(建筑工程管理)第五章第三节发酵工程简介
发酵工程
发酵工程孙再桥生技31101•传统发酵已有相当长的历史，春秋时代的孔子已经借酒助兴了。
传统发酵技术工业化不过是发酵使用的设备的更新带来了规模的扩大。
只有在生物工程到来之后，发酵工业开始采用工程菌，使得通过发酵获得的产品一改过去以酒和调味品为代表的旧貌，开始了以生物制药为代表的大飞跃。
•1857年，法国微生物学家巴斯德发现了发酵原理，人们才认识到发酵是微生物活动的结果。
此后，随着纯种微生物的分离及培养技术的建立，以及密闭式发酵罐的设计成功，使人们能够利用某种类型的微生物，在人工控制的环境条件下，进行大规模的生产，逐步形成了发酵工程。
•生物工程的最终阶段是发酵。
不仅是来自微生物，而且来自动物和植物细胞合成的物质都可以通过发酵来生产。
农牧业工厂化的趋势之一是逐步转向发酵。
•发酵生产周期短，容易调控。
•发酵技术的发展经历了如下几个阶段：•(1)自然发酵阶段：这个阶段为从史前到19世纪末，主要特征为人类利用自然接种的方法进行传统酿造食品的生产。
•(2)纯培养厌氧发酵技术的建立：这个阶段始于19世纪末，20世纪初，主要特征为人类在显微镜的帮助下，把单一的微生物进行纯培养，在密闭容器中进行厌氧发酵生产酒精等工业产品。
•(3)通气搅拌发酵技术的建立：这个阶段始于20世纪40年代，其技术特征为，成功地建立起深层通气进行微生物发酵的一整套技术，有效地控制了微生物有氧发酵的通气量、温度、pH和营养物质的供给，使得抗生素、柠檬酸、酶制剂等好氧发酵产品的生产成为可能，是现代发酵工业的开端。
•(4)代谢调控发酵技术的建立：这个阶段始于20世纪60年代，其技术特征为，以生物化学和遗传学为基础，研究代谢产物的生物合成途径和代谢调节机制，选择巧妙的技术路线，人为地控制目的代谢产物的大量合成，从而得到所需产品。
•(5)现代发酵工程技术的建立：这个阶段始于20世纪70年代，其主要技术特征表现在如下几个方面：•①原生质体融合技术、基因工程技术的发展和在微生物菌种选育方面的应用，为发酵工程技术带来了方法上、手段上的重大变化和革命。
发酵工程
什么叫发酵工程？ 什么叫发酵工程？
是指采用现代工程技术手段， 是指采用现代工程技术手段，利用微生 为人类生产有用的产品， 物，为人类生产有用的产品，或直接把 微生物应用于工业生产过程的一种新技 发酵工程的内容包括菌种的选育、 术。发酵工程的内容包括菌种的选育、 培养基的配制、灭菌扩大培养和接种、 培养基的配制、灭菌扩大培养和接种、 发酵过程和产品的分离提 纯等方面。 纯等方面。
发酵的流程
空气 空气净化处理 保藏菌种 斜面活化 扩大培养 种子罐 主发酵 灭 菌 碳源、氮源、 无机盐等营养 物质
产物分离纯化 成品
发酵罐的工作原理
发酵的实际生产
.
美味葡萄酒
酿 造 — 发 酵 —实 微 扮 演 着 举 足 轻 重 的 角 生 色 物 。 酵 产 品 在 全 球 是 ， 有 的 合 成 衍 ， 物 及 植 50% 发 中 源 物 品 。 根 受 也 备 ) 药 物 来 生 药 机 物 微 技 场 商 千 亿 微 抗 癌 及 植 自 生 来 含 的 市 知 可 的 物 物 由 此 使 用 生 药 包 微 ， 球 源 自 物 全 物 生 目 前 药 的 抗 癌 元 用 途 ( 自 是 说 抗 癌 有 达 到 亿 美 药 年 则 达 到 全 球 制 药 4 180 运 用 于 医 ， 示 ， 年 的 元 显 球 以 术 来 就 接 也 ， 的 或 直 生 物 另 有 计 ， ， 目 前 全 可 技 约 酵 计 发 估 而 将 25% 而 统 目 ， 据 瞩 元 美 业 的 市 场 为 千 亿 美 料 产 ＆ 据 Ernst Young 3 920 的 统 计 资 2001 2002
470 25%
面包发酵那些事
影响发酵的因素：
1.温度 2.酵母的用量 3.面粉 4.水 5.其他配料的影响
发酵工程笔记
第一章发酵工程1．发酵工程定义定义1：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，为人类生产有用的产品，或直接把微生物细胞作为产品的工业生产过程。
定义2 ：发酵工程是指在最适发酵条件下，在发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的技术。
2．发酵工程的发展历史大致可分为三个阶段：○1传统（古老）发酵技术阶段（纯培养技术建立之前）○2近代发酵技术阶段（20世纪20年代—70年代）○3现代发酵技术阶段（20世纪70年代以后）3．为什么能利用微生物进行发酵生产：微生物繁殖速度快，代谢能力强，易培养，容易改造代谢产物多样，能利用廉价的有机物、无机物。
4．发酵工程的特点（与化学工业相比）1 原料广泛2 生产安全、设备简单3 反应专一性强、副产物少4 代谢多样、应用广泛5 易受污染、无菌要求严格6 菌种的优劣影响较大。
第二章工业用微生物菌种1．工业用菌种的特点及要求：1具有稳定的遗传学特性2能利用低价的原材料3长条件易于满足4于细菌，具有抗Phage的能力5酵周期短，降低生产成本6谢产物无毒无害2．发酵工业常用微生物从菌种的遗传学特征上可以把菌种分为：野生型和改良型从微生物分类学的角度分为：1细菌类2酵母菌3霉菌4放线菌3．菌种选育的目的：防止菌种退化，提高生产能力，简化生产工艺，开发新产品4．菌种选育方法：○1基因突变—自然选育，诱变育种○2基因重组—杂交育种（原生质体融合），基因工程5．自然选育：利用微生物自然突变进行菌种选育的过程，一般习惯称为菌种的分离纯化。
6．自然选育的目的：纯化菌种、复壮菌种、稳定生产、提高产量。
自然选育方法步骤：○1通过表观形态来淘汰不良菌株（初筛）○2通过目的代谢物产量考察（副筛）○3菌种纯度试验（纯度验证）○4传代稳定性试验（传代试验）。
7．各种生产菌适宜的保藏方法——酵母菌：定期移植斜面低温保藏法，石蜡油保藏法曲霉菌：砂土保藏法真菌（只长菌丝不长孢子的菌）：采用液氮超低温冻结保藏，石蜡油保藏法细菌：斜面低温保藏法，冷冻干燥保藏法放线菌：砂土或冷冻保藏法8．菌种的退化：生产菌株遗传标记的丢失，导致生产能力下降，即负突变,称为菌种的退化9．菌种退化的原因：内因—基因突变，分离现象，质粒脱落；外因：保藏方法不当，营养条件不适，传代次数过多10．防治菌种退化的措施：从菌种选育方面考虑：控制传代次数,合理传代，采用不易衰退细胞传代，采用有效的保藏方法11．菌种衰退时应采取的提纯复壮措施：分离纯化，通过寄主体进行复壮，淘汰衰退的个体12．种子扩大培养:指将保存的处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量纯种的过程。
第五章 发酵工程
• 2，灭菌与消毒的区别
• 灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环 境中所有微生物，包括营养细胞、细菌 芽孢和孢子
• 消毒：用物理或化学方法杀死物料、容 器、器皿内外的病源微生物。
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二、培养基灭菌的目的 1，在发酵过程中夹杂其它杂菌造成的后果： • 生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力； • 在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生 产菌生长得更快，结果使发酵罐中以杂菌为主； • 杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难 • 杂菌会降解目的产物； • 杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品； • 发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象
●
2）温度可能会影响终产物的质量
例如： 苏云金杆菌的发酵，一般在30-31℃进行，这样形成的晶体 毒力强。若发酵温度提高到37℃以上，虽然菌体生长繁殖较快， 最终含菌数也较高，但生物毒力较低，直接影响产品的质量。
3）温度还可能影响生物合成的方向
例如： 四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。在低于30℃下， 该菌合成金霉素能力较强；温度提高，合成四环素的比例提高； 在温度达到35℃时，则只产生四环素，金霉素的合成停止
发酵过程泡沫控制的方法
• 物理消沫法 • • 化学消沫法
消泡剂选择的原则：
① 对发酵过程无毒，对人、畜无害，不影响生物合成。
② 消泡作用迅速，效果高和持久性能好。
③ 能耐高压蒸汽灭菌而不变性，在灭菌温度下对设备无腐蚀 性或不形成腐蚀性产物。 ④ 不影响以后的提炼过程。 ⑤ 不干扰分析系统，如溶解氧、pH测定仪的探头。
• 第一阶段：发酵原料的预处理
• 第二阶段：发酵过程的准备
• 第三阶段：发酵过程
• 第四阶段：产品的分离与纯化
发酵工程教案(打印)
发酵工程教案(打印)第一章：发酵工程的概述1.1 发酵工程的定义发酵工程的概念发酵工程的组成1.2 发酵工程的应用领域食品工业制药工业生物化工1.3 发酵工程的发展历程传统发酵技术现代发酵工程技术第二章：发酵过程的微生物学基础2.1 发酵微生物的分类与特性细菌真菌放线菌2.2 发酵微生物的培养与筛选培养基的选择与制备微生物的分离与纯化2.3 发酵微生物的代谢调控微生物的生长曲线微生物的代谢途径第三章：发酵设备的类型与选择3.1 发酵设备的类型大型发酵罐生物反应器膜分离设备3.2 发酵设备的选择原则生产规模产品特性经济效益3.3 发酵设备的运行与维护设备的启动与停止设备的清洗与消毒设备的故障处理第四章：发酵过程的控制与管理4.1 发酵过程的控制参数温度pH值溶氧量营养物质4.2 发酵过程的控制技术自动控制系统反馈控制系统计算机控制系统4.3 发酵过程的管理与优化生产计划的制定发酵条件的优化生产过程的质量控制第五章：发酵工程的案例分析5.1 乳酸菌发酵工程案例酸奶的生产泡菜的制作5.2 酵母菌发酵工程案例啤酒的生产葡萄酒的制作5.3 放线菌发酵工程案例抗生素的生产维生素的生产第六章：发酵工程的安全与环保6.1 发酵工程的安全问题微生物的危害生物安全措施发酵罐的安全操作6.2 发酵过程中的污染控制污染的来源污染的检测与控制清洁生产技术6.3 发酵工程的环保问题废水处理废气处理固体废弃物处理第七章：发酵工程的产业化应用7.1 发酵工程在食品工业的应用面包酵母的生产乳酸菌的产业化7.2 发酵工程在制药工业的应用抗生素的产业化维生素的产业化7.3 发酵工程在其他领域的应用生物燃料的生产生物材料的产业化第八章：发酵工程的研发与创新8.1 发酵工程的新技术发展重组DNA技术基因工程技术合成生物学技术8.2 发酵工程的新设备开发高通量筛选设备生物反应器的设计自动化控制系统8.3 发酵工程的产业化挑战与机遇产业化过程中的问题产业化发展的趋势产业化政策的分析第九章：发酵工程的实例分析与评价9.1 发酵工程案例分析某乳酸菌产品的生产某抗生素的生产9.2 发酵工程项目的评价技术与经济评价环境与社会影响评价风险评价9.3 发酵工程的发展前景与建议行业发展趋势技术创新方向政策与支持措施第十章：发酵工程的实验操作10.1 发酵实验的基本操作菌种的制备与保藏发酵液的制备发酵过程的监控10.2 发酵实验的设计与优化实验设计方法发酵条件的优化实验结果的分析10.3 发酵实验的操作技能培养实验操作的安全规范实验设备的操作与维护实验数据的准确记录与处理重点和难点解析重点环节一：发酵微生物的分类与特性重点掌握不同类型发酵微生物的分类、特点及应用领域。
发酵工程教案(打印
发酵工程教案（打印）第一章：发酵工程的概述1.1 发酵的定义和意义1.2 发酵工程的起源和发展1.3 发酵工程的研究内容和应用领域第二章：发酵过程的基本原理2.1 微生物的生长与代谢2.2 发酵条件的控制2.3 发酵过程中的物质变化第三章：发酵设备及其设计3.1 发酵罐的设计与选择3.2 发酵过程的自动化控制3.3 发酵设备的清洗与消毒第四章：发酵条件的优化与控制4.1 发酵条件的优化方法4.2 发酵过程的监控与控制4.3 发酵过程中的问题与解决方法第五章：发酵工程的应用实例5.1 微生物肥料的生产与应用5.2 生物农药的发酵生产5.3 食品工业中的发酵应用第六章：发酵工程在药品生产中的应用6.1 抗生素的发酵生产6.2 维生素的发酵生产6.3 重组蛋白的发酵生产第七章：生物化工领域的发酵工程7.1 氨基酸的发酵生产7.2 有机酸的发酵生产7.3 生物酶的发酵生产第八章：发酵工程在环保领域的应用8.1 生物滤池技术8.2 生物脱硫技术8.3 生物降解技术第九章：发酵工程的产业化与发展9.1 发酵工程的产业化流程9.2 发酵工程的技术创新与挑战9.3 我国发酵工程产业的发展现状与趋势第十章：发酵工程的可持续发展10.1 发酵工程与资源利用10.2 发酵工程与环境保护10.3 发酵工程的循环经济模式第十一章：发酵工程在生物制药中的应用11.1 重组蛋白药物的发酵生产11.2 疫苗的发酵生产11.3 基因治疗的发酵工程应用第十二章：发酵工程技术在农业中的应用12.1 微生物肥料的发酵生产12.2 生物农药的发酵生产12.3 动物疫苗和生物兽药的发酵生产第十三章：发酵工程在生物能源中的应用13.1 燃料酒精的发酵生产13.2 生物柴油的发酵生产13.3 生物气体的发酵生产第十四章：发酵工程在生物材料中的应用14.1 发酵生产生物塑料14.2 发酵生产生物纤维14.3 发酵生产生物复合材料第十五章：发酵工程的案例分析与实践操作15.1 发酵工程案例分析15.2 发酵工程的实践操作技巧15.3 发酵工程的实验设计与数据分析重点和难点解析本文教案涵盖了发酵工程的概述、基本原理、设备设计、条件优化与控制、应用实例、药品生产、生物化工、环保领域应用、产业化发展、技术创新、可持续发展以及案例分析和实践操作等多个方面。
【建筑工程管理】发酵工程复习重点
微生物生物技术重点第一章1 发酵的概念传统概念：指酵母作用于果汁或发芽谷物，进行酒精发酵时产生CO2的现象。
生物学概念：发酵是指微生物在无氧条件下分解代谢有机物质释放能量的过程。
（生化）工业生物学家概念：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现代概念：培养生物细胞（含动植物和微生物）来制取产物的所有过程2 生物工程（Microbial engineering ）是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用于工业化生产的技术体系；是将传统发酵与现代DNA 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现代发酵技术。
发酵工程的发展简史1、传统的发酵时期——天然发几千年酒（古埃及龙山文化）啤酒、黄酒、酱油、泡菜等特点多数产品为嫌气性发酵非纯种培养单凭经验传授技术，使产品质量不稳定（不了解微生物与发酵的关系）2、近代发酵工程时期——纯培养技术1665 英国物理学家Robert Hooke（罗伯特·胡克）细胞壁1680 荷兰列文·虎克(Antonie vanLeeuwenhoek) 活细胞人类认识到微生物的存在特点多数产品为嫌气性发酵非纯种培养单凭经验传授技术，使产品质量不稳定（不了解微生物与发酵的关系）由天然发酵阶段转向纯培养发酵（第一次转折过程特点产品的生产过程较为简单，对生产要求不高，规模不大3、近代发酵工程时期——深层培养技术出现于20世纪40年代，以抗生素的生产为标志青霉素的发现与大量需求表面培养法(surface culture) 效价40U/mL，纯度20%，收率30%二战期间，青霉素发酵生产成功青霉素发酵生产的成功，给发酵工业带来两大功绩：开拓了以青霉素为先锋的庞大抗生素发酵工业建立深层培养法（submerged fermentation），把通气搅拌技术引入发酵工业。
它使得需氧菌的发酵生产从此走上了大规模工业化生产途径。
发酵工程概论
二、发酵工程概况
发酵工程的发展的四个阶段 1、第一阶段 发酵理论的建立——巴斯德
2、第二个里程碑 以微生物的纯种培养技术为主要特征 ——丙 酮丁醇的制造
物。
菌种的筛选：
自然选育 诱变育种 基因工程育种
2、种子的扩大培养
种子扩大培养：是指将保藏菌种接入试 管斜面活化后，再经摇瓶到种子罐逐级 培养而获得的一定数量和质量被称为发 酵种子的纯种微生物的过程。
种子的扩大培养
（1） 菌丝进罐培养
（2） 孢子进罐培养3 Fra bibliotek生物的发酵过程
三、国外发酵工业的发展趋势
1，生物转化（或生物合成）技术成为国外著名化学 公司争夺的热点，并逐步从医药领域逐渐向化工领 域转移
2，生物催化合成已成为化学品合成的支柱之一
3，利用生物技术生产有特殊功能、性能、用途或环 境友好的化工新材料，是化学工业发展的一个重要 趋势。
4，传统的发酵工业已由基因重组菌种取代或 改良。许多传统的发酵工程产品如柠檬酸、 青霉素等都已开始采用基因工程手段进行 改造，大大地提高了产量。在以基因工程 为主导的现代生物技术产品中，医药生物 技术产品占75％左右。
3、第三个阶段 以深层发酵青霉素为主要特征
4、第四个阶段 以引入基因工程，达到微生物定向育
种为主要特征。
三、发酵工程的内容和生产流程
现代发酵工程的主要内容包括：
工业生产菌株的选育 发酵条件的优化与控制 生物反应器的设计 发酵产物的分离、提取和精制
认识发酵工程 发酵与发酵工程的概念
1.1发酵与发酵工程的概念
生化工程：研究生物反应过程中（包括微生物发酵、 动植物细胞培养、酶促反应）中带有共性的特殊性工程 技术问题的学科。
1.认识发酵工程
1.1 发酵与发酵工程的概念
1.1发酵与发酵工程的概念
1.1传统发酵：发酵(fermentation)一词最初来源于拉丁语“发泡、沸涌”(fervere)的派生词，即指酵母 菌在无氧条件下利用果汁或麦芽汁中的糖类物质进行酒精发酵产生C02的现象，或者是指酒的生产过程。 1.2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，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。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产 生酒精并放出C02。
1.1发酵与发酵工程的概念
1.3工业上的发酵：泛指利用微 生物制造或生产某些产品的过程。 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。 产品有细胞代谢产物，也包括菌体 细胞、酶等。
1.1发酵与发酵工程的概念
2、发酵工程 发酵工程：是指利用微生物的生长繁殖和代 谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论 和工程技术体系，是生物工程与生物技术学 科的重要组成部分。发酵工程也称作微生物 工程，该技术体系主要包括菌种选育和保藏、 菌种的扩大生产、微生物代谢产物的发酵生 产和纯化制备，同时也包括微生物生理功能 的工业化利用等。
现代发酵工程技术和现代生物工程技术密切相关：现 代发酵工程技术需要基因工程技术和细胞工程技术提供 优良的生物细胞(或酶)；而基因工程技术和细胞工程技术 获得的优良的生物细胞(或酶)必须经过发酵工程技术、酶 工程技术、生化工程技术，才能实现生物工程技术的产 业化。
发酵工程知识点范文
发酵工程知识点范文发酵工程是指利用微生物或酶等生物催化剂进行发酵制药、食品加工等的工程过程。
发酵工程是生物工程的一个重要分支，涉及生物化学、微生物学、传热学、质量控制和生产管理等学科知识。
以下是发酵工程中的一些重要知识点。
1.发酵工程的基础知识：理解生物反应器的构造和功能，包括发酵罐、曝气装置、控温设备等。
了解微生物的生长和代谢特性，如酵母菌、细菌、真菌等的生存条件和对环境因素的响应。
2.发酵过程控制：掌握发酵罐中各种参数的测量和控制方法，如温度、pH、溶氧量、搅拌速度等。
了解如何利用自动控制系统对发酵过程进行监测和调节，保证产品质量和生产效率。
3.发酵产物的提取与纯化：了解发酵液中产生的目标产物的提取、分离和纯化方法。
掌握常用的萃取、过滤、蒸馏、结晶等技术，能够选择和优化适用的方法，提高产物的纯度和收率。
4.混合培养和连续培养：了解不同类型的发酵过程，如批量发酵、连续发酵和半连续发酵。
混合培养和连续培养可以提高产物的稳定性和生产效率，但也要考虑微生物的生理特性和底物的利用率。
5.发酵介质的设计与优化：理解发酵介质的组成和配比对发酵效果的影响。
掌握适当的碳源、氮源、微量元素和调节剂的选择和添加方式，提高微生物生长和产物积累的效果。
6.基因工程与代谢工程：了解基因工程技术在发酵工程中的应用，如基因的克隆、转导和表达。
掌握代谢工程的原理和方法，通过改造微生物代谢途径提高目标产物的产量和质量。
7.发酵废水处理与资源化利用：了解发酵废水的处理和回收利用方法，减少环境污染。
掌握生物脱氮、生物除磷和沉淀技术等，实现废水的无害化处理和资源化利用。
8. 质量控制与质量管理：了解药品和食品行业的相关法规和质量标准，掌握质量控制的基本方法和技术，如GMP（Good Manufacturing Practice）和HACCP（Hazard Analysis and Critical Control Points）等。
发酵工程简介PPT课件
发酵罐示意图
加料口 搅拌器 冷却水进口
放料口
电动机 pH检测及 控制装置 排气口 冷却水出口 培养液
无菌空气
发酵罐 控制 发酵
温度
PH
溶氧
通气量
转速
酿造工业 分离提纯
酒、醋
菌体 单细胞蛋白
人造肉
代谢 产物
抗生素、维生素、动物激 素、核苷酸、要用氨基酸
源、水、无机盐和生长因子等营养需求。
培养基： 培养液
碳 源： 豆饼的水解液、玉米浆
氮 源： 尿素
无机盐： 磷酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁 生长因子：生长素
5、结合教材实例，说明如果发酵条件控制不当， 会造成什么不良影响。这些条件是通过影响什么而实 现的？
一是影响菌种的生长繁殖，二是影响菌种代谢产 物的形成。例如：在谷氨酸发酵过程中，当pH呈酸 性时，谷氨酸棒状杆菌就会生成乙酰谷氨酰胺；当溶 氧不足时，生成的代谢产物就会是乳酸或琥珀酸。
温度、氧气、pH等条件是通过影响酶的活性而 实现的，最终改变代谢途径、代谢产物。
1、可以作为自养微生物氮源的是（ D）
A.N2、尿素 C.尿素、酵母粉
B.牛肉膏、蛋白胨 D.铵盐、硝酸盐
2、温度对发酵过程的影响，不正确的是（B ） A.温度过高，发酵周期缩短，产量降低 B.温度不影响生物合成的途径 C.温度能影响菌种对营养物质的吸收 D.菌体生长和产物合成所需的最适温度不一定相同
•对野生菌株进行诱变。
• ④菌落形成后，加入碘液，观察菌落周围培养基的颜 色变化和变化范围的大小。周围出现 浅色范围大 现象的菌落即为初选菌落。经分离、纯化后即可达到 实验目的。
• （2）若已得到二株变异菌株Ⅰ和Ⅱ，其淀粉转化率较 高。经测定菌株Ⅰ淀粉酶催化活性高，菌体Ⅱ的淀粉 酶蛋白含量高。经进一步研究发现，突变发生在淀粉 酶基因的编码区或非编码区，可推测出菌株Ⅰ的突变 发生在 编码 区，菌株Ⅱ的突变发生在 非编码区
发酵工程
与传统相比的特点
主要以可再生资源为原料；反应条件温和；环境污染较少；能生产目前不能生产或通过化学方法生产困难的 性能优异的产品；投资较少。
发酵生产流程三个阶段
上游、中游和下游。先进行高性能生产菌株的选育；然后在人工或计算机控制的生化反应器中进行大规模培 养，生产目的代谢产物；最后收集目的产物并进行分离纯化，最终获得所需要的产品。
1、在医药工业上的应用：基于发酵工程技术，开发了种类繁多的药品，如人类生长激素、重组乙肝疫苗、某 些种类的单克隆抗体、白细胞介素－2、抗血友病因子等。
2、在食品工业上的应用：主要有三大类产品，一是生产传统的发酵产品，如啤酒、果酒、食醋等；二是生产 食品添加剂；三是帮助解决粮食问题。
3、在环境科学领域的应用：污水处理中微生物的强化。
发展简史
20世纪20年代的酒精、甘油和丙酮等发酵工程，属于厌氧发酵。从那时起，发酵工程又经历了几次重大的转 折，在不断地发展和完善。
20世纪40年代初，随着青霉素的发现，抗生素发酵工业逐渐兴起。由于青霉素产生菌是需氧型的，微生物学 家就在厌氧发酵技术的基础上，成功地引进了通气搅拌和一整套无菌技术，建立了深层通气发酵技术。它大大促 进了发酵工业的发展，使有机酸、维生素、激素等都可以用发酵法大规模生产。
C等(8个)：名单略
过程要素
1、温度 2、PH值 3、氧气 发酵工程博士点、硕士点汇总： （带Z者为一级学科博士点/硕士点覆盖的二级学科博士点/硕士点） 国家重点学科 1.华南理工大学 轻工技术与工程一级国家重点学科（涵盖发酵工程二级学科） Z 2.江南大学 Z 3.天津科技大学 Z 博士点
应用
发酵工程
学科
目录
01 内容简介
03 与传统相比的特点
发酵工程简介
学院：生工学院专业班级：生物工程092班姓名：×××学号：×××××××发酵工程简介一、发酵工程的定义发酵工程{fermentation engineering}，是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。
二、发酵工程的发展1早期的发展早在数千年前，我国劳动人民就懂得酿酒、制酱油、酿醋等。
酿酒工业是历史上最古老的微生物工业，但当时人们并不知道它与微生物的关系，也不清楚发酵的原因，只是靠口传身授，在实践中应用微生物。
2近代的发展1667 年，荷兰人列文霍克（Antony Van Leowen hoek ）发明了显微镜，揭开了微生物世界的秘密。
1850 -1880 年法国巴斯德（Louis Pasteur ）通过实验发现了发酵原理，认识到发酵是由微生物的活动引起的。
导致简便的密闭式发酵罐等技术设备。
1929 年，英国细菌学家傅莱明（Fleming ）发现了青霉素。
在20世纪40 年代随着微生物遗传学、生物化学和分子生物学的发展，创立了好气性发酵通气搅拌工程技术。
20世纪60年代遗传水平上控制生物代谢，建立起氨基酸、核苷酸微生物工业。
日本于1956 年用发酵法生产谷氨酸获得成功，氨基酸发酵工业采用了人工诱变育种与代谢控制发酵的新技术。
随着微生物工业向大型发酵罐的连续化、自动化方向发展，以数学、动力学、化工原理等为基础，通过计算机实现发酵过程自动化控制的研究，使发酵过程的工艺控制更为合理，相应的新工艺、新设备也层出不穷。
目前，发酵过程的基本参数，包括温度、pH 值、罐压、溶解氧、氧化还原电位、通气流量、CO2含量等均可自动记录和控制。
而微生物酶反应生物合成与化学合成工程技术的结合，为生物发酵的发展提供了更广阔的空间。
三、发酵工程的过程1、菌种的选育自然选育，从大自然中选择优良的菌种。
第3节发酵工程及其应用
[典例2] 发酵工程在工业生产上得到广泛应用，其生产流程如下图所示。结 合赖氨酸或谷氨酸的生产实际，回答相关问题：
(1)图中①表示的育种方法是__________。 (2)人工控制微生物代谢的措施包括________________和__________________。 (3)在赖氨酸或谷氨酸发酵过程中，产物源源不断地产生，这说明该生产采用 了____________的发酵方式。在生产过程中，常需增加通氧量，据此判断赖氨酸 或谷氨酸发酵菌种为________菌。
二、思考·讨论 啤酒的工业化生产流程(教材第24～25页) 1．菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等，都有助 于提高啤酒的产量和品质。 2．应该辩证地看待这一产品。一方面，这类产品具有多样化的特点，能够满 足一些人对独特口感的需求，或者满足一些人的时尚追求。另一方面，这类产品 是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定、价格昂贵的问题。
2．怎样对发酵条件进行调控以满足微生物的生长需要？ 提示：要在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产物浓度等以了解发 酵进程，及时添加必需的培养基成分，以满足菌种的营养需要。同时，要严格控 制温度、pH、溶解氧等发酵条件。 3．在产物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？ 提示：如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀 等方法将菌体从发酵液中分离出来。如果产品是代谢产物，可采用蒸馏、萃取、 离子交换等方法进行提取。 4．在进行发酵生产时，排出的气体和废弃培养液等能直接排放到外界环境中 吗？为什么？
二、发酵工程的应用 1．在食品工业上的应用 (1)生产传统的发酵产品，如酱油、各种酒类。 (2) 生 产 各 种 各 样 的 食 品 添 加 剂 ， 如 通 过 __黑__曲__霉__ 发 酵 制 得 的 柠 檬 酸 ， 由 _谷__氨__酸__棒__状__杆__菌___发酵生产味精。 (3)生产酶制剂，如α淀粉酶、β淀粉酶、脂肪酶等。 2．在医药工业上的应用 基因 工程、 蛋白质 工程等的广泛应用给发酵工程制药领域的发展注入了强劲 动力。
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（建筑工程管理）第五章第三节发酵工程简介第五章第三节发酵工程简介教学目标1．知识方面（1）发酵工程的概念（知道）。
（2）发酵工程中培养基的配制、菌种选育、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离、提纯等相关内容（知道）。
（3）有关发酵工程在医药工业和食品工业中应用的内容（知道）。
2．态度观念方面（1）通过学习发酵工程的有关内容，培养学生理论联系实际的科学态度。
（2）通过学习有关发酵工程在医药工业和食品工业中应用的知识激发学生学习生物学的兴趣，提高学生把所学知识转化为技术，且服务于社会的STS意识。
3．能力方面通过对发酵过程中菌种选育、发酵条件控制等相关内容的讨论，培养学生综合运用知识去解决实际问题的能力。
重点、难点分析1．教学重点：（1）通过对谷氨酸发酵实例的分析、讨论，使学生了解发酵工程的概念，了解菌种选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离、提纯等内容是本节的重点。
（2）让学生收集有关发酵工程应用的资料，且相互交流、讨论，使学生了解发酵工程在医药工业、食品工业中的应用知识也是本节的教学重点之壹。
2．教学难点：有关发酵工程的内容是本节教学的难点，因为这些内容中涉及了细胞工程、基因工程、杂菌污染对发酵工业造成的危害以及发酵条件对菌种代谢途径的影响等多点知识，比较繁杂，学生较难理解。
教学模式启发讲解和学生讨论相结合。
教学手段谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的代谢途径及发酵的的示意图的投影片，影响谷氨酸代谢途径的因素表格及谷氨酸发酵所用培养基的成分的表格。
课时安排二课时。
设计思路1．前期知识准备：（1）复习有关谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径及其人工控制的内容。
（2）复习有关微生物群体生长的规律及影响微生物生长的环境因素的内容。
（3）复习有关微生物的营养、培养基、代谢产物等内容。
2．通过讨论谷氨酸发酵过程，使学生了解从菌种选育、培养基配制到产品生成等简要的发酵生产过程，了解发酵生产的主体设备发酵罐及其控制部分，且了解发酵工程的概念。
3．通过分析、讨论有关发酵过程的内容，使学生了解培养基的配制、菌种选育、灭菌、扩大培养接种、发酵过程和产品的分离、提纯等相关知识。
4．通过学生讨论、交流等活动，总结出发酵工程在医药工业和食品工业上的应用的知识。
第壹课时壹、设疑引出新课题前面我们学习了有关微生物的代谢的内容，我们知道了微生物的代谢是指微生物细胞内所发生的全部的化学反应。
在微生物的代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物，如氨基酸、维生素、抗生素等。
而且，这些代谢产物又是我们人类所需要的。
那我们能不能通过微生物的培养来大量生产各种代谢产物呢？这就是我们今天所要讨论的“发酵工程”。
二、进行新课（壹）介绍谷氨酸发酵的生产实例教师活动：出示谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径的投影片，指导学生观察且作适当讲解。
讨论后教师小结如下：从投影片我们能够见出，谷氨酸棒状杆菌在壹定的条件下能够利用环境中的营养物质来合成谷氨酸。
下面我们就来见见在工厂里是怎样应用谷氨酸棒状杆菌来生产谷氨酸的。
提出问题：谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌种了，是不是所有的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷氨酸发酵生产呢？我们应该选育什么样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢？教师活动：以前面出示的投影片为依托组织学生就所提问题进行讨论。
讨论后教师小结：只有选择细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。
提出问题：有了菌种用什么样的培养基去培养呢？教师活动：通过复习有关培养基的知识，使学生理解培养基应满足微生物生长所需要的碳源、氮源、水、无机盐和生长因子等营养需求。
教师活动：出示谷氨酸发酵所需培养基的成分表格且指导学生观察、思考。
通过讨论使学生把培养基中的各种成分按照水、无机盐、氮源、碳源、生长因子的分类方法进行分类，进而得出这种培养基能满足谷氨酸棒状杆菌所需各种营养的结论。
提出问题：这种培养基从组成成分和物理性质上见属于哪种培养基？通过讨论得出结论：从物理性质上见是液体培养基，从化学成分上见是天然培养基。
提出问题且组织学生讨论：在工业生产过程中常采用这种天然成分作为营养物质的液体培养基，这在发酵生产中有什么好处呢？引导学生通过讨论得出以下结论：（1）液体培养基能使营养物质在发酵过程中得到充分的利用，仍能为菌体提供更大的生存空间。
同时，也有利于生产过程中培养条件的控制以及产物的提取。
（2）采用天然物质作营养物质既能满足菌体的营养需求，又能降低生产成本，仍能减少对环境的污染。
提出问题：有了菌种和合适的培养基，那发酵的主体设备又该是什么样的呢？教师活动：出示发酵罐的示意图，且对发酵罐的组成结构进行简单介绍。
通过介绍使学生了解发酵的主体设备由发酵罐及其控制部分构成。
提出问题：设备中的这些控制部分在生产过程中有什么用呢？教师启发讲解使学生了解：在发酵过程中，发酵罐内的温度、pH、溶氧量都会变化，从而影响微生物的生长。
因此，必须有相应的控制结构来保持发酵条件的稳定。
提出问题且指导学生阅读教材中有关内容：在发酵罐中是怎样进行谷氨酸发酵生产的？师生共同总结出大致过程在之上总结的基础上使学生了解发酵工程的概念，即采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程中的壹种新技术。
（二）深入讨论发酵工程的相关内容通过刚才的谷氨酸发酵的实例我们不难见出，发酵工程主要包括了菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等内容，对于发酵工程的这些内容我们应该注意些什么呢？1．菌种的选育：发酵工程是利用微生物为人类生产有用产品，因此要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等方面符合人们要求的产品，最重要的是要有优良的菌种。
提出问题：人们怎样才能得到优良的菌种呢？教师活动：启发学生以基因突变、基因工程、细胞工程的有关内容为依托就所提出的问题进行讨论。
通过讨论得出结论：如果生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、谷氨酸等，则能够从自然界中先分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法使菌种产生突变，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。
如果生产的是壹般微生物不能合成的产品，则可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品的目的。
例如：可将人工合成的人的胰岛素基因和大肠杆菌的质粒结合，形成重组DNA，再把重组DNA导入大肠杆菌细胞内形成工程菌。
通过筛选则可培养出能生产人的胰岛素的菌种。
2．培养基的配制：要进行发酵生产，有了优良的菌种仍需要有和菌种相适应的培养基。
在配制培养基时应该注意哪些事情呢？教师活动：组织学生用以前学过的有关培养基的知识就所提问题进行讨论。
通过讨论引导学生从以下几方面去理解：（1）根据不同的菌种，应选择不同的材料配制培养基。
配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，且为微生物提供适宜的pH。
（2）培养基的营养要协调，以利于产物的合成。
（3）培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
例如：发酵生产常采用天然成分的液体培养基。
而且，经常用野生的植物淀粉、甘蔗渣、秸秆水解物以及乙醇、醋酸等石化产品代替粮食来配制培养基。
3．灭菌：发酵工程所用的菌种大多是单壹的纯种，整个发酵过程中不能混入杂菌。
这是为什么呢？教师活动：组织学生讨论，通过讨论使学生认识到：在发酵过程中如混入其他微生物，将和菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。
例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。
如果在青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分解掉。
提出问题：那如何防止杂菌的污染呢？通过讨论得出结论：要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。
提出问题：怎样才算灭菌彻底呢？通过讨论得出结论：用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。
4．扩大培养和接种：工业发酵要想在较短的时间内得到大量的发酵产物，这无疑需要大量的菌体。
如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩短生产周期呢？这就需要经过多次的扩大培养。
提出问题：如何对菌种进行扩大培养呢？教师活动：出示细菌的生长曲线示意图，且依托曲线就所提问题组织学生讨论。
通过讨论得出结论：扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大量的菌体。
提出问题：扩大培养和发酵生产过程中的培养有何不同呢？通过讨论得出结论：扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的培养条件就有可能不同。
例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。
而在发酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量的酒精。
提出问题且组织学生讨论：有了用于生产的充足的菌体，在接种时要注意什么事项呢？通过讨论得出结论：接种过程中要注意防止杂菌污染。
5．发酵过程：将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，是不是发酵生产就能顺利地进行呢？不是的！仍需要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行控制。
这又是为什么呢？通过教师启发和学生讨论了解：发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。
因此，要在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物。
同时，仍应对发酵条件进行严格控制。
提出问题：哪些条件能影响菌体的发酵呢？教师活动：让学生依据以前所学知识就所提问题展开讨论，且引导学生通过讨论得出结论：发酵生产中温度、pH、溶氧量等对发酵过程有重大影响。
提出问题：发酵过程中为什么仍要控制发酵条件呢？教师活动：出示影响谷氨酸代谢途径的因素表格，指导学生观察、分析，且组织学生就所提问题进行讨论。
通过讨论使学生认识到：发酵过程中氧的溶量、pH、磷酸盐等都能影响谷氨酸代谢途径，从而影响代谢产物的合成。
同时，随着代谢的进行，产热的增加、某营养物质的消耗，以及某些酸性和碱性物质的产生，会使温度、pH等发生变化，这些都会对微生物的生长造成不利影响。
因此，需要对发酵过程的中温度、pH、溶氧量等发酵条件进行严格的控制，以保证菌体生长和代谢途径朝着有利人类的方向进行。
6．分离、提纯：提导学生阅读课本中相关内容，再通过讨论使学生了解：发酵产物不同分离提纯的方法会有所不同，且总结出产物分离、提纯的壹般方法。
第二课时壹、课前准备1．组织学生以“发酵工程的过去、当下和未来”为主题展开调查活动，收集有关发酵工程发展过程的资料，了解当今世界及本地区发酵工程的现状和发酵工程的最新进展。
了解发酵工业在世界及本地区的经济中的重要地位，展望发酵工业的未来前景。