第四章+发酵工程

缺 ① 对设备的合理性和 ② 营养成分的利用较 ③ 杂菌污染的机会较
点
加料设备的精确性要 求甚高；
中游工程: 微生物大量繁殖 下游工程：提取、纯化与分析, 废物处理
第四章+发酵工程
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发酵类型
微生物菌体发酵 • 微生物菌体蛋白，药用真菌
微生物酶发酵 • 淀粉酶、糖化酶
微生物代谢产物发酵 • 初级代谢产物、次级代谢产物
微生物的转化发酵
• 氧化反应、脱氢反应、脱水反应、脱羧反 应、氨化反应、脱氨反应、异构化反应等
素
酵母
啤酒酵母、 假丝酵母， 主要用于 酿酒、制 造面包及 酵母菌体
蛋白
放线菌
生产多种 抗生素， 如链霉素、 金霉素、 红霉素、 庆大霉素
担子菌
葡萄糖苷 酶等抗癌
药物
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藻类
螺旋藻， 利用藻类 将二氧化 碳转变为
石油
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培养基的种类
孢子培养基：供制备孢子 基质浓度低， 麸皮培养基，大米培养基，琼脂斜面培养基。
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发酵的一般过程
空气 空气净化处理
保藏菌种 斜面活化
培养基原料进 行培养基制备
摇瓶扩大培养
ຫໍສະໝຸດ Baidu
种子罐 生产罐
灭菌
产物分离纯化
废水处理
成品
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发酵的一般过程
1.菌种保存与活化
菌种：已有的优良生产菌种和选育 的新菌种
方法：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。
延 对数期 滞 期
稳定期
衰亡期
微生物分批培养的生长曲线
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液体深层发酵
分批发酵
连续发酵 补料分批发酵
连续发酵：是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基， 同时以相同速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持 恒定的发酵过程。
新鲜培养液 无菌空气
流速控制阀 连续发酵的控制 恒浊器法
流出物
第四章 发酵工程
Fermentation Engineering
第四章+发酵工程
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微生物学的奠基人——伟大的巴斯德
我国的传统发酵产品酱油、 醋、腐乳等享誉世界
我国的酿酒已经有4000多年的 历史
我国的酱油距今已有3000年的 历史
1857年巴斯德证明发酵是由于 微生物的作用
第四章+发酵工程
缺点： ① 人力、物力、动力消耗较大； ② 生产周期较长，③ 生产 效率低，
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液体深层发酵
分批发酵
连续发酵 补料分批发酵
分批发酵：是指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物 质后，接入少量的微生物菌种进行培养，使微生物生长繁 殖，在特定的条件下只完成一个生长周期的微生物培养方 法。
厌氧培养生产过程，如酒精，乳酸等。 有氧培养生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制 剂等。
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密闭式发酵罐
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发酵工程概况
发酵工程，是指采用现代工程技术 手段，利用微生物的生长和代谢活 动，为人类生产有用的产品，或直 接把微生物应用于工业生产过程的 一种新技术。
上游工程：菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养 和接种
吸气口吸入的空气先经过压缩前的过滤进入空气压缩机
（120-150度）
冷却（20-25度），除去油、水，再加热至30-35度。
最后通过总过滤器和分过滤器除菌，获得洁净度、压力、
温度和流量都符合要求的第无四章菌+发酵空工程气。
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发酵的一般过程
4.发酵产物的分离提取
菌体本身，如酵母菌和细菌等 采用过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分 离出来
生物工程细胞的发酵 • 基因工程菌
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发酵技术的应用
医药工业
环境保护
食品工业
农业
能源工业
冶金工业
化学工业
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微生物发酵方法分类
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发酵常用的微生物
细菌
枯草芽孢杆 菌、乳酸杆 菌、醋酸杆 菌等，主要 用于生产淀 粉酶、乳酸、 醋酸、氨基 酸和肌苷酸
霉菌
根霉、毛霉、 红曲酶、青 酶等，多用 于生产酶制 剂、抗生素、 有机酸及激
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恒化器法
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液体深层发酵
分批发酵
连续发酵 补料分批发酵
连续发酵：是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基， 同时以相同速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持 恒定的发酵过程。
优 点
① 设备的体积可以 减小
② 操作时间短，总的 操作管理方便，便于 自动化控制
③ 产物稳定，人力物 力节省，生产费用低
种子培养基：供孢子和菌体生长繁殖 营养成分较为丰富，在以便于菌体生长繁殖。
发酵培养基：供菌体生长繁殖和合成大量代谢产物 营养成分组成丰富完整，浓度和黏度适中。
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发酵培养基的组成
碳源
产物形成的 诱导物、前 体和促进剂
发酵培 养基的 组成
氮源
水
无机盐和 微量元素
生长
因子
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液体深层发酵
分批发酵
连续发酵 补料分批发酵
分批发酵：是指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物 质后，接入少量的微生物菌种进行培养，使微生物生长繁 殖，在特定的条件下只完成一个生长周期的微生物培养方 法。
优点： ① 对温度的要求低，工艺操作简单； ② 比较容易解决杂菌污 染和菌种退化等问题； ③ 对营养物的利用效率较高。
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发酵的一般过程
2.菌种扩大培养
产生孢子的菌种: 先将贮存的菌 种进行生长繁殖，以获得良好的 孢子，再用所得的孢子制备菌体 丝供发酵罐使用.
不产生孢子的菌种:经试管活化, 再经摇瓶后即可作为种子供发酵 罐使用.
孢子
菌丝体
发酵罐
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发酵的一般过程
3.发酵
培养基：湿热灭菌，过滤除菌 发酵罐：空罐灭菌 ，实罐灭菌 空气的过滤除菌：介质过滤
代谢产物 采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提 取。
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液体深层发酵
液体深层发酵法是指在液体培养基内部进行的 微生物培养过程
液体悬浮状态是很多微 生物的最适生长环境
在液体中,菌体及营养 物、代谢产物易于扩 散，使发酵便于控制，
产品质量稳定
液体输送方便，易于机 械化操作
产品易于提取、精制
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发酵的定义
传统发酵
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。
生化和生理学 意义的发酵
工业上的 发酵
指微生物在无氧条件下，分解各种有机物 质产生能量的一种方式，或者更严格地说， 发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原 产能反应。
泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。