代谢控制发酵 第一章 绪论
发酵工程 第一章绪论
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。
发酵工艺学原理
发酵工艺学原理讲义及思考题开课背景（1）何为工艺学？原来的工艺学的特性：（2）现在：强化工艺学的基本理论背景，减小课时数，以单元操作为主线条的工艺学原理第一章绪论§1-1发酵工艺学的基本概念一、发酵工业的基本概念微生物学中的发酵的定义：1.发酵工业生产的基本模式讲述生物工业的基本生产模式，引出生物技术、生物工程的概念，讲述两者之间的区别与联系2.发酵工业的分类酿酒业（啤酒、葡萄酒、白酒……）。
厌氧发酵调味品（酱油、醋）。
酵母工业——自然发酵。
氨基酸发酵——典型的代谢控制发酵。
抗菌素发酵——次级代谢控制发酵。
酶制剂工业——具有重要的意义，是工业发展的基础、科学研究的基础有机酸工业—柠檬酸、葡萄酸、乳酸、琥珀酸等。
石油发酵——降低石油熔点（石油脱腊）有机溶剂工业——乙醇、丙醇等好氧发酵维生素发酵——VC、VB2生理活性物质——白介——2环境工业——废水的生物处理，废弃物的生物降解二、微生物发酵的基本特征1.微生物发酵过程是一个典型的化工过程由于微生物生理特性决定了微生物在发酵过程中需要稳定的环境、特殊的条件以及以氧作为底物的供给，这些多涉及到化工生产的一下领域：（1）质量的传递——氧的供给、代谢物的排泄等（2）热量的传递——微生物呼吸产热，微生物生长于代谢需要稳定的而严格的温度条件。
（3）动量的传递——涉及到搅拌轴功率的计算，他与溶氧、气液混合的关系（4）微生物的反应工程——涉及到微生物的生长动力学模型的建立，产物生成动力学模型的建立。
2.微生物发酵过程是一个典型的代谢控制发酵从微生物发酵的历史角度看，最早的微生物发酵是一个自然发酵过程，现代微生物工业通常是指微生物的代谢控制发酵？定义：是指利用生物的、物里的、化学的方法，人为的改变了微生物的生长代谢途径，使之合成、积累、分泌我们所需要的产品的过程。
以GA发酵为例，建树微生物代谢控制发酵的意义。
3.微生物发酵工业又是一个有别于化工过程的一个工业有以下几个特征：（1）反应条件温和通常由于微生物的生理特性，要求温度为30℃-40℃pH值中性偏酸性——酵母、霉菌、放线菌等pH值中性偏碱性——细菌的发酵（2）无菌发酵整个反应过程要求无菌：培养基无菌、空气无菌、补料和取样要求无菌操作、某些工程菌，其尾气也要求进行无菌处理。
发酵工艺原理知识点归纳
所学内容：1、菌种：选育、培养、保藏；2、发酵的概念、原理、参数控制；3、介绍一些产品的发酵过程第一章绪论一、发酵1、发酵的定义：培养生物细胞（包括动物细胞、植物细胞和微生物）来制得产物的过程。
2、发酵工业：根据有无风味要求分为酿造工业和发酵工业。
3、实现发酵需具备的条件：①适宜的微生物；②保证微生物进行代谢的条件（pH、营养、温度等）；③进行发酵的设备；④有提取精制产品的方法和设备二、发酵工业的沿革①天然发酵阶段：嫌气发酵、非纯种培养（靠的是经验），质量不稳定。
②纯种培养技术的建立：巴斯德认识到发酵是由微生物所进行的化学反应；柯赫建立了单种微生物的分离和纯培养技术。
——表面培养、产量少③通气搅拌发酵技术的建立：青霉素④代谢控制发酵技术：运用动态生物化学、遗传学知识，控制生物合理代谢。
⑤开拓发酵原料时期；⑥基因工程阶段三、发酵工业的范围1、微生物菌体发酵：酵母、微生物菌体蛋白（scp 单细胞蛋白）、藻类、活性乳酸菌制剂、真菌、生物杀虫剂。
2、微生物酶发酵：工业应用的酶大都来自微生物发酵。
3、微生物代谢产物发酵初级代谢产物：对数生长期所产生的产物，是菌体生长繁殖所必需的，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、类脂、糖类等次级代谢产物：菌体生长静止期中，某些菌体能合成在生长期中不能合成的、具有一些特性的产物，如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等4、微生物转化发酵：利用微生物细胞的一种或多种酶把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物的生化反应，特点是特异性强，包括反应特异性、结构位置特异性和立体特异性。
最古老的生物转化就是利用菌体将乙醇转化成乙酸的醋酸发酵。
5、利用生物技术所得的生物细胞发酵①消除环境污染；②保持生态平衡；③湿法冶金；④利用生物技术所得的生物细胞发酵四、发酵工业的特征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控制4、发酵产物的分离纯化5、发酵废弃物的回收利用五、发展趋势第二章工业微生物的生长与产物的生物合成微生物的特点：体积小、繁殖快、吸收转化快、适应性强、容易变异、分布广、种类多、代谢类型多。
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
食品发酵与酿造工艺学
食品发酵与酿造工艺学第一章绪论1、什么是发酵和酿造，发酵与酿造有何特点？发酵是指微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备生物菌体或其代谢产物的过程；酿造是指把成分复杂、风味要求较高的辅食佐餐调味品的生产。
发酵与酿造的特点：安全简单、原料广泛、反应专一、代谢多样、易受污染和菌种选育2、发酵与酿造发展的历程（三代五个转折）第一代微生物发酵技术——纯种发酵的建立为发酵工业的第一个转折点；第二代微生物发酵技术——深层培养技术中的通气搅拌技术为发酵技术进步的第二个转折点，代谢控制发酵技术则为发酵技术发展的第三个转折点，期间还实现了微生物对化合物的转化，发酵原料的转变成了发酵技术的第四个转折期；第三代微生物发酵技术——基因工程菌的构建发展成了发酵工程的第五个转折点。
第二章菌种选育、保藏与复壮1、生产菌为什么会发生退化，如何防止？生产菌发生退化的原因有：有关基因的自发突变，育种后未经很好的分离纯化，培养条件的改变和污染杂菌的影响防止退化的措施：（1）控制传代次数，降低自发突变的几率（2）创造良好的培养条件（3）利用不易衰退的细胞传代（4）采用有效的保藏方法（5）经常进行分离纯化2、常用的菌种保藏方法、原理及其适合的对象。
菌种保藏的要求：不死、不衰、不污染，不降低生产性能菌种保藏的基本原理：根据微生物的生理、生化特点，选用优良菌株，最好是它们的休眠体，人工地创造适合于休眠的环境条件，即干燥、低温、缺乏氧气和养料等，使微生物的代谢活动处于最低的状态但又不至于死亡，从而达到保藏的目的。
常用的菌种保藏方法：斜面冰箱保藏法，此法一般可保藏 3 个月左右，适合于各种菌进行保藏半固体穿刺保藏法，此法可保藏半年左右，适用于细菌、酵母的菌种保藏石蜡油可封存法，可保藏三年左右，适用于各类菌种的保藏砂土管保藏法，可保藏1至数年，适用于产生孢子的微生物的保藏冷冻干燥保藏法，一般可保藏五年以上，适合于各大类微生物的保藏第四章发酵与酿造工程学基础及设备1、种子扩大培养、对数残存定律、最适稀释率、临界稀释率、CQ效应、菌体的生长比速、维持消耗、倍增时间、发酵热。
代谢控制发酵
添加标题
代谢控制发酵的未来发展趋势
代谢控制发酵的研究热点和难点
代谢调控机制的研究 微生物代谢网络的研究 代谢工程的应用研究 微生物发酵过程的优化和控制
代谢控制发酵的研究趋势和发展方向
代谢控制发酵技术的深入研究：通过基因工程、蛋白质工程等手段，对代谢途径进行精确调 控，提高发酵产物的产量和纯度。
智能化和自动化技术的应用：利用人工智能、大数据等技术手段，实现代谢控制发酵过程的 智能化和自动化，提高生产效率和产品质量。
代谢控制发酵
汇报人：PPT
代谢控制发酵的基本概念 代谢控制发酵的研究进展
代谢控制发酵的基本概念
代谢控制发酵的定义
代谢途径：控制微生物生长繁殖的过程 发酵过程：利用微生物生产产品的过程 代谢控制发酵：通过控制代谢途径来优化发酵过程 目的：提高产品产量、质量或降低成本等
代谢控制发酵的目的和意义
目的：通过控制代谢过程，提高微生物产品的产量和收率
生物能源和生物材料的研究：利用代谢控制发酵技术，生产生物能源和生物材料，降低对传 统能源和材料的依赖，促进可持续发展。
拓展应用领域：将代谢控制发酵技术应用于医疗、环保等领域，开发新型药物、生物催化剂 等，推动相关领域的发展。
THANK YOU
汇报人：PPT
意义：实现微生物发酵过程的优化和控制，提高生产效率和产品质量 与传统发酵相比的优势：能够更好地控制发酵过程，提高产品纯度和稳 定性 应用领域：医药、食品、化工等领域
代谢控制发酵的研究进展
代谢控制发酵的研究现状
代谢控制发酵的原理介绍
代谢控制发酵的应用案例
添加标题
添加标题代谢控制发酵Fra bibliotek技术手段添加标题
微生物工程：第一章 绪 论
第一章 绪 论
• 发酵工程的发展历史及定义 • 发酵工程的应用 • 发酵工程的学习内容 • 发酵工程发展趋势
• 讨论1：什么是发酵？
ferver：发泡、沸腾 fermentation
正的无杂菌发酵。 • 在面包酵母的生产中首先采用了分批补料培养技术
主要特点：纯培养为主、嫌氧发酵，产品产量质量控制水平大大提高
（3）通气搅拌发酵技术的建立
• 标志：纯种培养深层发酵生产青霉素 • 主要技术进展： ➢ 通气搅拌解决了液体深层培养的供氧问题。
➢ 无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封与 抗污染设计解决了耗氧发酵中的杂菌污染问题。
相关发酵设备 发酵染菌
基因工程菌发酵 动植物细胞培养
专题（汇报，复习）
学时数 2 8
6 4 8
4 4
课程考查方式
30%平时成绩＋ 70％期末考试（闭卷） 平时成绩：出勤+汇报 汇报：11组，每组成员查阅关于一种发酵工程产
品，整理该产品的应用，生产原理及技术发展 过程，该产品的主要发展问题及解决办法。(查 阅3-5篇英文文献） 注意：三次或三次以上点名不到者平时成绩记为 零分；请假超过三次或三次以上者平时成绩为 零；汇报不参与者平时成绩为零。
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)
3、发酵工程定义
以生命科学为基础的生物技术 结合先进的工程技术手段和其它自然科学
原理按照预先的涉及改造生物体 利用微生物、动物或植物体对原料进行加
发酵工艺与设备PPT教案
教学安排
3月5日
第一章 绪论 §1 生物工程的发展简史 §2 生物工程设备的应用
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1
3 月 8，15 日 第二章 生物反应器设计基础 §1 生物反应器的化学计量基础 §2 生物反应器的生物学基础
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3 月 19 日 教学实践: 参观各类发酵设备 地点：生环实验室
2
3 3 月 22-4 月 2 日 第三章 通风发酵设备
王树青、元英进编著，《生化过程自动化 技术》，化学工业出版社，1999年第一版。
黎润钟主编，《发酵工厂设备》，中国轻 工业出版社，1991年9月第一版
第一章 绪论
第一章 绪 论
第一节 发酵工业历史、现状及发展方向 第二节 发酵工业的基本概念 第三节 发酵过程的组成部分及设备 第四节 发酵工业的应用
现代生物技术时期是以分于生物学的理论 为先导，基因工程的技术开始能作为生物 技术新产品的一种开发手段或关键技术后 算起的。
第一章 绪论
五、生物技术建立及对生物工程 的影响
细胞融合技术、基因工程技术等生物技术发展，
打破了生物种间障碍，能定向地制造出新的有用
的微生物；
将动、植物或某些微生物特有产物的控制基因植 入细胞中，快速经济地大量生产这些产物；
原料来源广泛。 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—的代谢产物。
三、发酵的特点
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。
发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。维持无菌条件是 发酵成败的关键。
第一章 绪论
第一节 发酵工业的历史和现状
张宝善发酵学绪论
动物细胞反应 器
四、发酵的类型
1、按发酵原料来区分 糖类物质发酵 ，石油发酵 ，废水发酵 2、按发酵形式来区分 固态发酵 ，深层液体发酵 3、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 4、按发酵工艺流程区分 分批发酵，连续发酵，流加发酵 5、按发酵过程中对氧的不同需求来分 厌氧发酵，通风发酵
二、食品发酵和现代生物技术的关系
生物技术 • 现代生物技术即应用生物体（微生物、动物细胞、 植物细胞）或其组成部分（细胞器、酶），在最 适条件下，生产有价值的产物，或进行有益过程 的技术。它是一门涉及分子生物学、细胞生物学、 遗传学、微生物学、化学、物理学、工程学的多 学科、综合性的科学技术。 • 生物技术是靠基因工程、细胞工程、发酵工程、 酶工程和生化工程这五大技术体系支撑起来的。
重要发酵产品投入生产的年代
年 代
1880-1920
产 品
乳酸、面包酵母、乙醇、甘油、丙酮-丁醇、 淀粉酶*、转化酶*
1920-1940
1940-1950
柠檬酸*、葡萄糖酸*、蛋白酶*、核黄素、山梨糖
青霉素、短杆菌肽、链霉素、金霉素、新霉素 两性霉素、衣康酸、纤维素酶*、 果胶酶*、淀粉酶
1950-1960 谷氨酸、赖氨酸、土霉素、四环素、新生霉 素、红霉素、制霉菌素、卡那霉素、环丝霉 素、庆黄霉素、曲酸、柠檬素、葡萄糖酸、 过氧化氢酶、甾体氧化产物、赤霉素、葡聚 糖、单细胞蛋白、水杨酸
德国人（ 1843～1910）柯赫（Robert Koch）的贡献
（1）细菌纯培养方法的建立； 土豆切面 → 营养明胶 → 营养琼脂（平皿） （2）设计了各种培养基，实现在实验室对各种 微生物的培养； （3）流动蒸汽灭菌； （4）染色观察和显微摄影； （5）具体证实了炭疽杆菌是炭疽病的病原菌； （6）发现了肺结核病的病原菌，（1905年获诺 贝尔奖），证明某种微生物是否为某种疾病病原体 的基本原则。