發(fā)酵工程簡介

學院：生工學院專業(yè)班級：生物工程092班姓名：XXX學號：XXXXXXX發(fā)酵工程簡介一、 發(fā)酵工程的定義發(fā)酵工程(fermentationengineering｝，是指采用現(xiàn)代工程技術手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產(chǎn)有用的產(chǎn)品，或直接把微生物應用于工業(yè)生產(chǎn)過程的一種新技術。二、 發(fā)酵工程的發(fā)展1早期的發(fā)展早在數(shù)千年前，我國勞動人民就懂得釀酒、制醬油、釀醋等。釀酒工業(yè)是歷史上最古老的微生物工業(yè)，但當時人們并不知道它與微生物的關系，也不清楚發(fā)酵的原因，只是靠口傳身授，在實踐中應用微生物。2近代的發(fā)展1667年，荷蘭人列文霍克(AntonyVanLeowenhoek)發(fā)明了顯微鏡，揭開了微生物世界的秘密。1850-1880年法國巴斯德(LouisPasteur)通過實驗發(fā)現(xiàn)了發(fā)酵原理，認識到發(fā)酵是由微生物的活動引起的。導致簡便的密閉式發(fā)酵罐等技術設備。1929年，英國細菌學家傅萊明(Fleming)發(fā)現(xiàn)了青霉素。在20世紀40年代隨著微生物遺傳學、生物化學和分子生物學的發(fā)展，創(chuàng)立了好氣性發(fā)酵通氣攪拌工程技術。20世紀60年代遺傳水平上控制生物代謝，建立起氨基酸、核苷酸微生物工業(yè)。日本于1956年用發(fā)酵法生產(chǎn)谷氨酸獲得成功，氨基酸發(fā)酵工業(yè)采用了人工誘變育種與代謝控制發(fā)酵的新技術。隨著微生物工業(yè)向大型發(fā)酵罐的連續(xù)化、自動化方向發(fā)展，以數(shù)學、動力學、化工原理等為基礎，通過計算機實現(xiàn)發(fā)酵過程自動化控制的研究，使發(fā)酵過程的工藝控制更為合理，相應的新工藝、新設備也層出不窮。目前，發(fā)酵過程的基本參數(shù)，包括溫度、pH值、罐壓、溶解氧、氧化還原電位、通氣流量、CO2含量等均可自動記錄和控制。而微生物酶反應生物合成與化學合成工程技術的結合，為生物發(fā)酵的發(fā)展提供了更廣闊的空間。三、發(fā)酵工程的過程1、菌種的選育自然選育，從大自然中選擇優(yōu)良的菌種。誘變育種：以誘發(fā)基因突變?yōu)榛A的育種。雜交育種和分子育種，包括基因轉(zhuǎn)移，基因重組等基因工程的方法選育菌種。2、 培養(yǎng)基的配制培養(yǎng)基（Medium）是供微生物、植物和動物組織生長和維持用的人工配制的養(yǎng)料，一般都含有碳水化合物、含氮物質(zhì)、無機鹽（包括微量元素）以及生長因子和水等。有的培養(yǎng)基還含有抗菌素和色素，用于單種微生物培養(yǎng)和鑒定。根據(jù)物理狀態(tài)、組成成分、功能及用途的標準可以劃分為不同的類型。根據(jù)所培養(yǎng)的菌種選擇合適的營養(yǎng)成分、營養(yǎng)物質(zhì)的濃度、適宜的物理化學條件的培養(yǎng)基。3、 滅菌是指用物理或化學的方法殺滅或去除物料或設備中所有生命物質(zhì)的過程。常用的滅菌方法：干熱滅菌、常壓滅菌、過濾滅菌、射線滅菌、化學藥物滅菌等。發(fā)酵開始前采用高溫高壓對發(fā)酵原料和發(fā)酵罐以及各種連接管道進行滅菌;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。4、 擴大培養(yǎng)和接種即把保藏的菌種，接入試管斜面活化，在經(jīng)過扁瓶或藥瓶和種子罐，逐級擴大培養(yǎng)后達到一定的數(shù)量和質(zhì)量的純種培養(yǎng)過程。選取種菌進行下一步的發(fā)酵。過程中控制適合的條件包括溫度、pH值、含氧量等。5、 發(fā)酵過程和產(chǎn)品的分離提純用適當?shù)姆椒ê褪侄螌⒑枯^低的產(chǎn)物從反應液中提取出來（指胞外產(chǎn)物）或從細胞中（指胞內(nèi)產(chǎn)物）提取出來，并加以精制以達到規(guī)定的質(zhì)量要求。包括物理方法、化學方法、生物方法等。常用方法：沉淀法、色譜分離、萃取法、膜分離、結品法。四、發(fā)酵工程的設備生物反應器是進行生物反應的核心設備，生物反應主要是在生物反應器中進行的，它為微生物細胞或酶提供合適的反應條件以達到細胞增殖或產(chǎn)品形成的目的。反應器的結構、操作方式和操作條件對反應原料的轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)品成本有著密切關系。根據(jù)發(fā)酵周期長短、培養(yǎng)條件等，可采取間歇式操作、多級反應器串聯(lián)的連續(xù)操作等。同時反應參數(shù)的檢測與控制對生物反應過程的順利進行也是十分重要的。生物反應器利用酶或生物體（如微生）所具有的生物功能，在體外進行生化反應的裝置系統(tǒng)，它是一種生物功能模擬機，列如機械攪拌式反應器、自吸式充氣發(fā)酵罐、塔式罐。五、 發(fā)酵工程的產(chǎn)品類型菌體為產(chǎn)品，以獲得多種用途的菌體為目的的發(fā)酵。比如用于面包業(yè)的酵母發(fā)酵及用于人類或動物食品的微生物菌體蛋白。以微生物酶作為產(chǎn)品，比如用于抗癌天冬酰胺酶和用于醫(yī)藥工業(yè)的青霉素酰化酶。以微生物代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品，如抗生素、生物堿、細菌毒素、植物生長因工筮等。利用微生物發(fā)酵轉(zhuǎn)化或改造化合物結構，如最古老的就是利用菌體將乙醇轉(zhuǎn)化為乙酯的醋酸。六、 發(fā)酵工程的作用在食品工業(yè)的應用，例如利用酵母菌發(fā)酵制造啤酒、果酒、工業(yè)酒精，乳酸菌發(fā)酵制造奶酪和酸牛奶。在醫(yī)藥生產(chǎn)上的應用，例如利用真菌大規(guī)模生產(chǎn)青霉素。在農(nóng)業(yè)上的應用，生產(chǎn)對人體無害的生物農(nóng)藥。解決能源問題，比如沼氣池的使用。與其他生物工程的相結合。參考書籍：《發(fā)酵工程》主編：韓德權?！栋l(fā)酵原理》主編