微生物工程工藝原理緒論

1、微生物工程工藝原理微生物工程工藝原理第一章第一章 緒論緒論第一章第一章 緒緒 論論了解：了解：課程的研究對(duì)象、研究?jī)?nèi)容、微生物工程發(fā)課程的研究對(duì)象、研究?jī)?nèi)容、微生物工程發(fā)展的歷史、國(guó)內(nèi)外微生物工業(yè)概況及其發(fā)展趨勢(shì)。展的歷史、國(guó)內(nèi)外微生物工業(yè)概況及其發(fā)展趨勢(shì)。理解：理解：微生物工程的特征、研究范圍及其與化學(xué)工微生物工程的特征、研究范圍及其與化學(xué)工程的區(qū)別。程的區(qū)別。第一章第一章 緒論緒論1-1 微生物工程工藝原理的基本概微生物工程工藝原理的基本概念念一、基本概念一、基本概念 微生物工程是將化學(xué)工程有關(guān)理論和單元操作應(yīng)用微生物工程是將化學(xué)工程有關(guān)理論和單元操作應(yīng)用于微生物的工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)，進(jìn)而發(fā)展起

2、來的具有新的特點(diǎn)于微生物的工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)，進(jìn)而發(fā)展起來的具有新的特點(diǎn)的一門學(xué)科。微生物工程通常稱為發(fā)酵工程，可分為發(fā)酵的一門學(xué)科。微生物工程通常稱為發(fā)酵工程，可分為發(fā)酵和提取兩個(gè)部分。和提取兩個(gè)部分。1 1、微生物工程工藝原理的定義、微生物工程工藝原理的定義3 3 生物工程的定義 是應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)的原理，依靠生物催化劑的 作用將物料進(jìn)行加工生產(chǎn)產(chǎn)品或?yàn)槿祟惙?wù)的技術(shù)科學(xué)，又稱生物技術(shù)，生物工藝學(xué)。微生物工業(yè)的定義 是利用微生物的生長(zhǎng)和代謝活動(dòng)生產(chǎn)各種有用物質(zhì)的 現(xiàn)代工業(yè)，由于它以培養(yǎng)微生物為主，所以也稱發(fā)酵工業(yè)。第一章第一章 緒論緒論 （1）“發(fā)酵發(fā)酵”一詞的來源一詞的來源 英語中英語中“

3、發(fā)酵發(fā)酵”一詞一詞fermentation是從拉丁語是從拉丁語fervere派生派生而來的，原意為而來的，原意為“發(fā)泡發(fā)泡”，它描述酵母作用于果汁或麥芽浸，它描述酵母作用于果汁或麥芽浸出液時(shí)的現(xiàn)象。出液時(shí)的現(xiàn)象。 4 4、發(fā)酵的定義、發(fā)酵的定義（2）狹義）狹義 “發(fā)酵發(fā)酵”的定義的定義 是指微生物在無氧條件下，分解各種有機(jī)物產(chǎn)生能量的是指微生物在無氧條件下，分解各種有機(jī)物產(chǎn)生能量的過程，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過程，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)?；€原產(chǎn)能反應(yīng)。 如酒精發(fā)酵，乳酸發(fā)酵等過程。如酒精發(fā)酵，乳酸發(fā)酵等過程。第一章第一章 緒論緒論

4、 （2）廣義）廣義 “發(fā)酵發(fā)酵”的定義的定義 泛指利用微生物細(xì)胞在有氧或無氧條件的生命活動(dòng)泛指利用微生物細(xì)胞在有氧或無氧條件的生命活動(dòng)來制備微生物菌體或其他代謝產(chǎn)物的過程。它包括厭氧培來制備微生物菌體或其他代謝產(chǎn)物的過程。它包括厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等發(fā)酵如酒精、丙酮丁醇、乳酸等發(fā)酵，以及通，以及通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑如抗生素、氨基酸、酶制劑等的生產(chǎn)。等的生產(chǎn)。 （3）發(fā)酵工程（）發(fā)酵工程（Fermentation Engineering） 是研究生物技術(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程中各單元操作的工藝是研究生物技術(shù)工業(yè)生

5、產(chǎn)過程中各單元操作的工藝和設(shè)備的一門學(xué)科，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。也叫和設(shè)備的一門學(xué)科，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)。也叫微生物工程。微生物工程。第一章第一章 緒論緒論二、微生物發(fā)酵的基本特征二、微生物發(fā)酵的基本特征 現(xiàn)代微生物工業(yè)通常是指微生物的現(xiàn)代微生物工業(yè)通常是指微生物的代謝控制發(fā)酵代謝控制發(fā)酵 代謝控制發(fā)酵：代謝控制發(fā)酵：是指利用生物的、物理的、化學(xué)的方法，是指利用生物的、物理的、化學(xué)的方法，人為的改變了微生物的生長(zhǎng)代謝途徑，使之合成、積累、人為的改變了微生物的生長(zhǎng)代謝途徑，使之合成、積累、分泌我們所需要的產(chǎn)品的過程。分泌我們所需要的產(chǎn)品的過程。1. 現(xiàn)代發(fā)酵過程是典型的代謝控制發(fā)酵

6、現(xiàn)代發(fā)酵過程是典型的代謝控制發(fā)酵第一章第一章 緒論緒論 由于微生物生理特性決定了微生物在發(fā)酵過程中需要由于微生物生理特性決定了微生物在發(fā)酵過程中需要穩(wěn)定的環(huán)境、特殊的條件以及以氧作為底物的供給，這些穩(wěn)定的環(huán)境、特殊的條件以及以氧作為底物的供給，這些都涉及到化工生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域：都涉及到化工生產(chǎn)相關(guān)領(lǐng)域： （1）質(zhì)量的傳遞）質(zhì)量的傳遞氧的供給、代謝物的排泄等氧的供給、代謝物的排泄等 （2）熱量的傳遞）熱量的傳遞微生物呼吸產(chǎn)熱，微生物生長(zhǎng)和微生物呼吸產(chǎn)熱，微生物生長(zhǎng)和代謝需要穩(wěn)定而嚴(yán)格的溫度條件。代謝需要穩(wěn)定而嚴(yán)格的溫度條件。 （3）動(dòng)量的傳遞）動(dòng)量的傳遞涉及到攪拌軸功率的計(jì)算，它與涉及到攪拌軸功率的

7、計(jì)算，它與溶氧、氣液混合的關(guān)系。溶氧、氣液混合的關(guān)系。 （4）微生物的反應(yīng)工程）微生物的反應(yīng)工程涉及到微生物的生長(zhǎng)動(dòng)涉及到微生物的生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型的建立，產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)模型的建立。力學(xué)模型的建立，產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué)模型的建立。2. 現(xiàn)代發(fā)酵過程是一個(gè)典型的化工過程現(xiàn)代發(fā)酵過程是一個(gè)典型的化工過程第一章第一章 緒論緒論 （1）反應(yīng)條件溫和）反應(yīng)條件溫和 微生物的生理特性，要求溫度為微生物的生理特性，要求溫度為26-55；pH值中性偏酸性值中性偏酸性酵母、霉菌、放線菌等酵母、霉菌、放線菌等；pH值中性偏堿性值中性偏堿性細(xì)菌的發(fā)酵。細(xì)菌的發(fā)酵。 （2）無菌發(fā)酵）無菌發(fā)酵 整個(gè)反應(yīng)過程要求無菌：培養(yǎng)基、空氣

8、、補(bǔ)整個(gè)反應(yīng)過程要求無菌：培養(yǎng)基、空氣、補(bǔ)料和取樣要求無菌處理、有些發(fā)酵尾氣也要求進(jìn)行料和取樣要求無菌處理、有些發(fā)酵尾氣也要求進(jìn)行無菌處理。無菌處理。 （3）非連續(xù)性生產(chǎn)）非連續(xù)性生產(chǎn) 微生物的生理特性決定了發(fā)酵過程的非連續(xù)微生物的生理特性決定了發(fā)酵過程的非連續(xù)性；大部分的工業(yè)發(fā)酵是以間歇操作為基礎(chǔ)進(jìn)行的，性；大部分的工業(yè)發(fā)酵是以間歇操作為基礎(chǔ)進(jìn)行的，目前只有少數(shù)發(fā)酵實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)，目前只有少數(shù)發(fā)酵實(shí)現(xiàn)了連續(xù)化生產(chǎn)，如啤酒發(fā)酵如啤酒發(fā)酵。3. 現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)又有別于化工過程現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)又有別于化工過程第一章第一章 緒論緒論 根據(jù)發(fā)酵的特點(diǎn)和微生物對(duì)氧的不同需要，可將發(fā)酵分根據(jù)發(fā)酵的特點(diǎn)和微生物

9、對(duì)氧的不同需要，可將發(fā)酵分成以下幾個(gè)類型：成以下幾個(gè)類型：1、按發(fā)酵原料來區(qū)分：、按發(fā)酵原料來區(qū)分：糖類物質(zhì)發(fā)酵、石油發(fā)酵及糖類物質(zhì)發(fā)酵、石油發(fā)酵及廢水發(fā)酵等。廢水發(fā)酵等。2、按發(fā)酵產(chǎn)物來區(qū)分：、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、如氨基酸發(fā)酵、有機(jī)酸發(fā)酵、抗生素發(fā)酵、酒精發(fā)酵等。抗生素發(fā)酵、酒精發(fā)酵等。3、按發(fā)酵形式來區(qū)分、按發(fā)酵形式來區(qū)分：固態(tài)發(fā)酵和液體發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵和液體發(fā)酵。4、按發(fā)酵工藝流程區(qū)分：、按發(fā)酵工藝流程區(qū)分：分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵和流分批發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵和流加發(fā)酵。加發(fā)酵。5、按發(fā)酵過程中對(duì)氧的需求，、按發(fā)酵過程中對(duì)氧的需求，分為：厭氧發(fā)酵和分為：厭氧發(fā)酵和通風(fēng)發(fā)酵。通風(fēng)

10、發(fā)酵。三、微生物發(fā)酵的類型三、微生物發(fā)酵的類型第一章第一章 緒論緒論SOLID-STATE FERMENTATION PRODUCTION第一章第一章 緒論緒論液體發(fā)酵液體發(fā)酵第一章第一章 緒論緒論 典型的發(fā)酵過程可以劃分成以下六個(gè)基本組成部分：典型的發(fā)酵過程可以劃分成以下六個(gè)基本組成部分：（1）生產(chǎn)菌種選育和擴(kuò)大培養(yǎng)，培養(yǎng)基的配制；）生產(chǎn)菌種選育和擴(kuò)大培養(yǎng)，培養(yǎng)基的配制；（2）培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備的滅菌；）培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備的滅菌；（3）生產(chǎn)菌種接種入生物反應(yīng)器中，無菌空氣的制備與通風(fēng)；）生產(chǎn)菌種接種入生物反應(yīng)器中，無菌空氣的制備與通風(fēng)；（4）控制生產(chǎn)菌種最適生長(zhǎng)和代謝條件，進(jìn)

11、行發(fā)酵生產(chǎn)；）控制生產(chǎn)菌種最適生長(zhǎng)和代謝條件，進(jìn)行發(fā)酵生產(chǎn)；（5）產(chǎn)物提取和精制；）產(chǎn)物提取和精制；（6）過程中排出的廢棄物的處理。）過程中排出的廢棄物的處理。四、微生物發(fā)酵過程的組成部分四、微生物發(fā)酵過程的組成部分1、發(fā)酵過程的組成、發(fā)酵過程的組成第一章第一章 緒論緒論2、發(fā)酵工藝過程、發(fā)酵工藝過程第一章第一章 緒論緒論（1）適宜的生產(chǎn)菌種）適宜的生產(chǎn)菌種（2）保證和控制菌種生長(zhǎng)和）保證和控制菌種生長(zhǎng)和 發(fā)酵的各種條發(fā)酵的各種條件件（培養(yǎng)基組成，溫度，溶氧、（培養(yǎng)基組成，溫度，溶氧、pH等）等）（3）進(jìn)行微生物發(fā)酵的設(shè)備）進(jìn)行微生物發(fā)酵的設(shè)備（4）提取菌體或代謝產(chǎn)物，精制成產(chǎn)品的方）提取菌體

12、或代謝產(chǎn)物，精制成產(chǎn)品的方法和設(shè)備法和設(shè)備3、發(fā)酵生產(chǎn)的條件、發(fā)酵生產(chǎn)的條件第一章第一章 緒論緒論菌種篩選菌種篩選搖瓶試驗(yàn)搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐小、中試發(fā)酵罐小、中試發(fā)酵生產(chǎn)發(fā)酵生產(chǎn)4、由實(shí)驗(yàn)室研究到產(chǎn)業(yè)化的過程、由實(shí)驗(yàn)室研究到產(chǎn)業(yè)化的過程第一章第一章 緒論緒論 工業(yè)上的發(fā)酵產(chǎn)品，有四個(gè)主要類別：1、以菌體為產(chǎn)品；、以菌體為產(chǎn)品；2、以微生物的酶為產(chǎn)品；、以微生物的酶為產(chǎn)品；3、以微生物的代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品；、以微生物的代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品；4、生物轉(zhuǎn)化過程生物轉(zhuǎn)化過程將一個(gè)化合物經(jīng)過發(fā)將一個(gè)化合物經(jīng)過發(fā)酵改造化學(xué)結(jié)構(gòu)。酵改造化學(xué)結(jié)構(gòu)。五、微生物發(fā)酵產(chǎn)品的類型五、微生物發(fā)酵產(chǎn)品的類型第一章第一章 緒論緒論（一）

13、菌體（一）菌體 定義：定義：是以獲得具有多種用途的微生物菌體細(xì)是以獲得具有多種用途的微生物菌體細(xì)胞為目的產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)，包括單細(xì)胞的酵母和藻胞為目的產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)，包括單細(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。治疾病用的疫苗等。 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，生細(xì)胞的生長(zhǎng)與產(chǎn)物積累成平行關(guān)系，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)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。穩(wěn)定期產(chǎn)量最高。（二）微生物的酶（二）微生物的酶 酶的特點(diǎn)：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

14、。易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝提高產(chǎn)量。 分類：分類：胞內(nèi)酶和胞外酶胞內(nèi)酶和胞外酶 生物合成特點(diǎn)：生物合成特點(diǎn)：需要誘導(dǎo)作用，或遭受阻遏、抑制等調(diào)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。方面需給予注意。第一章第一章 緒論緒論（三）微生物代謝產(chǎn)物（三）微生物代謝產(chǎn)物 包括初級(jí)代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝包括初級(jí)代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物。產(chǎn)物。 初級(jí)代謝產(chǎn)物或中間代謝產(chǎn)物初級(jí)代謝產(chǎn)物或中間代謝產(chǎn)物是指細(xì)胞自身生是指細(xì)胞自身生長(zhǎng)所必需的，在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期形成的產(chǎn)物。長(zhǎng)所必需的，在

15、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期形成的產(chǎn)物。 次級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物是在微生物生長(zhǎng)緩慢或停止生長(zhǎng)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。級(jí)代謝產(chǎn)物。（四）轉(zhuǎn)化過程（四）轉(zhuǎn)化過程 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)相類似但具有更高經(jīng)濟(jì)價(jià)值團(tuán)）的作用，使它轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相類似但具有更高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的化合物。的化合物。 最終產(chǎn)物是由微生物細(xì)胞的酶或酶系對(duì)底物某一特定部最終產(chǎn)物是由微生物細(xì)胞的酶或酶系對(duì)底物某一特定部位進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成的。位進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而

16、形成的。第一章第一章 緒論緒論1-2 微生物發(fā)酵的歷史及發(fā)展方向微生物發(fā)酵的歷史及發(fā)展方向 微生物發(fā)酵的發(fā)展可以分為以下幾個(gè)階段：微生物發(fā)酵的發(fā)展可以分為以下幾個(gè)階段： 1.自然發(fā)酵階段自然發(fā)酵階段 傳統(tǒng)的釀造業(yè)傳統(tǒng)的釀造業(yè) 2.純培養(yǎng)階段純培養(yǎng)階段 該階段以顯微鏡的誕生和微生物學(xué)的問世為標(biāo)志。該階段以顯微鏡的誕生和微生物學(xué)的問世為標(biāo)志。 1683年，荷蘭人列文虎克制作了顯微鏡，觀察并年，荷蘭人列文虎克制作了顯微鏡，觀察并描繪了桿菌、球菌、螺旋菌等的圖象描繪了桿菌、球菌、螺旋菌等的圖象 1866年，法國(guó)人巴斯德，創(chuàng)立巴斯德消毒法年，法國(guó)人巴斯德，創(chuàng)立巴斯德消毒法 1881年，德國(guó)人科赫和其合作

17、者首先發(fā)明了染色年，德國(guó)人科赫和其合作者首先發(fā)明了染色法觀察細(xì)菌形態(tài)；創(chuàng)立了劃線法分離單孢子菌落法觀察細(xì)菌形態(tài)；創(chuàng)立了劃線法分離單孢子菌落的方法；因發(fā)現(xiàn)結(jié)核菌而獲的方法；因發(fā)現(xiàn)結(jié)核菌而獲1905年諾貝爾生理年諾貝爾生理學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)學(xué)和醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)一、微生物工業(yè)發(fā)酵的歷史一、微生物工業(yè)發(fā)酵的歷史第一章第一章 緒論緒論3.通氣攪拌發(fā)酵階段通氣攪拌發(fā)酵階段 這一階段以青霉素的工業(yè)開發(fā)獲得成功為標(biāo)志。這一階段以青霉素的工業(yè)開發(fā)獲得成功為標(biāo)志。 由英國(guó)病理學(xué)家弗洛里和生化學(xué)家錢恩共同開由英國(guó)病理學(xué)家弗洛里和生化學(xué)家錢恩共同開發(fā)成功。發(fā)成功。4.代謝控制發(fā)酵階段代謝控制發(fā)酵階段 代謝控制發(fā)酵的概念的提出最早源于日

18、本人在代謝控制發(fā)酵的概念的提出最早源于日本人在谷氨酸發(fā)酵上取得的成功。谷氨酸發(fā)酵上取得的成功。 代謝控制發(fā)酵理論的建立和應(yīng)用為微生物工業(yè)代謝控制發(fā)酵理論的建立和應(yīng)用為微生物工業(yè)發(fā)酵的理論和實(shí)踐作出了重大貢獻(xiàn)，也是未來微發(fā)酵的理論和實(shí)踐作出了重大貢獻(xiàn)，也是未來微生物發(fā)酵工業(yè)研究和發(fā)展的方向生物發(fā)酵工業(yè)研究和發(fā)展的方向 第一章第一章 緒論緒論 二、微生物發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展方向二、微生物發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展方向 微生物發(fā)酵工業(yè)有著悠久的歷史，在國(guó)民經(jīng)微生物發(fā)酵工業(yè)有著悠久的歷史，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要的地位，濟(jì)中占有重要的地位，21世紀(jì)又是生物的，體現(xiàn)世紀(jì)又是生物的，體現(xiàn)在以下方面：在以下方面：第一章第一章 緒

19、論緒論 1. 從工業(yè)領(lǐng)域看從工業(yè)領(lǐng)域看 微生物發(fā)酵將占據(jù)越來越重要的地位，具體的講：微生物發(fā)酵將占據(jù)越來越重要的地位，具體的講： (1) 通過生物工程解決能源問題通過生物工程解決能源問題 能源問題是全球面臨的問題，生物工程如何解決？能源問題是全球面臨的問題，生物工程如何解決？ 太陽能太陽能 淀粉、纖維素淀粉、纖維素 G 乙醇乙醇 能源能源 乙乙 烯烯 （目前已取得突破性進(jìn)展）（目前已取得突破性進(jìn)展） 生物工程作為橋梁，生物工程作為橋梁，2000年世界產(chǎn)值已達(dá)年世界產(chǎn)值已達(dá)50億美元億美元酶工程酶工程發(fā)酵發(fā)酵第一章第一章 緒論緒論 (2) 化工工業(yè)化工工業(yè) 一是取代部分化工工業(yè)。許多化工產(chǎn)品的生

20、產(chǎn)由于嚴(yán)一是取代部分化工工業(yè)。許多化工產(chǎn)品的生產(chǎn)由于嚴(yán)重的污染和生產(chǎn)效率問題，而為生物工程取代，例如：乙重的污染和生產(chǎn)效率問題，而為生物工程取代，例如：乙醇、甘油、乳酸等。醇、甘油、乳酸等。 二是利用生物技術(shù)可生產(chǎn)一些用化學(xué)方法無法生產(chǎn)二是利用生物技術(shù)可生產(chǎn)一些用化學(xué)方法無法生產(chǎn)或生產(chǎn)成本高以及對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響的新型材料，如丙或生產(chǎn)成本高以及對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響的新型材料，如丙烯酰胺、殼聚糖等。烯酰胺、殼聚糖等。 (3) 農(nóng)業(yè)農(nóng)業(yè) 生物農(nóng)業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工等方面生物農(nóng)業(yè)、農(nóng)產(chǎn)品加工等方面 (4) 醫(yī)藥醫(yī)藥 主要包括手性藥物制劑，手性原料和手性中間體。主要包括手性藥物制劑，手性原料和手性中間體。第一

21、章第一章 緒論緒論 (1) 酶制劑工業(yè)：酶制劑工業(yè)：即是生產(chǎn)工具，又是科學(xué)研究的工具即是生產(chǎn)工具，又是科學(xué)研究的工具和基礎(chǔ)和基礎(chǔ) (2) 新型抗菌素工業(yè)和維生素行業(yè)新型抗菌素工業(yè)和維生素行業(yè) (3) 氨基酸及多肽發(fā)酵氨基酸及多肽發(fā)酵 (4) 生物免疫物質(zhì)：生物免疫物質(zhì)：白介素白介素-2、干擾素、抗腫瘤物質(zhì)等、干擾素、抗腫瘤物質(zhì)等 (5) 細(xì)胞工程及疫苗細(xì)胞工程及疫苗2. 從產(chǎn)品角度看從產(chǎn)品角度看應(yīng)圍繞下列領(lǐng)域：應(yīng)圍繞下列領(lǐng)域：第一章第一章 緒論緒論(1) 底物基質(zhì)的轉(zhuǎn)變底物基質(zhì)的轉(zhuǎn)變 淀粉質(zhì)為原料轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼜V泛、便宜的原料，特別是以廢棄物淀粉質(zhì)為原料轉(zhuǎn)變?yōu)楦鼜V泛、便宜的原料，特別是以廢棄物為基質(zhì)

22、的發(fā)酵，廢棄物資源化是其發(fā)展方向。為基質(zhì)的發(fā)酵，廢棄物資源化是其發(fā)展方向。(2) 開發(fā)新產(chǎn)品開發(fā)新產(chǎn)品 利用現(xiàn)代生物技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)新產(chǎn)品，新的產(chǎn)品層出不窮，利用現(xiàn)代生物技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)新產(chǎn)品，新的產(chǎn)品層出不窮，使得微生物發(fā)酵向國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)角落滲透。使得微生物發(fā)酵向國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)角落滲透。(3) 發(fā)酵設(shè)備向發(fā)酵設(shè)備向大型化、自動(dòng)化、連續(xù)化大型化、自動(dòng)化、連續(xù)化發(fā)展。發(fā)展。 英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司，甲烷菌發(fā)酵罐的容積已達(dá)到英國(guó)帝國(guó)化學(xué)公司，甲烷菌發(fā)酵罐的容積已達(dá)到3000m2。 自動(dòng)化：電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用以及發(fā)酵過程中的各種參數(shù)自動(dòng)化：電子計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用以及發(fā)酵過程中的各種參數(shù)的自動(dòng)檢測(cè)。的自動(dòng)

23、檢測(cè)。 3. 從科學(xué)技術(shù)角度看從科學(xué)技術(shù)角度看第一章第一章 緒論緒論 解放前，由于科學(xué)技術(shù)進(jìn)步緩慢，各種微生物工業(yè)也解放前，由于科學(xué)技術(shù)進(jìn)步緩慢，各種微生物工業(yè)也未能充分發(fā)展。當(dāng)時(shí)的發(fā)酵工業(yè)主要集中于酒精和酒類未能充分發(fā)展。當(dāng)時(shí)的發(fā)酵工業(yè)主要集中于酒精和酒類（白酒、黃酒、啤酒、葡萄酒）以及醬油和醋的生產(chǎn)上。（白酒、黃酒、啤酒、葡萄酒）以及醬油和醋的生產(chǎn)上。 解放后，才建立了一系列新的微生物工業(yè)。逐步研究解放后，才建立了一系列新的微生物工業(yè)。逐步研究和生產(chǎn)酶制劑、有機(jī)酸、微生物制藥、氨基酸、基因工程和生產(chǎn)酶制劑、有機(jī)酸、微生物制藥、氨基酸、基因工程產(chǎn)品、細(xì)胞工程產(chǎn)品等各種發(fā)酵產(chǎn)品。使發(fā)酵工業(yè)進(jìn)入

24、新產(chǎn)品、細(xì)胞工程產(chǎn)品等各種發(fā)酵產(chǎn)品。使發(fā)酵工業(yè)進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期。的發(fā)展時(shí)期。 三、建國(guó)三、建國(guó)59周年，我國(guó)發(fā)酵工業(yè)回顧周年，我國(guó)發(fā)酵工業(yè)回顧第一章第一章 緒論緒論1，發(fā)酵產(chǎn)品增長(zhǎng)快、質(zhì)量明顯提高，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)，發(fā)酵產(chǎn)品增長(zhǎng)快、質(zhì)量明顯提高，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起重要作用中起重要作用 新型發(fā)酵工業(yè)：年產(chǎn)量新型發(fā)酵工業(yè)：年產(chǎn)量115萬噸；產(chǎn)值萬噸；產(chǎn)值150億；利稅億；利稅50億。釀酒億。釀酒工業(yè)（不包括酒精）：年產(chǎn)量工業(yè)（不包括酒精）：年產(chǎn)量2000萬噸左右；產(chǎn)值萬噸左右；產(chǎn)值450億；利億；利稅稅120億。億。2，科技進(jìn)步，技術(shù)水平提高，科技進(jìn)步，技術(shù)水平提高 例如：糖化酶的發(fā)酵液酶活力由例如：糖化酶

25、的發(fā)酵液酶活力由7000u/ml提高至提高至30000-40000u/ml；味精和檸檬酸三個(gè)主要指標(biāo)：產(chǎn)酸率、轉(zhuǎn)化率和；味精和檸檬酸三個(gè)主要指標(biāo)：產(chǎn)酸率、轉(zhuǎn)化率和提取率提高提取率提高5%左右。左右。3，積極開發(fā)新產(chǎn)品，積極開發(fā)新產(chǎn)品 特鮮味精；高溫特鮮味精；高溫-淀粉酶；纖維素酶；淀粉酶；纖維素酶； -葡聚糖酶；異淀粉葡聚糖酶；異淀粉酶等酶制劑；酶等酶制劑；L-蘋果酸；蘋果酸；L-乳酸；衣康酸；黃原膠。乳酸；衣康酸；黃原膠。 功能性發(fā)酵制品：功能性發(fā)酵制品： 亞麻酸；冬蟲夏草；蘑菇、靈芝多糖；活亞麻酸；冬蟲夏草；蘑菇、靈芝多糖；活性肽；低聚異麥芽糖、木糖；海藻糖等。性肽；低聚異麥芽糖、木糖；海

26、藻糖等。（一）我國(guó)發(fā)酵工業(yè)的主要進(jìn)步（一）我國(guó)發(fā)酵工業(yè)的主要進(jìn)步第一章第一章 緒論緒論 味精：味精：生產(chǎn)萬噸以上產(chǎn)量的工廠有生產(chǎn)萬噸以上產(chǎn)量的工廠有17家，其余都在萬噸家，其余都在萬噸以下，最大規(guī)模是周口蓮花味精集團(tuán)公司，年產(chǎn)以下，最大規(guī)模是周口蓮花味精集團(tuán)公司，年產(chǎn)12萬噸，萬噸，其次是菱花集團(tuán)，年產(chǎn)其次是菱花集團(tuán)，年產(chǎn)8萬噸。發(fā)酵罐容量我國(guó)只有個(gè)別萬噸。發(fā)酵罐容量我國(guó)只有個(gè)別工廠在工廠在600立方米，而國(guó)外普遍在立方米，而國(guó)外普遍在500-600立方米以上。立方米以上。1998年味精生產(chǎn)企業(yè)年味精生產(chǎn)企業(yè)89家，其中虧損家，其中虧損37家，占家，占41。 檸檬酸行業(yè)：檸檬酸行業(yè)：萬噸以上的

27、工廠有六家，其余均在萬噸以萬噸以上的工廠有六家，其余均在萬噸以下，最大規(guī)模是安徽豐原生化集團(tuán)，年產(chǎn)下，最大規(guī)模是安徽豐原生化集團(tuán)，年產(chǎn)6萬噸以上。萬噸以上。1998年有年有28家生產(chǎn)，虧損企業(yè)家生產(chǎn)，虧損企業(yè)12家，占家，占42。 酶制劑行業(yè)：酶制劑行業(yè)：有有39家，其中萬噸以上，銷售額家，其中萬噸以上，銷售額2000萬以萬以上只有上只有8家，其余均在萬噸以下。家，其余均在萬噸以下。（二）與國(guó)際先進(jìn)水平的差距（二）與國(guó)際先進(jìn)水平的差距1、多數(shù)工廠規(guī)模小、效益低、多數(shù)工廠規(guī)模小、效益低第一章第一章 緒論緒論 2、生產(chǎn)技術(shù)水平比較低、生產(chǎn)技術(shù)水平比較低 我國(guó)淀粉生產(chǎn)企業(yè)約我國(guó)淀粉生產(chǎn)企業(yè)約400家

28、，玉米淀粉原料干物收家，玉米淀粉原料干物收率平均在率平均在90左右，比國(guó)外低左右，比國(guó)外低5-8，多數(shù)工廠副產(chǎn)品，多數(shù)工廠副產(chǎn)品回收利用較差?；厥绽幂^差。產(chǎn)酸率產(chǎn)酸率 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率提取收率提取收率 國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)(平均平均) 8.46 54.1489.2 國(guó)外國(guó)外 12以上以上 55-6090-95 味精的產(chǎn)酸率、轉(zhuǎn)化率、提取收率水平比較味精的產(chǎn)酸率、轉(zhuǎn)化率、提取收率水平比較主要酶制劑品種發(fā)酵水平對(duì)比主要酶制劑品種發(fā)酵水平對(duì)比發(fā)酵水平發(fā)酵水平/ml國(guó)內(nèi)水平國(guó)內(nèi)水平 國(guó)際水平國(guó)際水平 中溫淀粉酶中溫淀粉酶 400-500 1000以上以上 糖化酶糖化酶 20000-2500030000以上以上 堿性

29、蛋白酶堿性蛋白酶 15000-20000 30000以上以上 第一章第一章 緒論緒論 酶制劑行業(yè)比較突出，在產(chǎn)酶制劑行業(yè)比較突出，在產(chǎn)品結(jié)構(gòu)方面比較單一，主要以淀品結(jié)構(gòu)方面比較單一，主要以淀粉酶類為主，如：粉酶類為主，如：1991年酶制劑年酶制劑總產(chǎn)量為總產(chǎn)量為9萬噸，其中糖化酶總?cè)f噸，其中糖化酶總產(chǎn)量產(chǎn)量7萬噸，占總產(chǎn)量萬噸，占總產(chǎn)量78，其，其他品種只占他品種只占22。8年來結(jié)構(gòu)調(diào)年來結(jié)構(gòu)調(diào)整仍變化不大，整仍變化不大，1999年糖化酶占年糖化酶占總產(chǎn)量比例達(dá)到總產(chǎn)量比例達(dá)到61。與國(guó)外產(chǎn)。與國(guó)外產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對(duì)照顯然不合理，當(dāng)然我品結(jié)構(gòu)對(duì)照顯然不合理，當(dāng)然我們不能照搬，但是可以借鑒，可們不能照搬

30、，但是可以借鑒，可以根據(jù)中國(guó)國(guó)情依市場(chǎng)需求加以以根據(jù)中國(guó)國(guó)情依市場(chǎng)需求加以調(diào)整。調(diào)整。品種品種 國(guó)外國(guó)外(占占比例比例) 國(guó)內(nèi)國(guó)內(nèi)(占占比例比例)蛋白酶蛋白酶3721糖化酶糖化酶1161淀粉酶淀粉酶1517凝乳酶凝乳酶90果膠酶果膠酶9少量少量葡萄糖葡萄糖異構(gòu)酶異構(gòu)酶11少量少量其他其他81國(guó)內(nèi)外酶制劑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對(duì)比國(guó)內(nèi)外酶制劑產(chǎn)品結(jié)構(gòu)對(duì)比3、產(chǎn)品品種單一，結(jié)構(gòu)不合理、產(chǎn)品品種單一，結(jié)構(gòu)不合理第一章第一章 緒論緒論4、應(yīng)用的深度和廣度不夠、應(yīng)用的深度和廣度不夠 檸檬酸產(chǎn)品以出口為主，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)只占檸檬酸產(chǎn)品以出口為主，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)只占20左右，主要左右，主要應(yīng)用于食品飲料，其他方面應(yīng)用很少，美國(guó)和西歐

31、已廣泛開應(yīng)用于食品飲料，其他方面應(yīng)用很少，美國(guó)和西歐已廣泛開展應(yīng)用于家用洗滌劑、清潔劑、醫(yī)藥化妝品以及飼料工業(yè)中，展應(yīng)用于家用洗滌劑、清潔劑、醫(yī)藥化妝品以及飼料工業(yè)中，我國(guó)這方面研究的很少。我國(guó)這方面研究的很少。 酶制劑由于品種的缺乏，以及應(yīng)用技術(shù)上開展不夠，因酶制劑由于品種的缺乏，以及應(yīng)用技術(shù)上開展不夠，因此應(yīng)用面拓展緩慢。此應(yīng)用面拓展緩慢。5、技術(shù)裝備和檢測(cè)手段落后，自動(dòng)化水平低。、技術(shù)裝備和檢測(cè)手段落后，自動(dòng)化水平低。 多數(shù)工廠還是沿用傳統(tǒng)工藝和手工操作，勞動(dòng)生產(chǎn)率比多數(shù)工廠還是沿用傳統(tǒng)工藝和手工操作，勞動(dòng)生產(chǎn)率比較低。較低。6、綜合利用和環(huán)境治理差、綜合利用和環(huán)境治理差 目前三河和三湖

32、一帶的發(fā)酵工廠的廢水已初步得到了治目前三河和三湖一帶的發(fā)酵工廠的廢水已初步得到了治理，重點(diǎn)工廠已達(dá)到了國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，但是離清潔生理，重點(diǎn)工廠已達(dá)到了國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)，但是離清潔生產(chǎn)還有較大距離，表現(xiàn)在原料利用率比較低，一般比國(guó)外先產(chǎn)還有較大距離，表現(xiàn)在原料利用率比較低，一般比國(guó)外先進(jìn)水平低進(jìn)水平低3-5。第一章第一章 緒論緒論 本課程是生物工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，是本課程是生物工程專業(yè)本科生的專業(yè)基礎(chǔ)必修課程，是一門以微生物、生物化學(xué)、化工原理等課程為基礎(chǔ)，以微生一門以微生物、生物化學(xué)、化工原理等課程為基礎(chǔ)，以微生物發(fā)酵過程中各種單元操作為主線條，對(duì)微生物發(fā)酵過程中物發(fā)酵過程中各種單元操作為主線條，對(duì)微生物發(fā)酵過程中的基本原理進(jìn)行闡述的課程。的基本原理進(jìn)行闡述的課程。四、本課程