發(fā)酵技術(shù)及應(yīng)用研究論文

1、發(fā)酵技術(shù)及應(yīng)用研究學(xué)生姓名 班 級(jí) 生化1101班 專業(yè)名稱 生化制藥 系部名稱 制藥工程系 指導(dǎo)教師 提交日期 2013.12 答辯日期 2013.12 河北化工醫(yī)藥職業(yè)技術(shù)學(xué)院 2013 年 12 月目錄1、摘要32、引言33、正文1 3.1 發(fā)酵的相關(guān)概述13.1.1 基本含義1 3.1.2 特點(diǎn)23.1.3 反應(yīng)33.1.4 類型34、發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展歷程.4 5、常見的發(fā)酵工藝65.1 青霉素的發(fā)酵65.1.1原理65.1.2工藝7 5.2 土霉素的發(fā)酵75.2.1原理7 5.2.2工藝86、發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用. 8 6.1 醫(yī)藥方面. 8 6.2 食品方面. 9 6.3 農(nóng)業(yè)方面.10

2、6.4 環(huán)境方面.11 7、發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展前景.12 8、參考文獻(xiàn).149、致謝.15 1、摘要摘要：發(fā)酵工程又稱為微生物工程，是指 傳統(tǒng)的發(fā)酵技術(shù)與dna重組、細(xì)胞融合、分子修飾和改造等技術(shù)結(jié)合并發(fā)展起來的現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)。隨著社會(huì)的發(fā)展，發(fā)酵工程已經(jīng)在許多工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域起到了重要的作用，給人類帶來不可估量的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益發(fā)酵工程又稱為微生物工程，是指傳統(tǒng)的發(fā)酵技術(shù)與dna重組、細(xì)胞融合、分子修飾和改造等技術(shù)結(jié)合并發(fā)展起來的現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)?，F(xiàn)代發(fā)酵工程包括微生物資源開發(fā)利用；微生物菌種的選育、培養(yǎng)；固定化細(xì)胞計(jì)數(shù)；生物器設(shè)計(jì)；發(fā)酵條件的利用及自動(dòng)化控制；產(chǎn)品的分離提純等技術(shù)。發(fā)酵在工業(yè)生產(chǎn)

3、中的應(yīng)用價(jià)值 發(fā)酵工程是古老而大有潛力的工業(yè)技術(shù)，生物技術(shù)中的基因工程、酶工程、單克隆抗體、生物量的研究轉(zhuǎn)化等研究成果為它注入新的內(nèi)容，使傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝煥發(fā)“青春”，賦予了微生物發(fā)酵技術(shù)新的生命力，使微生物發(fā)酵制品的品種不斷增加。目前，現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)已作為一種新興的工業(yè)體系發(fā)展起來，已深入到生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)，如醫(yī)藥，食品，能源，農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護(hù)等關(guān)鍵字：發(fā)酵 原理 流程 應(yīng)用 發(fā)展2、引言發(fā)酵在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用價(jià)值 發(fā)酵工程是古老而大有潛力的工業(yè)技術(shù)，生物技術(shù)中的基因工程、酶工程、單克隆抗體、生物量的研究轉(zhuǎn)化等研究成果為它注入新的內(nèi)容，使傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝煥發(fā)“青春”，賦予了微生

4、物發(fā)酵技術(shù)新的生命力，使微生物發(fā)酵制品的品種不斷增加。目前，現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)已作為一種新興的工業(yè)體系發(fā)展起來，已深入到生產(chǎn)的各個(gè)行業(yè)，如醫(yī)藥，食品，能源，農(nóng)業(yè)和環(huán)境保護(hù)等1、醫(yī)藥行業(yè) 微生物發(fā)酵是生物轉(zhuǎn)化法之一,在中藥中早有應(yīng)用。真菌是， 發(fā)酵中藥的主要功能菌。發(fā)酵時(shí)大都采用單一菌種純種發(fā)酵法?，F(xiàn)代中藥發(fā)酵技術(shù)分為液體發(fā)酵和固體發(fā)酵。中藥發(fā)酵技術(shù)按應(yīng)用方式可分為無渣式和去渣式,前者可直接用藥,后者要提取和制劑用藥。發(fā)展發(fā)酵中藥可進(jìn)一步推進(jìn)中藥現(xiàn)代化和國際化進(jìn)程,提高中藥行業(yè)的競爭力,為中藥走向世界、造福人類作出新的貢獻(xiàn)。2.食品工業(yè) 現(xiàn)代化生物技術(shù)的突飛猛進(jìn)，改寫

5、了食品發(fā)酵工藝的歷史。據(jù)報(bào)道，由發(fā)酵工程貢獻(xiàn)的產(chǎn)品可占食品工業(yè)總銷售額的15%以上。目前利用微生物發(fā)酵法可以生產(chǎn)近20種氨基酸。該法較蛋白質(zhì)水解和化學(xué)合成法生產(chǎn)成本低，工藝簡單，且全部具有光學(xué)活性。3.能源工業(yè)乙醇作為一種生產(chǎn)工藝成熟，生產(chǎn)原料來源廣泛的替代能源越來越受到人們的關(guān)注。燃料酒精不僅可以緩解能源短缺的問題，從長遠(yuǎn)的利益和能源的可再生性來看，燃料酒精又是一種潛力巨大的物能源。酒精發(fā)酵的方式有間歇式發(fā)酵、半連續(xù)式發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵4.農(nóng)業(yè)近年來，固態(tài)發(fā)酵工藝在生物農(nóng)藥工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用取得了進(jìn)展。固態(tài)發(fā)酵是沒有或只有少量游離水存在，在具有可以滿足微生物生長代謝的一定濕度的固態(tài)營養(yǎng)基質(zhì)中進(jìn)行的

6、微生物發(fā)酵過程?？傊l(fā)酵技術(shù)發(fā)展方向發(fā)酵技術(shù)未來的發(fā)展方向主要有以下幾個(gè)大方面?；蚬こ痰陌l(fā)展為發(fā)酵工程帶來新的活力。新型發(fā)酵設(shè)備的研制為發(fā)酵工程提供先進(jìn)工具。大型化、連續(xù)化、自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用為發(fā)酵工程的發(fā)展拓展了新空間。強(qiáng)調(diào)代謝機(jī)理與調(diào)控研究，使微生物的發(fā)酵機(jī)能得到進(jìn)一步開發(fā)。生態(tài)型發(fā)酵工業(yè)的興起開拓了發(fā)酵的新領(lǐng)域。再生資源的利用給人們帶來了希望。 3、正文3.1 發(fā)酵的相關(guān)概述 3.1.1 基本含義現(xiàn)代發(fā)酵的定義應(yīng)該是：通過對(duì)微生物（或動(dòng)植物細(xì)胞）的進(jìn)行大規(guī)模的生長培養(yǎng)，使之發(fā)生化學(xué)變化和生理變化，從而產(chǎn)生和積累大量人們發(fā)酵所需要的代謝產(chǎn)物的過程。(1)微生物生理學(xué)嚴(yán)格定義

7、的“發(fā)酵”：有機(jī)物被生物體氧化降解成氧化產(chǎn)物并釋放能量的過程統(tǒng)稱為生物氧化。微生物生理學(xué)把生物氧化區(qū)分為呼吸和發(fā)酵，呼吸又可進(jìn)一步區(qū)分為有氧呼吸和無氧呼吸。因此，發(fā)酵是生物氧化的一種方式。發(fā)酵是這樣一種生物氧化方式：在沒有外源最終電子受體的條件下，化能異養(yǎng)型微生物細(xì)胞對(duì)能源有機(jī)化合物的氧化與內(nèi)源的（已經(jīng)經(jīng)過該細(xì)胞代謝的）有機(jī)化合物的還原相耦合，一般并不發(fā)生經(jīng)包含細(xì)胞色素等的電子傳遞鏈上的電子傳遞和電子傳遞磷酸化，而是通過底物（激酶的底物）水平磷酸化來獲得代謝能atp；能源有機(jī)化合物釋放的電子的一級(jí)電子載體nad，以nadh的形式直接將電子交給內(nèi)源的有機(jī)電子受體而再生成nad，同時(shí)將后者還原成發(fā)

8、酵產(chǎn)物（不完全氧化的產(chǎn)物）。細(xì)胞中的nad是有限的，如果作為一級(jí)電子載體的輔酶nad不能得到再生，就不能被回用，有效的電子載體就會(huì)愈來愈少，脫氫反應(yīng)就不能持續(xù)進(jìn)行下去了。因此輔酶nad的再生是生物氧化（包括發(fā)酵）繼續(xù)進(jìn)行下去的必要條件。(2)工業(yè)生產(chǎn)上定義的發(fā)酵“工業(yè)發(fā)酵”工業(yè)生產(chǎn)上籠統(tǒng)地把一切依靠微生物的生命活動(dòng)而實(shí)現(xiàn)的工業(yè)用秸稈發(fā)酵制成沼氣生產(chǎn)均稱為“發(fā)酵”。這樣定義的發(fā)酵就是“工業(yè)發(fā)酵”。工業(yè)發(fā)酵要依靠微生物的生命活動(dòng)，生命活動(dòng)依靠生物氧化提供的代謝能來支撐，因此工業(yè)發(fā)酵應(yīng)該覆蓋微生物生理學(xué)中生物氧化的所有方式：有氧呼吸、無氧呼吸和發(fā)酵。近百年來，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)酵技術(shù)發(fā)生了劃時(shí)代

9、的變革，已經(jīng)從利用自然界中原有的微生物進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)的階段進(jìn)入到，按照人的意愿改造成具有特殊性能的微生物以生產(chǎn)人類所需要的發(fā)酵產(chǎn)品的新階段。(3) 專業(yè)詞匯“發(fā)酵（fermentation）”“發(fā)酵”這個(gè)詞匯在生活中往往是人聯(lián)想到發(fā)面制作大餅、油條、饅頭、包子，或者聯(lián)想到食品酸敗物品霉?fàn)€。“發(fā)酵”作為專業(yè)詞匯其含義不但覆蓋發(fā)面制作大餅、油條、饅頭、包子，更重要的是指用發(fā)酵的手段工業(yè)化生產(chǎn)酒及酒精飲料、食品及食品添加劑、飼料及飼料添加劑、藥品、化工材料等等3.1.2 特點(diǎn)發(fā)酵和其他化學(xué)工業(yè)的最大區(qū)別在于它是生物體所進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。其主要特點(diǎn)如下：1，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

10、應(yīng)，反應(yīng)安全，要求條件也比較簡單。2，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)。微生物因不同的類別可以有選擇地去利用它所需要的營養(yǎng)?；谶@特性，可以利用廢水和廢物等作為發(fā)酵的原料進(jìn)行生物資源的改造和更新。3，發(fā)酵過程是通過生物體的自動(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的代謝產(chǎn)物。4，由于生物體本身所具有的反應(yīng)機(jī)制，能夠?qū)Ｒ恍缘睾透叨冗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。5，一般情況下，發(fā)酵過程中需要特別控制雜菌的產(chǎn)生。通常控制雜菌的方法是對(duì)設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格消毒處理，

11、對(duì)空氣加熱滅菌操作以及盡可能的采用自動(dòng)化的方式進(jìn)行發(fā)酵。通常，如果發(fā)酵過程中污染了雜菌或者噬菌體，會(huì)影響發(fā)酵過程的進(jìn)行，導(dǎo)致發(fā)酵產(chǎn)品的產(chǎn)量減少，嚴(yán)重的，甚至?xí)?dǎo)致整個(gè)發(fā)酵過程失敗，發(fā)酵產(chǎn)品被要求全部倒掉。6，微生物菌種是進(jìn)行發(fā)酵的根本因素，通過變異和菌種篩選，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，甚至可以獲得按常規(guī)方法難以生產(chǎn)的產(chǎn)品。7，工業(yè)發(fā)酵與普通發(fā)酵相比，對(duì)于發(fā)酵過程的控制更為嚴(yán)格，對(duì)發(fā)酵技術(shù)要求更為成熟，并且能夠?qū)崿F(xiàn)大規(guī)模量產(chǎn)基于以上特點(diǎn)，工業(yè)發(fā)酵日益引起人們重視。和傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝相比，現(xiàn)代發(fā)酵工程除了上述的發(fā)酵特征之外更有其優(yōu)越性。除了使用微生物外，還可以用動(dòng)植物細(xì)胞和酶，

12、也可以用人工構(gòu)建的“工程菌來進(jìn)行反應(yīng)；反應(yīng)設(shè)備也不只是常規(guī)的發(fā)酵罐，而是以各種各樣的生物反應(yīng)器而代之，自動(dòng)化連續(xù)化程度高，使發(fā)酵水平在原有基礎(chǔ)上有所提高和和創(chuàng)新。 3.1.3 反應(yīng)發(fā)酵反應(yīng)的過程依據(jù)不同糖的利用與產(chǎn)物的生產(chǎn)而不同。以下以葡萄糖生產(chǎn)酒精為例，說明釀酒發(fā)酵的過程，同時(shí)這也是最經(jīng)典的發(fā)酵反應(yīng)：化學(xué)式：c6h12o6 2c2h5oh + 2co2 + 2 atp (放出能量:118 kj/mol) 文字式：糖（葡萄糖、果糖或蔗糖） 醇類（乙醇） + 二氧化碳 + 能量 (atp) 就實(shí)際反應(yīng)的生化途徑而言，在厭氧呼吸的初期，往往是糖酵解途徑，之后的途徑與終產(chǎn)物有關(guān)。 3.1.4 類型根

13、據(jù)發(fā)酵的特點(diǎn)和微生物對(duì)氧的不同需要，可以將發(fā)酵分成若干類型：1，按發(fā)酵原料來區(qū)分：糖類物質(zhì)發(fā)酵、石油發(fā)酵及廢水發(fā)酵等類型。2，按發(fā)酵產(chǎn)物來區(qū)分：如氨基酸發(fā)酵、有機(jī)酸發(fā)酵、抗生素發(fā)酵、酒精發(fā)酵、維生素發(fā)酵等。3，按發(fā)酵形式來區(qū)分，則有：固態(tài)發(fā)酵和液體深層發(fā)酵。4，按發(fā)酵工藝流程區(qū)分則有：分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵和流加發(fā)酵。5，按發(fā)酵過程中對(duì)氧的不同需求來分，一般可分為：厭氧發(fā)酵和通風(fēng)發(fā)酵兩大類型。發(fā)酵工程在生物工程中的位置生物工程主要包括基因工程、細(xì)胞工程、酶工程、蛋白質(zhì)工程和發(fā)酵工程等5個(gè)部分；基因工程和細(xì)胞工程的研究結(jié)果，大多需要通過發(fā)酵工程和酶工程來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化?；蚬こ?、細(xì)胞工程和發(fā)酵工程中所需

14、要的酶，往往是通過酶工程來獲得；酶工程中酶的生產(chǎn)，一般要通過微生物發(fā)酵的方法來進(jìn)行。由此可見，生物工程各個(gè)分支之間存在著交叉滲透的現(xiàn)象。生物工程主要操作對(duì)象工程目的與其它工程的關(guān)系基因工程基因及動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞、微生物改造物種通過細(xì)胞工程、發(fā)酵工程使目的基因得以表達(dá)細(xì)胞工程動(dòng)物細(xì)胞、植物細(xì)胞、微生物細(xì)胞改造物種可以為發(fā)酵工程提供菌種、使基因工程得以實(shí)現(xiàn)發(fā)酵工程微生物獲得菌體及各種代謝產(chǎn)物為酶工程提供酶的來源酶 工 程微生物獲得酶制劑或固定化酶為其它生物工程提供酶制劑4、發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展歷程20世紀(jì)20年代的酒精、甘油和丙酮等發(fā)酵工程，屬于厭氧發(fā)酵。從那時(shí)起，發(fā)酵工程又經(jīng)歷了幾次重大的轉(zhuǎn)折，在不

15、斷地發(fā)展和完善。20世紀(jì)40年代初，隨著青霉素的發(fā)現(xiàn)，抗生素發(fā)酵工業(yè)逐漸興起。由于青霉素產(chǎn)生菌是需氧型的，微生物學(xué)家就在厭氧發(fā)酵技術(shù)的基礎(chǔ)上，成功地引進(jìn)了通氣攪拌和一整套無菌技術(shù)，建立了深層通氣發(fā)酵技術(shù)。它大大促進(jìn)了發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，使有機(jī)酸、維生素、激素等都可以用發(fā)酵法大規(guī)模生產(chǎn)。1957年，日本用微生物生產(chǎn)谷氨酸成功，如今20種氨基酸都可以用發(fā)酵法生產(chǎn)。氨基酸發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展，是建立在代謝控制發(fā)酵新技術(shù)的基礎(chǔ)上的?？茖W(xué)家在深入研究微生物代謝途徑的基礎(chǔ)上，通過對(duì)微生物進(jìn)行人工誘變，先得到適合于生產(chǎn)某種產(chǎn)品的突變類型，再在人工控制的條件下培養(yǎng)，就大量產(chǎn)生人們所需要的物質(zhì)。目前，代謝控制發(fā)酵技術(shù)已經(jīng)

16、與核苷酸、有機(jī)酸和部分抗生素等的生產(chǎn)中。20世紀(jì)70年代以后，基因工程、細(xì)胞工程等生物工程技術(shù)的開發(fā)，使發(fā)酵工程進(jìn)入了定向育種的新階段，新產(chǎn)品層出不窮。20世紀(jì)80年代以來，隨著學(xué)科之間的不斷交叉和滲透，微生物學(xué)家開始用數(shù)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、化工工程原理、計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)發(fā)酵過程進(jìn)行綜合研究，使得對(duì)發(fā)酵過程的控制更為合理。在一些國家，已經(jīng)能夠自動(dòng)記錄和自動(dòng)控制發(fā)酵過程的全部參數(shù)，明顯提高了生產(chǎn)效率?，F(xiàn)代意義上的發(fā)酵工程是一個(gè)由多學(xué)科交叉、融合而形成的技術(shù)性和應(yīng)用性較強(qiáng)的開放性的學(xué)科。發(fā)酵工程經(jīng)歷了“農(nóng)產(chǎn)手工加工近代發(fā)酵工程現(xiàn)代發(fā)酵工程”三個(gè)發(fā)展階段。手工加工發(fā)酵工程發(fā)源于家庭或作坊式的發(fā)酵制作（農(nóng)產(chǎn)手工加

17、工），后來借鑒于化學(xué)工程實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)（近代發(fā)酵工程），最后返璞歸真以微生物生命活動(dòng)為中心研究、設(shè)計(jì)和指導(dǎo)工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)（現(xiàn)代發(fā)酵工程），跨入生物工程的行列。近代發(fā)酵原始的手工作坊式的發(fā)酵制作憑借祖先傳下來的技巧和經(jīng)驗(yàn)生產(chǎn)發(fā)酵產(chǎn)品，體力勞動(dòng)繁重，生產(chǎn)規(guī)模受到限制，難以實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)。于是，發(fā)酵界的前人首先求教于化學(xué)和化學(xué)工程，向農(nóng)業(yè)化學(xué)和化學(xué)工程學(xué)習(xí)，對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)工藝進(jìn)行了規(guī)范，用泵和管道等輸送方式替代了肩挑手提的人力搬運(yùn)，以機(jī)器生產(chǎn)代替了手工操作，把作坊式的發(fā)酵生產(chǎn)成功地推上了工業(yè)化生產(chǎn)的水平。發(fā)酵生產(chǎn)與化學(xué)和化學(xué)工程的結(jié)合促成了發(fā)酵生產(chǎn)的第一次飛躍?，F(xiàn)代發(fā)酵通過發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)的幾十年實(shí)踐，

18、人們逐步認(rèn)識(shí)到發(fā)酵工業(yè)過程是一個(gè)隨著時(shí)間變化的（時(shí)變的）、非線性的、多變量輸入和輸出的動(dòng)態(tài)的生物學(xué)過程，按照化學(xué)工程的模式來處理發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)（特別是大規(guī)模生產(chǎn)）的問題，往往難以收到預(yù)期的效果。從化學(xué)工程的角度來看，發(fā)酵罐也就是生產(chǎn)原料發(fā)酵的反應(yīng)器，發(fā)酵罐中培養(yǎng)的微生物細(xì)胞只是一種催化劑，按化學(xué)工程的正統(tǒng)思維，微生物當(dāng)然難以發(fā)揮其生命特有的生產(chǎn)潛力。于是，追溯到作坊式的發(fā)酵生產(chǎn)技術(shù)的生物學(xué)內(nèi)核（微生物），返璞歸真而對(duì)發(fā)酵工程的屬性有了新的認(rèn)識(shí)。發(fā)酵工程的生物學(xué)屬性的認(rèn)定，使發(fā)酵工程的發(fā)展有了明確的方向，發(fā)酵工程進(jìn)入了生物工程的范疇5、常見的發(fā)酵工藝5.1 青霉素的發(fā)酵 5.1.1原理天然青霉素青

19、霉素g生產(chǎn)可分為菌種發(fā)酵和提取精制兩個(gè)步驟。菌種發(fā)酵：將產(chǎn)黃青霉菌接種到固體培養(yǎng)基上，在25下培養(yǎng)710天，即可得青霉菌孢子培養(yǎng)物。用無菌水將孢子制成懸浮液接種到種子罐內(nèi)已滅菌的培養(yǎng)基中，通入無菌空；氣、攪拌，在27下培養(yǎng)2428h，然后將種子培養(yǎng)液接種到發(fā)酵罐已滅菌的含有苯乙酸前體的培養(yǎng)基中，通入無菌空氣，攪拌，在27下培養(yǎng)7天。在發(fā)酵過程中需補(bǔ)入苯乙酸前體及適量的培養(yǎng)基。提取精制：將青霉素發(fā)酵液冷卻，過濾。濾液在ph22.5的條件下，于萃取機(jī)內(nèi)用醋酸丁酯進(jìn)行多級(jí)逆流萃取，得到丁酯萃取液，轉(zhuǎn)入ph7.07.2的緩沖液中，然后再轉(zhuǎn)入丁酯中，將此丁酯萃取液經(jīng)活性炭脫色，加入成鹽劑，經(jīng)共沸蒸餾即可

20、得青霉素g鉀鹽。青霉素g鈉鹽是將青霉素g鉀鹽通過離子交換樹脂（鈉型）而制得。半合成青霉素以6apa為中間體與多種化學(xué)合成有機(jī)酸進(jìn)行?；磻?yīng)，可制得各種類型的半合成青霉素。6apa是利用微生物產(chǎn)生的青霉素?；噶呀馇嗝顾豨或v而得到。酶反應(yīng)一般在4050、ph810的條件下進(jìn)行；近年來，酶固相化技術(shù)已應(yīng)用于6apa生產(chǎn)，簡化了裂解工藝過程。6apa也可從青霉素g用化學(xué)法來裂解制得，但成本較高。側(cè)鏈的引入系將相應(yīng)的有機(jī)酸先用氯化劑制成酰氯，然后根據(jù)酰氯的穩(wěn)定性在水或有機(jī)溶劑中，以無機(jī)或有機(jī)堿為縮合劑，與6apa進(jìn)行酰化反應(yīng)?？s合反應(yīng)也可以在裂解液中直接進(jìn)行而不需分離出6apa 5.1.2工藝青霉素

21、的生產(chǎn)分成發(fā)酵工藝和提煉工藝過程。 其中，青霉素發(fā)酵過程是屬于二次微生物代謝的過程,所獲得的是下一級(jí)代謝的產(chǎn)物,即菌種在一定條件下 (培養(yǎng)基、溫度、ph、通氣攪拌等)進(jìn)行培養(yǎng)發(fā)酵,經(jīng)過下一級(jí)代謝得到生成物青霉素,此環(huán)節(jié)是在發(fā)酵罐中進(jìn)行的,最終是微生物分泌大量的抗生素。為了保證發(fā)酵過程正常進(jìn)行,需對(duì)一些物理、化學(xué)、生理參數(shù)進(jìn)行檢測和控制。檢測的物理參數(shù)有罐溫、罐壓、冷卻水流量及進(jìn)出口溫度;化學(xué)參數(shù)有尾氣中o2含量、co2含量、罐內(nèi)溶解氧、ph值等生理參數(shù)有菌絲濃度、基液質(zhì)濃度、代謝產(chǎn)物濃度等,由于傳感器及檢測元件等原因目前生理參數(shù)還不能直接在線測量只能采用模型進(jìn)行在線推算或離線化驗(yàn)分析

22、。另外發(fā)酵過程中還存在一些通過可測參數(shù)在線計(jì)算來得到的重要參數(shù)如氧攝取率、呼吸商、生物熱等。罐溫發(fā)酵液ph、發(fā) 酵液中的do2及罐壓等環(huán)境參數(shù)對(duì)菌絲的生長、衰老及青霉素的合成有很大的影響因此控制系統(tǒng)主要就針對(duì)這些參數(shù)實(shí)行自動(dòng)控制。 5.2 土霉素的發(fā)酵 5.2.1原理分為三型，一型發(fā)酵為酒精發(fā)酵，二三型發(fā)酵為甘油發(fā)酵酒精發(fā)酵：葡萄糖走emp途徑放能和還原力（nadh)，分解為兩個(gè)丙酮酸，丙酮酸脫羧又被還原力還原為乙醇。甘油發(fā)酵：加入亞硫酸氫鈉，它結(jié)合乙醛，乙醛失去受氫能力，由磷酸二羥丙酮作為受氫體，一步步被還原為甘油。部分游離乙醛仍可受氫產(chǎn)生atp。三型甘油發(fā)酵：調(diào)ph使其成為不產(chǎn)能只產(chǎn)甘油的

23、靜息細(xì)胞。 5.2.2工藝6、 發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用 6.1 醫(yī)藥方面1、在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用：基于發(fā)酵工程技術(shù)，開發(fā)了種類繁多的藥品，如人類生長激素、重組乙肝疫苗、某些種類的單克隆抗體、白細(xì)胞介素2、抗血友病因子等。3、發(fā)酵工程與番茄紅素番茄紅素是由11個(gè)共軛雙鍵及2個(gè)非共軛碳碳雙鍵構(gòu)成的高度不飽和直鏈型烴類化合物，具有預(yù)防癌癥、防治心血管疾病、緩解骨質(zhì)疏松癥和提高免疫等重要的生理功能。番茄紅素的生產(chǎn)方法主要有提取法、化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法。由于番茄紅素含量低，提取法無法滿足市場需求，化學(xué)合成法存在收率低、產(chǎn)物不穩(wěn)定以及合成成本高等缺點(diǎn)；發(fā)酵法被認(rèn)為是生產(chǎn)番茄紅素最有潛力的方法，發(fā)酵法利用特定微生

24、物的代謝將淀粉、葡萄糖、黃豆餅粉等廉原料轉(zhuǎn)化為番茄紅素，不受原材料、地理環(huán)境和氣候等因素影響，工藝簡單、生產(chǎn)周期短、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)成本低，且產(chǎn)物質(zhì)量可控，并減少了對(duì)環(huán)境的污染。最重要的是發(fā)酵法生產(chǎn)的番茄紅素。 6.2 食品方面?zhèn)鹘y(tǒng)上人們利用固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)面包、麥芽、酒曲、酒精飲料、醬油、用酒精發(fā)酵生產(chǎn)的紅酒、豆豉、蘑菇等食品或生產(chǎn)中間原料。近代研究發(fā)現(xiàn)利用固態(tài)發(fā)酵生產(chǎn)的一些食品中含有生理活性物質(zhì)，表明了固態(tài)發(fā)酵在生產(chǎn)這些食品及食品添加劑上有優(yōu)勢(shì)。隨著能源危機(jī)與環(huán)境問題的日益嚴(yán)重，固態(tài)發(fā)酵技術(shù)以其特有的優(yōu)點(diǎn)引起人們極大的興趣。人們?cè)诠虘B(tài)發(fā)酵領(lǐng)域的研究及其在資源環(huán)境、蛋白質(zhì)飼料中的應(yīng)用取得了較大進(jìn)

25、展，主要表現(xiàn)在生物飼料、生物燃料、生物農(nóng)藥、生物轉(zhuǎn)化、生物解毒及生物修復(fù)等方面的成功開發(fā)應(yīng)用，為固態(tài)發(fā)酵的不斷發(fā)展提供了強(qiáng)有力支持，為傳統(tǒng)技術(shù)發(fā)揚(yáng)光大提供了廣闊的應(yīng)用前景。另外，中藥固態(tài)發(fā)酵，在保持中藥原來藥效，降低毒性反應(yīng)的作用巨大?，F(xiàn)在發(fā)酵技術(shù)在食品工業(yè)上的應(yīng)用：主要有三大類產(chǎn)品，一是生產(chǎn)傳統(tǒng)的發(fā)酵產(chǎn)品，如啤酒、果酒、食醋等；二是生產(chǎn)食品添加劑；三是幫助解決糧食問題。如： 生產(chǎn)葡萄酒生產(chǎn)味精全世界都采用發(fā)酵法生產(chǎn)味精。發(fā)酵法生產(chǎn)味精的原料基本上都是淀粉、砂糖、醋酸、糖蜜等天然物質(zhì)，因此味精不是化學(xué)合成產(chǎn)品。制作酵素一是生產(chǎn)酵素菌。酵素菌是從自然界中分分離純化獲得的有益微生物，將其組合發(fā)酵形

26、成，包括細(xì)菌、酵素菌、絲狀菌三大類二十余種能產(chǎn)生流活性分解酶的微生物群體組成的產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于種植業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)和人體保健食品行業(yè)。二是制作食用酵素。食用酵素（酶，enzyme）根據(jù)原料的多寡，又可分為綜合酵素和專一酵素。綜合酵素，特別是植物綜合酵素（植物復(fù)合酶），一般是指用幾十種甚至上百種蔬果經(jīng)發(fā)酵制備的酵素產(chǎn)品，針對(duì)性弱，藉在強(qiáng)調(diào)對(duì)人體的綜合調(diào)理作用。專一酵素，是指針對(duì)某些特定功效作用，或出于某些特定因素，而選用一種或兩種原料（一般不超過三種），經(jīng)發(fā)酵制備而成的酵素產(chǎn)品。如，諾麗酵素，原料只有有機(jī)諾麗和有機(jī)青梅，旨在針對(duì)女性排毒、通便、祛痘（光潔皮膚）。 “人造肉”近年來，國內(nèi)外市場上出現(xiàn)了一

27、種引人注目的新食品，它們的樣子很象雞、鴨、魚或豬肉，但卻不是通過飼養(yǎng)畜禽而獲得的制品，也不是耕種收獲的五谷雜糧，而是利用現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)制成的，因此，人們將他稱為“人造肉”。現(xiàn)代發(fā)酵工程，就是利用微生物的許多特殊本領(lǐng)，通過現(xiàn)代的工程技術(shù)手段來生產(chǎn)人類有用的物質(zhì)，或者把微生物直接運(yùn)用于工業(yè)生產(chǎn)的一類技術(shù)。它是以培養(yǎng)微生物發(fā)酵為主的，因此又叫微生物工程 6.3 農(nóng)業(yè)方面（1）甜高粱莖稈液態(tài)發(fā)酵在液態(tài)發(fā)酵過程中，由于甜高粱汁液中氮源、無機(jī)鹽含量不能滿足酵母菌的需求，大多數(shù)研究者通過在汁液中添加氮源和無機(jī)鹽來研究最佳的發(fā)酵工藝條件。從節(jié)省水資源、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和減少費(fèi)用的角度?？紤]液態(tài)發(fā)酵中高密度發(fā)酵更

28、具競爭力。當(dāng)可溶性固形物含量從16g100g升高到31gloog時(shí)，可節(jié)約585的用水，同時(shí)減少環(huán)境污染，提高設(shè)備利用率，而且高密度發(fā)酵可以增加發(fā)酵速率和酒精得率。在甜高梁汁液和磨碎的甜高粱籽?；旌弦褐屑尤胝崽?(濃度34glooml混合液)進(jìn)行高密度液態(tài)發(fā)酵，酒精的最大得率能達(dá)到16 8。高密度液態(tài)發(fā)酵有利于提高從甜高梁莖稈汁液中獲取燃料乙醇的收益。甜高梁莖稈汁液高密度發(fā)酵工業(yè)化生產(chǎn)往往采用固定化酵母發(fā)酵工藝，固定化技術(shù)應(yīng)用于酒精發(fā)酵的機(jī)理是利用活細(xì)胞或酶的高度密集，從而比普通游離狀態(tài)的細(xì)胞成倍地增長，加快反應(yīng)速度、縮短反應(yīng)周期和提高工作效率。載體內(nèi)部的酵母受外界影響較少，并不斷增殖向外擴(kuò)散

29、，載體內(nèi)部一直保持原有品質(zhì)，而且擁有較好的抗污染能力。從固定化人手來高發(fā)酵強(qiáng)度是一種切實(shí)可行的方法。劉榮厚 等研究了在搖床和流化床反應(yīng)器上進(jìn)行固定化酵母汁液酒精發(fā)酵，取得了很好的效果，為燃料乙醇的發(fā)展提供了科學(xué)依據(jù)。 （2）紅薯飲料 用紅薯與鮮奶配合發(fā)酵制成的紅薯酸奶，有紅薯的特有香味，還增加了酸奶纖維素、維生素和多種微量元素，減少脂肪含量，既可達(dá)到動(dòng)植物營養(yǎng)互補(bǔ)，又能降低生產(chǎn)成本，是一種風(fēng)味獨(dú)特的滋補(bǔ)飲料。 （3）膨化玉米粉酸奶 玉米是一種含多種營養(yǎng)成分的高產(chǎn)經(jīng)濟(jì)作物，含有大量的氨基酸、脂肪和粗纖維。經(jīng)擠壓、膨化、粉碎后的玉米粉除以上特點(diǎn)外，

30、由于采取了高溫高壓短時(shí)的加工方法，營養(yǎng)成分幾乎未被破壞，原料經(jīng)糊化處理后，更易消化吸收，擠壓后的淀粉和蛋白質(zhì)均易受酶作用而發(fā)生水解，產(chǎn)品口感細(xì)膩，風(fēng)味好。以膨化后的玉米粉為原料，配以脫脂乳，用乳酸菌進(jìn)行發(fā)酵制成膨化玉米粉乳酸發(fā)酵制品，酸甜適口，口感 細(xì)膩，有乳香和玉米清香，含有大量對(duì)人體有益的活性乳酸菌。 （4）中華獼猴桃果醋 中華獼猴桃營養(yǎng)價(jià)值高，被譽(yù)為“水果之王”。中華獼猴桃果醋生產(chǎn)工藝流程：獼猴桃洗凈粉碎蒸煮加麩曲榨汁果汁加酒母酒精發(fā)酵加醋酸菌液醋酸發(fā)酵過濾高溫殺菌裝瓶成品。 6.4 環(huán)境方面在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用：污水處理中微生物的強(qiáng)化。環(huán)境保護(hù)近年來，利用現(xiàn)代發(fā)酵及

31、分離技術(shù)對(duì)大量的農(nóng)作物麩皮、殼和秸桿以及各種果渣等有機(jī)廢渣資源進(jìn)行深層次的研究開發(fā)，從而獲得高活性、高附加值的天然功能產(chǎn)品，引起了各國學(xué)者的廣泛重視，其中以有機(jī)廢渣為基本培養(yǎng)基，選擇合適的微生物菌株 ( 酵母、真菌或細(xì)菌)進(jìn)行固態(tài)發(fā)酵，以獲得高附加值的微生物代謝物。7、發(fā)酵技術(shù)的發(fā)展前景發(fā)酵技術(shù)是生物工程的核心技術(shù)，也是醫(yī)藥生物工程和農(nóng)業(yè)生物工程實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的橋梁，具有廣闊的發(fā)展前景。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，發(fā)酵技術(shù)也有了很大的發(fā)展，并且已經(jīng)進(jìn)入能夠人為控制和改造微生物，使這些微生物為人類生產(chǎn)產(chǎn)品的現(xiàn)代發(fā)酵工程階段?，F(xiàn)代發(fā)酵工程作為現(xiàn)代生物技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，具有廣闊的應(yīng)用前景。1、發(fā)

32、酵工程作為最早從事微生物學(xué)的研究領(lǐng)域，在過去的3個(gè)世紀(jì)中為人類的生活、生存、社會(huì)的發(fā)展作出了重大的貢獻(xiàn)。但這些都是過去的成就。發(fā)酵工程與現(xiàn)在的生物工程（基因工程）相比，是處于劣勢(shì)，因?yàn)槠涫莻€(gè)老學(xué)科，在很多人看來，其沒有什么大的學(xué)問，通過一些操作過程的控制和菌種的篩選難以達(dá)到基因工程那樣迅捷的效果。但目前發(fā)酵工程不斷在發(fā)展自己，不斷整合其他學(xué)科的優(yōu)點(diǎn)來發(fā)展自己：1 上游方面：在菌種選育方面與基因工程相結(jié)合，從源頭上來發(fā)展自己的優(yōu)勢(shì)。但這一方面存在很大的問題，因?yàn)楦慊虻娜藢?duì)發(fā)酵不很熟悉，使得許多基因工程菌難以發(fā)酵生產(chǎn)產(chǎn)品，而且基因工程菌發(fā)酵的乙酸問題到現(xiàn)在還沒有解決；另一方面，基因工程領(lǐng)域的專家

33、對(duì)發(fā)酵工業(yè)具有很大應(yīng)用價(jià)值的菌種還沒有做深入研究（我指的是國內(nèi)情況），國內(nèi)還沒有哪個(gè)基因中心對(duì)工業(yè)微生物進(jìn)行基因測序。2工藝方面： 在過程控制中，與微生物學(xué)、微生物生理學(xué)、計(jì)算機(jī)工程、控制工程、化工工程等學(xué)科相結(jié)合，將過程操作變數(shù)與微生物生理狀態(tài)結(jié)合起來?；谖⑸锓磻?yīng)原理的培養(yǎng)基組成優(yōu)化；基于微生物代謝特性的分階段培養(yǎng)策略；基于代謝通量分析的發(fā)酵優(yōu)化策略。等等策略的利用，多尺度控制策略（葉勤教授等）就是將化工領(lǐng)域的策略運(yùn)用到微生物學(xué)領(lǐng)域的典型范例，并取得很大的成就（華北制藥等等）。2 該學(xué)科在積極拓展自己的領(lǐng)域：最明顯的例子是交叉學(xué)科的出現(xiàn)，如發(fā)酵工程與環(huán)境工程的交叉形成了環(huán)境生物技術(shù)，與化

34、工交叉的生物化工，與紡織工業(yè)交叉的紡織生物工程等的等。對(duì)于未來，微生物發(fā)酵有很大的發(fā)展空間。微生物制造是有發(fā)展的特點(diǎn)和投資的熱點(diǎn)，發(fā)展方向比較廣，不過在發(fā)展過程中的核心技術(shù)和資金瓶頸一直困擾著企業(yè)。微生物發(fā)酵與人民的吃穿息息相關(guān)，同時(shí)與國家的節(jié)能減排大政方針密切聯(lián)系，與國家的循環(huán)經(jīng)濟(jì)是分不開的。發(fā)酵技術(shù)隨著時(shí)代的發(fā)展而不斷向前發(fā)展，從傳統(tǒng)的發(fā)酵工業(yè)到現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)，再到微生物工程，它不僅成為生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的重要支柱，而且和基因工程技術(shù)的結(jié)合使它如虎添翼.隨著生物技術(shù)的發(fā)展，發(fā)酵工程的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大。從細(xì)胞生長繁殖、代謝的角度而言，利用發(fā)酵工程技術(shù)所進(jìn)行的大規(guī)模植物細(xì)胞培養(yǎng)，將用于生產(chǎn)一些昂貴

35、的植物化學(xué)品；而動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)所生產(chǎn)的一些蛋白質(zhì)和多肽類產(chǎn)品將作為醫(yī)用激素及抗癌與抗艾滋病的新藥物。發(fā)酵原料的更換也將使發(fā)酵工程發(fā)生重大的變革。2000年以后，由于木質(zhì)纖維素原料的大量應(yīng)用，發(fā)酵工程將大規(guī)模生產(chǎn)通用化學(xué)品以及能源。這樣，發(fā)酵工程變得對(duì)人類更為重要。目前還在逐步應(yīng)用的化工原料前體發(fā)酵技術(shù)，已使發(fā)酵工程成為生產(chǎn)某些化學(xué)品的不可替換的手段，諸如色氨酸的前體發(fā)酵，長鏈脂肪烴（13，14正烷烴）發(fā)酵等，將使人類大規(guī)模應(yīng)用色氨酸和長鏈二元酸成為可能。發(fā)酵工程技術(shù)在今后10年內(nèi)的重點(diǎn)發(fā)展方向?yàn)椋夯蚬こ碳凹?xì)胞雜交技術(shù)在微生物育種上的應(yīng)用，將使發(fā)酵用菌種達(dá)到前所未有的水平；生物反應(yīng)器技術(shù)及生物分離技術(shù)的相應(yīng)進(jìn)步將消除發(fā)酵工業(yè)放大的某些神秘特征；由于物理微生物數(shù)據(jù)庫、發(fā)酵動(dòng)力學(xué)、發(fā)酵傳遞力學(xué)