第1章 发酵工艺学绪论
《发酵工艺学》复习大纲
《发酵工艺学》复习大纲一、基本要求:《发酵工艺学》是发酵工程专业的一门主干课程,是支撑现代食品工业的重要技术,同时也是生物技术产业化的重要手段。
这门课程的考试,主要测试考生对本课程的基础理论、基本知识、及实际操作技能掌握的程度,以及运用所学理论解决问题的能力,为考生在工作岗位上发挥自己的能力或继续从事相关研究工作奠定基础。
二、主要内容第一章绪论发酵工业的历史;微生物发酵的特点及研究对象;发酵工艺学的发展趋势。
第二章微生物代谢调控理论及其在微生物发酵中的应用初级代谢和次级代谢;代谢调节有关的酶;反馈调节;代谢调节控制的应用。
第三章发酵工艺学基础及主要设备一、微生物发酵的工艺过程:菌种活化与扩大培养;发酵原料前处理及培养基制备;发酵;产物分离、提取与后加工二、微生物发酵的动力学:分批发酵三、发酵工艺控制:温度对发酵的影响及其控制;溶解氧浓度对发酵的影响及其监控;pH值对发酵过程的影响及其控制;二氧化碳和呼吸熵;基质浓度对发酵的影响及补料控制;泡沫控制;发酵终点判断。
四、发酵的主要设备:原料处理设备;固体发酵设备;机械搅拌通风发酵罐(生物反应器);空气净化系统;培养基灭菌系统;产物分离与提取设备。
第四章酒精发酵与酿酒一、酒精发酵:酒精发酵原料;与酒精发酵有关的微生物;酒精发酵生化机制;酒精发酵工艺;酒精蒸馏与精制。
二、啤酒酿造:啤酒种类与质量标准;啤酒酿造原料;麦芽制造;麦芽汁制备;啤酒发酵;过滤与灌装。
第五章氨基酸发酵谷氨酸生产:谷氨酸生产原料及其处理;谷氨酸产生菌;谷氨酸合成途径;谷氨酸发酵工艺;谷氨酸提取。
第六章有机酸发酵一、乳酸发酵:乳酸发酵类型及其微生物;乳酸制造;发酵乳制品;其它乳酸发酵食品。
二、醋酸发酵:醋酸发酵原料;醋酸发酵有关的微生物;醋酸发酵生化机制。
第七章酶制剂生产酶制剂的工业化生产:工业化酶制剂生产的优点;酶制剂生产的基本工艺流程;淀粉酶生产;酶应用新技术。
第八章发酵豆制品酱类与酱油酿造原料;制酱与酱油酿造的微生物;制酱与酱酒酿造的生物化学。
第一章绪论
第一章 绪论发酵工程 :发酵工程是指采用现代工程技术手段, 利用微生物的某些特定功能, 有用的产品的一种新技术。
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技术基础。
应用遍及轻工、食品、化工、能源、环保、农业、医药等国民经济诸多领域 发酵工程组成 从广义上讲,由三部分组成: 一、何为发酵?是利用微生物或其他生物细胞 (动、植物细胞) 的培养, 产生和积累人们所需产品的过程。
二、发酵工业的发展史1. 天然发酵阶段( 19 世纪以前) 特点 1. 手工作坊或家庭式生产2. 非纯种培养3. 产品质量不稳定4. 凭经验传授技术5.一般为嫌气发酵 17 世纪后叶,列文虎克发明显微镜,首次观察到大量的微生物 19 世纪中叶,巴斯德(微生物学之父 提出了著名的发酵理论: “一切发酵过程都是微生物 作用的结果。
”),发酵是微生物作用的结果,认识了发酵的生理学意义19 世纪后期,柯赫(细菌学之父) ,建立了单种微生物分离和纯培养技术,利用控制特定 微生物发酵生产特定产品2.纯培养技术的建立( 1905-1940 年 ) 在一次大战时,魏兹曼开拓了丁醇丙酮发酵,并建立了真正的无杂菌发酵。
特点表面培养 生产过程简单,对设备要求不高 生产规模不大 嫌气或好气发酵 3.深层发酵阶段( 1940 年以后)1943 年,在发酵罐中采用通气搅拌的深层培养法生产青霉素。
青霉素发酵技术成功地建立起深层通气培养法和一套培养技术(包括通无菌空气,搅拌,培养基灭菌和无 菌接种等) 使微生物在培养过程中的温度、pH 、通气量、营养物的供给都受到了严格的控制,厌氧一-好氧,导致一大批新产品的开发这些都为以后的发酵工业提供了新的概念和模型,成为当代发酵工业兴旺发达的开端 4. 开拓发酵原料(1960年以后)60年代,为了解决由于人迅速增长而带来的粮食短缺问题,进行了非碳水化合物代替碳水 化合物的发酵 主要产品为微生物蛋白质(单细胞蛋白 SCP )特点机械搅拌发酵罐的容积已经从第三阶段时的 80M 3扩大到150M 3 o以烃为碳源生产微生物细胞作为饲料蛋白质的来源 5. 基因工程阶段(1979年以后)这个阶段以基因工程产品的生产为标志。
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。
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
1传统发酵食品工艺学绪论
2.1 发酵食品中的细菌
醋
细菌发酵
乳制品 风干肠 腐乳 纳豆
发酵蔬菜 鱼制品
主要涉及细菌: 醋酸杆菌、乳酸菌、小球菌、芽 孢杆菌、耐盐杆菌等;
2.2 发酵食品中的霉菌
发酵豆制品 霉菌发酵 酒类
大曲酒 小曲酒 黄酒
腐乳 豆豉 酱 酱油 丹贝 日本豆酱
常用菌:毛霉、曲霉、根霉等;
2.3 发酵食品中的酵母菌
四、传统发酵食品的发展现状
我国是白酒生产和消费大国;
2014年上半年,我国白酒行业销售收入为2500亿元,同比增 长5.85%,行业实现利润总额为347.71亿元,同比下降 12.14%; 2014年上半年,我国白酒排名前5省区分别为: 四川省17.86亿升, 山东省5.37亿升, 河南省4.87亿升, 江苏省4.23亿升, 黑龙江省2.27亿升。共计占全国总产量的56.48%。
第三个转折点——人工诱变育种和代谢控制发酵工程技术的 建立; 以动态生物化学和遗传学为基础,将微生物进行人工诱变, 选育高产菌株,实现有选择地大量生产目的产物。 该技术先在氨基酸生产上获得成功,而后在核苷酸、有机酸、 抗生素等其它产品中得到应用。 第四个转折点——将化学合成与微生物发酵相结合,发酵动 力学、发酵的连续化自动化工程技术的建立 针对单纯发酵法的缺陷,利用发酵法生产前体,用化学合成 法得到终产品或反之。 发酵罐的大型化、多样化、连续化和自动化方面。发酵过程 的基本参数包括T、pH、罐压、溶O2 、Eh、空气流量、泡 沫、CO2含量等均可自动记录和控制。(在线测试探头等)
彻底否定了自然发生说 证实发酵由微生物引起 免疫学—预防接种
发明巴氏消毒灭菌法
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罗伯特 科赫(Robert Koch) (1843-1910) 细菌学奠基人
酿造工艺学第一章
现代发酵技术已超越了微生物工程的范 畴。由此可见,发酵工程(包括酶工程) 与细胞工程、基因工程谁也离不开谁, 发酵工程(包括酶工程)需要基因工程、 细胞工程为他提供最良好的生物细胞 (或酶),而基因工程、细胞工程得到 的最良好的细胞(或酶)必须要经过发酵 工程(包括酶工程)才能实现其价值。
三、食品发酵与酿造的研究对象
1、食品发酵与酿造的特点 1.安全简单、2.原料广泛、3.反应专一 、4.代 谢多样、5.易受污染 、6.种选育 现代生物技 术即应用生物体(微生物、动物细胞、植物细 胞)或其组成部分(细胞器、酶),在最适合条 件下,生产有价值的产物,或进行有益过程的 技术。生物技术包括基因工程、细胞工程、发 酵工程、酶工程和生化工程。
(一)按产业部门来分
(6)功能性食品生产工业(低聚糖、真菌多糖、 红曲等); (7)食品添加剂生产工业(黄原胶、海藻糖等); (8)菌体制造工业(单细胞蛋白、酵母等);
(9)维生素发酵工业(维生素B2、维生素B12等); (10)核苷酸发酵工业(ATP、IMP、GMP等)。
(二)按产品性质来分
4、葡萄酒 1892年华侨张弼士在烟台建立酿酒公司,这是我国第一 个新型的葡萄酒酿造厂。目前我国葡萄酒工厂已有近八 十家。 5、酱油和醋 早在三千年前便已掌握了酱油和醋发酵的技法,数千年 来一直沿用自然发酵法。 6、酒精 二十世纪初期,外商在东北设立哈尔滨和阿城两个酒精 厂;1922年山东溥益酒精厂成立,为第一个由国人设立 的酒精厂。 7、酶制剂 1964年才在无锡建立了第一个酶制剂工厂。目前有酶制 剂生产厂家40家左右,其中万吨以上,销售额2000万 以上有8家,其余均在万吨以下。目前的年产量为22万 吨左右。
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
(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 发酵工程 绪论
发酵工程的产品
微生物菌体细胞 如酵母、食用菌
微生物酶类 各种酶种、酶制剂、曲霉 微生物代谢产物 初级有氨基酸等,次级有抗
生素 微生物转化产物 工程菌发酵产物 动植物细胞大规模培养产物 利用细胞培养生 产木瓜蛋白酶
发酵工程的应用范围
发酵工程在食品工业上的应用 发酵工程在医药卫生中的应用 发酵工程在化工、能源产品中的应用 发酵工程发展
用植物细胞反应器工厂化生产紫杉醇,紫草宁,
麻黄素等。 用动物细胞反应器生产单克隆抗体,干扰素,生 长激素,生长因子和酶等药物。
(三)化工和能源产品中的应用
利用微生物可以生产乙醇,甘油等一些化
工原料,表面活性剂,有机酸和多糖等。 重组微生物对土壤,水和空气中的多种污 染物具有生物降解作用。 生物催化过程简单,成本低,效益高为精 细化工企业带来了丰厚的经济效益。
发酵工程在环境保护中的应用
(一)在食品工业上的应用
主要包括以下三方面。 第一,生产传统的发酵产品,如啤酒、 果酒、食醋等,使产品的产量和质量得 到明显的提高。 第二,生产各种食品的添加剂。 第三,帮助解决粮食问题。
(二)在医药卫生上的应用
1.生产出了种类繁多的药品
如抗生素,半合成抗生素衍生物及盐,氨基酸, 维生素和干扰素等。
发酵工程生产产品的流程图*
生产的是微生物直接 合成的产物,通过诱 变改良菌种
自然界分 离的菌种
菌种的选育 根据培养基配 制原则配制成 原料 液体培养基 培养基配制
灭菌
诱变育种 基因工程 细胞工程 生产用菌种 扩大培养
菌种的遗传特性进行定向改 造,从而生产出一般微生物 不能合成的产品 将菌种的数量扩大 检测:细菌数目、产物浓度 添加:必需的培养基组分
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
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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)
第一章 绪论
➢ 抗生素,如青霉素等产量世界第一
➢ 维生素C、氨基酸(味精) 、有机酸(如柠檬酸)等 ➢ 产量世界第一
➢ 产品种类多
➢ 5000多家, 相关产业年产值超过2万亿元
发酵工业的现在 中国是发酵工业大国
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一、发酵的基本概念
(一)、发酵一词的来源 (二) 、发酵的定义
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(一) 、发酵一词的来源
• 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。
• 发酵的英文Fermentation是从拉丁语ferver即 “翻腾”、“沸涌”、“发泡”而来;因为发 酵有鼓泡和类似翻腾、沸涌的现象。
丙烯酸
C3
3-羟基丙酸
富马酸
C4
丁二酸
天冬氨酸
苹果酸
C5
衣康酸
乙酰丙酸
C6
柠檬酸
葡萄糖酸 山梨1醇8
发酵工程的现在--解决的问题
能源问题:大力开发生物能源
Biodiesel cruise boat (Amsterdam, The Netherlands)
Ethanol powered car (Sweden)
产物提取、纯化和评价、 产物精制、废物处理、 发酵副产品的回收等
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菌种筛选
发酵罐试验
摇瓶试验
Hale Waihona Puke 12(四)发酵工程的范畴
微生物产物:微生物细胞,酶,药物活性物质,特殊化学物质和食品添加剂
13
三、发酵工业的发展历史
• 天然发酵阶段 • 纯培养技术的建立
巴斯德,科赫等。人为地控制微生物的发酵进程。
• 通气搅拌发酵技术的建立
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2 、广义的发酵
• 泛指利用生物体制造或生产某些产品或净化环境的过 程的过程包括 1. 厌氧培养的生产过程,如酒精,乳酸等 2. 通气(有氧)培养的生产过程,如抗生素、氨基 酸、酶制剂等
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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。
(3)非连续性生产
微生物的生理特性决定了发酵过程的非连续性
大部分的工业发酵是以间歇操作为基础进行的,目前可以实现连续化生
产的是:啤酒的连续化生产……
§1-2微生物工业发酵的历史及发展方向
一、微生物工业发酵的历史
微生物发酵有着悠久的历史,几千年前的酿造实质上就是一个典型的微生物发酵过程,尽管……
近几十年的来微生物发酵不但在应用领域上更加广泛,更重要的是建立了许多新
的微生物发酵理论体系,诸如:代谢控制发酵、基因工程菌发酵等……微生物发酵的
发展可以分为以下几个阶段:
1.自然发酵阶段
传统的酿造业,目前在国民经济和人民生活中仍然占有重要的地位。
2.纯培养阶段
这一阶段是微生物发酵工业从自然发酵发展到今天的代谢控制发酵的转折点,由于微生物纯培养技术的建立和发展,大大推动了发酵过程的控制,提高了发酵生产效率,更重要的是推动了微生物学科的发展,使人们从简单的发酵现象中发现了微生物的存在,进而对微生物有了进一步的认识和了解;在此基础上发展起来的菌种的分离、无菌技术、纯培养技术、菌种诱变等为后来的微生物发展奠
(dian)定了基础。
3.通气搅拌发酵阶段
1929年,弗莱明发现了青霉素,并证明了其在医学上的作用,但是青霉素的工
业化生产却限制了他的广泛应用,特别是20世纪的三、四十年代广泛流行的肺结核,以及第二次世界大战期间大量的伤病员,推动了青霉素工业化生产的科学研究与开发。
当时,1000个300ml的三角瓶连续摇动7天,方能生产出80万单位的青霉素1只,可见……。
后来美国的化学工程师参与了青霉素的工业化生产的研究,发明了一个2
吨的通气搅拌发酵罐,……
4.代谢控制发酵阶段
代谢控制发酵的概念的提出最早源于日本人在GA发酵上取得的成功。
1956年日本人“木下”,利用……成功地进行了GA的发酵法生产,从此以后,“木下”等人致力于相关的发酵的理论研究,并正式提出了“代谢控制发酵”的概念。
利用代谢
控制发酵的基本理论,目前已成功地进行了大多数的氨基酸的发酵法生产,同时也完成了诸如:肌苷酸(AMP)、干扰素等新型药物的开发生产。
代谢控制发酵理论的建了和应用为微生物工业发酵的理论和实践作出了重大贡献,也是未来微生物发酵工业研究和发展的方向(为何这样讲?)大多数的工业产品并不是微生物代谢的末端产物,而是微生物代谢的中间性物质,要合成、积累这些物质,
必须解除他们的代谢调控机制……
二、微生物发酵工业的发展方向
微生物发酵工业有着悠久的历史,在国名经济中占有重要的地位,21世纪又
是生物的,体现在哪里?
1.从工业领域看
微生物发酵将占据越来越重要的地位,具体的讲:
(1)通过生物工程解决能源问题
能源问题是全球面临的问题,生物工程如何解决?
太阳能淀粉、纤维素酶工程 G 发酵乙醇能源
乙烯
(目前已取得突破性进展)
生物工程作为桥梁,2000年世界产值已达50亿美元。
(2)取代部分化工工业
许多化工产品的生产由于严重的污染和生产效率问题,而为生物工程取代,例如:乙醇、甘油、乳酸等。
(3)农业:生物农业、农产品加工等方面
(4)医药:
2.从产品角度看,应围绕下列领域:
(1)酶制剂工业:即是生产工具,又是科学研究的工具和基础
(2)新型抗菌素工业和维生素行业
(3)氨基酸及多肽发酵
(4)生物免疫物质:白介素-2、干扰素、抗肿瘤物质等
(5)细胞工程及疫苗
3.从科学技术角度看
(1)底物基质的转变
以葡萄糖为底物的发酵转变为以更为广泛的基质为原料,特别是以废弃物为基质的发酵,废弃物资源化是其发展方向。
(2)开发新产品
利用现代生物技术为基础,开发新产品,新的产品层出不穷,使得微生物发酵向国民经济的各个角落渗透。
(3)
英国帝国化学公司,甲烷菌发酵罐的容积已达到3000m2
自动化:电子计算机的广泛应用以及发酵过程中的各种参数的自动检测,使
得……
三、建国50周年,发酵工业回顾?
四、本课程的内容和任务
本课程是生物工程专业本科生的专业基础必修课程,是一门以微生物、生物化学、化工原理等课程为基础,以微生物发酵过程中各种单元操作为主线条,对微生物发酵过程中的基本原理进行阐述的课程。
其基本内容如下:
1.发酵生产用菌种及其有关知识
菌种选育
包括菌种保藏
生产过程中菌种的扩大培养
2.培养基的制备及灭菌
包括:工业发酵用原料的选择与处理
培养基的灭菌原理和方法
工业灭菌的工程计算
3.发酵机制
包括:乙醇、甘油、谷氨酸、柠檬酸、赖氨酸、抗生素等
4.发酵过程及控制
包括:温度的变化及控制
pH值的变化及控制
氧传递动力学
泡沫的消长规律及控制
参考书:
1.姚淑华:微生物工程工艺原理,华南理工大学出版社
2.刘如林:微生物工程概论,南开大学出版社
3.张克旭:氨基酸工艺学,轻工业出版社
4.陈宁:代谢控制发酵,轻工业出版社
思考题:
能源问题是全球面临的问题,生物工程将如何解决?写出一遍综述。