发酵基础知识

演讲人：日期：发酵基础知识目录CONTENTS发酵概述发酵基本原理发酵微生物学基础发酵工艺及设备发酵过程控制与优化发酵产品后处理及应用01发酵概述发酵定义发酵是微生物在有氧或无氧条件下，通过生命活动制备菌体本身或代谢产物的一种生物化学反应过程。发酵特点发酵过程以微生物为主体，具有易受环境（如温度、湿度、pH值等）影响、产物多样、反应条件温和等特点。发酵定义与特点发酵技术的未来发展趋势发酵技术将继续与其他领域（如基因工程、细胞工程等）相结合，实现高产、优质、低能耗的发酵过程。古代发酵人类利用发酵技术历史悠久，如酿酒、制醋、制酱等，但当时对发酵原理并不了解，属于经验积累。现代发酵技术随着微生物学、生物化学等学科的发展，人们开始深入研究发酵原理，并应用于工业生产中，如抗生素、有机酸、酶制剂等的生产。发酵历史与发展如酿造酒、酱油、醋、酸奶等食品，以及制作面包、馒头等发酵面制品。食品工业如生产有机酸、氨基酸、酶制剂、维生素等生物制品，以及利用发酵过程处理工业废水、废气等。生物和化学工业如生产抗生素、维生素等药物，以及利用发酵技术制备微生物制剂、生物疫苗等。医药工业发酵应用领域02发酵基本原理糖类代谢蛋白质代谢微生物代谢途径微生物通过核酸酶将核酸分解为核苷酸，进而参与代谢途径。04微生物通过糖解作用、柠檬酸循环等途径将糖类转化为能量和代谢产物。01脂类被微生物分解为脂肪酸和甘油，再经过β-氧化等过程转化为能量和代谢产物。03微生物利用蛋白酶将蛋白质分解为氨基酸，再进一步代谢为能量和其他物质。02脂类代谢核酸代谢有氧发酵在氧气充足的条件下，微生物进行有氧呼吸，将有机物完全氧化为二氧化碳和水，同时释放大量能量。无氧发酵在无氧条件下，微生物进行无氧呼吸，通过发酵作用将有机物转化为酒精、乳酸等产物，同时产生少量能量。有氧与无氧发酵过程发酵产物类型及用途酒精饮料如啤酒、果酒、白酒等，是利用酵母菌无氧发酵产生的酒精和风味物质制成的。乳制品如酸奶、奶酪等，是通过乳酸菌发酵产生的乳酸和其他物质制成的，具有特殊的风味和质地。面包和糕点利用酵母菌发酵产生的二氧化碳使面团膨胀，制成的面包和糕点具有松软多孔的结构。调味品和食品添加剂如酱油、醋、味精等，是利用发酵过程中产生的酸味、鲜味等物质制成的调味品或食品添加剂。03发酵微生物学基础酵母菌是兼性厌氧菌，在有氧和无氧条件下都能够生存，在酒精发酵和面包制作等过程中发挥重要作用。乳酸菌是厌氧菌，能够发酵糖类产生乳酸，对于食品发酵和肠道健康具有重要作用。霉菌在食品和工业生产中广泛应用，如生产有机酸、酶制剂和抗生素等。细菌在发酵过程中产生有机酸、酒精和其他代谢产物，对食品风味和品质有重要影响。常见发酵微生物种类及特性酵母菌乳酸菌霉菌细菌环境胁迫微生物在面临不利环境时会发生应激反应，这些反应可能会影响其生长和代谢，进而影响发酵产物的质量和产量。微生物生长曲线微生物在特定环境下生长繁殖的曲线，包括延迟期、对数期、稳定期和衰亡期等阶段。培养条件优化通过调节温度、pH值、氧气含量、营养物质等培养条件，可以优化微生物的生长和繁殖，提高发酵效率。微生物生长曲线与培养条件优化利用物理、化学等因素诱导微生物基因突变，筛选出具有优良性状的突变株。诱变育种通过基因工程技术将外源基因导入微生物体内，使其获得新的性状或增强某种功能。基因工程育种将两个或多个不同种属的微生物细胞融合，形成杂种细胞并筛选出具有优良性状的融合子。细胞融合育种微生物遗传育种技术01020304发酵工艺及设备原料选择与处理根据发酵产物的需求，合理搭配各种原料的比例，调节营养成分、pH值、温度等条件，为微生物的生长和代谢提供适宜的环境。配料与调整营养物质添加在原料中添加必要的营养物质，如氮源、碳源、无机盐、维生素等，以满足微生物生长和代谢的需要。选择适宜的原料，进行粉碎、筛选、浸泡、蒸煮等预处理操作，以提高原料的利用率和发酵效率。原料预处理与配料技术灭菌、除菌及空气净化技术采用高温、高压、化学消毒剂或辐射等方法，杀死原料和设备中的杂菌和有害微生物，保证发酵过程的纯净和稳定。灭菌方法利用过滤、离心、沉淀等方法，去除原料和发酵液中的杂菌和悬浮物，提高发酵液的纯度和质量。除菌技术通过空气净化系统，将空气中的微生物、尘埃等污染物过滤掉，保证发酵环境的洁净和卫生。空气净化发酵罐类型根据发酵工艺的要求和产物的特性，选择合适的发酵罐类型，如机械搅拌通风发酵罐、气升式发酵罐、静态发酵罐等。操作条件控制发酵过程监测发酵罐类型选择及操作策略根据微生物的生长和代谢规律，合理控制发酵过程中的温度、pH值、溶解氧等条件，使微生物处于最佳的生长状态，提高发酵效率和产物质量。通过在线监测和离线检测相结合的方式，对发酵过程中的关键参数进行实时监测和分析，及时发现问题并采取措施进行调整和优化。05发酵过程控制与优化温度是影响微生物生长和代谢产物合成的重要因素，必须实时监测和调节，以保证微生物处于最佳生长状态。pH值对微生物的生长和产物合成有重要影响，需要实时监测并调节，确保微生物在适宜pH范围内生长。对于需氧微生物，溶解氧浓度是影响其生长和代谢的关键因素之一，需进行实时监测和调节。底物浓度过高会抑制微生物生长，过低则会影响产物合成，因此需要实时监测和调节。关键参数监测与调控方法温度pH值溶解氧底物浓度描述微生物在特定环境条件下的生长繁殖规律，用于预测微生物数量变化。微生物生长模型描述微生物在发酵过程中产物的合成速率和产量，用于优化发酵工艺条件。产物合成模型描述微生物在发酵过程中对底物的消耗情况，为补料策略提供指导。底物消耗模型发酵动力学模型构建及应用优化发酵工艺条件通过调节温度、pH值、溶解氧等环境参数，提高产物合成速率和产量。筛选高产菌株通过诱变育种、基因工程等手段，筛选出具有高产特性的微生物菌株。补料策略根据底物消耗情况，适时补加新鲜底物，以保持微生物的生长活力和产物合成能力。发酵后处理对发酵液进行分离、提纯等后处理，以提高产物的质量和纯度。提高产物产量和质量途径06发酵产品后处理及应用产物分离纯化技术细胞破碎通过机械破碎或化学方法，使微生物细胞壁破裂，释放胞内产物。初步分离利用物理、化学方法将产物与培养基、菌体等杂质进行初步分离。纯化通过层析、结晶、电泳等方法对产物进行进一步的分离和纯化，得到高纯度的产品。浓缩与干燥将纯化后的产物进行浓缩和干燥处理，以便于储存和运输。生物学活性测定通过细胞实验、动物实验等方法，测定产品的生物学活性，如抗菌活性、酶活性等。稳定性研究研究产品在不同条件下的稳定性，如温度、pH值、光照等因素的影响。安全性评估对产品的安全性进行评估，包括急性毒性、遗传毒性、致癌性等方面的测试。理化性质分析对产品的理化性质如成分、纯度、溶解度、旋光度、折射率等进行测定和分析。产品性质鉴定和质量评估发酵工程在医药行业有着广泛的应用，如抗生素、维生素、氨基酸等药物的生产。医药行业通过发酵技术可以生产生物柴