发酵工程概况及发讲义展趋势创新
发酵工程概述
3，发酵过程是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，发酵过程中对杂菌污染的防治至关 重要。除了必须对设备进行严格消毒 处理和空气过滤外，反应必须在无菌 条件下进行。如果污染了杂菌，生产 上就要遭到巨大的经济损失，要是感 染了噬菌体，对发酵就会造成更大的 危害。因而维持无菌条件是发酵成败 的关键。
第五个转折点 ——微生物生物合成和化学反应合成相结合工程
技术的建立
针对单纯发酵法的缺陷，利用发酵法生产前体， 用化学合成法得到终产品或反之。
发酵技术的发展简史
第三节 发酵技术的应用
一、发酵技术在食品工业中的应用 二、发酵技术在医药工业中的应用 三、发酵技术应用于轻工、食品用酶的生产 四、发酵技术应用于化工能源产品的生产 五、发酵技术在农业生产中的应用 六、发酵技术在环保中的应用 七、发酵技术用于金属浸取 八、发酵技术应用于高技术研究开发
基因诊断：
人类的遗传病有2000种左右，染色体数目异常、 染色体畸变、基因结构改变都可导致先天性遗传疾 病。如镰刀型红细胞贫血症就是由于血红蛋白β亚基第6位氨基酸密码突变引起的，苯丙酮酸尿症 则是由于苯丙氨酸羟化酶基因缺失引起。遗传病很 难治，如果在胚胎发育早期就诊断出，则可以采用 人工流产的方法预防出生，或在出生后早期治疗。 一般，基因突变会导致其限制性内切酶识别位点的 丢失或新生。一种称为“限制酶酶解片段长度多态 性分析”方法可以检测出突变的基因。对于那些基 因顺序明确，致病基因突变点已知的遗传病，可采 用一种“等位特异性寡核苷酸探针检测法”进行诊 断。 “聚合酶链反应”技术，也常被用于诊断。
基因工程药物 生物工程药物就是利用生物工程技术制造
的药物，是生物工程服务于社会的一类新产品。 它和传统的化学药物以及从动、植物中提取药 物的最大区别在于生产过程。通过基因工程或 细胞工程培养出高产菌种或动、植物细胞株， 称为“工程菌”或“工程细胞株”，再利用现 代发酵技术大规模培养，从中提取出所需药物。
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。
发酵工业现状与发展趋势
3、分离提取工艺水平
（1）味精分离提取工艺 味精企业中采取的分离提取工艺有等电离交和浓缩等电两种
图5 等电离交工艺流程
图6 浓缩等电工艺流程
目前，行业内正在推广应用“新型浓缩等电结晶工艺偶联 膜处理技术”。
*一次结晶收率达到90%以上 *无污染物排放 *生产闭路循环 *提高产品质量 *降低水耗、能耗及生产成本
184 89 61.5 19 706 1059.5
2008年 年用水 （万吨） 14720 5340 1230 1425 8472 39659
用水（吨/ 吨产品）
80 60 20 75 12
发酵 产量 浓废液量 产品 (万吨) (吨/吨)
味精 184
12
柠檬酸 89
10
酵母 19
35
合计 292
55
图2 我国发酵工业产业布局
5、自主创新能力显著增强
研发投入持续增长 自主创新网络体系形成
管理体系标准化
6、节能减排初见成效
在国家产业政策的正确引导下，发酵工业企业已经越来越认 识资源综合利用和节能减排的重要性和必要性，努力提高原料转 化率、副产品的综合利用率，加大对生产过程中产生的废水、废 渣和废气的治理和回收利用，并取得了一定的成绩。
3、能耗较高、污染较重
发酵工业是能耗较高的产业，我国水平与国际先进水平相比，差距较大。 生产过程用水量大，由于企业的生产水平和技术装备不同，耗水量差距较 大。
表8浓度有机废水2007年发生量
主要 产品
味精 柠檬酸 酶制剂 酵母 淀粉糖 合计
年产量 （万吨）
图8 柠檬酸废水处理工艺流程
（三）存在的主要问题
发酵工业在快速发展过程中，也暴露了诸多问题，突出表现为以 下几个方面：
发酵工程课件
05
发酵工程的未来发展
新技术应用
生物信息学
应用生物信息学技术，解析微生物基因组，发现新的代谢 途径和基因，提高发酵过程的效率和产物的质量。
01
代谢工程
通过代谢工程，改造微生物的代谢途径 ，提高目标产物的产量和纯度，降低副 产品的生成，优化发酵过程。
02
03
过程优化
利用先进的过程控制和优化技术，提 高发酵过程的稳定性和效率，减少能 源消耗和环境污染。
02
发酵工程的基本原理
微生物的代谢与生长
微生物的能量代谢
微生物通过分解底物获取能量，并合成细胞成 分。
微生物的生长
微生物在适宜的环境下生长繁殖，影响发酵过 程。
微生物的代谢产物
微生物在代谢过程中产生的有用物质。
微生物的生长环境与控制
要点一
微生物对环境条件的需求
如温度、湿度、pH值、氧气等。
要点二
发酵工程课件
目录
• 发酵工程概述 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的应用领域 • 发酵工程的研究方法 • 发酵工程的未来发展 • 发酵工程实例分析
01
发酵工程概述
发酵工程的定义与特点
发酵工程定义
发酵工程是通过利用微生物的生长和 代谢活动生产各种有用物质的过程。
发酵工程特点
发酵工程具有高效、节能、环保等优 点，可生产出许多传统化学方法无法 合成的生物活性物质，如抗生素、氨 基酸、有机酸等。
微生物生长环境的控制
通过调节环境条件，促进有益微生物的生长和抑制有害微 生物的生长。
微生物的遗传与育种
微生物遗传学基础
DNA和RNA的结构与功能，基因组与基 因表达等。
VS
微生物育种技术
发酵工程概况及发展趋势
第三节 现代发酵工程技术的研究内容及应用 范围
第四节 现代发酵工程技术的历史和发展趋势
第一节 发酵、发酵工程技术的定义及特点
一. 发酵的定义及特点
·发酵（fermentation）一词最初来源于拉丁语“发泡、沸涌” （fervere）的派生词，即指酵母菌在无氧条件下利用果汁或麦 芽汁中的糖类物质进行酒精发酵产生CO2的现象。
2．发酵工程技术的特点 （1）生产安全，条件简单
发酵过程在常温常压下进行，各种设备不必考虑防暴问题， 生产过程安全，条件相对简单。
（2）原料简单，不需精制
主要原料大部分是工农业生产的废弃物和下脚料以及矿产 资源和石油产品，而且原料一般不需要精制。
（3）自动调节，反应专一
生产过程以生物体自动调节方式进行，同一发酵罐中能够 连续进行多级酶促反应，而且生物体酶促反应具有高度专一性强， 可获得单一的代谢产物。
图1-2 典型的微生物发酵工艺流程图
二、现代发酵工程技术的应用范围
1．根据产业部门划分 · 10大食品发酵产业部门
——酿酒工业（果酒、黄酒、白酒、啤酒等）； ——食品酿造工业（酱、酱油、食醋、腐乳、豆豉、面包、酸乳等）； ——有机酸发酵工业（柠檬酸、苹果酸、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）； ——核苷酸发酵工业（鸟苷酸、肌苷酸等）； ——维生素发酵工业（VB2、VB12等）； ——微生物菌体蛋白发酵工业（如酵母菌单细胞蛋白等）； ——微生物性功能食品发酵工业（低聚糖、真菌多糖、活性肽、活性微量元
《发酵工程》课件3
根据生产需要选择具有优良性状的菌 株，通过诱变、基因工程等手段进行 改良。
菌种保藏
采用低温、干燥、缺氧等方法，保持 菌种活力和纯度，延长菌种使用寿命 。
种子扩大培养
种子制备
将保藏的菌种进行活化，并进行一定时间的培养，其恢复 活力。
种子扩大培养
将活化后的菌种进行扩大培养，使菌体数量增加，满足发酵 需求。
03
描述产物生成速率的数学模型，包括产物浓度和产物生成速率
之间的关系。
发酵过程中的物质变化
底物消耗
在发酵过程中，底物被微生物消耗转化为代谢产物。
产物生成
在发酵过程中，微生物通过代谢过程生成目的产物。
副产物生成
在发酵过程中，除了目的产物外，还可能生成其他副 产物。
03
发酵工艺流程
菌种的选育与保藏
现代
基因工程、蛋白质工程和代谢工 程等新兴技术的引入，推动发酵
工程不断创新和发展。
发酵工程的应用领域
抗生素生产
利用微生物发酵生产抗生素，用于治疗各种疾 病。
食品工业
生产面包、啤酒、酸奶等食品，改善食品品质 和口感。
生物能源
利用微生物发酵生产乙醇、丁醇等生物燃料， 替代化石能源。
02
发酵工程的基本原理
连续发酵与高密度发酵技术的挑 战
需要解决发酵过程中的菌种退化、产物抑 制等问题，以及设备设计和操作难度。
代谢工程与合成生物学在发酵工程中的应用
代谢工程
通过调节微生物代谢途径，提高产物的合成效率和产量。
合成生物学
利用基因编辑技术构建人工生物系统，实现新产品的设计和生产。
代谢工程与合成生物学在发酵工程中的应用案例
产物精制
对提取出的产物进行纯化 ，去除杂质，提高产品质 量。
12干法沼气工程发酵技术现状及发展趋势_卜明
12干法沼气工程发酵技术现状及发展趋势_卜明0引言随着能源和环境问题的日益突出，沼气发酵技术作为一种不仅能处理有机废弃物同时可以得到沼气燃料的清洁可再生能源发展技术，在世界上受到了越来越重要的关注。
沼气技术按发酵原料干物质含量（TS）的不同，可分为湿法发酵和干法发酵两类。
现有沼气工程采用湿法发酵技术，发酵原料呈液态，干物质含量一般在10%以下。
湿法沼气发酵由于需添加新鲜水调浆，发酵结束后剩余物沼液若没有足够的土地消纳，极易造成二次污染等问题；沼气干法发酵技术正逐渐成为世界各国处理有机固体废弃物以及生产新能源的重要选择。
沼气干法发酵［1，2］是指干物质含量（TS）在20%～40%，呈固态，无沼液消纳问题。
干法发酵具有需水量低、或不需水，产生沼液少，基本上实现污染物零排放，容积产气率高，物料适应范围广，运行过程稳定，无湿法工艺中的浮渣、沉淀等问题。
本文着重介绍国内外主要干法沼气发酵技术现状、干法沼气发酵技术关键点及攻关方向，为我国固体有机废气物沼气发酵技术研究提供参考。
1国外干法沼气技术主要工艺及应用情况国外对干法沼气发酵技术的研究始于20世纪80年代有关的污泥卫生填埋，20世纪90年代起，以德国为代表的发达国家开始进行沼气间歇干法发酵技术及工业级装备研发。
干法沼气发酵技术已在世界多个国家垃圾处理中广泛应用，现已扩展到能源作物、畜禽粪便和农业固体废弃物等的连续干发酵技术。
国外沼气干法发酵技术已趋于成熟，主要有Dranco工艺、Kompogas工艺、Valorga工艺、Biopercolat工艺、Linder BRV工艺、APS工艺和Benkon公司的车库型工艺等，其中Benkon公司的车库型沼气干法发酵工艺和装备已进入生产性验证，在控制、安全等方面较完备［3-10］。
1.1Dranco工艺Dranco干法沼气发酵技术是一种独特的立式设计、高固含量、无内部搅拌的连续干法沼气发酵技术。
经过筛选、预处理的有机固体废弃物与发酵后的物料（接种物）按一定比例（1∶6～1∶8）混合后，经蒸汽加热后，由进料泵泵入发酵罐内，发酵罐内没有混合搅拌系统或气动系统，物料在发酵过程中仅靠重力沉降，产生的沼气从发酵罐的顶部逸出至沼气储存系统，发酵后的沼渣通过底部设置的螺杆出料（图2）。
我国发酵工业的现状和发展趋势
生物技术121班刘倩芸 2我国发酵工程的发展现状和发展趋势引言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。
发酵技术有着悠久的历史，作为现代科学概念的微生物发酵工业是在传统发酵技术的基础上，结合了现代的基因工程、细胞工程等的新技术。
由于发酵工业具有投资少、见效快、污染小等特点，日益成为全球经济的重要组成部分。
摘要：发酵工业是指人们利用微生物的发酵作用大规模生产发酵产品的一门传统工业。
至今，我国已形成了一个品种繁多，门类较齐全，具有相当规模的独立工业体系，在不同的工业领域中都有重要应用，例如医药工业、食品工业、农业、环境保护等，且随着生物技术的发展，发酵工程的应用领域也在不断扩大。
【1】关键词：我国发酵工业现状趋势问题意见很早以前，人们就利用发酵技术来生产产品，直到近代才发现发酵是由微生物引起的。
发酵工业自20世纪60年代以来迅猛发展，所涵盖的产品也从原来的抗生素、食品等几个方面渗透到人民生活的各方面如医药、保健、农业、环境、能源、材料等。
发酵工业是一种以高科技含量为特征的新型工业。
发酵工业的迅速发展不仅带动了相关行业的发展，而且对提高产品质量及改善环境等，发挥了重要作用。
【2】一、我国发酵发展的历史我国传统发酵历史悠久，在《黄帝内经素向》、《汤液醪醴论》里，已有酿酒的记载。
在汉武帝时代开始有了葡萄酒，距今已有两千多年的历史。
改革开放促进了社会经济和科学技术的迅速发展，发展了一批具有现代生物技术特征的新产品，使发酵工业进入了一个新的发展阶段。
【3】二、我国发酵工业的现状我国生物化工行业经过长期发展，已有一定基础。
特别是改革开放以后，生物化工的发展进入了一个崭新的阶段。
目前生物化工产品也涉及医药、保健、农药、食品与饲料、有机酸等各个方面。
随着科技创新和技术进步的推进，科技推广应用和产业化步伐的加快，发酵产业产品空间进一步拓展、产业链不断延伸，发展前景更加广阔。
【4】我国发酵工业的巨大发展不仅在于产量的巨大提升，更在于发酵技术和发酵工艺的巨大进步。