第1章 发酵工程简介
发酵工程概述
3，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，因 而可以得到较为单一的代谢产物。
4，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，反应必须在无菌 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，对发酵就会造成更大的 危害。因而维持无菌条件是发酵成败 的关键。
第五个转折点 ——微生物生物合成和化学反应合成相结合工程
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。
发酵技术的发展简史
第三节 发酵技术的应用
一、发酵技术在食品工业中的应用 二、发酵技术在医药工业中的应用 三、发酵技术应用于轻工、食品用酶的生产 四、发酵技术应用于化工能源产品的生产 五、发酵技术在农业生产中的应用 六、发酵技术在环保中的应用 七、发酵技术用于金属浸取 八、发酵技术应用于高技术研究开发
基因诊断：
人类的遗传病有2000种左右，染色体数目异常、 染色体畸变、基因结构改变都可导致先天性遗传疾 病。如镰刀型红细胞贫血症就是由于血红蛋白β亚基第6位氨基酸密码突变引起的，苯丙酮酸尿症 则是由于苯丙氨酸羟化酶基因缺失引起。遗传病很 难治，如果在胚胎发育早期就诊断出，则可以采用 人工流产的方法预防出生，或在出生后早期治疗。 一般，基因突变会导致其限制性内切酶识别位点的 丢失或新生。一种称为“限制酶酶解片段长度多态 性分析”方法可以检测出突变的基因。对于那些基 因顺序明确，致病基因突变点已知的遗传病，可采 用一种“等位特异性寡核苷酸探针检测法”进行诊 断。 “聚合酶链反应”技术，也常被用于诊断。
基因工程药物 生物工程药物就是利用生物工程技术制造
的药物，是生物工程服务于社会的一类新产品。 它和传统的化学药物以及从动、植物中提取药 物的最大区别在于生产过程。通过基因工程或 细胞工程培养出高产菌种或动、植物细胞株， 称为“工程菌”或“工程细胞株”，再利用现 代发酵技术大规模培养，从中提取出所需药物。
发酵工程豪华(背诵版)
第一章发酵工程第1节传统发酵技术的应用发酵工程：是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品，它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。
一、发酵与传统发酵技术1．发酵的历史：约9000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。
2.1857年，法国微生物学家巴斯德通过实验证明，酒精发酵是由活的酵母菌引起的。
3.由于不同的微生物具有产生不同代谢物的能力，因此利用不同微生物，通过发酵就可以生产出人们所需要的多种产物。
（1）发酵的概念：人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
（2）发酵类型好氧发酵：醋酸发酵厌氧发酵：酒精发酵、乳酸发酵4.发酵原理：不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们既可以生产出人们所需要的多种产物。
5.传统发酵技术的概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术一般称为传统发酵技术。
6.腐乳的制作(1)参与的微生物：多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。
(2)腐乳的特点：经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鲜美，易于消化吸收，便于保存。
7.传统发酵技术(1)概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。
(2)特点:：传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。
(3)发酵产品：利用传统发酵技术制作的食品有腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等，它们是我国传统饮食文化的重要组成部分。
8.使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？不属于，使用前一次发酵保存下来的面团进行的才算；例如直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳属于传统发酵技术，若直接接种毛霉，则不属于。
二、尝试制作传统发酵食品1.相关菌种（1）乳酸菌①分布及常见菌种：乳酸菌种类很多，在自然界中分布广泛。
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。
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。
发酵工程
第一章发酵工程概述1.发酵工程的定义与特点？发酵工程：主要指利用微生物、动植物细胞和基因工程菌在人工生物反应器（发酵罐）中培养而获得产物的工业过程。
发酵工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌。
利用微生物的特点：(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。
(2)有极强的消化能力。
(3)有极强的繁殖能力。
2.发酵工业发展的有哪几个阶段及大致年代？1传统的微生物发酵技术——天然发酵；2第二代（近代）微生物发酵技术——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；3第三代发酵技术——微生物工程：1982，第一个基因工程产品——利用工程菌生产的人胰岛素问世3.发酵工业的应用领域？举出6个以上（三个不同领域）发酵生产的产品。
1、在食品工业的应用：奶酪、酸奶味精2在医药卫生中的应用：青霉素、金霉素3、在轻工业中的应用：制干酪、果汁4、在化工能源中的应用：乙醇、甘油 5 业中的应用：杀虫剂、根瘤菌6、在环境保护中的作用：污水处理4、发酵罐的特征及类型：特征：1发酵罐应有适宜的径高比2发酵罐受一定的压力3其搅拌通风装置能使气液充分混合，保证微生物发酵过程中所需的溶解氧4发酵罐内应尽量减少死角，避免污垢堆积，保证灭菌彻底，防止污染5.发酵罐应有足够的冷却面积6搅拌器的轴封要严密，以减少泄露类型：1生长代谢需要分类：好氧和厌氧2按发酵罐的设备特点分类：机械搅拌通风和费机械搅拌通风3按容积分类：实验室发酵罐、中试发酵罐、生产规模发酵罐4按操作方式分类：分批发酵和连续发酵5按生长环境分类：悬浮生长和支持生长6 超滤发酵罐4、什么是气升式发酵罐，什么优点？气升式发酵罐：是指借助气体上升的动力来搅拌的发酵罐。
优点：1气体从罐体的下部通入，可带动流体在整个发酵罐内循环流动，使反应器内的溶液混合均匀。
2由于不用机械搅拌桨，省去了密封装置，使污染杂菌的机会减少，同时降低了机械剪切作用对细胞的伤害3由于液体循环速度快，反应器内的供养和传热都较好，利于节能5、工业发酵常见的发酵方式有哪些，其主流发酵方式是什么，为什么？方式：1根据微生物需氧和不需氧：好氧和厌氧2根据培养基固态和液态：液态发酵和固态发酵3根据发酵位置是表面和深层：表面发酵和深层发酵4根据菌种是否被固定：游离发酵和固体发酵5根据发酵间歇或是连续：分批发酵和连续发酵6根据所用菌种是单一或多种：单一纯种发酵和混合发酵主流发酵方式：好养、液体、深层、分批、游离、单一纯种发酵方式结合进行的6、连续发酵的特点及不足有哪些？特点：简化了菌种的扩大培养、发酵罐的多次灭菌、清洗、出料、缩短了发酵周期，提高了设备利用率、降低了人力物力消耗，增加了生产效率，是产品更有商业性竞争不足：1连续发酵运转时间长，菌种多退化，容易污染，其培养基的利用率低于分批发酵2 工艺中变量较分批发酵复杂，较难控制和扩大3在大规模生产中，次级代谢产物难以利用连续发酵7、什么是固态发酵和混合发酵？发酵液的特点？固体发酵：是指利用古体培养及进行微生物的繁殖混合发酵：多种微生物混合在一起共用一种培养基进行发酵发酵液的特点：1发酵液大部分是水，一般含水量达到90%---99% ，发酵液中发酵产物浓度较低2发酵液中的悬浮物主要是菌体和蛋白质的胶状物，不利于过滤，同时增加了提取和精制后的操作难度3发酵液的培养基残基残留成分中还含有无机盐、非蛋白质大分子杂质及其降解产物，对提取和精制均有一定的影响4发酵液中除了发酵产物外还有其他副产物，有的结构和副产物相似，这就给分离操作带来困难5发酵液中还含有色素、热原质、毒性物质等有机杂质。
发酵工程原理与技术
原理二：
生物体中都存在两个以上的DNA修复基因，如果一 个DNA修复基因损伤或变异，通常仍能存活，但对能引 起DNA损伤的化合物十分敏感，易发生死亡，所以可以 利用DNA修复能力突变株筛选抗肿瘤药物。
实践中常使用大肠杆菌或枯草芽孢杆菌的重组缺 失DNA修复基因突变株和亲株作为测试菌来筛选抗肿瘤 药物。
三、发酵工业生产流程 发酵培养基的配制与灭菌 （1）目的要明确； （2）培养基的营养要协调； （3）pH要适宜。 灭菌:主要采用高压水蒸汽直接对培养基进行
加热灭菌，多采用121℃保温20-30min，然后 冷却，这样称之为实罐灭菌；也可采用连续 灭菌。
三、发酵工业生产流程
无菌空气制备
6、遗传性状稳定，菌种不易变异退化；
7、在发酵过程中产生的泡沫要少；
8、对需要添加的前体物质有耐受能力；并且不 能将这些前体物质作为一般碳源使用；
9、不是病原菌，同时在系统发育上与病原菌无 关，不产生任何有害的生物活性物质（包括抗 生素、激素和病毒）以保证安全。
（二）工业生产常用的微生物菌种
1、细菌（Bacteria）
四、发酵工程的发展历史
3、发酵工程的重大转折点 20世纪70年代，细胞融合技术、基因技术等生物技
术发展，打破了生物种间障碍，能定向地制造出新的有 用的微生物：
增加微生物体内控制代谢产物产量的基因拷贝数， 可以大幅度地提高目标产物的产量。
将动、植物或某些微生物特有产物的控制基因植入 细胞中，快速经济地大量生产这些产物。
发酵罐试验
摇瓶试验
三、发酵工业生产流程
发酵过程的操作方式
三种模式：间歇发酵、连续发酵和流加发酵 间歇发酵又称分批发酵，在发酵过程中，除气体进出外，与外
界没有其它的物料交换。分批发酵是一种操作简单并且广泛使 用的发酵方式。
第一章 发酵工程概述
第一章发酵工程概述第一节发酵工程的主要发展阶段第二节工业发酵的菌种和发酵特征第三节工业发酵的方式第四节发酵的产品类型第一节发酵工程的主要发展阶段一、发酵工程的主要发展阶段一)、发酵工程的主要发展阶段二)、发酵工程的主要发展阶段的特点一）、发酵工程的主要发展阶段1、天然发酵时期早在自然科学发源以前，人类就开始逐步学会了利用有益微生物在自然拌种和混合发酵的条件下来酿造自己喜爱的风味食品和饮料. 例如：酒类、酱类、醋类、泡菜、豆豉、酸牛奶、干酪和面包等。
由于，这一时期长期处于手工操作和自然的落后状态，并不知道微生物与发酵的关系，所以，把这一时期称为天然发酵时期。
2、纯培养技术的建立L.Pasteur(法国巴斯德)R.Koch(德国科赫)E.Buchner(德国人)建立了研究微生物的一系列的重要方法，尤其在分离微生物纯种方面。
利用平板分离方法寻找并分离到多种传染病的病原菌。
利用无细胞酵母菌压榨汁中的酒化酶对葡萄糖进行酒精发酵成功，从而开创了微生物生化研究的新时代。
微生物纯培养技术的建立是发酵微生物学发展的第一个转折点。
3、通气搅拌技术(深层培养技术)上个世纪中叶，随着青霉素的发现，抗生素工业逐渐兴起，由于青霉素大量生产的需要，引进了通气搅拌培养，建立深层发酵技术，使许多产品都可以用好气性发酵进行大规模生产。
因此，深层发酵技术的建立，可以说是发酵微生物学发展的第二个转折点。
4、代谢控制发酵技术的建立上个世纪50年代，建立起来的代谢控制发酵技术，极大的促进了发酵工业。
代谢控制发酵技术是以动态生物化学和微生物学为基础，将微生物进行人工诱变，得到适合于生产某种产品的突变株，再在有控制的条件下培养，能选择性大量生产人们所需要的物质。
此项技术已广泛地应用于氨基酸，核苷酸类物质、有机酸和一部分抗生素的发酵生产。
这是发酵微生物学发展的第三个转折点5、酶法的转化Peterson和Murray利用根霉和黑红菇在甾体分子的C11上加入羟基，便大大简化了可的松类激素的合成。
发酵工程
发酵工程（西农生技复习）——望海1973整理第一章发酵工程概述发酵的现代概念：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统称为发酵。
发酵工程的概念：利用微生物或其他生物细胞，在特定的生物反应器内生产某种特定的产品的工业化生产过程和技术体系。
发酵工程反应过程的特点——与化学工程相比核心过程是生物学过程而非化学过程（系统性、间接控制性、非线性）条件温和、特别注重生产过程的无菌发酵工程：就是化学工程中各有关单元操作结合了微生物特性的一门学科。
与化学工程相比，发酵工程的特点是：1.常温常压反应2.原料无毒，很多发酵行业生产比较粗放3.遵循生物代谢规律4.较易生产复杂的高分子化合物5.发酵液下游提取常需预处理6.注重发酵过程染菌的防止7.育种是提高产量的重要途径发酵罐的分类按微生物生长代谢需要分类：分为好氧和厌氧二类按照发酵罐设备特点分类：分为机械搅拌通风发酵罐和非机械搅拌通风发酵罐按容积分类：实验室用（1～50L）中试用（50～5000L）生产用（5000L 以上）按微生物生长环境分类：悬浮生长发酵罐和支持生长发酵罐机械搅拌通气发酵罐1.通用型机械搅拌通气发酵罐为发酵工厂最常用的发酵罐，特点：由压空系统负责通气，机械搅拌系统机械搅拌。
缺点：能耗较大，机械剪切力较大，容易产生死角。
2.自吸式发酵罐空气靠叶轮带动发酵液高速流动或液体喷射形成的真空自行吸入，无需通风装置。
优点：传质效率高，能耗低；缺点：罐内为负压，机械剪切力大，应用范围有限。
分批发酵又称分批培养，是指将所有的物料（除空气、消沫剂、调节pH值的酸碱物外）一次性加入发酵罐，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分批发酵的特点：1.半封闭体系，非稳态过程2.发酵周期长，工作重复3.微生物体现典型生长曲线，生产效率没有最大化补料分批发酵补料分批发酵又称半连续培养或半连续发酵，是指在分批发酵过程的中后期，给发酵罐间歇或连续地补加某些成分的发酵方式。
第一章 发酵工程-【必背知识】(教师版)
新人教版生物学选择性必修3《生物技术与工程》知识梳理第一章 发酵工程第一节 | 传统发酵技术的应用1. 发酵与发酵技术 发酵工程：是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品，它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。
2. 发酵（1）发酵概念发酵是指人们利用_微生物_，在_适宜_的条件下，将原料通过_微生物的代谢_转化为人类所需要的产物的过程。
（2）发酵原理不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力 ，因此利用它们既可以生产出人们所需要的多种产物。
（3）发酵类型好氧发酵：醋酸发酵厌氧发酵：酒精发酵 、乳酸发酵 3. 尝试制作传统发酵食品 （1）乳酸菌 ①代谢特点_厌氧_细菌，代谢类型为_异养厌氧型_；在_无氧_的情况下能将_葡萄糖_分解成_乳酸_； ①发酵原理（反应简式）C 6H 12O 6――→酶2C 3H 6O 3（乳酸）+能量①生产应用可用于_乳制品的发酵_、_泡菜的腌制_等 ①分布_空气_、_土壤_、植物体表_、_人或动物的肠道内_ ①常见类型_乳酸链球菌_和_乳酸杆菌_ （2）酵母菌 ①代谢特点是一类_单细胞真菌_，是_兼性厌氧_微生物；在_无氧_的条件下能进行_酒精发酵_ ①重要影响因素__温度__是影响酵母菌生长的重要因素；酿酒酵母的最适生长温度约为_28①_； ①发酵原理（反应简式）①生产应用可用于_酿酒_、_制作馒头和面包_等 ①分布在一些_含糖量较高_的_水果_、蔬菜表面_ （3）醋酸菌 ①代谢特点_好氧_细菌，代谢类型是异养需氧型 ；当_O2、糖源都充足 时，能将_糖_分解为_醋酸_； 当_缺少糖源_时则将_乙醇_转化为_乙醛_，再将_乙醛_变为_醋酸 ；多数醋酸菌的最适生长温度为_30-35①_；①发酵原理（反应简式）①生产应用醋酸菌可用于制作各种风味的_醋_探究.实践一：泡菜的制作1．发酵原理(1)菌种：乳酸菌。
(2)原理：在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。
发酵工程概述
发酵工艺过程
菌种以及确定的种子培养基和发酵培养基的组成 培养基、发酵罐和辅助设备的灭菌 大规模的有活性、纯种的种子培养物的生产 发酵罐中微生物最优的生长条件下产物的大规模生产 产物的提取、纯化 发酵废液的处理
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发酵工程关键技术
菌种选育技术 纯种培养技术 发酵过程优化技术 发酵过程放大技术 发酵工程下游分离纯化技术
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现代发酵工程时期
利用现代分子生物技术即DNA重组技术所获得的 “工程菌”、细胞融合所得的“杂交”细胞以及动 植物细胞或固定化活细胞等，是发酵工业的范畴突 破了利用天然微生物的传统发酵，逐步建立起新型 的发酵体系，生产天然微生物或人体及其它动植物 所不能产生或产量很少的特殊产物。
主要技术： 现代分子生物技术—DNA重组技术（基因工程技术） 高密度培养技术
特点：不能控制发酵过程，生产只能凭经验。
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近代发酵工程时期----建立初期
纯培养技术的建立（发酵现象的早期认识） 1680年,荷兰的列文虎克(Anthony Leeuwenhoek)制成
了显微镜,并通过显微镜观察到了微生物. 19世纪中期，法国的巴斯德（Louis Pasteur)证明了酒
精发酵是由活酵母引起的，各种不同的发酵产物是 由不同的微生物产生的。 德国的柯赫（Robert Koch)发明了固体培养基，得到 了细菌的纯培养物，由此建立了微生物的纯培养技 术。
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1857年法国化学家、微生物家巴斯德提出了著名的 发酵理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结 果。”
巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用；酒 变质也是发酵，是另一类微生物在作祟；随着科学 技术的发展，可以用加热处理等方法来杀死有害的 微生物，防止酒发生质变。 同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工 培养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获 得所需的发酵产品。
发酵工程知识点
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。
第一节 发酵工程概述
发酵酒化酶Fra bibliotek放出能量:118 2C2H5OH + 2CO2 + 2ATP (放出能量:118 kJ/mol)
此过程是微生物在无氧状况下的呼吸过程， 此过程是微生物在无氧状况下的呼吸过程，是微生物获取能量的一种 形式。 形式。 目前， 目前，人们把借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生 物或其代谢产物的过程，统称为发酵。 物或其代谢产物的过程，统称为发酵。 例如： 例如： 黄青霉素 北京棒杆菌 有氧发酵 EMP酵解 EMP酵解
pH值 2. pH值
值环境下才可正常生长、繁殖。 微生物的生长需要在一定的 pH 值环境下才可正常生长、繁殖。如果 pH值不适，不但妨碍菌体的正常生长， pH值不适，不但妨碍菌体的正常生长，还会改变微生物的代谢途径及产物 值不适 的性质。 的性质。 例如： 例如： 2pH = 2-2.5 2.6pH = 2.6-6.5 pH = 7 柠檬酸 菌体生长、 菌体生长、繁殖 草酸 pH = 5.5－7.0 5.5－ 丙酮－ 丙酮－丁醇梭菌 4.3－ pH = 4.3－5.3 丙酮－ 丙酮－丁醇发酵 菌体生长、 菌体生长、繁殖
北京棒杆菌 菌种 发酵液
扩大培养
发酵
(糖化液培养基) 糖化液培养基)
过滤
(预处理) 预处理)
产品
(L-谷氨酸) (L-谷氨酸)
干燥
浓缩、 浓缩、纯化
提取、 提取、分离
3.什么是微生物 3.什么是微生物
微生物是一些个体微小、 微生物是一些个体微小、构 造简单的低等生物， 造简单的低等生物，其体形一般 在0.1毫米以下，肉眼看不见或 0.1毫米以下， 毫米以下 难以看清的微小生物的总称。 难以看清的微小生物的总称。 目前知道的最小的微生物是 病毒。 病毒。
发酵工程(1-13章)
《发酵工程》Fermentation engineering 授课教师：张书祥（Email：zhangshux578@）第一章绪论第一节发酵工程的定义、特点、内容第二节发酵工程的发展历史第三节发酵工业的应用第四节发酵工程的发展趋势第一节发酵工程的定义、特点、内容1、定义1.1发酵工程：利用微生物的性状和机能，通过现代化工程技术，生产人们所需要产品的过程。
如抗生素、酒类、有机酸、基因工程药物等的生产。
发酵过程是以微生物反应为核心的，因此，发酵工程又被称为微生物工程。
1.2生物工程：生命科学应用于产业方面，称为生物工程学。
也就是利用生物体（生物作用剂：微生物、动物细胞、植物细胞等）的机能，通过现代化工程技术，生产人们所需要产品的过程。
生物工程包括：发酵工程、酶工程、基因工程、细胞工程。
发酵工程与生物工程的关系发酵工程是生物工程的重要组成部分，在生物工程中处于中心地位。
无论是从微生物得到酶或用基因工程菌获得产品都必须依赖发酵工程技术。
发酵工程的发展直接影响生物工程的进一步发展。
2、发酵工业的一般特点：2.1生产所用原料通常以淀粉、糖蜜等碳水化合物（可再生资源）为主，辅料包括一定的无机或有机氮源和少量无机盐。
2.2微生物生化反应过程能通过单一微生物代谢活动完成，因而产品在发酵设备中一次合成。
2.3微生物能利用简单的物质合成复杂的高分子化合物。
2.4由于生命体特有的反应机制，微生物能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团导入等转化反应，从而获得某些具有一定经济价值的物质。
发酵工程与化学工程、生化工程的比较工业发酵的过程是依靠微生物细胞生命活动获得目的产物的过程，从根本上区别于化学合成工业和生化工业。
在工业化学过程中没有生物活性物质参与催化。
工业生化过程属于由酶催化的体外酶反应过程，酶具有生物活性。
当酶失活、辅酶耗尽，过程就停止了。
第三节、发酵工业的应用：发酵工程技术已给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力，解决了人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题。
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发酵现象的早期认识
1680年制成显微镜 ─── 微生物的存在 1857年巴斯德证明了酒精是由活的酵毋发酵引起的 1897年毕希纳发现磨碎的酵母仍使糖发酵形成酒精 ─── 酶
( Edward Jenner, 1749~1823 )首创用 牛痘预防天花，是免 疫学的发展，开创了 预防医学的先河。
微生物发酵工业是一个有别于化工过程的工业
特征：
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 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。 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……
Negative（危害）
Pathogens(病原体)
Spoilage（腐败变质）
一、发酵的定义
1、传统发酵 2、生化和生理学意义的发酵 3、工业上的发酵
“发酵”（Fermentation）一词是拉丁语“沸腾” （Fervere）的派生词 除某些转化过程外，典型的发酵过程可划分为六 个基本组成部分： 1、培养基（Medium）的配制； 2、培养基（Media）、发酵罐（Fermentor）及其 属设备的灭菌； 3、种子的制备； 4、发酵； 5、发酵产物的后处理（即提取和精制）； 6、发酵过程中排出的废弃物的处理。
发酵工程定义
发酵工程是渗透有工程学的微生物学。
是利用微生物的特定性状，通过现代化工程 技术产生有用物质或直接应用于工业化生产、 以把粮食、能源、化学制品、环境控制等全 球性课题联系起来的一种技术体系。
是将传统发酵技术与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。
巴斯德的雁颈瓶实验
丹麦科学家汉逊(Hansen)1878年创立 了酵母纯培养技术。
B D A C
Hale Waihona Puke 伟大的微生物学家科赫(Robert Koch)— 创立细菌分离培养和染色法，并发现多 种致病菌 科赫的研究工具: 钟罩(A)用来培养微生物，照相设备(B)、 显微镜(C)、染料和其它化学试剂(D)。
第一篇 发
酵
工
程
Fermentation Engineering
第1章 第2章 第3章
发酵工程介绍 发酵工艺条件的确定 发酵过程用微生物
第1章
发酵工程介绍
发 酵
工
程
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、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、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、香料、生物高分子、 酶以及维生素和单细胞蛋白等。
↑公元前2300年左右，埃及人酿制啤酒的场面（某金字塔壁画）
丰富多彩 的酒文化
自然发酵时期——古老的艺术
7,000-10,000 BC 果酒、兽酒（猿酒） 5,000-6,000 BC 啤酒 (埃及)，奶酪 游牧社会 4,000-5000 BC 曲(中国) 农业社会 4,000 BC 面包 (埃及)、螺旋藻食物 1,000 BC 醋 (中国) 2,000前 蒸馏酒
2.获得发酵产品的条件
适宜的微生物 保证或控制微生物进行代谢的各种条 件 进行微生物发酵的设备 精制成产品的方法和设备
发酵工业的分类
厌氧发酵
酿酒业（啤酒、葡萄酒、白酒……）。 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 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
划线法获得单菌落
近代----通风发酵技术的建立
One or more growth stages on solid medium
Shaken flask culture
Seed stage
发酵工程
概 念：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。
内 容：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。
利用微生物的特点
发酵工程所利用的微生物主要是细菌、 放线菌，酵母菌和霉菌 利用微生物的特点： (1)对周围环境的温度、压强、渗透压、 酸碱度等条件有极大的适应能力 (2)有极强的消化能力 (3)有极强的繁殖能力
Use of Microorganisms
Positive（益处）
Biomass Production Conversion
发酵工程组成
从广义上讲，由三部分组成： 上游工程、发酵过程、下游工程
Fermentation engineering
发酵工程组成
上游工程 UPSTREAM PROCESSES
从广义上讲，由三部分组成： 上游工程、发酵过程、下游工程
下游工程
FERMENTATION Process Control
发酵过程
条件控制:通过发酵罐上的各种装置进行。 温度控制:通过发酵罐上的温度自动测试、控制装置 进行检测和调整。 溶氧的控制: 通过通气量和搅拌速度加以调节。
pH的控制: 加料装置，添加酸或碱进行调节，也可 以在培养基中添加pH缓冲液。
注意问题：用工程菌等发酵生产时，对排出的气体和 废培养液、设备等都有严格要求，防止这些人工合成 的生物新种扩散，对环境及其他生物造成危害。
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。
二、发酵工业
1.定义：是指利用生物(细胞)的生命
活动产生的酶，将无机或有机原料 进行酶加工，获得产品的工业。
(a)无菌营养液通向空气，则出 现微生物。巴斯德认为是空气中 微生物进入烧瓶，而反对者认为 是空气中生命力进入烧瓶； (b)烧瓶被加热和密封后，无生 命出现。巴斯德认为是热杀死了 微生物，而反对者认为是热破坏 了生命力，且生命的产生需空气； (c)烧瓶开口，通入的空气被加 热，无生命出现。巴斯德认为是 热杀死了空气中微生物，而反对 者认为生命力被破坏； (d)雁颈使空气自由进入烧瓶， 但微生物被截留，无生命出现。 巴斯德观点被证实。
发酵过程
这是发酵的中心阶段
要求： a.要随时取样检测培养液中的细菌数目、产物浓度等， 以了解发酵进程； b.及时添加必需的培养基组分，以满足菌种的营养需 要； c.要严格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵 条件。 不良影响： a.响菌种的生长繁殖 b.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。
Medium preparation
DOWNSTREAM
Separation Biomass Supernatant
Product Purification
发酵工程
原始材料：包括菌种，培养基的糖类，氮源及某 些微量元素； 上游过程：对菌种加以改造，提高生产能力或者 导入外源基因等以获得工程菌； 发酵过程：发酵或生物转化，是通过优化发酵条 件如温度、营养、供气量等。利用工程菌的生物 合成，加工和修饰等以获得目的产物； 下游过程：是运用生物化学、物理学方法分离、 纯化产品，最终将产品推向市场并获得社会或经 济效益。
1、传统发酵
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
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CO2。
好氧发酵
三、发酵工程的发展历史
发酵—古老的艺术 初期---微生物发现 近代---深层发酵技术 现代---DNA重组及细胞融合技术
丰 富 多 彩 的 酒 文 化
远古人类发现，吃剩的米粥数日后变成 了醇香可口的饮料—人类最早发明的酒
郑州殷代（公元前10世纪）遗迹
殷 商 酒 具
我国古代的酿酒作坊 （四川新都县出土的汉代画像）
FERMENTATION Process Control
Fermentation engineering
下游工程
DOWNSTREAM PROCESSES - product extraction, purification & assay - waste treatment -byproduct recovery
发酵工程
Continuous centrifuges