发酵工程绪论共42页
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绪论-发酵工程技术(一)
白兰地
为了突出贮陈年限，抬高酒价，酒瓶的商标上还要有醒 目的特殊标记，这些标记各有不同的意义。 ★3年陈 ，★★4年陈，★★★5年陈 V.O. 10一12年陈，V.S.O. 12一20年陈，V.S.O.P. 20一30 年陈，F.O.V. 30一50年陈，X.O. 50年陈，X. 70年陈 E.Especial 特别的，O.Old 老陈，P.Pale 浅色、清澈的、 指米加焦糖色，S.Superior 优越的或soft柔顺的，V.Very 非常，X.Extra 格外的，特高档的，C.Cognal 干邑， F.Fine 好的、精美的 这些标记的含义不都是很严格的，不仅代表的酒龄没 有严格的确定，相同的标记在不同的地区和厂家所代表的 意义也不尽相同。
人类有意识地酿酒,是从模仿大自然的杰作开始的。 我国古代书籍中就有不少关于水果自然发酵成酒 的记载,如宋代周密在《癸辛杂识》中曾记载,山梨 被人们贮藏在陶缸中后竟变成了清香扑鼻的梨酒。 远在旧石器时代,人们以采集野果和狩猎为生,水果 自然是主食之一。水果中含有较多的糖分(如葡萄 糖、果糖)及其他成分,在自然界中微生物的作用下, 很容易自然发酵生成香气扑鼻、美味可口的果酒。 另外,动物的乳汁中含有丰富的蛋白质、乳糖,极易 发酵成酒,以狩猎为生的先民们也有可能意外地从 留存的乳汁中得到乳酒。在《黄帝内经》中记载 有一种“醴酪”,即是我国乳酒的最早记载。
威士忌（whisky）
一、定义
威士忌是以粮谷(包括麦芽)为原料，以麦芽为糖化剂， 经过糖化、发酵、蒸馏、后熟、勾兑而制成含有高酒精(38— 48％)和芳香性挥发物的蒸馏洒。世界上生产威士忌主要国家 有英国、美国、加拿大、爱尔兰和日本。其主体香味成份为 月桂酸乙酯。
蒸馏酒起源的种种观点
发酵工程 第一章绪论
engineering principles to systems using a biocatalyst to bring about desired chemical transformation. 生化工程（酶工程）：利用生物催化剂（活细胞或酶） 从事生物技术产品的生产过程。
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。
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。
第一章绪论
第一章 绪论发酵工程 ：发酵工程是指采用现代工程技术手段， 利用微生物的某些特定功能， 有用的产品的一种新技术。
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技术基础。
应用遍及轻工、食品、化工、能源、环保、农业、医药等国民经济诸多领域 发酵工程组成 从广义上讲，由三部分组成： 一、何为发酵？是利用微生物或其他生物细胞 （动、植物细胞） 的培养， 产生和积累人们所需产品的过程。
二、发酵工业的发展史1. 天然发酵阶段（ 19 世纪以前） 特点 1. 手工作坊或家庭式生产2. 非纯种培养3. 产品质量不稳定4. 凭经验传授技术5.一般为嫌气发酵 17 世纪后叶，列文虎克发明显微镜，首次观察到大量的微生物 19 世纪中叶，巴斯德（微生物学之父 提出了著名的发酵理论： “一切发酵过程都是微生物 作用的结果。
”），发酵是微生物作用的结果，认识了发酵的生理学意义19 世纪后期，柯赫（细菌学之父） ，建立了单种微生物分离和纯培养技术，利用控制特定 微生物发酵生产特定产品2.纯培养技术的建立（ 1905-1940 年 ） 在一次大战时，魏兹曼开拓了丁醇丙酮发酵，并建立了真正的无杂菌发酵。
特点表面培养 生产过程简单，对设备要求不高 生产规模不大 嫌气或好气发酵 3.深层发酵阶段（ 1940 年以后）1943 年，在发酵罐中采用通气搅拌的深层培养法生产青霉素。
青霉素发酵技术成功地建立起深层通气培养法和一套培养技术（包括通无菌空气，搅拌，培养基灭菌和无 菌接种等） 使微生物在培养过程中的温度、pH 、通气量、营养物的供给都受到了严格的控制，厌氧一-好氧，导致一大批新产品的开发这些都为以后的发酵工业提供了新的概念和模型，成为当代发酵工业兴旺发达的开端 4. 开拓发酵原料（1960年以后）60年代，为了解决由于人迅速增长而带来的粮食短缺问题，进行了非碳水化合物代替碳水 化合物的发酵 主要产品为微生物蛋白质（单细胞蛋白 SCP ）特点机械搅拌发酵罐的容积已经从第三阶段时的 80M 3扩大到150M 3 o以烃为碳源生产微生物细胞作为饲料蛋白质的来源 5. 基因工程阶段（1979年以后）这个阶段以基因工程产品的生产为标志。
《发酵工程绪论》PPT课件
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一、发酵工程的特征
（p13）
1、原料：发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他 农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源 就可进行反应。可以利用废水和废物等作为发酵 的原料进行生物资源的改造和更新。
2、菌种：微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过 变异和菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使 生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规 方法难以生产的产品。
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4、发酵的现代概念
• 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， 统称为发酵。
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利用微生物的特点：
• 发酵工程所利用的微生物：细菌、放线菌，酵母菌和霉菌等。 • 利用微生物的特点：
(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。 (2)有极强的消化能力。 (3)有极强的繁殖能力。
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（三）发酵工程产品的类型
• 酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、 干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种食品 、医疗保健药物；
• 天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用 生产资料；
• 氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素； • 单细胞蛋白等微生物菌体。 • 生物能 • 微生物冶炼 • （p3 ）
病用的疫苗等。 • 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率
最高阶段，生长稳定期产量最高。
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2、微生物代谢产物发酵
• 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。 • 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢
产物。 • 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来
《发酵工程原理》课件
04
发酵工程应用实例
酒精发酵
酒精发酵简介
酒精发酵原理
酒精发酵是一种通过酵母菌将糖类物质转 化为乙醇和二氧化碳的过程，广泛应用于 酒精饮料、生物能源等领域。
酒精发酵主要基于酵母菌的厌氧代谢，通 过糖酵解途径将葡萄糖转化为乙醇和二氧 化碳。
酒精发酵工艺
酒精发酵的应用
酒精发酵工艺包括原料选择、糖化、发酵 、蒸馏和精馏等步骤，每个步骤都有严格 的操作要求。
生物农药的应用
生物农药广泛应用于农业、林 业等领域，可有效防治病虫害 ，提高农产品质量和产量。
05
发酵工程的前景与挑战
新型生物反应器的研发与应用
总结词
新型生物反应器是发酵工程的重要发 展方向，能够提高发酵效率和产物质 量。
详细描述
新型生物反应器采用先进的材料和设 计，优化了发酵过程中的氧气和营养 物质传递，减少了染菌风险，提高了 产物浓度和收率。
发酵工程通过控制微生物的生长和代谢过程，生产出包括食品、饮料、饲料、医 药品、化学品和农业用化学品等在内的各种有用物质。它具有高度洁净的生产环 境，能够实现高效转化和大规模生产，是现代生物技术的重要组成部分。
发酵工程的发展历程
总结词
发酵工程经历了自然发酵、纯培养技术、通气发酵、 酶工程和基因工程等阶段，发展至今已成为一门高度 综合性的生物工程技术。
02
微生物发酵过程
微生物发酵的类型
厌氧发酵
在无氧条件下，利用厌氧菌进行发酵，产生 乙醇、乳酸等。
兼性厌氧发酵
在有氧和无氧条件下都能进行发酵，产生酒 精、酵母等。
好氧发酵
在有氧条件下，利用好氧菌进行发酵，产生 丙酮、丁醇等。
混合发酵
同时利用多种微生物进行发酵，产生多种代 谢产物。
发酵工程原理 绪论
发酵生产工艺流程
发酵生产过程
5 发酵工程在各学科领域中的应用
医药 食品 化工 农业 能源 环保 冶金
发酵工程在医药工业中的应用
是发酵工程应用最广泛、成绩最显著、发展最迅速、潜力最大的领 域。 包括抗生素、氨基酸、维生素、甾体激素、生物制品、治疗 用酶和酶抑制剂等。
部分利用基因工程技术研制的产品
食品加工：以各种原料生产的单细胞蛋白 含醇饮料 发酵乳制品 甜味剂、食品添加剂 食品检验
发酵工程技术在化工能源
－生物酒精
－生物柴油
－甲醇
－氢气
－沼气
化学品 －精细化学品 －大宗化学品 －食品添加剂 －生物塑料 －溶剂 －酚类 －粘合剂 －脂肪酸 －碳黑、颜料 －燃料、香料、墨水 －洗涤剂
基因工程 细胞工程
发酵工程
酶工程
产物
生化工程
产品
产品
产品
4 发酵工业发展简史
▪ 1900以前
自然发酵阶段
▪ 1900—1940 纯培养技术的建立
▪ 1940—1950
通气搅拌纯培养发酵技术的建立
▪ 1950—1960
诱变技术与代谢控制发酵技术的建立
▪ 1960—1970 开拓发酵原料时期（石油发酵时期）
1. 什么是发酵？
微生物的 发酵现象
ferver：发泡、沸腾 fermentation
发酵现象的本质是什么？
－－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：
生 物 化 学
有氧呼吸、糖酵解、厌氧呼吸（兼性微生物） （1）有氧呼吸（氧供应充分、有机物氧化彻底、产生大量 能量） （2）糖酵解（暂时缺氧、有机物氧化不彻底、产生少量能 量）
发酵工艺学第一章绪论
UPSTREAM PROCESSES - genetics, cell … - inoculum development - media formulation - sterilization - inoculation
2020/8/8
FERMENTATION Process Control
FERMENTATION Process Control
2020/8/8
Fermentation engineering
上游工程
UPSTREAM PROCESSES
发酵工程组成
从广义上讲，由三部分组成： 上游工程、发酵过程、下游工程
2020/8/8
FERMENTATION Process Control
下游工程
DOWNSTREAM PROCESSES
上游工程
梭状芽孢杆菌的丙酮丁醇发酵
• 通风发酵
2020/8/8
◆ 需不断通入无菌空气 ◆ 如：利用黑曲霉发酵生产柠檬酸
利用棒杆菌发酵生产谷氨酸 利用黄单胞菌生产黄原胶 抗生素发酵生产
四、发酵工程的组成部分
2020/8/8
四部分组成 1.菌种选育及扩大培养 2.原料预处理及培养基的制备 3.发酵设备及反应条件的选择 4.产品的分离与纯化（提取和精制）
2020/8/8
5.代谢多样：由于各种各样生物体代谢方式、代谢过程的多样 化，以及生物体化学反应的高度选择性，能够专一性地和 高度选择性地对复杂的化合物进行特定部位的氧化、还原 等反应；也能容易地产生比较复杂的高分子化合物（如酶 等）。
6.菌种选育：菌种是进行发酵的根本因素，高产的优良菌株即 可使生产设备得到充分利用，也是创造显著经济效益的关 键，还可以获得按常规方法难以生产的产品。因此，自始 至终都要进行菌种的选育和优化工作。
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FERMENTATION Process Control
FERMENTATION Process Control
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Fermentation engineering
上游工程
UPSTREAM PROCESSES
发酵工程组成
从广义上讲，由三部分组成： 上游工程、发酵过程、下游工程
2020/8/8
FERMENTATION Process Control
下游工程
DOWNSTREAM PROCESSES
上游工程
梭状芽孢杆菌的丙酮丁醇发酵
• 通风发酵
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◆ 需不断通入无菌空气 ◆ 如：利用黑曲霉发酵生产柠檬酸
利用棒杆菌发酵生产谷氨酸 利用黄单胞菌生产黄原胶 抗生素发酵生产
四、发酵工程的组成部分
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四部分组成 1.菌种选育及扩大培养 2.原料预处理及培养基的制备 3.发酵设备及反应条件的选择 4.产品的分离与纯化（提取和精制）
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5.代谢多样：由于各种各样生物体代谢方式、代谢过程的多样 化，以及生物体化学反应的高度选择性，能够专一性地和 高度选择性地对复杂的化合物进行特定部位的氧化、还原 等反应；也能容易地产生比较复杂的高分子化合物（如酶 等）。
6.菌种选育：菌种是进行发酵的根本因素，高产的优良菌株即 可使生产设备得到充分利用，也是创造显著经济效益的关 键，还可以获得按常规方法难以生产的产品。因此，自始 至终都要进行菌种的选育和优化工作。
发酵工程第一章绪论
27
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
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部分利用基因工程技术研制的产品
广 义 发 酵 工 程 对 生 物
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
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生物技术体系
强调过程优 化与控制
基因工程 细胞工程
发酵工程
生化工程
酶工程
产物
产品
产品
完整版课件ppt
产品
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（一）发酵工程发展简史
▪ 1900以前
自然发酵阶段
▪ 1900—1940 纯培养技术的建立
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)
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29
发酵工程的主要前沿进展
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7
对发酵现象的不同理解
－－两种角度（能量、产物）
生物化学家看待微生物发酵过程：
发酵是酵母无氧呼吸产生能量的过程
生
发酵是指有机化合物进行无氧代谢释放能量 的过程
物
化 学
厌氧发酵是厌氧菌借助氧化-还原反应释放能量的过程
家
需氧发酵是好氧生物在受到分子态氧短缺限制时的不