2.纯培养技术的建立（近代发酵时期）
Koch首先发明固体培养基，建立细菌 的纯粹培养
Petri创造一种培养皿(petri dish)用于 微生物平板分离
Winograsky和 Beijerink发明富集培 养法，分离特定的微生物
基于代谢途径及其调控实现微生物菌种选育和控 制发酵。
代谢控制发酵技术：应用生物化学的代谢知识和 遗传学理论，选育微生物突变株，从而调控微生 物代谢，大量积累目标发酵产物。
主要应用：氨基酸及核苷酸等基于初生代谢产物 的发酵生产，以及有机酸 、抗生素等。
开拓新的发酵原料时期
目的：以烃类为碳源生产微生物细胞作为饲 料蛋白质的来源
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。
3.基因工程阶段（现代发酵工业新阶段）
§第三节、发酵工程基本内容
（一）发酵工程的一般特征
1、发酵工业一般是在常温常压下进行的生物化学反应，反应条件 比较温和。 2、可用较廉价的原料生产较高价值的产品。 3、发酵过程是通过生物体自适应调节来完成的，反应的专一性强， 因而可以得到单一性的代谢产物。 4、易产生复杂高分子化合物。 5、高度选择性的进行复杂化合物在特定部位的氧化、还原、官能 团导入。 6、生产发酵产物的生物物质菌体本身也是发酵产物。 7、发酵生产需要注意防止染菌。 8、发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件的限制，可改良菌 种。
杆菌，侧孢芽孢杆菌；白僵菌、 绿僵菌
疫苗
微生物菌体
新的菌体发酵产品: 药用功能菌体 茯苓菌→茯苓 担子真菌→灵芝、香菇类
虫草头孢菌 密环菌
面包酵母 藻类
芽孢杆菌和伴孢晶体
虫草头孢菌发酵生产虫草
酶制剂
广泛用于医药工业、食品和轻工业、石油化工
酶试剂盒：医用诊断试剂盒、工业分析试剂盒等 药用酶制剂：胆固醇氧化酶，葡萄糖氧化酶等 食品工业用酶制剂：果胶酶，淀粉酶等 基因重组技术用酶制剂：核酸酶（nuclease），包括
传统发酵工业：酿造及食品 业、抗生素、氨基酸、核苷 酸、有机酸、饲料添加剂、 微生态制剂、生物农药、生 物肥料等
现代发酵工业：基因工 程药物、细胞工程药物、 疫苗；替代石油工业的 大宗量的生物基化学品等， 以及传统发酵工业升级。
传统大型发酵工 业的中央控制
现代发酵工业 的中央控制
发酵工业的其他产品
生物技术体系
基因工程 细胞工程
酶工程
产品
强调过程优 化与控制
发酵工程
Baidu Nhomakorabea
生化工程
产物
产品
产品
第二节、发酵工程发展简史
▪ 1900以前
传统发酵阶段（自然）
▪ 1900—1940 纯培养技术的建立
▪ 1940—1950 通气搅拌纯培养发酵技术的建立
▪ 1950—1960 诱变技术与代谢控制发酵技术的建立
部分利用基因工程技术研制的产品
人胰岛素 人生长激素(GH) 表皮生长因子(EGF)
肿瘤坏死因子 白细胞介素-2(IL-2)
尿激酶原 猪生长激素(PGH) 牛生长激素(BGH)
纤维素酶 , -干扰素 乙型肝炎疫苗 集落刺激因子(CSF) 促红细胞生成素(EPO) 抗血友病因子 组织溶纤原激活剂(t-PA)
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。
生物化学家看待微生物发酵过程：
生
发酵是微生物在无氧条件下分解代谢有机 物释放能量的过程。
物
化
学
发酵是微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制
家
备微生物菌体或其代谢产物的过程。现代
代谢产物的生物 合成与分离纯化
完整发酵工程：投入原料获得最终产品 发酵和提取
主要研究 解决工艺和设备问题 实验室和中试成果迅速扩大到工业生产中
2. 发酵工业的基本生产过程
1. 用作种子扩大培养及发酵生产的各种培 养基的配制；
2. 培养基、发酵罐及其附属设备的消毒灭菌； 3. 扩大培养出有活性的适量纯种，以一定比
甘 氨 酸(C2N)
丙氨酸 （ C3N)
赖 氨 酸 （ C 6N 2)
蛋 氨 酸 （ C 5N 5)
丙酮酸
A D P(C 7N 2)
乙酸 CO2
缬 氨 酸 （ C5N) 亮氨酸
天 门 冬 氨 酸 （ C 4N )
草酰乙酸 (C4)
柠檬酸 (C6)
苏 氨 酸 （ C 9N )
α － 酮 戊 二 酸(C5)
优良种株的选育和保 藏（包括菌种筛选、改造， 菌种代谢路径改造等），
上游 技术
中游 技术
发酵过程控制，主要包 括发酵条件的调控，无 菌环境的控制，过程分 析和控制等
上中下游相互关联！
下游 技术
和程广
要 求
工 程 学
对 生 物
义 发 酵
的学工
分离和纯化产品。 包括固液分离技术、细 胞破壁技术、产物纯化 技术，以及产品检验和 包装技术等
发酵工程
fermention engineering
主讲人：王君 Tel：13784752855
E-mail：995448767qq
▪ 教材
▪ 韦革宏 杨祥，《发酵工程》.科学出版社.2019 普通高等教
育“十一五”规划教材
▪ 参考书籍
▪ 余龙江主编. 发酵工程原理与技术应用.化学工业出版社，
2019-2019
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。
▪四. 发酵工程在生物技术中的地位
▪ 生物技术：应用自然科学和工程学的原理，依靠 生物及其细胞的催化作用，将物料进行加工以提 供产品或为社会服务的技术。
§发酵工程是生物技术的应用基 础，是生物技术产业的核心。
▪ 1960—1970 开拓发酵原料时期（石油发酵时期）
▪ 1970年以后 进入基因工程菌发酵时期，以及细胞
大规模培养技术的全面发展。
近年来，以现代生物技术和过程工程技术为基础的现代发 酵工业突飞猛进。
1.传统发酵阶段
主要是酿造工业 主要产品：酒、酒精、醋、
啤酒、干酪、酸乳等 17世纪，能在容量为1500桶（一桶约136升）的
主要标志 基因工程产品生产以及 基因工程技术应用
世界上已批准上市的基 因工程药物有几十种， 如：胰岛素、人生长激 素等。
基因工程阶段（现代发酵工业新阶段）
主要特点 基因工程技术、细胞工程技术、酶工程技术 以及发酵过程优化及放大技术的全面进步 高产微生物代谢产物及非微生物代谢产物的 基因工程菌构建及产品的发酵生产 主导碳氧经济发展，碳氢经济的替代及生物 炼制技术的兴起
▪ Peter F. Stanbury, Allan Whitaker, Stephen J. Hall. Principles of
Fermentation Technology. (2nd Edition)
考 核方式
闭卷考试占70％ 平时课堂提问、作业、笔记、课堂论文
与考勤占30％
第一章 发酵工程概述
主要产品：酵母、甘油、乳酸、丙酮丁醇等
纯培养技术的建立
第一次世界大战， Weizmann 发明了丙酮丁醇 发酵，建立了真正的无杂菌发酵。
在面包酵母的生产中首先采用了分批补料培养 技术 主要特点：纯培养为主、嫌氧发酵，产品产量 质量控制水平大大提高。
通气搅拌发酵技术的建立
标志：纯种培养深层发酵生产青霉素 主要技术进展： ➢ 通气搅拌解决了液体深层培养的供氧问题。 ➢ 无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大
存在问题
1、底物不可能完全转化为产物，副产物的产生不可避免； 2、产物的获得除受环境因素影响外，也受细胞内因素的影 响，菌体易变异； 3、原料是农副产品，虽廉价，但质量价格波动大准备工作 量大，花费高，反应器效率低； 4、过高的底物产物或产物浓度常导致酶的抑制或细胞不能 耐受过高的渗透压而失活； 5、COD、BOD在发酵过程中常需要调控。
型发酵罐的密封与抗污染设计解决了耗氧 发酵中的杂菌污染问题。
通气搅拌发酵技术的建立 主要特点：耗氧发酵实现规模化纯培养发
酵，一系列过程工程技术创新 意义： ➢ 推动抗生素工业乃至整个发酵工业快速发展 ➢ 建立了完整的好氧发酵放大技术及装备 ➢ 奠定了现代发酵工业的理论和实践基础
代谢控制发酵技术的建立
例接种入发酵罐中； 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； 5. 将产物提取并精制，以得到合格的产品； 6. 回收或处理发酵过程中所产生的三废物质。
菌种 活化 扩大培养
发酵原料
预处理
粗选、除杂、粉 碎加工等
发酵培养基的配制
灭菌
微
生
物 进一步扩大培养
大型发酵 测量和控制发酵温度、PH、溶解氧
用简易设备 生产多种多 样的产品
不受气候、 季节的限制
发酵过程技术特点
以生命体的 自动调节方 式进行
反应条件温 和、耗能少 、设备较简 单
原料来源丰 富、微生物 有选择的的 吸收
能高度选择 在复杂化合 物的特定部 位进行氧化 、还原、功 能团引入或 去除
过程需要除 菌、防止杂 菌污染
三.发酵过程的产品类型
工
业 发
代谢产物和细胞分离 过滤、离心、沉淀
酵
基
本
代谢产物的分离 副产品或废物处理
细胞的加工
过
程
代谢产物分纯或加工
产品
发酵工业的典型过程 －－深层发酵过程
3. 发酵工程技术特点
主体微生物的特点
种类繁多 繁殖速度快 代谢能力强 易通过人工 诱变获得有 益菌株
酶种类繁 多
催化各种 生化反应
能利用无机 物、有机物 等各种营养 物质
▪ 微生物菌体 ▪ 酶制剂 ▪ 代谢产物 ▪ 生物转化 ▪ 微生物特殊机能的利用
利用微生物消除环境污染 利用微生物发酵保持生态平衡 微生物湿法冶金 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域
微生物菌体
酵母发酵 传统菌体发酵工业
菌体蛋白（单细胞蛋白）发酵
杀虫剂：苏云金杆菌，蜡样芽孢
现代菌体发酵工业
缬 氨 酸 （ C5N) 次 生 代 谢 产 物
脂肪酸 天 冬 氨 酸 （ C4N)
丙二酸
（ C3)
草酰乙酸 (C4)
乙酸 CO2
甲 羟 戊 酸 （ C4) IPP（ C5)
柠檬酸 (C6)
萜类 甾体
次生代谢产物
α － 酮 戊 二 酸(C5)
初生代谢的合成过程
从初生代谢 到次生代谢
谷氨酸 次生代谢产物
－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）
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
DNA、RNA的内切酶、外切酶，DNA限制性内切酶、 DNA连接酶等。 饲料酶制剂：木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶等
组 氨 酸 （ C 6N 3)
核糖
苯 丙 氨 酸 （ C 9N )
戊糖
葡萄糖
色 氨 酸 (C 11N 2)
丁糖
莽草酸
丙糖
酪 氨 酸 （ C 9N )
（ C7)
半胱氨酸 丝 氨 酸（ C 3 N )
二.发酵工程概念？ －微生物细胞加工技术过程优化与放大
1.现代发酵工程：利用微生物特定性状和功能，将 DNA重组及细胞融合技术、分子修饰和改造等新技 术与传统发酵工程融合，大大提高传统发酵技术水 平，拓展传统发酵应用领域和产品范围的一种现代 工业生物技术体系。
主要包括
菌种选育与保藏 菌种扩大生产
CONTENTS
一、发酵工程的概念 二、发酵工程的发展简史 三、发酵工程的基本内容＊ 四、发酵过程的主要发酵类型 五、发酵工程的后处理＊＊
第一节 发酵工程的概念
发酵 芽母 谷作 物用 产于 生果
汁 或
－－请看下面现象
微生物的
发酵现象
ferver：发泡、沸腾 fermentation
CO2
一.对发酵现象的不同理解
异 亮 氨 酸 （ C 6N ) 精 氨 酸 （ C 6N 4)
谷氨酸
脯氨酸
各种氨基酸的生物合成途径
核苷类抗生素 核糖
次生代谢产物
戊糖
葡萄糖
丁糖
莽草酸
丙糖
次 生 代 谢 产 物 （ C7)
聚酮
丙氨酸
丙酮酸
（ C3N)
氨基糖苷类抗生素 （糖苷部分） 次生代谢产物
丝 氨 酸（ C 3N ) 甘 氨 酸( C 2N )
木质大桶中进行第一次真正的大规模酿造 1757年应用温度计；1801 使用原始热交换器
主要特点：嫌气发酵，非纯种培养 ，产品质量不稳定
2.纯培养技术的建立（近代发酵时期）
Koch首先发明固体培养基，建立细菌 的纯粹培养
Petri创造一种培养皿(petri dish)用于 微生物平板分离
Winograsky和 Beijerink发明富集培 养法，分离特定的微生物
基于代谢途径及其调控实现微生物菌种选育和控 制发酵。
代谢控制发酵技术：应用生物化学的代谢知识和 遗传学理论，选育微生物突变株，从而调控微生 物代谢，大量积累目标发酵产物。
主要应用：氨基酸及核苷酸等基于初生代谢产物 的发酵生产，以及有机酸 、抗生素等。
开拓新的发酵原料时期
目的：以烃类为碳源生产微生物细胞作为饲 料蛋白质的来源
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。
3.基因工程阶段（现代发酵工业新阶段）
§第三节、发酵工程基本内容
（一）发酵工程的一般特征
1、发酵工业一般是在常温常压下进行的生物化学反应，反应条件 比较温和。 2、可用较廉价的原料生产较高价值的产品。 3、发酵过程是通过生物体自适应调节来完成的，反应的专一性强， 因而可以得到单一性的代谢产物。 4、易产生复杂高分子化合物。 5、高度选择性的进行复杂化合物在特定部位的氧化、还原、官能 团导入。 6、生产发酵产物的生物物质菌体本身也是发酵产物。 7、发酵生产需要注意防止染菌。 8、发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件的限制，可改良菌 种。
杆菌，侧孢芽孢杆菌；白僵菌、 绿僵菌
疫苗
微生物菌体
新的菌体发酵产品: 药用功能菌体 茯苓菌→茯苓 担子真菌→灵芝、香菇类
虫草头孢菌 密环菌
面包酵母 藻类
芽孢杆菌和伴孢晶体
虫草头孢菌发酵生产虫草
酶制剂
广泛用于医药工业、食品和轻工业、石油化工
酶试剂盒：医用诊断试剂盒、工业分析试剂盒等 药用酶制剂：胆固醇氧化酶，葡萄糖氧化酶等 食品工业用酶制剂：果胶酶，淀粉酶等 基因重组技术用酶制剂：核酸酶（nuclease），包括
传统发酵工业：酿造及食品 业、抗生素、氨基酸、核苷 酸、有机酸、饲料添加剂、 微生态制剂、生物农药、生 物肥料等
现代发酵工业：基因工 程药物、细胞工程药物、 疫苗；替代石油工业的 大宗量的生物基化学品等， 以及传统发酵工业升级。
传统大型发酵工 业的中央控制
现代发酵工业 的中央控制
发酵工业的其他产品
生物技术体系
基因工程 细胞工程
酶工程
产品
强调过程优 化与控制
发酵工程
Baidu Nhomakorabea
生化工程
产物
产品
产品
第二节、发酵工程发展简史
▪ 1900以前
传统发酵阶段（自然）
▪ 1900—1940 纯培养技术的建立
▪ 1940—1950 通气搅拌纯培养发酵技术的建立
▪ 1950—1960 诱变技术与代谢控制发酵技术的建立
部分利用基因工程技术研制的产品
人胰岛素 人生长激素(GH) 表皮生长因子(EGF)
肿瘤坏死因子 白细胞介素-2(IL-2)
尿激酶原 猪生长激素(PGH) 牛生长激素(BGH)
纤维素酶 , -干扰素 乙型肝炎疫苗 集落刺激因子(CSF) 促红细胞生成素(EPO) 抗血友病因子 组织溶纤原激活剂(t-PA)
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。
生物化学家看待微生物发酵过程：
生
发酵是微生物在无氧条件下分解代谢有机 物释放能量的过程。
物
化
学
发酵是微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制
家
备微生物菌体或其代谢产物的过程。现代
代谢产物的生物 合成与分离纯化
完整发酵工程：投入原料获得最终产品 发酵和提取
主要研究 解决工艺和设备问题 实验室和中试成果迅速扩大到工业生产中
2. 发酵工业的基本生产过程
1. 用作种子扩大培养及发酵生产的各种培 养基的配制；
2. 培养基、发酵罐及其附属设备的消毒灭菌； 3. 扩大培养出有活性的适量纯种，以一定比
甘 氨 酸(C2N)
丙氨酸 （ C3N)
赖 氨 酸 （ C 6N 2)
蛋 氨 酸 （ C 5N 5)
丙酮酸
A D P(C 7N 2)
乙酸 CO2
缬 氨 酸 （ C5N) 亮氨酸
天 门 冬 氨 酸 （ C 4N )
草酰乙酸 (C4)
柠檬酸 (C6)
苏 氨 酸 （ C 9N )
α － 酮 戊 二 酸(C5)
优良种株的选育和保 藏（包括菌种筛选、改造， 菌种代谢路径改造等），
上游 技术
中游 技术
发酵过程控制，主要包 括发酵条件的调控，无 菌环境的控制，过程分 析和控制等
上中下游相互关联！
下游 技术
和程广
要 求
工 程 学
对 生 物
义 发 酵
的学工
分离和纯化产品。 包括固液分离技术、细 胞破壁技术、产物纯化 技术，以及产品检验和 包装技术等
发酵工程
fermention engineering
主讲人：王君 Tel：13784752855
E-mail：995448767qq
▪ 教材
▪ 韦革宏 杨祥，《发酵工程》.科学出版社.2019 普通高等教
育“十一五”规划教材
▪ 参考书籍
▪ 余龙江主编. 发酵工程原理与技术应用.化学工业出版社，
2019-2019
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。
▪四. 发酵工程在生物技术中的地位
▪ 生物技术：应用自然科学和工程学的原理，依靠 生物及其细胞的催化作用，将物料进行加工以提 供产品或为社会服务的技术。
§发酵工程是生物技术的应用基 础，是生物技术产业的核心。
▪ 1960—1970 开拓发酵原料时期（石油发酵时期）
▪ 1970年以后 进入基因工程菌发酵时期，以及细胞
大规模培养技术的全面发展。
近年来，以现代生物技术和过程工程技术为基础的现代发 酵工业突飞猛进。
1.传统发酵阶段
主要是酿造工业 主要产品：酒、酒精、醋、
啤酒、干酪、酸乳等 17世纪，能在容量为1500桶（一桶约136升）的
主要标志 基因工程产品生产以及 基因工程技术应用
世界上已批准上市的基 因工程药物有几十种， 如：胰岛素、人生长激 素等。
基因工程阶段（现代发酵工业新阶段）
主要特点 基因工程技术、细胞工程技术、酶工程技术 以及发酵过程优化及放大技术的全面进步 高产微生物代谢产物及非微生物代谢产物的 基因工程菌构建及产品的发酵生产 主导碳氧经济发展，碳氢经济的替代及生物 炼制技术的兴起
▪ Peter F. Stanbury, Allan Whitaker, Stephen J. Hall. Principles of
Fermentation Technology. (2nd Edition)
考 核方式
闭卷考试占70％ 平时课堂提问、作业、笔记、课堂论文
与考勤占30％
第一章 发酵工程概述
主要产品：酵母、甘油、乳酸、丙酮丁醇等
纯培养技术的建立
第一次世界大战， Weizmann 发明了丙酮丁醇 发酵，建立了真正的无杂菌发酵。
在面包酵母的生产中首先采用了分批补料培养 技术 主要特点：纯培养为主、嫌氧发酵，产品产量 质量控制水平大大提高。
通气搅拌发酵技术的建立
标志：纯种培养深层发酵生产青霉素 主要技术进展： ➢ 通气搅拌解决了液体深层培养的供氧问题。 ➢ 无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大
存在问题
1、底物不可能完全转化为产物，副产物的产生不可避免； 2、产物的获得除受环境因素影响外，也受细胞内因素的影 响，菌体易变异； 3、原料是农副产品，虽廉价，但质量价格波动大准备工作 量大，花费高，反应器效率低； 4、过高的底物产物或产物浓度常导致酶的抑制或细胞不能 耐受过高的渗透压而失活； 5、COD、BOD在发酵过程中常需要调控。
型发酵罐的密封与抗污染设计解决了耗氧 发酵中的杂菌污染问题。
通气搅拌发酵技术的建立 主要特点：耗氧发酵实现规模化纯培养发
酵，一系列过程工程技术创新 意义： ➢ 推动抗生素工业乃至整个发酵工业快速发展 ➢ 建立了完整的好氧发酵放大技术及装备 ➢ 奠定了现代发酵工业的理论和实践基础
代谢控制发酵技术的建立
例接种入发酵罐中； 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； 5. 将产物提取并精制，以得到合格的产品； 6. 回收或处理发酵过程中所产生的三废物质。
菌种 活化 扩大培养
发酵原料
预处理
粗选、除杂、粉 碎加工等
发酵培养基的配制
灭菌
微
生
物 进一步扩大培养
大型发酵 测量和控制发酵温度、PH、溶解氧
用简易设备 生产多种多 样的产品
不受气候、 季节的限制
发酵过程技术特点
以生命体的 自动调节方 式进行
反应条件温 和、耗能少 、设备较简 单
原料来源丰 富、微生物 有选择的的 吸收
能高度选择 在复杂化合 物的特定部 位进行氧化 、还原、功 能团引入或 去除
过程需要除 菌、防止杂 菌污染
三.发酵过程的产品类型
工
业 发
代谢产物和细胞分离 过滤、离心、沉淀
酵
基
本
代谢产物的分离 副产品或废物处理
细胞的加工
过
程
代谢产物分纯或加工
产品
发酵工业的典型过程 －－深层发酵过程
3. 发酵工程技术特点
主体微生物的特点
种类繁多 繁殖速度快 代谢能力强 易通过人工 诱变获得有 益菌株
酶种类繁 多
催化各种 生化反应
能利用无机 物、有机物 等各种营养 物质
▪ 微生物菌体 ▪ 酶制剂 ▪ 代谢产物 ▪ 生物转化 ▪ 微生物特殊机能的利用
利用微生物消除环境污染 利用微生物发酵保持生态平衡 微生物湿法冶金 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域
微生物菌体
酵母发酵 传统菌体发酵工业
菌体蛋白（单细胞蛋白）发酵
杀虫剂：苏云金杆菌，蜡样芽孢
现代菌体发酵工业