生物技术概论-第4章-发酵工程
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高考生物发酵工程知识点
高考生物发酵工程知识点高考生物中的一项重要内容是发酵工程知识。
发酵工程作为应用生物学的重要分支，涉及到微生物在工业生产中的应用。
本文将从发酵工程的定义、原理和应用等方面进行探讨。
一、什么是发酵工程？发酵工程是指利用微生物（如真菌、细菌、酵母等）以及它们合成的代谢产物进行生物转化的一门学科。
它将微生物的生理、遗传、工艺等知识与工程原理和技术相结合，用于生物制药、食品工业、环境保护等领域。
二、发酵工程的原理在发酵过程中，微生物通过对底物（如糖、淀粉等）进行代谢，产生新的化合物。
这个过程涉及到微生物的生长、繁殖和产物生成的调控等多个方面。
首先，微生物的生长需要适宜的温度、适宜的pH值、充足的营养物质和酸碱平衡等。
这些条件的调节是发酵工程的关键。
例如，酵母菌的发酵适宜温度一般在20-30摄氏度，而细菌的发酵适宜温度一般在30-40摄氏度。
其次，微生物通过代谢途径将底物转化成所需的产物。
这是发酵过程的核心。
例如，乳酸菌发酵乳糖产生乳酸，酵母菌发酵葡萄糖产生酒精和二氧化碳等。
最后，发酵工程要对微生物进行合适的培养和培养基的设计。
培养基的设计需要根据微生物的营养需求来确定各种添加剂的浓度，以达到最佳的发酵效果。
三、发酵工程的应用发酵工程在生物制药、食品工业和环境保护等领域发挥着重要作用。
在生物制药方面，发酵工程被广泛应用于生产抗生素、激素、疫苗等药物。
通过合理设计和控制发酵工艺，可以提高药物的产量和质量，减少生产成本。
在食品工业方面，发酵工程被用于生产酸奶、啤酒、酱油等食品。
发酵过程可以改变底料的性质，增加食品的风味和营养价值。
在环境保护方面，发酵工程可以利用微生物对废水、废气等有害物质进行降解和转化，减少环境污染。
总之，高考生物中的发酵工程知识点涉及到了发酵工程的定义、原理和应用。
了解这些知识点对于理解和应用生物学具有重要意义，也为学生未来的学习和工作打下了基础。
希望同学们能够在高考中发挥得安稳，取得优异的成绩。
第4章 发酵工程
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
3）产物促进剂
所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物， 又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。
5、水
三 发酵的一般过程
配制
灭菌
培养基原料
接种
培养基
灭菌 灭菌 接种 发酵
菌种
摇瓶
扩大
种子罐
生产罐
培养液
分 离
产品抽提、精制
上清液
菌体
1 菌种 2.种子扩大培养 斜面菌种活化 →一级种子培养（摇瓶）
环境
环境
合成产物的前体
合成副产物
从检测手段分可分为：直接参数、间接参数
发酵过程变化的参数
直接参数:温度、 pH、溶解氧 浓度、压力、发酵液粘度等；
间接参数:细胞生长速率、产物 合成速率和呼吸熵等。
1 温度
(1) 温度对生长的影响
根据微生物对温度的要求大致可分为四类：
在最适温度下，微生物生长迅速；
• 1680年,荷兰的列文虎克(Anthony Leeuwenhoek)制成了 显微镜,并通过显微镜观察到了微生物.
•
19世纪中期，法国的巴斯德（Louis Pasteur)证明了酒 精发酵是由活酵母引起的，各种不同的发酵产物是由 不同的微生物产生的。
德国的柯赫（Robert Koch)发明了固体培养基，得到了 细菌的纯培养物，由此建立了微生物的纯培养技术。
（ 1 ）调节好基础料的 pH ，基础料中若含有 玉米浆，pH呈酸性，必须调节pH。 （2）在基础料中加入维持pH的物质，如CaCO3 ， 或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等 （3）通过补料调节pH 在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。 在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH （4）当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH
生物技术 发酵工程
三、发酵技术的应用
1.医药工业：抗生素、维生素、胰岛素、乙肝疫苗、 干扰素等； 2.食品工业：微生物蛋白、氨基酸、饮料、酒类和一 些食品添加剂（柠檬酸、乳酸、天然色素等）； 3.能源工业：酒精、沼气、微生物采油； 4.化学工业：化工原料（乙醇、丙酮、丁醇）、生物 表面活性剂； 5.农牧业：生物固氮、生物杀虫剂、微生物饲料； 6.冶金工业和环境保护。
➢ 19世纪末：厌氧发酵(酒精、乳酸、发酵食品) ➢ 1945年：通气搅拌发酵罐--好氧发酵(青霉素等
抗生素) ➢ 20世纪50年代：代谢控制发酵(氨基酸、核酸
等) ➢ 20世纪70年代：固定化酶连续发酵 ➢ 20世纪80年代：现代发酵工程技术(与基因操
作、细胞工程技术相结合)
发酵工程的内容
1、微生物的菌体发酵(酵母、单细胞蛋白、药 用真菌、杀虫剂等)
有氧条件下繁殖菌体。
二、微生物发酵过程的类型
根据培养基状态分：
生物反应器在生物产品生产过程中，具有中心纽 带作用，是实现生物技术产品产业化的关键设 备，是连接原料和产物的桥梁。
因此，生物反应器的设计和操作与生物技术产品 的质量、转化率和能耗关系紧密，直接影响到 生产效益
发酵罐的特点
1、为细胞代谢提供一个适宜的物理及化 学环境，使细胞能更快更好的生长
2、具有严密的结构 3、良好的液体混合性能 4、高的传质和传热速率 5、灵敏的检测和控制仪表
更加重视
第三节 发酵工程工艺
一、微生物发酵过程的类型
定义：指由微生物在生长繁殖过程中所引起的生化 反应的过程。
根据微生物的种类（好氧、厌氧、兼性厌氧）分 （1）好氧性发酵，如柠檬酸发酵，谷氨酸发酵。 （2）厌氧性发酵，如乳酸发酵，丙酮、丁醇发酵。 （3）兼性发酵，如酵母菌缺氧条件下发酵生产酒精，
食品生物技术概论廖威第四章发酵工程及其在食品工业
最初发现螺旋藻是在非洲中部乍得湖畔及墨西哥迪 斯科克湖，当地人用来食用或制成饼食，有益于健康
。
本世纪50年代以后，乍得把螺旋藻制成食品其商品 名为“Dihe”；
1964年，比利时植物学家Jean Lenoard从食用螺旋 藻和出售的“Dihe”中，分离出螺旋藻，在实验室进 行培养试验， 1967年3月首次发表了实验结果，为螺 旋藻的人工养殖开创了先例
螺旋藻的形态
螺旋藻的形态、分类及生态
螺旋藻有两种类型： 钝顶螺旋藻：主要特征是藻丝末端细胞钝圆，
藻丝宽约6~8µm，螺旋直径为28~36µ m ，螺距 约为43-57µm；
极大螺旋藻：其特征为藻丝末端细胞略粗，藻 丝约为3.4~15µm，螺旋直径约为40-67µm，螺距 为33~76µm。
螺旋藻的生态 螺旋藻可以在土壤、沼泽、淡水、盐水、
矿物质
lOOg螺旋藻干粉中含钾高达1 500-2000mg，含 镁200 ~ 300mg，含铁50-100mg，而钠的含量甚 微。钾能促进人体内钠的排泄，可预防高血压； 镁具有保护人体循环器官、预防心脏病等功能； 铁具有造血功能。另外，螺旋藻还含有微量元 素硒、锌、锰等
螺旋藻的营养类型
1、光合自养型：
1、烷烃类和石油化工产品 如甲烷、甲醇、乙醇、石蜡烃等。 2、各种有机废料和一些糖类物质 有机废料：如食品厂、酿造厂、造纸厂等废弃物 以及农作物秸杆等。 糖类物质：如糖蜜、淀粉类物质等。
(2) SCP的发酵生产工艺
一般SCP生产的概略流程图
(3) SCP的分离和纯化
SCP的发酵产品为菌体本身，分离工艺较 简单，过滤得到的菌体再用冷水洗涤，再过滤 得到酵母浓缩物，以30℃的热风干燥，并制成 块状或粒状。
(2)温度：螺旋藻的最适生长温度为35 ~ 37℃。 (3)氮源：螺旋藻除能利用无机氮外，还能利 用尿素。 (4)光照：当营养和温度正常的情况下，光照 就成为影响螺旋藻生长的一个重要因素。
。
本世纪50年代以后，乍得把螺旋藻制成食品其商品 名为“Dihe”；
1964年，比利时植物学家Jean Lenoard从食用螺旋 藻和出售的“Dihe”中，分离出螺旋藻，在实验室进 行培养试验， 1967年3月首次发表了实验结果，为螺 旋藻的人工养殖开创了先例
螺旋藻的形态
螺旋藻的形态、分类及生态
螺旋藻有两种类型： 钝顶螺旋藻：主要特征是藻丝末端细胞钝圆，
藻丝宽约6~8µm，螺旋直径为28~36µ m ，螺距 约为43-57µm；
极大螺旋藻：其特征为藻丝末端细胞略粗，藻 丝约为3.4~15µm，螺旋直径约为40-67µm，螺距 为33~76µm。
螺旋藻的生态 螺旋藻可以在土壤、沼泽、淡水、盐水、
矿物质
lOOg螺旋藻干粉中含钾高达1 500-2000mg，含 镁200 ~ 300mg，含铁50-100mg，而钠的含量甚 微。钾能促进人体内钠的排泄，可预防高血压； 镁具有保护人体循环器官、预防心脏病等功能； 铁具有造血功能。另外，螺旋藻还含有微量元 素硒、锌、锰等
螺旋藻的营养类型
1、光合自养型：
1、烷烃类和石油化工产品 如甲烷、甲醇、乙醇、石蜡烃等。 2、各种有机废料和一些糖类物质 有机废料：如食品厂、酿造厂、造纸厂等废弃物 以及农作物秸杆等。 糖类物质：如糖蜜、淀粉类物质等。
(2) SCP的发酵生产工艺
一般SCP生产的概略流程图
(3) SCP的分离和纯化
SCP的发酵产品为菌体本身，分离工艺较 简单，过滤得到的菌体再用冷水洗涤，再过滤 得到酵母浓缩物，以30℃的热风干燥，并制成 块状或粒状。
(2)温度：螺旋藻的最适生长温度为35 ~ 37℃。 (3)氮源：螺旋藻除能利用无机氮外，还能利 用尿素。 (4)光照：当营养和温度正常的情况下，光照 就成为影响螺旋藻生长的一个重要因素。
发酵工程第四章第一节
1）营养缺陷突变有关的遗传型个体
A：野生型——从自然界中分离到的未发生营养缺陷突变前的原始菌株。野生型菌株能在 相应的基本培养基上生长。 [A+B+] 。 B：营养缺陷型——野生型菌株发生了丧失某个酶合成能力的突变，只能在加有该酶合成 产物的培养基中才能生长的突变菌株。不能在基本培养基上生长，只能在完全培养基或 相应的补充培养基上生长。 [A+B-] 。 C：原养型——指营养缺陷型菌株经回变后产生的菌株。其营养要求与野生型相同，均为 [A+B+]。
22
诱变处理 结合诱变剂、诱变处理、诱变对象的实际情况，设计 诱变处理方案。
1) 诱变剂的使用方法 •单一诱变剂处理 •复合诱变剂处理 2）诱变剂的剂量控制 •处理剂量的致死率为70－80％； •高剂量会引起细胞遗传物质发生难以恢复的巨大损伤，得到遗传稳定的变异菌株
23
中间培养 发生的突变尚未表现出来之前，有一个生理表现延迟 的过程（细胞内原有酶量需稀释，需 3 代以上的繁殖 才能将突变性状表现出来）； 这个过程对筛选和获得稳定菌株极为重要的。
一个基因的自然突变频率仅10－8－10―9左右，选种几率较低
9
原因：
1、多因素低剂量的诱变效应
自然环境中低剂量的宇宙射线、各种短波辐射、低剂量诱变 物质和微生物自身代谢产生的诱变物质等作用引起的突变。
X,γ-ray,高速中子、电子、 质子、α 粒子
Photochemical decomposition High energy particle radiation Radiolysis Light, UV, Xray
3
优良生产菌种的基本特征
①高产：在较短的发酵周期内产生大量的发酵产物； ②副产物及其他产物少； ③生长繁殖能力强 , 有较强的生长速率； ④高效地将原料转化为产品； ⑤发酵原料成分波动敏感性较小，来源广泛、便宜； ⑥对需要添加的前体物质有耐受能力, 且不能将这些前体物 质作为一般碳源利用； ⑦在发酵过程中产生的泡沫要少； ⑧具有抗噬菌体感染的能力； ⑨遗传性状稳定。
人教版高中生物选修发酵工程课件.ppt
（1）菌种：谷氨酸棒状杆菌或黄色短杆菌等
（2）培养基：液体培养基（原料：豆饼或马铃 薯等的水解液、玉米浆、尿素、磷 酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物 素等） 发酵罐连续培养 （3）发酵过程 控制条件：温度、PH、溶氧 量、搅拌 （4）提取：用Na2CO3中和后，过滤、分离
思考：在工业生产过程中常采用这种天然成分作为营养物 质的液体培养基，这在发酵生产中有什么好处呢？
进行以获得大量的酒精。
扩大培养和接种
发酵过程：随时了解发酵进程，及 时添加必需的培养基组分，严格控 制温度、pH、溶氧、通气量与转速 等发酵条件。 分离提纯 菌体：用过滤、沉淀方法 代谢产物：用蒸馏、萃取、离子 交换等方法
影响发酵过程的因素
（1）温度 温度能影响酶的活性，也能影响生物合成的途径。温度 还会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收 等。 （2）pH pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。还会影 响培养基中营养物质的分解等 （3）溶解氧 在发酵过程中菌种只能利用溶解氧。因此，必须向发 酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，以提高氧在 发酵液中的溶解度。 （4）泡沫 发酵过程中，通气、搅拌、微生物的代谢过程及培养基 中某些成分的分解等，都有可能产生泡沫。过多的持久性泡沫 对发酵是不利的。 （5）营养物质的浓度 发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮 比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产 物的积累。
2．通过发酵工程能生产基因药品。 例如：将合成的人的胰岛素基因转移 到大肠杆菌细胞内构建成“工程菌”， 再通过培养“工程菌”即可获得人的 胰岛素。
（2）食品工业：①传统发酵产品 ②生产各种食品添加剂
③解决粮食短缺问题 （如单细胞蛋白的生产）
通过发酵可获得大量的微生物菌体——单细胞蛋白。 20世纪80年代中期全世界的单细胞蛋白年产量已达 2.0x107t，广泛用于食品加工和饲料中。 单细胞蛋白食品优点:高蛋白,低脂肪
（2）培养基：液体培养基（原料：豆饼或马铃 薯等的水解液、玉米浆、尿素、磷 酸氢二钾、氧化钾、硫酸镁、生物 素等） 发酵罐连续培养 （3）发酵过程 控制条件：温度、PH、溶氧 量、搅拌 （4）提取：用Na2CO3中和后，过滤、分离
思考：在工业生产过程中常采用这种天然成分作为营养物 质的液体培养基，这在发酵生产中有什么好处呢？
进行以获得大量的酒精。
扩大培养和接种
发酵过程：随时了解发酵进程，及 时添加必需的培养基组分，严格控 制温度、pH、溶氧、通气量与转速 等发酵条件。 分离提纯 菌体：用过滤、沉淀方法 代谢产物：用蒸馏、萃取、离子 交换等方法
影响发酵过程的因素
（1）温度 温度能影响酶的活性，也能影响生物合成的途径。温度 还会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收 等。 （2）pH pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。还会影 响培养基中营养物质的分解等 （3）溶解氧 在发酵过程中菌种只能利用溶解氧。因此，必须向发 酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，以提高氧在 发酵液中的溶解度。 （4）泡沫 发酵过程中，通气、搅拌、微生物的代谢过程及培养基 中某些成分的分解等，都有可能产生泡沫。过多的持久性泡沫 对发酵是不利的。 （5）营养物质的浓度 发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮 比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产 物的积累。
2．通过发酵工程能生产基因药品。 例如：将合成的人的胰岛素基因转移 到大肠杆菌细胞内构建成“工程菌”， 再通过培养“工程菌”即可获得人的 胰岛素。
（2）食品工业：①传统发酵产品 ②生产各种食品添加剂
③解决粮食短缺问题 （如单细胞蛋白的生产）
通过发酵可获得大量的微生物菌体——单细胞蛋白。 20世纪80年代中期全世界的单细胞蛋白年产量已达 2.0x107t，广泛用于食品加工和饲料中。 单细胞蛋白食品优点:高蛋白,低脂肪
现代生物技术导论-发酵工程
• 发酵过程控制： pH，溶氧，温度，底物流加等
发酵工艺
• 发酵工艺流程 • 发酵工艺主要组成部分 • 微生物生长得数学模型
发 酵 工 艺 流 程
发酵工艺组成部分
培养基制备 ↓
“种子”培养→发酵罐→产物的提取精 制 ↑
无菌空气
微生物的营养
• 元素水平:C H O N P S Cl K… • 化合物水平 C:糖,脂,有机酸,醇,烃等 N:氨基酸,蛋白质,尿素等 O:溶解氧 P,S,Cl,K等:主要来自含该元素的无机盐.
积累赖氨酸的菌株特性
• 通过基因突变使酶3失 去活性,切断向苏氨酸 方向的代谢流
• 在培养液中加入限制量 的高丝氨酸(或苏氨酸 和蛋氨酸)
细胞膜通透性的改造
用能积累谷氨酸菌株做如下实验: • 生物素充足时,细胞内含大量谷氨酸,但培养液
里几乎不含谷氨酸. • 用溶菌酶消化细胞壁得到的原生质体仍不分泌
用
人 们 心 中 的 巴 斯 德
免疫学——预防接种 首次制成狂犬疫苗
近代发酵—纯培养技术的建立
• 布雷费尔德 (Brefeld)于1872年创立 了霉菌纯培养技术.
• 丹麦科学家汉逊(Hansen)1878年创 立了酵母纯培养技术
• 德国科学家科赫 (Robert Koch,18431910)于1881年创立了细菌纯培养技 术.
• C6H12O6+ 0.55NH3 + 2.39O2 → • 3.42CH1.92O0.61N0.16 + 2.58CO2 + 3.54H2O
微生物生长的数学模型
假设发酵微生物是细菌(分裂方式为一 分为二) ,发酵刚开始细胞浓度为X0, 在一小时内有部分细胞分裂.设分裂 细胞的分率为 µ,1h分裂的细胞数为 µX0.
发酵工艺
• 发酵工艺流程 • 发酵工艺主要组成部分 • 微生物生长得数学模型
发 酵 工 艺 流 程
发酵工艺组成部分
培养基制备 ↓
“种子”培养→发酵罐→产物的提取精 制 ↑
无菌空气
微生物的营养
• 元素水平:C H O N P S Cl K… • 化合物水平 C:糖,脂,有机酸,醇,烃等 N:氨基酸,蛋白质,尿素等 O:溶解氧 P,S,Cl,K等:主要来自含该元素的无机盐.
积累赖氨酸的菌株特性
• 通过基因突变使酶3失 去活性,切断向苏氨酸 方向的代谢流
• 在培养液中加入限制量 的高丝氨酸(或苏氨酸 和蛋氨酸)
细胞膜通透性的改造
用能积累谷氨酸菌株做如下实验: • 生物素充足时,细胞内含大量谷氨酸,但培养液
里几乎不含谷氨酸. • 用溶菌酶消化细胞壁得到的原生质体仍不分泌
用
人 们 心 中 的 巴 斯 德
免疫学——预防接种 首次制成狂犬疫苗
近代发酵—纯培养技术的建立
• 布雷费尔德 (Brefeld)于1872年创立 了霉菌纯培养技术.
• 丹麦科学家汉逊(Hansen)1878年创 立了酵母纯培养技术
• 德国科学家科赫 (Robert Koch,18431910)于1881年创立了细菌纯培养技 术.
• C6H12O6+ 0.55NH3 + 2.39O2 → • 3.42CH1.92O0.61N0.16 + 2.58CO2 + 3.54H2O
微生物生长的数学模型
假设发酵微生物是细菌(分裂方式为一 分为二) ,发酵刚开始细胞浓度为X0, 在一小时内有部分细胞分裂.设分裂 细胞的分率为 µ,1h分裂的细胞数为 µX0.
发酵工程简介高中生物ppt课件
例如：可将人工合成的人的胰岛素基因与大肠杆菌的质粒结 合，构成重组DNA，再把重组DNA导入大肠杆菌细胞内构成工 程菌。经过挑选那么可培育出能消费人的胰岛素的菌种。
2．培育基的配制 ：
思索回答在配制培育基时应该留意哪些事情呢？
答：〔1〕根据不同的菌种，应选择不同的资料配制培育基。配制 的培育基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等 方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH。 〔2〕培育基的营养要协调，以利于产物的合成。 〔3〕培育基在满足微生物的营养需求的根底上应尽量降低生 产本钱，以得到更高的经济效益。 例如：发酵消费常采用天然成分的液体培育基。而且，经常用野 生的植物淀粉、甘蔗渣、秸秆水解物以及乙醇、醋酸等石化产品 替代粮食来配制培育基。
〔2〕采用天然物质作营养物质既能满足菌体的 营养需求，又能降低消费本钱，还能减少 对环境的污染。
6、有了菌种和适宜的培育基，那发酵的主体设备又该 是什么样的呢？
发酵罐
7、发酵的主体设备发酵罐的控制部分构成有哪些？ 分别有什么作用？
在发酵过程中，发酵罐内的温度、pH、溶氧量都会 变化，从而影响微生物的生长。因此，必需有相应 的控制构造来坚持发酵条件的稳定。
1、谷氨酸棒状杆菌在一定的 条件下可以利用环境中的什么 营养物质来合成谷氨酸？ 2、谷氨酸发酵最重要的无疑 就是选择菌种了，是不是一切 的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷 氨酸发酵消费呢？我们应该选 育什么样的谷氨酸棒状杆菌作 为菌种呢？
答：只需选择细胞膜通透较强， 在细胞内不积累谷氨酸的谷氨 酸棒状杆菌做菌种才有能够获 得大量的谷氨酸
3．灭菌： 思索： 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发 酵过程中不能混入杂菌。这是为什么呢？那如何防止杂 菌的污染呢？怎样才算灭菌彻底呢？
2．培育基的配制 ：
思索回答在配制培育基时应该留意哪些事情呢？
答：〔1〕根据不同的菌种，应选择不同的资料配制培育基。配制 的培育基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等 方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH。 〔2〕培育基的营养要协调，以利于产物的合成。 〔3〕培育基在满足微生物的营养需求的根底上应尽量降低生 产本钱，以得到更高的经济效益。 例如：发酵消费常采用天然成分的液体培育基。而且，经常用野 生的植物淀粉、甘蔗渣、秸秆水解物以及乙醇、醋酸等石化产品 替代粮食来配制培育基。
〔2〕采用天然物质作营养物质既能满足菌体的 营养需求，又能降低消费本钱，还能减少 对环境的污染。
6、有了菌种和适宜的培育基，那发酵的主体设备又该 是什么样的呢？
发酵罐
7、发酵的主体设备发酵罐的控制部分构成有哪些？ 分别有什么作用？
在发酵过程中，发酵罐内的温度、pH、溶氧量都会 变化，从而影响微生物的生长。因此，必需有相应 的控制构造来坚持发酵条件的稳定。
1、谷氨酸棒状杆菌在一定的 条件下可以利用环境中的什么 营养物质来合成谷氨酸？ 2、谷氨酸发酵最重要的无疑 就是选择菌种了，是不是一切 的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷 氨酸发酵消费呢？我们应该选 育什么样的谷氨酸棒状杆菌作 为菌种呢？
答：只需选择细胞膜通透较强， 在细胞内不积累谷氨酸的谷氨 酸棒状杆菌做菌种才有能够获 得大量的谷氨酸
3．灭菌： 思索： 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发 酵过程中不能混入杂菌。这是为什么呢？那如何防止杂 菌的污染呢？怎样才算灭菌彻底呢？
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利用微生物生长速度快、 生长条件简 单以及代谢过程特殊等特点，在合适条件 下，通过现代化工程技术手段，由微生物 1 发酵工程基本原理
发酵工程最基本的原理是发酵工程的生物 学原理。
其他原理参看《发酵工程原理与技术》
广义上讲，发酵工程由三部分组成： 上游工程 中游工程 下游工程。
（4）研究开发发酵和提取新技术、新工艺、 新设备，提高产品收率、节能降耗。
（5）研发大规模工业化发酵生产技术。
【2】现代发酵工程技术在食品领域 的应用研究进展
（1） 改造传统的食品加工工艺
1) 以微生物发酵代替化学合成；
氨基酸生产过去都采用动植物蛋白提取和 化学合成法生产，而采用基因工程和细胞融 合技术生成的“工程菌”进行发酵，其生产 成本下降、污染减少，产量可成倍增加。
第4章 发酵工程
教学要求
了解发酵工程的基本原理和发展动态。 重点：发酵工程的基本原理和发展动态。 难点：发酵工程的基本原理和发展动态。
教学内容：
4.1 发酵工程基本原理 4.2 发酵工程的基本内容、特点 4.3. 发酵工程的发展动态
发酵工程(fermentation engineering)
4.2 发酵工程的基本内容、特点
发酵工程的基本内容：
生产菌种的选育； 发酵条件的优化与控制； 反应器的设计； 产物的分离、提取与精制。
发酵工程反应过程特点：
常温常压 、反应安全、条件简单； 可由廉价原料生产高价值产品，变废为宝； 反应专一性强，代谢产物单一； 容易产生复杂的高分子化合物； 设备消毒、空气过滤、无菌条件发酵； 通过变异和菌种筛选，可获得高产的优良菌
【3】工程面临多种挑战
主要有以下几点: 1、微生物工程与合成化学工业的竞争
自20世纪50年代以来，有机溶剂的化学合 成极大威胁微生物工业的生产。 2、农业基因工程对微生物工程的冲击 在转基因植物中生产分子药物具有成本低 于传统微生物发酵技术等的特点。
3、很多产品都能通过发酵工程发酵生产出 来，但缺少有效途径将产品从发酵液中高
（5）能源开发 通过发酵工程技术可利用 可再生原料生产燃料酒精，生产沼气，进 行微生物冶金等。
4.3. 发酵工程的发展动态
【1】目前发酵工程技术研究主要集中的几 个方面；
【2】现代发酵工程技术在食品领域的应用 研究进展
【3】工程面临多种挑战 【4】今后微生物工程的努力发展方向
【1】目前发酵工程技术研究 主要集中的几个方面：
株使生产设备得到充分利用。
发酵工程的应用领域
(1)轻工业
轻工业是发酵工程技术应用最早和最多的领域，这 个领域的特点是大量利用农副产品（产要是淀粉 类产品）进行深加工，其生产的产品种类有：
①酒和溶剂类： 如啤酒、白酒、果酒、酒精、丙酮等； ②有机酸类：如柠檬酸、乳酸、苹果酸、衣康酸等； ③氨基酸类：如谷氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸等； ④酶制剂类：如食品工业、纺织工业和饲料工业用酶等； ⑤功能性蛋白质、功能性脂类、功能性糖类。
（1）采用基因工程、细胞工程技术与常规 微生物育种方法相结合，辅之以激光、离 子束、γ－射线等物理诱变方法，致力于选 育发酵工业所需的各种优良生产菌种。
（2）开发研制社会需要、附加值高的新型 发酵产品。
（3）采用发酵工程技术取代部分传统化工 产品的生产，降低原材料消耗和能源消耗， 减少污染物的排放。
效分离出来，这是发酵工程最需要解决的 问题。
【4】今后微生物工程的努力发展方向
1，提高现有微生物发酵工业水平 2，利用重组DNA技术，人工选育和改良菌种 3，开拓极端酶（进行极端酶的研究和开发，首先涉及的是极
端微生物的培养，极端微生物要求极端的生长条件,但是当前通用的发酵
） 工业设备不能满足这些需，这就需要对发酵工业设备进行改进
废料及石油废料人工培养的微生物菌体。单细胞蛋白不是 一种纯蛋白质，而是由蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸、 维生素和无机化合物等混合物组成的细胞质团。单细胞蛋 白中重要的是酵母蛋白、细菌蛋白和藻类蛋白，它们的化 学组成中一般以蛋白质、脂肪为主。
（3）开发功能性食品
人工发酵培养虫草菌已在中国医学科学院药物研究所 实现，成果卓著，分析产品的化学成分和药理等方面，与 天然冬虫夏草类同，临床上应用对高血脂症、性功能障碍、 ‘漫性支气管炎等均有疗效，而治疗性功能障碍优于天然 冬虫夏草;对病毒性肝炎(乙肝)有显著疗效。
4，采用发酵技术进行高等动植物细胞培养 5，固定化（酶和细胞）技术的广泛应用
谢谢你的听课！
2) 以现代发酵工程改造传统发酵食品
日本从土壤中分离得到一株酒精生产菌 (TB-22，它能利用稻草、废木材和纤维素 生产酒精。
Arira等人运用固定化醋酸菌酿制食醋，可 缩短发酵延缓期，醋化能力提高9.5倍。
（2）单细胞蛋白(SCP)的生产
单细胞蛋白，也叫微生物蛋白，它是用许多工农业
上游工程——发酵上游工程的主要任务是 菌种的扩大培养，包括了优良种株的选育， 最适发酵条件（pH、温度、溶氧和营养组 成）的确定，营养物的准备等。
中游工程——发酵中游工程的主要任务是 通过发酵大量培养细胞和生产代谢产物， 为下游工程提供生产材料。中游工程是发 酵工程的核心。
下游工程——发酵下游工程的主要任务是 从发酵产品（发酵液）中分离和纯化目标 产品，是生化产品的加工工程。
富硒酵母
研究发现酵母细胞对硒具有富集作用(吸收率 约75% )，利用酵母的这一特点，在特定培养 环境下及不同阶段在培养基中加入硒，使它 被酵母吸收利用而转化为酵母细胞内的有机 硒，然后由酵母白溶制得产品。富硒酵母在 国外己实现工业化并进入实用阶段。
真菌多糖
真菌中所含多糖如金针菇多糖、银耳多糖、 香菇多糖、灵芝多糖、猴头菇多糖、获菩 多糖、虫草多糖等，具有免疫激活、抗肿 瘤、抗衰老、降血糖、降血脂、保肝、防 血栓等多种生理功能。上述真菌的菌丝体 可采取深层发酵培养制取，然后提取真菌 多糖。
（2）生物医药工业 通过发酵工程技术， 可以生产多种抗生素、疫苗、以及一些基 因工程药物（如干扰素、白细胞介素系列 等）。
（3）农牧业 通过发酵工程技术，可以生 产生物农药、生物肥料、植物生长调节剂、 饲料蛋白、饲料工业用酶等。
（4）环境保护 发酵工程技术，可用于污 水处理，有毒物质的降解、固体垃圾处理、 土壤污染的修复。
发酵工程最基本的原理是发酵工程的生物 学原理。
其他原理参看《发酵工程原理与技术》
广义上讲，发酵工程由三部分组成： 上游工程 中游工程 下游工程。
（4）研究开发发酵和提取新技术、新工艺、 新设备，提高产品收率、节能降耗。
（5）研发大规模工业化发酵生产技术。
【2】现代发酵工程技术在食品领域 的应用研究进展
（1） 改造传统的食品加工工艺
1) 以微生物发酵代替化学合成；
氨基酸生产过去都采用动植物蛋白提取和 化学合成法生产，而采用基因工程和细胞融 合技术生成的“工程菌”进行发酵，其生产 成本下降、污染减少，产量可成倍增加。
第4章 发酵工程
教学要求
了解发酵工程的基本原理和发展动态。 重点：发酵工程的基本原理和发展动态。 难点：发酵工程的基本原理和发展动态。
教学内容：
4.1 发酵工程基本原理 4.2 发酵工程的基本内容、特点 4.3. 发酵工程的发展动态
发酵工程(fermentation engineering)
4.2 发酵工程的基本内容、特点
发酵工程的基本内容：
生产菌种的选育； 发酵条件的优化与控制； 反应器的设计； 产物的分离、提取与精制。
发酵工程反应过程特点：
常温常压 、反应安全、条件简单； 可由廉价原料生产高价值产品，变废为宝； 反应专一性强，代谢产物单一； 容易产生复杂的高分子化合物； 设备消毒、空气过滤、无菌条件发酵； 通过变异和菌种筛选，可获得高产的优良菌
【3】工程面临多种挑战
主要有以下几点: 1、微生物工程与合成化学工业的竞争
自20世纪50年代以来，有机溶剂的化学合 成极大威胁微生物工业的生产。 2、农业基因工程对微生物工程的冲击 在转基因植物中生产分子药物具有成本低 于传统微生物发酵技术等的特点。
3、很多产品都能通过发酵工程发酵生产出 来，但缺少有效途径将产品从发酵液中高
（5）能源开发 通过发酵工程技术可利用 可再生原料生产燃料酒精，生产沼气，进 行微生物冶金等。
4.3. 发酵工程的发展动态
【1】目前发酵工程技术研究主要集中的几 个方面；
【2】现代发酵工程技术在食品领域的应用 研究进展
【3】工程面临多种挑战 【4】今后微生物工程的努力发展方向
【1】目前发酵工程技术研究 主要集中的几个方面：
株使生产设备得到充分利用。
发酵工程的应用领域
(1)轻工业
轻工业是发酵工程技术应用最早和最多的领域，这 个领域的特点是大量利用农副产品（产要是淀粉 类产品）进行深加工，其生产的产品种类有：
①酒和溶剂类： 如啤酒、白酒、果酒、酒精、丙酮等； ②有机酸类：如柠檬酸、乳酸、苹果酸、衣康酸等； ③氨基酸类：如谷氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸等； ④酶制剂类：如食品工业、纺织工业和饲料工业用酶等； ⑤功能性蛋白质、功能性脂类、功能性糖类。
（1）采用基因工程、细胞工程技术与常规 微生物育种方法相结合，辅之以激光、离 子束、γ－射线等物理诱变方法，致力于选 育发酵工业所需的各种优良生产菌种。
（2）开发研制社会需要、附加值高的新型 发酵产品。
（3）采用发酵工程技术取代部分传统化工 产品的生产，降低原材料消耗和能源消耗， 减少污染物的排放。
效分离出来，这是发酵工程最需要解决的 问题。
【4】今后微生物工程的努力发展方向
1，提高现有微生物发酵工业水平 2，利用重组DNA技术，人工选育和改良菌种 3，开拓极端酶（进行极端酶的研究和开发，首先涉及的是极
端微生物的培养，极端微生物要求极端的生长条件,但是当前通用的发酵
） 工业设备不能满足这些需，这就需要对发酵工业设备进行改进
废料及石油废料人工培养的微生物菌体。单细胞蛋白不是 一种纯蛋白质，而是由蛋白质、脂肪、碳水化合物、核酸、 维生素和无机化合物等混合物组成的细胞质团。单细胞蛋 白中重要的是酵母蛋白、细菌蛋白和藻类蛋白，它们的化 学组成中一般以蛋白质、脂肪为主。
（3）开发功能性食品
人工发酵培养虫草菌已在中国医学科学院药物研究所 实现，成果卓著，分析产品的化学成分和药理等方面，与 天然冬虫夏草类同，临床上应用对高血脂症、性功能障碍、 ‘漫性支气管炎等均有疗效，而治疗性功能障碍优于天然 冬虫夏草;对病毒性肝炎(乙肝)有显著疗效。
4，采用发酵技术进行高等动植物细胞培养 5，固定化（酶和细胞）技术的广泛应用
谢谢你的听课！
2) 以现代发酵工程改造传统发酵食品
日本从土壤中分离得到一株酒精生产菌 (TB-22，它能利用稻草、废木材和纤维素 生产酒精。
Arira等人运用固定化醋酸菌酿制食醋，可 缩短发酵延缓期，醋化能力提高9.5倍。
（2）单细胞蛋白(SCP)的生产
单细胞蛋白，也叫微生物蛋白，它是用许多工农业
上游工程——发酵上游工程的主要任务是 菌种的扩大培养，包括了优良种株的选育， 最适发酵条件（pH、温度、溶氧和营养组 成）的确定，营养物的准备等。
中游工程——发酵中游工程的主要任务是 通过发酵大量培养细胞和生产代谢产物， 为下游工程提供生产材料。中游工程是发 酵工程的核心。
下游工程——发酵下游工程的主要任务是 从发酵产品（发酵液）中分离和纯化目标 产品，是生化产品的加工工程。
富硒酵母
研究发现酵母细胞对硒具有富集作用(吸收率 约75% )，利用酵母的这一特点，在特定培养 环境下及不同阶段在培养基中加入硒，使它 被酵母吸收利用而转化为酵母细胞内的有机 硒，然后由酵母白溶制得产品。富硒酵母在 国外己实现工业化并进入实用阶段。
真菌多糖
真菌中所含多糖如金针菇多糖、银耳多糖、 香菇多糖、灵芝多糖、猴头菇多糖、获菩 多糖、虫草多糖等，具有免疫激活、抗肿 瘤、抗衰老、降血糖、降血脂、保肝、防 血栓等多种生理功能。上述真菌的菌丝体 可采取深层发酵培养制取，然后提取真菌 多糖。
（2）生物医药工业 通过发酵工程技术， 可以生产多种抗生素、疫苗、以及一些基 因工程药物（如干扰素、白细胞介素系列 等）。
（3）农牧业 通过发酵工程技术，可以生 产生物农药、生物肥料、植物生长调节剂、 饲料蛋白、饲料工业用酶等。
（4）环境保护 发酵工程技术，可用于污 水处理，有毒物质的降解、固体垃圾处理、 土壤污染的修复。