第一章 發(fā)酵總論課件

發(fā)酵工程

劉琳E-mail:第一章發(fā)酵總論幾點(diǎn)要求1，上課時(shí)關(guān)閉手機(jī)；2，不要交頭接耳；3，不要看與本課程無關(guān)的材料，如英語等。成績考核方法：考勤：10分；平時(shí)：20分；理論成績：70分；第一章發(fā)酵總論發(fā)酵在人類生活中的作用？食品工業(yè)—

豐富飲食文化，提高生活質(zhì)量。如調(diào)料、酒、多種保健品。醫(yī)藥工業(yè)—

抗生素、維生素、氨基酸、葡萄糖、胰島素。化學(xué)工業(yè)—

丙烯酰胺作為絮凝劑、土壤調(diào)節(jié)劑的配料，紙漿膠料；各種香料和長鏈脂肪酸等。能源開發(fā)的新途徑—

纖維素乙醇；廢棄物沼氣。第一章發(fā)酵總論生物質(zhì)能源

估計(jì)地球上綠色植物每年大約凈產(chǎn)有機(jī)物

15-20×1010

噸，其中纖維素占30-50%第一章發(fā)酵總論3000噸纖維乙醇項(xiàng)目,利用秸稈類纖維質(zhì)原料生產(chǎn)乙醇成為現(xiàn)實(shí)，也意味著用于生產(chǎn)乙醇的糧食類原料將可以得到節(jié)省。第一章發(fā)酵總論第一章總論

一、發(fā)酵的基本概念二、發(fā)酵工業(yè)的沿革三、發(fā)酵工業(yè)的范圍四、發(fā)酵工業(yè)的特點(diǎn)與分類五、發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)流程第一章發(fā)酵總論1、發(fā)酵？最初的發(fā)酵：

酵母作用于果汁或發(fā)芽谷物產(chǎn)生CO2的現(xiàn)象。巴斯德的發(fā)酵定義：厭氧條件下，原料糖經(jīng)酵母等生物細(xì)胞作用進(jìn)行分解代謝、向菌體提供能量，從而得到原料分解產(chǎn)生酒精和CO2的過程。生物化學(xué)家的發(fā)酵定義：有機(jī)化合物進(jìn)行分解代謝釋放能量的過程。一、發(fā)酵的基本概念第一章發(fā)酵總論發(fā)酵:

利用生物細(xì)胞（含動(dòng)物、植物和微生物），在合適的條件下，經(jīng)特定的代謝途徑轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物或菌體的過程。

工業(yè)微生物學(xué)家的發(fā)酵定義：利用培養(yǎng)微生物制得產(chǎn)物的需氧或厭氧的任何過程。

第一章發(fā)酵總論2、發(fā)酵工程？第一章發(fā)酵總論生物工程：以生物科學(xué)和生物技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合化學(xué)工程、機(jī)械工程、控制工程、環(huán)境工程等工程科學(xué)，研究和發(fā)展利用生物體系或其中的一部分生產(chǎn)有益于社會(huì)的產(chǎn)品或達(dá)到一定社會(huì)目標(biāo)的過程工程科學(xué)。生物工程的主要任務(wù)：促進(jìn)和實(shí)現(xiàn)生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)室成果向應(yīng)用領(lǐng)域轉(zhuǎn)化。生物工程的基礎(chǔ)知識(shí)為細(xì)胞生長和目標(biāo)產(chǎn)物積累創(chuàng)造最好的條件，研究開發(fā)最合適的工藝路線和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)以滿足社會(huì)需要。第一章發(fā)酵總論

生物技術(shù)：

應(yīng)用自然科學(xué)和工程學(xué)的原理，依靠生物催化劑的作用將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品或?yàn)樯鐣?huì)服務(wù)的技術(shù)。生物催化劑細(xì)胞（微生物、動(dòng)物或植物）酶游離固定化游離固定化活細(xì)胞（增殖細(xì)胞）滅活細(xì)胞（休止細(xì)胞）生物技術(shù)的3個(gè)特點(diǎn)：1、多學(xué)科、綜合性的科學(xué)技術(shù)；2、反應(yīng)需要生物催化劑參與；3、最后的目的是建立工業(yè)生產(chǎn)過程或進(jìn)行社會(huì)服務(wù)。第一章發(fā)酵總論

基因工程發(fā)酵工程酶工程細(xì)胞工程1、基因工程利用基因體外重組技術(shù)，構(gòu)建出新型的微生物菌株、培育出新的動(dòng)植物品種或是使其具有優(yōu)良性狀。

生物工程的研究領(lǐng)域第一章發(fā)酵總論

2、酶工程研究酶的分離、提純，以及利用酶作為生物催化劑，實(shí)現(xiàn)化學(xué)轉(zhuǎn)化，合成各種產(chǎn)物或達(dá)到人類所需社會(huì)目標(biāo)的工程科學(xué)。酶工程技術(shù)范圍：自然酶的開發(fā)和生產(chǎn)、酶的分離純化技術(shù)、酶的修飾改造技術(shù)、酶的固定化技術(shù)、酶反應(yīng)器的開發(fā)。第一章發(fā)酵總論3、細(xì)胞工程以細(xì)胞為基本單位，在離體條件下進(jìn)行培養(yǎng)、繁殖，或通過人為改變，獲得新個(gè)體或有用物質(zhì)的過程。

第一章發(fā)酵總論

發(fā)酵工程發(fā)酵工程是利用微生物、動(dòng)植物細(xì)胞和基因工程菌在人工生物反應(yīng)器（發(fā)酵罐）中培養(yǎng)而獲得產(chǎn)物的工業(yè)過程。

發(fā)酵工程？第一章發(fā)酵總論基因工程、細(xì)胞工程

酶工程發(fā)酵工程

產(chǎn)

品生物工程各研究領(lǐng)域相互關(guān)系發(fā)酵工程是生物工程的重要組成部分生物反應(yīng)器生物分離工程新性狀菌株或細(xì)胞第一章發(fā)酵總論生物反應(yīng)器生物化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的場所，提供微生物最優(yōu)生長、最優(yōu)形成產(chǎn)物的可控系統(tǒng)和環(huán)境。生物分離工程將生化反應(yīng)與化學(xué)工程相結(jié)合，采用適當(dāng)?shù)姆蛛x純化技術(shù)，使產(chǎn)品達(dá)到一定的純度。第一章發(fā)酵總論3、發(fā)酵工程的組成FERMENTATIONProcessControlFermentationengineering上游工程UPSTREAMPROCESSES下游工程DOWNSTREAMPROCESSES從廣義上的組成：

上游工程、發(fā)酵、下游工程第一章發(fā)酵總論FermentationengineeringUPSTREAMPROCESSES-優(yōu)良菌種的選育-最適發(fā)酵條件的確定營養(yǎng)物的準(zhǔn)備上游工程FERMENTATIONProcessControl第一章發(fā)酵總論Fermentation

engineering在最適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)。-無菌生長環(huán)境-控制加料-種子培養(yǎng)和生產(chǎn)培養(yǎng)的工藝技術(shù)

FERMENTATIONProcessControl發(fā)酵第一章發(fā)酵總論FermentationengineeringDOWNSTREAMPROCESSES

固液分離技術(shù)-細(xì)胞破壁技術(shù)蛋白質(zhì)純化技術(shù)包裝處理技術(shù)

下游工程FERMENTATIONProcessControl從發(fā)酵液中分離純化產(chǎn)品的技術(shù)第一章發(fā)酵總論4、發(fā)酵工業(yè)發(fā)酵工業(yè)，就是利用生物的生命活動(dòng)產(chǎn)生的酶，對(duì)無機(jī)或有機(jī)原料進(jìn)行酶加工（生物化學(xué)反應(yīng)過程），獲得產(chǎn)品的工業(yè)。其主體是利用微生物進(jìn)行生化反應(yīng)的工業(yè)。第一章發(fā)酵總論二、發(fā)酵工業(yè)的歷史沿革1．天然發(fā)酵階段

2．純培養(yǎng)技術(shù)的建立

3．通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立

4．代謝控制發(fā)酵技術(shù)

5.基因工程階段

6．現(xiàn)代發(fā)酵工程技術(shù)第一章發(fā)酵總論1、天然發(fā)酵階段

主要產(chǎn)品有各種飲料酒、酒精、醬、醬油、醋、干酪、酸乳及酵母等。特點(diǎn)：手工作坊或家庭式生產(chǎn)；非純種培養(yǎng)；憑經(jīng)驗(yàn)傳授技術(shù)；產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定；產(chǎn)品為厭氧發(fā)酵產(chǎn)品。第一章發(fā)酵總論二、發(fā)酵工業(yè)的沿革古羅馬人搬運(yùn)葡萄酒的情景（上）漢代磚刻上的釀酒圖（右上）戰(zhàn)國時(shí)期的盛酒銅器和其中的酒（右）第一章發(fā)酵總論2、純培養(yǎng)技術(shù)的建立19世紀(jì)末到20世紀(jì)30年代安東尼·列文.虎克路易·巴斯德柯赫布赫納(Buchner)

漢遜(Hansen)第一章發(fā)酵總論1680年，荷蘭博物學(xué)家安東尼·列文虎克發(fā)明顯微鏡（放大倍數(shù)270倍），人類歷史上第一次看到大量活的微生物。安東尼·列文·虎克第一章發(fā)酵總論路易·巴斯德法國,路易·巴斯德1822-1895年徹底否定“自生說”學(xué)說免疫學(xué)－預(yù)防接種證實(shí)發(fā)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們譽(yù)之為“發(fā)酵之父”。第一章發(fā)酵總論利斯特·柯赫德國柯赫1843-1910年提出了柯赫法則配制培養(yǎng)基技術(shù)固體培養(yǎng)基分離純化技術(shù)單種微生物（細(xì)菌）的分離和純培養(yǎng)技術(shù)第一章發(fā)酵總論1872年，英國的布雷菲爾德創(chuàng)建了霉菌純培養(yǎng)技術(shù)；丹麥的漢遜(Hansen)建立了啤酒酵母的純種培

養(yǎng)方法。因此，人類開始了人為地控制微生物的發(fā)酵進(jìn)程，從而使發(fā)酵的生產(chǎn)技術(shù)得到巨大的改良，提高了產(chǎn)品的穩(wěn)定性。第一章發(fā)酵總論1897年法國的布赫納1907年獲諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。發(fā)酵過程是由酶催化的一系列化學(xué)反應(yīng)。布赫納第一章發(fā)酵總論主要產(chǎn)物：酵母菌體、甘油、檸檬酸、乳酸和丙酮丁醇等。

主要進(jìn)展：補(bǔ)料分批培養(yǎng)法：發(fā)酵過程中逐步補(bǔ)加培養(yǎng)基成分，防溶氧受限和其它有毒物質(zhì)的影響。建造了低碳鋼制造的圓柱形發(fā)酵罐，采用加壓蒸汽滅菌和無菌接種技術(shù)，又建立了純種培養(yǎng)新技術(shù)。

主要技術(shù)進(jìn)展第一章發(fā)酵總論3、通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立1928年英國細(xì)菌學(xué)家弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素。第一章發(fā)酵總論3、通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立上世紀(jì)40年代初二戰(zhàn)爆發(fā)的迫切需要，青霉素迅速形成工業(yè)大規(guī)摸生產(chǎn)。主要的技術(shù)進(jìn)展抗雜菌污染的純種培養(yǎng)技術(shù)：無菌空氣、培養(yǎng)基滅菌、無污染接種、大型發(fā)酵罐的密封；通氣攪拌解決了液體深層培養(yǎng)的供氧問題；嚴(yán)格控制培養(yǎng)溫度、pH、通氣量、營養(yǎng)物的供給。第一章發(fā)酵總論大型發(fā)酵罐攪拌裝置第一章發(fā)酵總論深層培養(yǎng)法和操作技術(shù)，除青霉素外，以后微生物各種酶制劑、檸檬酸、維生素、氨基酸和甾類化合物的發(fā)酵轉(zhuǎn)化，都采用這種方法。

第一章發(fā)酵總論4、代謝控制發(fā)酵技術(shù)代謝控制發(fā)酵選育微生物突變株，從DAN分子水平上，控制微生物的代謝途徑，進(jìn)行最合理的代謝，積累大量的有用發(fā)酵產(chǎn)物的技術(shù)。目前比較成熟的技術(shù)：氨基酸的代謝控制發(fā)酵。第一章發(fā)酵總論天冬氨酸中間產(chǎn)物Ⅰ天冬氨酸激酶中間產(chǎn)物Ⅱ甲硫氨酸蘇氨酸高絲氨酸賴氨酸高絲氨酸脫氫酶可以大量積累不能合成人工誘變的菌種不能產(chǎn)生人工控制黃色短桿菌生產(chǎn)賴氨酸第一章發(fā)酵總論5、基因工程階段基因工程和細(xì)胞工程，產(chǎn)生的工程菌和新菌株，能夠發(fā)酵生產(chǎn)原來微生物不能生產(chǎn)的產(chǎn)物和新的有用物質(zhì)，如胰島素、干擾素等。發(fā)酵工程已經(jīng)擴(kuò)展到動(dòng)植物細(xì)胞領(lǐng)域。第一章發(fā)酵總論傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)

現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)抗生素、生物制藥、氨基酸、核苷酸、有機(jī)酸、飼料添加劑、微生態(tài)制劑、生物農(nóng)藥、生物肥料、基因工程菌發(fā)酵、基因工程藥物、疫苗及抗體產(chǎn)品等酒、醋的釀造發(fā)酵工業(yè)第一章發(fā)酵總論現(xiàn)代發(fā)酵工程是以天然生物體和人工修飾的生物體為加工對(duì)象，集現(xiàn)代化高新技術(shù)為一體，生產(chǎn)產(chǎn)品或服務(wù)于人類社會(huì)的一種工程技術(shù)。現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)發(fā)酵工程現(xiàn)代發(fā)酵工程操作對(duì)象微生物天然微生物菌株、變異微生物菌株、基因工程菌、動(dòng)植物細(xì)胞株、細(xì)胞融合體無菌概念排雜菌（單向）生物體不逸出（雙向）培養(yǎng)裝置發(fā)酵罐新型生物反應(yīng)器第一章發(fā)酵總論思考題什么是發(fā)酵?什么是發(fā)酵工程，發(fā)酵工業(yè)？什么是生物催化劑？生物工程都有哪些研究領(lǐng)域？他們的關(guān)系是怎樣的？4.現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)與傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)的區(qū)別是什么？發(fā)酵：利用生物細(xì)胞（含動(dòng)物、植物和微生物），在合適的條件

下，經(jīng)特定的代謝途徑轉(zhuǎn)變成所需產(chǎn)物或菌體的過程。發(fā)酵工程：利用微生物、動(dòng)植物細(xì)胞和基因工程菌在人工生物反應(yīng)器（發(fā)酵罐）中培養(yǎng)而獲得產(chǎn)物的工業(yè)過程。發(fā)酵工業(yè)：利用生物的生命活動(dòng)產(chǎn)生的酶，對(duì)無機(jī)或有機(jī)原料進(jìn)行酶加工（生物化學(xué)反應(yīng)過程），獲得產(chǎn)品的工業(yè)。第一章發(fā)酵總論三、發(fā)酵工業(yè)的范圍1．微生物菌體發(fā)酵

2．微生物酶發(fā)酵

3．微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵

4．微生物的生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵

5．微生物特殊機(jī)能的利用第一章發(fā)酵總論1、微生物菌體發(fā)酵

以獲得多種用途菌體為目的的發(fā)酵。細(xì)胞的生長與產(chǎn)物積累成平行關(guān)系。三、發(fā)酵工業(yè)的范圍2、微生物酶發(fā)酵

生物合成特點(diǎn)：酶的產(chǎn)生受到微生物的嚴(yán)格調(diào)節(jié)控制。在菌種選育、培養(yǎng)基配制以及發(fā)酵條件等方面需給予關(guān)注。

傳統(tǒng)菌體發(fā)酵（面包酵母、單細(xì)胞蛋白）藥用真菌為主的菌體發(fā)酵（蟲草頭孢菌）生物防治劑的微生物菌體（蘇云金桿菌）第一章發(fā)酵總論3、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵

初級(jí)代謝產(chǎn)物次級(jí)代謝產(chǎn)物三、發(fā)酵工業(yè)的范圍4、微生物生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵

利用微生物細(xì)胞的一種或多種酶把一種化合物轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相關(guān)的更有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)物的生化反應(yīng)。包括脫氫、氧化、脫水、縮合、脫羧、異構(gòu)化等。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)位置特異性、反應(yīng)特異性、立體特異性強(qiáng)。第一章發(fā)酵總論三、發(fā)酵工業(yè)的范圍5．微生物特殊機(jī)能的利用

利用微生物消除環(huán)境污染微生物濕法冶金第一章發(fā)酵總論第一章發(fā)酵總論金屬的細(xì)菌瀝濾（細(xì)菌冶金）氧化硫硫桿菌

Thiobacillusthiooxidans氧化亞鐵硫桿菌Thioba