发酵工程第一章 绪论
发酵工程复习资料
第一章，绪论一、填空：微生物工程可分为发酵和提纯两部分，其中以发酵为主。
化学工程与发酵工程的本质区别在于化学工程利用非生物催化剂，发酵工程利用生物催化剂---酶。
二、判断：发酵产品是经微生物厌氧生物氧化过程获得的。
错三、课后思考题：1、发酵的定义：利用微生物的新陈代谢作用，把底物（有机物）转化成中间产物，从而获得某种工业产品。
（工业上定义、广义、有氧无氧均可）2、发酵流程：3、比拟放大的基本过程：斜面菌种－摇瓶试验(培养基、温度、起始pH值、需氧量、发酵时间)－小型发酵罐－中试－大规模工业生产4、发酵工程的发展经历了哪几个阶段？1.）自然发酵时期2）纯培养技术建立(第一个转折期)3）通气搅拌的好气性发酵工程技术建立(第二个转折期)4）人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术建立(第三个转折期)5）发酵动力学、连续化、自动化工程技术的建立(第四个转折期)6）生物合成和化学合成相结合工程技术建立(第五个转折期)5、微生物工业发展趋势1）、几个转变分解代谢→合成代谢自然发酵→人工控制的突变型发酵→代谢控制发酵→通过遗传因子的人工支配建立的发酵（如工程菌）2）、化学合成与生物合成相结合3）、大型、连续化、自动化发酵发酵罐的容量可达500t，常用的也达20-30t。
4）、人工诱变育种和代谢控制发酵微生物潜力进一步挖掘，新菌株、新产品层出不穷。
5）、原料范围不断扩大石油、植物淀粉、天然气、空气、纤维素、木质素等6、举例说明微生物工业的范围酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒）食品工业（酱、酱油、食醋、腐乳、面包、酸乳）有机溶剂发酵工业（酒精、丙酮、丁醇）抗生素发酵工业（青霉素、链霉素、土霉素等）有机酸发酵工业（柠檬酸、葡萄糖酸等）酶制剂发酵工业（淀粉酶、蛋白酶等）氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等）核苷酸类物质发酵工业（肌苷酸、肌苷等）维生素发酵工业（维生素B12、维生素B2等）生理活性物质发酵工业（激素、赤霉素等）名贵医药产品发酵工业（干扰素、白介素等）微生物菌体蛋白发酵工业（酵母、单细胞蛋白）微生物环境净化工业（利用微生物处理废水等）生物能工业（沼气、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等能源物质）微生物治金工业（微生物探矿、治金、石油脱硫等）第二章发酵基础知识1、写出生产以下产品的主要菌种：啤酒（啤酒酵母）、黄酒（霉菌（根霉、曲霉）、酵母菌、细菌）、味精（谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌）、柠檬酸（黑曲霉）、食醋（霉菌、酵母菌、醋酸菌）、酸奶（乳酸菌（保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳酸链球菌））2、发酵工艺控制中，主要应监控温度、pH值、溶解氧、泡沫、氧化还原电位等。
发酵工程章节复习资料
发酵⼯程章节复习资料第⼀章绪论1、发酵及发酵⼯程的概念1、传统发酵最初发酵是⽤来描述酵母菌作⽤于果汁或麦芽汁产⽣⽓泡的现象，或者是指酒的⽣产过程。
2、⽣化和⽣理学意义的发酵指微⽣物在⽆氧条件下，分解各种有机物质产⽣能量的⼀种⽅式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电⼦受体的氧化还原产能反应。
如葡萄糖在⽆氧条件下被微⽣物利⽤产⽣酒精并放出CO2。
3、⼯业上的发酵泛指利⽤微⽣物制造或⽣产某些产品的过程包括：1. 厌氧培养的⽣产过程，如酒精，乳酸等。
2. 通⽓（有氧）培养的⽣产过程，如抗⽣素、氨基酸、酶制剂等。
产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。
发酵⼯程（Fermentation Biotechnology）: 应⽤微⽣物学等相关的⾃然科学以及⼯程学原理，利⽤微⽣物等⽣物细胞进⾏酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的⼀门科学。
2、发酵⼯程技术的发展⼤致可分为哪⼏个阶段，每段的技术特点是什么？1. ⾃然发酵时期:嫌⽓性发酵⽤于酒类酿造，好⽓性发酵⽤于酿醋、制曲。
2. 纯培养技术的建⽴：⼈⼯控制环境条件使发酵效率迅速提⾼。
3.通⽓搅拌好⽓发酵过程技术的建⽴：从分解代谢转为⽣物合成代谢，可以利⽤微⽣物合成积累⼤量有⽤的代谢产物。
4.⼈⼯诱变育种与代谢控制发酵⼯程技术的建⽴：遗传⽔平上控制微⽣物代谢。
5. 发酵动⼒学、发酵⼯程连续化、⾃动化⼯程：以数学、动⼒学、化⼯原理等为基础，通过计算机实现发酵过程的⾃动化控制的研究，使发酵过程的⼯艺控制更为合理。
6. 微⽣物酶反应⽣物合成与化学合成反应结合⼯程技术：可⽣产许多过去不能⽣产的有⽤物质。
3、发酵⼯业的应⽤范围1. 酿酒⼯业（啤酒、葡萄酒、⽩酒）2. ⾷品⼯业（酱、酱油、⾷醋、腐乳、⾯包、乳酸）3. 抗⽣素⼯业（青霉素、链霉素、⼟霉素）4. 有机酸⼯业（柠檬酸、葡萄糖酸）5. 酶制剂⼯业（淀粉酶、蛋⽩酶）6. 氨基酸⼯业（⾕氨酸、赖氨酸）7. 核苷酸发酵⼯业(肌苷酸、肌苷)8. 有机溶剂⼯业（酒精、丙酮）9. 维⽣素⼯业(VB2、VB12)10.⽣物能源⼯业（沼⽓、⽣物柴油）11.环境保护产业（废⽔⽣物处理）12.⽣理活性物质发酵⼯业（激素）13. 冶⾦⼯业(微⽣物探矿、⽯油脱硫)14.微⽣物菌体蛋⽩发酵⼯业（酵母、单细胞蛋⽩）4、发酵⼯业的特点与化学⼯程相⽐，发酵⼯程具有以下特点：1、发酵过程是极其复杂的⽣物化学反应，与微⽣物细胞息息相关2、通常在常温常压下进⾏，反应安全，需求条件也⽐较简单3、发酵醪（包括固相、液相、⽓相，还含有活细胞体或菌丝体），属⾮⽜顿流体，其特性影响因素很多，对发酵⼯程都有关联4、具有严格的灭菌系统，以防⽌杂菌污染如空⽓除菌系统、培养基灭菌系统、设备的冲洗灭菌等5、反应以⽣命体的⾃动调节⽅式进⾏，因此数⼗个反应过程能够像单⼀反应⼀样，在同⼀发酵罐内进⾏6、后处理阶段，为了适应菌体与发酵产物的特点，需采取⼀些特殊的⼯艺措施并选⽤合适的设备。
发酵工程重点
发酵⼯程重点第⼀章、绪论⼀、名词解释：1．发酵：利⽤微⽣物在有氧或⽆氧条件下的⽣命活动来制备微⽣物菌体或其代谢产物的过程2．发酵⼯程：主要指在最适发酵条件下，发酵罐中⼤量培养细胞和⽣产代谢产物的⼯艺技术。
3．微⽣物的纯培养：把各种微⽣物彼此分开培养成纯种微⽣物4．深层培养：（你们书上有的）5．微⽣物的⽣物转化：是利⽤⽣物细胞对⼀些化合物某⼀特定部位（基团）的作⽤，使它转变成结构相类似但具有更在经济价值的化合⼆、问题：1.发酵⼯业的基本流程是什么？①发酵原料的选择和预处理②微⽣物菌种的选育及扩⼤培养③发酵设备选择及⼯艺条件的控制④发酵产物的分离提取⑤废弃物的回收和利⽤等2.发酵⼯程有哪⼏部分组成？各部分研究⽬标是什么？- 上游⼯程- 发酵⼯程- 下游⼯程3.实现发酵产品的基本条件是什么？适宜的微⽣物、保证或控制微⽣物进⾏代谢的各种条件、进⾏微⽣物发酵的设备、精制成产品的⽅法的设备第⼆章、⼯业发酵菌种的选育⼀、名词解释：1.⾃然选育：在⽣产过程中，不经过⼈⼯处理，利⽤菌种的⾃发突变，选育出优良菌种的过程2.诱变选育：利⽤物理或化学诱变剂处理均匀分散的微⽣物细胞群，促使其突变率⼤幅度提⾼，然后采⽤简便、快速和⾼效的筛选⽅法。
3.富集培养：利⽤不同种类微⽣物⽣长繁殖对环境和营养的要求不同，⼈为的控制条件，使之利于某类或某种微⽣物⽣长，⽽不利于其他种类的微⽣物的⽣存，已达到使⽬的菌种占优势⽽得以快速分离纯化的⽬的。
⼆、问题：1、微⽣物菌种选育的⽅法：⾃然选育、诱变育种、细胞⼯程育种、DNA重组技术育种2、⾃然选育的主要步骤：答案⼀：菌种—菌悬液—分离单菌落—分别测定单菌落的⽣产能⼒—筛选⾼产菌株◆答案⼆：采样-增殖培养-培养分离-筛选（初筛和复筛）（⽼师说答案2还好，⼤家可以⾃⼰再整理下）3、诱变选育的⽅法和步骤？- ⽅法和步骤：①出发菌株的选择②制备菌悬液③诱变处理④中间培养⑤突变菌株筛选- 后培养（中间培养）：由于在发⽣了突变尚未表现出来之前，有⼀个表现延迟的过程，即细胞内原有酶量的稀释过程（⽣理延迟），需3带以上的繁殖才能将突变性状表现出来。
发酵工程 第一章绪论
生物酶是生化工程的灵魂
Maintain NAD+ / NADH ratio ( redox balance ) . 糖酵解途径积累生成的NADH不能积存，必须重新氧化为NAD+后，
才能继续反应。同时,细胞的氧化还原状态，特别是NAD+/NADH的水 平直接影响着细胞的节律、衰老、癌变和死亡等重大生命过程。
如酒精发酵：
Concepts》 ，3rd Edition， Prentice Hall，2017。 Pauline M. Doran主编。《Bioprocess engineering principles》 ， 2nd Edition ，Academic Press，
2012。
绪论
第一节 发酵及发酵工程概念 第二节 发酵过程组成（课程体系） 第三节 发酵产品类型 第四节 发酵工程发展简史及发展趋势
Products of microbes under aerobic conditions
有机酸
氨基酸
核苷酸 抗生素
韩国希杰集团
中国英轩集团
荷兰皇家帝斯曼集团
维生素 酶制剂
日本味之素公司
丹麦诺维信公司
美国辉瑞公司
二、什么是发酵工程？
现代意义上的发酵工程：利用微生物的特定性状和机能，通过现代 化工程技术，生产有用物质或直接应用于工业化生产的一种技术体 系；是将传统的发酵技术与现代的基因工程、蛋白质工程、细胞工 程、代谢工程、化学工程、生物信息工程和计算机控制等新技术结 合并迅速发展的现代发酵技术。
发酵工程讲义
发酵工程讲义长江大学生科院生物技术系《发酵工程》讲义第一章绪论教学目的：了解发酵工程的意义及组成，我国发酵工程的发展现状；掌握微生物发酵的纯培养技术和深层培养技术的相关内容及发酵工程发展历史上的五个转折点；掌握发酵工程的产业化及其发展前景。
教学重点、难点：微生物发酵的纯培养技术和深层培养技术；发酵工程的产业化及其发展前景。
发酵工程的意义及组成传统生物技术：抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、生物农药、生物肥料等。
现代生物技术：基因工程菌发酵，基因工程药物、疫苗及抗体生产。
发酵工业范围：了解发酵工程与现代生物技术的关系发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节。
它是应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。
于它以培养微生物为主，故又称为微生物工程。
发酵工程的组成：从广义上讲，三部分组成，上游工程、发酵工程、下游工程上游工程：- genetics, cell ? - inoculum development -media formulation -sterilization - inoculation 下游工程：- product extraction, purification & assay - waste treatment - by product recovery 发酵的定义： 1.传统发酵发酵最初是来自于拉丁语“发泡”这个词，是指酵母作用于果汁或发芽的谷物时产生二氧化碳的现象。
2.生化和生理学意义的发酵指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。
3.工业上的发酵泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程。
发酵过程的组成部分：典型的发酵过程可划分成六个基本组成部分：繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份设定；培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中；微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长；产物分离和精制；过程中排出的废弃物的处理。
【课堂笔记】《发酵工程》
【课堂笔记】《发酵⼯程》《发酵⼯程笔记》笔者：赵可⽬录第⼀章绪论（p1） (1)1.1概念 (1)1.2发酵⼯程的研究内容 (1)1.3发酵过程的特点 (2)1.4发酵过程的问题 (2)1.5发酵⼯程的发展简史 (2)1.6发酵⼯程⼯程的任务 (2)1.7发展⽅向 (3)第⼆章⽣物发酵的基本过程（p36） (3)2.1发酵的基本过程 (3)2.2发酵过程的⼀般过程和操作⽅式 (3)2.3微⽣物的发酵类型 (4)2.3.1液体发酵 (4)2.3.2固体发酵 (4)2.3.3好氧发酵 (5)2.3.4厌氧发酵 (5)第三章种⼦扩⼤配培养（p44） (5)3.1概念 (5)3.2种⼦扩⼤培养⼯艺 (6)3.2.1制备流程 (6)3.2.2优良种⼦具备的条件 (6)3.2.3影响种⼦的质量因素 (6)3.2.4种⼦质量控制措施 (6)第四章发酵培养基（p48） (6)4.1⼀般特点 (6)4.2发酵培养基的组成与制备 (6)4.2.1发酵培养基的组成 (6)4.2.2发酵培养基的制备要点 (7)4.3发酵培养基的设计和优化 (8)4.3.1设计发酵培养基要考虑的因素： (8)4.3.2摇瓶实验： (8)4.3.3正交实验：多因素多⽔平 (8)第五章发酵过程产物分析（p53） (8)5.1分析项⽬按性质分可分三类： (8)5.2发酵终点的判断 (8)第六章发酵动⼒学（p59） (8)6.1发酵动⼒学概念 (8)6.2研究发酵动⼒学的⽬的 (9)6.3动⼒学 (9)6.3.1课程重点 (9)6.4⽣物反应类型 (9)6.5发酵的⽬的 (9)6.6发酵研究的关键问题 (9)6.7优化发酵过程达到⾼产⽬标的⽅法 (10)6.8发酵动⼒学研究的基本过程 (10)6.9分批发酵动⼒学 (10)6.9.1菌龄 (10)6.9.2分类 (10)6.9.3细胞⽣长动⼒学 (10)6.9.4分批发酵基质消耗动⼒学 (11)6.9.5分批发酵产物形成动⼒学 (11)6.9.6分批发酵的优缺点 (12)6.9.7重要截图（来⾃中国MOOC余龙江教授） (12)6.10讨论与问题 (13)第七章分批发酵、补料分批发酵和⾼密度发酵（p81） (14)7.1分批发酵 (14)7.1.1分批发酵的操作⼯艺 (15)7.1.2菌体⽣长规律 (15)7.1.3代谢变化 (15)7.2补料分批发酵 (16)7.2.1适⽤范围： (16)7.2.2物料流加⽅式 (16)7.2.3补料分批动⼒学 (16)7.3⾼密度发酵 (16)7.3.1影响⾼密度发酵⽣产的因素 (16)7.3.2⾼密度发酵存在的问题 (17)7.4讨论与问题 (17)7.4.1分批发酵和补料分批发酵有哪些联系和区别？ (17)7.4.2分批发酵的流程 (17)7.4.3分批发酵包括哪些时期 (17)7.5课堂问题 (17)第⼋章连续发酵（p105） (19)8.1基本概念 (19)8.2连续发酵的优缺点 (19)8.3连续发酵的类型 (19)8.4连续发酵操作⽅式 (20)8.4.1开放式连续发酵 (20)8.4.2封闭式连续发酵 (20)8.5膜连续发酵 (21)8.6连续发酵的控制⽅式 (21)8.7连续发酵的实际应⽤ (22)8.7.1连续发酵 (22)8.7.2分批发酵 (22)8.7.3补料分批发酵 (22)8.7.4连续发酵在⼯业上的应⽤ (23)第九章微⽣物的现代固态发酵（p121） (23)9.1固态发酵 (23)9.1.1固态发酵的特点 (23)9.1.2固体培养的优点 (23)9.1.3固液发酵的⽐较 (23)9.1.4传统固态发酵与现代固态发酵 (24)9.1.5固态发酵分类 (25)9.1.6适合固态发酵的微⽣物 (25)9.1.7固态发酵的界⾯作⽤ (25)9.2固态发酵反应器 (25)9.2.1静态固态发酵反应器 (25)9.2.2动态固态发酵反应器 (26)9.2.3固态发酵反应器 (26)9.3固态发酵的应⽤ (26)第⼗章基因⼯程菌株发酵（p154） (27)10.1⼯业化⽣产的基因⼯程菌应具备的条件 (27)10.2基因⼯程菌的发酵 (27)10.2.1培养操作和发酵设备 (27)10.3讨论与问题 (27)10.3.1基因⼯程菌的不稳定性 (27)10.3.2改善措施： (27)10.3.3⽣产过程: (27)第⼗⼀章发酵过程中氧的溶解、传递、测定及其影响因素（p167） (28)第⼗⼆章发酵控制⼯程（p183） (28)12.1讨论与问题 (28)第⼗三章空⽓除菌（p250） (29)13.1⼏个基本概念 (29)13.2染菌的危害 (29)13.3树⽴⽆菌概念，强调⽆菌操作 (29)13.4灭菌和除菌的基本原理 (30)13.5发酵⼯程的灭菌⼯程（p228） (30)13.5.1化学物质灭菌 (30)13.5.2⼲热灭菌法 (30)13.5.3湿热灭菌法 (31)13.5.4射线灭菌 (31)13.5.5过滤介质除菌 (31)13.5.6静电除菌 (31)13.5.7臭氧灭菌 (31)13.6名词概念 (32)13.7培养基和发酵设备的灭菌 (32)13.7.1温度和时间对培养基的影响 (32)13.7.2影响培养基灭菌的其他因素 (33)13.7.3培养基分批灭菌 (33)13.7.4发酵设备的灭菌 (34)13.8空⽓除菌 (34)13.8.1发酵⽤⽆菌空⽓的概念和质量标准 (34)第⼗四章发酵⼯程设备（p265） (35)14.1通⽓发酵罐 (35)14.1.1机械搅拌通⽓发酵罐 (35)14.1.2⾃吸式发酵罐 (35)14.2嫌⽓发酵罐 (36)14.2.1基本要求 (36)《发酵⼯程》1-14章节笔记第⼀章绪论（p1）1.1概念发酵⼯程利⽤微⽣物或动植细胞的⽣长繁殖和代谢活动以及特定功能，通过现代化⼯程技术⽣产有⽤物质或直接应⽤于⼯业化⽣产的技术体系；是将传统发酵与现代的DNA重组，细胞融合，分⼦修饰，和改造新技术结合并发展起来的现代发酵技术；它是渗透有⼯程学的微⽣物学和细胞⽣物学，是现代⽣物技术产业的基础与核⼼。
发酵工程复习
发酵工程复习资料第一章绪论1、发酵及发酵产品各包括哪些类型？答案要点：一）发酵的类型：按发酵原料分类：糖类物质发酵、石油发酵、废水发酵；按发酵形式分类：固体发酵、液体发酵；按发酵工艺流程分类：分批发酵、连续发酵、流加发酵；按发酵过程对氧的需求分类：厌氧发酵、通风发酵；按发酵产物分类：氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素发酵、酶制剂发酵二）发酵产品的类型：以菌体为产品、以微生物的酶为产品、以微生物的代谢产物为产品、生物转化过程2、了解发酵工程的组成、基本要求及主要特点。
答案要点：一）组成：上游工程：菌种选育、种子培养、培养基设计与制作、接种等。
发酵工程：发酵培养。
下游工程：产物的提取纯化、副产品的回收、废物处理等。
二）基本要求：发酵设备、合适的菌种、合适的培养基、有严格的无菌生长环境三）主要特点：1）发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件简单；2）发酵所用的原料主要以再生资源为主；3）发酵过程通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物；4）获得按常规方法难以生产的产品；5）投资少，见效快，经济效率高；6）维持无菌条件是发酵成败的关键；7）环境污染小。
3、为什么说发酵工程在国民经济中有着重要的地位？答案要点：因为发酵工程在医药、食品、能源、化工、冶金、农业、环境保护等方面均有着十分重要的作用，例如：抗生素的生产；饮料食品等的制造；沼气、微生物采油、生物肥料、生物农药以及三废处理等方面都有很重要的应用。
所以说发酵工程在国民经济中有着重要的地位。
4、了解发酵工业的类型及必备条件。
答案要点：一）发酵工业类型：食品发酵工业：食品、酒类1）传统分类非食品发酵工业：抗生素、有机酸、氨基酸、酶制剂、核苷酸、单细胞蛋白酿造业：利用微生物生产具有较高风味要求的发酵食品。
2）现代分类发酵工业：经过微生物纯种培养后，提炼、精制而获得成分单纯、无风味要求的产品。
发酵工程期末考点总结
第一章绪论狭义“发酵”的定义：在生物化学或生理学上发酵是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。
广义“发酵”的定义：工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。
产品即有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。
“发酵工程”的定义：应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。
发酵工程的特点：1）常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。
2）发酵所用的原料简单粗放3）反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物4）发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要5）可以产生比较复杂的高分子化合物。
6）微生物菌种是进行发酵的根本因素7）工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，并可以取得显著的经济效益。
发酵过程的组成：繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份确定；培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中；微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长；产物提取和精制；过程中排出的废弃物的处理。
发酵产品的类型: 菌体、代谢产物、酶初级代谢产物：氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类和碳水化合物等。
次级代谢产物：有些微生物的稳定期培养物中所含有的化合物，并不在营养期时出现，而且未见到对细胞代谢功能有明显的影响。
例如，抗生素。
生物转化过程定义：生物细胞或其产生的酶能将一种化合物转化成化学结构相似，但在经济上更有价值的化合物。
特点：反应条件温和(30-40℃，常压，水相反应)反应选择性高反应产物纯度高（包括光学纯）反应底物简单便宜（一般无毒、不易燃）反应收率主要取决于菌种的性能设备简单第二章：生产菌种的来源微生物的特性及工业微生物的要求：1）微生物的特性：体积小、面积大；吸收快、转化快；生长旺、繁殖快；易变异、适应性强；种类多、分布广2）工业化菌种的要求：能够利用廉价的原料，有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强遗传性能要相对稳定不易感染它种微生物或噬菌体产生菌及其产物的毒性必须考虑生产特性要符合工艺要求菌种在发酵过程中不产生或少产生与目标产品性质相近的副产物和其它产物。
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缬 氨 酸 （ C5N) 次 生 代 谢 产 物
脂肪酸 天 冬 氨 酸 （ C4N)
丙二酸
（ C3)
草酰乙酸 (C4)
乙酸 CO2
甲 羟 戊 酸 （ C4) IPP（ C5)
柠檬酸 (C6)
萜类 甾体
次生代谢产物
α － 酮 戊 二 酸(C5)
初生代谢的合成过程
从初生代谢 到次生代谢
谷氨酸 次生代谢产物
杆菌，侧孢芽孢杆菌；白僵菌、 绿僵菌
疫苗
微生物菌体
新的菌体发酵产品: 药用功能菌体 茯苓菌→茯苓 担子真菌→灵芝、香菇类
虫草头孢菌 密环菌
面包酵母 藻类
芽孢杆菌和伴孢晶体
虫草头孢菌发酵生产虫草
酶制剂
广泛用于医药工业、食品和轻工业、石油化工
酶试剂盒：医用诊断试剂盒、工业分析试剂盒等 药用酶制剂：胆固醇氧化酶，葡萄糖氧化酶等 食品工业用酶制剂：果胶酶，淀粉酶等 基因重组技术用酶制剂：核酸酶（nuclease），包括
－两种角度（能量、产物）
侧重能量代谢：
1、能够在氧分子参与下进行有氧呼吸产生能量的生物可以进行：
有氧呼吸、糖酵解、厌氧呼吸（兼性微生物）
生
（1）有氧呼吸（氧供应充分、有机物氧化彻底、产生大量能量）
物
（2）糖酵解（暂时缺氧、有机物氧化不彻底、产生少量能量）
化
学
2、无氧呼吸：特指那些不需要氧的微生物所进行的能量代谢。 指有机物经彻底或不彻底氧化，所脱下来的电子最后传给外
主要标志 基因工程产品生产以及 基因工程技术应用
世界上已批准上市的基 因工程药物有几十种， 如：胰岛素、人生长激 素等。
基因工程阶段（现代发酵工业新阶段）
主要特点 基因工程技术、细胞工程技术、酶工程技术 以及发酵过程优化及放大技术的全面进步 高产微生物代谢产物及非微生物代谢产物的 基因工程菌构建及产品的发酵生产 主导碳氧经济发展，碳氢经济的替代及生物 炼制技术的兴起
CONTENTS
一、发酵工程的概念 二、发酵工程的发展简史 三、发酵工程的基本内容＊ 四、发酵过程的主要发酵类型 五、发酵工程的后处理＊＊
第一节 发酵工程的概念
发酵 芽母 谷作 物用 产于 生果
汁 或
－－请看下面现象
微生物的
发酵现象
ferver：发泡、沸腾 fermentation
CO2
一.对发酵现象的不同理解
部分利用基因工程技术研制的产品
人胰岛素 人生长激素(GH) 表皮生长因子(EGF)
肿瘤坏死因子 白细胞介素-2(IL-2)
尿激酶原 猪生长激素(PGH) 牛生长激素(BGH)
纤维素酶 , -干扰素 乙型肝炎疫苗 集落刺激因子(CSF) 促红细胞生成素(EPO) 抗血友病因子 组织溶纤原激活剂(t-PA)
DNA、RNA的内切酶、外切酶，DNA限制性内切酶、 DNA连接酶等。 饲料酶制剂：木聚糖酶、β-葡聚糖酶、纤维素酶等
组 氨 酸 （ C 6N 3)
核糖
苯 丙 氨 酸 （ C 9N )
戊糖
葡萄糖
色 氨 酸 (C 11N 2)
丁糖
莽草酸
丙糖
酪 氨 酸 （ C 9N )
（ C7)
半胱氨酸 丝 氨 酸（ C 3 N )
木质大桶中进行第一次真正的大规模酿造 1757年应用温度计；1801 使用原始热交换器
主要特点：嫌气发酵，非纯种培养 ，产品质量不稳定
2.纯培养技术的建立（近代发酵时期）
Koch首先发明固体培养基，建立细菌 的纯粹培养
Petri创造一种培养皿(petri dish)用于 微生物平板分离
Winograsky和 Beijerink发明富集培 养法，分离特定的微生物
传统发酵工业：酿造及食品 业、抗生素、氨基酸、核苷 酸、有机酸、饲料添加剂、 微生态制剂、生物农药、生 物肥料等
现代发酵工业：基因工 程药物、细胞工程药物、 疫苗；替代石油工业的 大宗量的生物基化学品等， 以及传统发酵工业升级。
传统大型发酵工 业的中央控制
现代发酵工业 的中央控制
发酵工业的其他产品
工
业 发
代谢产物和细胞分离 过滤、离心、沉淀
酵
基
本
代谢产物的分离 副产品或废物处理
细胞的加工
过
程
代谢产物分纯或加工
产品
发酵工业的典型过程 －－深层发酵过程
3. 发酵工程技术特点
主体微生物的特点
种类繁多 繁殖速度快 代谢能力强 易通过人工 诱变获得有 益菌株
酶种类繁 多
催化各种 生化反应
能利用无机 物、有机物 等各种营养 物质
家
源的无机氧化物(个别是有机氧化物)并释放较少能量。
根据最终电子受体不同，无氧呼吸分为：硝酸盐呼吸、硫酸
盐呼吸、硫呼吸、碳酸盐呼吸及延胡索酸呼吸等。
生物化学家看待微生物发酵过程：
生
发酵是微生物在无氧条件下分解代谢有机 物释放能量的过程。
物
化
学
发酵是微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制
家
备微生物菌体或其代谢产物的过程。现代
§第三节、发酵工程基本内容
（一）发酵工程的一般特征
1、发酵工业一般是在常温常压下进行的生物化学反应，反应条件 比较温和。 2、可用较廉价的原料生产较高价值的产品。 3、发酵过程是通过生物体自适应调节来完成的，反应的专一性强， 因而可以得到单一性的代谢产物。 4、易产生复杂高分子化合物。 5、高度选择性的进行复杂化合物在特定部位的氧化、还原、官能 团导入。 6、生产发酵产物的生物物质菌体本身也是发酵产物。 7、发酵生产需要注意防止染菌。 8、发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件的限制，可改良菌 种。
优良种株的选育和保 藏（包括菌种筛选、改造， 菌种代谢路径改造等），
上游 技术
中游 技术
发酵过程控制，主要包 括发酵条件的调控，无 菌环境的控制，过程分 析和控制等
上中下游相互关联！
下游 技术
和程广
要 求
工 程 学
对 生 物
义 发 酵
的学工
分离和纯化产品。 包括固液分离技术、细 胞破壁技术、产物纯化 技术，以及产品检验和 包装技术等
技术进步： 发展了高压喷射式、强制循环式等多种发 酵罐及其发酵技术 计算机和自动控制技术的运用：灭菌和发 酵过程自动控制，促进发酵工业朝连续化、 自动化方向发展
开拓新的发酵原料时期
特点： 解决发酵原料及人畜争粮问题；
规模和自动化程度显著提高，能耗过大。
3.基因工程阶段（现代发酵工业新阶段）
▪ 微生物菌体 ▪ 酶制剂 ▪ 代谢产物 ▪ 生物转化 ▪ 微生物特殊机能的利用
利用微生物消除环境污染 利用微生物发酵保持生态平衡 微生物湿法冶金 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域
微生物菌体
酵母发酵 传统菌体发酵工业
菌体蛋白（单细胞蛋白）发酵
杀虫剂：苏云金杆菌，蜡样芽孢
现代菌体发酵工业
▪ Peter F. Stanbury, Allan Whitaker, Stephen J. Hall. Principles of
Fermentation Technology. (2nd Edition)
考 核方式
闭卷考试占70％ 平时课堂提问、作业、笔记、课堂论文
与考勤占30％
第一章 发酵工程概述
二.发酵工程概念？ －微生物细胞加工技术过程优化与放大
1.现代发酵工程：利用微生物特定性状和功能，将 DNA重组及细胞融合技术、分子修饰和改造等新技 术与传统发酵工程融合，大大提高传统发酵技术水 平，拓展传统发酵应用领域和产品范围的一种现代 工业生物技术体系。
主要密封与抗污染设计解决了耗氧 发酵中的杂菌污染问题。
通气搅拌发酵技术的建立 主要特点：耗氧发酵实现规模化纯培养发
酵，一系列过程工程技术创新 意义： ➢ 推动抗生素工业乃至整个发酵工业快速发展 ➢ 建立了完整的好氧发酵放大技术及装备 ➢ 奠定了现代发酵工业的理论和实践基础
代谢控制发酵技术的建立
例接种入发酵罐中； 4. 控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量
的代谢产物； 5. 将产物提取并精制，以得到合格的产品； 6. 回收或处理发酵过程中所产生的三废物质。
菌种 活化 扩大培养
发酵原料
预处理
粗选、除杂、粉 碎加工等
发酵培养基的配制
灭菌
微
生
物 进一步扩大培养
大型发酵 测量和控制发酵温度、PH、溶解氧
甘 氨 酸(C2N)
丙氨酸 （ C3N)
赖 氨 酸 （ C 6N 2)
蛋 氨 酸 （ C 5N 5)
丙酮酸
A D P(C 7N 2)
乙酸 CO2
缬 氨 酸 （ C5N) 亮氨酸
天 门 冬 氨 酸 （ C 4N )
草酰乙酸 (C4)
柠檬酸 (C6)
苏 氨 酸 （ C 9N )
α － 酮 戊 二 酸(C5)
代谢产物的生物 合成与分离纯化
完整发酵工程：投入原料获得最终产品 发酵和提取
主要研究 解决工艺和设备问题 实验室和中试成果迅速扩大到工业生产中
2. 发酵工业的基本生产过程
1. 用作种子扩大培养及发酵生产的各种培 养基的配制；
2. 培养基、发酵罐及其附属设备的消毒灭菌； 3. 扩大培养出有活性的适量纯种，以一定比
主要产品：酵母、甘油、乳酸、丙酮丁醇等
纯培养技术的建立
第一次世界大战， Weizmann 发明了丙酮丁醇 发酵，建立了真正的无杂菌发酵。
在面包酵母的生产中首先采用了分批补料培养 技术 主要特点：纯培养为主、嫌氧发酵，产品产量 质量控制水平大大提高。
通气搅拌发酵技术的建立
标志：纯种培养深层发酵生产青霉素 主要技术进展： ➢ 通气搅拌解决了液体深层培养的供氧问题。 ➢ 无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大