第一章 发酵总论课件

发酵工程

刘琳E-mail:第一章发酵总论几点要求1，上课时关闭手机；2，不要交头接耳；3，不要看与本课程无关的材料，如英语等。成绩考核方法：考勤：10分；平时：20分；理论成绩：70分；第一章发酵总论发酵在人类生活中的作用？食品工业—

丰富饮食文化，提高生活质量。如调料、酒、多种保健品。医药工业—

抗生素、维生素、氨基酸、葡萄糖、胰岛素。化学工业—

丙烯酰胺作为絮凝剂、土壤调节剂的配料，纸浆胶料；各种香料和长链脂肪酸等。能源开发的新途径—

纤维素乙醇；废弃物沼气。第一章发酵总论生物质能源

估计地球上绿色植物每年大约净产有机物

15-20×1010

吨，其中纤维素占30-50%第一章发酵总论3000吨纤维乙醇项目,利用秸秆类纤维质原料生产乙醇成为现实，也意味着用于生产乙醇的粮食类原料将可以得到节省。第一章发酵总论第一章总论

一、发酵的基本概念二、发酵工业的沿革三、发酵工业的范围四、发酵工业的特点与分类五、发酵工业的生产流程第一章发酵总论1、发酵？最初的发酵：

酵母作用于果汁或发芽谷物产生CO2的现象。巴斯德的发酵定义：厌氧条件下，原料糖经酵母等生物细胞作用进行分解代谢、向菌体提供能量，从而得到原料分解产生酒精和CO2的过程。生物化学家的发酵定义：有机化合物进行分解代谢释放能量的过程。一、发酵的基本概念第一章发酵总论发酵:

利用生物细胞（含动物、植物和微生物），在合适的条件下，经特定的代谢途径转变成所需产物或菌体的过程。

工业微生物学家的发酵定义：利用培养微生物制得产物的需氧或厌氧的任何过程。

第一章发酵总论2、发酵工程？第一章发酵总论生物工程：以生物科学和生物技术为基础，结合化学工程、机械工程、控制工程、环境工程等工程科学，研究和发展利用生物体系或其中的一部分生产有益于社会的产品或达到一定社会目标的过程工程科学。生物工程的主要任务：促进和实现生命科学实验室成果向应用领域转化。生物工程的基础知识为细胞生长和目标产物积累创造最好的条件，研究开发最合适的工艺路线和设备，实现工业化生产以满足社会需要。第一章发酵总论

生物技术：

应用自然科学和工程学的原理，依靠生物催化剂的作用将物料进行加工以提供产品或为社会服务的技术。生物催化剂细胞（微生物、动物或植物）酶游离固定化游离固定化活细胞（增殖细胞）灭活细胞（休止细胞）生物技术的3个特点：1、多学科、综合性的科学技术；2、反应需要生物催化剂参与；3、最后的目的是建立工业生产过程或进行社会服务。第一章发酵总论

基因工程发酵工程酶工程细胞工程1、基因工程利用基因体外重组技术，构建出新型的微生物菌株、培育出新的动植物品种或是使其具有优良性状。

生物工程的研究领域第一章发酵总论

2、酶工程研究酶的分离、提纯，以及利用酶作为生物催化剂，实现化学转化，合成各种产物或达到人类所需社会目标的工程科学。酶工程技术范围：自然酶的开发和生产、酶的分离纯化技术、酶的修饰改造技术、酶的固定化技术、酶反应器的开发。第一章发酵总论3、细胞工程以细胞为基本单位，在离体条件下进行培养、繁殖，或通过人为改变，获得新个体或有用物质的过程。

第一章发酵总论

发酵工程发酵工程是利用微生物、动植物细胞和基因工程菌在人工生物反应器（发酵罐）中培养而获得产物的工业过程。

发酵工程？第一章发酵总论基因工程、细胞工程

酶工程发酵工程

产

品生物工程各研究领域相互关系发酵工程是生物工程的重要组成部分生物反应器生物分离工程新性状菌株或细胞第一章发酵总论生物反应器生物化学反应进行的场所，提供微生物最优生长、最优形成产物的可控系统和环境。生物分离工程将生化反应与化学工程相结合，采用适当的分离纯化技术，使产品达到一定的纯度。第一章发酵总论3、发酵工程的组成FERMENTATIONProcessControlFermentationengineering上游工程UPSTREAMPROCESSES下游工程DOWNSTREAMPROCESSES从广义上的组成：

上游工程、发酵、下游工程第一章发酵总论FermentationengineeringUPSTREAMPROCESSES-优良菌种的选育-最适发酵条件的确定营养物的准备上游工程FERMENTATIONProcessControl第一章发酵总论Fermentation

engineering在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。-无菌生长环境-控制加料-种子培养和生产培养的工艺技术

FERMENTATIONProcessControl发酵第一章发酵总论FermentationengineeringDOWNSTREAMPROCESSES

固液分离技术-细胞破壁技术蛋白质纯化技术包装处理技术

下游工程FERMENTATIONProcessControl从发酵液中分离纯化产品的技术第一章发酵总论4、发酵工业发酵工业，就是利用生物的生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工（生物化学反应过程），获得产品的工业。其主体是利用微生物进行生化反应的工业。第一章发酵总论二、发酵工业的历史沿革1．天然发酵阶段

2．纯培养技术的建立

3．通气搅拌发酵技术的建立

4．代谢控制发酵技术

5.基因工程阶段

6．现代发酵工程技术第一章发酵总论1、天然发酵阶段

主要产品有各种饮料酒、酒精、酱、酱油、醋、干酪、酸乳及酵母等。特点：手工作坊或家庭式生产；非纯种培养；凭经验传授技术；产品质量不稳定；产品为厌氧发酵产品。第一章发酵总论二、发酵工业的沿革古罗马人搬运葡萄酒的情景（上）汉代砖刻上的酿酒图（右上）战国时期的盛酒铜器和其中的酒（右）第一章发酵总论2、纯培养技术的建立19世纪末到20世纪30年代安东尼·列文.虎克路易·巴斯德柯赫布赫纳(Buchner)

汉逊(Hansen)第一章发酵总论1680年，荷兰博物学家安东尼·列文虎克发明显微镜（放大倍数270倍），人类历史上第一次看到大量活的微生物。安东尼·列文·虎克第一章发酵总论路易·巴斯德法国,路易·巴斯德1822-1895年彻底否定“自生说”学说免疫学－预防接种证实发酵是由微生物引起的提出巴斯德消毒法等巴斯德也因此被人们誉之为“发酵之父”。第一章发酵总论利斯特·柯赫德国柯赫1843-1910年提出了柯赫法则配制培养基技术固体培养基分离纯化技术单种微生物（细菌）的分离和纯培养技术第一章发酵总论1872年，英国的布雷菲尔德创建了霉菌纯培养技术；丹麦的汉逊(Hansen)建立了啤酒酵母的纯种培

养方法。因此，人类开始了人为地控制微生物的发酵进程，从而使发酵的生产技术得到巨大的改良，提高了产品的稳定性。第一章发酵总论1897年法国的布赫纳1907年获诺贝尔化学奖。发酵过程是由酶催化的一系列化学反应。布赫纳第一章发酵总论主要产物：酵母菌体、甘油、柠檬酸、乳酸和丙酮丁醇等。

主要进展：补料分批培养法：发酵过程中逐步补加培养基成分，防溶氧受限和其它有毒物质的影响。建造了低碳钢制造的圆柱形发酵罐，采用加压蒸汽灭菌和无菌接种技术，又建立了纯种培养新技术。

主要技术进展第一章发酵总论3、通气搅拌发酵技术的建立1928年英国细菌学家弗莱明发现青霉素。第一章发酵总论3、通气搅拌发酵技术的建立上世纪40年代初二战爆发的迫切需要，青霉素迅速形成工业大规摸生产。主要的技术进展抗杂菌污染的纯种培养技术：无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封；通气搅拌解决了液体深层培养的供氧问题；严格控制培养温度、pH、通气量、营养物的供给。第一章发酵总论大型发酵罐搅拌装置第一章发酵总论深层培养法和操作技术，除青霉素外，以后微生物各种酶制剂、柠檬酸、维生素、氨基酸和甾类化合物的发酵转化，都采用这种方法。

第一章发酵总论4、代谢控制发酵技术代谢控制发酵选育微生物突变株，从DAN分子水平上，控制微生物的代谢途径，进行最合理的代谢，积累大量的有用发酵产物的技术。目前比较成熟的技术：氨基酸的代谢控制发酵。第一章发酵总论天冬氨酸中间产物Ⅰ天冬氨酸激酶中间产物Ⅱ甲硫氨酸苏氨酸高丝氨酸赖氨酸高丝氨酸脱氢酶可以大量积累不能合成人工诱变的菌种不能产生人工控制黄色短杆菌生产赖氨酸第一章发酵总论5、基因工程阶段基因工程和细胞工程，产生的工程菌和新菌株，能够发酵生产原来微生物不能生产的产物和新的有用物质，如胰岛素、干扰素等。发酵工程已经扩展到动植物细胞领域。第一章发酵总论传统发酵技术

现代发酵技术抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、生物农药、生物肥料、基因工程菌发酵、基因工程药物、疫苗及抗体产品等酒、醋的酿造发酵工业第一章发酵总论现代发酵工程是以天然生物体和人工修饰的生物体为加工对象，集现代化高新技术为一体，生产产品或服务于人类社会的一种工程技术。现代发酵工业发酵工程现代发酵工程操作对象微生物天然微生物菌株、变异微生物菌株、基因工程菌、动植物细胞株、细胞融合体无菌概念排杂菌（单向）生物体不逸出（双向）培养装置发酵罐新型生物反应器第一章发酵总论思考题什么是发酵?什么是发酵工程，发酵工业？什么是生物催化剂？生物工程都有哪些研究领域？他们的关系是怎样的？4.现代发酵技术与传统发酵技术的区别是什么？发酵：利用生物细胞（含动物、植物和微生物），在合适的条件

下，经特定的代谢途径转变成所需产物或菌体的过程。发酵工程：利用微生物、动植物细胞和基因工程菌在人工生物反应器（发酵罐）中培养而获得产物的工业过程。发酵工业：利用生物的生命活动产生的酶，对无机或有机原料进行酶加工（生物化学反应过程），获得产品的工业。第一章发酵总论三、发酵工业的范围1．微生物菌体发酵

2．微生物酶发酵

3．微生物代谢产物发酵

4．微生物的生物转化发酵

5．微生物特殊机能的利用第一章发酵总论1、微生物菌体发酵

以获得多种用途菌体为目的的发酵。细胞的生长与产物积累成平行关系。三、发酵工业的范围2、微生物酶发酵

生物合成特点：酶的产生受到微生物的严格调节控制。在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面需给予关注。

传统菌体发酵（面包酵母、单细胞蛋白）药用真菌为主的菌体发酵（虫草头孢菌）生物防治剂的微生物菌体（苏云金杆菌）第一章发酵总论3、微生物代谢产物发酵

初级代谢产物次级代谢产物三、发酵工业的范围4、微生物生物转化发酵

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。包括脱氢、氧化、脱水、缩合、脱羧、异构化等。优点：结构位置特异性、反应特异性、立体特异性强。第一章发酵总论三、发酵工业的范围5．微生物特殊机能的利用

利用微生物消除环境污染微生物湿法冶金第一章发酵总论第一章发酵总论金属的细菌沥滤（细菌冶金）氧化硫硫杆菌

Thiobacillusthiooxidans氧化亚铁硫杆菌Thioba