發(fā)酵工程 第一章 總論

發(fā)酵工程

FermentationEngineering

發(fā)酵工程

發(fā)酵已經(jīng)從過去簡單的生產(chǎn)酒精類飲料、生產(chǎn)醋酸和發(fā)酵面包發(fā)展到今天成為生物工程的一個(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?，F(xiàn)代發(fā)酵工程不但生產(chǎn)酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產(chǎn)胰島素、干擾素、生長激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物，生產(chǎn)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，在化學(xué)工業(yè)上生產(chǎn)氨基酸、香料、生物高分子、酶以及維生素和單細(xì)胞蛋白等。發(fā)酵在人類生活中的作用？食品工業(yè)—

豐富飲食文化，提高生活質(zhì)量。如調(diào)料、酒、多種保健品。醫(yī)藥工業(yè)—

抗生素、維生素、氨基酸、葡萄糖、胰島素?；瘜W(xué)工業(yè)—

丙烯酰胺作為絮凝劑、土壤調(diào)節(jié)劑的配料，紙漿膠料；各種香料和長鏈脂肪酸等。能源開發(fā)的新途徑—

纖維素乙醇；廢棄物沼氣。第一章總論

一、發(fā)酵的基本概念二、發(fā)酵工業(yè)的沿革三、發(fā)酵工業(yè)的特點(diǎn)與分類四、發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)流程1、發(fā)酵？(fermentation)最初的發(fā)酵：最初發(fā)酵是用來描述酵母菌作用于果汁或麥芽汁產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，或者是指酒的生產(chǎn)過程。巴斯德的發(fā)酵定義：厭氧條件下，原料糖經(jīng)酵母等生物細(xì)胞作用進(jìn)行分解代謝、向菌體提供能量，從而得到原料分解產(chǎn)生酒精和CO2的過程。生物化學(xué)家的發(fā)酵定義：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。葡萄糖在無氧條件下產(chǎn)生酒精并放出CO2。一、發(fā)酵的基本概念發(fā)酵:

利用生物細(xì)胞（含動(dòng)物、植物和微生物），在合適的條件下，經(jīng)特定的代謝途徑轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物或菌體的過程。工業(yè)微生物學(xué)家的發(fā)酵定義：利用培養(yǎng)微生物制得產(chǎn)物的需氧或厭氧的任何過程。

2、發(fā)酵工程？生物工程：以生物科學(xué)和生物技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合化學(xué)工程、機(jī)械工程、控制工程、環(huán)境工程等工程科學(xué)，研究和發(fā)展利用生物體系或其中的一部分生產(chǎn)有益于社會(huì)的產(chǎn)品或達(dá)到一定社會(huì)目標(biāo)的過程工程科學(xué)。生物工程的主要任務(wù)：促進(jìn)和實(shí)現(xiàn)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室成果向應(yīng)用領(lǐng)域轉(zhuǎn)化。生物工程的基礎(chǔ)知識(shí)

基因工程發(fā)酵工程酶工程細(xì)胞工程1、基因工程利用基因體外重組技術(shù)，構(gòu)建出新型的微生物菌株、培育出新的動(dòng)植物品種或是使其具有優(yōu)良性狀。

生物工程的研究領(lǐng)域

2、酶工程研究酶的分離、提純，以及利用酶作為生物催化劑，實(shí)現(xiàn)化學(xué)轉(zhuǎn)化，合成各種產(chǎn)物或達(dá)到人類所需社會(huì)目標(biāo)的工程科學(xué)。酶工程技術(shù)范圍：自然酶的開發(fā)和生產(chǎn)、酶的分離純化技術(shù)、酶的修飾改造技術(shù)、酶的固定化技術(shù)、酶反應(yīng)器的開發(fā)。3、細(xì)胞工程以細(xì)胞為基本單位，在離體條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖，或通過人為改變，獲得新個(gè)體或有用物質(zhì)的過程（包含細(xì)胞融合、核移植、試管動(dòng)物等技術(shù)）。

發(fā)酵工程發(fā)酵工程是利用微生物、動(dòng)植物細(xì)胞和基因工程菌在人工生物反應(yīng)器（發(fā)酵罐）中培養(yǎng)而獲得產(chǎn)物的工業(yè)過程。產(chǎn)品蛋白質(zhì)、初級(jí)代謝產(chǎn)物、次級(jí)代謝產(chǎn)物

發(fā)酵工程？發(fā)酵工程主要指在最適發(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)有嚴(yán)格的無菌生長環(huán)境：包括發(fā)酵開始前采用高溫高壓對(duì)發(fā)酵原料和發(fā)酵罐以及各種連接管道進(jìn)行滅菌的技術(shù)；在發(fā)酵過程中不斷向發(fā)酵罐中通入干燥無菌空氣的空氣過濾技術(shù)；(2)在發(fā)酵過程中根據(jù)細(xì)胞生長要求控制加料速度的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；(3)種子培養(yǎng)和生產(chǎn)培養(yǎng)的不同的工藝技術(shù)。(4)在進(jìn)行任何大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵前，必須在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小發(fā)酵罐進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，得到產(chǎn)物形成的動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)這個(gè)模型設(shè)計(jì)中試的發(fā)酵要求，最后從中試數(shù)據(jù)再設(shè)計(jì)更大規(guī)模生產(chǎn)的動(dòng)力學(xué)模型。(5)由于生物反應(yīng)的復(fù)雜性，在從實(shí)驗(yàn)室到中試，從中試到大規(guī)模生產(chǎn)過程中會(huì)出現(xiàn)許多問題，這就是發(fā)酵工程工藝放大問題?；蚬こ獭⒓?xì)胞工程

酶工程發(fā)酵工程

產(chǎn)

品生物工程各研究領(lǐng)域相互關(guān)系發(fā)酵工程是生物工程的重要組成部分生物反應(yīng)器生物分離工程新性狀菌株或細(xì)胞生物反應(yīng)器生物化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的場(chǎng)所，提供微生物最優(yōu)生長、最優(yōu)形成產(chǎn)物的可控系統(tǒng)和環(huán)境。生物分離工程將生化反應(yīng)與化學(xué)工程相結(jié)合，采用適當(dāng)?shù)姆蛛x純化技術(shù)，使產(chǎn)品達(dá)到一定的純度。3、發(fā)酵工程的組成FERMENTATIONProcessControlFermentationengineering上游工程UPSTREAMPROCESSES下游工程DOWNSTREAMPROCESSES從廣義上的組成：

上游工程、發(fā)酵、下游工程FermentationengineeringUPSTREAMPROCESSES-優(yōu)良菌種的選育-最適發(fā)酵條件的確定營養(yǎng)物的準(zhǔn)備上游工程FERMENTATIONProcessControlFermentationengineeringUPSTREAMPROCESSES-genetics,cell…-inoculumdevelopmentmediaformulationsterilization-inoculation上游工程FERMENTATIONProcessControlFermentation

engineering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)。-無菌生長環(huán)境-控制加料-種子培養(yǎng)和生產(chǎn)培養(yǎng)的工藝技術(shù)

FERMENTATIONProcessControl發(fā)酵FermentationengineeringDOWNSTREAMPROCESSES

固液分離技術(shù)-細(xì)胞破壁技術(shù)蛋白質(zhì)純化技術(shù)包裝處理技術(shù)

下游工程FERMENTATIONProcessControl從發(fā)酵液中分離純化產(chǎn)品的技術(shù)Fermentationengineering-productextraction,purification&assay-wastetreatment-byproductrecovery

下游工程FERMENTATIONProcessControl從發(fā)酵液中分離純化產(chǎn)品的技術(shù)二、發(fā)酵工業(yè)的歷史沿革（了解）1．天然發(fā)酵階段

2．純培養(yǎng)技術(shù)的建立

3．通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立

4．代謝控制發(fā)酵技術(shù)

5.基因工程階段

6．現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)1、天然發(fā)酵階段

主要產(chǎn)品有各種飲料酒、酒精、醬、醬油、醋、干酪、酸乳及酵母等。特點(diǎn)：手工作坊或家庭式生產(chǎn)；非純種培養(yǎng)；憑經(jīng)驗(yàn)傳授技術(shù)；產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；產(chǎn)品為厭氧發(fā)酵產(chǎn)品。二、發(fā)酵工業(yè)的沿革古羅馬人搬運(yùn)葡萄酒的情景（上）漢代磚刻上的釀酒圖（右上）戰(zhàn)國時(shí)期的盛酒銅器和其中的酒（右）2、純培養(yǎng)技術(shù)的建立19世紀(jì)末到20世紀(jì)30年代安東尼·列文.虎克路易·巴斯德柯赫布赫納(Buchner)

漢遜(Hansen)1680年，荷蘭博物學(xué)家安東尼·列文虎克發(fā)明顯微鏡（放大倍數(shù)170倍），人類歷史上第一次看到大量活的微生物。安東尼·列文·虎克路易·巴斯德法國,路易·巴斯德1822-1895年徹底否定“自生說”學(xué)說免疫學(xué)－預(yù)防接種證實(shí)發(fā)酵是由微生物引起的提出巴斯德消毒法等巴斯德也因此被人們譽(yù)之為“發(fā)酵之父”。利斯特·柯赫德國柯赫1843-1910年提出了柯赫法則配制培養(yǎng)基技術(shù)第一次分離得到微生物純種單種微生物（細(xì)菌）的分離和純培養(yǎng)技術(shù)1872年，英國的布雷菲爾德創(chuàng)建了霉菌純培養(yǎng)技術(shù)；丹麥的漢遜(Hanse