江南大学发酵工艺及设备课件第一章绪论

1、发酵工艺及设备发酵工艺及设备主讲老师：徐主讲老师：徐 岩岩 教授教授 李江华副教授李江华副教授江南大学生物工程学院江南大学生物工程学院发酵工艺及设备的教学内容发酵工艺及设备的教学内容第一篇第一篇 发酵原理发酵原理 第一章第一章 绪论绪论 第二章第二章 发酵过程的生物学基础发酵过程的生物学基础 第三章第三章 发酵过程的生物化学基础发酵过程的生物化学基础 第二篇第二篇 发酵工程基础及相关设备发酵工程基础及相关设备 第四章第四章 培养基及其制备培养基及其制备 第五章第五章 培养基的灭菌及设备培养基的灭菌及设备 第六章第六章 空气除菌的工艺及设备空气除菌的工艺及设备 第七章第七章 生产菌种的扩大培养及

2、保藏生产菌种的扩大培养及保藏 第八章第八章 发酵过程发酵过程 第九章第九章 工业发酵的染菌及防治工业发酵的染菌及防治 第十章第十章 厌氧发酵设备厌氧发酵设备发酵工艺及设备的教学内容发酵工艺及设备的教学内容第十一章第十一章 通风发酵设备通风发酵设备 第十二章第十二章 发酵产品的提取、精制工艺及设备发酵产品的提取、精制工艺及设备 第三篇第三篇 非常规发酵及发酵经济学非常规发酵及发酵经济学 第十三章第十三章 固定化细胞发酵固定化细胞发酵 第十四章第十四章 基因工程菌发酵基因工程菌发酵 第十五章第十五章 动植物细胞培养动植物细胞培养 第十六章第十六章 固态发酵固态发酵 第十七章第十七章 发酵经济学发酵

3、经济学nPrinciples of Fermentation Technology (Stephen J. Hall, Peter F. Stanbury &Allan Whitaker)nFermentation Biotechnology ( Owen P Ward )nComprehensive Biotechnology (Murray Moo-Young)nManual of Industrial Microbiology & Biotechnology (Arnold L. Demain & Julian E Davies )一、基本概念一、基本概念1，发酵一词的来源“发酵发酵”（

4、Fermentation）一词是拉丁语）一词是拉丁语“沸腾沸腾”（fervere）的派生词，它描述）的派生词，它描述酵母作用于果汁或麦芽浸出液时产生气酵母作用于果汁或麦芽浸出液时产生气泡的现象。产生气泡的现象是由浸出液泡的现象。产生气泡的现象是由浸出液中的糖在缺氧条件下降解而产生的二氧中的糖在缺氧条件下降解而产生的二氧化碳所引起的。化碳所引起的。2，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

5、原为乳酸而获得能量等等。 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。1，代谢产物的类别，代谢产物的类别n初级代谢产物：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。n次级代谢产物：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。3，初级代谢和次级代谢间的关系 1. 生物工程重要的组成部分 发酵工程( Fermenta

6、tion ) 酶工程 (蛋白质工程) (Enzyme engineering & Protein engineering) 基因工程 ( Genetic engineering) 细胞工程 ( Cell engineering )2. 生物工程中 其他技术产业化表达的重要手段 基因工程菌 动植物细胞培养3. 生命科学研究的对象或载体纤维素酶, -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)部分利用基因工程技术研制的产品年 代 产 品18801920 乳酸、面包酵母、乙醇、甘油、丙酮-丁醇 淀粉酶*、转化酶*19201940 柠檬酸*、

7、葡萄糖酸*、蛋白酶*、核黄素、 山梨糖19401950 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19501960 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19601970 葡萄糖异构酶、糖化酶、氨基酰化酶、脂肪酶、乳糖酶、头孢霉素、庆大霉素、林可霉素、利福霉素、万古霉素、核糖霉素、杀稻瘟菌素S、多氧霉素、泰勒霉素、缬氨酸、甾体生物转化物、5-核苷酸、生物杀虫剂、黄原胶19701980 博莱霉素、阿霉素、杀念珠菌

8、素、交杀霉素、西梭霉素、有效霉素、天门冬氨酸、苏氨酸、凝乳酶、右旋糖苷酶、维生素C、木糖醇、苹果酸、长链二元酸、普鲁兰多糖、井岗霉素1980年以后 阿维霉素、苯丙氨酸、环氧乙（丙）烷、丙烯酰胺、聚羟基丁酸酯（PHB）等过 程 催化用酶 产 品 全球产量(吨)水解作用 淀粉葡萄糖苷酶 葡萄糖 102000万 腈水化酶 丙烯酰胺 30000 青霉素酰胺水解酶 青霉素 1000015000拆分作用 乙内酰酶 D-对-羟基苯甘氨酸 100500(有旋光)拆分作用 脱卤酶 (s)-2-氯丙酸 2000(无旋光)氧化作用 山梨醇脱氢酶 L-山梨糖 50000还原作用 -酮还原酶 L-肉碱(Carnitin

9、e) 12000过 程 催化用酶 产 品 全球产量(吨)异构作用 葡萄糖(木糖)异构酶 异构糖 800万C-C合成 丙酮酸脱羧酶 苯乙酰甲醇 300500 色氨酸苯基裂解酶 L-dopa 200非手性 富马酸酶 苹果酸 500前驱物质 天冬氨酸裂解酶 天冬氨酸 400肽合成 嗜热菌蛋白酶 Aspartame 2000 胰蛋白酶 胰岛素 20万途径：1. 微生物（酶促）转化 化学法合成例如：山梨醇 山梨糖 维生素C 发酵法核糖 AZT 半合成抗生素2.化学法生产前体 酶法(微生物)转化例如: 苯丙酮酸+富马酸 L-苯丙氨酸(转氨酶) 色氨酸发酵中添加吲哚(前体) 手性化合物的拆分谷氨酸 1002

10、00m3 最大660m3啤 酒 600m3（露天）柠檬酸 220m3酶制剂 90m3 酵母培养罐 170m3黄酒 200m3酒精 1500m3全国白酒产量（单位：万吨）0 01001002002003003004004005005006006007007008008009009001949194919781978198019801982198219841984198619861988198819901990199219921994199419961996199819982000200020022002年份年份产量产量 1.发酵产品增长快、质量明显提高，在国民经济中起重要作用 新型发酵工业：年产

11、量115万吨；产值150亿；利税50亿。酿酒工业（不包括酒精）：年产量2000万吨左右；产值450亿；利税120亿。2.科技进步，技术水平提高 例如：糖化酶的发酵液酶活力由7000 uml提高至30000-40000 uml；味精和柠檬酸三个主要指标：产酸率、转化率和提取率提高5%左右。3.积极开发新产品 特鲜味精；无水柠檬酸、柠檬酸盐；高温-淀粉酶；纤维素酶； -葡聚糖酶；异淀粉酶等酶制剂；L-苹果酸；L-乳酸；衣康酸；黄原胶; 功能性发酵制品: r-亚麻酸；冬虫夏草；蘑菇、灵芝多糖; 活性肽；红曲色素, 低聚异麦芽糖、果糖、半乳糖、木糖；海藻糖等等。产酸率转化率提取收率国内(平均)8465414892国外12以上55-6090-95主要酶制剂品种发酵水平对比发酵水平m1国内水平国际水平中温淀粉酶400-5001000以上2709碱性蛋白酶15000-20