发酵工程发酵工程1-专科-绪论
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。
发酵工程复习题
发酵工程复习题《发酵工程》期末复习题试卷结构一、名词解释（每题2分，共6题，合计12分）二、填空题（每空0.5分，合计20分）三、单选题（每题1分，共20题，合计20分）四、多选题（每题2分，共6题，合计12分）五、判断题（对的打“√”，错的打“×”，每题1分，共10题，合计10分）六、简答题（18分，3-4题）七、分析题（8分）第一章绪论一、掌握发酵史的六个阶段和四个转折点。
答：六阶段：1、天然发酵时期；2、纯培养技术的建立；3、通气搅拌发酵技术的建立； 4、人工诱变育种与代谢控制发酵技术的建立；5、开拓新型发酵原料时期；6、基因工程阶段四转折：1、纯培养；2、通气搅拌发酵；3、代谢控制；4、化学合成与微生物发酵二、发酵工业有何特点？发酵工业的范围包括哪些？答：特点：原料广；微生物主体；反应条件温和，易控制；产物单一，纯度高；投资少，效益好范围：1）以微生物代谢产物为产品的发酵工业2）以微生物酶为产品的发酵工业 3）以微生物细胞为产物的发酵工业 4）生物转化或修饰化合物的发酵工业 5）微生物废水处理和其他3、掌握发酵工业生产流程的6个环节。
答：1) 生产用菌种的扩大培养（微生物菌种的选育及扩培技术）；2) 发酵培养基的配制（发酵原料的选择及预处理）；3) 培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌（灭菌技术）；4) 将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发酵罐中（接种技术）； 5) 将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成目的产物； 6) 将产物提取精制（发酵产物的分离提取）；第二章菌种及扩大培养名词解释：菌种选育：是应用微生物遗传变异的理论，用一定的方法造成微生物的变异，再经过人工筛选得到人们所需要的优良品种。
种子扩大培养：是指把保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入固体试管斜面活化后，再经过摇瓶或静置培养，以及种子罐逐级扩大培养而获得一定的数量和质量的纯种制备过程。
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。
【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。
发酵工程深刻复习资料
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。
第一章 绪论02(发酵工艺学 夏焕章 第三版)
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一、发展简史
现代发酵工业阶段
20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等生物工程
技术的开发，使发酵工程进入了定向育种的新阶段，新产 品层出不穷。 20世纪80年代以来，随着学科之间的不断交叉和渗透， 微生物学家开始用数学、动力学、化工工程原理、计算机
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技术对发酵过程进行综合研究，使得对发酵过程的控制更
和控制。
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二、重要发酵技术的建立
发酵放大技术
20世纪60年代，发酵罐的大型化、多样化、连续化和自动化 方面有了极大发展。发酵过程的基本参数包括温度、pH、罐 压、溶 O2 、空气流量、泡沫、 CO2 含量等均可自动记录和控 制。
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二、重要发酵技术的建立
基因工程等多种技术引入发酵
绪 论
重要发酵技术
22抗生素
发酵生产的药物
酶抑制剂 免疫抑制剂 维生素 氨基酸 22
思考题
1．发酵和发酵工程的的基本含义是什么？ 2．发酵的发展过程建立了那些重要的技术？ 3．发酵生产的主要药物类型有哪些？
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1979年以后，随着基因重组技术的出现，促进了重组微生物
（工程菌）的产生，并打破了传统的生物反应器的概念。 基因工程技术，简而言之，就是采用酶学的方法，将不同来 源的 DNA 进行体外重组，再把重组 DNA设法转入受体细胞 内，并进行繁殖和遗传下去。
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第三节 发酵生产过程和方式
上游 下游
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二、重要发酵技术的建立
通气搅拌发酵技术
1941年美国和英国合作对青霉素进行生产研究，建立了深层
通气培养技术——深层培养，解决了深层培养的供氧问题。 成功建立起深层通气培养法及整套工艺，包括向发酵罐内通 入大量无菌空气、通过搅拌使空气分布均匀、培养基的灭菌 和无菌接种、通氧量、pH、培养物供给等均已解决，刺激了
发酵工程第一章_绪论PPT课件
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
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。
1. 何谓发酵？
－－请看下面现象
微生物的
发酵现象
ferver：发泡、沸腾 fermentation
对发酵现象的不同理解
－－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）
微生物转化
在用维生素C一步和二步发酵法生产中,起主要氧 化作用的葡糖酸杆菌对作用底物(D-山梨醇或L-山 梨糖)的分子结构进行特异性改变。
（一）工业发酵的类型
按微生物对氧的不同需求
厌氧发酵 需氧发酵 兼性厌氧发酵
液体发酵（包括液体深层发酵）
按培养基的物理性状 固体发酵
浅盘固体发酵 深层固体发酵（机械通风制曲）
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。
基因工程阶段（现代发酵工业新阶段）
（二）发酵工业的基本生产过程
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；
发酵工程教学大纲
《发酵工程》课程教学大纲授课专业：化学工程与工艺学时数：50 学分数：2.5一、课程的性质和目的本课程为化学工程与工艺专业生物化工方向的专业限选课。
其任务是让学生掌握工业发酵调控的基础理论与方法，能够运用该知识阐述微生物的代谢调节与发酵规律，解释影响发酵过程的各种因素，提高分析工业发酵过程的思维能力与计算能力，为今后的工作学习奠定必要的基础。
二、课程教学内容第一章绪论（2学时）要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：1. 发酵的概念与函盖范围。
2. 工业发酵的主要类别与目的。
3. 发酵的渊源与工业史。
4. 工业发酵过程的主要环节及其内容。
难点：初级代谢产物，次级代谢产物，发酵过程第二章微生物的生长（6学时）要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：1. 微生物生长的形式与测量。
2. 影响微生物生长的因素。
3. 细胞生长的周期规律及其研究方法。
4. 生长得率的概念及其表示方法。
5. 微生物的生长与分化过程及其调节。
6. 代谢物与溶质的运输过程。
要求一般理解与掌握的内容有：7. 呼吸效率的概念。
8. 维持能的概念及其与环境因素的关系。
9. 生长速率对细胞的影响。
10. 测定生长效率需注意的问题。
难点：细胞群体的生长周期，染色体复制与细胞分裂之间的时间分配，得率系数，载体。
第三章工业微生物的分离、保存与改良（2课时）要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：1. 微生物的筛选分离方法。
2. 微生物的保存方法。
3. 工业微生物的改良方法。
要求一般理解与掌握的内容有：4. 基因工程菌的培养与表达。
难点：筛选，反馈抑制第四章微生物的基础代谢（8课时）要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：1. 微生物能量代谢原理。
2. 葡萄糖分解代谢的途径。
3. 微生物组成代谢过程。
4. 代谢工程的概念。
要求一般理解与掌握的内容有：4. 代谢的热力学。
5. 细胞主要成分的代谢过程。
6. 代谢流的概念。
难点：代谢的生物化学过程，代谢物流分析，代谢控制分析第五章工业发酵用的培养基（2课时）要求深刻理解与熟练掌握的重点内容有：1. 工业发酵用培养基的要求。
第一章 发酵工程 绪论
发酵工程的产品
微生物菌体细胞 如酵母、食用菌
微生物酶类 各种酶种、酶制剂、曲霉 微生物代谢产物 初级有氨基酸等，次级有抗
生素 微生物转化产物 工程菌发酵产物 动植物细胞大规模培养产物 利用细胞培养生 产木瓜蛋白酶
发酵工程的应用范围
发酵工程在食品工业上的应用 发酵工程在医药卫生中的应用 发酵工程在化工、能源产品中的应用 发酵工程发展
用植物细胞反应器工厂化生产紫杉醇，紫草宁，
麻黄素等。 用动物细胞反应器生产单克隆抗体，干扰素，生 长激素，生长因子和酶等药物。
（三）化工和能源产品中的应用
利用微生物可以生产乙醇，甘油等一些化
工原料，表面活性剂，有机酸和多糖等。 重组微生物对土壤，水和空气中的多种污 染物具有生物降解作用。 生物催化过程简单，成本低，效益高为精 细化工企业带来了丰厚的经济效益。
发酵工程在环境保护中的应用
（一）在食品工业上的应用
主要包括以下三方面。 第一，生产传统的发酵产品，如啤酒、 果酒、食醋等，使产品的产量和质量得 到明显的提高。 第二，生产各种食品的添加剂。 第三，帮助解决粮食问题。
（二）在医药卫生上的应用
1.生产出了种类繁多的药品
如抗生素，半合成抗生素衍生物及盐，氨基酸， 维生素和干扰素等。
发酵工程生产产品的流程图＊
生产的是微生物直接 合成的产物，通过诱 变改良菌种
自然界分 离的菌种
菌种的选育 根据培养基配 制原则配制成 原料 液体培养基 培养基配制
灭菌
诱变育种 基因工程 细胞工程 生产用菌种 扩大培养
菌种的遗传特性进行定向改 造，从而生产出一般微生物 不能合成的产品 将菌种的数量扩大 检测：细菌数目、产物浓度 添加：必需的培养基组分
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4、在化工能源工业的应用 醇及溶剂：乙醇、甘油、异丙醇、丙酮、
丁醇、丁二醇等
有机酸：醋酸、丙酸、乳酸、琥珀酸、苹果
酸、衣康酸、水杨酸等
清洁能源：氢气、微生物燃料电池等
5、在农业的应用 生物农药：
杀虫剂（Bt、白僵菌、病毒、微孢子虫） 防治植物病害（假单孢菌、木霉、弱病毒、庆丰 霉素）
生物除草剂：利用杂草的病原微生物 生物增产剂：根瘤菌、蓝细菌、钾细菌、磷细菌等
特点：以数学、化工等为基础，代谢了解更深入，通过自控使发酵控制 更为合理 与化学合成相结合，在简单条件下生产复杂、特异化合物
五、发酵工程的应用
（一）发酵工程产品类型
1、菌体生产 2、代谢产物 3、生物转化 4、其他：生物冶金、环境治理
1、微生物菌体
单细胞蛋白SCP 药用真菌（虫草、茯苓等） 生物防治剂（苏云金杆菌） 活性乳制剂（益生菌）
（一）优点
4、能容易地生产复杂的高分子化合物，如酶、光学活性 体等 5、能生产复杂的化合物，能高度选择性地进行复杂化合 物在特定部位反应，如氧化、还原、官能团导入等 6、生产产品的生物体本身也是发酵产物，富含维生 素、蛋白质、酶等有用物质；除特殊情况外，培养液一 般不会对人和动物造成危害 7、通过微生物菌种改良，能够利用原有设备使生产飞 跃上升；还可以通过工艺技术和设备的改进提高产品的 产量和质量
（三）发酵工业类型
需氧发酵 按生物特性
有机酸、氨基酸、抗生素等
｛
厌氧发酵
酒精、甘油、丙酮丁醇等
按培养性状
｛
固体发酵
液体发酵
四、发酵工程的发展简史
1、自然发酵阶段
几千年 酒 （古埃及 公元前4000 – 3000年； 龙山文化4200年） 啤酒、黄酒、酱油、泡菜等 特点：自然发酵，天然菌种 不清楚发酵与微生物的关系， 口传身授，在实践中应用微生 物
提取也称后处理，虽然微生物工业生产以发 酵为主，发酵的好坏是整个生产的关键，但 后处理在发酵生产中也占有重要的地位
典型好氧发酵工艺流程
空气 空气净化处理 保藏菌种 斜面活化 扩大培养 种子罐 灭菌 发酵罐 产物提取精制 成品 碳源、氮源、 无机盐等营养 物质
课程内容
1、发酵工业菌种 2、发酵培养基 3、灭菌与空气净化 4、发酵工艺及过程控制 5、发酵设备 6、饮料酒的酿造 7、酱油的酿造 8、氨基酸的发酵 9、有机酸的发酵
2、代谢产物
初级代谢产物
由生物合成的，与生长、繁殖密切相关 氨基酸、核苷酸、维生素、有机酸、溶剂 菌体对其合成反馈控制严密，一般不过量积累
次级代谢产物
由生物合成的，与生长、繁殖没有直接关联 抗生素、酶制剂、生物碱、毒素、胞外多糖等 结构常较复杂对环境条件敏感
3、生物转化
利用微生物细胞的一种或几种酶，对外源化合物的 特定部位进行加工，如加入羟基、还原双键、脱氧或 切断支链等 转化的最终产物并不是微生物细胞利用营养物质经 细胞代谢产生，而是微生物细胞的酶或酶系作用于底 物的某一部位，进行特定部位的化学反应而形成 反应最显著的特点是特异性强，包括反应特异性、 结构位置特异性、立体特异性
许多国家都将生物技术确定为增强 国力和经济发展的关键技术之一
生物工程
基 因 工 程 细 胞 工 程 发 酵 工 程 酶 工 程 生 化 工 程
三、发酵工程的特点、类型
发酵工程是生物反应过程，本质是利 用生物催化剂生产产品。发酵工程培养和处理活的生 物体，具有以下特点：(与化学工程相比较） 1、生产过程通常在常温、常压下进行，操作条件温 和，不需考虑防爆问题，一种设备具有多种用途 2、原料来源多样、广泛，以碳水化合物为主，不含 有毒物质 3、生产过程是以生命体的自动调节方式进行的，因 此多个反应就象一个反应一样，可在单一设备（发酵 罐）中进行
大型化，生产过程连续化、自动化，一套设备产品多样化；省劳力，省 原料，省能源
4、拓宽原料来源，解决食物、资源、环境问题
利用资源最广泛的纤维素原料，固定空气中的N2、CO2进行发酵
七、发酵工程的内容
发酵工程可分为发酵和提取两个部分 发酵部分为核心部分，是整个生产的关键
菌种的选育、保藏与种子制备，培养基设计、优化、制备与灭 菌，发酵机理研究，发酵动力学研究，气体传递与空气除菌， 发酵工程控制与自动化，发酵设备
发 酵 工 程
胡洪森
QQ 369410203
二○一二年 武汉生物工程学院
欢迎同学们学 习发酵工程！
课程设置： 理论 实验
52学时 36学时
理论课成绩评定： 期终考试 平时成绩
60％ 40％
第一章
绪 论
一、什么是发酵与发酵工程 二、发酵工程的地位和作用 三、发酵工程的特点、类型 四、发酵工程的发展简史 五、发酵工程的应用 六、发酵工程的发展趋势 七、发酵工程的内容
4、代谢调控阶段
以1957年谷氨酸的发酵为标志性开始 特点：控制发酵环境 控制微生物的自我调节
5、多学科融合的飞速发展阶段
（1972）DNA 重组技术、原生质体融合技术等应用 1982，第一个基因工程产品——利用工程菌生产的人胰岛素问世 出现有许多种类的产品 红细胞生成素 生长激素 胰岛素 干扰素 ( 治疗贫血) ( 促进生长) (治疗糖尿病) (抗病毒、抗肿瘤)
3、在轻工业的应用 糖酶：α-淀粉酶、β-淀粉酶、异淀粉酶、木聚糖酶、
葡萄糖异构酶、半乳糖酶、纤维素酶等
蛋白酶：：碱性蛋白酶（洗涤剂、皮革鞣化、啤酒去浊）
酸性蛋白酶（饮料、制蛋白水解物） 中性蛋白酶（皮革脱毛、蚕丝脱胶、蛋白胨制备）
果胶酶：果汁果酒澄清、苎麻脱胶
脂肪酶：分解脂肪为脂肪酸和甘油 凝乳酶：制干酪 氨基酰化酶、甘露聚糖酶等
6、在环境工业的应用
污水处理（厌氧法、好氧法）
7、在高技术领域的各种工具酶
基因工程的各种工具酶等
六、发酵工程的发展趋势
1、发酵技术从尝试技术阶段发展到理论技术阶段，强 调研究代谢控制理论和发酵工程技术，提高现有发酵 工程水平 2、发酵工业的发展，越来越多的化学品转为发酵生 产，基因工程等学科的发展及与发酵工程的融合，大量 新发酵产品出现，建立技术密集型的新兴生物技术产业 3、设备的大型化，向“三化”、“三省”发展
1、在食品工业中的应用
食品工业是世界上最大的工业之一，也是发 酵技术最早开发利用的领域
食品加工：单细胞蛋白（酵母、真菌等、面包） 酒精饮料：葡萄酒、黄酒、白酒、啤酒、白兰地、威士忌 发酵乳制品：酸奶、奶酪 调味品：酱油、食醋、味精、肌苷酸等
2、在医药工业的应用
抗生素：12 000余种
青霉素、金霉素、四环素、链霉素、庆大霉素、卡那霉 素、新霉素、螺旋霉素、头孢霉素等
8、不受地理、气候季节的限制，可灵活的安排设 备生产
发酵过程的这些特性决定了发酵工程的种 种优点，使得发酵工程成为生物技术的核 心之一而受到广泛重视
（二）发酵工程尚存的问题
1、底物不能完全转化成目的产物，副产物的产生不可避 免，因而造成提取和精制困难，这是目前发酵行业下游操作 落后的原因之一 2、微生物反应是活细胞的反应，产物的获得除受环境因素 影响外，也受细胞内因素的影响，且菌体易发生变异 3、原料是农副产品，虽然价廉，但质量波动较大 4、生产前准备工作量大，花费高，相对化学反应而言， 反应器效率低 5、通常底物浓度不能过高，且要在无杂菌污染情况下进行 6、发酵废水常具有较高的BOD 和COD，需处理后排放
发酵工程：又称微生物工程，是应用微 生物进行大规模生产服务的一门工程技 术 它直接建立在微生物基础上，随着微生 物技术的发展而迅速发展，并与化学工 业的发展相结合
二、发酵工程的地位和作用
生物工程 技术 生物 eerin o (bioengintechng)logy) (bio
生物技术是21世纪高新技术革命的核心内容， 生物技术产业将是21世纪的支柱产业 生物技术在迎接人口、资源、能源、食物、 环境等五大危机的挑战中将大显身手
一、什么是发酵与发酵工程
发酵：利用微生物在有氧和无氧条件下 的生命活动来大量生产或积累微生物细 胞和代谢产物的过程 发酵： 通过微生物生长繁殖和代谢过 程，产生和积累人们所需产品的过程
发酵工程：利用微生物生物特定性状，通过现 代工程技术，在发酵罐中生产有用物质的一种 技术系统。发酵工程是化学工程与生物工程的 技术相结合的产物，将微生物、生物化学、化 学工程的基本原理和技术有机地结合在一起， 利用微生物进行规模化生产，是生物加工与生 物制造实现产业化的技术 发酵工程： 利用微生物的特定性状和功能，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DNA 重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合 并发展起来的现代发酵技术
The End
如： 甾体转化
含环戊烷多氢菲核的化合物； 甾族激素：分肾上腺皮质激素和性激素；重要的生理调节作 用，在临床上广泛用于治疗过敏性皮炎、类风湿性关节炎、红 班狼疮、支气管哮喘等 甾体药物的工业生产主要是通过改造天然的甾体产物而获得 的； 可的松类抗炎激素之所以有卓越的抗炎活力，主因在甾体 母核11位上导入一氧原子，最大的困难也正在此 化学转化：步骤繁多、得率低、价格昂贵（Savett, 576kg脱 氧胆酸，30多步反应，两年→938mg醋酸可的松） 生物法：高效、收率高 （1952年，Munrry等，黑根霉，仅 1步就将孕酮11位上导入一个羟基，使从孕酮合成皮质酮只需3 步，这样才使可的松问世）
（二）发酵工程的应用领域 发酵工业产品种类 发酵食品 有机酸 氨基酸 核酸类物质 酶制剂 医药工业（抗生素…） 饲料工业（单细胞蛋白) 环境工程（废物处理） 其它 （冶金工业…）
Fermentation Industry Fermented Foods Organic Acids Amino Acids Nucleotides Enzymes Pharmaceutical (Antibiotics…) Feedstuff (eg. SCP) Environmental Application (Waste Treatment) Others (eg. Metallurgical industry)