本科課件發(fā)酵工程

本科課件發(fā)酵工程,本科課件,發(fā)酵工程,本科,課件,發(fā)酵,工程 發(fā)發(fā) 酵酵 工工 程程Fermentation Engineering 1主講人簡(jiǎn)介劉萍：發(fā)酵工程專(zhuān)業(yè)博士，研究方向?yàn)樯镏扑?，主講課程發(fā)酵工程、生物制藥概論、生物工藝學(xué)，參講課程細(xì)胞工程、生物學(xué)基礎(chǔ)、生物工程概論、發(fā)酵工程專(zhuān)題等發(fā)酵工程被評(píng)為校級(jí)精品課程和北京市精品課程建設(shè)課程聯(lián)系方式：7671、7697(6273)2需要注意的問(wèn)題 認(rèn)識(shí)發(fā)酵工程的重要性認(rèn)識(shí)發(fā)酵工程的重要性 如何學(xué)習(xí)這門(mén)課如何學(xué)習(xí)這門(mén)課 如何去看書(shū)如何去看書(shū) 重視科技文獻(xiàn)重視科技文獻(xiàn) 尤其要重視實(shí)驗(yàn)課尤其要重視實(shí)驗(yàn)課 有關(guān)考試有關(guān)考試3教材及主要參考書(shū)教材：教材：生物工藝學(xué)生物工藝學(xué) 俞俊棠主編俞俊棠主編 華東理工大學(xué)出版社，華東理工大學(xué)出版社，1991.參考書(shū)：參考書(shū)：1.曹軍衛(wèi)曹軍衛(wèi),馬輝文馬輝文.微生物工程微生物工程.科學(xué)出版社，科學(xué)出版社，2002.2.P.F.斯坦伯里斯坦伯里,A 惠特克惠特克.發(fā)酵工藝學(xué)原理發(fā)酵工藝學(xué)原理.中國(guó)醫(yī)藥科中國(guó)醫(yī)藥科技出版社技出版社.1992.3.賀小賢賀小賢.生物工藝原理生物工藝原理.化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社.2003.4.尹光琳尹光琳,戰(zhàn)立克戰(zhàn)立克,趙根楠趙根楠.發(fā)酵工業(yè)全書(shū)發(fā)酵工業(yè)全書(shū).中國(guó)醫(yī)藥科技出中國(guó)醫(yī)藥科技出版社版社.1992.4主要介紹內(nèi)容第一章緒論（2學(xué)時(shí)）本章要點(diǎn)：掌握發(fā)酵工程的基本知識(shí)；了解發(fā)酵工程的一般工藝過(guò)程和工藝發(fā)展趨勢(shì)。5第二章工業(yè)微生物菌種的選育與保藏（4學(xué)時(shí)）1、工業(yè)菌種篩選2、培養(yǎng)分離3、工業(yè)菌種的育種方針4、工業(yè)微生物菌種保藏技術(shù)6第三章發(fā)酵工藝條件的優(yōu)化（4學(xué)時(shí)）1、培養(yǎng)基2、菌種生長(zhǎng)條件3、種子擴(kuò)大培養(yǎng)7第四章發(fā)酵機(jī)制（4學(xué)時(shí)）第一節(jié)微生物代謝機(jī)理第二節(jié)微生物的代謝調(diào)節(jié)調(diào)控與發(fā)酵生產(chǎn)8第五章發(fā)酵工程動(dòng)力學(xué)（4學(xué)時(shí)）第一節(jié)微生物反應(yīng)過(guò)程概論第二節(jié)微生物發(fā)酵動(dòng)力學(xué)分類(lèi)第三節(jié)工業(yè)微生物培養(yǎng)方法9第六章發(fā)酵工藝控制（4學(xué)時(shí)）第一節(jié)滅菌及空氣除菌第二節(jié)氧的供給第三節(jié)發(fā)酵單元操作10第七章發(fā)酵生產(chǎn)的設(shè)備（6學(xué)時(shí)）第一節(jié)介紹常用發(fā)酵罐的組成、工作原理及操作、控制第二節(jié)發(fā)酵反應(yīng)器的設(shè)計(jì)和自動(dòng)控制11第九章發(fā)酵工程各論12學(xué)時(shí)第一節(jié)氨基酸生產(chǎn)工藝學(xué)2第二節(jié)抗生素生產(chǎn)工藝學(xué)2第三節(jié)微生物酶制劑生產(chǎn)工藝2第四節(jié)污水生化處理技術(shù)2第五節(jié)甾體激素的微生物轉(zhuǎn)化工藝2第六節(jié)活性物質(zhì)生產(chǎn)技術(shù)212發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn) 16學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)1、特定產(chǎn)物工業(yè)生產(chǎn)菌種的篩選4學(xué)時(shí)2、搖床培養(yǎng)確定菌體培養(yǎng)和營(yíng)養(yǎng)條件4學(xué)時(shí)3、小型發(fā)酵罐中進(jìn)行產(chǎn)品的分批發(fā)酵4學(xué)時(shí)4、流加發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究4學(xué)時(shí)13第一章緒論第一節(jié) 發(fā)酵的定義及應(yīng)用范圍第二節(jié) 發(fā)酵工程組成及研究?jī)?nèi)容第三節(jié) 發(fā)酵工業(yè)第四節(jié) 發(fā)酵方法的類(lèi)別與流程第五節(jié) 我國(guó)發(fā)酵工業(yè)的科技進(jìn)步14提問(wèn)：什么是發(fā)酵15微生物發(fā)酵技術(shù) 1857年法國(guó)化學(xué)家、微生物家巴斯德提出了著名的發(fā)酵理論：“一切發(fā)酵過(guò)程都是微生物作用的結(jié)果?！卑退沟抡J(rèn)為，釀酒是發(fā)酵，是微生物在起作用；酒變質(zhì)也是發(fā)酵，是另一類(lèi)微生物在作祟；隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可以用加熱處理等方法來(lái)殺死有害的微生物，防止酒發(fā)生質(zhì)變。同時(shí)，也可以把發(fā)酵的微生物分離出來(lái)，通過(guò)人工培養(yǎng)，根據(jù)不同的要求去誘發(fā)各種類(lèi)型的發(fā)酵，獲得所需的發(fā)酵產(chǎn)品。16一、發(fā)酵的定義1 1、傳統(tǒng)發(fā)酵、傳統(tǒng)發(fā)酵2 2、生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵、生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵3 3、工業(yè)上的發(fā)酵、工業(yè)上的發(fā)酵171、傳統(tǒng)發(fā)酵最初發(fā)酵是用來(lái)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(guò)程。182、生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵指微生物在無(wú)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(shuō)，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)。如葡萄糖在無(wú)氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精并放出CO2。193、工業(yè)上的發(fā)酵泛指利用微生物制造或生產(chǎn)某些產(chǎn)品的過(guò)程 包括：1.厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過(guò)程，如酒精，乳酸等。2.通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過(guò)程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等。產(chǎn)品有細(xì)胞代謝產(chǎn)物，也包括菌體細(xì)胞、酶等。20提問(wèn)：發(fā)酵工程的應(yīng)用領(lǐng)域21發(fā)酵工程應(yīng)用范圍食品工程酶工業(yè)氨基酸工業(yè)有機(jī)酸工業(yè)飼料工業(yè)新材料開(kāi)發(fā)生物化工環(huán)境保護(hù)22在食品工業(yè)中的應(yīng)用這是生物技術(shù)最早開(kāi)發(fā)應(yīng)用的領(lǐng)域，含醇飲料：以果汁、米、麥、高梁、玉米、土豆等為主要原料釀造或經(jīng)加工的有葡萄酒、果酒、黃酒、白酒、啤酒、白蘭地、威士忌、伏特加、金酒、香檳酒、朗姆酒等傳統(tǒng)調(diào)味品及發(fā)酵食品：以豆類(lèi)、米、麥等生產(chǎn)的醬、醬油、醋、豆豉、豆腐乳、泡菜等。發(fā)酵乳制品：奶酒、干酪、酸奶等23飲料酒類(lèi)產(chǎn)量大、產(chǎn)值高、影響面廣，許多國(guó)家利用生物工程的技術(shù)改革舊工藝已取得明顯效果，收到顯著的經(jīng)濟(jì)效益。24用近代發(fā)酵或酶反應(yīng)技術(shù)生產(chǎn)的食品原料：葡萄糖、麥芽糖、果葡糖漿、甘露糖醇、脂肪等食品添加劑：面包酵母、味精(谷氨酸單納)、賴(lài)氨酸、檸檬酸、紅曲(色素)、甜味肽、肌苷酸和鳥(niǎo)苷酸(均為增鮮劑)、右旋糖酐葡聚糖和茁霉多糖(均為增稠劑)、葡萄糖氧化酶和異維生素C(均為食品保鮮劑)、乳鏈菌肽(食用防腐劉)。新型發(fā)酵飲料活性乳酸飲料。25微生物與飲食、調(diào)味品微生物與飲食、調(diào)味品青紅方醬，醬油，豆食用醋發(fā)酵飲料味精發(fā)酵面食食用藥用菌食用色素食品添加劑淹漬蔬菜Cncnc-micro26發(fā)酵食品市場(chǎng)主要原料：橄欖、卷心菜和腌黃瓜。1999年韓國(guó)國(guó)內(nèi)泡菜市場(chǎng)產(chǎn)值約為16.7億美元。1998年日本泡菜生產(chǎn)量達(dá)18萬(wàn)噸，市場(chǎng)為13億美元，在國(guó)際市場(chǎng)上日韓兩國(guó)占據(jù)了95%以上的份額。2000年，中國(guó)泡菜工業(yè)的市場(chǎng)銷(xiāo)售額約為10億元，中國(guó)泡菜的代表之一-四川泡菜企業(yè)出口總額約500萬(wàn)美元，僅占國(guó)際泡菜市場(chǎng)總量的3%。27A各種抗生素：抗細(xì)菌，抗真菌，抗原蟲(chóng)，抗腫瘤天然、合成、半合成B、各種氨基酸：在醫(yī)藥中主要用于生產(chǎn)氨基酸輸液可用發(fā)酵獲得或用酶法獲得C、維生素：D、甾體激素3.2生物技術(shù)在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用28E、生物制品：生于預(yù)防、診斷或治療傳染病F、單克隆抗體、抗體與抗原具有高度親和性，用于制備診斷盒、治療疾病或作為生物導(dǎo)彈藥物的運(yùn)載工具。純化抗原類(lèi)物質(zhì)，菌種鑒別。G、其它：治療用酶、酶抑制劑、核苷酸制品、制藥工業(yè)用酶、工業(yè)發(fā)酵藥物3.2生物技術(shù)在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用29抗生素：目前世界各國(guó)可用發(fā)酵法生產(chǎn)的抗生素約400種，其中廣泛應(yīng)用的大約120種。l980年世界總產(chǎn)量約為25000噸。僅青、四、紅和頭孢四類(lèi)抗生素的產(chǎn)值就達(dá)42億美元，最大的發(fā)酵罐為400立方米。進(jìn)入90年代后，全球生產(chǎn)與銷(xiāo)售的各類(lèi)抗生素原料藥平均每年約在3萬(wàn)噸以上，總價(jià)值約為250一300億美元，1992一1993年度實(shí)際增長(zhǎng)率為4%。美國(guó)抗感染藥物市場(chǎng)銷(xiāo)售額1992年達(dá)60.71美元。生物技術(shù)生產(chǎn)醫(yī)藥市場(chǎng)30維生素發(fā)酵生產(chǎn)的維生素，1982年世界產(chǎn)量為6萬(wàn)噸左右，六種維生累的總銷(xiāo)額為6.7億美元。在19691980年間，每年銷(xiāo)售量遞增10，19811991年間仍以7一8的速率遞增。目前，全球范圍內(nèi)使用最為普遍的是VA、VC和VE，三都每年市場(chǎng)銷(xiāo)售額近20億美元，其中VE超過(guò)10億美元，其余為VB族，每個(gè)品種都有0.5-1.5億美元的市值。在各種用途中，維生素作為動(dòng)物飼料的市場(chǎng)正以每年2-3速度增長(zhǎng)，在藥用和食品領(lǐng)域都以4-5的速度增長(zhǎng)。31甾體激素目前世界市場(chǎng)的年銷(xiāo)售額為67億元，今后仍將以610的速率遞增。最近正在興起用固定化細(xì)胞進(jìn)行甾體轉(zhuǎn)化，將是一個(gè)有發(fā)展前途的新工藝，目前國(guó)際上正在研究中的除干擾素以外、還有口蹄疫疫苗，狂犬病疫苗等十余種。今后幾年內(nèi)，在重組DNA的工作逐步深入當(dāng)中，定會(huì)對(duì)人類(lèi)和牲畜健康引起實(shí)質(zhì)性的改善。32糖酶：a-淀粉酶、-淀粉酶、糖化酶、支鏈淀粉酶、轉(zhuǎn)化酶、異構(gòu)酶、半乳糖酶、纖維素酶。蛋白酶：堿性、酸性、中性蛋白酶果膠酶脂肪酶凝乳酶過(guò)氧化氫酶。3、生物技術(shù)應(yīng)用于輕工、食品用酶的生產(chǎn)334、生物技術(shù)應(yīng)用于化工能源產(chǎn)品的生產(chǎn)利用發(fā)酵、生物轉(zhuǎn)化或酶法生產(chǎn)：烷烴、醇及溶劑、有機(jī)酸、多糖等據(jù)預(yù)測(cè)，2000年酒精發(fā)酵原料主要是纖維素、木質(zhì)質(zhì)等，并大量用于燃料消耗。美國(guó)計(jì)劃在90年代能源結(jié)構(gòu)中，煤和石油將從目前的95下降到50，酒精將在新能源中占重要地位。34酵母生產(chǎn)燃料乙醇35沼氣在利用工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的有機(jī)物廢料，將它們發(fā)酵制取燃料(沼氣)氣體方面，美國(guó)計(jì)劃解決全國(guó)能源需要量的10，工業(yè)有機(jī)廢水(渣)的利用在西歐轉(zhuǎn)向甲烷發(fā)酵，英、美、德、日、俄都已建成了許多大型沼氣發(fā)酵廠，如倫敦，每年可回收沼氣8800萬(wàn)立方米。氫能生物柴油365、飼料工業(yè)方面隨著世界人口的不斷增加，人民生活的逐步提高可耕地的日益減少，動(dòng)、植物蛋白的來(lái)源受到了限制，高質(zhì)量蛋白質(zhì)的不足已經(jīng)成為一個(gè)十分突出的問(wèn)題。微生物菌體中，蛋白質(zhì)含量占4555(干物質(zhì))、所以用發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白是食品和飼料蛋白質(zhì)的重要來(lái)源。37另外，藻類(lèi)蛋白飼料也不可忽視，如前西德培養(yǎng)的珊列藻，每年每公頃所得蛋白比小麥多20一35倍。Cncnc-micro38 一個(gè) 20 米直徑的水池年產(chǎn) 4 噸藻類(lèi)，加工后可得相當(dāng)于3000 升柴油的燃料。一英畝三角大戟可生產(chǎn)相當(dāng)于 50 噸石油的燃料。圖為生長(zhǎng)在淡水和海水中的一種硅藻396、冶金工業(yè)方面細(xì)菌浸礦，即利用細(xì)菌的直接和間接作用對(duì)礦物或礦石中有用的金屬浸出回收的過(guò)程。細(xì)菌浸出的金屬也涉及到Cu、U、Co、Ni、Mn、Zn、Pb等10余種，但大規(guī)模生產(chǎn)的只有銅和鈾(批量)。目前，美、英、日、俄、澳、加加拿大等許多國(guó)家都在積極開(kāi)展此項(xiàng)研究和生產(chǎn)。美國(guó)用這種辦法得到的銅占銅產(chǎn)量的10以上，加拿大用細(xì)菌浸出的鈾(U308)年產(chǎn)量達(dá)230噸。據(jù)世界20個(gè)礦山資料表明，每年用細(xì)菌浸出約銅達(dá)20萬(wàn)噸。40抗病、殺蟲(chóng)抗生素單細(xì)胞蛋白食用和藥用真菌生物農(nóng)藥生物肥料7、生物技術(shù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用41什么是有機(jī)食品42微生物在對(duì)生物物質(zhì)的排泄物及尸體的分解起著重要的作用。嫌氣發(fā)酵法：指在嫌氣情況下利用分解碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪的微生物，將有機(jī)廢棄物分解為可溶性物質(zhì)，進(jìn)而通過(guò)產(chǎn)酸菌和甲烷細(xì)菌的作用再分解為甲烷和CO2。好氣發(fā)酵（活性污泥）法：指在曝氣情況下，用某些能降解有機(jī)物質(zhì)的產(chǎn)菌膠的細(xì)菌和某些原蟲(chóng)的混合物(活性污泥)對(duì)工業(yè)或生活污水進(jìn)行處理。8、生物技術(shù)在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用43在化學(xué)工業(yè)和環(huán)境保護(hù)等方面，微生物工程也同樣能發(fā)揮獨(dú)持的作用，如：與化學(xué)法相結(jié)合，選育相應(yīng)的優(yōu)良菌種，以乙烯和丙烯腈為原料，分別生產(chǎn)環(huán)氧乙烷、乙二醇等，利用微生物來(lái)處理工業(yè)廢水或含毒廢液，乃至構(gòu)建超級(jí)細(xì)菌，處理大面積的海面石油污染等。44噴灑工程菌清除石油污染45微生物與環(huán)保微生物處理腈綸廢水的塔式濾池46479、生物技術(shù)應(yīng)用于高技術(shù)研究開(kāi)發(fā)基因工程中酶、DNA探針等醫(yī)藥中診斷用酶48第二節(jié)發(fā)酵工程組成及研究?jī)?nèi)容49發(fā)酵工程定義發(fā)酵工程是滲透有工程學(xué)的微生物學(xué)。是利用微生物的特定性狀，通過(guò)現(xiàn)代化工程技術(shù)產(chǎn)生有用物質(zhì)或直接應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)、以把糧食、能源、化學(xué)制品、環(huán)境控制等全球性課題聯(lián)系起來(lái)的一種技術(shù)體系。是將傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)與DNA重組、細(xì)胞融合、分子修飾和改造等新技術(shù)結(jié)合并發(fā)展起來(lái)的現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)。50利用微生物的特點(diǎn)發(fā)酵工程所利用的微生物主要是細(xì)菌、放線菌，酵母菌和霉菌。利用微生物的特點(diǎn)：(1)對(duì)周?chē)h(huán)境的溫度、壓強(qiáng)、滲透壓、酸堿度等條件有極大的適應(yīng)能力。(2)有極強(qiáng)的消化能力。(3)有極強(qiáng)的繁殖能力。51發(fā)酵工程組成從廣義上講，由三部分組成：上游工程、發(fā)酵工程、下游工程52FERMENTATIONProcess ControlFermentation engineering上游工程上游工程UPSTREAM PROCESSES下游工程下游工程DOWNSTREAM PROCESSES53發(fā)酵工程原始材料：包括菌種，培養(yǎng)基的糖類(lèi)，氮源及某些微量元素；上游過(guò)程：(1)對(duì)菌種加以改造，提高生產(chǎn)能力或者導(dǎo)入外源基因等以獲得工程菌；(2)發(fā)酵或生物轉(zhuǎn)化，是通過(guò)優(yōu)化發(fā)酵條件如溫度、營(yíng)養(yǎng)、供氣量等。利用工程菌的生物合成，加工和修飾等以獲得目的產(chǎn)物；下游過(guò)程：是運(yùn)用生物化學(xué)、物理學(xué)方法分離、純化產(chǎn)品，最終將產(chǎn)品推向市場(chǎng)并獲得社會(huì)或經(jīng)濟(jì)效益。54發(fā)酵工程Continuouscentrifuges55發(fā)酵工程研究?jī)?nèi)容主要指在最適發(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(wú)菌生長(zhǎng)環(huán)境：包括發(fā)酵開(kāi)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(guò)程中不斷向發(fā)酵罐中通入干燥無(wú)菌空氣的空氣過(guò)濾技術(shù)；(2)在發(fā)酵過(guò)程中根據(jù)細(xì)胞生長(zhǎng)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)。56(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(guò)程中會(huì)出現(xiàn)許多問(wèn)題，這就是發(fā)酵工程工藝放大問(wèn)題。57第三節(jié)發(fā)酵工業(yè)一、定義 是指利用生物的生命活動(dòng)產(chǎn)生的酶，無(wú)機(jī)或有機(jī)原料進(jìn)行酶加工，獲得產(chǎn)品的工業(yè)。58二、發(fā)酵工程的創(chuàng)立天然發(fā)酵階段純培養(yǎng)技術(shù)的建立：巴斯德，科赫等。人為地控制微生物的發(fā)酵進(jìn)程。微生物的發(fā)酵開(kāi)始于人類(lèi)見(jiàn)到微生物前的一段漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期，大約在距今8000年前至公元1676年。最常見(jiàn)的例子就是發(fā)面、天然果酒的釀制、牛乳和乳制品的發(fā)酵以及利用霉菌來(lái)治療一些疾病等。其中應(yīng)用水平最高的是中國(guó)人在制曲、釀酒方面的偉大創(chuàng)造。59通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立：青霉素的生產(chǎn)深層培養(yǎng)代謝控制發(fā)酵技術(shù)：微生物進(jìn)行甾體化合物的轉(zhuǎn)化，Glu和Lys發(fā)酵生產(chǎn)。對(duì)微生物具有高度專(zhuān)一性的酶反應(yīng)作為合成手段的一部分加以利用，進(jìn)行合理的代謝。60開(kāi)拓發(fā)酵原料時(shí)期：石油發(fā)酵，醋酸生產(chǎn)谷氨酸基因工程階段：人們能夠根據(jù)自己的意愿將微生物以外的基因件導(dǎo)入微生物細(xì)胞中，從而達(dá)到定向地改變生物性狀與功能創(chuàng)新的物種，使發(fā)酵工業(yè)能夠生產(chǎn)出自然界微生物所不能合成的產(chǎn)物。61四、發(fā)酵工業(yè)的范圍1、以微生物細(xì)胞為產(chǎn)物的發(fā)酵工業(yè)2、以微生物代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)3、以微生物酶為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)4、生物轉(zhuǎn)化或修飾化合物的發(fā)酵工業(yè)5、微生物廢水處理和其他62微生物產(chǎn)物：微生物細(xì)胞，酶，藥物活性物微生物產(chǎn)物：微生物細(xì)胞，酶，藥物活性物質(zhì)，特殊化學(xué)物質(zhì)和食品添加劑質(zhì)，特殊化學(xué)物質(zhì)和食品添加劑631、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)定義：是以獲得具有多種用途的微生物菌體細(xì)胞為目的的產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)，包括單細(xì)胞的酵母和藻類(lèi)、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。特點(diǎn)：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)穩(wěn)定期產(chǎn)量最高。642、微生物酶發(fā)酵酶的特點(diǎn)：易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝提高產(chǎn)量。分類(lèi)：胞內(nèi)酶 和胞外酶生物合成特點(diǎn)：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)酵條件等方面需給予注意。653、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵包括初級(jí)代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物和次級(jí)代謝產(chǎn)物。對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期形成的產(chǎn)物是細(xì)胞自身生長(zhǎng)所必需的，稱(chēng)為初級(jí)代謝產(chǎn)物或中間代謝產(chǎn)物。各種次級(jí)代謝產(chǎn)物都是在微生物生長(zhǎng)緩慢或停止生長(zhǎng)時(shí)期即穩(wěn)定期所產(chǎn)生的，來(lái)自于中間代謝產(chǎn)物和初級(jí)代謝產(chǎn)物。664、微生物的生物轉(zhuǎn)化定義：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(lèi)似但具有更在經(jīng)濟(jì)價(jià)值的化合物。最終產(chǎn)物是由微生物細(xì)胞的酶或酶系對(duì)底物某一特定部位進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成的。675、微生物特殊機(jī)能的利用利用微生物消除環(huán)境污染利用微生物發(fā)酵保持生態(tài)平衡微生物濕法冶金利用基因工程菌株開(kāi)拓發(fā)酵工程新領(lǐng)域。68五、發(fā)酵工業(yè)的特征發(fā)酵過(guò)程中離不開(kāi)微生物的作用1、發(fā)酵原料的選擇及預(yù)處理2、微生物菌種的選育及擴(kuò)大培養(yǎng)3、發(fā)酵設(shè)備選擇及工藝條件控制：常溫、常壓。種子擴(kuò)大培養(yǎng)和發(fā)酵采用不同的工藝。4、發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取5、發(fā)酵廢物的回收和利用69(1)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(wú)機(jī)氮源就可進(jìn)行反應(yīng)?？梢岳脧U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。(2)微生物菌種是進(jìn)行發(fā)酵的根本因素，通過(guò)變異和菌種選育，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，也可以因此獲得按常規(guī)方法難以生產(chǎn)的產(chǎn)品。70(3)發(fā)酵過(guò)程一般來(lái)說(shuō)都是在常溫常壓下進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)安全，要求條件簡(jiǎn)單。(4)發(fā)酵對(duì)雜菌的污染的防治至關(guān)重要。反應(yīng)必需在無(wú)菌條件下進(jìn)行。(5)由于生物體本身所具有的反應(yīng)機(jī)制，能夠?qū)Ｒ坏睾透叨冗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。71(6)發(fā)酵過(guò)程是通過(guò)生物體的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式來(lái)完成的，反應(yīng)的專(zhuān)一性強(qiáng)，因而可以得到較為單一的代謝產(chǎn)物。(7)工業(yè)發(fā)酵與其他工業(yè)相比，投資少，見(jiàn)效快，并可以取得較顯著的經(jīng)濟(jì)效益。(8)除利用微生物外，還可以用動(dòng)植物細(xì)胞和酶，也可以用人工構(gòu)建的遺傳工程菌進(jìn)行反應(yīng)。72第四節(jié) 發(fā)酵方法的類(lèi)別與流程1、類(lèi)別：根據(jù)對(duì)氧的需要區(qū)分：厭氧和有氧發(fā)酵 根據(jù)培養(yǎng)基物理性狀區(qū)分：液體和固體發(fā)酵 根據(jù)從微生物生長(zhǎng)特性區(qū)分：分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵732、發(fā)酵的流程空氣空氣凈化處理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、無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)滅菌產(chǎn)物分離純化成品742.工業(yè)發(fā)酵步驟和工藝流程(1)用作培養(yǎng)菌種及擴(kuò)大生產(chǎn)的發(fā)酵罐的培養(yǎng)基的配制。(2)培養(yǎng)基、發(fā)酵罐以及輔助設(shè)備的消毒滅菌。(3)將已培養(yǎng)好的有活性的純菌株以一定量轉(zhuǎn)接到發(fā)酵罐中。(4)將接種到發(fā)酵罐中的菌株控制在最適條件下生長(zhǎng)并形成代謝產(chǎn)物。(5)將產(chǎn)物抽提并進(jìn)行精制，以得到合格的產(chǎn)品。(6)回收或處理發(fā)酵過(guò)程中產(chǎn)生的廢物和廢水。75菌種篩選菌種篩選搖瓶試驗(yàn)搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)純種培養(yǎng)純種培養(yǎng)762.1發(fā)酵原料的預(yù)處理原料不同處理方法也有所差異。1.淀粉利用前需變成糊精或葡萄糖。方法：酸水解（高壓、耐酸）、酶水解法2.糖蜜加熱殺菌和用水沖稀，也可加酸處理后再補(bǔ)充無(wú)機(jī)鹽。3.碳?xì)浠衔铮菏兔撓炓欢s分的石油經(jīng)冷卻脫蠟而獲得的凝固點(diǎn)在-10的油，加入適量無(wú)機(jī)鹽進(jìn)行接種發(fā)酵。772.2菌種斜面培養(yǎng)菌種：已有的優(yōu)良生產(chǎn)菌種和選育的新菌種。方法：一般都是由保存于冷凍管及砂土管或冰箱中的斜面菌種開(kāi)始，在正式使用前要先轉(zhuǎn)接到新鮮斜面培養(yǎng)基上活化后，再用于種子擴(kuò)大培養(yǎng)。保存的菌種菌種活化種子擴(kuò)大培養(yǎng)782.3 種子擴(kuò)大培養(yǎng)擴(kuò)大培養(yǎng)的方法可以根據(jù)需要采用固體培養(yǎng)或液體培養(yǎng)兩級(jí)不同方式。固體種子擴(kuò)大培養(yǎng)一般采用傳統(tǒng)的制曲工藝，一般先用克氏瓶或茄子瓶進(jìn)行擴(kuò)大，再轉(zhuǎn)接到曲盤(pán)擴(kuò)大培養(yǎng)。需氧微生物：將克氏瓶表面培養(yǎng)的菌種接到裝有液體培養(yǎng)基的三角瓶中，在搖床上振蕩培養(yǎng)。厭氧微生物：將有菌種的試管斜面或克氏瓶轉(zhuǎn)接到三角瓶液體培養(yǎng)基中靜置培養(yǎng)?？耸掀亢颓炎悠?9克氏瓶和茄子瓶搖床培養(yǎng)802.4 微生物發(fā)酵和控制發(fā)酵方式可分為固體發(fā)酵和液體發(fā)酵兩種。固體發(fā)酵：適合于傳統(tǒng)發(fā)酵工藝及鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用來(lái)生產(chǎn)比較簡(jiǎn)單的產(chǎn)品。液體深層發(fā)酵：適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。影響發(fā)酵的因素很多，如溫度、pH、通風(fēng)、攪拌、罐壓力等等，必須適當(dāng)?shù)乜刂朴绊懓l(fā)酵的各種條件，掌握發(fā)酵的動(dòng)態(tài)，并進(jìn)行雜菌的檢查和產(chǎn)物測(cè)定，使整個(gè)發(fā)酵過(guò)程順利進(jìn)行。812.5 發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取利用菌體：離心沉淀或板框壓濾法使菌體與醪液分開(kāi)，也可以用噴霧干燥法直接做成粉劑。酒精發(fā)酵醪蒸餾塔蒸餾；抗菌素及有機(jī)酸根據(jù)產(chǎn)物的不同特性，采用離子交換樹(shù)脂吸附處理、脫色過(guò)濾、減壓濃縮等方法提取精制。獲得的產(chǎn)物都要按照有關(guān)部門(mén)制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)和性能測(cè)定，符合要求后才為合格產(chǎn)品。82第五節(jié)我國(guó)發(fā)酵工業(yè)的科技進(jìn)步在20世紀(jì)60年代以前，輕工、食品領(lǐng)域的發(fā)酵工業(yè)主要由釀酒和釀造的產(chǎn)品組成。至今，已形成了一個(gè)品種繁多，門(mén)類(lèi)較齊全，具有相當(dāng)規(guī)模的獨(dú)立工業(yè)體系，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位某些產(chǎn)品如味精、檸檬酸年總產(chǎn)量已躍居世界首位。83今后我國(guó)發(fā)酵工業(yè)研究的重點(diǎn)積極采用高新技術(shù)改造和提升現(xiàn)有發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)水平和開(kāi)發(fā)新產(chǎn)品，形成新產(chǎn)業(yè)。84應(yīng)加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)理論的研究1要充分意識(shí)到自人類(lèi)基因組圖譜繪制完成后世界進(jìn)入后基因組時(shí)代；轉(zhuǎn)基因技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用是發(fā)展的必然趨勢(shì)，要引起足夠重視，除對(duì)基因工程的研發(fā)工作本身要加強(qiáng)外，應(yīng)從開(kāi)展轉(zhuǎn)基因食品安全性的研究入手，參與國(guó)際上對(duì)轉(zhuǎn)基因食品安全性的鑒定和科學(xué)評(píng)價(jià)，積極創(chuàng)建造福于人類(lèi)的新一代發(fā)酵制品。852加強(qiáng)發(fā)酵基礎(chǔ)理論研究，從對(duì)微生物的代謝調(diào)控，生長(zhǎng)和發(fā)酵動(dòng)力學(xué)剖析基礎(chǔ)上，創(chuàng)建新的發(fā)酵系統(tǒng)，故應(yīng)積極研究開(kāi)發(fā)不同類(lèi)型的發(fā)酵分離耦合系統(tǒng)，達(dá)到高產(chǎn)豐收的目的。863要充分認(rèn)識(shí)微生物的多樣性、生物技術(shù)的多學(xué)科性、應(yīng)用領(lǐng)域的廣泛性，利用先進(jìn)、實(shí)用技術(shù)，加強(qiáng)新資源開(kāi)發(fā)和已有資源的高值化?，F(xiàn)有的發(fā)酵制品原則上仍屬初級(jí)產(chǎn)品，商品化的品種單一，應(yīng)用領(lǐng)域狹窄，產(chǎn)值低，應(yīng)進(jìn)一步深加工，二次開(kāi)發(fā)，達(dá)到更有效地利用資源，產(chǎn)生更大的經(jīng)濟(jì)效益。874瞄準(zhǔn)發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中的共性技術(shù)、關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行重點(diǎn)突破，如節(jié)能降耗、提高產(chǎn)品質(zhì)量、無(wú)害化的環(huán)保新工藝新裝備，提升現(xiàn)有企業(yè)的生產(chǎn)水平，使我國(guó)輕工、食品領(lǐng)域的發(fā)酵工業(yè)在新世紀(jì)實(shí)現(xiàn)跨越式的發(fā)展。88利用遺傳工程等先進(jìn)技術(shù)，人工選育和改良菌種采用發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行高等動(dòng)動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)固定化技術(shù)廣泛應(yīng)用開(kāi)發(fā)和采用大型節(jié)能高效的發(fā)酵裝置，自動(dòng)控制將成為發(fā)酵生產(chǎn)控制的主要手段應(yīng)用代謝控制技術(shù)，發(fā)酵生產(chǎn)氨基酸將生物技術(shù)理廣泛地用于環(huán)境工程國(guó)際發(fā)酵工程研究方向89三、發(fā)酵工程簡(jiǎn)介發(fā)酵工程 簡(jiǎn)介應(yīng)用發(fā)酵工程的生產(chǎn)實(shí)例發(fā)酵工程的概念和內(nèi)容發(fā) 酵 工 程的應(yīng)用菌種的選育培養(yǎng)基的配制滅菌擴(kuò)大培養(yǎng)和接種發(fā)酵過(guò)程和分離提純谷氨酸的微生物發(fā)酵法生產(chǎn)在醫(yī)藥工業(yè)上的應(yīng)用在食品工業(yè)上的應(yīng)用生產(chǎn)傳統(tǒng)發(fā)酵產(chǎn)品，如啤酒、食醋等生產(chǎn)食品添加劑，如L-蘋(píng)果酸解決糧食短缺問(wèn)題90