发酵工程-中国农业大学

发酵工程■中国农业大学

发酵工程

发酵己经从过去简单的生产酒精类缺料、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杨学、化学工程、基因工程、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。

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、干扰来、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药杨，生产天然杀虫利、细菌肥料和微生杨除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香屛、生杨壽分子、酶以及维生素和单细胞養自等。

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发酵工程组成

从/•义上讲，由三却分组成：上游工程、

发酵工程、下游工程UPSTREAM

PROCESSES

• ••% •FERMENTATION Process Control

下游工程DOWNSTREAM PROCESSES

上游工程

上游工程

■g enetics, cell ・■・

■i noculum development -media formulation

-sterilization

■i noculation

FERME

-product extraction, purification & assay

■ waste treatment

-by product recovery

发酵工程

主要指在最适发酵条件下，发酵縫中丸量培养细胞和生产代谢产扬的工艺技术

(1)有严格的无菌生长环境：

包括发酵开始前采用當温壽压对发酵原料和发酵縫以及各种连接管道进行夭畜的技术；

在发酵过程中不断向发酵縫中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；

(2)在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算

机控制技术；

G)种子培养和生产培养的不同的工艺技术。

(4)殖进行任何大规模工业发酵前，必须症卖验弓规模的小发酵罐进行大量的卖验，得到尹扬形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再谏计萸大规模生产的动力学模型。' (5)由于生杨反应的复杂性，在从卖验室到中试, 从中试到大规模生产过程中会出现许多问題，这就是发酵工程工艺放大问题。

微生物发酵技术

1857年法国化学家、微生物家巴斯徳提出 杨作用的结果。 巴斯徳认为，酿酒是发酵，是微生杨在起 作用；酒变质也是发酵，是另一类微生杨在作 祟；随着科学苹术的发畏, 方法来杀死有窖的微生物, 同时，也可以把发酵的微生杨分

禽出来，通过 人工培养，根据不同的要求去诱发各篩了著名的发酵理论:

一切发酵过程都是微生

可以用加热处理等

防止酒发生质变。

类型的发酵，粧得所需的发酵#務。

利用微生物的特点

•发酵工程所利用的微生扬主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌

利用微生物的特A:

⑴对周阖环境的温度、压强、涿透压、酸喊度等条件有极丸的适应能力

(2)有极强的谄化能力

(3)有极强的繁殖能力

—Bio —Production

（危

害）-Pathogens

-Spoilage

一、发酵的定义

K传统发酵

2、生化和生理学意义的发酵

3、工业上的发酵

、传统发酵

最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦茅汁产生宅泡的现象，或者是指酒的生产过程。

2.生化和生理学意义的发酵

•指微生物在无氧条件下，分解各种有机杨质产生能量的一种方式, 或者Jt严格地说，发酵是以有机物作为削子受体的氧化还原产能反应O

•如葡萄髓在无氧条件下菠微生物利用产生酒精并放出CC>2。

、工业上的发酵

•泛指利用微生物制遙或生产禁些产％的过程包括：

1. 庆氧培养的生产过穆，如酒精，乳酸等。

2. 通气1有氧丿培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶

制剂等。

・产醃有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。

二、发酵工业

是指利用生杨的生命活动产生的酶，无机或有机原料进行酶加工，荻得产品的工业。

2.获得发酵产品的条件

•适宜的微生物

・保证或控制微生扬进行代谢的各种条件

・进行微生物发酵的设备

•精制成产品的方这的设备

三、发酵工业的发展历史

•天然发酵阶段

・纯培养技术的建立：巴斯徳，科就等。人为地控制微生物的发酵进程O

•通气搅拌发酵技术的建立:

青霉素的生产 ------ 滓层培养

•代谢控制发酵技术：微生物进行鸽体化合炀的

转化，Glu和Lys发酵生产。对微生物具有當度专—性的酶反应作为合成手段的一部分加以利用，进行合理的代谢。

•开朽发酵原料时期：

石油发酵，醋酸生产谷氨酸

•基因工程阶段：

采用酶学的方区，将不同来源的DNA进行体外重组，富把重组DNA设法转入受体细胞内，并进行繁殖和遗传下去。人们能够扌艮据自匕的意愿将微生物以外的基因件导入微生杨细胞中, 从而达到定向地改雯生炀性状与功能创新為杨种，使发酵工业能够生产出自然界微生物所不能合成的产物。

• Ancient times

—food preservation (vinegar, cheese) -flavour (bread, soy sauce)

-brewing (beer, wine)

• 1861 Louis Pasteur

- first phase industrial biotechnology • 1940 penicillin (Fleming)

-antibiotic industry

—production of fine chemicals