微生物工程 第一章 绪论
微生物学考研笔记
微生物学第一章绪论一、什么是微生物（一）定义：传统定义：微生物（microorganism,microbe）是一切肉眼看不见或看不清的微小生物的总称。
它们是一些个体微小（一般小于0.1mm）、构造简单的低等生物。
现代定义：一般是指绝大多数凭肉眼看不见或看不清，必须借助显微镜才能看见或看清，以及少数能直接通过肉眼看见的单细胞、多细胞和无细胞结构的微小生物的总称。
（二）类群：1.原核类：细菌（真细菌，古生菌），放线菌，蓝细菌，支原体，立克次氏体，衣原体等。
2.真核类：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），原生动物，显微藻类3.非细胞类：病毒，亚病毒（类病毒，拟病毒，朊病毒）（三）特点：小（个体微小）µ m（微米）级：光学显微镜下可见（细胞）n m（纳米）级：电子显微镜下可见（细胞器，病毒）简（构造简单）单细胞微生物简单多细胞非细胞（即“分子生物”）低（进化地位低）原核类：细菌（真细菌，古生菌），放线菌，蓝细菌，支原体，立克次氏体，衣原体等。
真核类：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），原生动物，显微藻类。
非细胞类：病毒，亚病毒（类病毒，拟病毒，朊病毒）1mm=103µ m=106 nm=107Ǻ分辨率：肉眼:0.1mm；显微镜:0.2 µ m；电子显微镜:10 Ǻ二、为什么要学习微生物1．微生物无处不在2．微生物对人类有利也有害。
因此，发掘、利用、改造和保护有益微生物；控制、消灭和改造有害微生物3．最终目的:为人类社会的进步服务细菌数亿/g土壤，土壤中的细菌总重量估计为：10034 ×10 12吨每张纸币带细菌：900万个人体体表及体内存在大量的微生物：皮肤表面：均10万个细菌/平方厘米口腔：细菌种类超过500种肠道：微生物总量达100万亿粪便干重的1/3是细菌，每克粪便的细菌总数为：1000 亿个每个喷嚏的飞沫含4500-150000个细菌福：1、微生物在许多重要产品中所起的不可替代的作用，例如：面包、奶酪、啤酒、抗生素、疫苗、维生素、酶等重要产品的生产.2、体内的正常菌群是人及动物健康的基本保证；帮助消化、提供必需的营养物质、组成生理屏障3、是人类生存环境中必不可少的成员，有了它们才使得地球上的物质进行循环.4、以基因工程为代表的现代生物技术的发展及其美妙的前景也是微生物对人类作出的又一重大贡献。
微生物-第一章 绪论
微生物共占120分713微生物学部分大纲要求：微生物主要类群的细胞形态与结构；微生物的营养；微生物的生长与控制；微生物遗传与变异。
（具体知识点可参考804微生物大纲要求）笔记根据《微生物学》路福平编为主，《微生物学教程》周德庆编为辅进行查漏补缺（标注页码基本为路福平版书籍所对应页码，少数为周德庆版书籍所对页码）第一章绪论P1-11一、微生物的定义及其类群（一）现代定义：一般是指绝大多数凭肉眼看不见或看不清，必须借助显微镜才能看见或看清，以及少数能直接通过肉眼看见的单细胞、多细胞和无细胞结构的微小生物的总称。
（二）类群：1.原核类：细菌（真细菌，古生菌），放线菌，蓝细菌，支原体，立克次氏体，衣原体等（三菌三体）。
2.真核类：真菌（酵母菌，霉菌，蕈菌），原生动物，显微藻类3.非细胞类：病毒，亚病毒（类病毒，拟病毒，朊病毒）（三）微生物的共性(五大共性)P111.体积小,比表面积大（最基本）;2.吸收多,转化快;3.生长旺,繁殖快;4.分布广,种类多（多样性）;5.适应性强,易变异。
三.生物学的研究内容和任务1.内容：微生物的形态构造、生理代谢、遗传变异、生态分布、分类进化等生命活动。
2.任务：（1）发掘、利用、改善和保护有益微生物（发酵微生物）a.利用菌体：scp、生物杀虫剂，保健品，生物制品，指示菌，污水处理b.利用代谢产物：酒，甘油，调味品，抗生素，有机酸，氨基酸，维生素，激素，酶制剂(2)控制、消灭、或改造有害微生物四、五界分类系统、六界分类系统、三域系统1、五界分类系统（Whitaker，1969年）包括：动物界、植物界、原生生物界（包括原生动物单细胞藻类和粘菌等）、真菌界、原核生物界（包括细菌蓝细菌等）.2、六界分类系统（我国学者，1977年）：在Whitaker五界系统的基础上，在加上一个病毒界，包括：病毒界、原核生物界、真菌界、真核原生生物界、植物界、动物界.3、三域学说（美国C.R.Roese，70年代末）：三个域指细菌域、古生菌域、真核生物域五、微生物发展史上5个时期的特点和代表人物周德庆版P5（1）史前期（8000年前-1676年）特点：a.无显微镜，没有见到微生物个体b.在应用微生物和防止疾病方面积累了丰富的经验（凭经验自发地与微生物打交道）c.实践-实践-实践（思想方法上处于低水平的应用）（2）初创期（1676年-1861年：近200年）-起始于1676列文虎克观察到细菌个体特点：a.人类第一次用显微镜观察到了微生物个体b.停留在形态描述阶段c.微生物学科尚未形成代表人物：列文虎克——微生物学说先驱、发明显微镜（3）奠基期（1861年-1897年）-1861年，巴斯德根据曲径瓶实验，彻底推翻了“生命自生说”特点：a否定“自生说”成功，解决了生命的起源问题b建立了研究微生物的独特方法和技术（显微镜放大到700-1000倍）c.分离出了许多重要病原道d.微生物学的研究进入班理学研究水平e.微生物学科开始形成，进入一系列分支学科研究f思想方法：实践-理论-实践代表人物巴斯德（微生物学奠基人）：1）证实发酵由微生物引起—酒精发酵、醋酸发酵和乳酸发酵等；2）解决了许多实际问题，如腐败病、蚕病、酒酸等——巴氏消毒法；3）免疫学——首次制成狂犬疫苗；4）彻底否定了自生说—鹅颈瓶实验。
第一章 微生物绪论
按研究的微生物对象分： 按研究的微生物对象分：
细菌学、真菌学、病毒学、原核生物学、自养菌生物学 和厌养菌生物学等
按微生物所处生态环境分： 按微生物所处生态环境分：
土壤微生物学、微生态学、海洋微生物学、环境微生 物学、水微生物学和宇宙微生物学等
微生物基因组测序为生命科学开辟了新的研 究领域，如生物信息学、比较基因组学、功 能基因组学等。 微生物基因组测序为微生物学、医学和免疫 学等提供了新的思路和方法。 微生物基因组测序对于后基因组时代，研究 基因与功能之间的相互关系将起着重大作用。 微生物作为理想的模式生物，其基因组测序 技术和方法对于高等生物的基因组测序具有 重） 分子生物学发展阶段（成熟期）
J.D.Waston, H.F.C.Crick 提出DNA双螺旋模型 提出 双螺旋模型
成熟期特点
• 微生物学成为十分热门的前沿基础学科 • 微生物成为生物学研究中的最主要对象 • 生物工程中，发酵工程是最成熟的应用 技术
20世纪的微生物学 20世纪的微生物学
20世纪80年代后期，微生物学在分子水平上的 研究得到全面快速发展，在短期内取得了多方面的 突破性进展，形成了分子微生物学。即利用分子生 物学的技术方法研究微生物形态、生理、遗传、生 态、分类等基本生物学规律。 1995年，美国首先测定了流感嗜血杆菌 （Haemophilus influenzae) 的全基因组序列。从此， 微生物基因组(genome)的研究范围不断扩大，目前， 已经完成了100多种微生物的基因组全序列的测定， 他们分属于Woese系统发育树中的细菌、古菌和真 核微生物，如大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、酵母菌和 詹氏甲烷球菌等。
微生物复习大纲 (答案)
《微生物学》期末复习提纲第一章绪论一、微生物及其五大共性二、微生物学第二章微生物的形态与构造☆一、细菌细菌的形态:与人类关系密切菌的形态、细菌的大小、细菌的一般结构：细胞壁结构、杀菌物质的作用机理细菌的特殊结构：生理功能及观察方法。
二、放线菌个体形态、繁殖方式、群体特征、应用真核微生物与原核微生物各有哪些类别三、酵母形态构造、繁殖方式、生活史、应用四、霉菌1、形态构造、繁殖方式、应用2、高等真菌简介五、噬菌体形态构造、繁殖方式、溶源菌、噬菌体的防治第三章微生物的营养与培养基☆一、营养、营养物质、生长因子二、营养类型：名称、举例三、运输方式：概念、举例四、培养基、培养基配制、各类培养基名称微生物的生长及其控制☆一、生长测定、生长规律二、影响生长的主要因素1.物理因素：温度的作用机理、嗜热菌与嗜冷菌的差别2.化学3.生物4灭菌方法：常用物品的一般灭菌方法三、微生物的培养法1.好氧法2.厌氧法：好氧菌与厌氧菌的区别3.分批培养、连续培养、同步培养第四章微生物的代谢与发酵☆一、能量代谢、化能异养菌产能方式、化能自养菌产能方式二、微生物的发酵类型：菌、产物（次生代谢产物）；三、代谢调控在发酵工业上的应用第五章微生物的遗传变异与育种☆一、物质基础二、基因突变三、基因重组：接合、转导、转化、转染四、原生质体融合五、基因工程六、菌种衰退的原因、防止方法；复壮的方法；菌种保藏的原理与方法第六章微生物发酵生产抗生素一、初级代谢产物和次级代谢产物二、抗生素定义、分类三、主要抗生素生产菌四、抗生素的作用机理题型及成绩分布：一.选择题（共10分）二.填空题(共10分)三.分析判断题（共10分）四.名词解释（共30分)五.问答题（共40分）附：《微生物学》复习样题（答案后面的数字为教材中答案所在页码）一、单项选择题1、溶源菌遇到同一种噬菌体或与之密切相关的噬菌体时表现为D108A.抗性B.裂解C.再次溶源化D.免疫性2、原核微生物主要有6类，它们是：D36-73A.细菌、放线菌、蓝细菌、立克次氏体、衣原体和螺旋体；B.细菌、放细菌、蓝细菌、粘菌、立克次氏体和衣原体；C.细菌、放线菌、蓝细菌、粘细菌、支原体和立克次氏体；D.细菌、放线菌、蓝细菌、立克次氏体、支原体和衣原体。
微生物工程课程教学大纲
微生物工程课程教学大纲课程名称：微生物工程（Microbiology Engineering)课程编码:1313073214课程类别：专业课总学时数:60课内实验时数:24学分:2.5开课单位：生命科学学院生物技术教研室适用专业：生物技术适用对象:本科(四年）一、课程的性质、类型、目的和任务微生物工程又称发酵工程，是生物技术专业的专业必修课。
发酵工程是一门综合性很强的课程，涉及到数学、化学、生物学、生物化学、微生物学、物理化学、有机化学、化工原理等多个学科,基础理论性和实践性均很强，同时要求基础理论和生产实践密切结合.在课程讲授过程中，将要按照微生物发酵生产的全过程阐明各个阶段、各种产品生产的原理和技术，讲解理论知识的同时，又重点突出生产的工艺操作和控制技术等实际问题。
因此，该课程需要在理论教学的同时，配合实验的实践环节，也要求学生建立实际生产的概念，在实践中巩固本课程的教学效果，学生利用实验、参观、实习、社会实践等机会，培养分析问题和解决问题的能力。
学生通过该课程的学习将会缩短理论与生产实践的距离,建立用理论知识分析和解决生产实际问题的概念和能力,动手能力也将有所提高。
二、本课程与其它课程的联系与分工本课程与微生物学、生物化学、高等数学、物理化学、化工原理、有机化学等课程有联系,宜在前述课程开设后开设。
三、教学内容及教学基本要求［1]表示“了解”；[2］表示“理解”或“熟悉”；［3］表示“掌握”;△表示自学内容；○表示略讲内容;第一章绪论发酵工程定义［1］;发酵工程的发展史［1];发酵工程的特点［3];发酵工程的分类及应用[2]；发酵工程与现代生物技术的关系[1］;国内外发酵工业概况及其发展趋势［1]；重点：发酵工程的特点难点:发酵工程与现代生物技术的关系教学手段:多媒体教学教学方法：讨论与讲授结合法作业：1．发酵工程的传统概念与现代意义上的概念各指什么?2．发酵工程与传统酿造、化学工程相比有什么特点？课外活动:查阅一种发酵产品的发展现状及与世界先进水平的差距。
微生物学重点总结(3篇)
微生物学重点总结微生物学第一章绪论1、微生物学。
一般定义为研究肉眼难以看见的称之为微生物的生命活动的科学。
2、微生物的发现。
第一个看见并描述微生物的人是荷兰商人安东列文虎克。
3、微生物学发展的奠基者及其贡献法国的巴斯德。
1>彻底否定了“自生说”；2>免疫学—预防接种；3>证实发酵是由微生物引起；4>创立巴斯德消毒法。
德国的科赫。
1>证实了____病菌是____病的病原菌；2>发现肺炎结核病的病原菌；3>提出证明某种微生物是否为某种疾病病原体的基本原则—科赫原则。
4、微生物的特点：个体小、结构简、胃口大、食谱广、繁殖快、易培养、数量大、分布广、种类多、变异易、抗性强。
第二章微生物的纯培养和显微技术1、无菌技术。
在分离、转接、及培养纯培养物时防止被其他微生物污染，其自身也不污染操作环境的技术。
2、菌落。
分散的微生物在适宜的固体培养基表面或内部生长、繁殖到一定程度形成肉眼可见的、有一定形态结构的子细胞群体。
3、选择培养。
选择平板培养、富集培养。
4、古生菌。
是一个在进化途径上很早就与真细胞和真核生物相互独立的生物类群。
主要包括一些独特的生态类型的原核生物。
5、真菌。
霉菌（菌体由分枝或不分枝的菌丝构成）、酵母菌（一群单细胞真核微生物）。
6、用固体培养基获得微生物纯培养方法：1>涂布平板法：（菌落通常只在平板表面生长）将一定量的某一稀释度的样品悬液滴加在已倒好的平板表面，再用无菌涂布棒涂布均匀，经培养后挑取单个菌落。
特点：使用较多的常规方法，但有时涂布不均匀。
2>稀释倒平板法：（细菌菌落出现在平板表面及内部）取一定稀释度的样品与熔化的琼脂培养基混合，摇匀后倒入无菌培养皿中保温培养。
缺点：操作较麻烦，对好氧菌、热敏感菌效果不好。
3>平板划线法4>稀释摇管法第三章微生物细胞的结构和功能1、原核生物与真核生物的异同点：原核微生物真核微生物细胞壁除少数外都有肽聚糖无肽聚糖细胞膜一般无固醇常有固醇内膜简单，有间体复杂，有内质网等细胞器只有核糖体有很多种核糖体70s（50s＋30s）80s（60s＋40s）线粒体叶绿体中的70s细胞核拟核，无核膜、无核仁，无成有核膜、核仁，有多条染色体，dna与形染色体，dna不与rna和组rna和组蛋白结合，有有丝分裂蛋白结合，无有丝分裂大小直径通常小于2微米直径在2-100微米之间2、革兰氏阴阳性菌的特点。
北科大环境工程微生物学课件第1章 绪论
a )细菌纯培养方法的建立土豆切面 → 营养明胶 → 营养琼脂(平皿)b)设计了各种培养基，实现了在实验室内对各种微生物的培养c )流动蒸汽灭菌d) 染色现察和显微摄影
(1)微生物学基本操作技术方面的贡献
2. 柯赫
(2)对病原细菌的研究作出了突出的贡献a )具体证实了炭学时 、4学分
污水处理厂曝气池中的原生动物(等枝虫)
污水处理厂曝气池中的后生动物(线虫)
高碑店污水处理厂
污泥消化罐(甲烷 菌)
德国海德堡
中国白洋淀
威尼斯水城
教学内容： 以课堂讲授内容为主 (ppt) ，辅以教材 教材：(1)《环境工程微生物学》，冶金工业出版社， 08.10出版；(2)《环境工程微生物学实验指导书》 参考资料：1 ) 环境工程 ( 2 ) 水处理技术 ( 3) 中国
讲授的主要内容1) 微生物的形态结构和环境的关系 (认识微生物
4)微生物的遗传与变异 (掌握如何培育新菌种
)5)微生物在环境污染治理工程中的应用 ( 工程实际,水、
课程简介
大气、 固废、生物修复)
几点希望与建议1 做好笔记(财富)，不允许拷贝课件(考 前)1 不旷课、不迟到不早退 (点名)(旷课三次以上取 消考试资格，迟到或早退5次同样取消)1 上课期间禁止使用手机和吃零食 1 充分利用课堂时间，认真完成课下作 术创新1 注重训练自己的思维和能力 1 多对教学提出建议
课程简介教学方法：思维方式、素质能力、知识面 考核方式：集中闭卷；考试80％ ＋平时20％
环境科学 ( 4 ) 环境污染与防治 ( 5 ) 工业给排水 ( 6) 中国期刊网 ( 用户名：k10106 ，密码：ustb)
)2 ) 微生物的培养与分离 (懂得如何培育)3 ) 微生物对污染物的降解转化 ( 了解营养物质如何转
00第一章 绪论
5、种类多、分布广 种类多、
微生物的共同特点5 微生物的共同特点
（1）种类多 ）
20多万种： 多万种： 多万种
原核生物： 原核生物：3500种 种 病毒: 病毒 4000种 种 真菌： 万种 真菌：9万种 原生动物和藻类： 万种 原生动物和藻类：10万种
容易发生变异：（实例） 容易发生变异：（实例） ：（实例 产黄青霉： 产黄青霉：生产青霉素的菌种 1943年：生产能力 年 生产能力20U/ml 现在：生产能力5万单位 万单位/ml甚至更高。 甚至更高。 现在：生产能力 万单位 甚至更高
二十世纪40年代： 万单位 万单位/每个病人每天 二十世纪 年代：10万单位 每个病人每天 年代 现在： 万单位/每个病人每天 即便是新生儿40万单位 现在：100万单位 每个病人每天（即便是新生儿 万单位 万单位
非细胞生物——————————————— 病毒界 非细胞生物 动物界 高等生物———— 高等生物 生物 真核生物 真核原生生物界 细胞生物 低等生物— 低等生物 菌物界 原核生物—————————原核生物界 原核生物界 原核生物 植物界
生物分类系统二： 生物分类系统二：
个域” 三原界”系统） （“3个域”或“三原界”系统） 个域 古生菌（ 古生菌（Archaea) 细菌(Bacteria)： 细菌 ： 细菌、放线菌、蓝细菌、 细菌、放线菌、蓝细菌、 真核生物(Eukarya) : 真核生物
一、Microorganism （微生物）
（一）微生物定义 （二）微生物包括哪些类群 （三）微生物的特点 （四）微生物与人类的关系 （五）微生物培养设备及研究技术
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微生物工程：
发酵工程、生物冶金、环境保护、微生物勘探、能源开发等。
概念：
利用微生物生长代谢活动产生的各种生理活性物质来生产商业产品。
6
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。
如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳。
同时获得能量，丙酮酸被还原为乳酸而获得能量等等。
7
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。
8
“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。
基本概念
8
发酵工程的特点
发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。
其主要特点如下：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，要求条件也比较简单。
2·发酵所用的原料简单粗放。
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。
微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。
基于这一特性，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。
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。
5·由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也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，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良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。
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。
12
发酵的类型按发酵原料来区分
糖类物质发酵
石油发酵
废水发酵
13
按发酵形式来区分
固态发酵
深层液体发酵
14
按发酵产物区分
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
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按发酵工艺流程区分
分批发酵
分批补料发酵
连续发酵
发酵的类型
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按发酵过程中对氧的不同需求来分
好氧发酵
厌氧发酵
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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。
19
发酵生产的条件
某种适宜的微生物
保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧，pH等）
进行微生物发酵的设备
提取菌体或代谢产物，精制成产品的方法和设备
23
菌体
工业生产的微生物体，可分为二种：
供制备面包用的酵母；
作为人类或动物的食物的微生物细胞（单细胞蛋白质）。
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微生物的酶
工业上，曾由植物、动物和微生物生产酶。
微生物的酶可以用发酵技术大量生产，是其最大的优点。
而且与植物或动物相比，改进微生物的生产能力也方便得多。
酶的生产是受到微生物本身严格控制。
为改进酶的生产能力可以改变这些控制，如在培养基中加入诱导物和采用菌株的诱变和筛选技术，以消除反馈阻遏作用。
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微生物代谢产物---代谢产物的类别
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。
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微生物代谢产物---初级代谢产物及其在工业上的用途举例
28
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。
转化反应是催化脱氢、氧化、羟化、缩合、脱羧、氨化、脱氨化或同分异构作用。
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生物转化过程---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
31
生物工程重要的组成部分
发酵工程( Fermentation )
酶工程(蛋白质工程) (Enzyme engineering & Protein engineering)
基因工程( Genetic engineering)
细胞工程( Cell engineering )
发酵工程的过去－－发酵工业发展年鉴
由食品工业向非食品工业发展
抗菌素发酵工业
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异位生物修复
原位生物修复
◆土著原位
◆工程原位
废水生物处理工程
生物修复
发酵工程的现在－－解决的问题
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1 微生物菌株选育→→微生物菌株选育、改造与功能优化技术工业环境与自然环境的巨大差异
微生物长期进化的经济型生存本能
发酵工程的障碍
微生物及其分子的适应能力
微生物效率与产率
技术手段：
代谢组学
流量组学
代谢工程
生物信息学
高通量筛选
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2 发酵工艺→→发酵过程优化、控制与反应器技术
优化的目标是创造最适合微生物或酶工作的环境
需要发展过程环境参数和微生物生理参数的在线监测技术
基于工业微生物生理的发酵过程模型化、预测和控制技术
基于人工智能的生物转化过程精细控制技术
发酵工程的现在－－研究的内容
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3 单元操作→→发酵工程过程工程技术
细胞群体效应及过程放大原理
1 大规模细胞群体行为及过程放大原理
多相复杂体系物质和能量传递与生物转化规律
2 生化反应过程放大原理与方法
3 多相生化特性分析及生物过程模型化
4 生物/化学方法耦联设计与调控
生物过程单元耦合与过程优化原理
5 工业生物过程单元耦合与集成
6 工业生物过程的系统控制与优化
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4 发酵产品分离提取工艺→→发酵产品高效提取技术与装备
发酵罐
1、提高产品收率
2、降低生产成本
目标
生物反应与产物分离的耦合技术
新型分离介质和新型分离方法
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5废物处理→→绿色制造工艺的开发
1·利用微生物细胞或酶的生物催化功能，进行大规模的物质加工与转化的先进生产方式
2·针对高污染、高能耗的化学工业过程，以生物加工取代化学加工
3·采用酶技术等方法，改造造纸、皮革、纺织、医药、食品等行业
节约能耗、降低水资源消耗、降低污染物排放、实现环境友好过程
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发酵工程的现在－－关键技术问题
1 微生物能够积累最大目的产物(产量)的条件是什么？
高产量便于产品分离提取
2 底物最多被微生物转化为产物(转化率)的条件是什么？
粮食原料为底物高转化率降低原料成本
3 微生物最快速度发酵生产目的产物的条件是什么？
分批操作为主高生产强度缩短生产周期
高产量
高底物转化率
高生产强度
优化策略
在理论和技术上有突破,在工业生产中能广泛应用
显著提高发酵过程的经济性和科学性
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发酵工程的现在
1 发酵工程是工业生物技术的主要部分，由于国家需求和社会发展，主要目标已从生活资料的生产转向解决资源、能源和环境问题
2 发酵工程的技术内涵，已经从主要是工业应用技术，发展为紧密依靠生物学、工程学基础研究的工程技术
3 发酵工业与其它学科的交叉，已经从产品生产过程拓展到关键技术、方法学
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发酵工业的现在
4 生产规模大
醋、酱油、啤酒等产量世界第一
抗生素，如青霉素等产量世界第一
维生素C、氨基酸(味精) 、有机酸(如柠檬酸）等产量世界第一
5 产品种类多
5000多家, 相关产业年产值超过2万亿元，占国民经济的20%
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6 工艺技术落后
7 环境污染严重
每年废水达80亿m3(工业排放总量10%)，COD排放500万吨(20％)
生产水平低25%-45%、能耗高40%、水耗高55%
8 创新品种较少部分产品长期依赖进口
中国不是发酵工业强国
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1 基于组学技术的高通量菌种改造和筛选平台
2 基于组学和生物信息学的代谢途径分析与优化
3 基于实时代谢流分析、代谢途径模型和智控工程的集约型发酵过程控制与优化技术
4 基于发酵液及产品特性的高收率、低成本、高质量和环境友好的集成型提取精制技术
5 基于源头防治与过程监控的资源节约与废物资源化清洁生产技术。