发酵工艺原理第一章绪论
发酵工程讲义
发酵工程讲义长江大学生科院生物技术系《发酵工程》讲义第一章绪论教学目的：了解发酵工程的意义及组成，我国发酵工程的发展现状；掌握微生物发酵的纯培养技术和深层培养技术的相关内容及发酵工程发展历史上的五个转折点；掌握发酵工程的产业化及其发展前景。
教学重点、难点：微生物发酵的纯培养技术和深层培养技术；发酵工程的产业化及其发展前景。
发酵工程的意义及组成传统生物技术：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、生物肥料等。
现代生物技术：基因工程菌发酵，基因工程药物、疫苗及抗体生产。
发酵工业范围：了解发酵工程与现代生物技术的关系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。
它是应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。
于它以培养微生物为主，故又称为微生物工程。
发酵工程的组成：从广义上讲，三部分组成，上游工程、发酵工程、下游工程上游工程：- genetics, cell ? - inoculum development -media formulation -sterilization - inoculation 下游工程：- product extraction, purification & assay - waste treatment - by product recovery 发酵的定义： 1.传统发酵发酵最初是来自于拉丁语“发泡”这个词，是指酵母作用于果汁或发芽的谷物时产生二氧化碳的现象。
2.生化和生理学意义的发酵指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。
3.工业上的发酵泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程。
发酵过程的组成部分：典型的发酵过程可划分成六个基本组成部分：繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份设定；培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中；微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长；产物分离和精制；过程中排出的废弃物的处理。
第1章发酵工艺学绪论
第1章发酵工艺学绪论。
第一章绪论主讲内容：发酵工艺学的基本概念微生物工业发酵的历史及发展方向§1-1发酵工艺学的基本概念一、发酵工业的基本概念微生物学中的发酵的定义：微生物发酵工业的概念：1.发酵工业生产的基本模式讲述生物工业的基本生产模式，引出生物技术、生物工程的概念，讲述两者之间的区别与联系2.发酵工业的分类酿酒业（啤酒、葡萄酒、白酒……）。
厌氧发酵调味品（酱油、醋）。
酵母工业——自然发酵。
氨基酸发酵——典型的代谢控制发酵。
抗菌素发酵——次级代谢控制发酵。
酶制剂工业——具有重要的意义，是工业发展的基础、科学研究的基础有机酸工业—柠檬酸、葡萄酸、乳酸、琥珀酸等。
石油发酵——降低石油熔点（石油脱腊）有机溶剂工业——乙醇、丙醇等好氧发酵维生素发酵——VC、VB2生理活性物质——白介——2环境工业——废水的生物处理，废弃物的生物降解二、微生物发酵的基本特征1.微生物发酵过程是一个典型的化工过程由于微生物生理特性决定了微生物在发酵过程中需要稳定的环境、特殊的条件以及以氧作为底物的供给，这些多涉及到化工生产的一下领域：（1）质量的传递——氧的供给、代谢物的排泄等（2）热量的传递——微生物呼吸产热，微生物生长于代谢需要稳定的而严格的温度条件。
（3）动量的传递——涉及到搅拌轴功率的计算，他与溶氧、气液混合的关系（4）微生物的反应工程——涉及到微生物的生长动力学模型的建立，产物生成动力学模型的建立。
2.微生物发酵过程是一个典型的代谢控制发酵从微生物发酵的历史角度看，最早的微生物发酵是一个自然发酵过程，现代微生物工业通常是指微生物的代谢控制发酵？定义：是指利用生物的、物理的、化学的方法，人为的改变了微生物的生长代谢途径，使之合成、积累、分泌我们所需要的产品的过程。
以GA发酵为例，建树微生物代谢控制发酵的意义。
3.微生物发酵工业又是一个有别于化工过程的一个工业有以下几个特征：（1）反应条件温和通常由于微生物的生理特性，要求温度为30℃-40℃pH值中性偏酸性——酵母、霉菌、放线菌等pH值中性偏碱性——细菌的发酵（2）无菌发酵整个反应过程要求无菌：培养基无菌、空气无菌、补料和取样要求无菌操作、某些工程菌，其尾气也要求进行无菌处理。
发酵工艺学ppt课件
● 起免疫抑制作用的抗生素：环孢菌素A等
(2)、氨基酸 (3)、维生素：VB2、VB12、VC、VA的前体 (4)、甾体激素：可的松、泼尼松、肤轻松、确氨舒松等
(5)、生物制品：各种疫苗、类毒素等 (6)、治疗用酶：蛋白酶、核酸酶、尿激酶、SOD等 (7)、酶抑制剂：
(8)、其他：核酸类药物如：肌苷、辅酶A、AMP、ATP、FAD
2、纯培养技术的建立---第一个转折期 奠基人：安东尼.列文虎克、巴斯德、柯赫等
本时期产品：酵母、酒精、丙酮、有机酸、酶制剂等，主要 为厌氧发酵和表面术的建立---第二个转折期 1928年英国细菌学家弗莱明发现点青霉可产抑制葡萄球菌 的青霉素。1945年大规模生产，采用深层培养技术。 链霉 素、氯霉素、金霉素、土霉素、四环素等出现其他发酵产品 也相继出现 本时期产品：抗生素类、氨基酸类、酶制剂类
用于选择性分离放线菌的几种培养基 培养基 含胶态几丁质、矿物盐 基质减半的营养琼脂培养基 葡萄糖、天冬酰胺、 占优势的菌株 链霉菌属、微单孢菌属 嗜热放线菌 马杜拉放线菌、小双孢菌 含
2、分离不同产物的微生物采用不同的培养基 分离各种酶类、分离固氮菌 3、恒化式富集培养技术
三、菌种的分离 (一)、选择性压力分离法 选择性压力分离法：利用不同微生物生长繁殖对环境及营养 的要求不同，如：温度、pH、渗透压、氧气、碳源、氮源及 其他特殊条件，使其利于某类或某种微生物的生长而不利于 其他种类微生物的生存，以使目的菌占优势而得以分离出来 的方法。 1、分离不同微生物采用不同的培养基或培养条件
1960~1970
1970~1980 1980~
4、人工诱变育种、基因工程菌---第三个转折期
● 核苷酸、有机酸及部分抗生素用诱变育种的方法使产量大幅度
发酵工艺原理知识点归纳
所学内容：1、菌种：选育、培养、保藏；2、发酵的概念、原理、参数控制；3、介绍一些产品的发酵过程第一章绪论一、发酵1、发酵的定义：培养生物细胞（包括动物细胞、植物细胞和微生物）来制得产物的过程。
2、发酵工业：根据有无风味要求分为酿造工业和发酵工业。
3、实现发酵需具备的条件：①适宜的微生物；②保证微生物进行代谢的条件（pH、营养、温度等）；③进行发酵的设备；④有提取精制产品的方法和设备二、发酵工业的沿革①天然发酵阶段：嫌气发酵、非纯种培养（靠的是经验），质量不稳定。
②纯种培养技术的建立：巴斯德认识到发酵是由微生物所进行的化学反应；柯赫建立了单种微生物的分离和纯培养技术。
——表面培养、产量少③通气搅拌发酵技术的建立：青霉素④代谢控制发酵技术：运用动态生物化学、遗传学知识，控制生物合理代谢。
⑤开拓发酵原料时期；⑥基因工程阶段三、发酵工业的范围1、微生物菌体发酵：酵母、微生物菌体蛋白（scp 单细胞蛋白）、藻类、活性乳酸菌制剂、真菌、生物杀虫剂。
2、微生物酶发酵：工业应用的酶大都来自微生物发酵。
3、微生物代谢产物发酵初级代谢产物：对数生长期所产生的产物，是菌体生长繁殖所必需的，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、类脂、糖类等次级代谢产物：菌体生长静止期中，某些菌体能合成在生长期中不能合成的、具有一些特性的产物，如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等4、微生物转化发酵：利用微生物细胞的一种或多种酶把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物的生化反应，特点是特异性强，包括反应特异性、结构位置特异性和立体特异性。
最古老的生物转化就是利用菌体将乙醇转化成乙酸的醋酸发酵。
5、利用生物技术所得的生物细胞发酵①消除环境污染；②保持生态平衡；③湿法冶金；④利用生物技术所得的生物细胞发酵四、发酵工业的特征1、发酵原料的选择和预处理2、微生物菌种的选育及扩大培养3、发酵设备选择及工艺条件控制4、发酵产物的分离纯化5、发酵废弃物的回收利用五、发展趋势第二章工业微生物的生长与产物的生物合成微生物的特点：体积小、繁殖快、吸收转化快、适应性强、容易变异、分布广、种类多、代谢类型多。
第一章 绪论02(发酵工艺学 夏焕章 第三版)
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一、发展简史
现代发酵工业阶段
20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等生物工程
技术的开发，使发酵工程进入了定向育种的新阶段，新产 品层出不穷。 20世纪80年代以来，随着学科之间的不断交叉和渗透， 微生物学家开始用数学、动力学、化工工程原理、计算机
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技术对发酵过程进行综合研究，使得对发酵过程的控制更
和控制。
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二、重要发酵技术的建立
发酵放大技术
20世纪60年代，发酵罐的大型化、多样化、连续化和自动化 方面有了极大发展。发酵过程的基本参数包括温度、pH、罐 压、溶 O2 、空气流量、泡沫、 CO2 含量等均可自动记录和控 制。
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二、重要发酵技术的建立
基因工程等多种技术引入发酵
绪 论
重要发酵技术
22抗生素
发酵生产的药物
酶抑制剂 免疫抑制剂 维生素 氨基酸 22
思考题
1．发酵和发酵工程的的基本含义是什么？ 2．发酵的发展过程建立了那些重要的技术？ 3．发酵生产的主要药物类型有哪些？
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1979年以后，随着基因重组技术的出现，促进了重组微生物
（工程菌）的产生，并打破了传统的生物反应器的概念。 基因工程技术，简而言之，就是采用酶学的方法，将不同来 源的 DNA 进行体外重组，再把重组 DNA设法转入受体细胞 内，并进行繁殖和遗传下去。
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第三节 发酵生产过程和方式
上游 下游
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二、重要发酵技术的建立
通气搅拌发酵技术
1941年美国和英国合作对青霉素进行生产研究，建立了深层
通气培养技术——深层培养，解决了深层培养的供氧问题。 成功建立起深层通气培养法及整套工艺，包括向发酵罐内通 入大量无菌空气、通过搅拌使空气分布均匀、培养基的灭菌 和无菌接种、通氧量、pH、培养物供给等均已解决，刺激了
发酵工艺学原理教案及思考题
发酵工艺学原理讲义及考虑题烟台大学林剑主讲课程第一章绪论§1-1发酵工艺学的差不多概念一、发酵工业的差不多概念微生物学中的发酵的定义：微生物发酵工业的概念：1.发酵工业生产的差不多模式讲述生物工业的差不多生产模式，引出生物技术、生物工程的概念，讲述两者之间的区不与联系2.发酵工业的分类酿酒业（啤酒、葡萄酒、白酒……）。
厌氧发酵调味品（酱油、醋）。
酵母工业——自然发酵。
氨基酸发酵——典型的代谢操纵发酵。
抗菌素发酵——次级代谢操纵发酵。
酶制剂工业——具有重要的意义，是工业进展的基础、科学研究的基础有机酸工业—柠檬酸、葡萄酸、乳酸、琥珀酸等。
石油发酵——降低石油熔点（石油脱腊）有机溶剂工业——乙醇、丙醇等好氧发酵维生素发酵——VC、VB2生理活性物质——白介——2环境工业——废水的生物处理，废弃物的生物降解二、微生物发酵的差不多特征1.微生物发酵过程是一个典型的化工过程由于微生物生理特性决定了微生物在发酵过程中需要稳定的环境、专门的条件以及以氧作为底物的供给，这些多涉及到化工生产的一下领域：（1）质量的传递——氧的供给、代谢物的排泄等（2）热量的传递——微生物呼吸产热，微生物生长于代谢需要稳定的而严格的温度条件。
（3）动量的传递——涉及到搅拌轴功率的计算，他与溶氧、气液混合的关系（4）微生物的反应工程——涉及到微生物的生长动力学模型的建立，产物生成动力学模型的建立。
2.微生物发酵过程是一个典型的代谢操纵发酵从微生物发酵的历史角度看，最早的微生物发酵是一个自然发酵过程，现代微生物工业通常是指微生物的代谢操纵发酵？定义：是指利用生物的、物里的、化学的方法，人为的改变了微生物的生长代谢途径，使之合成、积存、分泌我们所需要的产品的过程。
以GA发酵为例，建树微生物代谢操纵发酵的意义。
3.微生物发酵工业又是一个有不于化工过程的一个工业有以下几个特征：（1）反应条件和气通常由于微生物的生理特性，要求温度为30℃-40℃ pH值中性偏酸性——酵母、霉菌、放线菌等，pH值中性偏碱性——细菌的发酵（2）无菌发酵整个反应过程要求无菌：培养基无菌、空气无菌、补料和取样要求无菌操作、某些工程菌，其尾气也要求进行无菌处理。
发酵工艺原理2
D、酶化学的进步与微生物转换技术（可 的松、黄体酮等甾体类激素的生产）。 E、生物化学和微生物生理和遗传学的发 展与代谢调控发酵技术（氨基酸、核苷 酸生产）。 F、分子生物学、细胞工程、酶工程的发 展与现代生物技术（基因工程菌发酵生 产人生长激素、干扰素、细胞因子、抗 体、疫苗）。
2、发酵工程今后研究和的构建 C、发酵过程的自动化 D、新型生物反应器的研制 E、下游工程的优化
其中16种是药物®
1.致酸剂 2.生物碱 3.氨基酸 4.动物生长促进剂 5.抗生素 6.驱虫剂 7.抗代谢剂 8.抗氧剂 9.抗肿瘤剂 10.抑制球虫剂 11.辅酶 12.转化甾醇和甾体 13.乳化剂 14.酶 15.酶抑制剂 16.脂肪酸 17.鲜味增强剂 18.除草剂 19.杀虫剂 20.离子载体 21.铁运载因子 22.脂类 23.核酸类 24.核苷类 25.核苷酸类 26.有机酸 27.灭害剂 28.药理活性物质 29.色素 30.植物生长促进剂 31.多糖类 32.蛋白质 33.溶媒 34.发酵剂 35.糖 36.表面活性剂 37.维生素
二、发酵工程研究的内容
1、生产菌种的选育 2、发酵条件的优化与控制 3、发酵产物的分离、提取和精制 4、微生物反应器的设计
三、发酵工业的范围 一共包括五大方面： 1.微生物菌体发酵 用于面包工业的酵母发酵，用于饲料的菌 体蛋白，微生态制剂，食用菌生产，药用 真菌生产：冬虫夏草、灵芝等，生物杀虫 剂：苏云金杆菌等。 2.微生物酶发酵 工业生产用酶多来自于发酵，传统的酶制 剂多用于食品与轻工业，以及一些抗生素； 目前，微生物医用酶的开发比较热门。
第一篇 绪论
一、概念 1.发酵(fermentation)：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。广义地说， 凡是培养细胞（动、植物和微生物细胞） 来制得产物的过程。 2.发酵工业：利用微生物生长和代谢活动， 生产各种有用物质的工业。 3.发酵工程： 研究发酵工业生产中，各个 单元操作的工艺和设备的一门科学。
(工艺技术)发酵工艺学原理及培训教材
（工艺技术）发酵工艺学原理及培训教材发酵工艺学原理开课背景（1）何为工艺学？原来的工艺学的特性：（2）现在：强化工艺学的基本理论背景，减小课时数，以单元操作为主线条的工艺学原理第一章绪论§1-1发酵工艺学的基本概念一、发酵工业的基本概念微生物学中的发酵的定义：1.发酵工业生产的基本模式讲述生物工业的基本生产模式，引出生物技术、生物工程的概念，讲述两者之间的区别与联系2.发酵工业的分类酿酒业（啤酒、葡萄酒、白酒……）。
厌氧发酵调味品（酱油、醋）。
酵母工业——自然发酵。
氨基酸发酵——典型的代谢控制发酵。
抗菌素发酵——次级代谢控制发酵。
酶制剂工业——具有重要的意义，是工业发展的基础、科学研究的基础有机酸工业—柠檬酸、葡萄酸、乳酸、琥珀酸等。
石油发酵——降低石油熔点（石油脱腊）有机溶剂工业——乙醇、丙醇等好氧发酵维生素发酵——VC、VB2生理活性物质——白介——2环境工业——废水的生物处理，废弃物的生物降解二、微生物发酵的基本特征1.微生物发酵过程是一个典型的化工过程由于微生物生理特性决定了微生物在发酵过程中需要稳定的环境、特殊的条件以及以氧作为底物的供给，这些多涉及到化工生产的一下领域：（1）质量的传递——氧的供给、代谢物的排泄等（2）热量的传递——微生物呼吸产热，微生物生长于代谢需要稳定的而严格的温度条件。
（3）动量的传递——涉及到搅拌轴功率的计算，他与溶氧、气液混合的关系（4）微生物的反应工程——涉及到微生物的生长动力学模型的建立，产物生成动力学模型的建立。
2.微生物发酵过程是一个典型的代谢控制发酵从微生物发酵的历史角度看，最早的微生物发酵是一个自然发酵过程，现代微生物工业通常是指微生物的代谢控制发酵？定义：是指利用生物的、物里的、化学的方法，人为的改变了微生物的生长代谢途径，使之合成、积累、分泌我们所需要的产品的过程。
以GA发酵为例，建树微生物代谢控制发酵的意义。
3.微生物发酵工业又是一个有别于化工过程的一个工业有以下几个特征：（1）反应条件温和通常由于微生物的生理特性，要求温度为30℃-40℃pH值中性偏酸性——酵母、霉菌、放线菌等pH值中性偏碱性——细菌的发酵（2）无菌发酵整个反应过程要求无菌：培养基无菌、空气无菌、补料和取样要求无菌操作、某些工程菌，其尾气也要求进行无菌处理。
发酵工艺学第一章绪论
FERMENTATION Process Control
FERMENTATION Process Control
下游工程
DOWNSTREAM PROCESSES - product extraction, purification & assay - waste treatment -by product recovery
原料不同处理方法也有所差异。 淀粉——利用前需变成糊精或葡萄糖。
方法：酸水解（高压、耐酸）、酶水解法。 糖蜜——加热杀菌和用水冲稀，也可加酸处理后再补充无
机盐。 碳氢化合物：石油脱蜡——一定馏分的石油经冷却脱蜡而
获得的凝固点在-10℃的油，加入适量无机盐进行接种发 酵。
2、微生物菌种的选育及扩大培养
三、微生物代谢产物
1.代谢产物的类别 初级代谢产物：通过微生物的代谢活动产生、细胞自身生长
和繁殖所必需的物质，称为初级代谢产物或中间代谢产物。 氨基酸、核苷酸、蛋白质、维生素、脂类和碳水化合物等。 次级代谢产物：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、细菌毒素、植物生长因子、色素等。
利用微生物消除环境污染 利用微生物发酵保持生态平衡，如生物固氮肥料，生物杀
虫剂等。 微生物湿法冶金，如细菌浸矿，即利用细菌对矿物或矿石
中有用的金属浸出回收的过程。细菌浸出的金属有Cu、U、 Co、Ni、Mn、Zn、Pb等10余种，但大规模生产的只有铜 和铀。 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。
菌种：已有的优良生产菌种和选育的新菌种 扩大培养：“量”
3、发酵设备选择及工艺条件控制：常温、常压。
4、发酵产物的分离、提取
第一章 发酵食品工艺学绪论
（一）固态发酵的一般特征 例：干酪发酵、发酵干香肠 其外部为有氧环境（霉菌生长），而内 部是厌氧环境（兼性厌氧菌生长）。 对T而言，内部发酵高，外部相对低。
不同菌也在不同的微生物环境中形成了 独特的优势群。
（一）固态发酵的一般特征 优点：
利用多菌发酵，如曲酒生产的双边发酵 （外部霉菌糖化，内部酒精发酵）。 又如白酒生产中窖泥中存在的己酸菌等 等。这在液态发酵中是难以实现的
4000BC——Beer，自古埃及即出现了麦芽糖化。 5000-6000BC——wine、黄酒、白酒、Cheese
(酱油、调味品 白酒：农业社会粮食节余，生霉、发酵、蒸馏而得）
现 代：
古老的发酵食品自产生以来，长时间内停留在自然酿造
阶段。即知其然而不知其所以然，通常以经验掌握。由
于节气、环境的变化即决定了产品的成败，因此食品酿 造甚至被赋予很多神秘色彩，甚至出现了对曲的顶礼膜 拜，与一些祭祀活动也连起来。由于其发酵的机理一直 未能充分揭示，因此发酵技术也迟迟未能进一步发扬光 大和合理调控。直到巴斯德、科赫等人的工作成果推动 了微生物发酵及工艺调控的推陈出新。
强制通风：如厚层通风制曲工艺
圆盘制曲机
自动翻曲机
3、含水量
含水量通常与通氧相矛盾，所以固态基质往往要
控制基质的含水量。若含水量高，会挤走氧气，
使氧浓度低，妨碍好氧菌（霉菌）的生长；含水 量过低，则影响水分活度，影响其生长速度，处 于亚适生长状态 一般采用中间补水的方式。 所以一般霉菌参与的固态发酵，往往先控制水 分，利于霉菌的生长、发酵，再补水制醪，进
主要物质变化
（1）淀粉的水解： 淀粉：
D—Glu以α—1，4—糖苷键连接而成。
易水解、与水共热裂解；与无机酸共热彻底 水解为D—Glu。
发酵工艺学课件
菌肽(防腐剂)、匹马霉素(食品保护剂)
发酵工艺学课件
2、在医药卫生中的应用
(1)、抗生素
● 抗细菌抗生素：头孢菌素、氯霉素、红霉素、螺旋霉素等 ● 抗真菌抗生素：两性霉素B、杀假丝菌素、制霉菌素等 ● 抗原虫抗生素：烟古霉素、古曲霉素 ● 抗肿瘤抗生素：放线菌素、博来菌素、丝裂菌素、内瘤菌素、光神霉
发酵工艺学课件
4、人工诱变育种、基因工程菌---第三个转折期
● 核苷酸、有机酸及部分抗生素用诱变育种的方法使产量大幅度
提高。
● 构建的基因工程菌可产生菌体本身不能产生的产物(如胰岛素、
生长激素、细胞因子及多种单克隆抗体等) 或使产量大幅度提 高。 5、发酵动力学、发酵的连续化自动化工程技术的建立
发酵工艺学课件
频率低。 ● 诱发突变：先诱变再与高浓度噬菌体混合培养。 2、抗噬菌体菌株的特性试验 ● 稳定性试验 ● 真正抗性与溶源性的区别试验 (二)、噬菌体的防治 1、正确判断 2、普及噬菌体的防治知识 3、选育抗噬菌体菌株 4、消灭噬菌体 5、收集和保存噬菌体
发酵工艺学课件
四、杂交育种 (一)、细菌的杂交育种 1、杂交方式：细菌接合、F因子转导、R因子转移、
链霉菌属 链霉菌属
诺卡氏菌 游动放线菌 小瓶菌属
发酵工艺学课件
发酵工程原理
发酵工程原理第一章绪论1.发酵（fermentation）:采用现代工程技术手段，利用天然生物体或人工改造的生物体对原料进行加工，为人类生产有用的产品，或直接把生物体应用于工业生产的过程。
【名】2.第一阶段（~1900年）：酒精、醋；第二阶段（1900~1940）：酵母面包、甘油、柠檬酸、丙酮；第三阶段（1940~1960）：青霉素、链霉素、赤霉素、氨基酸、核苷酸、酶【判、单】3.1900~1940年期间是发酵工业的第二阶段【判】4.从发霉的甜瓜中筛选“产黄青霉”菌株，使青霉素效价提高了几百倍。
【判、填】5.现代发酵工程是以基因工程的诞生为标志，以微生物工程为核心内容。
【填】6.发酵工程的6个部分：a.菌种以及确定的种子培养基和发酵培养基的组成；b.培养基、发酵罐和辅助设备的灭菌；c.大规模的有活性、纯种的种子培养物的生产；d.发酵罐中微生物最优的生长条件下产物的大规模生产；e.产物的提取、纯化；f.发酵废液的处理。
7.选育菌种的基本方法：自然选育、抗噬菌体选育、诱变育种、代谢工程育种、基因定向育种、基因组改组。
【填】8.我国已是发酵工业大国，但不是发酵强国。
【判】9.发酵产业的差距：【解】a.工业生产菌种的技术水平较差b.发酵工业相对落后。
c.产品科技含量低，产品浓度低、能耗高、污染大。
d.装备水平落后。
第二章微生物菌种制备原理与技术1.发酵工业常用的微生物主要有：细菌、放线菌、酵母菌和霉菌。
【填】细菌、放线菌偏碱7~7.5；霉菌和酵母偏酸4.5~6.2.自然界分离筛选目的菌株的一般步骤和方法：【解】a.含微生物样品的采集b.含微生物样品的富集培养c.微生物的分离d.野生型目的菌株的筛选f.野生型目的菌株的菌株鉴定3.菌种退化：生产菌种或选育过程中筛选出来的较优良菌株，由于进行移接传代或保藏之后，群体中某些生理特征和形态特性逐渐减退或完全丧失的现象。
【名】4.工业微生物菌种的保藏方法：斜面保藏法（1~3个月）、液体石蜡油保藏法、冷冻干燥保藏法、真空干燥法、液氮超低温保藏法、工程菌的保藏。
发酵工艺学 第一章(绪论)
Fermentation engineering
上游工程
UPSTREAM PROCESSES - genetics, cell … - inoculum development - media formulation - sterilization - inoculation
FERMENTATION Process Control
论
发酵过程的特点及其描述方法
2
一、发酵工程的组成
发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料、 发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸 和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的 分支，成为一个包括了微生物学 化学工程、 包括了微生物学、 分支，成为一个包括了微生物学、化学工程、基因工程 细胞工程、 、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学 科工程。 科工程。 现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包， 现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包， 而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、 而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等 多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、 多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生 物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、 物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、 香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。 香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。
• 1973 rec DNA technology (Boyer & Cohen) • 1982 rec human insulin（胰岛素） （胰岛素）
– post recombinant DNA area
• since 1982 rec therapeutic agents（治疗剂） （治疗剂） • 1990 rec bakers yeast • 1992 rec chymosine （凝乳酶）(from yeast) 凝乳酶）
发酵工艺原理讲稿2007
发酵工艺原理讲稿第一章绪论第一节生物工程概述生物工程的含义bioengineering\biotechnology狭义的生物工程：泛指以基因工程技术为核心的现代生物技术的总称广义的生物工程1982年，国际经济合作与发展组织的定义：为生物技术是应用生物学知识及工程学的原理，依靠微生物、动物、植物体作为反应器将物料进行加工以提供产品为社会服务的技术。
生物工程的研究内容：基因工程：基因工程是通过DNA重组技术,对生物材料进行改良,构建出新型的微生物菌株、培育出新的动植物品种, 使其具有优良的符合人们意愿的性状，或获得所需要的产物。
细胞工程：高等植物细胞具有全能性。
从高等植物的幼胚、根、茎、叶、花和果实等不同器官的组织中分离的单个细胞，经过特殊培养形成愈伤组织，并可进一步诱导生成完整的植株。
发酵工程：现代发酵工程主要指利用微生物、动植物细胞和基因工程菌在在人工生物反应器（发酵罐）中培养而获得产物的工业过程。
现代发酵工程是生物代谢、微生物生长动力学、大型发酵罐或生物反应器研制、化工原理等密切结合和应用的结果。
酶工程：对酶进行开发和应用的产业。
技术范围：自然酶的开发生产、酶的分离纯化技术、酶与细胞的固定化技术及反应器、酶分子修饰改造:利用化学手段或分子定向进化、人工设计与合成模拟酶生化工程：将生化反应与化学工程手段相结合，使生化产物得以产业化生产。
研究内容：生物产品的后处理技术、生物反应器的开发研制、生化反应动力学模型发酵工程与生物工程的关系：生物工程源于发酵工程，而广于和高于发酵工程。
由于发酵工程是迄今工业化规模最大、应用最广泛的生物工程，因而也是生物工程专业最重要的学习对象。
生物工程是以现代生物技术对传统发酵工程进行渗透和改造。
第二节发酵工程概述一、发酵的定义（fermentation）1、原始发酵含义最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。
2、生化和生理学意义的发酵n指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。
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• 生物细胞或其产生的酶能将一种化合物转 化成化学结构相似，但在经济上更有价值 的化合物。 • 转化反应是催化脱氢、氧化、羟化、缩合 、脱羧、氨化、脱氨化或同分异构作用。
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生物转化过程---特点 特点
• 反应条件温和 (30-40℃，常压，水相反应) (30-40℃， 水相反应) • 反应选择性高 • 反应产物纯度高（包括光学纯） 反应产物纯度高（包括光学纯） • 反应底物简单便宜（一般无毒、不易燃） 反应底物简单便宜（一般无毒、不易燃） • 反应收率主要取决于菌种的性能 • 设备简单
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发酵工程的特点
发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的 反应的专一性强， ，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢 产物。 产物。 发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。 发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要 。 除了必 须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外， 须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必 须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌， 须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就 要遭到巨大的经济损失，要是感染了噬菌体， 要遭到巨大的经济损失，要是感染了噬菌体，对发 酵就会造成更大的危害。 酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵 成败的关键。 成败的关键。
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第三节
发酵工程的地位
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生物工程重要的组成部分 • 发酵工程 Fermentation ) 发酵工程( • 酶工程 (蛋白质工程 (Enzyme 蛋白质工程) 蛋白质工程 engineering & Protein engineering) • 基因工程 ( Genetic engineering) • 细胞工程 ( Cell engineering )
6
基本概念
“发酵工程”的定义：应用微生物学等相关的 发酵工程”的定义： 自然科学以及工程学原理， 自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细 胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会 胞进行酶促转化， 性服务的一门科学。 性服务的一门科学。
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发酵工程的特点
发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反 应。其主要特点如下： 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 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， 安全，要求条件也比较简单。 安全，要求条件也比较简单。 发酵所用的原料简单粗放。通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为 发酵所用的原料简单粗放。通常以淀粉、 只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。 主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不 同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这一特性， 同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这一特性， 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。
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发酵的类型
按发酵原料来区分 ①糖类物质发酵 ②石油发酵 ③废水发酵
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发酵的类型
按发酵形式来区分 ①固态发酵 ②深层液体发酵
12
发酵的类型
按发酵产物区分 ①氨基酸发酵 ②有机酸发酵 ③抗生素发酵 ④酒精发酵 ⑤维生素发酵 ⑥酶制剂发酵
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发酵的类型
按发酵工艺流程区分 ①分批发酵 ②分批补料发酵 ③连续发酵
途举例
用 初级代谢产物 乙醇 柠檬酸 丙酮丁醇 氨基酸 核苷酸 多糖 维生素 途 含酒精饮料中的活性成分 与石油混合后， 与石油混合后，可作为汽车燃料 食品、化学工业中多种用途 食品、 溶剂 药品、 药品、调味品 调味品 食品添加剂、 食品添加剂、提高油类回收率 食品添加剂、 食品添加剂、药品
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微生物代谢产物---初级代谢和次级代谢间的关系 初级代谢和次级代谢间的关系
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发酵工程的地位---工业生物技术主要部分 工业生物技术主要部分
生物能源 －生物酒精 生物酒精 －生物柴油 －甲醇 －氢气 －沼气 化学品 －精细化学品 精细化学品 －大宗化学品 －食品添加剂 －生物塑料 －溶剂 －酚类 －粘合剂 －脂肪酸 碳黑、 －碳黑、颜料 燃料、香料、 －燃料、香料、墨水 －洗涤剂
第三阶段
1940－目前 － 青霉素， ●青霉素，氨基酸 核苷酸， ，核苷酸，酶 可灭菌的pH和溶 ●可灭菌的 和溶 氧电极， 氧电极，计算机控 制 分批和补料， ●分批和补料，连 续培养开始 ●菌种筛选程序重 要
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发酵工程的过去－－发酵工业发展年鉴
第四阶段
1960－目前 － ●用烃和和别的贮 存物生产单细胞蛋 白 ●计算机控制 连续培养+培养 ●连续培养 培养 基再循环 ●生产菌株的遗传 工程技术 代谢控制发酵技术
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基本概念
发酵”的定义： 狭义 “发酵”的定义：在生物化学或生理学上 发酵是指微生物在无氧条件下， 发酵是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物 是指微生物在无氧条件下 质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵 质产生能量的一种方式，或者更严格地说， 是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。 是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。 如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并 放出二氧化碳。同时获得能量， 放出二氧化碳。同时获得能量，丙酮酸被还原为 乳酸而获得能量等等。 乳酸而获得能量等等。
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发酵的类型
按发酵过程中对氧的不同需求来分 ①好氧发酵
②厌氧发酵
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发酵过程的组成
繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份确定； 繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份确定； 培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌； 培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌； 培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中； 培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中； 微生物在最适合于产物生长的条件下， 微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中 生长； 生长； 产物提取和精制； 产物提取和精制； 过程中排出的废弃物的处理。 过程中排出的废弃物的处理。
第五阶段
1979－目前 － ●通常微生物不产 生的异质化合物， 生的异质化合物， 如胰岛素， 如胰岛素，干扰素 ●更先进的控制手 段和传感器 分批，补料-分批 ●分批，补料 分批 或连续 ●用基因工程技术 将外源基因引入微 生物宿主
第六阶段
1990－目前 － 解决能源、 ●解决能源、资源 、环境等问题的工 业应用 基因组学、 ●基因组学、蛋白 组学、 组学、代谢组学等 技术紧密结合 组学技术与发酵工程
第一章 绪 论
江南大学生物工程学院
1
本章内容
第一节 概述 第二节 发酵产品的类型 第三节 发酵工程的地位 第四节 发酵工业的发展史
2
第一节 概述
3
基本概念
“发酵”（Fermentation）一词是拉丁语“沸腾” 发酵” 一词是拉丁语“沸腾” 的派生词， （fervere）的派生词，它描述酵母作用于果汁或 麦芽浸出液时产生气泡的现象。产生气泡的现象 麦芽浸出液时产生气泡的现象。 是由浸出液中的糖在缺氧条件下降解而产生的二 氧化碳所引起的。 氧化碳所引起的。
Biodiesel filling station Biodiesel-truck-loading (Germany) Royal Nedalco truck at ethanol loading37 point (The Netherlands)
功能脂肪酸 功能肽业 功能糖业 生物防腐剂
果露酒业 黄 酒 业 葡萄酒业 白 酒 业 啤 酒 业
其 腐 酱
他 乳 业 行 业
酶制剂业 有机酸业 淀粉糖业 氨基酸业 维生素业 酒 精 业 其 他
其 他 生物保健食品 微 藻 业 泡 菜 业 乳酸菌饮料 食用菌业
生物增稠剂 生物色素 药膳真菌 酵 母 业
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微生物代谢产物---代谢产物的类别 代谢产物的类别
初级代谢产物： 初级代谢产物：氨基酸、核苷酸、蛋白 质、核酸、脂类和碳水化合物等。 次级代谢产物： 次级代谢产物：有些微生物的稳定期培 养物中所含有的化合物，并不在营养期 时出现，而且未见到对细胞代谢功能有 明显的影响。例如，抗生素。
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微生物代谢产物---初级代谢产物及其在工业上的用 初级代谢产物及其在工业上的用
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微生物的酶
工业上，曾由植物、动物和微生物生产酶。 工业上，曾由植物、动物和微生物生产酶。微 生物的酶可以用发酵技术大量生产， 生物的酶可以用发酵技术大量生产，是其最大的 优点。而且与植物或动物相比， 优点。而且与植物或动物相比，改进微生物的生 产能力也方便得多。 产能力也方便得多。酶的生产是受到微生物本身 严格控制。为改进酶的生产能力可以改变这些控 严格控制。 制，如在培养基中加入诱导物和采用菌株的诱变 和筛选技术，以消除反馈阻遏作用。 和筛选技术，以消除反馈阻遏作用。
生物质原料
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第四节发酵工业的发展史
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发酵工程的过去－－发酵工业发展年鉴
抗菌素发酵工业
第一阶段
1900年前 年前 酒精、 ●酒精、醋 使用温度计， ●使用温度计， 比重计和热交换 器 ●分批培养 ●使用纯酵母培 养物(1896), 用优 养物 质醋接种发酵
第二阶段
1900－1940 － 面包酵母， ●面包酵母，甘油 ，柠檬酸和丙酮丁 醇 离线控制， ●pH离线控制， 离线控制 温度控制 ●分批和补料培养 ●应用纯培养技术 由食品工业向非 食品工业发展
食 醋 业 酱 油 业
生物酿造食品业
生物食品添加剂及配料业
生物健康食品业
传统发酵(生物食品)产业
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第二节
发酵产品的类型
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发酵产品的类型
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菌体
工业生产的微生物体，可分为二种： 工业生产的微生物体，可分为二种： ①供制备面包用的酵母； 供制备面包用的酵母； ②作为人类或动物的食物的微生物细胞（单细胞 作为人类或动物的食物的微生物细胞（ 蛋白质）。 蛋白质）。
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发酵工程的特点
由于生物体本身所具有的反应机制， 由于生物体本身所具有的反应机制 ， 能够专一性 地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特 定部位地氧化、还原等化学转化反应， 定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生 比较复杂的高分子化合物。 比较复杂的高分子化合物。 微生物菌种是进行发酵的根本因素， 微生物菌种是进行发酵的根本因素 ， 通过变异和 菌种筛选， 菌种筛选，可以获得高产的优良良菌株并使生产设 备得到充分利用， 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。 生产的产品。 工业发酵与其他工业相比， 投资少， 见效快， 工业发酵与其他工业相比 ， 投资少 ， 见效快 ， 并 可以取得显著的经济效益。 可以取得显著的经济效益。