发酵工程知识点

第一章发酵工程概述

一、发酵工程：是利用微生物特定的形状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用与工业化生产的技术体系，是将传统发酵与现代的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发酵技术。

二、发酵工程简史：

1590 荷兰人詹生制作了显微镜

1665 英国人胡克制作的显微镜观察到了霉菌近代发酵工程建立初期 1864 巴斯德灭菌法

1856 psateur 酵母导致酒精发酵

19世纪末 Koch 纯种分离和培养技术

三、发酵工程技术的特点

（1）主体微生物的特点

①微生物种类繁多，繁殖速度快、代谢能力强，容易通过人工诱变获得有益的突变株；

②微生物酶的种类很多，能催化各种生化反应

③微生物能够利用有机物、无机物等各种营养源

④可以用简易的设备来生产多种多样的产品

⑤不受气候、季节等自然条件的限制等优点

（2）发酵工程技术的特点

①发酵工程以生命体的自动调节方式进行，数十个反应能够在发酵设备中一次完成

②反应通常在常温下进行，条件温和，耗能少，设备简单

③原料通常以糖蜜，淀粉等碳水化合物为主

④容易生产复杂的高分子化合物

⑤发酵过程中需要防止杂菌污染

(3)发酵工程反应过程的特点

①在温和条件下进行的

②原料来源广泛，通常以糖、淀粉等碳水化合物为主

③反映以生命体的自动调节形式进行（同（2）①）

④发酵分子通常为小分子产品，但也很容易生产出复杂的高分子化合物

四、发酵工程的一般特征

①与化学工程相比，发酵工程中微生物反应具有以下特点：

作为生物化学反应，通常在常温常压下进行，没有爆炸之类的危险，不必考虑防爆问题，还有可能使一种设备具有多种用途

②原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，加入少量的各种有机或无机氮源，只要不含毒，一般无精制的必要，微生物本身就有选择的摄取所需物质

③反应以生命体的自动调节方式进行因此数十个反应过程能够像单一反应一样，在称为发酵罐的设备内很容易进行

④能够容易的生产复杂的高分子化合物，是发酵工业最有特色的领域

⑤由于生命体特有的反应机制，能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等反应

⑥生产发酵产物的生物物质菌体本身也是发酵产物，富含维生素、蛋白质、酶等有用物质，因此除特殊情况外，发酵液等一般对生物体无害。

⑦发酵生产在操作上最需要注意的是防止杂菌污染。进行设备的冲洗、灭菌，空气过滤

等，使全过程在无菌条件下运转

⑧通过微生物的菌种改良，能够利用原有生产设备使生产飞跃上升

五、发酵罐的类型

1. 按微生物生长：厌氧和好氧发酵设备

2. 按发酵罐设备特点：

1）机械搅拌通风发酵罐

循环式：伍式、文氏管式发酵罐非循环式：通风式、自吸式发酵罐 2）非机械搅拌通风发酵罐

循环式：气提式、液提式发酵罐非循环式：排管式、喷射式发酵罐 3. 按溶积分类

50L以下的是实验室发酵罐

50~5000L是中试发酵罐

5000以上是生产规模的发酵罐

4. 按微生物生长环境

悬浮生长系统支持生长系统

5. 按操作方式

分批发酵和连续发酵

. 常见发酵设备的类型

1. 机械搅拌发酵罐

利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵液混合并溶解在发酵液中，基本要求：1）适宜的径高比，罐身较长，氧利用率较高

2）能耐受一定的压力

3）搅拌通风装置

4）足够的冷却面积

5）罐内要减少死角

6）搅拌器的轴封要严密，以减少泄露

2.自吸式发酵罐

最关键的部件是带有中央吸气口的搅拌器

浸在发酵液中的转子迅速旋转，液体和空气在离心力作用下被甩向叶轮外缘，中心形成负压

转子的空膛与大气相通

发酵罐外的空气通过过滤器不断被吸入

转子的搅拌使气体分散

3. 空气带升环流式发酵罐

在罐外装设上升管，上升管两端与罐底与罐上部相连接，构成一个循环系统.

在上升管的下部装设空气喷嘴，以250~300 m/s的高速喷入上升管。

借助喷嘴的作用将空气分散。

分为内环流式和外环流式两种。

4. 高位塔式发酵罐

罐内装有若干块筛板。

压缩空气由罐底导入，经过筛板逐渐上升，并带动发酵液同时上升。

上升后的发酵液又通过筛板上带有液封作用的降液管下降而循环。

特点：

培养基与操作合理，基本上可达到通用式发酵罐的水平。

六、发酵工程中常见的发酵类型

（1）液体发酵与固体发酵

（2）厌氧发酵与好氧发酵

（3）分批发酵与连续发酵

（4）单一纯种发酵与混合发酵

（5）固定化发酵技术

①试管液体培养仅适用于培养兼性好氧菌

实验室常见的液体发酵方式

②浅层液体培养仅适用于兼性好氧

③摇瓶培(旋转式和往复式) 被应用于微生物的生理生化试验

④台式发酵罐

①浅盘培养

工业生产中常用的液体发酵方式

②发酵罐深层培养

生产中常见的固定培养

实验室常见的固定化培养实验室主要有试管斜面、培养皿平板、较大型的克氏扁平和茄子瓶斜面等固体培养方法，用于菌种的分离、纯化、保藏和生产种子的制备。用接种针挑取原始培养物后，在固体培养基表面划线接种

（未）分批发酵：分批发酵又称分批培养。所谓分批发酵是指将所有的物料一次加入发酵罐，然后灭菌、接种培养，最后将整个罐的内容物放出，进行产物回收。清罐结束后，重新开始新的装料发酵的发酵方式。

（未）连续发酵：是指以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养液，同事以相同的速度流出培养液，从而使培养系统内培养液的量维持恒定，使微生物细胞能在近似恒定状态下生长的微生物发酵培养方式。分类：具有菌体再循环或不循环的单罐连续发酵，具有菌体再循环或不循环的多罐连续发酵

第二章微生物菌种选育

一、菌种的来源

二、工业发酵中常见微生物的种类

枯草芽孢杆菌

大肠杆菌