发 酵 工 程 Fermentation Engineering

第一章 发酵工程概述

微生物发酵技术 1857年法国化学家、微生物家巴斯德提出了著名的 发酵理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结果。

” 巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用； 酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟；随着科学

技术的发展，可以用加热处理等方法来杀死有害的微生物，防止酒发生质变。 同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培 养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所 需的发酵产品。

微生物的特点 微生物的特点： (1)对周围环境的温度、压强、渗透压、 酸碱度等条件有极大的适应能力 (2)有极强的消化能力 (3)有极强的繁殖能力

发酵工程 发酵：最初来自拉丁文，是指酵母作用于果汁或发芽谷物产生 CO2的现象。 发酵：微生物在无氧时的代谢过程(生物化学)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。 现代意义发酵：利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制 备微生物菌体或其代谢产物的过程统称发酵。泛指利用微生物

制造或生产某些产品的过程

发酵工程定义：发酵工程是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生 产过程的一种新技术。发酵工程的内容包括： 菌种的选育、

培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、 发酵过程

产品的分离提纯等方面。

获得发酵产品的条件

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 精制成产品的方法的设备

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。人为地控制微生物的发酵进程。 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：微生物进行甾体化合物的转化，Glu和Lys

发酵生产。对微生物具有高度专一性的酶反应作为合成手段的一部分加以利用，进行合理的代谢。

开拓发酵原料时期： 石油发酵，醋酸生产谷氨酸 基因工程阶段： 采用酶学的方法，将不同来源的DNA进行体外重组， 再把重组DNA设法转入受体细胞内，并进行繁殖和遗传 下去。人们能够根据自己的意愿将微生物以外的基因 件导入微生物细胞中，从而达到定向地改变生物性状 与功能创新的物种，使发酵工业能够生产出自然界微 生物所不能合成的产物。

发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和 发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分 支，成为一个包括了微生物学、化学工程、

基因工程、 细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科 工程。 现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包， 而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等 多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生 物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、 香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。

Fermentation engineering

发酵工程组成上游工程 UPSTREAM PROCESSES 从广义上讲，由三部分组成： 上游工程、发酵工程、下游工程

下游工程FERMENTATION Process Control

DOWNSTREAM PROCESSES

Fermentation engineering上游工程UPSTREAM PROCESSES - genetics, cell … - inoculums development - media formulation - sterilization - inoculationFERMENTATION Process Control

Fermentation engineering下游工程DOWNSTREAM PROCESSES - product extraction, purification & assay - waste treatment -by product recovery

FERMENTATION Process Control

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

1、生产微生物细胞物质 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。

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。

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。