發(fā)酵工程第一章.pptx

1、 發(fā) 酵 工 程Fermentation Engineering 1學時：48（講授38，實驗10）聯系方式：（M）2第一章緒 論一、發(fā)酵的定義二、發(fā)酵工程三、發(fā)酵工程的范圍（發(fā)酵產品類型）四、發(fā)酵過程的特點五、發(fā)酵工程的發(fā)展史六、發(fā)酵方法的類別與流程七、發(fā)酵工程的意義與展望3本章要求理解并掌握發(fā)酵、發(fā)酵工程、上游工程和下游工程的概念；了解發(fā)酵工程的發(fā)展歷程；熟悉發(fā)酵工程的特點、應用及內容 4一、發(fā)酵的定義1、傳統發(fā)酵2、生化和生理學意義的發(fā)酵3、工業(yè)上的發(fā)酵51、傳統發(fā)酵來源于拉丁文“fervere（發(fā)泡）”描述酵母菌作用于果汁或麥芽汁產生氣泡的現象（沸騰現象）酵母在厭氧條件下分解糖產生62

2、、生化和生理學意義的發(fā)酵(狹義的發(fā)酵)指微生物在無氧條件下，分解各種有機物質產生能量的一種方式，或者更嚴格地說，發(fā)酵是以有機物作為電子受體的氧化還原產能反應。如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產生酒精并放出CO2。73、工業(yè)上的發(fā)酵（廣義的發(fā)酵）泛指通過大規(guī)模培養(yǎng)微生物來制造或生產某些產品的過程 包括：(1) 厭氧培養(yǎng)的生產過程，如酒精，乳酸等。(2) 通氣（有氧）培養(yǎng)的生產過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等。產品有細胞代謝產物，也包括菌體細胞、酶等8二、發(fā)酵工程 1、定義 采用現代化工程技術手段，利用微生物的某些特定功能，為人類生產有用的產品，或直接把微生物應用于工業(yè)生產過程的一種新技術。9發(fā)酵

3、已經從過去簡單的生產酒精類飲料、生產醋酸和發(fā)酵面包發(fā)展到今天成為生物工程的一個極其重要的分支，成為一個包括了微生物學、化學工程、基因工程、細胞工程、機械工程和計算機軟硬件工程的一個多學科工程?，F代發(fā)酵工程不但生產酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產胰島素、干擾素、生長激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物，生產天然殺蟲劑、細菌肥料和微生物除草劑等農用生產資料，在化學工業(yè)上生產氨基酸、香料、生物高分子、酶以及維生素和單細胞蛋白等。 10適宜的微生物保證或控制微生物進行代謝的各種條件進行微生物發(fā)酵的設備精制成產品的方法的設備2、獲得發(fā)酵產品的條件11 發(fā)酵工程 發(fā)酵工藝控制、產生大量代謝產物（或菌體）上

4、游工程菌種選育、擴大培養(yǎng)等下游工程發(fā)酵產物的分離、提取、精制（或者菌體的收集）3、發(fā)酵工程組成從廣義上講，由三部分組成：上游工程、發(fā)酵工程、下游工程12三、發(fā)酵工程的范圍（發(fā)酵產品類型）1、發(fā)酵食品2、以微生物細胞為產物3、以微生物酶為產品4、以微生物代謝產物為產品5、生物轉化或修飾化合物6、微生物特殊機能的利用13包括發(fā)酵主食品：面包，饅頭發(fā)酵副食品：豆腐乳，泡菜發(fā)酵調味品：醋，醬油發(fā)酵乳制品：酸奶、奶酪1、發(fā)酵食品Cheese，芝士142、生產微生物細胞物質定義：是以獲得具有多種用途的微生物菌體細胞為目的的產品的發(fā)酵工業(yè)，包括單細胞的酵母和藻類、擔子菌，生物防治的蘇云金桿菌以及人、畜防治疾

5、病用的疫苗等。特點：細胞的生長與產物積累成平行關系，生長速率最大時期也是產物合成速率最高階段，生長穩(wěn)定期產量最高。153、微生物酶發(fā)酵酶的特點：易于工業(yè)化生產，便于改善工藝提高產量。分類：胞內酶 和胞外酶生物合成特點：需要誘導作用，或遭受阻遏、抑制等調控作用的影響，在菌種選育、培養(yǎng)基配制以及發(fā)酵條件等方面需給予注意。例如：淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶、果膠酶、糖化酶等。164、微生物代謝產物發(fā)酵包括初級代謝產物、中間代謝產物和次級代謝產物。對數生長期形成的產物是細胞自身生長所必需的，稱為初級代謝產物或中間代謝產物。如氨基酸、核苷酸、蛋白質、核酸等。各種次級代謝產物都是在微生物生長緩慢或停止生長時期即

6、穩(wěn)定期所產生的，來自于中間代謝產物和初級代謝產物。如抗生素、生物堿、細菌素、植物生長因子等。175、微生物的生物轉化定義：是利用生物細胞對一些化合物某一特定部位（基團）的作用，使它轉變成結構相類似但具有更高經濟價值的化合物。最終產物是由微生物細胞的酶或酶系對底物某一特定部位進行化學反應而形成的。包括脫氫、氧化、羥基化、脫水、縮合、脫碳、氨基化、脫氨和異構化。186、微生物特殊機能的利用利用微生物消除環(huán)境污染（農藥殘留降解、海面石油清理等）利用微生物發(fā)酵保持生態(tài)平衡（秸稈還田）微生物濕法冶金利用基因工程菌株開拓發(fā)酵工程新領域19金屬的細菌瀝濾低品位銅礦礦渣再生浸礦劑細菌+O2CuSO4Cu溶礦置

7、換H2SO4 + Fe2(SO4)3Fe SO4 + S鐵屑Fe SO4氧化亞鐵硫桿菌：將Fe2+ 氧化成Fe3+ ，硫和低價硫化物氧化成硫酸201、發(fā)酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他農副產品為主，只要加入少量的有機和無機氮源就可進行反應?？梢岳脧U水和廢物等作為發(fā)酵的原料進行生物資源的改造和更新。2、微生物菌種是進行發(fā)酵的根本因素，通過變異和菌種選育，可以獲得高產的優(yōu)良菌株并使生產設備得到充分利用，也可以因此獲得按常規(guī)方法難以生產的產品。四、發(fā)酵過程的特點213、發(fā)酵過程一般來說都是在常溫常壓下進行的生物化學反應，反應安全，要求條件簡單。4、發(fā)酵對雜菌的污染的防治至關重要。反應必需在無菌條

8、件下進行。5、由于生物體本身所具有的反應機制，能夠專一地和高度選擇性地對某些較為復雜的化合物進行特定部位地氧化、還原等化學轉化反應，也可以產生比較復雜的高分子化合物。226 、發(fā)酵過程是通過生物體的自動調節(jié)方式來完成的，反應的專一性強，因而可以得到較為單一的代謝產物。7、除利用微生物外，還可以用動植物細胞和酶，也可以用人工構建的遺傳工程菌進行反應。23發(fā)酵的不足產物濃度不是很高，需提純；產物與副產物混雜在一起，需精制；微生物原料多為碳水化合物，與人類爭奪糧食；反應過程比化學反應緩慢。24第一階段（1900年前）五、發(fā)酵工程的發(fā)展史主要產品：、酒精、醋18世紀早期開始第一次大規(guī)模釀酒19世紀中期

9、asteur證實了酵母菌在酒精發(fā)酵過程中的必要作用，由此建立了純培養(yǎng)技術19世紀后期，德國人Buchner進一步發(fā)現磨碎的酵母仍能使糖發(fā)酵，并將此具有發(fā)酵能力的物質稱為“酶”，至此，發(fā)酵現象的真相才被人們了解19世紀后期有人開始嘗試純培養(yǎng)方法在發(fā)酵中的應用最初由天然微生物菌群緩慢氧化而生成，19世紀后期人們嘗試用巴斯德法滅菌，然后以10優(yōu)質醋作為接種劑，還能起到抗污染的作用25第二階段（1900年1940年）主要產品（大多是微生物的初級代謝產物）：、酵母細胞：面包酵母作為戰(zhàn)爭期間的食品供給、丙酮-丁醇：第一個真正意義上的無菌發(fā)酵、淀粉酶、檸檬酸、乳酸26第三階段（1940年至今）主要產品（大多

10、是微生物的次級代謝產物）：青霉素：新技術帶動其他次級代謝產物（如抗生素、維生素、赤霉素、氨基酸）及初級代謝產物（酶和類固醇）行業(yè)的迅猛發(fā)展1928年，leming發(fā)現了青霉素，但由于產量低，結構復雜，性能不穩(wěn)定，未投入生產；隨著二戰(zhàn)爆發(fā)，對抗感染藥物需求量增大，青霉素生產研究重新提上日程；通過改造菌種、改良通氣液體發(fā)酵設備、改進產品提取方法等新型發(fā)酵技術使青霉素產量大大提高。27第四階段（1960年至今）生產微生物細胞用作飼料蛋白價格低廉提高產量連續(xù)培養(yǎng)大量空氣高質量發(fā)酵罐和流加培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌技術壓力噴射和壓力循環(huán)罐的發(fā)展28第五階段（1979年至今）體外遺傳操作技術出現改造微生物基因組提高傳統發(fā)酵產品的產量產生通常由高等生物細胞產生的化合物人胰島素下表為一些正在開發(fā)或已開始生產的DNA重組技術產品29醫(yī)藥產品（包括畜用產品）干擾素（IFN）包括白細胞干擾素，成纖維細胞干擾素和免疫干擾素胰島素生長激素及其相關因子淋巴細胞活素血纖維蛋白溶解劑疫苗，包括腺病毒、霍亂、腦炎、乙型肝炎、流感、骨髓灰質炎、狂犬、瘧疾等胸腺素白蛋白血因子促紅細胞生長素促血小板生長素降血鈣素絨毛促性腺激素絕經期促性腺激