第一章发酵工程绪论

生物技术专业的同学为什么要学习《发酵工程》？

现代生物技术包括：基因工程、细胞工程、酶工程、发酵工程、蛋白质工程、生化工程。视频生物科学、一二第一页，共28页。第一章绪论第一节课程概论第二节发酵工业第二页，共28页。

“发酵（fermentation）”来自拉丁语“发泡”（ferrere），描述酒类生产中气泡翻腾的情形。后知道发泡是糖转化过程中释放出二氧化碳气体，把发酵定义为糖分解为酒精和二氧化碳的现象。巴斯德认为发酵是微生物在作“无氧呼吸”，如酒精发酵过程是酵母菌在厌氧条件下将原料葡萄糖分解为酒精和二氧化碳。

一、“发酵”的概念

1、“发酵”的起源

第一节课程概论第三页，共28页。

利用微生物的新陈代谢作用，把底物（有机物）转化成中间产物，从而获得某种工业产品。（工业上定义、广义、有氧无氧均可）2、“发酵”定义

视频（奶油）第四页，共28页。发酵流程空气空气净化处理保藏菌种斜面活化扩大培养种子罐主发酵碳源、氮源、无机盐等营养物质灭菌产物分离纯化成品上游工程下游工程发酵工艺过程控制第五页，共28页。

第一节课程概论

发酵工程是研究利用微生物发酵作用为工业大规模生产服务的一门工程技术学科。二、发酵工程定义第六页，共28页。

原料到产品整个过程。

发酵和提纯，发酵为主。

(1)发酵部分:菌种、培养基、发酵机制、发酵工艺过程控制、发酵染菌的防治

(2)提纯部分：下游技术

三、课程研究内容第七页，共28页。

四、课程考核方式平时成绩占60%，期末考试占40%。平时成绩由考勤10%、听课10%、课堂讨论20%、课程论文20%组成。旷课三次（含）以上，平时成绩为0分。第八页，共28页。第二节发酵工业

一、发酵工业发展史

1、自然发酵时期

不知“发酵”为何物，甚至没有“发酵”这个词，但人们一直不自觉地利用发酵现象，认为这是一种神赐予的神秘作用。第九页，共28页。

1676年荷兰科学家列文.虎克用自制的放大率为270倍的简陋显微镜发现了微生物，为揭开发酵的神秘面纱提供了可能。2、纯培养技术建立

(第一个转折期)第十页，共28页。

1859年法国天才生物学家巴斯德通过实验证明了“各种发酵是由于各种特殊微生物作用引起的”，从而发现了发酵原理，将研究的中心转移到了研究微生物生理上。2、纯培养技术建立

(第一个转折期)第十一页，共28页。

巴斯德在食品发酵行业其他主要功绩：实验证明了含糖溶液中发生的酒精发酵是由酵母菌引起的。酒的变质是杂菌污染的结果(酒变酸）。发明巴斯德灭菌法（又称低温加热灭菌法，在62℃下低温灭菌30min。广泛应用于酒、酱油、食醋、牛奶、果汁等食品的灭菌），解决了当时法国酒的变质给酿造业带来的损失。研究和发现了乳酸发酵、醋酸发酵、丁酸发酵等。

其他：提出细菌致病学说(酒变质、蚕死亡）第十二页，共28页。

法国被普鲁士打败后，赔款五十万万法朗。巴斯德仍终日埋头在实验室。他是一个最爱国的人，然而他深信科学可以救国。主要功绩有：(1)发酵是由微生物引起的，染菌是由杂菌引起的：定出做醋酿酒的新法，通过防止变质，挽回巨大损失。(2)传染病是由微生物引起的：教蚕业怎样选种防病，畜牧业怎样防止牛羊瘟疫，注重消毒以减少外科手术的死亡率。

(3)将病原菌减毒，可以生产疫苗：发明了牲畜的脾热瘟疫苗；发明了疯狗咬伤治疗法。英国科学家赫胥黎说：“法国给了德国五十万万法朗的赔款，巴斯德先生一人科学研究成果就足够还清这笔赔款”。巴斯德对科学有绝大的信念，他在国家蒙受奇辱大难的时候，始终不肯放弃他的实验，最终收获了科学救国的奇迹。

小故事：坚持自己的理想八十层楼的故事第十三页，共28页。

1881年德国科赫发明固体培养基，为获得优良的发酵产品提供了可能。（为什么？）固体培养基上才能获得优良纯菌种。1897年，法国布赫纳兄弟发现磨碎了的酵母菌同样有发酵现象。（为什么？）发酵是由酵素（酶）作用引起的。2、纯培养技术建立

(第一个转折期)第十四页，共28页。

通气搅拌好气性发酵工程技术的建立开始于抗生素发酵。1929年，英国的弗莱明发现了青霉菌,并从中抽提出青霉素。1940年，青霉素通过临床试验并大量生产。3、通气搅拌的好气性发酵工程技术建立

(第二个转折期)

菌青霉素第十五页，共28页。小故事：创新思维与伟大的发现1929年，弗莱明在研究金黄色葡萄球菌时，平板上偶然污染了一株青霉，他惊奇地发现青霉菌落周围葡萄球菌不能生长。当时权威性的观点认为这是因为青霉菌的生长消耗了营养，使葡萄球菌饿死了。一直在思考怎样消灭可恶的葡萄球菌（引起伤口溃烂）的弗莱明却敏锐地感到可能是青霉菌分泌了某种物质杀死或抑制了葡萄球菌。沿着这个非常规的设想设计的实验揭示了一个崭新的世界：用一小滴青霉菌培养物滴在正在生长的葡萄球菌平板上，几小时候后，葡萄球菌奇迹般地消失了！这一发现为人类从微生物中寻找医治传染病的生物药物打开了大门。1943年经弗罗里和柴恩的研究，青霉素被提纯出来，制成了抗细菌感染的药物。青霉素的问世挽救了无数人的生命，至今经过改造的青霉素系列药物仍在发挥它杀灭病原细菌的巨大威力。随之而兴起的抗生素工业得到蓬勃发展。科学家敏锐的洞察力、创造性思维和潜心的研究精神是我们学习的楷模。第十六页，共28页。二战中，为了拯救大批伤员，急需大量青霉素，美国政府不惜动用军用飞机，从世界各地采集含青霉菌的土壤以筛选分泌青霉菌种。青霉素终于在1943年问世，自此，青霉素被广泛应用，创造了一个医学奇迹，他击败了战时最可怕的杀手—伤口感染。青霉素对人类最显著贡献是在第二次世界大战规模最大的登陆战——诺曼底战役中，它救治了无数迎着德军炮火登陆而负伤的盟军士兵。1944年，青霉素因治好了英国首相丘吉尔的肺炎而闻名于世。第十七页，共28页。

贫穷善良的苏格兰农夫从粪池里救出一个小男孩，男孩的绅士父亲坚持要酬谢救命之恩，农夫拒。绅士说：让我们签个协议，我带走你的孩子，给他最好的教育，农夫允。农夫的孩子后来发明了青霉素，获得诺贝尔奖。数年后，绅士的儿子得了肺炎，青霉素治好了他。这两个孩子分别是弗莱明和丘吉尔。

小故事：举世无双的回报----弗莱明和丘吉尔第十八页，共28页。原子弹是二战中杀伤力最强的武器，青霉素则是从这个战场拯救生命最多的药物。难怪有人把原子弹、雷达和青霉素并列为二战期间三大科学发明。为表彰这一造福人类的贡献，弗莱明、柴恩、弗罗里于1945年，共同获诺贝尔医学和生理学奖。第十九页，共28页。小故事：滥用抗生素的后果保罗忽然觉得左耳一阵微痒。妻子非要让他去看医生不可。她说：人们往往因不够小心谨慎而酿成大患。医生查看了保罗的耳朵，说：“服用6粒青霉素就可以清除您的症状。”保罗吞下药片。两天后，微痒没有了，左耳像是获得了新生一般。惟一影响他愉快心情的是腹部起了一些红斑，奇痒无比简直无法忍受。保罗找了一位专家。专家看了一眼，跟他说：“这是过敏反应。服用12粒金霉素药丸，几天之后一切就会正常了。”金霉素取得了预期效果：斑点消失了，但也产生了意想不到的副作用，保罗膝盖浮肿，高烧不退。他踉跄地拖着身子去一位资深大夫那里。保罗吃了大夫给的32粒土霉素，高烧与浮肿都退了，但保罗的肾脏出现了致命的疼痛。一名女护士给保罗打了64针链霉素，将他体内的细菌统统消灭干净。在现代化医院的实验室里，众多检查和测试明白无误地表明：虽然在保罗的整个体内连一个活着的微生物都不复存在了，但他的肌肉和神经也遭到了与微生物同样的命运。只有大剂量氯霉素才能挽救保罗的生命。保罗服下了大剂量的氯霉素……结果保罗与世长辞了。保罗在临死时才想起，他左耳的微痒是由一只蚊子的叮咬引起的。视频第二十页，共28页。

进行人工诱变育种，得到适合生产某种产品的突变株，在人工控制条件下培养，可选择性地大量生产人们所需要产品。引进了人工诱变育种与代谢控制发酵新型技术，广泛应用于氨基酸、核苷酸、有机酸和一部分抗生素的发酵生产。4、人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术建立

(第三个转折期)

第二十一页，共28页。

5、发酵动力学、连续化、自动化工程技术的建立(第四个转折期)

发酵过程的基本参数:温度、PH值、罐压、溶解氧、氧化还原电位、空气流量、CO2含量、泡沫等均可用计算机进行自动记录并实施自动程序控制

，大大提高了生产效率。第二十二页，共28页。

6、生物合成和化学合成相结合工程技术建立(第五个转折期)

生物合成与化学合成不是对立的，而是互相促进，两者配合，可以开辟一个新领域，生产过去不能生产的有用物质。在新形势下，生物合成比化学合成更有优势，为什么？

第二十三页，共28页。

本质区别化学工程利用非生物催化剂;发酵工程利用生物催化剂—酶

二、化学工程与发酵工程第二十四页，共28页。酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒）食品工业（酱、酱油、食醋、腐乳、面包、酸乳）有机溶剂发酵工业（酒精、丙酮、丁醇）抗生素发酵工业（青霉素、链霉素、土霉素等）有机酸发酵工业（柠檬酸、葡萄糖酸等）酶制剂发酵工业（淀粉酶、蛋白酶等）氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等）核苷酸类物质发酵工业（肌苷酸、肌苷等）

三、发酵工业范围

第二十五页，共28页。维生素发酵工业（维生素B12、维生素B2等）生理活性物质发酵工业（激素、赤霉素等）名贵医药产品发酵工业（干扰素、白介素等）微生物菌体蛋白发酵工业（酵母、单细胞蛋白）微生物环境净化工业（利用微生物处理废水等）生物能工业（沼气、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等能源物质）微生物治金工业（微生物探矿、治金、石油脱硫等）

三、发酵工业范围（续）第二十六页，共28页。

自主学习：准备课堂学术报告竞赛