第八章 现代发酵工程主要产品的工艺过程
第八章发酵工程----第二讲
2、初步纯化
⑤ 膜过滤法：又分为超滤，微滤，反渗透和纳滤四种。超 滤法是利用一定截留分子量的超滤膜进行溶质的分离或浓 缩。微滤主要用于发酵液中除去菌体；反渗透主要用于小 分子的浓缩；纳滤也可用于小分子的浓缩。膜过滤的主要 缺点是浓差极化和膜的污染，膜的寿命较短和通量低，很 难用于处理量大的工业中。但这些缺点正在克服，有很好 的发展前景。
1、种子扩大培养
作为种子的准则是： ① 菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长， 迟缓期短； ② 生理性状稳定； ③ 菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求； ④ 无杂菌污染； ⑤ 保持稳定生产能力。
1、种子扩大培养
种子制备的工艺流程如下： 砂土（冷冻干燥管）管孢子→斜面→摇瓶液体（菌丝体） 或茄型瓶斜面或固体→种子罐→发酵罐.
③ 半连续发酵
在补料—分批发酵的基础上，间歇放出部分发酵液送到 产物提纯工段，被称为半连续发酵。 由于有害代谢产物的不断积累，产物合成最终难免受到 阻遏。放掉部分发酵液再补加适当料液不仅补充养分和 前体，而且代谢有害产物被稀释，从而有利于产物继续 合成。
③ 半连续发酵
半连续发酵也有她的不足： ⑴ 放掉发酵液的同时也丢失了未利用养分和处于生产旺盛期的 菌体； ⑵ 定期补充和放出使发酵液稀释，送去提炼的发酵液体积更大。 ⑶ 发酵罐被稀释后可能产生更多的代谢有害物，最终限制发酵 的产物合成； ⑷ 一些经代谢产生的前体可能丢失； ⑸ 有利于非生产菌突变株的生长。
2、发酵方式
微生物发酵可以分为： ① 分批 ② 补料—分批 ③ 半连续 ④ 连续
① 分批发酵
又称间歇式发酵罐，是一种准封闭式系统，种子接种到培 养基后除了气体流通外发酵液始终留在生物反应器内。 分批发酵过程可细分为6期 Ⅰ: 停滞期： Ⅱ：加速期： Ⅲ：对数期： Ⅳ：减速期： Ⅴ：静止期： Ⅵ：死亡期：
发酵生产工艺流程
发酵生产工艺流程发酵生产工艺流程是指将某些生物质（如糖、淀粉、纤维素等）通过微生物的代谢作用，转化为有用的产物的过程。
发酵生产工艺流程在食品工业、医药工业和化工工业中都得到广泛应用。
本文将以酵母发酵生产酒精为例，介绍一种典型的发酵生产工艺流程。
1. 原料准备阶段：首先，准备发酵所需的原料。
以酒精发酵为例，常用的原料包括含有淀粉或糖类物质的谷物（如大米、小麦、玉米等），以及辅助原料如酵母和水。
同时，要保证原料的质量和卫生。
2. 糖化阶段：糖化是将淀粉转化为可发酵的糖类物质的过程。
首先，将谷物进行研磨，使其颗粒细小。
然后，将磨碎的谷物与水混合，并加热到一定温度，以活化淀粉酶。
淀粉酶能够将淀粉分解为较小的糖分子，形成可发酵的糖浆。
这一步骤通常需要控制好温度和酶的加入量，以促进糖化反应的进行。
3. 发酵阶段：在发酵中，酵母菌利用糖类物质进行代谢，产生酒精和二氧化碳。
首先，将已经糖化的糖浆与酵母混合，然后将混合物装入发酵罐中。
发酵罐通常要保持一定的温度和湿度，以提供适宜的环境条件供酵母菌生长和代谢。
在发酵过程中，酵母会将糖类物质转化为酒精，并释放出二氧化碳作为副产物。
通常情况下，发酵过程需要持续几天到几周的时间，直至酒精产物达到所需浓度。
4. 分离与提纯阶段：在发酵完成后，需要对发酵液进行分离和提纯，以获得纯净的酒精产品。
通常，通过离心或过滤等方法，将发酵液中的固体颗粒和酵母菌分离出来。
然后使用蒸馏等技术将酒精与水进行分离，获得高纯度的酒精产品。
在分离过程中，要注意保持操作环境的卫生和安全。
5. 附加工序：在某些情况下，为了改善产品的口感、品质或添加特定的风味，还可以进行附加工序。
例如，在酵母发酵生产啤酒时，可以添加酒花和香料以增加香气和苦味。
而在葡萄酒的发酵过程中，果皮和果实的浸泡时间以及搅拌等操作，也会影响产品的风味和质量。
以上就是发酵生产工艺流程的一般步骤。
值得注意的是，由于不同的产品和生产要求，具体的工艺流程可能会有所不同。
《发酵工程的过程与原理》 学历案
《发酵工程的过程与原理》学历案一、什么是发酵工程发酵工程，简单来说，就是利用微生物的特定功能，通过现代工程技术手段，在生物反应器中生产有用物质的一种技术。
它是生物技术的重要组成部分，与我们的日常生活息息相关。
从食品领域的酸奶、酱油、啤酒，到医药领域的抗生素、疫苗，再到化工领域的有机酸、氨基酸等，发酵工程的应用无处不在。
二、发酵工程的基本过程发酵工程通常包括以下几个主要过程：1、菌种选育这是发酵工程的源头。
就好比要种出好庄稼，得先有优质的种子。
我们需要从自然界中筛选出具有特定生产能力的微生物，或者通过基因工程等手段对微生物进行改造，使其具备我们所需要的生产性能。
比如，要生产某种特定的抗生素，我们就得找到或者培育出能够高效合成这种抗生素的菌种。
这个过程需要运用微生物学、遗传学等多学科的知识和技术。
2、培养基制备培养基就像是微生物的“食物”，为微生物的生长和代谢提供所需的营养物质。
不同的微生物和不同的发酵产品，需要的培养基成分和配方都有所不同。
常见的培养基成分包括碳源（如葡萄糖、蔗糖等）、氮源（如铵盐、硝酸盐等）、无机盐（如磷酸盐、硫酸盐等）、生长因子等。
在制备培养基时，不仅要考虑营养成分的全面和均衡，还要考虑培养基的 pH 值、渗透压等物理化学性质，以保证微生物能够在其中良好生长。
3、灭菌在发酵过程中，必须保证环境的无菌，否则其他杂菌的生长会影响发酵的正常进行，甚至导致发酵失败。
灭菌的方法有很多种，比如高温灭菌、化学灭菌、过滤除菌等。
对于培养基、发酵设备、空气等都需要进行严格的灭菌处理。
4、接种将选育好的优良菌种接入已经灭菌的发酵设备中，这就是接种。
接种的操作必须在无菌条件下进行，以防止杂菌污染。
接种的量和时机也有讲究，要根据菌种的生长特性和发酵工艺的要求来确定。
5、发酵控制这是发酵工程的核心环节。
在发酵过程中，要对各种参数进行实时监测和控制，如温度、pH 值、溶氧、搅拌速度等。
温度会影响微生物的生长速度和代谢产物的生成；pH 值会影响酶的活性和微生物的生理状态；溶氧则关系到微生物的呼吸作用和能量供应。
发酵工程的一般过程-苏教版选修2生物科学与社会教案
发酵工程的一般过程一、简介发酵是生物技术的重要组成部分。
发酵工程指通过合理的操作控制，将经过发酵产生的物质进行分离、提纯和加工，从而生产有用的生物制品的一整套工程。
本文将介绍发酵工程的一般过程。
二、发酵工程的一般过程1. 基础原料的预处理一般来说，发酵工程中使用的原料很多都是含有细胞壁的微生物或者其他的天然产物，如植物蛋白。
这些天然的物质都需要在开始发酵之前进行处理，如打碎、过滤、浸泡、热处理等方式，以便于使发酵过程中的微生物能够吸收，并更好地利用其中的营养物质。
2. 发酵菌的准备在发酵工程中使用的微生物种类很多，包括常见的无菌状态下培养的细菌、酵母菌、真菌等。
在发酵之前需要养活这些微生物，使它们活跃起来，以便于在发酵过程中生产所需产品。
3. 发酵过程的控制发酵过程中需要控制的因素很多，包括反应温度、pH值、氧气和营养盐的供应等。
这些因素都需要进行严格的控制和监测，以便于使微生物在最适宜的环境下生长和繁殖，并使产物得到高产、高质量。
4. 发酵产物的提取与分离发酵产物一般以包括可以溶于水的有机物、蛋白质、多糖物等多种物质。
在发酵结束后，需要将产物从反应混合物中分离出来，提取出来进行后续的加工和提纯处理。
5. 发酵产品的后续加工与利用分离出来的发酵产品可以进行多种后续加工和利用。
例如，可以通过过滤和提纯等步骤，将产品进行纯化，使其符合特定的要求，然后将其用于制作各种生物制品，如复合肥料、生物酶、抗生素等。
三、结论发酵工程是现代生物技术的一大组成部分。
通过对基础原料的预处理、发酵菌的准备、发酵过程的控制、发酵产物的提取和分离以及发酵产品的后续加工与利用等几个关键步骤的控制和管理，可以使发酵工程达到理想的生产水平并收获理想的产品。
09116发酵工程教学大纲
09116发酵工程教学大纲《发酵工程》课程（09116）教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：发酵工程课程代码：09116学分与学时：4学分，76学时（理论课2.5学分，52学时；实验课1.5学分，24学时）课程性质：专业必修授课对象：生物工程二、课程教学目标与任务《发酵工程》是生物工程专业的一门专业必修课，发酵工程是生物技术的基础和重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节，是工业生物技术的核心。
发酵工程是利用微生物的特定性状和技能，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。
通过本课程的学习，使学时掌握微生物产品生产的基本理论，能进行发酵的工艺设计和解决产品生产过程中出现的主要问题，并为从事生物新产品和工艺的研究与开发打好应用的理论基础。
三、学时分配课程内容与学时分配表四、课程教学内容与基本要求发酵过程一般包括培养基制备、无菌空气供应、菌种及种子扩大培养、发酵过程及控制、发酵产品下游加工过程和发酵过程废弃物处理等几大部分。
基于《生物工程设备》、《发酵工程》、《生物分离工程》三个组成部分集体分工和侧重点不同，《发酵工程》部分着重阐明、并要求学生熟练掌握培养基制备、无菌空气工艺、菌种及种子扩大培养、发酵过程及控制、染菌和防治等几个单元操作的基本原理和方法，对于其它部分将在后续的课程中深入讲解。
发酵过程是一门综合性很强的课程，涉及到化工原理、生物化学、微生物学、物理化学等多个学科，基础理论性和实践性均很强，要求基础理论和生产实践密切结合。
因此，该课程需啊哟在理论教学的同时，配合生产见习和实验的实践环节，要求学生建立实际生产的概念，在参观实习和实验实践中巩固本课程的教学效果，培养分析问题和解决问题的能力。
学生通过该课程的学习将会缩短理论与生产实践的距离，建立用理论知识分析和解决生产实际问题的概念和能力，动手能力也将有所提高。
第一章发酵工程概论教学目的：从总体上让学生对发酵工程有个整体的认识。
发酵工程--ppt课件(2024版)
分批发酵的优缺点
➢ 优点 操作简单 操作引起染菌的概率低 不会产生菌种老化和变异问题
➢ 缺点 非生产时间较长、设备利用率低
➢ 根据不同发酵类型，每批发酵需要十 几个小时到几周时间。
➢ 全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的 培养基、接种、发酵过程、放罐和洗 罐，所需时间的总和为一个发酵周期。
典型的分批发酵工艺流程图
微生物分批培养的生长曲线
1.延滞期 2.加速生长期 3.指数生长期 4.减速期 5.稳定期 6.衰亡期
4.3.1.2 连续发酵
以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基， 同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐 内的液量维持，微生物在稳定状态（恒定的基 质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定的 菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长。
4 发酵工程
【学习目的】
1. 掌握发酵工程的基本类型和基本原理。 2. 了解典型发酵产品的生产工艺。 3. 认识发酵的基本过程及常用的发酵设备。
发酵（Fermentation）
最初来自拉丁语“发泡”（fervere），是指酵 母作用于果汁或者发芽谷物产生CO2的现象。
巴斯德：酵母在无氧环境下的呼吸过程。 生物化学：微生物在无氧时的代谢过程。
草莓栽培
微生物酶发酵 酶普遍存在于动植物中，在人类生活中发挥着
非常重要的作用。
微生物代谢产物发酵 ①氨基酸、蛋白质、核酸——初级代谢产物 ②抗生素、生长因子等——次级代谢产物
微生物转化发酵 利用微生物把一种化合物转变成结构相关的更
有经济价值的产物。 葡萄糖→Grapevine
生物工程发酵 DNA重组的“工程菌”理论上可以生产出多种代 谢产物。
发酵工艺流程
发酵工艺流程
《发酵工艺流程》
发酵工艺是一种利用微生物或酶来改变物质的化学组成的过程。
在食品工业和生物工业中，发酵工艺被广泛应用于生产酵素、抗生素、酒精、醋、酱油、酸奶和面包等产品。
发酵工艺的流程可以分为以下几个步骤：
1. 选择合适的发酵微生物或酶。
根据所需要生产的产品和工艺要求，选择合适的微生物或酶，如酵母菌、乳酸菌、大肠杆菌等。
2. 准备培养基。
根据选用的微生物或酶的需要，准备含有适当营养成分的培养基，如碳源（葡萄糖、麦芽糖等）、氮源（酵母提取物、氨基酸等）、矿物盐、维生素等。
3. 发酵过程。
将培养基与选用的微生物或酶发酵剂接种在发酵罐中，控制温度、搅拌速度、pH值等参数，进行发酵过程。
4. 分离和提取产物。
发酵完成后，通过离心、过滤、离子交换、膜分离等技术，将目标产物从发酵液中分离提取出来。
5. 处理和精制。
对提取出的目标产物进行进一步处理和精制，如加热杀菌、结晶、洗涤、浓缩等，以得到最终的产品。
发酵工艺流程的设计和控制是一项复杂的工程，需要考虑多种
因素，如微生物的生长特性、酶的活性和选择性、培养基的调配、发酵条件的控制等。
同时，为了保证产品的质量和安全，对发酵过程中的微生物和酶的分离和提取也需要进行严格的控制和监测。
总的来说，发酵工艺是一种重要的生物技术，通过对微生物和酶的合理利用，可以实现废物资源的再利用，生产出多种有用的化学产品，对于食品工业和生物工业的发展起着至关重要的作用。
发酵技术的原理和流程
发酵技术的原理和流程下载温馨提示：该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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《现代发酵工程》PPT课件
• 4：减速期：对数期末底物耗尽时
• 5：稳定期：某种关键底物耗尽或一种/几种抑 制性代谢产物积累，细胞生长停止。次期细胞
发生巨大变化，某些情况下合成有高商业价值 的产物
• 6：衰亡期：能量耗尽、代谢停止。绝大多数
商业发酵过程进入次期h 前就已停止
21
微生物生长的六个典型时期
延加 滞速 期期
指 数 期
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23
四：连续发酵
• 生产成本比罐批发酵低很多，原因在于：
• 1：设备投资少：生产同样量产物所用反应
器体积小；每次收获细胞或产物量小，所需各 种设备规模小；
• 2：单位产率高：发酵周期长、停工时间短
• 3：生产持续性能好：发酵周期长、细胞生
理状态一致
• 4：易于实现生产过程自动化
• 5：有利于研究微生物生理、生源自、反应气升式反应器h
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二：典型大规模发酵系统举例
• 串联气升式反应 • 在一个反应器中 器系统中完成两 进行两步发酵： 步发酵：
——T4DNA连接 酶大规模生产
——三体融合蛋 白Agβgal大规 模生产
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——T4DNA连接酶大规模生产
• 生长阶段，30℃
诱导阶段42
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三：影响重组微生物发酵效率 的其它因素
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细胞培养系统
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喷 雾 干 燥 机
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喷雾干燥机工作流程
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小 型 冷 冻 干 燥 机
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小型冷冻干燥机高燥腔结构
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中 型 冷 冻 干 燥 机
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中 型 冷 冻 干 燥 机
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发酵产品及其发酵过程
发酵产品及其发酵过程我国的发酵工业(也称工业生物技术产业),或者与发酵工业有等同意义的生物化工分属于轻工、医药、农业、化工、能源、环保等行业或部门。
轻工行业下的发酵工业可分为以下几大部分:酿酒(白酒、黄酒、葡萄酒、啤酒)、淀粉糖、酵母、酶制剂、有机酸、氨基酸、乙醇和生物材料。
发酵工业还涉及大量的医药生物产品(如抗生素等)、农用生物制品及化工产品的生产。
除提供大量发酵产品以外,发酵工业还在环境保护等领域为社会做出贡献。
我国现代发酵工业经历了几十年的发展,已成为发酵产品品种较为齐全、产业规模宏大的一个大型产业链。
涉及生物技术的工业产值达4500亿元以上。
酿酒产业是发酵行业中最大的产业,发展速度最快的是啤酒。
啤酒产量从20世纪80年代开始大规模扩张,近年来年产量连续多年居世界第一, 2011年全世界主要啤酒生产国的年产量为2亿千升,而我国年产量在4898.8万千升。
淀粉糖的生产在许多发酵工厂是原料预处理的组成部分,现在已独立大规模生产。
目前主要通过酶解法对玉米、小麦、木薯等进行深加工,生产系列淀粉糖(葡萄糖、果葡糖浆、啤酒专用糖浆、麦芽糖及衍生品山梨醇、麦芽糖醇等)。
全球淀粉糖年产量2000万左右，其中产量最大的是果葡糖浆,其次是葡萄糖。
美国是全球最大的淀粉糖生产国及消费国。
我国淀粉糖的生产企业主要集中在山东省(鲁洲集团、西王集团有限公司、保龄宝公司等)。
酵母产业在我国是新兴产业。
2011年全国酵母总产量超过20万t。
其主要产品有活性酵母(面包发酵剂及酿酒用酵母)和非活性酵母(调味品配料)。
酶制剂行业年生产能力超过40万t,已实现工业化生产的酶制剂品种有20多种,主要是糖化酶、a-淀粉酶、蛋白酶3大类。
此外还有果胶酶、B-葡聚糖酶、纤维素酶、青霉素酰化酶、碱性脂肪酶、木聚糖酶、a-乙酰乳酸脱氢酶、植酸酶等。
当前的发展重点是饲料用酶、纺织工业用酶及生物能源产业用酶(含纤维素酶、木聚糖酶、果胶酶、植酸酶、酸性蛋白酶等）的生产。
发酵工程的基本步骤
发酵工程的基本步骤一、发酵工程简介发酵工程是一种利用微生物来生产有用物质的工艺过程。
在发酵工程中，微生物通过对底物进行代谢，产生出所需的产品。
发酵工程的基本步骤包括菌种培养、发酵过程控制和产物提取等。
二、菌种培养菌种培养是发酵工程的第一步，其目的是获得高质量的菌种以进行后续的发酵过程。
菌种培养需要选择适合的菌株，并提供合适的培养条件。
培养基的选择要考虑到菌株的生长需求，包括碳源、氮源、微量元素和pH值等。
培养条件的控制也十分重要，如温度、pH值、氧气供应和搅拌速度等。
三、发酵过程控制发酵过程控制是发酵工程的核心环节，它直接影响着发酵产物的质量和产量。
发酵过程控制需要对发酵参数进行监测和调节，以满足菌株的生长和产物的合成需求。
常用的发酵参数包括温度、pH值、溶解氧浓度和搅拌速度等。
发酵过程控制一般分为两个阶段，即生长阶段和产物合成阶段。
生长阶段主要是为了增殖菌体数量，而产物合成阶段则是为了产生所需的物质。
四、产物提取产物提取是发酵工程的最后一步，其目的是将发酵产物从发酵液中分离出来。
产物提取需要根据产物的性质选择合适的方法，如离心、过滤、蒸馏和萃取等。
此外，还需要对产物进行纯化和浓缩，以得到纯净的产物。
五、发酵工程的应用领域发酵工程广泛应用于食品、饲料、药品、化工等领域。
在食品工业中，发酵工程常用于酿造食品，如啤酒、酱油和酸奶等。
在饲料工业中，发酵工程可用于生产饲料添加剂，如酶制剂和益生菌等。
在药品工业中，发酵工程可用于生产抗生素、酶制剂和乳酸菌制剂等。
在化工工业中，发酵工程可用于生产有机酸和溶剂等。
六、发酵工程的前景发酵工程作为一种高效、环保的生产工艺，具有广阔的发展前景。
随着生物技术的不断发展，发酵工程在新药研发、能源生产和环境修复等领域的应用将会越来越广泛。
同时，发酵工程还有助于实现资源的可持续利用，促进可持续发展。
七、结论发酵工程是一种利用微生物进行有用物质生产的工艺过程，其基本步骤包括菌种培养、发酵过程控制和产物提取等。
现代发酵工程主要产品的工艺过程
《发酵工程》 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
Howard Florey
Ernst Chain
青霉素生产中作出巨大贡献者
《发酵工程》 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
分类
根据抗生素的作用机制分类 • 抑制细胞壁合成 ： 青霉素，头孢菌素，杆菌肽等； • 抑制细胞膜功能 ： 多粘菌素，短杆菌素等； • 抑制蛋白质合成 ： 四环素，链霉素，卡那霉素，庆大霉素，红霉素等 • 抑制核酸合成 ： 丝裂霉素，博来霉素，利福霉素，放线菌素等； • 抑制生物能作用：抗霉素等
《发酵工程》 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
生产前期研究
产生菌的筛选 抗菌性试验 提取、精制、鉴定 毒性试验 药理和临床试验
《发酵工程》 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
lawn of test bacteria 测试菌苔
filter papers soaked with test compounds
水解糖制备的方法：
1、酸解法 以无机酸为催化剂、高温高压
2、酸酶法
先将淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖 化酶水解为萄糖
3、酶酸法 将淀粉乳先用-淀粉酶液化，再用酸水
解成葡萄糖
4、双酶法
用淀粉酶和糖化酶结合将淀粉水解成 葡萄糖
《发酵工程》 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
以大米为原料的酶酸法制糖工艺：
由葡萄糖合成谷 氨酸的代谢途径
乙醛酸循环 TCA 循环的一条回补途径 柠檬酸裂解酶、苹果酸合酶
《发酵工程》 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
谷氨酸合成的理想途径
由葡萄糖发酵谷氨酸的理想途径
《发酵工程》 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
《发酵工程及其应用》 讲义
《发酵工程及其应用》讲义一、发酵工程的概念发酵工程，简单来说，就是通过微生物的特定功能，利用现代化工程技术手段来大规模生产对人类有用的产品。
它是生物技术的重要组成部分，涵盖了微生物学、生物化学、化学工程等多个学科领域。
微生物在发酵过程中扮演着关键角色。
它们具有独特的代谢能力，可以将各种原材料转化为有价值的物质。
比如，一些细菌能够产生抗生素，某些真菌能发酵出美味的食品，像我们熟悉的酱油、醋等。
二、发酵工程的基本过程发酵工程通常包括以下几个主要步骤：1、菌种选育这是发酵的源头。
要找到性能优良、适合大规模生产的微生物菌种。
选育的方法有很多，包括从自然界筛选、诱变育种，还有现代的基因工程育种等。
就像挑选运动员一样，要选出有“潜力”的菌种。
2、培养基制备为微生物提供生长和代谢所需的营养物质。
培养基的成分要精心调配，包括碳源（如葡萄糖）、氮源（如铵盐）、无机盐和生长因子等。
不同的微生物对培养基的要求各不相同。
3、灭菌在发酵前，必须对培养基、发酵设备等进行严格灭菌，以防止杂菌污染。
这就好比给房间做大扫除，把“不速之客”统统赶出去，为微生物创造一个纯净的生长环境。
4、接种把选育好的优良菌种接入到已经灭菌的培养基中。
这一步要保证操作的无菌性，就像小心翼翼地把珍贵的种子种到肥沃的土地里。
5、发酵控制这是整个过程的核心环节。
要控制好温度、pH 值、溶氧、搅拌速度等各种条件，让微生物能够愉快地工作，大量生产我们需要的产物。
6、产物分离提纯发酵结束后，要从发酵液中把目标产物分离出来，并进行提纯和精制，得到符合要求的产品。
这有点像从一堆杂物中找出我们想要的宝贝，然后把它擦拭干净、打磨光亮。
三、发酵工程的应用领域1、食品工业发酵工程在食品领域的应用可谓历史悠久。
酸奶、面包、啤酒、葡萄酒等，都是通过微生物发酵制成的。
例如，制作酸奶时，利用乳酸菌将牛奶中的乳糖发酵转化为乳酸，使牛奶凝固并产生独特的风味和口感。
2、医药工业许多重要的药物都是通过发酵工程生产的。
《现代发酵工程》课件
改良技术：基 因工程、代谢 工程、细胞工
程等
应用领域：食 品、医药、化
工、环保等
微生物培养基的配制和优化技术
培养基的组成： 包括碳源、氮 源、无机盐、
维生素等
培养基的配制 方法：包括固 体培养基和液 体培养基的配
制
培养基的优化： 包括pH值、温 度、溶氧量等
条件的优化
培养基的灭菌： 包括湿热灭菌 和干热灭菌等 方法的选择和
基因工程：通过基因编辑技 术，提高发酵效率和产物质 量
智能化控制：利用人工智能 技术，实现发酵过程的自动
化和智能化控制
环保技术：开发环保型发酵 技术，降低发酵过程对环境
的影响
提高发酵产物的产量和质量
优化发酵工艺：通过优化发酵条件、发酵时间和发酵温度等参数，提高发酵产物的产 量和质量。
基因工程：利用基因工程技术，对微生物进行改造，提高其发酵能力，从而提高发酵 产物的产量和质量。
现代发酵工程
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汇报人：PPT
目录 /目录
01
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04
现代发酵工程 的主要技术
02
现代发酵工程 概述
05
现代发酵工程 的应用实例
03
现代发酵工程 的基本原理
06
现代发酵工程 的未来发展
01 添加章节标题
02 现代发酵工程概述
03
现代发酵工程的基本原 理
微生物的种类和特性
微生物种类：包括细菌、真菌、酵 母等
微生物在发酵工程中的作用：分解 有机物、产生代谢产物、提高发酵 效率
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苏教版高中生物选修2-生物科学与社会：发酵工程的一般过程_课件1
四、发酵工程的应用
2. 在食品工业方面：
1) 发酵工程能为人们提供丰富优质的传统发酵产品。 如：生产呻酒，果酒等。
2) 发酵工程能生产各种食品添加剂。例如, 酸味剂：柠檬酸、乳酸等；鲜味剂：谷氨酸等； 色 素：β -胡萝卜素等； 甜味剂：高果糖浆等。
从自然界分离的菌种
诱变育种 扩大培养
基因工程 生产用菌种 对数期
细胞工程 原料
接种
发酵罐 发酵条件控制
灭菌 培养基配置
微生物菌体
分离 提纯 (稳定期) 过滤 沉淀 蒸馏 萃取 离子交换 代谢产物
产品
四、发酵工程的应用
1. 在医药方面：
1) 发酵工程能生产人们所需的药品。例 如：通过青霉发酵能生产青霉素。
一、发酵工程生产实例
2. 培养基的选择
成分
酸
水
无机盐
氮源
碳源
生长因 碱 子度
豆饼水解 磷酸二氢钾
豆饼水
pH
液、玉米 氧化钾 尿素 解液、 生物素
浆中的水 硫酸镁
玉米浆
7-8
一、发酵工程生产实例
3. 发酵罐示意图
加料口 搅拌器
电动机 pH检测及 控制装置
排气口
冷却水出口
冷却水进口 放料口
培养液 无菌空气
二、发酵工程概念
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中 的一种新技术。
三、发酵工程的内容
发酵工程的内容包括了以下的基本步骤：
介绍发酵制品的工艺流程
介绍发酵制品的工艺流程发酵制品是一种通过微生物的发酵作用，将食材转化为具有特殊风味和口感的食品。
主要包括酸奶、豆腐、酱油、味噌等。
一、酸奶的制作过程：1. 选择优质鲜奶：首先选择新鲜的奶源，最好是牛奶或羊奶，经过杀菌处理，以去除其中的有害细菌。
2. 加热乳液：将杀菌后的奶液加热至70以上。
这样做可以消灭其中的细菌和酵母菌，提高发酵的效果。
3. 添加乳酸菌：将已培养好的乳酸菌添加到加热后的奶液中。
乳酸菌是酸奶发酵的关键，它可以将乳糖转化为乳酸，使奶液酸化。
4. 发酵：将添加了乳酸菌的奶液放置在恒温箱中发酵，一般在37左右，持续4-8小时。
期间，乳酸菌会迅速繁殖和发酵，产生酸奶特有的风味与口感。
5. 储存与冷却：发酵完毕后，将酸奶取出，进行冷却以停止发酵。
然后储存在低温环境中，以延长保质期。
二、豆腐的制作过程：1. 磨浆：首先将黄豆浸泡在水中，使其变软。
然后将豆子磨成细浆，通过磨浆可以使豆浆更加细腻。
2. 煮沸：将磨好的豆浆倒入大锅中，加热至沸腾。
这样做可以除去豆浆中的生物活性物质，保证制作出的豆腐口感更好。
3. 采用自然凝固或添加凝固剂：豆浆沸腾后，可选择自然凝固或添加凝固剂。
自然凝固是将豆浆放置在室温下，并在一定时间内由自身酶酸凝成块；而添加凝固剂则是在豆浆中加入石膏或硫酸镁等，并搅拌均匀，辅助凝固。
4. 凝固和压制：如果选择自然凝固，待豆浆凝固成块后，将其盖在布上，上放约8-10公斤重的重物进行压制，以去除多余的水分；如果添加凝固剂，则可直接放入压模中，加重压制。
5. 切块与煮熟：通过压制后，将凝固好的豆腐切成块状，然后将其放入热水或油中煮熟，能使豆腐更加坚实和食用安全。
三、酱油的制作过程：1. 选择黄豆和麦麸：首先选择大豆黄豆，经过磨粉成粉末；麦麸是酿造过程中必不可少的辅料。
2. 蒸煮：将黄豆粉末加水搅拌均匀，然后加热蒸煮约1小时。
3. 添加麦麸和盐：将煮熟的黄豆粉末中加入麦麸和盐，并搅拌均匀，然后开始发酵。
发酵工程原理
发酵工程原理第一章绪论1.发酵（fermentation）:采用现代工程技术手段，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。
【名】2.第一阶段（~1900年）：酒精、醋；第二阶段（1900~1940）：酵母面包、甘油、柠檬酸、丙酮；第三阶段（1940~1960）：青霉素、链霉素、赤霉素、氨基酸、核苷酸、酶【判、单】3.1900~1940年期间是发酵工业的第二阶段【判】4.从发霉的甜瓜中筛选“产黄青霉”菌株，使青霉素效价提高了几百倍。
【判、填】5.现代发酵工程是以基因工程的诞生为标志，以微生物工程为核心内容。
【填】6.发酵工程的6个部分：a.菌种以及确定的种子培养基和发酵培养基的组成；b.培养基、发酵罐和辅助设备的灭菌；c.大规模的有活性、纯种的种子培养物的生产；d.发酵罐中微生物最优的生长条件下产物的大规模生产；e.产物的提取、纯化；f.发酵废液的处理。
7.选育菌种的基本方法：自然选育、抗噬菌体选育、诱变育种、代谢工程育种、基因定向育种、基因组改组。
【填】8.我国已是发酵工业大国，但不是发酵强国。
【判】9.发酵产业的差距：【解】a.工业生产菌种的技术水平较差b.发酵工业相对落后。
c.产品科技含量低，产品浓度低、能耗高、污染大。
d.装备水平落后。
第二章微生物菌种制备原理与技术1.发酵工业常用的微生物主要有：细菌、放线菌、酵母菌和霉菌。
【填】细菌、放线菌偏碱7~7.5；霉菌和酵母偏酸4.5~6.2.自然界分离筛选目的菌株的一般步骤和方法：【解】a.含微生物样品的采集b.含微生物样品的富集培养c.微生物的分离d.野生型目的菌株的筛选f.野生型目的菌株的菌株鉴定3.菌种退化：生产菌种或选育过程中筛选出来的较优良菌株，由于进行移接传代或保藏之后，群体中某些生理特征和形态特性逐渐减退或完全丧失的现象。
【名】4.工业微生物菌种的保藏方法：斜面保藏法（1~3个月）、液体石蜡油保藏法、冷冻干燥保藏法、真空干燥法、液氮超低温保藏法、工程菌的保藏。
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《发酵工程》
发酵控制 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
生长因子：
目前以糖质原料为碳源的谷氨酸产生菌均为生物素缺 陷型，以生物素为生长因子 生物素的作用主要是影响谷氨酸产生菌细胞膜对谷氨酸 的通透性 用量：菌体生长所需的“亚适量”；一般5g/L 生物素过量，不产或少产谷氨酸； 生物素不足，菌体生长不好，谷氨酸产量也低。
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
菌种
孢子 制备
种子 制备 提取和精制
发酵
发酵液的预处理
成品包装
现代抗生素工业生产工艺
培养基
Media for Cell Growth & Final production
Fermentation 发酵培养基 Components Range % 组 成 Glucose 0.5-1.0 Starch 0.5-5.0 Corn steep liquor 5.0-8.0 玉米浸提液 Soy flour 1.0-5.0 Phosphate 0.1-1.0 Ammonium sulphate 0.5-1.0 and fed periodically Oil 1.0 and fed continuously Corn syrup fed continuously 玉米糖浆 连续加料
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
第八章 现代发酵工业主 要产品的工艺过程
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
第一节 抗生素
抗生素：是生物在其生产活动过程中所产生， 并能在低微浓度下有选择性地抑制或杀灭其他 微生物或肿瘤细胞的有机物。
历史
1928年，英国弗莱明发现青霉素
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
生产前期研究
产生菌的筛选 抗菌性试验 提取、精制、鉴定 毒性试验 药理和临床试验
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
lawn of test bacteria 测试菌苔 filter papers soaked with test compounds 含药物滤纸
抑制细胞膜功能 ： 多粘菌素，短杆菌素等； 抑制蛋白质合成 ： 四环素，链霉素，卡那霉素， 庆大霉素，红霉素等 抑制核酸合成 ： 丝裂霉素，博来霉素，利福霉 素，放线菌素等； 抑制生物能作用：抗霉素等
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
种子罐培养
接种量: 0.8-1.0% 温度: 32℃ 时间 :7 - 8小时 通风量: 50L: 1 :0.5
250L : 1 : 0.3
500L: 1 : 0.25
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第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
2、发酵控制
1）培养基
碳源：多用淀粉水解糖 ◇ 在一定范围内，谷氨酸的产量随糖浓度增加而增加； 但过高，由于渗透压增大，对菌体生长和发酵均不利。
agar plate 琼脂培养基
zones of inhibition (no growth) 抑菌圈
Agar diffusion assay
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
分析仪器
现代分析仪器： • 核磁共振
•
• • •
毛细管电泳
气相色谱 高效液相色谱 质谱 自 动 、灵 敏、准 确
• 若淀粉水解过分，葡萄糖发生复合反应生成龙胆
二糖、异麦芽糖等非发酵性糖，同时葡萄糖发生分
解反应，生成5-羟甲基糠醛，并进一步分解生成有
机酸和黑色素等物质，对菌体生长和谷氨酸发酵均
有抑制作用。
《发酵工程》
发酵控制 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
氮源
◇尿素
◇ 玉米浆、麸皮水解液 ◇液氨
◇碳酸氢铵
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第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
谷氨酸的发酵生产
主要菌株：棒状杆菌属
杆菌属
(Corynebacterium)，短
(Brevibacterium)，小杆菌属
（Microbacterium），节杆菌属
(Arthrobacter)
国内常用菌株：北京棒杆菌 AS1.299 、7338、
◆ 30～80%的氮用于合成谷氨酸
《发酵工程》
发酵控制 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
C/N
C / N = 100 ： 15 ～ 30
（比 一般高；100 ：0.2 -2.0 )
在发酵的不同阶段控制不同的C/N
在长菌阶段，如NH4+过量会抑制菌体生长；
在产酸阶段，如NH4+不足，谷氨酸的积累减少。
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
谷氨酸合成的理想途径
由葡萄糖发酵谷氨酸的理想途径
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
谷氨酸积累机理：
1）谷氨酸产生菌丧失或仅有微弱的-酮戊二酸脱氢酶活力， 使-酮戊二酸不能继续氧化；但谷氨酸脱氢酶活力很强，同 时NADPH2再氧化能力弱，这样就使-酮戊二酸到琥珀酸的过 程受阻；在有过量铵离子存在时， -酮戊二酸经氧化还原 共轭的氨基化反应而生成谷氨酸。 2）谷氨酸产生菌大多为生物素缺陷型，谷氨酸发酵时通过控 制生物素亚适量，引起代谢失调，使谷氨酸得以积累。 3）生成的谷氨酸不形成蛋白质，而分泌泄漏于菌体外。 4）谷氨酸产生菌不利用菌体外的谷氨酸，而使谷氨酸成为最 终产物。
《发酵工程》
发酵控制 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
提供生长因子的农副产品原料：
玉米浆
Байду номын сангаас 麸皮水解液 糖蜜 酵母
《发酵工程》
发酵控制 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
2）温度
最适生长温度 30～34℃
谷氨酸产生的最适温度35～37℃ 可采用变温控制
《发酵工程》
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
• 当环境条件发生变化时，菌体的生物代谢也会 发生变化，谷氨酸发酵会向其他发酵转换，谷氨
酸积累减少，而其他副产物积累量增加。
适中
产生谷氨酸
溶氧
不足
过量
产生乳酸
产生-酮戊二酸
磷酸盐
适中
过量
产生谷氨酸
产生缬氨酸
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第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
压滤
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
菌种的扩大培养
普遍采用二级发酵 （一级种子罐）
斜 面 摇瓶
种 子 罐
发 酵 罐
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
斜面菌种：
30-32℃； 18-24小时
摇瓶种子：
目的在于大量繁殖活力强的菌体，培养基组成
以少含糖分、多含有机氮为主。
5）发酵中菌体发生明显的形态变化，同时发生细胞膜渗透性的变化；
6） 二氧化碳固定反应酶系活力强； 7）异柠檬酸裂解酶活力欠缺或微弱、乙醛酸循环弱； 8）-酮戊二酸氧化能力缺失或微弱； 9）柠檬酸合成酶、乌头酸酶、异柠檬酸脱氢酶、谷氨酸脱氢酶活力强； 10）具有向环境中泄漏谷氨酸的能力；
《发酵工程》
根据抗生素的化学结构分类 β -内酰胺类：青霉素类和头孢菌素类，它们含有 一个四元内酰胺环，为目前最受重视的一类。
氨基糖苷类 ：包括链霉素、庆大霉素含有氨基糖 苷类或氨基环醇。
大环内酯类 ： 红霉素、麦迪加霉素 四环类 ： 四环素、土霉素 多肽类 ：多粘菌素
蒽环类抗生素：阿霉素、柔红霉素属于抗癌类抗 生素。 喹诺酮类抗生素，如环丙沙星、诺氟沙星。
◇目前国内常用125-150g/L， 产酸55-70g/L；有的采用 高糖工艺（170 – 190g/L),产酸80g/L，但周期延长
《发酵工程》
发酵控制 第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
淀粉水解糖质量对谷氨酸发酵的影响很大
• 如果淀粉水解不完全，有糊精存在，不仅造成浪
费，还会产生过多泡沫，影响发酵的正常进行。
90℃，间隙通空气，10～20 min； 碘液反应检查 100～105℃，5min
杀酶
压滤
调pH
pH 1.8
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
糖化 中和
0.28MPa，10-15min；无白色反应（无 水酒精检查） 调pH4.0-4.8，蛋白析出
脱色
活性碳吸附法；0.1-0.4%; 70℃
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
清洗 浸泡
常温；以手捏碎为佳 ( 1-5h)
以大米为原料的酶酸法制糖工艺：
粉碎
调浆
15 波美度左右 0.3% CaCl2, pH6.3-6.5; 保护淀粉酶活力
加保护剂
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
加酶 液化
-淀粉酶，0.25～0.3%
谷氨酸的生产流程
（一）淀粉水解糖的制备
目前的谷氨酸产生菌都不能直接利用淀粉，也 基本上不能利用糊精。 因此必须将淀粉水解成葡萄糖。
《发酵工程》
第八章 现代发酵工业主要产品的工艺过程
水解糖制备的方法：
1、酸解法 2、酸酶法 3、酶酸法 4、双酶法
以无机酸为催化剂、高温高压 先将淀粉水解成糊精或低聚糖，再用糖 化酶水解为萄糖 将淀粉乳先用-淀粉酶液化，再用酸水 解成葡萄糖 用淀粉酶和糖化酶结合将淀粉水解成 葡萄糖
二战期间，大规模发酵生产
世界上最早用于临床的抗菌素
《发酵工程》