發(fā)酵工程緒論課件

1、發(fā)酵工程緒論1 發(fā)酵工程課程內(nèi)容發(fā)酵工程課程內(nèi)容 l 第一章第一章 緒論緒論 l 第二章第二章 工業(yè)微生物菌種選育、保藏及菌種擴(kuò)培工業(yè)微生物菌種選育、保藏及菌種擴(kuò)培 l 第三章第三章 微生物的生長(zhǎng)代謝調(diào)節(jié)及發(fā)酵動(dòng)力學(xué)微生物的生長(zhǎng)代謝調(diào)節(jié)及發(fā)酵動(dòng)力學(xué) l 第四章第四章 發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基及原料處理發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基及原料處理 l 第五章第五章 發(fā)酵工程的滅菌及空氣除菌發(fā)酵工程的滅菌及空氣除菌 l 第六章第六章 發(fā)酵條件及工藝控制發(fā)酵條件及工藝控制 l 第七章第七章 發(fā)酵染菌及防治發(fā)酵染菌及防治 l 第八章第八章 發(fā)酵罐發(fā)酵罐 l 第九章第九章 發(fā)酵產(chǎn)物的后處理（即下游加工）發(fā)酵產(chǎn)物的后處理（即下游加工）

2、 l 第十章第十章 現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)主要產(chǎn)品的工藝過程現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)主要產(chǎn)品的工藝過程 發(fā)酵工程緒論2 學(xué)習(xí)要求：理論與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合學(xué)習(xí)要求：理論與實(shí)驗(yàn)緊密結(jié)合 l1、理論學(xué)習(xí)是前提 l2、實(shí)驗(yàn)基本技能操作能力是基礎(chǔ) l3、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力是要求 l4、實(shí)驗(yàn)探索研究能力培養(yǎng)是目的 發(fā)酵工程緒論3 思思 考：考： l發(fā)酵工程與我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的關(guān)系？發(fā)酵工程與我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的關(guān)系？ l發(fā)酵產(chǎn)品與我們生活的關(guān)系？發(fā)酵產(chǎn)品與我們生活的關(guān)系？ 發(fā)酵工程緒論4 第一章第一章 緒緒 論論 l 第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)酵和發(fā)酵工程的涵義發(fā)酵和發(fā)酵工程的涵義 l 第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)酵工程的發(fā)展簡(jiǎn)史發(fā)酵工程的發(fā)展簡(jiǎn)史 l 第三節(jié)第三節(jié)

3、發(fā)酵工程的基本內(nèi)容發(fā)酵工程的基本內(nèi)容 l 第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)酵工業(yè)的范圍發(fā)酵工業(yè)的范圍 l 第五節(jié)第五節(jié) 發(fā)酵類型與流程發(fā)酵類型與流程 l 第六節(jié)第六節(jié) 發(fā)酵工程的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用 l 第八節(jié)第八節(jié) 發(fā)酵工程的課程任務(wù)和內(nèi)容發(fā)酵工程的課程任務(wù)和內(nèi)容 發(fā)酵工程緒論5 第一節(jié)第一節(jié) 發(fā)酵和發(fā)酵工程的涵義發(fā)酵和發(fā)酵工程的涵義 l一、發(fā)酵的涵義 l二、發(fā)酵工程的概念 發(fā)酵工程緒論6 一、發(fā)酵的涵義一、發(fā)酵的涵義 1 1、傳統(tǒng)發(fā)酵、傳統(tǒng)發(fā)酵 2 2、生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵、生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵 3 3、工業(yè)上的發(fā)酵、工業(yè)上的發(fā)酵 4 4、發(fā)酵的現(xiàn)代概念、發(fā)酵的現(xiàn)代概念 (p1)(p1) 發(fā)酵工程緒論7

4、 1 1、傳統(tǒng)發(fā)酵、傳統(tǒng)發(fā)酵 l最初發(fā)酵是用來描述酵母菌作用于果汁最初發(fā)酵是用來描述酵母菌作用于果汁 或發(fā)芽谷物產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，或者是指或發(fā)芽谷物產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，或者是指 酒的生產(chǎn)過程。酒的生產(chǎn)過程。 發(fā)酵工程緒論8 l 1857年法國(guó)化學(xué)家、微生物家巴斯德巴斯德提出了 著名的發(fā)酵理論：“一切發(fā)酵過程都是微一切發(fā)酵過程都是微 生物作用的結(jié)果。生物作用的結(jié)果?！?” l巴斯德認(rèn)為，釀酒是發(fā)酵，是微生物在起 作用；酒變質(zhì)也是發(fā)酵，是另一類微生物 在作祟。 發(fā)酵工程緒論9 2 2、生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵、生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵 l 指微生物在無氧條件下，分解各種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn) 生能量的一種方式，或者更嚴(yán)

5、格地說，發(fā)酵是或者更嚴(yán)格地說，發(fā)酵是 以有機(jī)物作為電子受體的氧化還原產(chǎn)能反應(yīng)。以有機(jī)物作為電子受體的氧化還原產(chǎn)能反應(yīng)。 l 如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精 并放出并放出COCO2 2的過程。的過程。 發(fā)酵工程緒論10 3 3、工業(yè)上的發(fā)酵、工業(yè)上的發(fā)酵 l泛指利用微生物制造或生產(chǎn)某些泛指利用微生物制造或生產(chǎn)某些產(chǎn)品產(chǎn)品的過程。的過程。 包括： 1. 厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程。如酒精，乳酸等。 2. 通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程。如抗生素、 氨基酸、酶制劑等。 l產(chǎn)品有細(xì)胞代謝產(chǎn)物，也包括菌體細(xì)胞、酶 等。 發(fā)酵工程緒論11 4 4、發(fā)酵的現(xiàn)代概念、發(fā)酵

6、的現(xiàn)代概念 l利用微生物在有氧或無氧條件下的生命活 動(dòng)來制備微生物菌體或其代謝產(chǎn)物的過程， 統(tǒng)稱為發(fā)酵。 發(fā)酵工程緒論12 利用微生物的特點(diǎn)： l發(fā)酵工程所利用的微生物發(fā)酵工程所利用的微生物：細(xì)菌、放線菌， 酵母菌和霉菌等。 l利用微生物的特點(diǎn)利用微生物的特點(diǎn)： (1)對(duì)周圍環(huán)境的溫度、壓強(qiáng)、滲透壓、酸 堿度等條件有極大的適應(yīng)能力。 (2)有極強(qiáng)的消化能力。 (3)有極強(qiáng)的繁殖能力。 發(fā)酵工程緒論13 二、發(fā)酵工程二、發(fā)酵工程 l（一）發(fā)酵工程的概念（一）發(fā)酵工程的概念 l發(fā)酵工程是利用微生物生長(zhǎng)與代謝活動(dòng)，發(fā)酵工程是利用微生物生長(zhǎng)與代謝活動(dòng)， 通過現(xiàn)代工程技術(shù)手段進(jìn)行工業(yè)規(guī)模生產(chǎn)通過現(xiàn)代工程

7、技術(shù)手段進(jìn)行工業(yè)規(guī)模生產(chǎn) 的技術(shù)。由于它以培養(yǎng)微生物（發(fā)酵）為的技術(shù)。由于它以培養(yǎng)微生物（發(fā)酵）為 主，所以習(xí)慣上也稱為微生物工程。主，所以習(xí)慣上也稱為微生物工程。 l即利用微生物發(fā)酵過程來生產(chǎn)產(chǎn)品。即利用微生物發(fā)酵過程來生產(chǎn)產(chǎn)品。 （P1） 發(fā)酵工程緒論14 （二）發(fā)酵工程技術(shù)的特點(diǎn)（二）發(fā)酵工程技術(shù)的特點(diǎn) 主要指在最適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培 養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)。 (1) 發(fā)酵工程主體微生物的特點(diǎn) (2) 發(fā)酵工程技術(shù)的特點(diǎn) (3) 發(fā)酵工程反應(yīng)過程的特點(diǎn) （p2） 發(fā)酵工程緒論15 l發(fā)酵已經(jīng)從過去簡(jiǎn)單的生產(chǎn)酒精類飲料、 生產(chǎn)醋酸和發(fā)酵面包發(fā)展到今天成為生物生物 工程工程的

8、一個(gè)極其重要的分支，成為一個(gè)包 括了微生物學(xué)、化學(xué)工程、基因工程、細(xì) 胞工程、機(jī)械工程和計(jì)算機(jī)軟硬件工程的 一個(gè)多學(xué)科工程多學(xué)科工程。 發(fā)酵工程緒論16 l發(fā)酵工程是研究微生物工業(yè)生產(chǎn)中各單元各單元 操作的工藝操作的工藝和設(shè)備設(shè)備的一門學(xué)科，它是利用 生化工程的原理和方法、生物反應(yīng)器技術(shù) 及分離純化技術(shù)，將生物工程的實(shí)驗(yàn)室成 果進(jìn)行工業(yè)開發(fā)的學(xué)科，是生物工程不可 分割的一部分。 發(fā)酵工程緒論17 （三）發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型（三）發(fā)酵工程產(chǎn)品的類型 l 酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產(chǎn)胰島素、酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產(chǎn)胰島素、 干擾素、生長(zhǎng)激素、抗生素和疫苗等多種食品、干擾素、生長(zhǎng)激素、抗生

9、素和疫苗等多種食品、 醫(yī)療保健藥物；醫(yī)療保健藥物； l 天然殺蟲劑、細(xì)菌肥料和微生物除草劑等農(nóng)用天然殺蟲劑、細(xì)菌肥料和微生物除草劑等農(nóng)用 生產(chǎn)資料；生產(chǎn)資料； l 氨基酸、香料、生物高分子、酶以及維生素；氨基酸、香料、生物高分子、酶以及維生素； l 單細(xì)胞蛋白等微生物菌體。單細(xì)胞蛋白等微生物菌體。 l 生物能生物能 l 微生物冶煉微生物冶煉 l （p3 ） 發(fā)酵工程緒論18 第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)酵工程的發(fā)展簡(jiǎn)史發(fā)酵工程的發(fā)展簡(jiǎn)史 （p7-12p7-12） l一、自然發(fā)酵時(shí)期（傳統(tǒng)發(fā)酵時(shí)期）一、自然發(fā)酵時(shí)期（傳統(tǒng)發(fā)酵時(shí)期） l二、近代發(fā)酵工程時(shí)期二、近代發(fā)酵工程時(shí)期 l純培養(yǎng)技術(shù)的建立：巴斯德，科赫

10、等。人為地控 制微生物的發(fā)酵進(jìn)程。 l通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立：青霉素的生產(chǎn) 深層培養(yǎng) l代謝控制發(fā)酵技術(shù)：微生物進(jìn)行甾體化合物的轉(zhuǎn) 化，Glu和Lys發(fā)酵生產(chǎn)。 發(fā)酵工程緒論19 l三、現(xiàn)代發(fā)酵工程時(shí)期三、現(xiàn)代發(fā)酵工程時(shí)期基因工程階段基因工程階段 采用酶學(xué)的方法，將不同來源的DNA進(jìn)行體外 重組，再把重組DNA設(shè)法轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并 進(jìn)行繁殖和遺傳下去。人們能夠根據(jù)自己的意愿 將微生物以外的基因件導(dǎo)入微生物細(xì)胞中，從而 達(dá)到定向地改變生物性狀與功能創(chuàng)創(chuàng)新的物種新的物種，使 發(fā)酵工業(yè)能夠生產(chǎn)出自然界微生物所不能合成的 產(chǎn)物。 發(fā)酵工程緒論20 發(fā)酵工業(yè)發(fā)展階段的過程發(fā)酵工業(yè)發(fā)展階段的過程 發(fā)展發(fā)

11、展 階段階段 主要產(chǎn)品主要產(chǎn)品容器容器過程控制過程控制培養(yǎng)方法培養(yǎng)方法 質(zhì)質(zhì) 量量 控控 制制 中中 試試 設(shè)設(shè) 備備 菌種篩菌種篩 選選 第一階第一階 段段1900 年前年前 酒精，醋酒精，醋生產(chǎn)能力達(dá)生產(chǎn)能力達(dá)1500桶的木桶的木 制容器制容器 使用溫度計(jì)、使用溫度計(jì)、 比重計(jì)和熱交比重計(jì)和熱交 換器換器 分批發(fā)酵分批發(fā)酵沒沒 有有 沒沒 有有 1896在在 Carlsberg釀釀 造廠使用純?cè)鞆S使用純 酵母培養(yǎng)物酵母培養(yǎng)物 第二階第二階 段段1900- 1940 面包酵母、面包酵母、 甘油、檸檬甘油、檸檬 酸、丙酮、酸、丙酮、 丁醇丁醇 生產(chǎn)丙酮、丁醇能力達(dá)生產(chǎn)丙酮、丁醇能力達(dá) 2105

12、L的鐵制容器。用的鐵制容器。用 于面包酵母生產(chǎn)的空氣于面包酵母生產(chǎn)的空氣 噴霧器。在小型容器中噴霧器。在小型容器中 應(yīng)用的機(jī)械攪拌應(yīng)用的機(jī)械攪拌 pH電極用于離電極用于離 線檢測(cè)、溫度線檢測(cè)、溫度 控制控制 分批和補(bǔ)料系統(tǒng)分批和補(bǔ)料系統(tǒng)沒沒 有有 沒沒 有有 應(yīng)用純培養(yǎng)應(yīng)用純培養(yǎng) 技術(shù)技術(shù) 第三階第三階 段段1940 年至今年至今 青霉素、鏈青霉素、鏈 霉素、氨基霉素、氨基 酸、核苷酸、酸、核苷酸、 轉(zhuǎn)化作用、轉(zhuǎn)化作用、 酶酶 機(jī)械通氣容器，無菌操機(jī)械通氣容器，無菌操 作、真正的發(fā)酵罐作、真正的發(fā)酵罐 可滅菌的可滅菌的pH和和 溶氧電極，后溶氧電極，后 被計(jì)算機(jī)化的被計(jì)算機(jī)化的 循環(huán)控制循環(huán)控

13、制 分批和補(bǔ)料很常分批和補(bǔ)料很常 用，連續(xù)培養(yǎng)被用，連續(xù)培養(yǎng)被 引入釀造和一些引入釀造和一些 初級(jí)代謝產(chǎn)物的初級(jí)代謝產(chǎn)物的 生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程 重重 要要 普普 遍遍 應(yīng)應(yīng) 用用 突變和篩選突變和篩選 程序非常重程序非常重 要要 第四階第四階 段段1960 年至今年至今 用烴和別的用烴和別的 貯存物質(zhì)生貯存物質(zhì)生 產(chǎn)單細(xì)胞蛋產(chǎn)單細(xì)胞蛋 白質(zhì)白質(zhì) 開發(fā)出用力循環(huán)和壓力開發(fā)出用力循環(huán)和壓力 噴射容器以克服氣和熱噴射容器以克服氣和熱 交換問題交換問題 使用計(jì)算機(jī)聯(lián)使用計(jì)算機(jī)聯(lián) 用控制循環(huán)用控制循環(huán) 連續(xù)培養(yǎng)連續(xù)培養(yǎng)+培養(yǎng)培養(yǎng) 基再循環(huán)基再循環(huán) 重重 要要 重重 要要 生產(chǎn)菌株的生產(chǎn)菌株的 遺傳工程技遺

14、傳工程技 術(shù)術(shù) 第五階第五階 段段1979 年至今年至今 通常微生物通常微生物 不產(chǎn)生的異不產(chǎn)生的異 質(zhì)化合物，質(zhì)化合物， 如胰島素、如胰島素、 干擾素干擾素 在第在第3階段和第階段和第4階段開階段開 發(fā)出的發(fā)酵罐發(fā)出的發(fā)酵罐 在第在第3階段和階段和 第第4階段發(fā)展階段發(fā)展 的其他控制手的其他控制手 段和感應(yīng)器段和感應(yīng)器 可以是分批，補(bǔ)可以是分批，補(bǔ) 料料-分批或連續(xù)分批或連續(xù) 重重 要要 重重 要要 用基因工程用基因工程 技術(shù)將外源技術(shù)將外源 基因引入微基因引入微 生物宿主生物宿主 發(fā)酵工程緒論21 l現(xiàn)代生物技術(shù)特別是基因工程基因工程賦予發(fā)酵工 程新的生命力，現(xiàn)代發(fā)酵工程產(chǎn)品種類不 斷增加

15、，是方興未艾的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，。 它不但為人類提供所需的產(chǎn)品、在農(nóng)業(yè)、 化工原料等行業(yè)的應(yīng)用中顯示巨大的潛力， 并且隨著現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用將為人類創(chuàng)創(chuàng) 造出更大的經(jīng)濟(jì)效益造出更大的經(jīng)濟(jì)效益。 發(fā)酵工程緒論22 第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)酵工程的基本內(nèi)容發(fā)酵工程的基本內(nèi)容 l一、發(fā)酵工程的特征一、發(fā)酵工程的特征 l二、發(fā)酵工程研究的主要內(nèi)容發(fā)酵工程研究的主要內(nèi)容 l三、獲得發(fā)酵產(chǎn)品的條件獲得發(fā)酵產(chǎn)品的條件 發(fā)酵工程緒論23 一、發(fā)酵工程的特征一、發(fā)酵工程的特征 （p13p13） 1、原料：發(fā)酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他 農(nóng)副產(chǎn)品為主，只要加入少量的有機(jī)和無機(jī)氮源 就可進(jìn)行反應(yīng)?？梢岳脧U水和廢物等作為

16、發(fā)酵 的原料進(jìn)行生物資源的改造和更新。 2、菌種：微生物菌種是進(jìn)行發(fā)酵的根本因素，通過 變異和菌種選育，可以獲得高產(chǎn)的優(yōu)良菌株并使 生產(chǎn)設(shè)備得到充分利用，也可以因此獲得按常規(guī) 方法難以生產(chǎn)的產(chǎn)品。 發(fā)酵工程緒論24 3、條件：發(fā)酵過程一般來說都是在常溫常壓下進(jìn) 行的生物化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)安全，要求條件簡(jiǎn)單。 4、發(fā)酵對(duì)雜菌的污染的防治至關(guān)重要。反應(yīng)必需 在無菌條件無菌條件下進(jìn)行。 5、產(chǎn)物：由于生物體本身所具有的反應(yīng)機(jī)制，能 夠?qū)Ｒ坏睾透叨冗x擇性地對(duì)某些較為復(fù)雜的化 合物進(jìn)行特定部位地氧化、還原等化學(xué)轉(zhuǎn)化反 應(yīng)，也可以產(chǎn)生比較復(fù)雜的高分子化合物比較復(fù)雜的高分子化合物。 發(fā)酵工程緒論25 6、發(fā)酵過

17、程是通過生物體的自動(dòng)調(diào)節(jié)自動(dòng)調(diào)節(jié)方式來完成 的，反應(yīng)的專一性強(qiáng)，因而可以得到較為單一的 代謝產(chǎn)物。 7、特點(diǎn)：工業(yè)發(fā)酵與其他工業(yè)相比，投資少，見 效快，并可以取得較顯著的經(jīng)濟(jì)效益。 8、除利用微生物外，還可以用動(dòng)植物細(xì)胞和酶， 也可以用人工構(gòu)建的遺傳工程菌進(jìn)行反應(yīng)。 發(fā)酵工程緒論26 二、發(fā)酵工程研究的主要內(nèi)容二、發(fā)酵工程研究的主要內(nèi)容 l1 1、工業(yè)生產(chǎn)菌種的選育。、工業(yè)生產(chǎn)菌種的選育。 l2 2、最佳發(fā)酵條件的選擇和控制。、最佳發(fā)酵條件的選擇和控制。 l3 3、生化反應(yīng)器（發(fā)酵罐）的設(shè)計(jì)。、生化反應(yīng)器（發(fā)酵罐）的設(shè)計(jì)。 l4 4、產(chǎn)品的分離、提取及精制等過程。、產(chǎn)品的分離、提取及精制等過程

18、。 l 發(fā)酵工程的內(nèi)容是隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷擴(kuò)發(fā)酵工程的內(nèi)容是隨科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷擴(kuò) 大和充實(shí)的。大和充實(shí)的。 發(fā)酵工程緒論27 l適宜的微生物適宜的微生物 l保證或控制微生物進(jìn)行代謝的各種條件保證或控制微生物進(jìn)行代謝的各種條件 l微生物發(fā)酵的設(shè)備微生物發(fā)酵的設(shè)備 l精制成產(chǎn)品的方法和設(shè)備精制成產(chǎn)品的方法和設(shè)備 三三、獲得發(fā)酵產(chǎn)品的條件獲得發(fā)酵產(chǎn)品的條件 發(fā)酵工程緒論28 第四節(jié)第四節(jié) 發(fā)酵工業(yè)的范圍發(fā)酵工業(yè)的范圍 1 1、以微生物細(xì)胞為產(chǎn)物的發(fā)酵工業(yè)、以微生物細(xì)胞為產(chǎn)物的發(fā)酵工業(yè) 2 2、以微生物代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)、以微生物代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè) 3 3、以微生物酶為產(chǎn)品的發(fā)酵工

19、業(yè)、以微生物酶為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè) 4 4、生物轉(zhuǎn)化或修飾化合物的發(fā)酵工業(yè)、生物轉(zhuǎn)化或修飾化合物的發(fā)酵工業(yè) 5 5、微生物廢水處理和其他、微生物廢水處理和其他 發(fā)酵工程緒論29 微生物產(chǎn)物：微生物產(chǎn)物：微生物細(xì)胞、酶、藥物活性物微生物細(xì)胞、酶、藥物活性物 質(zhì)、特殊化學(xué)物質(zhì)和食品添加劑質(zhì)、特殊化學(xué)物質(zhì)和食品添加劑 發(fā)酵工程緒論30 1 1、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì) l是以獲得具有多種用途的微生物菌體細(xì)微生物菌體細(xì) 胞胞為目的的產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)。 l包括包括：?jiǎn)渭?xì)胞的酵母和藻類、擔(dān)子菌， 生物防治的蘇云金桿菌以及人、畜防治 疾病用的疫苗等。 l特點(diǎn)：特點(diǎn)：細(xì)胞的生長(zhǎng)與產(chǎn)物積累成平行關(guān) 系，

20、生長(zhǎng)速率最大時(shí)期也是產(chǎn)物合成速 率最高階段，生長(zhǎng)穩(wěn)定期產(chǎn)量最高。 發(fā)酵工程緒論31 2、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵 l包括初級(jí)代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物和次 級(jí)代謝產(chǎn)物。 l對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期形成的產(chǎn)物是細(xì)胞自身生長(zhǎng) 所必需的，稱為初級(jí)代謝產(chǎn)物或中間代 謝產(chǎn)物。 l各種次級(jí)代謝產(chǎn)物都是在微生物生長(zhǎng)緩 慢或停止生長(zhǎng)時(shí)期即穩(wěn)定期所產(chǎn)生的， 來自于中間代謝產(chǎn)物和初級(jí)代謝產(chǎn)物。 發(fā)酵工程緒論32 3、微生物酶發(fā)酵 l酶的特點(diǎn)：易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善 工藝提高產(chǎn)量。 l分類：胞內(nèi)酶和胞外酶 l生物合成特點(diǎn)：需要誘導(dǎo)作用，或遭受 阻遏、抑制等調(diào)控作用的影響，在菌種 選育、培養(yǎng)基配制以及發(fā)酵條件等方面 需給予注意。 發(fā)酵工程

21、緒論33 4、微生物的生物轉(zhuǎn)化 l定義：定義：是利用生物細(xì)胞對(duì)一些化合物某一特 定部位（基團(tuán)）的作用，使它轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相 類似但具有更大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的化合物。 l 生物轉(zhuǎn)化的最終產(chǎn)物不是微生物細(xì)胞利用營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 代謝產(chǎn)生的，而是微生物細(xì)胞的酶或酶系作用酶或酶系作用于底 物某一特定部位，進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成的。生長(zhǎng)細(xì) 胞、靜止?fàn)I養(yǎng)細(xì)胞、孢子或干細(xì)胞均能進(jìn)行生物轉(zhuǎn) 化。 l特點(diǎn)：特異性強(qiáng)（反應(yīng)特異性、結(jié)構(gòu)位置特 異性、立體特異性）。 發(fā)酵工程緒論34 5、微生物特殊機(jī)能的利用 l 利用微生物消除環(huán)境污染利用微生物消除環(huán)境污染 l 利用微生物發(fā)酵保持生態(tài)平衡利用微生物發(fā)酵保持生態(tài)平衡 生物固氮代替化學(xué)肥料 微

22、生物殺蟲劑代替化學(xué)農(nóng)藥 培育和創(chuàng)造能在惡劣條件下生長(zhǎng)，并且能抗病蟲 害和草害的農(nóng)作物新品種 為人類提供動(dòng)物蛋白 l 微生物濕法冶金微生物濕法冶金 l 利用基因工程菌株開拓發(fā)酵工程新領(lǐng)域利用基因工程菌株開拓發(fā)酵工程新領(lǐng)域 發(fā)酵工程緒論35 第五節(jié) 發(fā)酵類型與流程（p25） 一、類型一、類型 根據(jù)對(duì)氧的需要區(qū)分： 厭氧和有氧發(fā)酵 根據(jù)培養(yǎng)基物理性狀區(qū)分： 液體和固體發(fā)酵 根據(jù)發(fā)酵位置是表面或深層區(qū)分： 表面發(fā)酵和深層發(fā)酵 根據(jù)發(fā)酵是間歇或連續(xù)區(qū)分： 分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵 根據(jù)所用菌種是單一或多種區(qū)分： 單一純種發(fā)酵和混合發(fā)酵 發(fā)酵工程緒論36 二、發(fā)酵的流程（有氧） 空氣 空氣凈化處理 保藏菌種 斜

23、面活化 擴(kuò)大培養(yǎng) 種子罐 主發(fā)酵 碳源、氮源、 無機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng) 物質(zhì) 滅菌 產(chǎn)物分離純化 成品 發(fā)酵工程緒論37 三、工業(yè)發(fā)酵步驟和工藝流程 1、培養(yǎng)基的配制：培養(yǎng)基的配制：用于培養(yǎng)菌種及擴(kuò)大的發(fā)酵罐生產(chǎn)。 2、消毒滅菌：消毒滅菌：培養(yǎng)基、發(fā)酵罐以及輔助設(shè)備的滅菌。 3、接種：接種：將已培養(yǎng)好的有活性的純菌株以一定量轉(zhuǎn)接 到發(fā)酵罐中。 4、發(fā)酵過程控制：發(fā)酵過程控制：將接種到發(fā)酵罐中的菌株控制在最 適條件下生長(zhǎng)并形成代謝產(chǎn)物。 5、產(chǎn)物后處理：產(chǎn)物后處理：將產(chǎn)物抽提并進(jìn)行精制，以得到合格 的產(chǎn)品。 6、廢物處理：廢物處理：回收或處理發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢物和廢 水。 發(fā)酵工程緒論38 菌種篩選菌種篩

24、選 搖瓶試驗(yàn)搖瓶試驗(yàn) 發(fā)酵罐試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn) 發(fā)酵工程緒論39 工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)的基本流程（好氧發(fā)酵）工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)的基本流程（好氧發(fā)酵） 發(fā)酵工程緒論40 （一）發(fā)酵原料的預(yù)處理 原料不同處理方法也有所差異。 1. 淀粉利用前需變成糊精或葡萄糖 方法：酸水解（高壓、耐酸）、酶水解法 2. 糖蜜加熱殺菌和用水沖稀，也可加 酸處理后再補(bǔ)充無機(jī)鹽 3. 碳?xì)浠衔铮菏兔撓炓欢s分的 石油經(jīng)冷卻脫蠟而獲得的凝固點(diǎn)在-10 的油，加入適量無機(jī)鹽進(jìn)行接種發(fā)酵 發(fā)酵工程緒論41 （二）菌種斜面培養(yǎng) l菌種：已有的優(yōu)良生產(chǎn)菌種和選育的新菌 種。 l方法：一般都是由保存于冷凍管及砂土管 或冰箱中的斜面菌種開始，在正

25、式使用前 要先轉(zhuǎn)接到新鮮斜面培養(yǎng)基上活化后，再 用于種子擴(kuò)大培養(yǎng)。 發(fā)酵工程緒論42 （三）種子擴(kuò)大培養(yǎng) l 擴(kuò)大培養(yǎng)的方法可以根據(jù)需要采用固體培養(yǎng)或液 體培養(yǎng)兩級(jí)不同方式。 l 固體種子擴(kuò)大培養(yǎng)一般采用傳統(tǒng)的制曲工藝，一 般先用克氏瓶進(jìn)行擴(kuò)大，再轉(zhuǎn)接到曲盤擴(kuò)大培養(yǎng)。 需氧微生物：將克氏瓶表面培養(yǎng)的菌種接到裝 有液體培養(yǎng)基的三角瓶中，在搖床上振蕩培養(yǎng)。 厭氧微生物：將有菌種的試管斜面或克氏瓶轉(zhuǎn) 接到三角瓶液體培養(yǎng)基中靜置培養(yǎng)。 發(fā)酵工程緒論43 （四）微生物發(fā)酵和控制 l 發(fā)酵方式可分為固體發(fā)酵和液體發(fā)酵兩種。 l 固體發(fā)酵：適合于傳統(tǒng)發(fā)酵工藝及鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用來生 產(chǎn)比較簡(jiǎn)單的產(chǎn)品。 l 液體深層

26、發(fā)酵：適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。 影響發(fā)酵的因素很多，如溫度、pH、通風(fēng)、攪拌、 罐壓力等等，必須適當(dāng)?shù)乜刂朴绊懓l(fā)酵的各種條件， 掌握發(fā)酵的動(dòng)態(tài)，并進(jìn)行雜菌的檢查和產(chǎn)物測(cè)定， 使整個(gè)發(fā)酵過程順利進(jìn)行。 發(fā)酵工程緒論44 （五） 發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取 l 利用菌體：離心沉淀或板框壓濾法使菌體與醪液分 開，也可以用噴霧干燥法直接做成粉劑。 l 酒精發(fā)酵醪蒸餾塔蒸餾； l 抗菌素及有機(jī)酸根據(jù)產(chǎn)物的不同特性，采用離 子交換樹脂吸附處理、脫色過濾、減壓濃縮等方法 提取精制。 l 獲得的產(chǎn)物都要按照有關(guān)部門制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行 質(zhì)量檢驗(yàn)和性能測(cè)定，符合要求后才為合格產(chǎn)品。 發(fā)酵工程緒論45 第六節(jié)第六節(jié) 發(fā)酵工

27、程的應(yīng)用發(fā)酵工程的應(yīng)用 發(fā)酵工業(yè)是一種以高科技含量為特征的新型工發(fā)酵工業(yè)是一種以高科技含量為特征的新型工 業(yè)，近年來特別是業(yè)，近年來特別是9090年代以來，行業(yè)的迅速發(fā)展已年代以來，行業(yè)的迅速發(fā)展已 經(jīng)使其在食品工業(yè)中占有重要地位。其中味精、檸經(jīng)使其在食品工業(yè)中占有重要地位。其中味精、檸 檬酸、酶制劑、酵母、淀粉糖等產(chǎn)量逐年遞增，在檬酸、酶制劑、酵母、淀粉糖等產(chǎn)量逐年遞增，在 國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位和作用。國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有十分重要的地位和作用。 （p3p3） 發(fā)酵工程緒論46 發(fā)酵工業(yè)簡(jiǎn)介 l 發(fā)酵食品發(fā)酵食品 l 有機(jī)酸有機(jī)酸 l 氨基酸氨基酸 l 核酸類物質(zhì)核酸類物質(zhì) l 酶制劑酶制劑

28、 l 醫(yī)藥工業(yè)（抗生素醫(yī)藥工業(yè)（抗生素） l 飼料工業(yè)（單細(xì)胞蛋白飼料工業(yè)（單細(xì)胞蛋白 l 環(huán)境工程（廢物處理）環(huán)境工程（廢物處理） l 其它其它 （冶金工業(yè)（冶金工業(yè)） Fermentation Industry l Fermented Foods l Organic Acids l Amino Acids l Nucleotides l Enzymes l Pharmaceutical (Antibiotics) l Feedstuff (eg. SCP) l Environmental Application (Waste Treatment) l Others (eg. Metallu

29、rgical industry) 發(fā)酵工程緒論47 1 1、發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用、發(fā)酵工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用 l 生物農(nóng)藥：微生物殺蟲劑、防治植物病害微生物生物農(nóng)藥：微生物殺蟲劑、防治植物病害微生物 l 食品加工：?jiǎn)渭?xì)胞蛋白食品加工：?jiǎn)渭?xì)胞蛋白 l 含醇飲料：葡萄酒、啤酒、果酒、白酒等含醇飲料：葡萄酒、啤酒、果酒、白酒等 l 發(fā)酵乳制品：酸奶、乳酪、奶酒等發(fā)酵乳制品：酸奶、乳酪、奶酒等 l 調(diào)味品和發(fā)酵食品：味精、肌苷酸、鳥苷酸、醬等調(diào)味品和發(fā)酵食品：味精、肌苷酸、鳥苷酸、醬等 l 甜味劑：葡萄糖、麥芽糖等甜味劑：葡萄糖、麥芽糖等 l 食品添加劑：面包酵母、檸檬酸、色素、維生素等食品添加

30、劑：面包酵母、檸檬酸、色素、維生素等 l 食品檢驗(yàn)：食品免疫檢驗(yàn)方法可檢測(cè)含量極低的微量殘食品檢驗(yàn)：食品免疫檢驗(yàn)方法可檢測(cè)含量極低的微量殘 留物、真菌毒素、抗生素、激素、細(xì)菌毒素等留物、真菌毒素、抗生素、激素、細(xì)菌毒素等 發(fā)酵工程緒論48 2 2、發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用、發(fā)酵工程在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用 l 維生素：維生素：B B2 2、 B B12 12、 、2-2-酮基酮基- -古龍酸等古龍酸等 l 氨基酸：谷氨酸、丙氨酸、精氨酸等氨基酸：谷氨酸、丙氨酸、精氨酸等 l 甾體激素：可的松、氫化可的松、膚輕松等甾體激素：可的松、氫化可的松、膚輕松等 l 生物制品：疫苗、菌苗、類毒素、含抗體的制品

31、等生物制品：疫苗、菌苗、類毒素、含抗體的制品等 l 治療用酶：蛋白酶、核酸酶、脂肪酶等治療用酶：蛋白酶、核酸酶、脂肪酶等 l 酶抑制劑：膽固醇抑制劑作為治療高血壓、高血脂酶抑制劑：膽固醇抑制劑作為治療高血壓、高血脂 的的 藥物藥物 l 其他：肌苷、輔酶其他：肌苷、輔酶A A可治療心臟病、白血病、血小可治療心臟病、白血病、血小 板下降，肝病等板下降，肝病等 發(fā)酵工程緒論49 3 3、發(fā)酵工程在輕工業(yè)中的應(yīng)用、發(fā)酵工程在輕工業(yè)中的應(yīng)用 由微生物可生產(chǎn)出許多種可用于輕由微生物可生產(chǎn)出許多種可用于輕 工業(yè)加工的酶，如：蛋白酶、果膠酶、工業(yè)加工的酶，如：蛋白酶、果膠酶、 脂肪酶、凝乳酶、過氧化氫酶、淀粉

32、酶、脂肪酶、凝乳酶、過氧化氫酶、淀粉酶、 氨基酰化酶等。氨基酰化酶等。 發(fā)酵工程緒論50 4 4、發(fā)酵工程在化工能源產(chǎn)品中的應(yīng)用、發(fā)酵工程在化工能源產(chǎn)品中的應(yīng)用 醇及溶劑：乙醇、甘油、異丙醇、丁醇等醇及溶劑：乙醇、甘油、異丙醇、丁醇等 有機(jī)酸：醋酸、丙酸、乳酸、蘋果酸等有機(jī)酸：醋酸、丙酸、乳酸、蘋果酸等 多糖：右旋糖酐、黃原膠、海藻酸等多糖：右旋糖酐、黃原膠、海藻酸等 烷烴：甲烷烷烴：甲烷 清潔能源：氫氣、微生物燃料電池清潔能源：氫氣、微生物燃料電池 藻類產(chǎn)油藻類產(chǎn)油 發(fā)酵工程緒論51 5 5、發(fā)酵工程在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用、發(fā)酵工程在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用 生物農(nóng)藥：微生物殺蟲劑、防治植物病害生物農(nóng)藥：微生物

33、殺蟲劑、防治植物病害 微生物微生物 生物除草劑生物除草劑 生物增產(chǎn)劑生物增產(chǎn)劑 食用菌和藥用真菌食用菌和藥用真菌 發(fā)酵工程緒論52 6 6、發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用、發(fā)酵工程在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用 厭氣發(fā)酵法：沼氣發(fā)酵、飼料發(fā)酵、肥料發(fā)酵厭氣發(fā)酵法：沼氣發(fā)酵、飼料發(fā)酵、肥料發(fā)酵 好氣發(fā)酵法：廢水、廢氣的處理好氣發(fā)酵法：廢水、廢氣的處理 發(fā)酵工程緒論53 7 7、發(fā)酵工程在細(xì)菌冶金中的應(yīng)用、發(fā)酵工程在細(xì)菌冶金中的應(yīng)用 利用氧化亞鐵硫桿菌等利用氧化亞鐵硫桿菌等自養(yǎng)細(xì)菌自養(yǎng)細(xì)菌把把 亞鐵氧化為高鐵，把硫或低價(jià)硫化物氧亞鐵氧化為高鐵，把硫或低價(jià)硫化物氧 化為硫酸的能力，將含硫金屬礦石中的化為硫酸的能力，

34、將含硫金屬礦石中的 金屬離子形成硫酸鹽而金屬離子形成硫酸鹽而釋放出來釋放出來。用此。用此 法浸出的金屬有銅、鋅、鉛、鈷、鈾、法浸出的金屬有銅、鋅、鉛、鈷、鈾、 金等。金等。 發(fā)酵工程緒論54 8 8、發(fā)酵工程在高技術(shù)研究中的應(yīng)用、發(fā)酵工程在高技術(shù)研究中的應(yīng)用 為基因工程提供質(zhì)粒、病毒載體，限為基因工程提供質(zhì)粒、病毒載體，限 制性內(nèi)切酶、連接酶、磷酸酶等；為醫(yī)制性內(nèi)切酶、連接酶、磷酸酶等；為醫(yī) 學(xué)診斷提供生物傳感器（學(xué)診斷提供生物傳感器（DNADNA芯片、酶）芯片、酶） 等。等。 發(fā)酵工程緒論55 l 利用遺傳工程等先進(jìn)技術(shù)，人工選育和改良菌種利用遺傳工程等先進(jìn)技術(shù)，人工選育和改良菌種 l 采用

35、發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行高等動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)采用發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行高等動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng) l 固定化技術(shù)廣泛應(yīng)用固定化技術(shù)廣泛應(yīng)用 l 開發(fā)和采用大型節(jié)能高效的發(fā)酵裝置，自動(dòng)控制將開發(fā)和采用大型節(jié)能高效的發(fā)酵裝置，自動(dòng)控制將 成為發(fā)酵生產(chǎn)控制的主要手段成為發(fā)酵生產(chǎn)控制的主要手段 l 應(yīng)用代謝控制技術(shù)，發(fā)酵生產(chǎn)氨基酸應(yīng)用代謝控制技術(shù)，發(fā)酵生產(chǎn)氨基酸 l 將生物技術(shù)理廣泛地用于環(huán)境工程將生物技術(shù)理廣泛地用于環(huán)境工程 發(fā)酵工程緒論56 第八節(jié)發(fā)酵工程的課程任務(wù)和內(nèi)容 1 1、任務(wù)、任務(wù) 深入理解嫌氣發(fā)酵和好氣發(fā)酵有關(guān)的深入理解嫌氣發(fā)酵和好氣發(fā)酵有關(guān)的工藝原工藝原 理理，懂得應(yīng)用這些基本理論去分析和解決發(fā)酵工，懂得應(yīng)用這些基

36、本理論去分析和解決發(fā)酵工 業(yè)生產(chǎn)中的具體問題，使生產(chǎn)過程更好的符合客業(yè)生產(chǎn)中的具體問題，使生產(chǎn)過程更好的符合客 觀規(guī)律，進(jìn)一步提高發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率。同觀規(guī)律，進(jìn)一步提高發(fā)酵產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)率。同 時(shí)初步具有時(shí)初步具有選育優(yōu)良菌種選育優(yōu)良菌種，合理，合理控制發(fā)酵條件控制發(fā)酵條件和和 調(diào)節(jié)代謝途徑，增加前體或抑制劑，提高某些系調(diào)節(jié)代謝途徑，增加前體或抑制劑，提高某些系 統(tǒng)酶系的酶活，使生產(chǎn)過程連續(xù)化、自動(dòng)化。統(tǒng)酶系的酶活，使生產(chǎn)過程連續(xù)化、自動(dòng)化。探探 求求新工藝、新設(shè)備和從事發(fā)酵工程研究和設(shè)計(jì)的新工藝、新設(shè)備和從事發(fā)酵工程研究和設(shè)計(jì)的 能力能力。 發(fā)酵工程緒論57 2 2、內(nèi)容、內(nèi)容 本期將從以下四個(gè)方面介紹：本期將從以下