發(fā)酵工程 第1章 緒論

1、 本章內(nèi)容本章內(nèi)容 一、發(fā)酵工程的定義及在生物技術(shù)中的地位一、發(fā)酵工程的定義及在生物技術(shù)中的地位二、發(fā)酵工程發(fā)展簡史二、發(fā)酵工程發(fā)展簡史三、發(fā)酵工業(yè)的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍三、發(fā)酵工業(yè)的特點(diǎn)及其應(yīng)用范圍四、工業(yè)發(fā)酵的類型與典型過程四、工業(yè)發(fā)酵的類型與典型過程五、發(fā)酵工程前沿及應(yīng)用前景五、發(fā)酵工程前沿及應(yīng)用前景一、發(fā)酵工程定義及在生物技術(shù)中的地位一、發(fā)酵工程定義及在生物技術(shù)中的地位n1.1.何謂發(fā)酵？何謂發(fā)酵？n2.2.發(fā)酵工程概念？發(fā)酵工程概念？n3.3.發(fā)酵工程在生物技術(shù)中的地位發(fā)酵工程在生物技術(shù)中的地位 1.何謂發(fā)酵？何謂發(fā)酵？ ferver：發(fā)泡、沸騰：發(fā)泡、沸騰 fermentation微生

2、物的發(fā)酵現(xiàn)象發(fā)酵現(xiàn)象請看下面現(xiàn)象請看下面現(xiàn)象對發(fā)酵現(xiàn)象的不同理解對發(fā)酵現(xiàn)象的不同理解 兩種角度（能量、產(chǎn)物）兩種角度（能量、產(chǎn)物） 指微生物在無氧條件下，分解各種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生能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)格地說，發(fā)酵是以有機(jī)物作量的一種方式，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)。為電子受體的氧化還原產(chǎn)能反應(yīng)。生化和生理學(xué)意義上（側(cè)重能量代謝）生化和生理學(xué)意義上（側(cè)重能量代謝）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, ,同時(shí)釋同時(shí)釋放出放出COCO2 2。 6對發(fā)酵現(xiàn)象的不同理解對發(fā)酵現(xiàn)象的不

3、同理解 兩種角度（能量、產(chǎn)物）兩種角度（能量、產(chǎn)物） 發(fā)酵是指有機(jī)化合物進(jìn)行無氧代謝發(fā)酵是指有機(jī)化合物進(jìn)行無氧代謝釋放能量釋放能量的過程的過程厭氧發(fā)酵是厭氧菌借助氧化厭氧發(fā)酵是厭氧菌借助氧化- -還原反應(yīng)釋放能量還原反應(yīng)釋放能量的過程的過程 發(fā)酵是酵母無氧呼吸產(chǎn)生能量的過程發(fā)酵是酵母無氧呼吸產(chǎn)生能量的過程 發(fā)酵是好氧生物在受到分子態(tài)氧短缺限制時(shí)的不發(fā)酵是好氧生物在受到分子態(tài)氧短缺限制時(shí)的不 完全氧化釋放能量的過程完全氧化釋放能量的過程 生生物物化化學(xué)學(xué)家家生物化學(xué)家看待微生物發(fā)酵過程：生物化學(xué)家看待微生物發(fā)酵過程：7工業(yè)工業(yè)微生微生物學(xué)物學(xué)家家通過培養(yǎng)生物細(xì)胞（包括動(dòng)、植物細(xì)通過培養(yǎng)生物細(xì)胞（

4、包括動(dòng)、植物細(xì)胞）來合成產(chǎn)物的過程。胞）來合成產(chǎn)物的過程。通過微生物的生長繁殖和代謝活動(dòng)來通過微生物的生長繁殖和代謝活動(dòng)來大量積累生產(chǎn)人們所需產(chǎn)品過程的理大量積累生產(chǎn)人們所需產(chǎn)品過程的理論和工程技術(shù)體系。（論和工程技術(shù)體系。（P P1 1) )側(cè)重產(chǎn)品的生產(chǎn)：側(cè)重產(chǎn)品的生產(chǎn)：2. 2. 發(fā)酵工程概念？發(fā)酵工程概念？ 微生物細(xì)胞加工技術(shù)過程優(yōu)化與放大微生物細(xì)胞加工技術(shù)過程優(yōu)化與放大 傳統(tǒng)發(fā)酵工程：傳統(tǒng)發(fā)酵工程：利用利用微生物微生物的生長和代謝活動(dòng)的生長和代謝活動(dòng)來大量生產(chǎn)人們所需產(chǎn)品的來大量生產(chǎn)人們所需產(chǎn)品的過程理論與工程過程理論與工程技術(shù)體系技術(shù)體系。（。（p1)該技術(shù)體系主要包括菌種選育與保

5、藏、菌種擴(kuò)該技術(shù)體系主要包括菌種選育與保藏、菌種擴(kuò)大生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物的生物合成與分離純化制大生產(chǎn)、代謝產(chǎn)物的生物合成與分離純化制備等技術(shù)集成。備等技術(shù)集成?，F(xiàn)代發(fā)酵工程：是將是將DNADNA重組及細(xì)胞融合技術(shù)、重組及細(xì)胞融合技術(shù)、酶工程技術(shù)、組學(xué)及代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控技術(shù)、過程酶工程技術(shù)、組學(xué)及代謝網(wǎng)絡(luò)調(diào)控技術(shù)、過程工程優(yōu)化與放大技術(shù)等新技術(shù)與傳統(tǒng)發(fā)酵工程工程優(yōu)化與放大技術(shù)等新技術(shù)與傳統(tǒng)發(fā)酵工程融合，大大提高傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)水平，拓展傳統(tǒng)融合，大大提高傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)水平，拓展傳統(tǒng)發(fā)酵應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品范圍的一種現(xiàn)代工業(yè)生物發(fā)酵應(yīng)用領(lǐng)域和產(chǎn)品范圍的一種現(xiàn)代工業(yè)生物技術(shù)體系（新一代工業(yè)生物技術(shù)）。技術(shù)體系（新一代工業(yè)

6、生物技術(shù)）。 強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代生物技術(shù)、控制技術(shù)和裝備技術(shù)在強(qiáng)調(diào)現(xiàn)代生物技術(shù)、控制技術(shù)和裝備技術(shù)在傳統(tǒng)與現(xiàn)代傳統(tǒng)與現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)領(lǐng)域的集成應(yīng)用。發(fā)酵工業(yè)領(lǐng)域的集成應(yīng)用。傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)：傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)：釀造及食品釀造及食品業(yè)、抗生素、氨基酸、核苷業(yè)、抗生素、氨基酸、核苷酸、有機(jī)酸、飼料添加劑、酸、有機(jī)酸、飼料添加劑、微生態(tài)制劑、生物農(nóng)藥、生微生態(tài)制劑、生物農(nóng)藥、生物肥料等物肥料等現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)：現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)：基因工程藥物、基因工程藥物、細(xì)胞工程藥物、疫苗；替代細(xì)胞工程藥物、疫苗；替代石油工業(yè)的大宗量的生物基石油工業(yè)的大宗量的生物基化學(xué)品等，以及傳統(tǒng)發(fā)酵工化學(xué)品等，以及傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)升級。業(yè)升級。 傳統(tǒng)大型發(fā)酵工傳

7、統(tǒng)大型發(fā)酵工業(yè)的中央控制業(yè)的中央控制 現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的中央控制的中央控制 123. 3. 發(fā)酵工程在生物技術(shù)中的地位發(fā)酵工程在生物技術(shù)中的地位 生物技術(shù)：應(yīng)用自然科學(xué)和工程學(xué)的原理，依靠生物技術(shù)：應(yīng)用自然科學(xué)和工程學(xué)的原理，依靠生物及其細(xì)胞的催化作用，將物料進(jìn)行加工以提生物及其細(xì)胞的催化作用，將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品或?yàn)樯鐣?wù)的技術(shù)。供產(chǎn)品或?yàn)樯鐣?wù)的技術(shù)。發(fā)酵工程是生物技術(shù)的應(yīng)用基發(fā)酵工程是生物技術(shù)的應(yīng)用基 礎(chǔ)，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心。礎(chǔ)，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心。生物技術(shù)體系生物技術(shù)體系酶工程酶工程細(xì)胞工程細(xì)胞工程發(fā)酵工程發(fā)酵工程 產(chǎn)物產(chǎn)物 產(chǎn)品產(chǎn)品 產(chǎn)品產(chǎn)品基因工程基因工程強(qiáng)調(diào)過

8、程優(yōu)強(qiáng)調(diào)過程優(yōu)化與控制化與控制 分離和純化產(chǎn)品。分離和純化產(chǎn)品。包括固液分離技術(shù)、細(xì)包括固液分離技術(shù)、細(xì)胞破壁技術(shù)、產(chǎn)物純化胞破壁技術(shù)、產(chǎn)物純化技術(shù)，以及產(chǎn)品檢驗(yàn)和技術(shù)，以及產(chǎn)品檢驗(yàn)和包裝技術(shù)等包裝技術(shù)等 下游技術(shù)發(fā)酵過程控制，主要包發(fā)酵過程控制，主要包括發(fā)酵條件的調(diào)控，無括發(fā)酵條件的調(diào)控，無菌環(huán)境的控制，過程分菌環(huán)境的控制，過程分析和控制等析和控制等 中游技術(shù) 優(yōu)良菌株的選育和保藏優(yōu)良菌株的選育和保藏（包括菌種篩選、改造，（包括菌種篩選、改造，菌種代謝路徑改造菌種代謝路徑改造等）等）上游技術(shù)上中下游相互關(guān)聯(lián)！上中下游相互關(guān)聯(lián)！二、發(fā)酵工程發(fā)展簡史二、發(fā)酵工程發(fā)展簡史19001900以前以前

9、自然發(fā)酵階段自然發(fā)酵階段190019001940 1940 純培養(yǎng)技術(shù)的建立純培養(yǎng)技術(shù)的建立194019401950 1950 通氣攪拌純培養(yǎng)發(fā)酵技術(shù)的建立通氣攪拌純培養(yǎng)發(fā)酵技術(shù)的建立195019501960 1960 誘變技術(shù)與代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立誘變技術(shù)與代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立196019601970 1970 開拓發(fā)酵原料時(shí)期（石油發(fā)酵時(shí)期）開拓發(fā)酵原料時(shí)期（石油發(fā)酵時(shí)期）19701970年以后年以后 進(jìn)入基因工程菌發(fā)酵時(shí)期，以及細(xì)胞進(jìn)入基因工程菌發(fā)酵時(shí)期，以及細(xì)胞 大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)的全面發(fā)展。大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)的全面發(fā)展。 近年來，以現(xiàn)代生物技術(shù)和過程工程技術(shù)為基礎(chǔ)的近年來，以現(xiàn)代生物技術(shù)

10、和過程工程技術(shù)為基礎(chǔ)的 現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)突飛猛進(jìn)?，F(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)突飛猛進(jìn)。自然發(fā)酵階段自然發(fā)酵階段主要是釀造工業(yè)主要是釀造工業(yè)主要產(chǎn)品主要產(chǎn)品：酒、酒精、醋、啤酒、：酒、酒精、醋、啤酒、干酪、酸乳等干酪、酸乳等1717世紀(jì)，能在容量為世紀(jì)，能在容量為15001500桶（一桶約桶（一桶約136136升）的升）的 木質(zhì)大桶中進(jìn)行第一次真正的大規(guī)模釀造木質(zhì)大桶中進(jìn)行第一次真正的大規(guī)模釀造 17571757年應(yīng)用溫度計(jì)年應(yīng)用溫度計(jì)主要特點(diǎn)：嫌氣發(fā)酵，非純種培養(yǎng)主要特點(diǎn)：嫌氣發(fā)酵，非純種培養(yǎng) ，產(chǎn)品質(zhì)，產(chǎn)品質(zhì) 量不穩(wěn)定量不穩(wěn)定純培養(yǎng)技術(shù)的建立純培養(yǎng)技術(shù)的建立KochKoch首先發(fā)明固體培養(yǎng)基，建立細(xì)菌的純粹培

11、養(yǎng)首先發(fā)明固體培養(yǎng)基，建立細(xì)菌的純粹培養(yǎng)PetriPetri創(chuàng)造一種培養(yǎng)皿創(chuàng)造一種培養(yǎng)皿( (petri dish) )用于微生物平板分用于微生物平板分離離主要產(chǎn)品主要產(chǎn)品：酵母、甘油、乳酸、丙酮丁醇等：酵母、甘油、乳酸、丙酮丁醇等第一次世界大戰(zhàn)，第一次世界大戰(zhàn)， Weizmann 發(fā)明了丙酮丁醇發(fā)發(fā)明了丙酮丁醇發(fā)酵，建立了真正的酵，建立了真正的無雜菌發(fā)酵無雜菌發(fā)酵。在面包酵母的生產(chǎn)中首先采用了分批補(bǔ)料培養(yǎng)技在面包酵母的生產(chǎn)中首先采用了分批補(bǔ)料培養(yǎng)技術(shù)。術(shù)。主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)：純培養(yǎng)為主、嫌氧發(fā)酵，產(chǎn)品質(zhì)量控：純培養(yǎng)為主、嫌氧發(fā)酵，產(chǎn)品質(zhì)量控制水平大大提高。制水平大大提高。純培養(yǎng)技術(shù)的建立純培養(yǎng)

12、技術(shù)的建立l二十世紀(jì)四十年代初，第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，青霉二十世紀(jì)四十年代初，第二次世界大戰(zhàn)爆發(fā)，青霉素的發(fā)現(xiàn)，迅速形成工業(yè)大規(guī)摸生產(chǎn)。素的發(fā)現(xiàn)，迅速形成工業(yè)大規(guī)摸生產(chǎn)。l19281928年由年由 Fleming發(fā)現(xiàn)青霉素發(fā)現(xiàn)青霉素 l19411941年美國和英國合作對青霉素進(jìn)行生產(chǎn)研究年美國和英國合作對青霉素進(jìn)行生產(chǎn)研究 表面培養(yǎng)：表面培養(yǎng)：1 1升扁瓶或錐形瓶，內(nèi)裝升扁瓶或錐形瓶，內(nèi)裝200mL200mL麥麩培養(yǎng)麥麩培養(yǎng)基基 40u/ml40u/mll19431943年沉浸培養(yǎng)：年沉浸培養(yǎng)： 5m5m3 3 200u/ml 200u/mll當(dāng)今：當(dāng)今：100m100m3 3200m200m3

13、 3 5-7 5-7萬萬u/mlu/ml 鏈霉素、金霉素、新霉索、紅霉素鏈霉素、金霉素、新霉索、紅霉素通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立標(biāo)志：標(biāo)志：純種培養(yǎng)深層發(fā)酵生產(chǎn)青霉素純種培養(yǎng)深層發(fā)酵生產(chǎn)青霉素 主要技術(shù)進(jìn)展：主要技術(shù)進(jìn)展：通氣攪拌解決了液體深層培養(yǎng)的供氧問題。通氣攪拌解決了液體深層培養(yǎng)的供氧問題。無菌空氣、培養(yǎng)基滅菌、無污染接種、大型發(fā)酵罐無菌空氣、培養(yǎng)基滅菌、無污染接種、大型發(fā)酵罐的密封與抗污染設(shè)計(jì)解決了耗氧發(fā)酵中的雜菌污染的密封與抗污染設(shè)計(jì)解決了耗氧發(fā)酵中的雜菌污染問題。問題。主要特點(diǎn)：主要特點(diǎn)：耗氧發(fā)酵實(shí)現(xiàn)規(guī)?；兣囵B(yǎng)發(fā)耗氧發(fā)酵實(shí)現(xiàn)規(guī)?；兣囵B(yǎng)發(fā) 酵，一系列過程工程技術(shù)

14、創(chuàng)新。酵，一系列過程工程技術(shù)創(chuàng)新。意義：意義：推動(dòng)抗生素工業(yè)乃至整個(gè)發(fā)酵工業(yè)快速發(fā)展推動(dòng)抗生素工業(yè)乃至整個(gè)發(fā)酵工業(yè)快速發(fā)展建立了完整的好氧發(fā)酵放大技術(shù)及裝備建立了完整的好氧發(fā)酵放大技術(shù)及裝備奠定了現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)奠定了現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的理論和實(shí)踐基礎(chǔ)通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立 大型發(fā)酵罐攪拌裝置大型發(fā)酵罐攪拌裝置1.2 1.2 發(fā)酵工程的發(fā)展歷史發(fā)酵工程的發(fā)展歷史n180M3發(fā)酵罐車間發(fā)酵罐車間大型空氣壓縮機(jī)大型空氣壓縮機(jī)n1.2 1.2 發(fā)酵工程的發(fā)展歷史發(fā)酵工程的發(fā)展歷史 發(fā)酵車間的空氣過濾器代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立基于代謝途徑及其調(diào)控實(shí)現(xiàn)微生

15、物菌種選育和控制發(fā)酵?；诖x途徑及其調(diào)控實(shí)現(xiàn)微生物菌種選育和控制發(fā)酵。 代謝控制發(fā)酵技術(shù)：代謝控制發(fā)酵技術(shù)：應(yīng)用生物化學(xué)的代謝知識和遺傳學(xué)理應(yīng)用生物化學(xué)的代謝知識和遺傳學(xué)理論，選育微生物突變株，從而調(diào)控微生物代謝，大量積論，選育微生物突變株，從而調(diào)控微生物代謝，大量積累目標(biāo)發(fā)酵產(chǎn)物。累目標(biāo)發(fā)酵產(chǎn)物。主要應(yīng)用主要應(yīng)用：氨基酸氨基酸、有機(jī)酸及核苷酸等基于初級代謝產(chǎn)物有機(jī)酸及核苷酸等基于初級代謝產(chǎn)物的發(fā)酵生產(chǎn)，以及抗生素等的發(fā)酵生產(chǎn)，以及抗生素等 開拓新的發(fā)酵原料時(shí)期開拓新的發(fā)酵原料時(shí)期目的目的：以烴類為碳源生產(chǎn)微生物細(xì)胞作為飼料蛋白質(zhì)的來：以烴類為碳源生產(chǎn)微生物細(xì)胞作為飼料蛋白質(zhì)的來源源 技術(shù)進(jìn)

16、步技術(shù)進(jìn)步：n發(fā)展了高壓噴射式、強(qiáng)制循環(huán)式等多種發(fā)酵罐及其發(fā)展了高壓噴射式、強(qiáng)制循環(huán)式等多種發(fā)酵罐及其發(fā)酵技術(shù)發(fā)酵技術(shù) n計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的運(yùn)用：滅菌和發(fā)酵過程自計(jì)算機(jī)和自動(dòng)控制技術(shù)的運(yùn)用：滅菌和發(fā)酵過程自動(dòng)控制，促進(jìn)發(fā)酵工業(yè)朝動(dòng)控制，促進(jìn)發(fā)酵工業(yè)朝連續(xù)化、自動(dòng)化方向連續(xù)化、自動(dòng)化方向發(fā)展發(fā)展 特點(diǎn)特點(diǎn)：n解決發(fā)酵原料及人畜爭糧問題；解決發(fā)酵原料及人畜爭糧問題；n規(guī)模和自動(dòng)化程度顯著提高，能耗過大。規(guī)模和自動(dòng)化程度顯著提高，能耗過大。開拓新的發(fā)酵原料時(shí)期開拓新的發(fā)酵原料時(shí)期基因工程階段（現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)新階段）基因工程階段（現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)新階段）n主要標(biāo)志主要標(biāo)志 基因工程產(chǎn)品生產(chǎn)以及基因工程產(chǎn)

17、品生產(chǎn)以及基因工程技術(shù)應(yīng)用基因工程技術(shù)應(yīng)用n世界上已批準(zhǔn)上市的世界上已批準(zhǔn)上市的基因工程藥物有幾十基因工程藥物有幾十種，如：胰島素、人種，如：胰島素、人生長激素等。生長激素等。29主要特點(diǎn)主要特點(diǎn)n基因工程技術(shù)、細(xì)胞工程技術(shù)、酶工程技術(shù)以及基因工程技術(shù)、細(xì)胞工程技術(shù)、酶工程技術(shù)以及發(fā)酵過程優(yōu)化及放大技術(shù)的全面進(jìn)步發(fā)酵過程優(yōu)化及放大技術(shù)的全面進(jìn)步 n高產(chǎn)微生物代謝產(chǎn)物及非微生物代謝產(chǎn)物的基因高產(chǎn)微生物代謝產(chǎn)物及非微生物代謝產(chǎn)物的基因工程菌構(gòu)建及產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)工程菌構(gòu)建及產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)n主導(dǎo)碳氧經(jīng)濟(jì)發(fā)展，碳?xì)浣?jīng)濟(jì)的替代及生物煉制主導(dǎo)碳氧經(jīng)濟(jì)發(fā)展，碳?xì)浣?jīng)濟(jì)的替代及生物煉制技術(shù)的興起技術(shù)的興起基因工程

18、階段（現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)新階段）基因工程階段（現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)新階段） 人胰島素人胰島素人生長激素人生長激素(GH)(GH)表皮生長因子表皮生長因子(EGF)(EGF)腫瘤壞死因子腫瘤壞死因子白細(xì)胞介素白細(xì)胞介素-2(IL-2)-2(IL-2)尿激酶原尿激酶原豬生長激素豬生長激素(PGH)(PGH) 牛生長激素牛生長激素(BGH)(BGH)纖維素酶纖維素酶, , - -干擾素干擾素乙型肝炎疫苗乙型肝炎疫苗集落刺激因子集落刺激因子(CSF)(CSF)促紅細(xì)胞生成素促紅細(xì)胞生成素(EPO)(EPO)抗血友病因子抗血友病因子組織溶纖原激活劑組織溶纖原激活劑(t-PA)(t-PA)部分利用基因工程技術(shù)研制的產(chǎn)品

19、部分利用基因工程技術(shù)研制的產(chǎn)品發(fā)酵現(xiàn)象發(fā)酵現(xiàn)象釀造食品工業(yè)釀造食品工業(yè)非食品工業(yè)非食品工業(yè)青霉素青霉素抗菌素發(fā)酵抗菌素發(fā)酵工業(yè)工業(yè)氨基酸氨基酸, ,核酸發(fā)酵（代謝控制發(fā)酵）核酸發(fā)酵（代謝控制發(fā)酵）基因工程菌基因工程菌動(dòng)動(dòng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)藻類細(xì)胞大規(guī)模培藻類細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)養(yǎng)轉(zhuǎn)基因動(dòng)物轉(zhuǎn)基因動(dòng)物第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)：非食品工業(yè)第一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)：非食品工業(yè)第二個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)：青霉素第二個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)：青霉素抗菌素發(fā)酵工業(yè)抗菌素發(fā)酵工業(yè)第三個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)：切斷支路代謝第三個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)：切斷支路代謝: :酶的活力調(diào)控酶的活力調(diào)控, ,酶的合成調(diào)酶的合成調(diào) 控控( (反饋控制和反饋?zhàn)瓒舴?/p>

20、饋控制和反饋?zhàn)瓒?,),解除菌體自身的反解除菌體自身的反饋調(diào)節(jié)饋調(diào)節(jié), , 突變株的應(yīng)用突變株的應(yīng)用, ,前體、終產(chǎn)物、副產(chǎn)前體、終產(chǎn)物、副產(chǎn)物等物等近代轉(zhuǎn)折點(diǎn)：基因、動(dòng)物、海洋近代轉(zhuǎn)折點(diǎn)：基因、動(dòng)物、海洋發(fā)酵工程發(fā)展簡史發(fā)酵工程發(fā)展簡史三、發(fā)酵工業(yè)的特點(diǎn)三、發(fā)酵工業(yè)的特點(diǎn) 發(fā)酵過程一般是在發(fā)酵過程一般是在常溫常壓常溫常壓下進(jìn)行的生化反應(yīng)，反應(yīng)下進(jìn)行的生化反應(yīng)，反應(yīng)安全，要求條件較簡單。安全，要求條件較簡單。 可用較廉價(jià)原料生產(chǎn)較高價(jià)值產(chǎn)品?？捎幂^廉價(jià)原料生產(chǎn)較高價(jià)值產(chǎn)品。 反應(yīng)專一性強(qiáng)。反應(yīng)專一性強(qiáng)。 能夠?qū)Ｒ恍缘睾透叨冗x擇性地對某些較為復(fù)雜的能夠?qū)Ｒ恍缘睾透叨冗x擇性地對某些較為復(fù)雜的 化合

21、物進(jìn)行特定部位的生物轉(zhuǎn)化修飾?；衔镞M(jìn)行特定部位的生物轉(zhuǎn)化修飾。 發(fā)酵過程中對雜菌污染的防治至關(guān)重要。發(fā)酵過程中對雜菌污染的防治至關(guān)重要。菌種是關(guān)鍵。菌種是關(guān)鍵。發(fā)酵生產(chǎn)不受地理、氣候、季節(jié)等自然條發(fā)酵生產(chǎn)不受地理、氣候、季節(jié)等自然條件限制。件限制。發(fā)酵工業(yè)的特點(diǎn)發(fā)酵工業(yè)的特點(diǎn)發(fā)酵工業(yè)的范圍發(fā)酵工業(yè)的范圍微生物菌體微生物菌體 酶制劑酶制劑 代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物 生物轉(zhuǎn)化生物轉(zhuǎn)化微生物特殊機(jī)能的利用微生物特殊機(jī)能的利用n 利用微生物消除環(huán)境污染利用微生物消除環(huán)境污染n 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n 微生物濕法冶金微生物濕法冶金n 利用基因工程菌株開拓發(fā)酵工程新領(lǐng)域利用基因工

22、程菌株開拓發(fā)酵工程新領(lǐng)域微生物菌體微生物菌體n傳統(tǒng)菌體發(fā)酵傳統(tǒng)菌體發(fā)酵工業(yè)工業(yè)n現(xiàn)代菌體發(fā)酵工業(yè)現(xiàn)代菌體發(fā)酵工業(yè)酵母發(fā)酵酵母發(fā)酵菌體蛋白（單細(xì)胞蛋白）發(fā)酵菌體蛋白（單細(xì)胞蛋白）發(fā)酵殺蟲劑殺蟲劑：蘇云金桿菌，蠟樣芽孢：蘇云金桿菌，蠟樣芽孢桿菌，側(cè)孢芽孢桿菌；白僵菌、桿菌，側(cè)孢芽孢桿菌；白僵菌、綠僵菌綠僵菌 疫苗疫苗n新的菌體發(fā)酵產(chǎn)品新的菌體發(fā)酵產(chǎn)品: 藥用功能菌體藥用功能菌體 茯苓菌茯苓菌茯苓茯苓 擔(dān)子真菌擔(dān)子真菌靈芝、香菇類靈芝、香菇類 蟲草頭孢菌蟲草頭孢菌 密環(huán)菌密環(huán)菌 微生物菌體微生物菌體 面包酵母面包酵母 藻類藻類芽孢桿菌和伴孢晶體芽孢桿菌和伴孢晶體 蟲草頭孢菌發(fā)酵生產(chǎn)蟲草蟲草頭孢菌發(fā)酵

23、生產(chǎn)蟲草 酶制劑酶制劑n廣泛用于醫(yī)藥工業(yè)、食品和輕工業(yè)、石油化工廣泛用于醫(yī)藥工業(yè)、食品和輕工業(yè)、石油化工n酶試劑盒：醫(yī)用診斷試劑盒、工業(yè)分析試劑盒等酶試劑盒：醫(yī)用診斷試劑盒、工業(yè)分析試劑盒等n藥用酶制劑：膽固醇氧化酶，葡萄糖氧化酶等藥用酶制劑：膽固醇氧化酶，葡萄糖氧化酶等n食品工業(yè)用酶制劑：果膠酶，淀粉酶等食品工業(yè)用酶制劑：果膠酶，淀粉酶等n基因重組技術(shù)用酶制劑：核酸酶（基因重組技術(shù)用酶制劑：核酸酶（nuclease），包括），包括DNA、RNA的內(nèi)切酶、外切酶，的內(nèi)切酶、外切酶，DNA限制性內(nèi)切酶、限制性內(nèi)切酶、DNA連接酶等。連接酶等。n飼料酶制劑：木聚糖酶、飼料酶制劑：木聚糖酶、-葡聚糖

24、酶、纖維素酶等葡聚糖酶、纖維素酶等 微生物轉(zhuǎn)化 在用維生素在用維生素C C一步和二步發(fā)酵法生產(chǎn)中一步和二步發(fā)酵法生產(chǎn)中, ,起主要氧起主要氧化作用的葡糖酸桿菌對作用底物化作用的葡糖酸桿菌對作用底物(D-(D-山梨醇或山梨醇或L-L-山山梨糖梨糖) )的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行特異性改變。的分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行特異性改變。 微觀分類：（1 1）釀酒工業(yè)）釀酒工業(yè) （2 2） 發(fā)酵食品工業(yè)發(fā)酵食品工業(yè)（3 3）有機(jī)溶劑發(fā)酵工業(yè)）有機(jī)溶劑發(fā)酵工業(yè) （4 4） 抗生素發(fā)酵工業(yè)抗生素發(fā)酵工業(yè)（5 5）有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè)）有機(jī)酸發(fā)酵工業(yè) （6 6）酶制劑發(fā)酵工業(yè)）酶制劑發(fā)酵工業(yè)（7 7） 核甘酸類物質(zhì)發(fā)酵工業(yè)核甘酸類物質(zhì)發(fā)酵工業(yè)

25、 （8 8）氨基酸發(fā)酵工業(yè)）氨基酸發(fā)酵工業(yè) （9 9）生理活性物質(zhì)發(fā)酵工業(yè)）生理活性物質(zhì)發(fā)酵工業(yè) （1010） 維生素發(fā)酵工業(yè)維生素發(fā)酵工業(yè) （1111）菌體蛋白發(fā)酵工業(yè)）菌體蛋白發(fā)酵工業(yè) （1212）環(huán)境凈化工業(yè)）環(huán)境凈化工業(yè)（1313）生物能工業(yè)）生物能工業(yè) （1414） 微生物冶金工業(yè)微生物冶金工業(yè)44發(fā)酵工業(yè)簡介發(fā)酵工業(yè)簡介n發(fā)酵食品發(fā)酵食品n有機(jī)酸有機(jī)酸n氨基酸氨基酸n核酸類物質(zhì)核酸類物質(zhì)n酶制劑酶制劑n醫(yī)藥工業(yè)（抗生素醫(yī)藥工業(yè)（抗生素）n飼料工業(yè)（單細(xì)胞蛋白飼料工業(yè)（單細(xì)胞蛋白n環(huán)境工程（廢物處理）環(huán)境工程（廢物處理）n其它其它 （冶金工業(yè)（冶金工業(yè)） Fermentation I

26、ndustry nFermented FoodsnOrganic AcidsnAmino AcidsnNucleotidesnEnzymes nPharmaceutical (Antibiotics)nFeedstuff (eg. SCP)nEnvironmental Application (Waste Treatment)nOthers (eg. Metallurgical industry)45四、工業(yè)發(fā)酵的類型四、工業(yè)發(fā)酵的類型 固體發(fā)酵固體發(fā)酵 厭氧發(fā)酵厭氧發(fā)酵 需氧發(fā)酵需氧發(fā)酵 兼性厭氧發(fā)酵兼性厭氧發(fā)酵 液體發(fā)酵（包括液體深層發(fā)酵）液體發(fā)酵（包括液體深層發(fā)酵）按培養(yǎng)基物理性狀按培養(yǎng)

27、基物理性狀 淺盤固體發(fā)酵淺盤固體發(fā)酵 深層固體發(fā)酵（機(jī)械通風(fēng)制曲）深層固體發(fā)酵（機(jī)械通風(fēng)制曲） 按微生物對氧需求按微生物對氧需求按發(fā)酵工藝流程按發(fā)酵工藝流程分批發(fā)酵分批發(fā)酵補(bǔ)料分批發(fā)酵補(bǔ)料分批發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵單級恒化器連續(xù)發(fā)酵單級恒化器連續(xù)發(fā)酵多級恒化器連續(xù)發(fā)酵多級恒化器連續(xù)發(fā)酵帶有細(xì)胞再循環(huán)的單級恒化器連續(xù)發(fā)酵帶有細(xì)胞再循環(huán)的單級恒化器連續(xù)發(fā)酵四、工業(yè)發(fā)酵的類型四、工業(yè)發(fā)酵的類型按菌的種類按菌的種類單菌種發(fā)酵單菌種發(fā)酵多菌種混合發(fā)酵（混合菌發(fā)酵）多菌種混合發(fā)酵（混合菌發(fā)酵）新發(fā)展的微生物培養(yǎng)方法新發(fā)展的微生物培養(yǎng)方法n載體培養(yǎng)載體培養(yǎng)n兩步法液體深層培養(yǎng)兩步法液體深層培養(yǎng)發(fā)酵工業(yè)的基本生

28、產(chǎn)過程發(fā)酵工業(yè)的基本生產(chǎn)過程空氣空氣凈化處理空氣凈化處理保藏菌種保藏菌種斜面活化擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐主發(fā)酵碳源、氮源等營養(yǎng)物質(zhì)滅滅 菌菌產(chǎn)物分離純化成品49發(fā)酵工業(yè)的基本生產(chǎn)過程發(fā)酵工業(yè)的基本生產(chǎn)過程1. 用作種子擴(kuò)大培養(yǎng)及發(fā)酵生產(chǎn)的各種培用作種子擴(kuò)大培養(yǎng)及發(fā)酵生產(chǎn)的各種培 養(yǎng)基的配制；養(yǎng)基的配制；2. 培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備的消毒滅菌；培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備的消毒滅菌；3. 擴(kuò)大培養(yǎng)出有活性的適量純種，以一定比擴(kuò)大培養(yǎng)出有活性的適量純種，以一定比 例接種入發(fā)酵罐中；例接種入發(fā)酵罐中；4. 控制最適發(fā)酵條件使微生物生長并形成大量的代控制最適發(fā)酵條件使微生物生長并形成大量的代謝產(chǎn)物；謝產(chǎn)物；5

29、. 將產(chǎn)物提取并精制，以得到合格的產(chǎn)品；將產(chǎn)物提取并精制，以得到合格的產(chǎn)品；6. 回收或處理發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的三廢物質(zhì)?；厥栈蛱幚戆l(fā)酵過程中所產(chǎn)生的三廢物質(zhì)。發(fā)酵工業(yè)的基本生產(chǎn)過程發(fā)酵工業(yè)的基本生產(chǎn)過程發(fā)酵工業(yè)的典型過程深層發(fā)酵過程發(fā)酵工業(yè)的典型過程深層發(fā)酵過程發(fā)酵工業(yè)發(fā)展趨向及應(yīng)用前景發(fā)酵工業(yè)發(fā)展趨向及應(yīng)用前景n基因工程的發(fā)展為發(fā)酵工程帶來新的活力?；蚬こ痰陌l(fā)展為發(fā)酵工程帶來新的活力。 n采用發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行高等動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)，具有誘人前景。采用發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行高等動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)，具有誘人前景。n 不斷開發(fā)和采用大型節(jié)能高效的發(fā)酵裝置，不斷開發(fā)和采用大型節(jié)能高效的發(fā)酵裝置，n 計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制將成為發(fā)酵生產(chǎn)控制的主要手段。計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制將成為發(fā)酵生產(chǎn)控制的主要手段。n強(qiáng)調(diào)代謝機(jī)理與調(diào)控研究，使微生物的機(jī)強(qiáng)調(diào)代謝機(jī)理與調(diào)控研究，使微生物的機(jī)能得到進(jìn)一步開發(fā)。能得到進(jìn)一步開發(fā)。n生