生物技术概论-第4章-发酵工程

利用微生物生长速度快、 生长条件简 单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件 下，通过现代化工程技术手段，由微生物 1 发酵工程基本原理
发酵工程最基本的原理是发酵工程的生物 学原理。
其他原理参看《发酵工程原理与技术》
广义上讲，发酵工程由三部分组成： 上游工程 中游工程 下游工程。
（4）研究开发发酵和提取新技术、新工艺、 新设备，提高产品收率、节能降耗。
（5）研发大规模工业化发酵生产技术。
【2】现代发酵工程技术在食品领域 的应用研究进展
（1） 改造传统的食品加工工艺
1) 以微生物发酵代替化学合成；
氨基酸生产过去都采用动植物蛋白提取和 化学合成法生产，而采用基因工程和细胞融 合技术生成的“工程菌”进行发酵，其生产 成本下降、污染减少，产量可成倍增加。
第4章 发酵工程
教学要求
了解发酵工程的基本原理和发展动态。 重点：发酵工程的基本原理和发展动态。 难点：发酵工程的基本原理和发展动态。
教学内容：
4.1 发酵工程基本原理 4.2 发酵工程的基本内容、特点 4.3. 发酵工程的发展动态
发酵工程(fermentation engineering)
4.2 发酵工程的基本内容、特点
发酵工程的基本内容：
生产菌种的选育； 发酵条件的优化与控制； 反应器的设计； 产物的分离、提取与精制。
发酵工程反应过程特点：
常温常压 、反应安全、条件简单； 可由廉价原料生产高价值产品，变废为宝； 反应专一性强，代谢产物单一； 容易产生复杂的高分子化合物； 设备消毒、空气过滤、无菌条件发酵； 通过变异和菌种筛选，可获得高产的优良菌
【3】工程面临多种挑战
主要有以下几点: 1、微生物工程与合成化学工业的竞争
自20世纪50年代以来，有机溶剂的化学合 成极大威胁微生物工业的生产。 2、农业基因工程对微生物工程的冲击 在转基因植物中生产分子药物具有成本低 于传统微生物发酵技术等的特点。
3、很多产品都能通过发酵工程发酵生产出 来，但缺少有效途径将产品从发酵液中高
（5）能源开发 通过发酵工程技术可利用 可再生原料生产燃料酒精，生产沼气，进 行微生物冶金等。
4.3. 发酵工程的发展动态
【1】目前发酵工程技术研究主要集中的几 个方面；
【2】现代发酵工程技术在食品领域的应用 研究进展
【3】工程面临多种挑战 【4】今后微生物工程的努力发展方向
【1】目前发酵工程技术研究 主要集中的几个方面：
株使生产设备得到充分利用。
发酵工程的应用领域
(1)轻工业
轻工业是发酵工程技术应用最早和最多的领域，这 个领域的特点是大量利用农副产品（产要是淀粉 类产品）进行深加工，其生产的产品种类有：
①酒和溶剂类： 如啤酒、白酒、果酒、酒精、丙酮等； ②有机酸类：如柠檬酸、乳酸、苹果酸、衣康酸等； ③氨基酸类：如谷氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸等； ④酶制剂类：如食品工业、纺织工业和饲料工业用酶等； ⑤功能性蛋白质、功能性脂类、功能性糖类。
（1）采用基因工程、细胞工程技术与常规 微生物育种方法相结合，辅之以激光、离 子束、γ－射线等物理诱变方法，致力于选 育发酵工业所需的各种优良生产菌种。
（2）开发研制社会需要、附加值高的新型 发酵产品。
（3）采用发酵工程技术取代部分传统化工 产品的生产，降低原材料消耗和能源消耗， 减少污染物的排放。
效分离出来，这是发酵工程最需要解决的 问题。
【4】今后微生物工程的努力发展方向
1，提高现有微生物发酵工业水平 2，利用重组DNA技术，人工选育和改良菌种 3，开拓极端酶（进行极端酶的研究和开发，首先涉及的是极
端微生物的培养，极端微生物要求极端的生长条件,但是当前通用的发酵
） 工业设备不能满足这些需，这就需要对发酵工业设备进行改进
废料及石油废料人工培养的微生物菌体。单细胞蛋白不是 一种纯蛋白质，而是由蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸、 维生素和无机化合物等混合物组成的细胞质团。单细胞蛋 白中重要的是酵母蛋白、细菌蛋白和藻类蛋白，它们的化 学组成中一般以蛋白质、脂肪为主。
（3）开发功能性食品
人工发酵培养虫草菌已在中国医学科学院药物研究所 实现，成果卓著，分析产品的化学成分和药理等方面，与 天然冬虫夏草类同，临床上应用对高血脂症、性功能障碍、 ‘漫性支气管炎等均有疗效，而治疗性功能障碍优于天然 冬虫夏草;对病毒性肝炎(乙肝)有显著疗效。
4，采用发酵技术进行高等动植物细胞培养 5，固定化（酶和细胞）技术的广泛应用
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2) 以现代发酵工程改造传统发酵食品
日本从土壤中分离得到一株酒精生产菌 (TB-22，它能利用稻草、废木材和纤维素 生产酒精。
Arira等人运用固定化醋酸菌酿制食醋，可 缩短发酵延缓期，醋化能力提高9.5倍。
（2）单细胞蛋白(SCP)的生产
单细胞蛋白，也叫微生物蛋白，它是用许多工农业
上游工程——发酵上游工程的主要任务是 菌种的扩大培养，包括了优良种株的选育， 最适发酵条件（pH、温度、溶氧和营养组 成）的确定，营养物的准备等。
中游工程——发酵中游工程的主要任务是 通过发酵大量培养细胞和生产代谢产物， 为下游工程提供生产材料。中游工程是发 酵工程的核心。
下游工程——发酵下游工程的主要任务是 从发酵产品（发酵液）中分离和纯化目标 产品，是生化产品的加工工程。
富硒酵母
研究发现酵母细胞对硒具有富集作用(吸收率 约75% )，利用酵母的这一特点，在特定培养 环境下及不同阶段在培养基中加入硒，使它 被酵母吸收利用而转化为酵母细胞内的有机 硒，然后由酵母白溶制得产品。富硒酵母在 国外己实现工业化并进入实用阶段。
真菌多糖
真菌中所含多糖如金针菇多糖、银耳多糖、 香菇多糖、灵芝多糖、猴头菇多糖、获菩 多糖、虫草多糖等，具有免疫激活、抗肿 瘤、抗衰老、降血糖、降血脂、保肝、防 血栓等多种生理功能。上述真菌的菌丝体 可采取深层发酵培养制取，然后提取真菌 多糖。
（2）生物医药工业 通过发酵工程技术， 可以生产多种抗生素、疫苗、以及一些基 因工程药物（如干扰素、白细胞介素系列 等）。
（3）农牧业 通过发酵工程技术，可以生 产生物农药、生物肥料、植物生长调节剂、 饲料蛋白、饲料工业用酶等。
（4）环境保护 发酵工程技术，可用于污 水处理，有毒物质的降解、固体垃圾处理、 土壤污染的修复。