发酵工厂绪论

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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。

第1章发酵工艺学绪论

第1章发酵工艺学绪论。

第一章绪论主讲内容：发酵工艺学的基本概念微生物工业发酵的历史及发展方向§1-1发酵工艺学的基本概念一、发酵工业的基本概念微生物学中的发酵的定义：微生物发酵工业的概念：1.发酵工业生产的基本模式讲述生物工业的基本生产模式，引出生物技术、生物工程的概念，讲述两者之间的区别与联系2.发酵工业的分类酿酒业（啤酒、葡萄酒、白酒……）。

厌氧发酵调味品（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、丙醇等好氧发酵维生素发酵——VC、VB2生理活性物质——白介——2环境工业——废水的生物处理，废弃物的生物降解二、微生物发酵的基本特征1.微生物发酵过程是一个典型的化工过程由于微生物生理特性决定了微生物在发酵过程中需要稳定的环境、特殊的条件以及以氧作为底物的供给，这些多涉及到化工生产的一下领域：（1）质量的传递——氧的供给、代谢物的排泄等（2）热量的传递——微生物呼吸产热，微生物生长于代谢需要稳定的而严格的温度条件。

（3）动量的传递——涉及到搅拌轴功率的计算，他与溶氧、气液混合的关系（4）微生物的反应工程——涉及到微生物的生长动力学模型的建立，产物生成动力学模型的建立。

2.微生物发酵过程是一个典型的代谢控制发酵从微生物发酵的历史角度看，最早的微生物发酵是一个自然发酵过程，现代微生物工业通常是指微生物的代谢控制发酵？定义：是指利用生物的、物理的、化学的方法，人为的改变了微生物的生长代谢途径，使之合成、积累、分泌我们所需要的产品的过程。

以GA发酵为例，建树微生物代谢控制发酵的意义。

3.微生物发酵工业又是一个有别于化工过程的一个工业有以下几个特征：（1）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（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。

《发酵工程绪论》PPT课件

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一、发酵工程的特征
（p13）
1、原料：发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。
2、菌种：微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。
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4、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。
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利用微生物的特点：
• 发酵工程所利用的微生物：细菌、放线菌，酵母菌和霉菌等。 • 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。
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（三）发酵工程产品的类型
• 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食品、医疗保健药物；
• 天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料；
• 氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素； • 单细胞蛋白等微生物菌体。 • 生物能 • 微生物冶炼 • （p3 ）
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。
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2、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

华南理工大学发酵工厂设计第一章绪论

空白是指待测酶反应以外的其它反应（杂酶、自发反应）引起的变化量
空白值可通过不加底物、不加酶、或两者都加而预先使酶失效而测定例如： GPT 测定中 —— 先不加底物；酸性磷酸酯酶中 —— 先不加酶；对照是指用标准酶（或纯酶）测得的结果，与样品酶对照来定量。
（三）、测定方法（测产物增加量）
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关于米氏方程的讨论
1、 Km ＞＞[S] 时： v=V[S]/ Km
初速度与[S]成正比的一级反应。
2、若Km << [S]时： v=V
零级反应
3、若Km = [S]时： v=1/2V
酶反应速度与[S]的关系
米氏常数Km的意义
1、概念：
反应速度为最大反应速度一半时的底物浓度。
2、单位：
mol/L 或 mmol/L
a） [s]>=100Km； b）有时不宜采用高底物浓度（有毒性、价高、溶解度小、抑制酶反应等)则根据具体条件，通过实验选一适当浓度。
2、最适pH a）选择最适pH并维持在这一范围。 b）pH的稳定通常借助缓冲系统来控制，要求稳定、无干扰、价廉。 C）离子种类和强度。如：柠檬酸、磷酸系统等。可查表选取。
3. 酶学——理论研究
• • • • • • 脲酶结晶的获得与蛋白质本质锁匙学说与诱导契合学说中间络合物学说与酶促反应动力学酶作用机理（酶理化性质及催化性质）的研究酶蛋白质一级结构测定方法酶蛋白分子结构与功能的关系
• 酶学是生物化学的重要分支
4. 酶工程——应用研究
• • • • • • • • 1、酶制剂的分离、提纯、大批量生产及新酶的开发； 2、酶生产中的基因工程技术的应用； 3、酶分子的改造(修饰、模拟与抗体酶等）； 4、酶与细胞的固定化； 5、酶制剂的应用性开发； 6、生物催化； 7、酶抑制剂、激活剂开发及应用研究； 8、酶反应器的研究（包括反应检测、酶传感器）；

发酵工厂设计概论绪论第一章课件

发酵工厂设计概论绪论第一章
第一节概述
一、遵循基本建设程序的必要性
1、国家规定基本建设从决策立项到施工建设都要按程序办事。
发酵工厂设计概论绪论第一章
2．建设期阶段
发酵工厂设计概论绪论第一章
3．生产期阶段
发酵工厂设计概论绪论第一章
第二节项目建议书
一、项目建议书的任务和意义
项目建议书是设计工作的前奏，其任务是向国家、省、市有关主管部门直接申请工程项目，以期批准立项，进行厂址选择调研工作及可行性研究工作。对于大、中型工程项目国家有严格的管理规定，需要按程序报国家有关部门批准。对于小型工程项目，项目建议书由主管部门批准，可按明确的设计方案，直接进行施工图设计，使设计程序得以简化。
发酵工厂设计概论绪论第一章
二、可行性研究的任务和意义
任务:根据三级经济规划(包括国家、地区与行业的)要
求，或根据市场经济的要求，对拟建(扩、改建)工程项目的技术性、经济性和工程实施性，进行全面调查、预测、分析和论证，作出是否合理可行的科学评价，最后，写出可行性研究报告，为对项目作出决策提供可靠依据。
发酵工厂设计概论绪论第一章
9．社会及经济效果评价
社会及经济效果要进行静态分析和动态分析。国家计委委托中国国际工程咨询公司组织编写的《投资项目可行性研究指南（试用版）》中提供了 “可行性研究报告编制步骤与要求”、“一般工业项目可行性研究报告编制大纲”，可供遵循。
发酵工厂设计概论绪论第一章
发酵工厂设计概论绪论第一章
发酵工厂设计概论绪论第一章
意义：可行性研究实质是对投建的工程项目，进行全面
的技术经济分析，从而避免和减少建设项目决策的失误，提高建设投资的综合效益，是决定项目投资命运的关键。如果没有可行性研究，或者有研究但不深入、分析预测不准确、经济评价不科学，都会对项目的投资与投产带来难以弥补的经济损失。

发酵工程第一章绪论 PPT资料72页

第一节发酵工程的概念
发酵芽母谷作物用产于生果
汁或
－－请看下面现象
微生物的
发酵现象
ferver：发泡、沸腾 fermentation
CO2
一.对发酵现象的不同理解
－两种角度（能量、产物）
侧重能量代谢：
1、能够在氧分子参与下进行有氧呼吸产生能量的生物可以进行：
有氧呼吸、糖酵解、厌氧呼吸（兼性微生物）
甘氨酸(C2N)
丙氨酸（ C3N)
赖氨酸（ C 6N 2)
蛋氨酸（ C 5N 5)
丙酮酸
A D P(C 7N 2)
乙酸 CO2
缬氨酸（ C5N) 亮氨酸
天门冬氨酸（ C 4N )
草酰乙酸 (C4)
柠檬酸 (C6)
苏氨酸（ C 9N )
α －酮戊二酸(C5)
▪ 微生物菌体 ▪ 酶制剂 ▪ 代谢产物 ▪ 生物转化 ▪ 微生物特殊机能的利用
利用微生物消除环境污染利用微生物发酵保持生态平衡微生物湿法冶金利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域
微生物菌体
酵母发酵传统菌体发酵工业
菌体蛋白（单细胞蛋白）发酵
杀虫剂：苏云金杆菌，蜡样芽孢
现代菌体发酵工业
Fermentation Technology. (2nd Edition)
考核方式
闭卷考试占70％平时课堂提问、作业、笔记、课堂论文
与考勤占30％
第一章发酵工程概述
CONTENTS
一、发酵工程的概念二、发酵工程的发展简史三、发酵工程的基本内容＊四、发酵过程的主要发酵类型五、发酵工程的后处理＊＊
杆菌，侧孢芽孢杆菌；白僵菌、绿僵菌

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

《发酵工厂设计》课程教学大纲

发酵工厂设计课程教学大纲课程名称：发酵工厂设计英文名称：Fermentation Factory Design课程编码：x3030651学时数：32其中实践学时数：0 课外学时数：0学分数：2.0适用专业：生物工程一、课程简介发酵工厂设计是生物工程专业开设的一门专业必修课程，它是以工艺设计为主要内容的多学科的综合性交义课程，同时又是一门实用性很强的课程。

通过本课程的学习，使学生对所学的各门知识进行综合运用，初步具备设计生物工厂的能力；培养学生具有工厂工艺设计的能力，结合生产实习或毕业设计，完成工程师的综合性基本训练；通过理论学习和生产实习，培养学生分析问题和解决问题的能力，能够分析各工厂设计的优缺点，并对设计方案作出科学的选择。

发酵工厂设计是生物企业进行基本建设的第一步，成功的生物工厂设计是经济上合理，技术上先进，投产之后产品在质量和数量上均能达到设计所规定的指标，各项经济指标和技术指标都能达到同类工厂的先进水平或国际先进水平，同时注意对环境的保护。

本课程作为生物工程专业高年级的专业必修课程，对提高学生的专业理论水平，扩展专业知识领域，今后更好的面向工厂生产实际，培养学生理论与实际的结合能力有直接的作用。

课程内容主要涉及生物及食品工厂总平面设计、工艺设计、辅助设施设计和建筑设计等。

通过本课程的教学，使学生初步了解基本建设的一般程序，理解生物及食品工厂有关工艺设计的基本理论，掌握生物及食品工厂设计的基本内容和方法，培养学生查阅资料，使用手册、标准和规范以及整理数据、提高运算和绘图的能力。

使学生具备书写可行性研究报告的能力；能够在老师指导下进行各类生物及食品工厂的课程设计和毕业设计；毕业后具有对生物及食品工厂进行总体规划、生产工艺设计、技术改造的能力。

二、课程目标与毕业要求关系表三、课程教学内容、基本要求、重点和难点（一）绪论1. 教学内容：课程的任务；生物及食品工厂的种类；生物及食品工厂设计意义作用；生物及食品工厂设计的内容；对设计人员的要求。

《发酵工程绪论》课件

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目录
• 发酵工程简介 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的主要技术 • 发酵工程的应用实例 • 发酵工程的未来发展
01
发酵工程简介
发酵工程定义
01
02
03
发酵工程
利用微生物的代谢过程，通过现代工程技术手段，生产有用物质或直接应用于工业生产的一种技术。
发酵工程的核心
氨基酸的生产
氨基酸简介
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，具有氨基和羧基的有机化合物。
氨基酸的生产
通过发酵工程，可以将糖类物质转化为氨基酸。不同的微生物具有不同的氨基酸合成能力，通过选择适当的菌种和发酵条件，可以生产出各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等。
有机酸的生产
有机酸简介
有机酸是指含有羧基的化合物，具有酸味。
THANKS
感谢观看
合成生物学
结合合成生物学技术，设计和构建新型微生物，实现特定代谢产物的优化生产。
人工智能与大数据
利用人工智能和大数据技术，对发酵过程进行实时监控、优化和控制，提高发酵效率。
生物资源的利用与保护
要点一
微生物资源的挖掘与利用
深入挖掘各种微生物资源，利用其代谢产物，实现生物资源的最大化利用。
要点二
乳酸发酵可以用于生产酸奶、乳酪等乳制品，以及泡菜、酸豆角等蔬菜制品。乳酸发酵可以提高食品的口感和品质，延长保质期，同时还有助于维持肠道菌群平衡。
酶制剂的生产
酶制剂简介
酶是一种具有生物催化功能的蛋白质，酶制剂则是经过加工制成的酶制品。
酶制剂的应用
酶制剂可以用于食品、饲料、纺织、造纸、制药等领域。例如，淀粉酶可以用于淀粉加工，提高淀粉的利用率；蛋白酶可以用于蛋白质水解，生产氨基酸和肽类物质。

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。