微生物发酵技术PPT课件
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发酵工程原理PPT课件
发酵工程原理 与技术应用
.
1
发酵工程
一、微生物发酵工程
微生物工程：利用微生物的活动来进行物质 转化的理论与工程技术体系。是将化学工程 有关理论和单元操作应用于微生物的工业发 绪 酵生产，进而发展起来的具有新的特点的一 论 门学科。
.
2
发酵工程
生物学
绪
论
发酵工程
工程学
化学
.
3
发酵工程
1.是应用微生物为工业规模生产服务的一门 工程技术，是直接建立在微生物学基础上的， 随微生物工业的发展而发展，同时也是与化 学工业相结合的一个新发展。 绪 论
目前，发酵工程的全部基本参数：如温度、pH 值等均能自动记录并能自动控制。
.
8
发酵工程
6.微生物酶反应生物合成和化学合成反应结 合工程技术的建立；
混合法（可先发酵后合成，亦可颠倒） 大规模生产 ：维生素C、激素、核酸； 新
绪 的抗生素； 某些氨基酸
论
.
9
发酵工程
三、微生物工业的特点及范围
微生物工业（发酵工业）：利用微生物具有 的化学活性进行物质转换，从事各种发酵产 品生产的工业。 绪 论
①从糖分解产生简单化合物→复杂物质的生
物合成；
绪 论
②发酵方法代替化学合成方法较多；
③向大型发酵发展（常用20～120吨发酵罐， 最大500～1000吨）
④人工诱变菌种和代谢控制，新产品、新用
途层出不穷；
⑤开辟新原料；
⑥环境友好型生产；
.
15
发酵工程
七、《发酵工程原理与技术》的任务和内容
任务：从微生物工程范畴出发来阐明厌氧性 发酵与好气性发酵过程及产品提纯的工艺原 理； 绪 用这些基本理论去分析、解决微生物工业中 论 存在的具体问题，提高产品质量和数量；
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发酵工程
一、微生物发酵工程
微生物工程：利用微生物的活动来进行物质 转化的理论与工程技术体系。是将化学工程 有关理论和单元操作应用于微生物的工业发 绪 酵生产，进而发展起来的具有新的特点的一 论 门学科。
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发酵工程
生物学
绪
论
发酵工程
工程学
化学
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3
发酵工程
1.是应用微生物为工业规模生产服务的一门 工程技术，是直接建立在微生物学基础上的， 随微生物工业的发展而发展，同时也是与化 学工业相结合的一个新发展。 绪 论
目前，发酵工程的全部基本参数：如温度、pH 值等均能自动记录并能自动控制。
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8
发酵工程
6.微生物酶反应生物合成和化学合成反应结 合工程技术的建立；
混合法（可先发酵后合成，亦可颠倒） 大规模生产 ：维生素C、激素、核酸； 新
绪 的抗生素； 某些氨基酸
论
.
9
发酵工程
三、微生物工业的特点及范围
微生物工业（发酵工业）：利用微生物具有 的化学活性进行物质转换，从事各种发酵产 品生产的工业。 绪 论
①从糖分解产生简单化合物→复杂物质的生
物合成；
绪 论
②发酵方法代替化学合成方法较多；
③向大型发酵发展（常用20～120吨发酵罐， 最大500～1000吨）
④人工诱变菌种和代谢控制，新产品、新用
途层出不穷；
⑤开辟新原料；
⑥环境友好型生产；
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15
发酵工程
七、《发酵工程原理与技术》的任务和内容
任务：从微生物工程范畴出发来阐明厌氧性 发酵与好气性发酵过程及产品提纯的工艺原 理； 绪 用这些基本理论去分析、解决微生物工业中 论 存在的具体问题，提高产品质量和数量；
25.1 发酵技术（课件ppt）
发酵用到的酵母菌、霉菌、乳酸菌等微生物的繁殖需要有 机物、水分和适宜的温度等外界条件
乳酸菌
酵母菌
霉菌
常见发酵食品的原料和微生物
产品
原料
发酵微生物
米酒
米
曲霉、毛霉、酵母菌
面酱
面粉
米曲霉
黄酱 面粉、黄豆
米曲霉
豆豉
黄豆
米曲霉、毛霉、黑根霉
二、沼气的生产也是发酵过程
沼气发酵又叫厌氧消化，是指利用人畜粪便、秸秆、污水 等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条 件下，被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，最终产生 沼气的过程。
沼气是一种混合气体，可以燃烧，因为这种气体最先是在 沼泽中发现的，所以称为沼气，它的主要成分是甲烷占55 ％～70％左右，二氧化碳占25％～40％左右，此外还有 少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等。甲烷细菌
产生甲烷
甲烷燃烧可用于照明、发电。
沼渣是沼气发酵后残留在沼气 池底部的半固体物质,含有丰富 的机质、腐殖酸、粗蛋白、氮 、磷、钾和多种微量元素等， 是一种缓速兼备的优质有机肥 和养殖饵料。
三、工业化的发酵技术构成了生物技术的产业
工业化的发酵产品
抗生素 氨基酸 甜味剂 食用有机酸 酶制剂
总结
一、发酵食品 1. 认识发酵食品
25.1发酵技术
2. 品尝一杯自制的酸奶
乳酸菌在适宜的温度和无氧条件下将牛奶中的乳糖等分解或转化为乳酸
3. 酿一瓶醇香浓郁的米酒。
曲霉、毛霉
酵母菌
淀粉——————葡萄糖———酒精
讨论：
1.酒药对酿制米酒起什么作用？
酒药就是酒曲， 酒曲中所含的酶 制剂将谷物原料糖化发酵成酒。
2.米饭表面的绒毛是什么？
乳酸菌
酵母菌
霉菌
常见发酵食品的原料和微生物
产品
原料
发酵微生物
米酒
米
曲霉、毛霉、酵母菌
面酱
面粉
米曲霉
黄酱 面粉、黄豆
米曲霉
豆豉
黄豆
米曲霉、毛霉、黑根霉
二、沼气的生产也是发酵过程
沼气发酵又叫厌氧消化，是指利用人畜粪便、秸秆、污水 等各种有机物在密闭的沼气池内，在厌氧（没有氧气）条 件下，被种类繁多的沼气发酵微生物分解转化，最终产生 沼气的过程。
沼气是一种混合气体，可以燃烧，因为这种气体最先是在 沼泽中发现的，所以称为沼气，它的主要成分是甲烷占55 ％～70％左右，二氧化碳占25％～40％左右，此外还有 少量氢气、硫化氢、一氧化碳、氮和氨等。甲烷细菌
产生甲烷
甲烷燃烧可用于照明、发电。
沼渣是沼气发酵后残留在沼气 池底部的半固体物质,含有丰富 的机质、腐殖酸、粗蛋白、氮 、磷、钾和多种微量元素等， 是一种缓速兼备的优质有机肥 和养殖饵料。
三、工业化的发酵技术构成了生物技术的产业
工业化的发酵产品
抗生素 氨基酸 甜味剂 食用有机酸 酶制剂
总结
一、发酵食品 1. 认识发酵食品
25.1发酵技术
2. 品尝一杯自制的酸奶
乳酸菌在适宜的温度和无氧条件下将牛奶中的乳糖等分解或转化为乳酸
3. 酿一瓶醇香浓郁的米酒。
曲霉、毛霉
酵母菌
淀粉——————葡萄糖———酒精
讨论：
1.酒药对酿制米酒起什么作用？
酒药就是酒曲， 酒曲中所含的酶 制剂将谷物原料糖化发酵成酒。
2.米饭表面的绒毛是什么？
第二章发酵工业微生物菌种制备原理和技术-PPT
筛选一些具有特殊性质得微生物时,需根据该微生物独特 得生理特性到相应得地点采样(极端环境)。如:
高温酶产生菌:温度较高得南方,或温泉、火山爆发处 及北方得堆肥中采集样品;
低温酶产生菌:寒冷得地方,如南北极地区、冰窖、深 海中采样;
耐压菌:海洋底部采样。 耐高渗透压酵母菌:通常到甜果、蜜饯或甘蔗渣堆积处
菌种纯化就是指在特定环境中只让1种来自同一祖先得微生物 群体生存得技术。
菌株分离、筛选虽为两个环节,但却不能绝然分开,因为分离中 得一些措施本身就具有筛选作用。工业微生物产生菌得筛选 一般包括两大部分:一就是从自然界分离所需要得菌株,二就是 把分离到得野生型菌株进一步纯化并进行代谢产物鉴别。
3、分离思路
从自然界筛选
B、采样季节:以温度适中,雨量不多得秋初为好。
C、采土方式:在选好适当地点后,用小铲子除去表土,取 离地面5-15cm处得土约10g,盛入清洁得牛皮纸袋或塑 料袋中,扎好,标记,记录采样时间、地点、环境条件等, 以备查考。为了使土样中微生物得数量与类型尽少变 化,宜将样品逐步分批寄回,以便及时分离。
别出来。
抗生素筛选
6、生产性能得测定
由于纯种分离后,得到得菌株数量非常大,如果对每 一菌株都作全面或精确得性能测定,工作量十分巨大, 而且就是不必要得。一般采用两步法,即初筛与复筛, 经过多次重复筛选,直到获得1～3株较好得菌株,供 发酵条件得摸索与生产试验,进而作为育种得出发菌 株。这种直接从自然界分离得到得菌株称为野生型 菌株,以区别于用人工育种方法得到得变异菌株(亦 称突变株)。
采样。如有人曾在花蜜中分离到一株能耐30%高糖得耐 高渗透压得酵母菌。
(3)含微生物样品得富集培养(优化得过程) ----施加选择性压力分离法
第十二章微生物发酵ppt
2.作为工业微生物发酵使用的菌种，通常有以下特点：(1)具有 稳定的遗传学特性。(2)微生物生长和产物的合成对于基质没 有严格的要求。 (3)生长条件易于满足。(4)具有较高的各种 酶活力。（5）对于包含体，要求在细胞破碎是不易破碎，而 在目的产物的分离提出时，则易破碎。
第十二章微生物发酵ppt
•四、微生物发酵的基本特征
发酵过程中环境条件的变化，不仅会影响菌种的
生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成。为了使发酵
过程能顺利进行，要随时取样，检测培养液中的细菌数目、
产物浓度，同时还要及时为发酵菌提供必需的营养，并严
格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。
第十二章微生物发酵ppt
• 五、分离提纯
发酵结束后，要对发酵液或生物细胞进行分离和提取精 制，将发酵产物制成合乎要求的产品。对发酵产品的 要求不同，分离提纯的方法也相应有些区别。利用发 酵工程生产的产品有菌种代谢产物和菌种本身（如酵 母菌和细菌）两大类，如果产品是菌种，分离方法一 般是通过过滤、沉淀从培养液中分离出；如果产品是 代谢产物，则采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取。 分离提纯后的产品，还要经过质量检查合格后，才能 成为正式产品。
年代，微生物学家开始用紫外线、激光、化学诱变剂等处理
菌种，使菌种产生突变，以筛选出符合要求的优良菌种。随
着细胞工程、基因工程等技术的日益成熟，科学家开始构建
工程细胞或工程菌，用它们进行发酵，甚至能生产出一般微
生物所不能生产的产品。
第十二章微生物发酵ppt
•二、菌种培养基的配制
培养基是选择出的菌种生活的环境，对菌种有多方面的影响， 所以至关重要。一般来说，培养基的配方要经过反复的实验才 能确定。另外，发酵工程中所用的菌种多要求是纯培养的，即 整个发酵过程不能混有杂菌，否则将导致产量大大下降，甚至 得不到产品。例如，如果青霉素生产过程中污染了杂菌，这些 杂菌会分泌青霉素酶，将形成的青霉素分解掉。因此，培养基 和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
第十二章微生物发酵ppt
•四、微生物发酵的基本特征
发酵过程中环境条件的变化，不仅会影响菌种的
生长繁殖，而且会影响菌种代谢产物的形成。为了使发酵
过程能顺利进行，要随时取样，检测培养液中的细菌数目、
产物浓度，同时还要及时为发酵菌提供必需的营养，并严
格控制温度、pH、溶氧、通气量与转速等发酵条件。
第十二章微生物发酵ppt
• 五、分离提纯
发酵结束后，要对发酵液或生物细胞进行分离和提取精 制，将发酵产物制成合乎要求的产品。对发酵产品的 要求不同，分离提纯的方法也相应有些区别。利用发 酵工程生产的产品有菌种代谢产物和菌种本身（如酵 母菌和细菌）两大类，如果产品是菌种，分离方法一 般是通过过滤、沉淀从培养液中分离出；如果产品是 代谢产物，则采用蒸馏、萃取、离子交换等方法提取。 分离提纯后的产品，还要经过质量检查合格后，才能 成为正式产品。
年代，微生物学家开始用紫外线、激光、化学诱变剂等处理
菌种，使菌种产生突变，以筛选出符合要求的优良菌种。随
着细胞工程、基因工程等技术的日益成熟，科学家开始构建
工程细胞或工程菌，用它们进行发酵，甚至能生产出一般微
生物所不能生产的产品。
第十二章微生物发酵ppt
•二、菌种培养基的配制
培养基是选择出的菌种生活的环境，对菌种有多方面的影响， 所以至关重要。一般来说，培养基的配方要经过反复的实验才 能确定。另外，发酵工程中所用的菌种多要求是纯培养的，即 整个发酵过程不能混有杂菌，否则将导致产量大大下降，甚至 得不到产品。例如，如果青霉素生产过程中污染了杂菌，这些 杂菌会分泌青霉素酶，将形成的青霉素分解掉。因此，培养基 和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
《微生物发酵》PPT课件
❖ 20世纪50年代，氨基酸发酵工业又成为微生物技术产业的又一个成员，实现了对微 生物的代谢进行人工调节，这又使微生物技术进了一步。
❖ 20世纪60年代，微生物技术产业又增加了酶制剂工业这一成员。
❖ 20世纪70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，如利用石油化工原料进行发酵生产，培养单细胞蛋白， 进行污水处理，能源开发等。
是以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。用于面包制作的酵母发酵及 用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白发酵是比较传统的菌体发酵工业。 新的菌体发酵可用来生产药用真菌，如香菇菌、依赖虫蛹而生存的冬虫 夏草菌、与天麻共存的密环菌等药用菌。
2.微生物酶发酵
酶普遍存在于动物、植物和微生物中。因为微生物种类多、产酶的品种多、 生产容易和成本低等特点，所以目前工业应用的酶大多来自微生物发酵。
（2）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。
（3）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。
编辑ppt
7
第二节 工业发酵的工艺流程
生物发酵工艺多种多样，但基本上包括菌种的选育、菌种培 养基的配制、扩大培养和接种、发酵过程下游处理即分离提
纯等几个过程。
一、菌种的选育
找到合适的菌种是发酵工程的前提。人们最初是从自然界寻
找所需要的菌种，如谷氨酸发酵时常用菌有谷氨酸棒状杆菌
等。但这种方法得到的菌种，产量一般都比较低。20世纪40
年代，微生物学家开始用紫外线、激光、化学诱变剂等处理
发酵工程原理与技术课件
自然选育和诱变育种交替使用可获高产菌株。
•发酵工程原理与技术
•44
特殊变异菌的筛选方法
营养缺陷型突变株 抗阻遏和抗反馈突变型 组成型突变株 抗（敏感）性突变株
•发酵工程原理与技术
•47
高丝氨酸缺陷菌生产赖氨酸
必需氨基酸 食品、医药、畜牧业需要量很大 但在代谢过程中，一方面赖氨酸对天冬氨酸激酶有反馈抑制， 另一方面还同时生成苏氨酸和甲硫氨酸，使赖氨酸不能在细 胞内累积 高丝氨酸缺陷菌（不能合成高丝氨酸脱氢酶，补充适量高丝 氨酸）则合成大量赖氨酸
2
3
2
1
3 2
对照(HC0 =HC1+ HC2 + HC3) 诱变
3
•发酵工程原理与技术
( HC1＞ HC0 能力增强)
( HC2＜ HC0 能力减弱) ( HC3= HC0 能力不变)•42
•发酵工程原理与技术
•43
诱变后的突变株会继续变异，低单位菌株在传代过程 中往往占优势，因此复筛中常常出现产量高低不稳的状态， 必须进行自然分离—诱变育种和杂交育种必须环节。
•发酵工程原理与技术
•21
自然选育
自然选育：利用菌种自然突变(Spontaneous Mutation)进 行菌种筛选的过程。 自然突变：微生物在没有人工参与下所发生的突变。 引起自然突变两个原因：多因素低剂量的诱变效应和互变 异构效应。
•发酵工程原理与技术
前进
•22
自然突变
多因素低剂量诱变效应：自然突变实质上是由一些原 因不详的低剂量诱变因素引起的长期综合效应，如宇宙 空间各种短波辐射、自然界中普遍存在的一些低浓度诱 变物质以及微生物自身代谢活动中所产生的一些诱变物 质(如H2O2)的作用等。
•发酵工程原理与技术
•44
特殊变异菌的筛选方法
营养缺陷型突变株 抗阻遏和抗反馈突变型 组成型突变株 抗（敏感）性突变株
•发酵工程原理与技术
•47
高丝氨酸缺陷菌生产赖氨酸
必需氨基酸 食品、医药、畜牧业需要量很大 但在代谢过程中，一方面赖氨酸对天冬氨酸激酶有反馈抑制， 另一方面还同时生成苏氨酸和甲硫氨酸，使赖氨酸不能在细 胞内累积 高丝氨酸缺陷菌（不能合成高丝氨酸脱氢酶，补充适量高丝 氨酸）则合成大量赖氨酸
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3 2
对照(HC0 =HC1+ HC2 + HC3) 诱变
3
•发酵工程原理与技术
( HC1＞ HC0 能力增强)
( HC2＜ HC0 能力减弱) ( HC3= HC0 能力不变)•42
•发酵工程原理与技术
•43
诱变后的突变株会继续变异，低单位菌株在传代过程 中往往占优势，因此复筛中常常出现产量高低不稳的状态， 必须进行自然分离—诱变育种和杂交育种必须环节。
•发酵工程原理与技术
•21
自然选育
自然选育：利用菌种自然突变(Spontaneous Mutation)进 行菌种筛选的过程。 自然突变：微生物在没有人工参与下所发生的突变。 引起自然突变两个原因：多因素低剂量的诱变效应和互变 异构效应。
•发酵工程原理与技术
前进
•22
自然突变
多因素低剂量诱变效应：自然突变实质上是由一些原 因不详的低剂量诱变因素引起的长期综合效应，如宇宙 空间各种短波辐射、自然界中普遍存在的一些低浓度诱 变物质以及微生物自身代谢活动中所产生的一些诱变物 质(如H2O2)的作用等。
《微生物发酵技术》课件
越来越多的行业将采用微生物发酵技术来
现代微生物学技术的快速发展将为微生物
Hale Waihona Puke 生产高附加值的产品，推动其发展和应用。
发酵技术带来更多创新和突破。
选择适合的发酵模式和优化 培养条件，以提高产物产量 和品质。
成分控制
控制培养基的成分，包括碳 源、氮源和微量元素等，以 满足微生物生长需求。
反应过程控制
通过控制发酵过程中的温度、 氧气供应和搅拌等参数，优 化产物的生产。
微生物发酵技术的未来发展
1 现代微生物学技术在微生物发酵
技术中的应用
2 微生物发酵技术的未来趋势
《微生物发酵技术》PPT课件
微生物发酵技术
什么是微生物发酵技术？
• 概念：微生物发酵技术利用微生物的生物转化能力进行产物的生产与改良的技术。 • 历史：微生物发酵技术源远流长，可以追溯到数千年前的古代文明。
微生物发酵技术的应用
食品工业
微生物发酵技术在食品生产中起到重要作用，如酸奶、酒精、面包等食品的生产。
3 环保可持续
微生物发酵技术对环境友好，减少了化学合成过程中的排放和废弃物处理。
微生物发酵技术的基本原理
1 微生物代谢路径
微生物发酵过程中产生多种物质，通过微生物的代谢途径合成所需产物。
2 微生物生长环境要求
微生物的生长需要适宜的温度、pH值和营养物质等环境条件。
微生物发酵技术中的关键技术
模式选择、培养条 件控制
化学工业
微生物发酵技术被广泛应用于化工产品的生产，如酶、有机酸和溶剂等。
药品工业
制药工业依赖微生物发酵技术来合成抗生素、激素和疫苗等药物。
微生物发酵技术的特点
1 产物纯度高
微生物发酵技术可以获得高纯度的产物，满足不同行业对产品纯度的要求。
现代微生物学技术的快速发展将为微生物
Hale Waihona Puke 生产高附加值的产品，推动其发展和应用。
发酵技术带来更多创新和突破。
选择适合的发酵模式和优化 培养条件，以提高产物产量 和品质。
成分控制
控制培养基的成分，包括碳 源、氮源和微量元素等，以 满足微生物生长需求。
反应过程控制
通过控制发酵过程中的温度、 氧气供应和搅拌等参数，优 化产物的生产。
微生物发酵技术的未来发展
1 现代微生物学技术在微生物发酵
技术中的应用
2 微生物发酵技术的未来趋势
《微生物发酵技术》PPT课件
微生物发酵技术
什么是微生物发酵技术？
• 概念：微生物发酵技术利用微生物的生物转化能力进行产物的生产与改良的技术。 • 历史：微生物发酵技术源远流长，可以追溯到数千年前的古代文明。
微生物发酵技术的应用
食品工业
微生物发酵技术在食品生产中起到重要作用，如酸奶、酒精、面包等食品的生产。
3 环保可持续
微生物发酵技术对环境友好，减少了化学合成过程中的排放和废弃物处理。
微生物发酵技术的基本原理
1 微生物代谢路径
微生物发酵过程中产生多种物质，通过微生物的代谢途径合成所需产物。
2 微生物生长环境要求
微生物的生长需要适宜的温度、pH值和营养物质等环境条件。
微生物发酵技术中的关键技术
模式选择、培养条 件控制
化学工业
微生物发酵技术被广泛应用于化工产品的生产，如酶、有机酸和溶剂等。
药品工业
制药工业依赖微生物发酵技术来合成抗生素、激素和疫苗等药物。
微生物发酵技术的特点
1 产物纯度高
微生物发酵技术可以获得高纯度的产物，满足不同行业对产品纯度的要求。
第9章 微生物发酵技术
第九章 微生物发酵技术
第一节 微生物发酵概论 第二节 工业发酵的工艺流程 第三节 工业发酵的主要产品
发酵工程是一门具有悠久历史，又融合了现代 科学的技术，是现代生物技术的组成部分。本 章主要介绍发酵工程的基本内容和基本原理， 重点介绍了工业发酵的工艺流程,还介绍了典型 产品的发酵生产工艺，如青霉素，谷氨酸和维 生素C的生产。
青霉素是最早发现并用于临床的—种抗生素，1928年为英国人 A . Fleming发现，40年代投入工业生产。在二战期间立刻大显身 手，它能有效控制伤口的细菌感染，挽救了数百万战争中受伤者 的性命。我们就以青霉素为例简单介绍抗生素的发酵生产过程。
(一)青霉素发酵生产菌株
最初由弗莱明分离的点青霉，只能产生2 U／ml的青霉素。 目前全世界用于生产青霉素的高产菌株，大都由菌株Wis Q l76(一种产黄青霉)经不同改良途径得到。70年代前育种采用 诱变和随机筛选方法，后来由于原生质体融合技术、基因克 隆技术等现代育种技术的应用，青霉素工业发酵生产水平已 达85 000U／ml以上。青霉素生产菌株一般在真空冷冻干燥状 态下保存其分生孢子，也可以用甘油或乳糖溶剂作悬浮剂， 在－70度冰箱或液氮中保存孢子悬浮液和营养菌丝体。
三、微生物发酵工业所用菌种
优良的微生物菌种是发酵工业的基础和关键，微生物资源非常 丰富，广泛分布于土壤、水和空气中，尤以土壤中为最多
1.从微生物分类学的角度把所需菌种分为：细菌类如短杆菌、枯 草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、梭状芽孢杆 菌等；酵母菌如啤酒酵母、酒精酵母、汉逊酵母和假丝酵母 等；霉菌如黄曲霉、红曲霉、青霉菌和赤霉菌等；放线菌如 各种抗生素，链、庆大等。
(3)脱色 在二次B A提取液中加活性炭150 一300g／10亿单位， 脱色、过滤。
第一节 微生物发酵概论 第二节 工业发酵的工艺流程 第三节 工业发酵的主要产品
发酵工程是一门具有悠久历史，又融合了现代 科学的技术，是现代生物技术的组成部分。本 章主要介绍发酵工程的基本内容和基本原理， 重点介绍了工业发酵的工艺流程,还介绍了典型 产品的发酵生产工艺，如青霉素，谷氨酸和维 生素C的生产。
青霉素是最早发现并用于临床的—种抗生素，1928年为英国人 A . Fleming发现，40年代投入工业生产。在二战期间立刻大显身 手，它能有效控制伤口的细菌感染，挽救了数百万战争中受伤者 的性命。我们就以青霉素为例简单介绍抗生素的发酵生产过程。
(一)青霉素发酵生产菌株
最初由弗莱明分离的点青霉，只能产生2 U／ml的青霉素。 目前全世界用于生产青霉素的高产菌株，大都由菌株Wis Q l76(一种产黄青霉)经不同改良途径得到。70年代前育种采用 诱变和随机筛选方法，后来由于原生质体融合技术、基因克 隆技术等现代育种技术的应用，青霉素工业发酵生产水平已 达85 000U／ml以上。青霉素生产菌株一般在真空冷冻干燥状 态下保存其分生孢子，也可以用甘油或乳糖溶剂作悬浮剂， 在－70度冰箱或液氮中保存孢子悬浮液和营养菌丝体。
三、微生物发酵工业所用菌种
优良的微生物菌种是发酵工业的基础和关键，微生物资源非常 丰富，广泛分布于土壤、水和空气中，尤以土壤中为最多
1.从微生物分类学的角度把所需菌种分为：细菌类如短杆菌、枯 草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、梭状芽孢杆 菌等；酵母菌如啤酒酵母、酒精酵母、汉逊酵母和假丝酵母 等；霉菌如黄曲霉、红曲霉、青霉菌和赤霉菌等；放线菌如 各种抗生素，链、庆大等。
(3)脱色 在二次B A提取液中加活性炭150 一300g／10亿单位， 脱色、过滤。
微生物在食品发酵工业中的应用幻灯片PPT
根霉产生糖化型淀粉酶，可将淀粉水解为葡萄糖， 还产生乳酸、琥珀酸、延胡索酸等有机酸酶系，降 低基质pH抑杂菌生长，并使酒体醇厚、口味丰满。 传统小曲用自然培菌法，现在用纯种根霉，常用的 有Ｑ303、As3.851、3.852、3.866、3.867和3.868等。
2021/5/17
21
常用的黄酒酵母有： 732号、501号、 醇2号、As2.1392、Ｍ－82、ＡＹ等，尤 以前3种从淋饭酒醅中分离：含有酒化酶 系，赋予黄酒酒香和酯香，并具繁殖快、 发酵力强、产酸低、耐酸、耐高浓度酒精、 对杂菌污染抵抗力强等。
2021/5/17
16
2.2.1 用于啤酒酿造：
主发酵阶段，啤酒酵母在充02冷却麦芽汁中行有氧 呼吸，可发酵糖类进入TCA循环彻底分解为H2O和CO2并 放大量热量，菌体细胞大量增殖；
后发酵阶段，当酵母增殖到一定程度，即进行厌氧 发酵，可发酵糖类经EMP途径被发酵产生乙醇、CO2和 少量热量。
啤酒发酵是多种酶参与的复杂生化反应过程，只有 95％～96％可发酵性糖生成乙醇与CO2；其余的2.0％～ 2.5％用于合成酵母新细胞； 另有1.5～2.5％糖类转化 成高级醇、有机酸、酯类、双乙酰、醛类、含硫化合 物等副产物，给啤酒带来生涩与不成熟的风味。
① 麦曲： 以破碎的全小麦为原料，主要培殖曲霉 （黄曲霉或米曲霉为主，少量黑曲霉、灰绿曲霉、青 霉），其次含有根霉和毛霉，还有少量酵母等微生物， 作为酿造黄酒的糖化剂。
2021/5/17
19
黄曲霉产生液化型淀粉酶（分解淀粉产生糊精、 麦芽糖和葡萄糖）和蛋白酶（分解蛋白质产生多肽、 低肽和氨基酸）,由这些代谢产物相互作用产生的色 泽、香味等赋予黄酒独特风味并为酵母提供营养物 质。传统麦曲采用自然培养，现代用人工接种黄曲 霉，如As3.800和苏16号。
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常用的黄酒酵母有： 732号、501号、 醇2号、As2.1392、Ｍ－82、ＡＹ等，尤 以前3种从淋饭酒醅中分离：含有酒化酶 系，赋予黄酒酒香和酯香，并具繁殖快、 发酵力强、产酸低、耐酸、耐高浓度酒精、 对杂菌污染抵抗力强等。
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2.2.1 用于啤酒酿造：
主发酵阶段，啤酒酵母在充02冷却麦芽汁中行有氧 呼吸，可发酵糖类进入TCA循环彻底分解为H2O和CO2并 放大量热量，菌体细胞大量增殖；
后发酵阶段，当酵母增殖到一定程度，即进行厌氧 发酵，可发酵糖类经EMP途径被发酵产生乙醇、CO2和 少量热量。
啤酒发酵是多种酶参与的复杂生化反应过程，只有 95％～96％可发酵性糖生成乙醇与CO2；其余的2.0％～ 2.5％用于合成酵母新细胞； 另有1.5～2.5％糖类转化 成高级醇、有机酸、酯类、双乙酰、醛类、含硫化合 物等副产物，给啤酒带来生涩与不成熟的风味。
① 麦曲： 以破碎的全小麦为原料，主要培殖曲霉 （黄曲霉或米曲霉为主，少量黑曲霉、灰绿曲霉、青 霉），其次含有根霉和毛霉，还有少量酵母等微生物， 作为酿造黄酒的糖化剂。
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黄曲霉产生液化型淀粉酶（分解淀粉产生糊精、 麦芽糖和葡萄糖）和蛋白酶（分解蛋白质产生多肽、 低肽和氨基酸）,由这些代谢产物相互作用产生的色 泽、香味等赋予黄酒独特风味并为酵母提供营养物 质。传统麦曲采用自然培养，现代用人工接种黄曲 霉，如As3.800和苏16号。
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品控部：制定发酵过程控制的方案。
总经理：协调监督各部工作，最后拿出 完整的计划书。
3. 计划书实施。 计划书要先经过老师的审核，然后
实施。
实施过程中考核操作技能。
实施后及时进行实训报告的撰写也 总结。
第一节 微生物发酵类型
• 一 分批发酵、补料分批发酵与连续发酵 • 二 需氧发酵与厌氧发酵 • 三 生长偶联型、部分生长偶联型和非生
• 例如产黄青霉在低pH 下为丝状，高pH为酵 母状
• 3 影响产物的稳定性； • 噻呐霉素在pH6.7-7.5时稳定； • 青霉素在碱性条件下发酵产量低
项目2 微生物发酵技术
任务4：发酵过程控制技术
教学安排：
1. 员工培训 由老师讲解发酵过程的理论基础。 分配实操任务：发酵过程控制。
2. 学生模拟组建运营一个发酵车间，撰写 计划书(在理论教学期间完成)。
市场部：当前发酵过程控制的技术进展。
关键技参术数部的：控确制定方p法H、，温撰度写、操溶作O规2程、。补料等
第六节 温度的影响及其控制
• 一 温度对发酵的影响 • 1 影响各种酶反应的速率和蛋白质的性
质； • 菌体生长所需温度与产物合成温度不
一致(如青霉素)；温度不同还可能影响产 物合成的方向(如金霉素和四环素)。 • 2 影响发酵液的物理性质。(粘度、氧和 基质的溶解与传递、分解和吸收)
• 二 影响发酵温度变化的因素 • 产热的因素： • 1 生物热(Q生物) • 与培养基成分和培养阶段有关。 • 2 搅拌热(Q搅拌) • 散热的因素： • 1 蒸发热(Q蒸发) • 2 辐射热(Q辐射)
菌体生长成正比。
• 其它环境条件越适合，生长越快。 二 菌浓对初级代谢和次级代谢的影响
产物的产率：
Rp = Qp · X 其中： Qp 为比生产速率；
X 为菌体浓度。 X太大的负面影响： 1 营养物质消耗太快； 2 生产毒素； 3 溶氧供应不上。
三 发酵过程中菌浓度的控制
四
通过调节生长速率实现，而这又要通
• 二 化学参数
• 1 pH • 2 基质浓度：糖、氮、磷等。 • 3 溶解氧浓度 • 4 氧化还原电位 • 5 产物浓度 • 6 废气中氧的含量 • 7 废气中CO2的含量。 • 三 生物参数 • 1 菌体浓度 • 2 菌丝形态
第三节 发酵过程中的代谢变化
• 一 初级代谢产物发酵的代谢变化 • 1 菌体浓度的变化 • 延迟期、对数生长期、静止期和死亡
• 次级代谢发酵的菌体生长(生长期)和产物 合成期(生产期)是分开的。
• 发酵过程可分为：菌体生长、产物合成、 菌体自溶三个阶段。
• 1 菌体生长阶段
• (1) 营养成分的变化
• 碳源、氮源和磷酸盐等营养物质不断被 消耗，浓度明显减少，而新菌体不断合成， 菌浓明显增加。
• (2期的长短与培养条件和菌种生理
状态有关。 • 在未达死亡期之前放罐。
• 2 营养基质浓度的变化 • 随发酵时间的延长不断降低，用于菌体的
生长和产物的形成。
• 溶氧的变化规律(后面讲)。 • 3 产物浓度的变化 • (1) 与菌体浓度平行； • (2) 与培养条件有关。
• 二 次级代谢产物发酵的代谢变化
过调节培养基的营养基质浓度。
五
第五节 营养基质影响及其控制
一 碳源的影响及其控制 1 碳源的种类影响代谢情况 迅速利用的碳源：迅速参与代谢，合成菌体和产
生能量，并产生分解产物，因此有利于菌体生 长，但对产物(特别是次级代谢)有抑制作用(例 如葡萄糖)。 缓慢利用的碳源：可被菌体缓慢利用，有利于延 长代谢产物的合成(例如乳糖、蔗糖、麦芽糖、 糊精、饴糖等)。
• 速效氮源：氨基态氮和玉米浆，促进菌体生 长，但对部分产物，特别是次级产物合成有 抑制作用。
• 缓慢氮源：延长产物合成期。
• 发酵培养基一般采用速效与缓慢氮源的混 合物，且中间还要补充。
• (1) 补加有机氮源 • (2) 补加无机氮源(补氮和调pH双重功效)。
• 三 磷酸盐的影响和控制 • 适合微生物生长的磷盐浓度偏高； • 适合微生物药物合成的磷盐浓度偏低。 • 发酵过程一般采用亚适量。
• 三 温度的控制 • 1 最适温度的选择 • 2 温度的控制
第七节 pH的影响及其控制
• 一 pH对发酵的影响 • 1 影响微生物的生长及产物的合成(通过
影响酶活性实现)； • 生长最适pH与合成最适pH不一致 • 菌体内的pH近中性，因为发酵培养基中
的pH是通过间接方式作用与胞内酶的
• 2 影响菌体对基质的利用速度和细胞结构 (通过影响膜实现)；
机理解释： 乳糖的利用速度刚好符合青霉素的合成
速度。 控制方法：流加葡萄糖或采用混合碳源。 2 碳源浓度的影响
浓度合适。 控制方法：中间补料。
• 二 氮源的影响和控制
• 1 氮源浓度的影响
• 以谷氨酸发酵为例：
• NH4+太高：合成谷氨酰氨； • NH4+不足：积累-酮戊二酸。 • 2 氮源的种类的影响
长偶联型
第二节 发酵过程工艺参数控制
• 一 物理参数 • 1 温度 • 2 压力： 内部压力高于外部压力。 • 3 搅拌转速： 转/分钟 • 4 搅拌功率：每立方米发酵液所消耗的功率，
kw/m3 • 5 空气流量：每分钟内每单位体积发酵液通入
空气的体积，V/V.min • 6 粘度：反映氧传递阻力和菌体浓度。
度下降，菌浓至临界，溶氧至最低。
• (3) pH • 先下降后下升：利用葡萄糖产生酸，而
后再被利用。
• 先上升后下降：利用氨基酸的碳骨架， 剩下氨，而后氨又被利用。
• 限制性因素的出现，使菌体由生长向生 产转化。
• 2 产物合成阶段 • 产物产量不断增多，起至达到最大值，生
产速率也达最大，直至产物合成能力衰退。 • 该阶段要严格控制发酵条件，对产物的合
成最为关键。例如营养浓度。
3 菌体自溶阶段 菌体衰老、开始自溶，氨氮含量升高，pH
上升，产物合成能力衰退，生产速率下降。 此时结束发酵。
第四节 菌体浓度影响及其控制
• 菌体浓度：单位体积培养液中菌体的含 量。
• 一 影响菌体生长的因素 • 1 比生长速率：越大，菌体生长越快；决
定于细胞的复杂性(越复杂越慢)； • 2 营养物质和环境条件： • 营养物质浓度在一定限度内，浓度与
总经理：协调监督各部工作，最后拿出 完整的计划书。
3. 计划书实施。 计划书要先经过老师的审核，然后
实施。
实施过程中考核操作技能。
实施后及时进行实训报告的撰写也 总结。
第一节 微生物发酵类型
• 一 分批发酵、补料分批发酵与连续发酵 • 二 需氧发酵与厌氧发酵 • 三 生长偶联型、部分生长偶联型和非生
• 例如产黄青霉在低pH 下为丝状，高pH为酵 母状
• 3 影响产物的稳定性； • 噻呐霉素在pH6.7-7.5时稳定； • 青霉素在碱性条件下发酵产量低
项目2 微生物发酵技术
任务4：发酵过程控制技术
教学安排：
1. 员工培训 由老师讲解发酵过程的理论基础。 分配实操任务：发酵过程控制。
2. 学生模拟组建运营一个发酵车间，撰写 计划书(在理论教学期间完成)。
市场部：当前发酵过程控制的技术进展。
关键技参术数部的：控确制定方p法H、，温撰度写、操溶作O规2程、。补料等
第六节 温度的影响及其控制
• 一 温度对发酵的影响 • 1 影响各种酶反应的速率和蛋白质的性
质； • 菌体生长所需温度与产物合成温度不
一致(如青霉素)；温度不同还可能影响产 物合成的方向(如金霉素和四环素)。 • 2 影响发酵液的物理性质。(粘度、氧和 基质的溶解与传递、分解和吸收)
• 二 影响发酵温度变化的因素 • 产热的因素： • 1 生物热(Q生物) • 与培养基成分和培养阶段有关。 • 2 搅拌热(Q搅拌) • 散热的因素： • 1 蒸发热(Q蒸发) • 2 辐射热(Q辐射)
菌体生长成正比。
• 其它环境条件越适合，生长越快。 二 菌浓对初级代谢和次级代谢的影响
产物的产率：
Rp = Qp · X 其中： Qp 为比生产速率；
X 为菌体浓度。 X太大的负面影响： 1 营养物质消耗太快； 2 生产毒素； 3 溶氧供应不上。
三 发酵过程中菌浓度的控制
四
通过调节生长速率实现，而这又要通
• 二 化学参数
• 1 pH • 2 基质浓度：糖、氮、磷等。 • 3 溶解氧浓度 • 4 氧化还原电位 • 5 产物浓度 • 6 废气中氧的含量 • 7 废气中CO2的含量。 • 三 生物参数 • 1 菌体浓度 • 2 菌丝形态
第三节 发酵过程中的代谢变化
• 一 初级代谢产物发酵的代谢变化 • 1 菌体浓度的变化 • 延迟期、对数生长期、静止期和死亡
• 次级代谢发酵的菌体生长(生长期)和产物 合成期(生产期)是分开的。
• 发酵过程可分为：菌体生长、产物合成、 菌体自溶三个阶段。
• 1 菌体生长阶段
• (1) 营养成分的变化
• 碳源、氮源和磷酸盐等营养物质不断被 消耗，浓度明显减少，而新菌体不断合成， 菌浓明显增加。
• (2期的长短与培养条件和菌种生理
状态有关。 • 在未达死亡期之前放罐。
• 2 营养基质浓度的变化 • 随发酵时间的延长不断降低，用于菌体的
生长和产物的形成。
• 溶氧的变化规律(后面讲)。 • 3 产物浓度的变化 • (1) 与菌体浓度平行； • (2) 与培养条件有关。
• 二 次级代谢产物发酵的代谢变化
过调节培养基的营养基质浓度。
五
第五节 营养基质影响及其控制
一 碳源的影响及其控制 1 碳源的种类影响代谢情况 迅速利用的碳源：迅速参与代谢，合成菌体和产
生能量，并产生分解产物，因此有利于菌体生 长，但对产物(特别是次级代谢)有抑制作用(例 如葡萄糖)。 缓慢利用的碳源：可被菌体缓慢利用，有利于延 长代谢产物的合成(例如乳糖、蔗糖、麦芽糖、 糊精、饴糖等)。
• 速效氮源：氨基态氮和玉米浆，促进菌体生 长，但对部分产物，特别是次级产物合成有 抑制作用。
• 缓慢氮源：延长产物合成期。
• 发酵培养基一般采用速效与缓慢氮源的混 合物，且中间还要补充。
• (1) 补加有机氮源 • (2) 补加无机氮源(补氮和调pH双重功效)。
• 三 磷酸盐的影响和控制 • 适合微生物生长的磷盐浓度偏高； • 适合微生物药物合成的磷盐浓度偏低。 • 发酵过程一般采用亚适量。
• 三 温度的控制 • 1 最适温度的选择 • 2 温度的控制
第七节 pH的影响及其控制
• 一 pH对发酵的影响 • 1 影响微生物的生长及产物的合成(通过
影响酶活性实现)； • 生长最适pH与合成最适pH不一致 • 菌体内的pH近中性，因为发酵培养基中
的pH是通过间接方式作用与胞内酶的
• 2 影响菌体对基质的利用速度和细胞结构 (通过影响膜实现)；
机理解释： 乳糖的利用速度刚好符合青霉素的合成
速度。 控制方法：流加葡萄糖或采用混合碳源。 2 碳源浓度的影响
浓度合适。 控制方法：中间补料。
• 二 氮源的影响和控制
• 1 氮源浓度的影响
• 以谷氨酸发酵为例：
• NH4+太高：合成谷氨酰氨； • NH4+不足：积累-酮戊二酸。 • 2 氮源的种类的影响
长偶联型
第二节 发酵过程工艺参数控制
• 一 物理参数 • 1 温度 • 2 压力： 内部压力高于外部压力。 • 3 搅拌转速： 转/分钟 • 4 搅拌功率：每立方米发酵液所消耗的功率，
kw/m3 • 5 空气流量：每分钟内每单位体积发酵液通入
空气的体积，V/V.min • 6 粘度：反映氧传递阻力和菌体浓度。
度下降，菌浓至临界，溶氧至最低。
• (3) pH • 先下降后下升：利用葡萄糖产生酸，而
后再被利用。
• 先上升后下降：利用氨基酸的碳骨架， 剩下氨，而后氨又被利用。
• 限制性因素的出现，使菌体由生长向生 产转化。
• 2 产物合成阶段 • 产物产量不断增多，起至达到最大值，生
产速率也达最大，直至产物合成能力衰退。 • 该阶段要严格控制发酵条件，对产物的合
成最为关键。例如营养浓度。
3 菌体自溶阶段 菌体衰老、开始自溶，氨氮含量升高，pH
上升，产物合成能力衰退，生产速率下降。 此时结束发酵。
第四节 菌体浓度影响及其控制
• 菌体浓度：单位体积培养液中菌体的含 量。
• 一 影响菌体生长的因素 • 1 比生长速率：越大，菌体生长越快；决
定于细胞的复杂性(越复杂越慢)； • 2 营养物质和环境条件： • 营养物质浓度在一定限度内，浓度与