第一讲 发酵概论课件

周华南京工业大学药学院第一讲发酵工程概论制药工程专业课《发酵与酶工程》第一讲发酵概论发酵工程定义严格的无菌生长环境：发酵原料、发酵设备的无菌；无菌空气的提供；(2)种子培养和发酵培养一般采用不同的工艺技术；(3)由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题；

在最适发酵条件下，利用发酵罐大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术第一讲发酵概论关键：利用微生物为载体

发酵工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌；

微生物的优点：

(1)对周围环境因素（温度、渗透压、酸碱度等）

的极强适应能力；(2)有极强的消化能力；(3)有极强的繁殖能力；第一讲发酵概论发酵工程的应用

医药工业：抗生素、胰岛素、疫苗、干扰素等；食品工业：氨基酸、多糖、饮料、酒类；能源工业：生物汽油、生物燃气、生物制氢；化学工业：大宗化学品、生物塑料、生物絮凝剂等冶金工业：微生物冶金；农畜牧业：微生物饲料、生物杀虫剂环境保护：有毒化合物降解，废水、废渣生物处理第一讲发酵概论发酵工程的地位

生物技术的组成：基因工程、蛋白质工程、细胞工程酶工程、发酵工程和生化工程生物技术的上游：基因工程、蛋白质工程、细胞工程生物技术的中游：酶工程和发酵工程生物技术的下游：生化工程

发酵工程的关键作用：生物技术的重要组成部分，生物技术产业化的重要环节；第一讲发酵概论一、发酵的定义1、传统发酵（酒的制造）2、生化和生理学意义的发酵

以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应；3、工业上的发酵

泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程；1)厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。2)通气（好氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸等；第一讲发酵概论二、发酵工业定义：是指利用生物的生命活动产生的酶，无机或有机原料进行酶加工，获得产品的工业。适宜的微生物；保证或控制微生物进行代谢的各种条件；进行微生物发酵的设备；产品的精制方法和设备；第一讲发酵概论三、发酵工业的发展历史天然发酵阶段；纯培养技术的建立：巴斯德，科赫等，人为地控制生物的发酵进程通气搅拌发酵技术的建立：

青霉素的生产——深层培养代谢控制发酵技术：甾体化合物的转化，Glu和Lys

发酵生产；基因工程发酵阶段：利用DNA重组技术将外源基因导入细胞，改变生物性状与功能，使微生物能够合成出新产物；第一讲发酵概论四、发酵工业的应用范围1、以微生物细胞为产物的发酵工业2、以微生物代谢产物为产品的发酵工业3、以微生物酶为产品的发酵工业4、生物转化或修饰化合物的发酵工业5、微生物废水处理和其他第一讲发酵概论微生物产物：微生物细胞，酶，药物活性物质，特殊化学物质和食品添加剂第一讲发酵概论1、微生物细胞(菌体）发酵定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的的产品的发酵工业，包括单细胞的酵母和藻类、担子菌，生物防治的苏云金杆菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率最高阶段，生长稳定期产量最高。第一讲发酵概论2、微生物酶发酵酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高产量。分类：胞内酶和胞外酶生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑制等调控作用的影响，在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面需给予注意。实例：纤维素酶、－淀粉酶，蛋白酶等第一讲发酵概论3、微生物代谢产物发酵包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢产物。各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来自于中间代谢产物和初级代谢产物。实例：抗生素、有机酸、氨基酸等第一讲发酵概论4、微生物的生物转化定义：是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位（基团）的作用，使它转变成结构相类似但具有更在经济价值的化合物。最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某一特定部位进行化学反应而形成的。实例：利用菌体将乙醇

乙酸；异丙醇

丙醇；甘油

二羟丙酮；葡萄糖

葡萄糖酸；山梨醇

山梨糖；甾类转化；抗生素的生物转化第一讲发酵概论5、微生物特殊机能的利用利用微生物消除环境污染利用微生物发酵保持生态平衡微生物湿法冶金利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域第一讲发酵概论发酵工业行业分类发酵食品有机酸氨基酸核酸类物质酶制剂医药工业（抗生素…）饲料工业（单细胞蛋白环境工程（废物处理）其它（冶金工业…）

FermentationIndustry

FermentedFoodsOrganicAcidsAminoAcidsNucleotidesEnzymesPharmaceutical(Antibiotics…)Feedstuff(eg.SCP)EnvironmentalApplication(WasteTreatment)Others(eg.Metallurgicalindustry)第一讲发酵概论五、发酵的类别与流程1、发酵的类别：

根据对氧的需要区分：厌氧和好氧发酵根据培养基物理性状区分：液体和固体发酵根据从微生物生长特性区分：分批发酵和连续发酵

第一讲发酵概论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2.工业发酵步骤和工艺流程第一讲发酵概论(1)用作培养菌种及扩大生产的发酵罐的培养基的配制(2)培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌(3)将已培养好活性纯菌株以一定量转接到发酵罐中(4)将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成代谢产物(5)将产物抽提并进行精制，以得到合格的产品(6)回收或处理发酵过程中产生的废物和废水第一讲发酵概论菌种筛选摇瓶试验发酵罐试验第一讲发酵概论2.1发酵原料的预处理原料不同处理方法也有所差异：1）淀粉——利用前需变成糊精或葡萄糖方法：酸水解（高压、耐酸）、酶水解法2）糖蜜——加热杀菌和用水冲稀，也可加酸处理后再补充无机盐3）碳氢化合物：石油脱蜡——一定馏分的石油经冷却脱蜡而获得的凝固点在-10℃的油，加入适量无机盐进行接种发酵第一讲发酵概论2.2菌种斜面培养菌种：已有的优良生产菌种和选育的新菌种方法：一般都是由保存于冷冻管及砂土管或冰箱中的斜面菌种开始，在正式使用前要先转接到新鲜斜面培养基上活化后，再用于种子扩大培养。第一讲发酵概论2.3种子扩大培养扩大培养的方法可以根据需要采用固体培养或液体培养两级不同方式。固体种子扩大培养一般采用传统的制曲工艺，一般先用克氏瓶或匣子瓶进行扩大，再转接到曲盘扩大培养。

需氧微生物：将培养的菌种接到装有液体培养基的三角瓶中，在摇床上振荡培养。

厌氧微生物：将有菌种的试管斜面或克氏瓶转接到三角瓶液体培养基中静置培养。第一讲发酵概论2.4微生物发酵和控制发酵方式可分为固体发酵和液体发酵两种。固体发酵：适合于传统发酵工艺及用来生产比较简单的产品。液体深层发酵：适合于大规模工业化生产。

影响发酵的因素很多，如温度、pH、通风、搅拌、罐压力等等，必须适当地控制影响发酵的各种条件，掌握发酵的动态，并进行杂菌的检查和产物测定，使整个发酵过程顺利进行。第一讲发酵概论2.5发酵产物的分离提取利用菌体：离心沉淀或板框压滤法使菌体与醪液分开，也可以用喷雾干燥法直接做成粉剂。酒精：发酵醪蒸馏塔蒸馏；抗菌素及有机酸：根据产物的不同特性，采用离子交换树脂吸附处理、脱色过滤、减压浓缩等方法提取精制。获得的产物都要按照有关部门制定的国家标准进行质量检验和性能测定，符合要求后才为合格产品。第一讲发酵概论六、发酵工业的发展展望利用遗传工程等先进技术人工选育和改良菌种；采用发酵技术进行高等动植物细胞