第一章 绪论 发酵工程
发酵工程章节复习资料
发酵⼯程章节复习资料第⼀章绪论1、发酵及发酵⼯程的概念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。
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。
发酵⼯程（Fermentation Biotechnology）: 应⽤微⽣物学等相关的⾃然科学以及⼯程学原理，利⽤微⽣物等⽣物细胞进⾏酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的⼀门科学。
2、发酵⼯程技术的发展⼤致可分为哪⼏个阶段，每段的技术特点是什么？1. ⾃然发酵时期:嫌⽓性发酵⽤于酒类酿造，好⽓性发酵⽤于酿醋、制曲。
2. 纯培养技术的建⽴：⼈⼯控制环境条件使发酵效率迅速提⾼。
3.通⽓搅拌好⽓发酵过程技术的建⽴：从分解代谢转为⽣物合成代谢，可以利⽤微⽣物合成积累⼤量有⽤的代谢产物。
4.⼈⼯诱变育种与代谢控制发酵⼯程技术的建⽴：遗传⽔平上控制微⽣物代谢。
5. 发酵动⼒学、发酵⼯程连续化、⾃动化⼯程：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的⾃动化控制的研究，使发酵过程的⼯艺控制更为合理。
6. 微⽣物酶反应⽣物合成与化学合成反应结合⼯程技术：可⽣产许多过去不能⽣产的有⽤物质。
3、发酵⼯业的应⽤范围1. 酿酒⼯业（啤酒、葡萄酒、⽩酒）2. ⾷品⼯业（酱、酱油、⾷醋、腐乳、⾯包、乳酸）3. 抗⽣素⼯业（青霉素、链霉素、⼟霉素）4. 有机酸⼯业（柠檬酸、葡萄糖酸）5. 酶制剂⼯业（淀粉酶、蛋⽩酶）6. 氨基酸⼯业（⾕氨酸、赖氨酸）7. 核苷酸发酵⼯业(肌苷酸、肌苷)8. 有机溶剂⼯业（酒精、丙酮）9. 维⽣素⼯业(VB2、VB12)10.⽣物能源⼯业（沼⽓、⽣物柴油）11.环境保护产业（废⽔⽣物处理）12.⽣理活性物质发酵⼯业（激素）13. 冶⾦⼯业(微⽣物探矿、⽯油脱硫)14.微⽣物菌体蛋⽩发酵⼯业（酵母、单细胞蛋⽩）4、发酵⼯业的特点与化学⼯程相⽐，发酵⼯程具有以下特点：1、发酵过程是极其复杂的⽣物化学反应，与微⽣物细胞息息相关2、通常在常温常压下进⾏，反应安全，需求条件也⽐较简单3、发酵醪（包括固相、液相、⽓相，还含有活细胞体或菌丝体），属⾮⽜顿流体，其特性影响因素很多，对发酵⼯程都有关联4、具有严格的灭菌系统，以防⽌杂菌污染如空⽓除菌系统、培养基灭菌系统、设备的冲洗灭菌等5、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，在同⼀发酵罐内进⾏6、后处理阶段，为了适应菌体与发酵产物的特点，需采取⼀些特殊的⼯艺措施并选⽤合适的设备。
发酵工程 第一章绪论
生物酶是生化工程的灵魂
Maintain NAD+ / NADH ratio ( redox balance ) . 糖酵解途径积累生成的NADH不能积存，必须重新氧化为NAD+后，
才能继续反应。同时,细胞的氧化还原状态，特别是NAD+/NADH的水 平直接影响着细胞的节律、衰老、癌变和死亡等重大生命过程。
如酒精发酵：
Concepts》 ，3rd Edition， Prentice Hall，2017。 Pauline M. Doran主编。《Bioprocess engineering principles》 ， 2nd Edition ，Academic Press，
2012。
绪论
第一节 发酵及发酵工程概念 第二节 发酵过程组成（课程体系） 第三节 发酵产品类型 第四节 发酵工程发展简史及发展趋势
Products of microbes under aerobic conditions
有机酸
氨基酸
核苷酸 抗生素
韩国希杰集团
中国英轩集团
荷兰皇家帝斯曼集团
维生素 酶制剂
日本味之素公司
丹麦诺维信公司
美国辉瑞公司
二、什么是发酵工程？
现代意义上的发酵工程：利用微生物的特定性状和机能，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一种技术体 系；是将传统的发酵技术与现代的基因工程、蛋白质工程、细胞工 程、代谢工程、化学工程、生物信息工程和计算机控制等新技术结 合并迅速发展的现代发酵技术。
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。
发酵工程课件范文
发酵工程课件范文发酵工程复习资料第一章绪论1、发酵过程的组成①繁殖种子和发酵生产所用的培养基组分确定；②培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；③培养出有活性、适量的微生物纯种，借种入生产容器中；④微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长；⑤产物提取和精制；⑥过程中派出的废弃物的处理。
2、发酵生产的条件①某种适宜的微生物；②保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧pH等）；③进行微生物发酵的设备；④提取菌体（或代谢产物）并精制成产品的方法和设备。
3、发酵产品的类型：以菌体为产品；以微生物的酶为产品；以微生物的代谢产物为产品；生物转化过程。
第二章发酵原料及其处理1、发酵原料的预处理：①除铁②精选③筛选④粉碎2、淀粉水-热处理的目的：淀粉原料经过水热处理，使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶系统进行糖化作用。
物理变化：①膨胀和溶解膨胀②糊化③溶解或液化④淀粉糊化醪的“反生”现象3、淀粉的糊化：在温水中，当淀粉颗粒无限膨胀形成均一的粘稠液体的现象，称为淀粉的糊化。
此时的温度称为糊化温度。
原因：淀粉从β-淀粉向α-淀粉转化的过程。
这个过程需要克服氢键力，是一个吸热过程。
4、淀粉糊化醪的反生（老化）：液化后的淀粉醪在温度降低时，粘度会逐渐增加，降低到60℃时，粘度变得非常粘，到55℃以下就变成凝胶，重新产生部分结晶，这种现象称为淀粉糊化醪的反生（老化）。
发酵中要避免发生该现象！5、淀粉的酶解工艺主要包含淀粉的液化和糖化两个步骤。
淀粉液化糊精和低聚糖糖化葡萄糖6、葡萄糖值：简称DE值，表示淀粉水解程度的术语。
指糖化液中还原糖含量（以葡萄糖计）占干物质的百分率。
7、淀粉液化后性质变化：淀粉糊化后，如果提高温度至130℃，由于支链淀粉的全部（几乎）溶解，网状结构 __破坏，淀粉溶液的粘度迅速下降，变为流动性较好的醪液，这种现象称为淀粉的溶解或液化。
8、液化程度的控制? 测定DE值一般控制在10-20较好，此时含有较多糊精、低聚糖和少量的单糖。
发酵工程 第1章 绪论
O
O
棒状杆菌 雄烯二酮
HO
O
脱氢表雄甾酮
OH
酵母
O
睾酮
代谢产物
初级代谢产物：氨基酸、有机酸、核苷酸 次级代谢产物：抗生素、毒素、色素
初级代谢与次级代谢
两类产物的主要区别
1、功能
初级代谢产物通常是生长、繁殖必须的 物质，如：氨基酸、有机酸、核苷酸等。 次级代谢产物一般不是微生物生长、繁 殖所必须的物质，如：抗生素、毒素、色素 等。
细胞分离(过滤、离心)
细胞破碎(匀化、碾摩) 细胞碎片分离(过滤、离心) (沉淀、吸附、萃取等)初步纯化 (色谱、结晶、超滤等)高度纯化
成品加工 (无菌过滤、干燥、分装等)
种子制备
发酵工程
发酵
后处理
化工
四、发酵产物的类型
微生物菌体
作为动物饲料添加剂：单细胞蛋白 微生物杀虫剂：苏云金芽孢杆菌、白僵菌 用于特异性生物转化的微生物菌体 食用和药用真菌
第一章 绪论
一、发酵与发酵工程
二、发酵工业的发展
三、发酵的生产方式
四、发酵产物的类型 五、发酵工程的范畴
一、发酵与发酵工程
发酵：
有机物既是被氧化的基质，又
是氧化还原反应过程中电子的最终
受体。
C6H12O6 + 2NAD + 2ADP + 2H3PO4
EMP 2CH3COCOOH + 2NADH2 + 2ATP + 2H2O
连续培养设备
(二)工艺流程
种子制备
发酵
后处理
实验室操作
处于休眠状态的保存菌种 （砂土管、冷冻干燥管、-80℃甘油管等）
斜面试管
茄子瓶培养、摇瓶种子培养、固体种子培养等
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。
发酵工程第一章绪论
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基因工程阶段（现代发酵工业新阶段）
主要特点 基因工程技术、细胞工程技术、酶工程技术 以及发酵过程优化及放大技术的全面进步 高产微生物代谢产物及非微生物代谢产物的 基因工程菌构建及产品的发酵生产 主导碳氧经济发展，碳氢经济的替代及生物 炼制技术的兴起
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部分利用基因工程技术研制的产品
广 义 发 酵 工 程 对 生 物
分离和纯化产品。 包括固液分离技术、细 胞破壁技术、产物纯化 技术，以及产品检验和 包装技术等
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生物技术体系
强调过程优 化与控制
基因工程 细胞工程
发酵工程
生化工程
酶工程
产物
产品
产品
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产品
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（一）发酵工程发展简史
▪ 1900以前
自然发酵阶段
▪ 1900—1940 纯培养技术的建立
人胰岛素 人生长激素(GH) 表皮生长因子(EGF)
肿瘤坏死因子 白细胞介素-2(IL-2)
尿激酶原 猪生长激素(PGH) 牛生长激素(BGH)
纤维素酶 , -干扰素 乙型肝炎疫苗 集落刺激因子(CSF) 促红细胞生成素(EPO) 抗血友病因子 组织溶纤原激活剂(t-PA)
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发酵工程的主要前沿进展
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对发酵现象的不同理解
－－两种角度（能量、产物）
生物化学家看待微生物发酵过程：
发酵是酵母无氧呼吸产生能量的过程
生
发酵是指有机化合物进行无氧代谢释放能量 的过程
物
化 学
厌氧发酵是厌氧菌借助氧化-还原反应释放能量的过程
家
需氧发酵是好氧生物在受到分子态氧短缺限制时的不
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
3
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
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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
6
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
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
发酵工程第一章 绪论
发酵工业简介
发酵食品 有机酸 氨基酸 核酸类物质 酶制剂 医药工业（抗生素…） 饲料工业（单细胞蛋白 环境工程（废物处理） 其它 （冶金工业…）
Fermentation Industry
Fermented Foods Organic Acids Amino Acids Nucleotides Enzymes Pharmaceutical (Antibiotics…) Feedstuff (eg. SCP) Environmental Application (Waste Treatment) Others (eg. Metallurgical industry)
2、微生物酶发酵
酶的特点：易于工业化生产，便于改善 工艺提高产量。 分类：胞内酶和胞外酶 生物合成特点：需要诱导作用，或遭受 阻遏、抑制等调控作用的影响，在菌种 选育、培养基配制以及发酵条件等方面 需给予注意。
3、微生物代谢产物发酵
包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级 代谢产物。 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所 必需的，称为初级代谢产物或中间代谢产 物。 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢 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。
四、发酵工业的范围
1、以微生物细胞为产物的发酵工业 2、以微生物代谢产物为产品的发酵工业 3、以微生物酶为产品的发酵工业 4、生物转化或修饰化合物的发酵工业 5、生物工程菌的发酵、微生物废水处理等
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
1、生产微生物细胞物质
定义：是以获得具有多种用途的微生物菌 体细胞为目的的产品的发酵工业，包括单 细胞的酵母和藻类、担子菌，生物防治的 苏云金杆菌以及人、畜防治疾病用的疫苗 等。 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系， 生长速率最大时期也是产物合成速率最高 阶段，生长稳定期产量最高。
发酵工程 第一章 绪论
5、生物技术的生物细胞发酵
利用生物技术所获得的生物细胞：工程菌、杂交 细胞等 主要用于医用产品的生产，如胰岛素、生长激素、 血清白蛋白、干扰素等
典型发酵过程基本示意图
菌种分离， 基因改造， 纯化 菌体
储备菌种
摇瓶培养
种子罐培养
发酵罐
培养液
细胞分离
培养基配制、 灭菌
细胞上清液
产品抽提
产品精制 产品包装 废水处理
1900-1940年：纯种培养技术建立，，汉森建立了酵母菌单细胞 分离、培养和繁殖技术。一战时建立了低碳钢的圆柱形发酵罐， 并采用加压蒸汽灭菌和无菌接种技术，形成无杂菌发酵工艺。酵 母菌体、甘油、柠檬酸、乳酸、丁醇、丙酮等。 1940年后，深层通气搅拌纯培养。二战期间青霉素的大量生产， 借鉴了丙酮、丁醇的纯种培养技术，菌株改良和青霉素的大规模 回收萃取技术也取得了很大进展，为其他抗生素及氨基酸等工业 的发展起了极大的推动作用。
发酵工业的范围
1、以微生物菌体为产物的发酵工业 2、以微生物代谢产物为产品的发酵工业 3、以微生物酶为产品的发酵工业 4、生物转化或修饰化合物的发酵工业 5、生物技术的生物细胞发酵
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1、微生物菌体生产
定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞 为目的产品的发酵工业，包括用于面包工业的酵 母发酵及用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白 发酵（香菇类、冬虫夏草等）。 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长
厌氧
2丙酮+4ATP+2NADH+2H+2H2O 乳酸（CH3CHOHCOOH）+2NAD+
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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。 现代发酵工程：把所有通过利用微生物或其他 生物细胞培养来获得产物的过程，统称为发酵。 包括：天然发酵过程和人工控制的发酵过程
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。
发酵工程思考题含答案解析
发酵工程课后思考题第一章绪论1、发酵及发酵工程定义？答：它是应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进展醐促转化，将原料转化成产品或提供社会性效劳的一门科学。
由于它以培养微生物为主，所以又称为微生物工程。
2、发酵工程根本组成局部？答：从广义上讲分为三局部：上游工程、发酵工程、下游工程3、发酵工业产业化应抓好哪三个环节？答：发酵工程产业化就是将有关应用微生物的科学研究成果转化为发酵产品，并投向市场的过程。
三个环节：投产试验、规模化生产和市场营销。
①投产试验：涉及到〃上、中、下三游〃工作，即研究成果的验证、小试、中试和扩大试验。
②规模化生产：值得注意的是产品质量问题，其检测必须符合相应产品标准。
③市场营销：市场开拓对技术本身影响不大，但参与市场竞争却是产业化成败的决定因素。
4、当前发酵工业面临三大问题是什么？答：菌种问题纯种，遗传稳定性，平安，周期短、转化率高产率高抗污染能力强：噬菌体、蛭弧菌；适宜的反响器生产规模化原料利用量大，并且具有一定选择性，节能，构造多样化、操作制动化，节劳力。
基质的选择价廉原料利用量大，并且具有一定选择性易被利用、副产物少，满足工艺要求。
5、我国发酵工业应该走什么样的产业化道路？发酵过程的组成局部？答第一步为技术积累阶段、第二步为产业崛起阶段、第三步为持续开展阶段典型的发酵过程可划分成六个根本组成局部：(1)繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份设定；(2)培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；(3)培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中；(4)微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长；(5)产物别离和精制;(6)过程中排出的废弃物的处理。
第二章菌种的来源(1)1、自然界别离微生物的一般操作步骤？答：标本采集，预处理，富集培养，菌种别离(初筛，复筛)，发酵性能鉴定，菌种保藏2、从环境中别离目的微生物时，为何一定要进展富集？答：让目的微生物在种群中占优势，使筛选变得可能。
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四、发酵工艺过程和关键技术
1.发酵工艺过程
确定的发酵过程组成
菌种及确定的培养基组成 培养基发酵罐及辅助设备的灭菌 大规模有活性、纯种的种子培养物生产 发酵罐中微生物最优条件下的大规模生产 产物提取、纯化 发酵废液的处理
发酵工业
传统发酵技术 酒、醋的酿造
现代发酵技术
抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、有机酸、 饲料添加剂、微生态制剂、生物农药、生物肥 料、基因工程菌发酵、基因工程药物、疫苗及 抗体产品等
三、发酵工程类型和发酵过程特点
1.发酵类型
好氧/厌氧 固体/液体 纯菌/混菌 研究/中试/生产
2.发酵过程特点
技术
单种微生物（细菌）的分离和纯培养技术
布赫纳
✓ 1897年法国的布赫纳 ✓ 1907年获诺贝尔化学
奖。 ✓ 发酵过程是由酶催化
的一系列化学反应。
主要产物：
酵母菌体、甘油、柠檬酸、乳酸和丙酮丁醇等。
主要进展：
✓ 补料分批培养法：发酵过程中逐步补加培养基成分，防 溶氧受限和其它有毒物质的影响。
酵母发酵 ✓ 传统菌体发酵工业
菌体蛋白（单细胞蛋白）发酵
1．自然发酵阶段 2．纯培养技术的建立 3．通气搅拌发酵技术的建立 4．代谢控制发酵技术 5. 基因工程阶段 6．现代发酵工程技术
1、自然发酵阶段
✓ 主要产品有各种饮料酒、酒精、酱、酱油、
醋、干酪、酸乳等。
✓ 特点：
手工作坊或家庭式生产； 非纯种培养； 凭经验传授技术； 产品质量不稳定； 产品为厌氧发酵产品。
第一章 绪论
基本概念 发酵工程发展史和相关学科 发酵工程类型与发酵过程特点 发酵工艺过程和关键技术 发酵本概念
“发酵”（Fermentation）
拉丁语“翻腾”（fervere）的派生词，它描 述酵母作用于果汁或发芽谷物时产生气泡的现象。
气泡---糖在缺氧条件下降解而产生的CO2
酵产物的技术。 主要应用：
氨基酸及核苷酸等基于初级代谢产物的发酵生产， 以及有机酸 、抗生素等
人工控制黄色短杆菌生产赖氨酸
人工诱变的 菌种不能产生
高丝氨酸 脱氢酶
天冬氨酸
天冬氨酸激酶
中间产物Ⅰ
高丝氨酸
不能合成
甲硫氨酸
苏氨酸
中间产物Ⅱ
赖氨酸
可以大 量积累
5、现代发酵工程阶段
✓ 基因工程和细胞工程，产生的工程菌和新菌 株，能够发酵生产原来微生物不能生产的产 物和新的有用物质，如胰岛素、干扰素等。
2.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 发酵过程自动监测、控制技术
五、发酵工业产品和现状
1.产品类型
1）微生物菌体发酵 2）微生物酶发酵 3）微生物代谢产物发酵 4）微生物转化发酵 5）生物技术的生物细胞发酵
菌体
发酵工程
2016.3
参考教材
《发酵工程原理与技术》，陈坚、堵国成 编著，化学工 业出版社，2012
《发酵工艺原理》（第一版），熊宗贵 主编，中国医药 科技出版社，2000年。
《发酵工程原理》，张嗣良 编著，高等教育出版社， 2013年。
《发酵工程》，徐岩 编著，高等教育出版社，2011年。
一、基本概念
狭义“发酵”的定义：
生物化学上：发酵是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。
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：C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 +ATP 2C3H4O3+4[H]→2C3H6O3 +ATP
一、基本概念
现代“发酵工程”的定义：
采用现代化技术手段，利用天然生物体或人工改 造的生物体对原料进行加工，为人类生产有用的产 品，或直接把生物体应用于工业生产的过程。
厌氧培养的生产过程，酒精、丙酮丁醇、乳酸，等； 种 类 通气（有氧）培养的生产过程，抗生素、氨基酸、酶制剂
产品：细胞代谢产物、菌体细胞、酶等。
二、发酵工业发展简史及相关学科
路易·巴斯德
✓ 法国,路易·巴斯德1822-1895年 ✓ 彻底否定“自生说”学说 ✓ 免疫学－预防接种 ✓ 证实发酵是由微生物引起的 ✓ 提出巴斯德消毒法等 ✓ 巴斯德也因此被人们誉之为
“发酵之父”。
利斯特·柯赫
✓ 德国柯赫 1843-1910年 ✓ 提出了柯赫法则 ✓ 配制培养基技术 ✓ 固体培养基分离纯化
二、发酵工业的沿革
古罗马人搬运葡萄酒的情景（上） 汉代砖刻上的酿酒图（ 右上 ） 战国时期的盛酒铜器和其中的酒 （右）
2、纯培养技术的建立（发酵工程的诞生）
19世纪末---20世纪30年代 ✓ 安东尼·列文.虎克 ✓ 路易·巴斯德 ✓ 柯赫 ✓ 布赫纳(Buchner)
安东尼·列文·虎克
1675年，荷兰博物 学家安东尼·列文虎 克发明显微镜（放 大倍数270倍），人 类历史上第一次看 到大量活的微生物。
✓ 建造了低碳钢制造的圆柱形发酵罐，采用加压蒸汽灭菌 和无菌接种技术，又建立了纯种培养新技术。
3、通气搅拌发酵技术的建立
1928年英国细菌 学家弗莱明发现 青霉素。
3、通气搅拌发酵技术的建立
标志 20世纪40年代初，纯种培养深层发酵青霉素
主要的技术进展 ✓ 通气搅拌解决了液体深层培养的供氧问题； ✓ 无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大型发
酵罐的密封与抗污染设计解决了耗氧发酵中的 杂菌污染问题。
大型发酵罐搅拌装置
➢ 意义：
推动抗生素工业乃至整个发酵工业快速发展 建立了完整的好氧发酵放大技术及装备 奠定了现代发酵工业的理论和实践基础
4、代谢控制发酵技术（20世纪60年代）
代谢控制发酵
选育微生物突变株，从DNA分子水平上，控制微生 物的代谢途径，进行最合理的代谢，积累大量的有用发
✓ 发酵工程已经扩展到动植物细胞领域。
部分利用基因工程技术研制的产品
人胰岛素 人生长激素(GH) 表皮生长因子(EGF)
肿瘤坏死因子 白细胞介素-2(IL-2)
尿激酶原 猪生长激素(PGH) 牛生长激素(BGH)
纤维素酶 , -干扰素 乙型肝炎疫苗 集落刺激因子(CSF) 促红细胞生成素(EPO) 抗血友病因子 组织溶纤原激活剂(t-PA)