发酵工程余龙江版 第章_绪论

主要特点：嫌气发酵，非纯种培养 ，产品质 量不稳定
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二、纯培养技术的建立
• Koch首先发明固体培养基，建立细菌的纯粹培 养
• Petri创造一种培养皿(petri dish)用于微生物平 板分离
• Winograsky和 Beijerink发明富集培养法，分离 特定的微生物
• 主要产品：酵母、甘油、乳酸、丙酮丁醇等
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纯培养技术的建立
• 第一次世界大战， Weizmann 发明了丙酮丁醇发 酵，建立了真正的无杂菌发酵。
• 在面包酵母的生产中首先采用了分批补料培养技 术。 主要特点：纯培养为主、嫌氧发酵，产品产量 质量控制水平大大提高
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三、通气搅拌发酵技术的建立
• 标志：纯种培养深层发酵生产青霉素 • 主要技术进展： ➢ 通气搅拌解决了液体深层培养的供氧问题。 ➢ 无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大型发酵
微生物的
发酵现象
最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产 生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。
ferver：发泡、沸腾 f.ermentation
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生物化学家看待微生物发酵过程：侧重能量代谢
发酵是酵母无氧呼吸产生能量的过程 发酵是指有机化合物进行无氧代谢释放能量 的过程 厌氧发酵是厌氧菌借助氧化-还原反应释放能量的过程 需氧发酵是好氧生物在受到分子态氧短缺限制时的不 完全氧化释放能量的过程
• 基于代谢途径及其调控实现微生物菌种选育和控 制发酵。
• 代谢控制发酵技术：应用生物化学的代谢知识和 遗传学理论，选育微生物突变株，从而调控微生 物代谢，大量积累目标发酵产物。
• 主要应用：氨基酸及核苷酸等基于初生代谢产物 的发酵生产，以及有机酸 、抗生素等
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五、开拓新的发酵原料时期
• 目的：以烃类为碳源生产微生物细胞作为饲 料蛋白质的来源
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工业微生物学家：侧重产品的生产
发酵是利用微生物培养来生产产物的无氧或需氧的任何 过程
利用生物细胞（包括动、植物细胞）培养来生产产物 的所有过程（需氧过程、 细胞工程）
•厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。 •通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂 等。
产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等
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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第二节 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 ▪ 1940—1950 通气搅拌纯培养发酵技术的建立 ▪ 1950—1960 诱变技术与代谢控制发酵技术的建立 ▪ 1960—1970 开拓发酵原料时期（石油发酵时期） ▪ 1970年以后 进入基因工程菌发酵时期，以及细胞
大规模培养技术的全面发展。 近年来，以现代生物技术和过程工程技术为基础 的现代发酵工业突飞猛进。
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一、自然发酵阶段
• 主要是酿造工业 • 主要产品：酒、酒精、醋、
啤酒、干酪、酸乳等 • 17世纪，能在容量为1500桶（一桶约136升）的
木质大桶中进行第一次真正的大规模酿造 • 1757年应用温度计；1801 使用原始热交换器
▪发酵工程是生物技术的应用基 础，是生物技术产业的核心。
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优良种株的选育和保 藏（包括菌种筛选、改造， 菌种代谢路径改造等），
上游 技术
中游 技术
发酵过程控制，主要包 括发酵条件的调控，无 菌环境的控制，过程分 析和控制等
上中下游相互关联！
下游 技术
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学 和 工 程 学 的 要 求
广 义 发 酵 工 程 对 生 物
• 技术进步： – 发展了高压喷射式、强制循环式等多种发 酵罐及其发酵技术 – 计算机和自动控制技术的运用：灭菌和发 酵过程自动控制，促进发酵工业朝连续化、 自动化方向发展
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开拓新的发酵原料时期
• 特点：
– 解决发酵原料及人畜争粮问题； – 规模和自动化程度显著提高，能耗过大。
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酿造及食品业、抗生素、
氨基酸、核苷酸、有机酸、 饲料添加剂、微生态制剂、 生物农药、生物肥料等
基因工程药物、细胞工
程药物、疫苗；替代石 油工业的大宗量的生物 基化学品等。
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传统大型发酵工 业的中央控制
现代发酵工业 的中央控制
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二 发酵工程在生物技术中的地位
▪ 生物技术：应用自然科学和工程学的原理，依靠生 物及其细胞的催化作用，将物料进行加工以提Biblioteka Baidu产 品或为社会服务的技术。
发酵工程
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教材及主要参考书
教材：余龙江，《发酵工程原理及技术应用》，化学工 业出版社，2006.
参考书： 1.酶工程（第二版）.郭勇. 科学出版社,2004年 2.俞俊棠《新编生物工艺学》化学工业出版社，2003. 3.曹军卫《微生物工程》 科学出版社，2002. 4.贺小贤《生物工艺原理》 化学工业出版社. 2003. 5.尹光琳,战立克, 赵根楠《发酵工业全书》中国医药科
技出版社. 1992.
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第一章 绪论
第一节 发酵工程定义及在生物技术中的地位 第二节 发酵工程发展简史 第三节 发酵工业的特点及其应用范围 第四节 工业发酵的类型与典型过程 第五节 发酵工程在国民经济中的应用 第六节 发酵工程前沿及应用前景
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第一节 发酵工程定义及在生物技术中的地 位
一、发酵工程定义 1、何为发酵？
罐的密封与抗污染设计解决了耗氧发酵中的杂菌 污染问题。
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通气搅拌发酵技术的建立
• 主要特点：耗氧发酵实现规模化纯培养发 酵，一系列过程工程技术创新
• 意义： ➢ 推动抗生素工业乃至整个发酵工业快速发展 ➢ 建立了完整的好氧发酵放大技术及装备 ➢ 奠定了现代发酵工业的理论和实践基础
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四、代谢控制发酵技术的建立
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发酵现象的本质
• 显微镜观察：微生物 • 著名的巴斯德实验：微生物作用 • 著名的布希纳实验：酵素（酶）的作用
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2. 发酵工程概念？
－－微生物细胞加工技术过程优化与放大
• 发酵工程：利用微生物的生长和代谢活动来大量生 产人们所需产品的过程理论与工程技术体系。
• 该技术体系主要包括菌种选育与保藏、菌种扩大生 产、代谢产物的生物合成与分离纯化制备等技术集 成。