发酵工艺学原理

发酵工艺学原理讲义及思考题

开课背景（1）何为工艺学？原来的工艺学的特性：

（2）现在：强化工艺学的基

本理论背景，减小课时

数，以单元操作为主线条

的工艺学原理

第一章绪论

§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：

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、物里的、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。

（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……

§1-2微生物工业发酵的历史及发展方向

一、微生物工业发酵的历史

微生物发酵有着悠久的历史，几千年前的酿造实质上就是一个典型的微生物发酵过程，尽管……

近几十年的来微生物发酵不但在应用领域上更加广泛，更重要的是建立了许多新的微生物发酵理论体系，诸如：代谢控制发酵、基因工程菌发酵等……微生物发酵的发展可以分为以下几个阶段：

1.自然发酵阶段

传统的酿造业，目前在国民经济和人民生活中仍然占有重要

的地位。

2.纯培养阶段

这一阶段是微生物发酵工业从自然发酵发展到今天的代谢控制发酵的转折点，由于微生物纯培养技术的建立和发展，大大推动了发酵过程的控制，提高了发酵生产效率，更重要的是推动了微生物学科的发展，使人们从简单的发酵现象中发现了微生物的存在，进而对微生物有了进一步的认识和了解；在此基础上发展起来的菌种的分离、无菌技术、纯培养技术、菌种诱变等为后来的微生物发展奠(dian)定了基础。3.通气搅拌发酵阶段

1929年，弗莱明发现了青霉素，并证明了其在医学上的作用，但是青霉素的工业化生产却限制了他的广泛应用，特别是20世纪的三、四十年代广泛流行的肺结核，以及第二次世界大战期间大量的伤病员，推动了青霉素工业化生产的科学研究与开发。当时，1000个300ml的三角瓶连续摇动7天，方能生产出80万单位的青霉素1只，可见……。后来美国的化学工程师参与了青霉素的工业化生产的研究，发明了一个2吨的通气搅拌发酵罐，……

4.代谢控制发酵阶段

代谢控制发酵的概念的提出最早源于日本人在GA发酵上取得的成功。1956年日本人“木下”，利用……成功地进行了GA的发酵法生产，从此以后，“木下”等人致力于相关的发酵的理论研究，并正式提出了“代谢控制发酵”的概念。利用代谢控制发酵的基本理论，目前已成功地进行了大多数的氨基酸的发酵法生产，同时也完成了诸如：肌苷酸（AMP）、干扰素等新型药物的开发生产。

代谢控制发酵理论的建了和应用为微生物工业发酵的理论和实践作出了重大贡献，也是未来微生物发酵工业研究和发展的方向（为何这样讲？）大多数的工业产品并不是微生物代谢的末端产物，而是微生物代谢的中间性物质，要合成、积累这些物质，必须解除他们的代谢调控机制……

二、微生物发酵工业的发展方向

微生物发酵工业有着悠久的历史，在国名经济中占有重要的地位，21世纪又是生物的，体现在哪里？

1.从工业领域看

微生物发酵将占据越来越重要的地位，具体的讲：

（1）通过生物工程解决能源问题

能源问题是全球面临的问题，生物工程如何解

决？

太阳能淀粉、纤维素酶工程G发酵乙醇能源

乙烯

（目前已取得突破性进展）

生物工程作为桥梁，2000年世界产值已达50亿美元

（2）取代部分化工工业

许多化工产品的生产由于严重的污染和生产效率问题，而为生物工程取代，例如：乙醇、甘油、乳酸等

（3）农业：生物农业、农产品加工等方面

（4）医药：

2.从产品角度看，应围绕下列领域：

（1）酶制剂工业：即是生产工具，又是科学研究的工

具和基础

（2）新型抗菌素工业和维生素行业

（3）氨基酸及多肽发酵