发酵工程第三章发酵工业原料与其处理
《食品生物技术概论》3发酵工程
三、 发酵工程的内容
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
四、 发酵类型
➢微生物菌体发酵 ➢微生物酶发酵 ➢微生物代谢产物发酵 ➢微生物的转化发酵 ➢生物工程细胞的发酵
微生物菌体发酵
• 以获得某种用途的菌体为目的的发酵。 • 酵母，药用真菌，微生物杀虫剂等
微生物酶发酵
微生物代谢产物类型
产业 医药 食品
农业 轻工
其他
微生物代谢产物
抗生素，药理活性物质，维生素，抗肿瘤剂、基因工 程药物、疫苗等
氨基酸，鲜味增强剂，脂肪酸，蛋白质，糖与多糖类， 发酵剂，脂类，核酸，核苷酸，核苷、维生素、饮料 等
动物生长促进剂，除草剂，植物生长促进剂，灭害剂， 驱虫剂，杀虫剂等
酸味剂，生物碱，酶抑制剂，酶，溶媒，辅酶，表面 活性剂，转化甾醇和甾体，有机酸，乳化剂，色素， 抗氧化剂，石油等
（2）自吸式发酵罐
构造： 带中央吸气口的搅拌器,由罐底向上伸入的主 轴带动
优点： 提高氧的溶解速率、总的动力消耗减少
缺点： 进罐处负压，增加染菌机会，切断菌丝，影 响菌的正常生长
2.通风搅拌式发酵罐
在通风搅拌式发酵罐中， 通风的目的不仅是供给微 生物所需要的氧，同时还 利用通入发酵罐的空气， 代替搅拌器使发酵液均匀 混合。 常用的有循环式通风发酵 罐和高位塔式发酵罐
营养成分丰富完整，氮源和维生素的含量略高
（3）发酵培养基：提供菌体生长和合成代谢产物
组成丰富完整，营养成份浓度和粘度适中
2.培养基的基本成分
（1）碳源：
是构成菌体和产物的碳架及能量来源。
主要利用的碳源：
单糖（葡萄糖、果糖）、双糖（蔗糖、麦芽 糖）、多糖（淀粉、纤维素）等。
发酵工程智慧树知到课后章节答案2023年下温州医科大学
发酵工程智慧树知到课后章节答案2023年下温州医科大学温州医科大学第一章测试1.发酵工业的发展过程可分为4个阶段。
下列产品中属于发酵第三个阶段代表性的主要产品是（）A:酒精 B:青霉素 C:甘油 D:枸橼酸 E:胰岛素答案:青霉素2.下列不属于发酵过程常利用的微生物的选项是（）A:霉菌 B:酵母细胞 C:放线菌 D:大肠杆菌 E:CHO细胞答案:CHO细胞3.发酵工程主要涉及内容包括（）A:菌的代谢与调控 B:产品的分离纯化和精制 C:发酵反应器的设计与自动控制 D:培养基灭菌 E:菌种构建与筛选答案:菌的代谢与调控;产品的分离纯化和精制;发酵反应器的设计与自动控制;培养基灭菌;菌种构建与筛选4.根据微生物的发酵产物不同分为（）A:微生物代谢产物发酵 B:微生物酶发酵 C:基因工程细胞发酵 D:微生物菌体发酵 E:微生物的转化发酵答案:微生物代谢产物发酵;微生物酶发酵;基因工程细胞发酵;微生物菌体发酵;微生物的转化发酵5.维诺格拉斯基（Winograsky）和贝杰林克（Beijerink）建立丙酮-丁醇单菌发酵，实现真正的无杂菌发。
（）A:错 B:对答案:错6.通气搅拌发酵技术的建立是发酵技术发展的第一个转折时期，是现代发酵工业的开端。
（）A:错 B:对答案:错第二章测试1.下列不属于初级代谢产物的是（）A:核酸 B:核苷酸 C:色素 D:脂肪酸 E:酒精答案:核酸2.下列表述正确的是（）A:一种抗生素只有一种组分 B:一种菌只能产生一种抗生素 C:次级代谢产物在菌体生长阶段大量产生 D:L-氨基乙二酸是青霉素合成底物答案:一种菌只能产生一种抗生素3.下列表述正确的是（）A:同一种底物只能被一种酶催化 B:次级代谢产物不需要酶催化 C:次级代谢而产物的合成酶对底物要求的特异性不强 D:初级代谢和次级代谢不能共用前体答案:次级代谢产物不需要酶催化4.下列属于青霉素构建单位的是（）A:L-缬氨酸 B:L-半胱氨酸 C:L-α-氨基乙二酸 D:L-谷氨酸 E:L -组氨酸答案:L-缬氨酸;L-α-氨基乙二酸;L-谷氨酸5.次级代谢产物生物合成后的修饰包括（）A:氨基化 B:羟基化 C:酰基化 D:甲基化 E:糖基化答案:氨基化;羟基化;酰基化;甲基化;糖基化6.磷酸化修饰是生物体内常见的调节蛋白活性的方式，即在蛋白质的丝氨酸和蛋氨酸残基的羟基进行磷酸化。
发酵工程培养基
糖蜜使用的注意点：
除糖份外，含有较多的杂质，其中有些是有用的， 但是许多都会对发酵产生不利的影响，需要进行预 处理。
例：谷氨酸发酵
有害物资：胶体成分（起泡、结晶）、钙盐（结 晶）、生物素（发酵控制）。
预处理：澄清→脱钙→脱除生物素 例：柠檬酸发酵 有害物质：铁离子含量高（导致异柠檬酸的生成）。 预处理：→黄血盐
但过多的初始葡萄糖会抑制微生物生长，引 起葡萄糖效应，这主要是葡萄糖的分解代谢 阻遏造成。
另外过多葡萄糖会过分加速菌体呼吸，以致 溶解氧不能满足需要，使一些中间代谢物积 累，pH下降，影响微生物生长和产物合成。
2.糖蜜 又称糖浆，俗称糖稀。
生物发酵工业所用的糖蜜，主要是指制糖工 业上的废糖蜜，它是甘蔗糖厂或甜菜糖厂的 一种副产品。
又如肠膜状明串珠菌的生长需要补充10种维 生素、19种氨基酸、3种嘌呤及嘧啶等。
2.前体
能直接结合到产物中，而自身结构没有多大 变化，但是产物产量却有较大提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
如青霉素生产中，加入玉米浆，产量增加， 原因是玉米浆含有苯乙酸，被优先结合到青 霉素分子中去。
速效氮源。
无机氮源的迅速利用会引起pH的变化。 生理酸性物质：硫酸铵。 生理碱性物质：硝酸钠。
正确使用生理酸碱性物质，对稳定和调节发 酵过程的pH有积极作用。
氨水：
在发酵中除可以调节pH外，它也是一种容易 被利用的氮源，在许多抗生素的生产中得到 普遍使用。
氨水因碱性较强，因此使用时要防止局部过 碱，加强搅拌，并少量多次地加入。
铁：
《发酵工程》课件
产物分离纯化的优化
分离纯化方法
常见的分离纯化方法包括过滤、离心、萃取、蒸馏、膜分离等。
优化策略
根据产物的性质和发酵液的特点，选择合适的分离纯化方法，并优化工艺参数，以提高产物的纯度和收率。
06
未来发酵工程的发展趋势
新技术应用与设备改进
生物信息学
利用生物信息学技术，对微生物基因组学、转录组学和蛋白质组学 进行深入研究，为发酵工程提供更精确的微生物代谢调控手段。
为防止发酵污染，应定期对菌种进行 纯化、复壮，严格控制培养基和设备 的灭菌温度和时间，加强发酵过程中 的监控和检测。
发酵效率的提高
影响因素
影响发酵效率的因素包括菌种特性、培养基成分、发酵温度、pH值、溶解氧浓度等。
优化方法
通过调整培养基成分、控制发酵温度、调节pH值、提高溶解氧浓度等方法，可以有效提高发酵效率。
合成生物学
利用合成生物学技术，设计和构建具有特定功能的微生物细胞工厂， 实现高效、定向的物质转化。
基因编辑技术
通过基因编辑技术，改造和优化微生物的代谢途径，提高发酵产物 的产量和品质。
可持续性与环保
1 2
节能减排
通过优化发酵工艺和设备，降低能源消耗和减少 废弃物排放，实现发酵工程的绿色可持续发展。
抗菌素
抗菌素是一类具有抗菌活性的物质，通过抑制或杀死病原微生物，达到防治病害 的目的。抗菌素在医疗、农业、食品工业等领域广泛应用。
其他发酵产物及其应用
柠檬酸
柠檬酸是发酵工程中重要的有机酸之一，主要用于食品、 化工、医药等领域。柠檬酸具有抗氧化、抗菌、提高口感 等作用。
氨基酸
氨基酸是蛋白质的基本组成单位，通过发酵工程生产出的 各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等，在食品、饲料、医药 等领域广泛应用。
发酵工程第三章培养基
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培养基：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长 繁殖 所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微
葡萄糖效应
这是大肠杆菌首先利用葡萄糖进展生长繁殖，在 葡萄糖耗尽后，过一段时间菌体才开场利用乳糖 再生长繁殖。后来的酶学试验证实，当葡萄糖存 在时，细菌不利用其他糖。在上述培养基中即使 参加乳糖酶诱导物，葡萄糖没耗尽，利用乳糖的 酶系也不能合成。
葡萄糖效应是由葡萄糖的某种分解代谢物引起的， 这种代谢物阻遏了细菌能够利用其他糖的酶的生 成。
气搅拌性能以及发酵产物的后期处理。
3.1 发酵工业培养基的根本要求
必须提供合成微生物细胞和发酵产物的根 本成分；
有利于减少培养基的单耗，即提高单位营 养物质的转化率；
有利于提高产物的浓度，以提高单位容积 发酵罐的生产能力；
有利于提高产物的合成速度，缩短发酵周 期；
尽量减少副产物的形成，便于产物的别离 纯化，并尽可能减少产生“三废〞物质；
次参加，并强强搅拌； 二是氨水中含有多种嗜碱性微生物，因此在使用前要用石棉等
过滤介质进展过滤除菌，防止因通氨而引起的染菌。
毛霉产蛋白酶的研究
陈涛，中国酿造，2004
初始pH的影响: pH偏酸比较好，中性蛋白酶影响大
无机氮源的影响： 硫酸铵>硝酸铵>硝酸钠>尿素
2、有机氮源
来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料，花生饼 粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、
《发酵工程》课程教学大纲
《发酵工程》课程教学大纲课程名称：发酵工程课程类别：专业选修课适用专业：食品科学与工程考核方式：考察总学时、学分： 32 学时、2 学分一、课程教学目的发酵工程是整个生物技术的核心，是工业微生物实现试验室与工厂化生产的具体操作，是生物技术在生产实践中应用的原理及方法的一局部，是基因工程及酶工程等生物技术工业化的过程与方法。
因此，通过对《发酵工程》的学习，不仅把握发酵工程原理及发酵优化把握过程，而且对系统了解生物技术及其工业化应用都具有深远的意义。
另外，通过《发酵工程》试验及发酵工程各论的了解，不仅能够把握发酵工艺操作从小试到放大的具体过程及反响过程把握方法，而且进一步了解了目前发酵行业的具体产品生产工艺，从理论到方法学会发酵工程这一门技术，对发酵生产能够进展指导与分析。
二、课程教学要求通过本课程的教学，应使学生把握发酵工程学的根本学问和根本技能，了解现代生物工程技术的进展与应用状况，具备确定的微生物生产工程技能。
通过本课程的学习，使学生深刻理解发酵工程的微生物学原理，结实把握发酵工业菌种的筛选、驯化、培育与保藏，好氧、厌氧发酵工艺的调控与治理，了解发酵产品提取与精制的原理、流程及常见发酵产品的生产过程。
三、先修课程食品微生物学、生物化学。
四、课程教学重、难点重点：发酵工程的概念、特点；工业微生物菌种的退化、复壮与保藏；工业上常用作碳源、氮源的原料；淀粉水解糖的制备方法；微生物对培育基中的碳源代谢；酒精发酵机制；好氧发酵罐构造和功能；温度、 pH 和泡沫对发酵过程的影响；不同时间及染菌程度对发酵的影响；种子、空气、培育基和设备染菌及防治；细胞裂开方法及裂开率的测定；盐析法分别发酵产物。
难点：影响种子培育的因素和种子质量的把握；发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂有机酸发酵机制；染菌的检查推断及缘由分析；离子交换法原理和离子交换树指的构造与分类，膜和膜分别的根本理论。
五、课程教学方法与教学手段多媒体教学,课堂讲授与实践相结合。
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。
微生物工程(发酵)第三章 培养基制备与灭菌
3.3 培养基及设备的灭菌
3.3.1常见灭菌方法： • 加热灭菌 • 过滤灭菌 • 辐射灭菌 • 化学灭菌 • 熏蒸灭菌
1、高温灭菌
• 1）干热灭菌
烘箱内热空气灭菌 160℃，2小时
干）煮沸消毒
3）丁达尔灭菌 4）常规高压灭菌 121℃，15分钟； 115℃，30分钟；
类胡萝卜素高产菌Y11的培养基的优化
郭秒,食品与工业发酵，2004
类胡萝卜素的作用：色素、营养保健
原培养基:
初步确定可能的培养基成分(以碳源为例)
通过单因子实验确定适宜的培养基成分(以碳源为例)
考虑到成本：乙酸钠是较为合适的碳源 进一步：乙酸钠的浓度2%比较好
结果： 碳源：乙酸钠 0. 2% 氮源：氯化铵 0.2% 酵母膏0.03%
3.1.1.6 前体物质、抑制剂和促进剂
前体物质指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼 微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身 的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有 较大的提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
• 前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生 长不利 • 苯乙酸，一般基础料中仅仅添加 0.07%
有些促进剂的作用是沉淀或螯合有害的重金属离子。
抑制剂：能使酶的催化活性下降而不引起酶蛋白质 变性的物质； 可用透析或超滤的方式去除；
在培养基中添加抑制剂会抑制某些代谢途径的进行， 同时会使另一代谢途径活跃，从而获得人们所需要 的某一终产物或使正常代谢的某一代谢中间产物积 累起来;
3.1.2 发酵工业原料的选择原则
• • • • • • • • 因地制宜，就地取材； 营养丰富，浓度恰当； 资源丰富，容易收集； 易于储藏； 理化性质稳定，成分间无反应； 不影响通气、搅拌、产物分离，废物处理方便 不含毒副作用的物质 价格低廉
发酵工程电子版
发酵工艺原理（发酵工程）讲义适用生物工程、生物技术、制药工程及生物科学专业用王莘第一章绪论发酵工业应用：生物生物学一、发酵定义：从工业微生物角度的发酵：利用培养微生物来获得产物的有氧或厌氧的任何过程，现在有扩大到培养生物细胞（含有动物、植物和微生物）获得产物的所有过程。
从发酵工业角度的发酵：借助微生物在有氧和无氧条件下的生命活动来制备微生物体本身，或共同直接代谢产物或次级代谢产物的过程统称为发酵。
传统发酵：酱油、醋、酒、长毛豆腐。
新兴发酵：有机酸、酶制剂、抗生素。
发酵工业的划分：食品工业（酿造工业）和非食品工业（发酵工业）发酵工业：利用生物的生命活动生产的酶对无机或有机原料进行酶加工获得产品的工业。
二、发酵工业具备的条件：①要有某种适宜的微生物。
②要保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧浓度，酸碱度等）。
③要有进行微生物发酵的设备。
④要有将菌体或代谢产物提取出来精制成产品的方法和设备。
三、发酵工业的改革1．天然发酵阶段特点：1）家庭作坊式生产；2）容易感染细菌； 3）厌氧发酵；4）非纯种培养；5）凭经验传授技术； 6）产品质量不稳定。
2．纯培养技术的建立阶段纯培养阶段特点：（1）．多为好氧产品；（2）、均为表面培养；（3）、产品生产过程简单；（4）、设备要求不高；（5）、生产规模不大。
3．通气搅拌发酵技术的建立阶段第二次世界大战爆发，1929年英国人费莱明发现青霉素，迅速形成工业大规摸生产。
1940年英国人费洛里精制分离青霉素医治战伤药物。
发酵工业新篇章：发酵现象→酿造食品工业→非食品工业→青霉素→抗菌素发酵工业→氨基酸,核酸发酵（代谢控制发酵）→基因工程菌→动物细胞大规模培养→植物细胞大规模培养→藻类细胞大规模培养→转基因动物。
发酵工程产业化发展：发酵工程技术给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力，涉及到解决人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题。
细胞大规模培养技术：细胞大规模培养──微生物、动植物细胞、藻类细胞等4．代谢控制发酵技术5．开拓发酵原料时期6．基因工程阶段四、发酵工业的范围：现代发酵工业涉及领域按微生物发酵产品的性质分为以下几个方面。
第三章发酵工业原料及其处理
（3）无机盐
• 无机盐对菌体生长和产物合成有重要影响， 是发酵培养基的必须成分之一。
• 磷对微生物生长有明显促进作用； • 在青霉素和头孢菌素的发酵培养基中必须加
入硫源； • Mg、Zn、Co、Cu、Mn等微量元素是某些酶
• 发酵培养基中某些成分的加入有利于调节 产物的形成，而并不促进微生物的生长， 这些物质包括前体、促进剂和抑制剂。
前体
• 指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被
微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，
而其自身的结构没有多大的变化，但产物的产
量却因加入前体而有较大的提高。 • 如：在青霉素生产中加入玉米浆，青霉素产
• 优点：设备要求简单，水解时间短（20min）， 设备生产能力大
• 缺点：高温高压下进行，设备要求耐腐蚀、耐 高温、耐高压，副反应多，对原料要求严格， 淀粉颗粒不宜过大，淀粉乳浓度不能过高。
淀粉酸水解的工艺流程
中和脱色
水 淀粉
冷却
调浆
盐酸
酸水解
过滤除杂
糖液
1.酸的种类和用量：
• 盐酸：催化效能为 100 • 硫酸：催化效能为 50.35 • 草酸: 催化效能为 20.45 • 一般用盐酸，其量占干淀粉的 0.6-0.7%，
• 在酶法糖化时， -淀粉酶很难进入 老化淀粉的结晶区起作用，使淀粉 很难液化，因此，必须采取相应的 措施控制糊化淀粉的老化。
2.糖化酶的水解作用
• 糖化酶对底物作用从非还原末端开始将 -1, 4 和 -1, 6糖苷键水解，也能水解麦芽糖。
• 必须控制糖化酶的用量和液化液DE值。 • 糖化的温度和pH值决定于所用的糖化剂的性
发酵工程
发酵工程（西农生技复习）——望海1973整理第一章发酵工程概述发酵的现代概念：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。
发酵工程的概念：利用微生物或其他生物细胞，在特定的生物反应器内生产某种特定的产品的工业化生产过程和技术体系。
发酵工程反应过程的特点——与化学工程相比核心过程是生物学过程而非化学过程（系统性、间接控制性、非线性）条件温和、特别注重生产过程的无菌发酵工程：就是化学工程中各有关单元操作结合了微生物特性的一门学科。
与化学工程相比，发酵工程的特点是：1.常温常压反应2.原料无毒，很多发酵行业生产比较粗放3.遵循生物代谢规律4.较易生产复杂的高分子化合物5.发酵液下游提取常需预处理6.注重发酵过程染菌的防止7.育种是提高产量的重要途径发酵罐的分类按微生物生长代谢需要分类：分为好氧和厌氧二类按照发酵罐设备特点分类：分为机械搅拌通风发酵罐和非机械搅拌通风发酵罐按容积分类：实验室用（1～50L）中试用（50～5000L）生产用（5000L 以上）按微生物生长环境分类：悬浮生长发酵罐和支持生长发酵罐机械搅拌通气发酵罐1.通用型机械搅拌通气发酵罐为发酵工厂最常用的发酵罐，特点：由压空系统负责通气，机械搅拌系统机械搅拌。
缺点：能耗较大，机械剪切力较大，容易产生死角。
2.自吸式发酵罐空气靠叶轮带动发酵液高速流动或液体喷射形成的真空自行吸入，无需通风装置。
优点：传质效率高，能耗低；缺点：罐内为负压，机械剪切力大，应用范围有限。
分批发酵又称分批培养，是指将所有的物料（除空气、消沫剂、调节pH值的酸碱物外）一次性加入发酵罐，然后灭菌、接种、培养，最后将整个罐的内容物放出，进行产物回收。
清罐结束后，重新开始新的装料发酵的发酵方式分批发酵的特点：1.半封闭体系，非稳态过程2.发酵周期长，工作重复3.微生物体现典型生长曲线，生产效率没有最大化补料分批发酵补料分批发酵又称半连续培养或半连续发酵，是指在分批发酵过程的中后期，给发酵罐间歇或连续地补加某些成分的发酵方式。
发酵工程知识点
第一章发酵工程概述一、发酵工程：是利用微生物特定的形状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用与工业化生产的技术体系，是将传统发酵与现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并开展起来的发酵技术。
二、发酵工程简史：1590 荷兰人詹生制作了显微镜1665 英国人胡抑制作的显微镜观察到了霉菌近代发酵工程建立初期1864 巴斯德灭菌法1856 psateur 酵母导致酒精发酵19世纪末Koch 纯种别离和培养技术三、发酵工程技术的特点（1）主体微生物的特点①微生物种类繁多，繁殖速度快、代谢能力强，容易通过人工诱变获得有益的突变株；②微生物酶的种类很多，能催化各种生化反响③微生物能够利用有机物、无机物等各种营养源④可以用简易的设备来生产多种多样的产品⑤不受气候、季节等自然条件的限制等优点（2）发酵工程技术的特点①发酵工程以生命体的自动调节方式进展，数十个反响能够在发酵设备中一次完成②反响通常在常温下进展，条件温和，耗能少，设备简单③原料通常以糖蜜，淀粉等碳水化合物为主④容易生产复杂的高分子化合物⑤发酵过程中需要防止杂菌污染(3)发酵工程反响过程的特点①在温和条件下进展的②原料来源广泛，通常以糖、淀粉等碳水化合物为主③反映以生命体的自动调节形式进展〔同〔2〕①〕④发酵分子通常为小分子产品，但也很容易生产出复杂的高分子化合物四、发酵工程的一般特征①与化学工程相比，发酵工程中微生物反响具有以下特点：作为生物化学反响，通常在常温常压下进展，没有爆炸之类的危险，不必考虑防爆问题，还有可能使一种设备具有多种用途②原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，参加少量的各种有机或无机氮源，只要不含毒，一般无精制的必要，微生物本身就有选择的摄取所需物质③反响以生命体的自动调节方式进展因此数十个反响过程能够像单一反响一样，在称为发酵罐的设备内很容易进展④能够容易的生产复杂的高分子化合物，是发酵工业最有特色的领域⑤由于生命体特有的反响机制，能高度选择性的进展复杂化合物在特定部位的氧化复原官能团导入等反响⑥生产发酵产物的生物物质菌体本身也是发酵产物，富含维生素、蛋白质、酶等有用物质，因此除特殊情况外，发酵液等一般对生物体无害。
发酵工程原理与技术
发酵产品及分离提纯工艺
固液分离技术、细胞破碎技术、浓缩分离技术、精制技术、结 晶技术等
四、发酵工程的发展历史
发酵现象→酿造食品工业→非食品工业→青霉素→抗 菌素发酵工业→氨基酸,核酸发酵（代谢控制发酵） →基因工程菌→动物细胞大规模培养→植物细胞大规 模培养→藻类细胞大规模培养→转基因动物
发酵罐试验
摇瓶试验
三、发酵工业生产流程
发酵过程的操作方式
三种模式：间歇发酵、连续发酵和流加发酵 间歇发酵又称分批发酵，在发酵过程中，除气体进出外，与外
界没有其它的物料交换。分批发酵是一种操作简单并且广泛使 用的发酵方式。
连续发酵是指以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养基， 同时以相同的速度流出培养液，从而使培养系统内培养液的体 积维持恒定，使微生物细胞处于近似恒定状态下生长的微生物 发酵方式。
一般采用无菌空气作为氧气来源，高空采风，经空 气压缩机加压后采用加热灭菌或过滤除菌。
微生物种子的制备
一般都是由保存于冷冻管及砂土管或冰箱中的斜面 菌种开始，在正式使用前要先转接到新鲜斜面培养 基上活化后，再用于种子扩大培养。
扩大培养的方法可以根据需要采用固体培养或液体 培养两级不同方式。
菌种筛选
成品
三、发酵工业生产流程 发酵原料的预处理 原料不同处理方法也有所差异。 1.淀粉——利用前需变成糊精或葡萄糖。 方法：酸水解（高压、耐酸）、酶水解法 2.糖蜜——加热杀菌和用水冲稀，也可加酸处
理后再补充无机盐。 3.碳氢化合物：石油脱蜡——一定馏分的石油
经冷却脱蜡而获得的凝固点在-10℃的油，加 入适量无机盐进行接种发酵。
细菌是单细胞原核生物，具有环状DNA染 色体，以典型的二分分裂方式繁殖。 根据形态可分为三类：
【发酵工程】第三章 发酵培养基3
灭菌
在大规模发酵中应该尽可能的采取连续灭菌的操作， 而且保证灭菌条件的稳定是保证发酵稳定的前提 有时避免营养物质在加热的条件下，相互作用， 可以将营养物质分开消毒。 Na2HPO4+CaCO3→CaHPO4+Na2CO3 有些物质由于挥发和对热非常敏感，就不能采用湿 热的灭菌方法
第四节、重组产品培养基的介绍
13．在实验中我们所用到的淀粉水解培养基是一种（ ） 培养基 A 基础培养基 B加富培养基 C选择培养基 D鉴别培养基
15.要从多种细菌中分离某种细菌，培养基要用（ ）
A.加入青霉素的培养基 B．加入高浓度食盐的培
养基 C．固体培养基
D.液体培养基
C
16．根据培养基的物理状态，划分的发酵种类
是
（
）
第一节第一节发酵培养基的要求和种类发酵培养基的要求和种类第二节第二节发酵培养基的成分及来源发酵培养基的成分及来源第三节第三节发酵培养基的设计原理与优化发酵培养基的设计原理与优化第二节发酵培养基的成分及来源一碳源1作用2来源有机氮源和无机氮源二氮源1作用2来源三无机盐及微量元素糖类油脂有机酸烃和醇类四生长因子前体和产物促进剂从广义上讲凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质如氨基酸嘌呤嘧啶维生素等均称生长因子
pH控制摇床：反应器水平上的摇瓶研究
五、培养基设计时注意的一些相关问题
原料及设备的预处理 原材料的质量
发酵特性的影响
在抗生素发酵生产中往往喜欢所谓的“稀配方”，因 为它既降低成本、灭菌容易、且使氧传递容易而有利 于目的产物的生物合成。如果营养成分缺乏，则可通 过中间补料方法予以弥补。
单因子实验
多因子实验：均匀设计、
正交实验设计、 响应面分析等。
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。
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糖类（淀粉，淀粉水解糖，糖蜜）、油脂、有机 酸、正烷烃
淀粉质原料
微生物能否直 接利用淀粉作
原料？
含淀粉较高，来源广泛，价格便宜，淀粉质 原料及水解液是发酵工业常用的碳源。
主要有工业淀粉、谷类、薯类等。
工业淀粉包括玉米淀粉、小麦淀粉、甘薯淀 粉等，谷类包括大米、高粱、大麦和小麦， 薯类则包括甘薯、马铃薯和木薯等。
3
13
31
2
14
3
灰分/%
5.7
6.5
5 8.8
18.1
16
10
发干 核物 黄酵/素%/（工mg业/kg常） 用93的.206 蛋白94.04质原料主12要55.07有3 黄豆9130..饼61 粉92、.164花生9- 5 饼
粉硫胺、素/（棉mg子/kg饼） 粉2、.4 玉米14浆.3 、蛋白5.胨0.8、8 酵母1.1膏、2鱼2 粉等- 。
济
发酵后所形成的副产物少
--纯度高
培养基的原料资源丰富，价格低廉，能保证生
产上的供应
--成本低，可靠性高
有利于产品的分离纯化，并尽可能减少“三废”
物质
--易控制，好
处理
二、工业上常用作碳源的原料
作用： 发酵培养基含量远远大于种子培养基
提供微生物合成细胞结构所需碳素，更重要的是 提供目的产物中的碳及合成产物的能源。
三、工业上常用作氮源的原料
构成菌体构成菌体细胞物质（氨基酸、蛋白质、 核酸等）和含氮产物的氮素来源。
氮源物质在发酵培养基基中的含量因发酵目的产 物不同而不同。
分为无机氮源（速效氮源）与有机氮源
无机氮源被菌体作为氮源利用后，在培养液中留下酸 性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后能形 成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸铵；若 菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理 碱性物质，如硝酸钠。
五、发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂
1. 前体
加入到发酵培养基中，能在生物合成过程中直接 被微生物合成到产物分子中去，而其自身的结构并 没有多大变化，却能提高产物产量的小分子物质。 例：青霉素发酵添加玉米浆产量提高
Mg2+能提高一些氨基糖苷类抗生素产生菌对 自身所产的抗生素的耐受能力，如卡那霉素、 链霉素、新生霉素等产生菌。
硫存在于细胞的蛋白质中，是含硫氨基酸的 组成成分。
硫构成一些酶的活性基
3. 钾盐
钾不参与细胞结构物质的组成，是许多酶的激活 剂 菌体生长所需钾量约为0.1 g/L KH2PO4、 K2HPO4
提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要 的、按一定比例配置的多种营养物质的混合物。
发酵培养基即要有利于微生物的生长繁殖，防 止菌体过早衰老，又要有利于产物的合成。
成分：碳源、氮源、无机盐、生长因子、水等 （前体、产物促进剂和抑制剂）
发酵培养基的要求
培养基能够满足产物最经济的合成
--经
(NH4)2SO4 → 2NH3 + 2H2SO4 NaNO3 + 8 [H] → NH3 + 2H2O + NaOH
成分
黄豆饼 粉
棉籽饼粉
花
生 饼
玉米浆
粉
鱼粉
酵 米糠 母
膏
蛋白质/%
51.0
41
4 24
72
13
50
碳水化合物/%
-
28
5 5.8
5.0
45
-
脂肪/%
1
1.5
21
1.5
13
0
纤维/%
例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20μg/mL，发 酵罐必须进行表面处理。
5. 生长因子（growth factor）
微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基 酸、嘌呤、嘧啶、维生素等。 例：以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生 物素缺陷型，以生物素为生长因子，生长因子对 发酵的调控起到重要的作用 。 玉米浆、麸皮水解液、糖蜜等
4. 微量元素
微生物生长所需浓度在10-8-10-6 mol/L范围内 需量微少，但又不可缺少 一般作为碳、氮源的农副产物天然原料中， 本身含有，不必另加 某些金属离子，特别是汞离子和铜离子，具 有明显的毒性
使用注意
对于其它渠道有可能带入的过多的某种无机离子 和微量元素，在发酵过程中必须加以考虑
胆碱/（mg/kg）
2750
2440
5 629
3560
1250 -
精氨酸/% 胱氨酸/%
3.2
3.3
0.6
1.0
5 0.4
4.9
0.5
3.3
.
3 0.5
0.8
0.1
1.4
甘氨酸/%
2.4
2.4
7 1.1
3.5
. 0.3
2.0
0.2
1.6
亮氨酸/%
2.5
1.5
3 0.9
淀粉水解糖的制备工艺
熟悉：熟悉发酵培养基灭菌原理及方法 了解：了解发酵培养基灭菌工艺
第一节 发酵工业原料的种类和成分
一、发酵培养基成分 二、工业上常用作碳源的原料 三、工业上常用作氮源的原料 四、发酵培养基中的无机盐和生长因子 五、发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂等
一、发酵培养基成分
发酵培养基
空气净化处理
保藏菌种 斜面活化 扩大培养
原料预处理 培养基制备灭菌
种子罐 发酵罐
灭菌
产物分离纯化
发酵工程流程
发酵培养基是啥……？
第三章 发酵工业原料及其处理
生物药物分析教研室 徐茂磊
本章内容
第一节 发酵工业原料的种类和成分 第二节 淀粉水解糖的制备 第三节 发酵培养基灭菌
学习目的和要求
掌握：发酵培养基的成分及优化方法；
4.5
0.4
5.5
赖氨酸/%
3.4
2.2
4 0.1
6.8
0.6
6.2
甲硫氨酸/%
2.9
1.6
8 0.2
6.8
0.5
6.5
四、发酵培养基中的无机盐和生长因子
无机盐
主要功能：构成菌体成分，作为酶的组成部 分或维持酶的活性，调节渗透压、pH、氧化 还原电位等。
大量元素（P、S、K、Mg、Ca） 微量元素（Cu、Zn、Mn、Mo、Co）
无泛 尼酸 克机/酸（/m（氮gm/kg源g/k）g包） 括12氨41.5 水，4- 4尿素，硝59酸7834盐..66 。
9 31.4
23.2 297 -
各吡 生哆 物种素醇//（原（mmg料g//kkgg应）） 注--意进行-- 选择，对0.发109.8酵.84 影响1- 4.较7 大--。
-
1. 磷酸盐
功能： 磷是细胞膜和某些蛋白质、核酸的组成成分 磷具有活化糖类分子的作用 磷是能量载体ATP的组成成分 磷酸盐在培养基中还具有缓冲作用
微生物对磷的需要量一般为0.005～0.01mol/L 常用K3PO4、Na2HPO4 、NaH2PO4
2. 硫酸镁（硫元素、镁元素）
Mg2+是许多重要酶（如己糖磷酸化酶、异柠 檬酸脱氢酶、羧化酶等）的激活剂。