发酵工程绪论[1]

第第1章章 绪论绪论 1.1 发酵工程的定义及其与其它相关学科发酵工程的定义及其与其它相关学科 的关系的关系 一、定义一、定义 1、发酵发酵：通过微生物的生长繁殖和代谢活动：通过微生物的生长繁殖和代谢活动 产生和积累人们所需产品的生物反产生和积累人们所需产品的生物反 2、发酵工程：指发酵工程：指利用微生物的生长繁殖和代利用微生物的生长繁殖和代 谢活动来大量产生人们所需产谢活动来大量产生人们所需产 品过程品过程的理论和工程技术体的理论和工程技术体 系，是生物工程与生物技术学系，是生物工程与生物技术学 科的重要组成部分。科的重要组成部分。由于发酵的主体是微生物，即以微生物由于发酵的主体是微生物，即以微生物为主要操作对象，因此为主要操作对象，因此发酵工程发酵工程又称作又称作微生物微生物工程。工程。1 基因工程基因工程 2 细胞工程细胞工程 3 发酵工程发酵工程 4 酶工程酶工程 5 生化工程生化工程 发酵工程具有连接生物技术上下游的发酵工程具有连接生物技术上下游的纽带作用。纽带作用。上游生物技术上游生物技术中游生物技术中游生物技术下游生物技术下游生物技术二、与其它学科的关系二、与其它学科的关系 1.2 发酵工程的发展史发酵工程的发展史 一、一、发酵本质的认识过程发酵本质的认识过程 自然发生说自然发生说与与发酵本质理论发酵本质理论的争论不休的争论不休 1 公元前，亚里士多德公元前，亚里士多德 自然发生说自然发生说 2 1688年，弗朗西斯科年，弗朗西斯科雷迪雷迪 反对反对 3 1745年，尼达姆年，尼达姆 支持支持 4 1747年，史派兰珊尼年，史派兰珊尼 反对反对 5 1836年，弗兰兹年，弗兰兹舒尔茨舒尔茨 反对反对 6 1839年，施旺、施罗德年，施旺、施罗德 反对反对 7 之后几年，支持者之后几年，支持者 支持支持 8 1857年，巴斯德年，巴斯德 彻底反对彻底反对 二、二、发展史发展史 6个阶段，个阶段，5个里程碑个里程碑 1 自然发酵时期自然发酵时期 1900年以前年以前 2 微生物纯培养技术的建立微生物纯培养技术的建立 第第1个里程碑个里程碑 3 微生物液态深层发酵技术的建立微生物液态深层发酵技术的建立 第第2个个 4 微生物酶转化及代谢调控技术的应用微生物酶转化及代谢调控技术的应用 3 5 微生物发酵原料的拓宽微生物发酵原料的拓宽 4 6 微生物基因工程育种技术的应用微生物基因工程育种技术的应用 51.3 发酵工业的特点及其研究范畴发酵工业的特点及其研究范畴 一、一、发酵工业特点发酵工业特点 二、二、发酵工业的范畴发酵工业的范畴 按其产品类型可分为按其产品类型可分为4大类：大类：1 微生物菌体发酵微生物菌体发酵 以获得菌体为目的以获得菌体为目的 2 微生物酶发酵微生物酶发酵 获得微生物酶为目的获得微生物酶为目的 3 微生物代谢产物发酵微生物代谢产物发酵 获得微生物获得微生物生长代谢过程中的代谢产物生长代谢过程中的代谢产物 4 微生物转化发酵微生物转化发酵 通过微生物细胞将通过微生物细胞将一个化合物转变成另一个结构相关更具一个化合物转变成另一个结构相关更具经济价值的化合物。经济价值的化合物。按其产品涉及到的行业可分为以下几类：按其产品涉及到的行业可分为以下几类：1 酿酒工业酿酒工业 啤酒、白酒、米酒等啤酒、白酒、米酒等2 食品工业食品工业 酱、酱油、面包、酸奶酱、酱油、面包、酸奶3 有机溶剂有机溶剂 酒精、丙酮、丁醇酒精、丙酮、丁醇4 抗生素工业抗生素工业 青霉素、土霉素、链霉素等青霉素、土霉素、链霉素等 5 有机酸工业有机酸工业 柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸柠檬酸、乳酸、葡萄糖酸6 酶制剂工业酶制剂工业 淀粉酶、蛋白酶、植酸酶淀粉酶、蛋白酶、植酸酶7 氨基酸工业氨基酸工业 谷氨酸、赖氨酸等谷氨酸、赖氨酸等8 核苷酸工业核苷酸工业 肌苷、肌苷酸、鸟苷酸等肌苷、肌苷酸、鸟苷酸等 9 维生素工业维生素工业 VC、VB2、VB12 10 生理活性物质生理活性物质 激素、赤霉素等激素、赤霉素等 11 微生物菌体蛋白工业微生物菌体蛋白工业 酵母、酵母、scp等等 12 微生物环境净化工业微生物环境净化工业 污水及废水处理污水及废水处理 13 生物能工业生物能工业 沼气、纤维素发酵产乙醇沼气、纤维素发酵产乙醇 14 微生物冶金微生物冶金 微生物探矿、冶金等微生物探矿、冶金等 15 医药行业医药行业 乙肝疫苗、干扰素、乙肝疫苗、干扰素、DHA 16 农业农药农业农药 微生物菌肥、微生物农药等微生物菌肥、微生物农药等 1.4 1.4 工业发酵的类型与工艺流程工业发酵的类型与工艺流程 一、一、工业发酵类型工业发酵类型 根据微生物的生理特征、营养要求、培养基根据微生物的生理特征、营养要求、培养基性质及发酵生产方式，可将发酵粉成若干类型：性质及发酵生产方式，可将发酵粉成若干类型：1 1、根据微生物、根据微生物对氧的不同需要对氧的不同需要区分：区分：厌氧发酵、需氧发酵、兼性厌氧发酵厌氧发酵、需氧发酵、兼性厌氧发酵 2 2、根据、根据培养基物理性状培养基物理性状区分：区分：液体发酵和固体发酵液体发酵和固体发酵 3 3、根据、根据生产工艺流程生产工艺流程区分：区分：分批发酵、连续发酵、补料分批发酵分批发酵、连续发酵、补料分批发酵二、二、发酵生产工艺流程发酵生产工艺流程典型好气性发酵的一般工艺流程：典型好气性发酵的一般工艺流程：原料原料原料处理原料处理培养基配制与灭菌培养基配制与灭菌 成品成品废弃物回收、利用及处理废弃物回收、利用及处理空气净化空气净化无菌空气无菌空气保藏菌种保藏菌种斜面活化斜面活化种子扩大培养种子扩大培养发酵罐发酵罐发酵液发酵液空气空气提取、精制提取、精制1.5 发酵工程在国民经济中的应用发酵工程在国民经济中的应用 医药、食品、能源、化工、冶金、农业、医药、食品、能源、化工、冶金、农业、环境保护环境保护 1.6 发酵工程的应用前景发酵工程的应用前景 一、世界范围产业现状一、世界范围产业现状 二、我国产业现状二、我国产业现状 三、产业的未来展望三、产业的未来展望 传统酿造与现代发酵的异同传统酿造与现代发酵的异同发发 酵酵酿酿 造造历历 史史100多年（巴士德多年（巴士德1857）3000多年多年微生物微生物技术技术纯培养纯培养（封闭式的小系统）（封闭式的小系统）多多菌菌种种混混合合培培养养（自自然然接种、开放式的大系统）接种、开放式的大系统）产品范围产品范围抗抗菌菌素素、氨氨基基酸酸、酶酶制制剂剂、生物农药、细菌冶金生物农药、细菌冶金 食品食品纯度纯度越高越好越高越好 复杂复杂发展发展以现代科学为主以现代科学为主 习惯习惯思维方式思维方式现代科学、逻辑思维现代科学、逻辑思维除除逻逻辑辑思思维维外外，形形象象思思维维、直直觉觉思思维维、灵灵感感思思维维