1、 本章內(nèi)容 一、發(fā)酵工程定義及在生物技術(shù)中的位置二、發(fā)酵工程開展簡史三、發(fā)酵工業(yè)的特點及其運用范圍四、工業(yè)發(fā)酵的類型與典型過程五、發(fā)酵工程前沿及運用前景.1、何謂發(fā)酵？ ferver：發(fā)泡、沸騰 fermentation微生物的發(fā)酵景象一、發(fā)酵工程定義及在生物技術(shù)中的位置.對發(fā)酵景象的不同了解 兩種角度能量、產(chǎn)物 發(fā)酵是指有機化合物進展無氧代謝釋放能量 的過程 厭氧發(fā)酵是厭氧菌借助氧化-復(fù)原反響釋放能量的過程 發(fā)酵是酵母無氧呼吸產(chǎn)生能量的過程 需氧發(fā)酵是好氧生物在遭到分子態(tài)氧短缺限制時的不 完全氧化釋放能量的過程 偏重能量代謝生化學(xué)家.工業(yè)微生物學(xué)家利用生物細胞包括動、植物細胞 培育來消費產(chǎn)物

2、的一切過程需氧過程、細胞工程發(fā)酵是利用微生物培育來消費產(chǎn)物的無氧或需氧的任何過程偏重產(chǎn)品的消費：.2、 發(fā)酵工程概念傳統(tǒng)發(fā)酵工程：利用微生物的生長和代謝活動來大量消費人們所需產(chǎn)品的過程實際與工程技術(shù)體系。該技術(shù)體系主要包括菌種選育與保藏、菌種擴展消費、代謝產(chǎn)物的生物合成與分別純化制備等技術(shù)集成。. 現(xiàn)代發(fā)酵工程：強調(diào)現(xiàn)代生物技術(shù)、控制技術(shù)和配備技術(shù)在傳統(tǒng)發(fā)酵工業(yè)領(lǐng)域的集成運用。傳統(tǒng)發(fā)酵工程設(shè)備現(xiàn)代發(fā)酵工程設(shè)備. 傳統(tǒng)大型發(fā)酵工業(yè)的中央控制現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的中央控制.3、 發(fā)酵工程在生物技術(shù)中的位置 生物技術(shù)：運用自然科學(xué)和工程學(xué)的原理，依托生物及其細胞的催化作用，將物料進展加工以提供產(chǎn)品或為社會效

3、力的技術(shù)。發(fā)酵工程是生物技術(shù)的運用基 礎(chǔ)，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的中心。生物學(xué)化學(xué)工程學(xué)生物技術(shù).生物技術(shù)體系生化工程酶工程細胞工程發(fā)酵工程 產(chǎn)物 產(chǎn)品 產(chǎn)品基因工程 產(chǎn)品強調(diào)過程優(yōu)化與控制. 分別和純化產(chǎn)品。包括固液分別技術(shù)、細胞破壁技術(shù)、產(chǎn)物純化技術(shù)，以及產(chǎn)品檢驗和包裝技術(shù)等 下游技術(shù)發(fā)酵過程控制，主要包括發(fā)酵條件的調(diào)控，無菌環(huán)境的控制，過程分析和控制等 發(fā)酵工程工藝放大 中游技術(shù)廣義發(fā)酵工程對生物學(xué)和工程學(xué)的要求優(yōu)良種株的選育，最適發(fā)酵條件確實定，培育基的預(yù)備等基因工程育種上游技術(shù).發(fā)酵景象釀造食品工業(yè)非食品工業(yè)青霉素抗菌素發(fā)酵工業(yè)氨基酸,核酸發(fā)酵代謝控制發(fā)酵基因工程菌動物細胞大規(guī)模培育植物細胞

4、大規(guī)模培育藻類細胞大規(guī)模培育轉(zhuǎn)基因動物二、發(fā)酵工程開展簡史.一發(fā)酵工程開展簡史1900以前 自然發(fā)酵階段19001940 純培育技術(shù)的建立第一個轉(zhuǎn)機19401950 通氣攪拌純培育發(fā)酵技術(shù)的建立第二個轉(zhuǎn)機19501960 誘變技術(shù)與代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立第三個轉(zhuǎn)機19601970 開辟發(fā)酵原料時期石油發(fā)酵時期1970年以后 進入基因工程菌發(fā)酵時期，以及細胞 大規(guī)模培育技術(shù)的全面開展。 .1、自然發(fā)酵階段農(nóng)產(chǎn)手工加工主要是釀造工業(yè)主要產(chǎn)品：酒、酒精、醋、 啤酒、干酪、酸乳等17世紀，能在容量為1500桶一桶約升的 木質(zhì)大桶中進展第一次真正的大規(guī)模釀造 1757年運用溫度計；1801年運用原始熱交

5、換器 主要特點：嫌氣發(fā)酵，非純種培育 ，產(chǎn)質(zhì)量量不穩(wěn)定.2、純培育技術(shù)的建立Koch首先發(fā)明固體培育基，建立細菌純粹培育Petri發(fā)明一種培育皿(petri dish)用于微生物平板分別Winograsky和 Beijerink發(fā)明富集培育法，分別特定的微生物主要產(chǎn)品：酵母、甘油、乳酸、丙酮丁醇等主要特點：純培育為主、嫌氧發(fā)酵，產(chǎn)品產(chǎn)量 質(zhì)量控制程度大大提高.3、通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立標志：純種培育深層發(fā)酵消費青霉素 主要技術(shù)進展：(1)通氣攪拌:處理了液體深層培育的供氧問題。(2)處理了耗氧發(fā)酵中的雜菌污染問題:無菌空氣、培育基滅菌、無污染接種、大型發(fā)酵罐的密封與抗污染設(shè)計.主要特點：耗氧發(fā)

6、酵實現(xiàn)規(guī)模化純培育發(fā) 酵，一系列過程工程技術(shù)創(chuàng)新意義：推進抗生素工業(yè)乃至整個發(fā)酵工業(yè)快速開展建立了完好的好氧發(fā)酵放大技術(shù)及配備奠定了現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)的實際和實際根底通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立.大型發(fā)酵罐攪拌安裝.4、代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立代謝控制發(fā)酵技術(shù)：運用生物化學(xué)的代謝知識和遺傳學(xué)實際，選育微生物突變株，從而調(diào)控微生物代謝，大量積累目的發(fā)酵產(chǎn)物。主要運用：氨基酸及核苷酸等基于初級代謝產(chǎn)物 的發(fā)酵消費，以及有機酸 、抗生素等 .5、開辟新的發(fā)酵原料時期目的：以烴類為碳源消費微生物細胞作為飼料蛋白質(zhì)的來源石油發(fā)酵技術(shù)提高：1開展了高壓放射式、強迫循環(huán)式等多種發(fā) 酵罐及其發(fā)酵技術(shù) 2計算機和自動控制技術(shù)

7、的運用：滅菌和發(fā) 酵過程自動控制，促進發(fā)酵工業(yè)朝延續(xù)化、自動化方向開展 .特點：處理發(fā)酵原料及人畜爭糧問題；規(guī)模和自動化程度顯著提高能耗過大。開辟新的發(fā)酵原料時期.6、基因工程階段現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)新階段主要標志： 基因工程產(chǎn)品消費以及基因工程技術(shù)運用世界上已同意上市的基因工程藥物有幾十種，如：胰島素、人生長激素等。.主要特點基因工程技術(shù)、細胞工程技術(shù)、酶工程技術(shù)以及發(fā)酵過程優(yōu)化及放大技術(shù)的全面提高 高產(chǎn)微生物代謝產(chǎn)物及非微生物代謝產(chǎn)物的基因工程菌構(gòu)建及產(chǎn)品的發(fā)酵消費碳氫經(jīng)濟替代碳氧經(jīng)濟開展，生物煉制技術(shù)的興起基因工程階段現(xiàn)代發(fā)酵工業(yè)新階段. 人胰島素人生長激素(GH)表皮生長因子(EGF)腫瘤壞死

8、因子白細胞介素-2(IL-2)尿激酶原豬生長激素(PGH) 牛生長激素(BGH)纖維素酶, -干擾素乙型肝炎疫苗集落刺激因子(CSF)促紅細胞生成素(EPO)抗血友病因子組織溶纖原激活劑(t-PA)部分利用基因工程技術(shù)研制的產(chǎn)品.一發(fā)酵工業(yè)的特點普通是在常溫常壓下進展的生化反響?？捎幂^廉價原料消費較高價值產(chǎn)品。反響專注性強?？梢詫Ｗ⑿缘睾透叨冗x擇性地對某些較為復(fù)雜的 化合物進展特定部位的生物轉(zhuǎn)化修飾。5. 菌種是關(guān)鍵, 對雜菌污染的防治至關(guān)重要。6. 發(fā)酵消費不受地理、氣候、季節(jié)等自然條件限制。三、發(fā)酵工業(yè)的特點及其運用范圍.二發(fā)酵工業(yè)的范圍微生物菌體酶制劑代謝產(chǎn)物微生物轉(zhuǎn)化微生物特殊技藝的利

9、用.1、微生物菌體傳統(tǒng)菌體發(fā)酵工業(yè)現(xiàn)代菌體發(fā)酵工業(yè)酵母發(fā)酵菌體蛋白單細胞蛋白發(fā)酵殺蟲劑：蘇云金桿菌，白僵菌、綠僵菌、側(cè)孢芽孢桿菌、桿菌疫苗二、發(fā)酵工業(yè)的范圍.微生物菌體.新的菌體發(fā)酵產(chǎn)品: 藥用菌的深層發(fā)酵 茯苓菌茯苓 擔(dān)子真菌靈芝、香菇類 蟲草頭孢菌 密環(huán)菌 微生物菌體.2、酶制劑廣泛用于醫(yī)藥工業(yè)、食品和輕工業(yè)、石油化工酶試劑盒：醫(yī)用診斷試劑盒、工業(yè)分析試劑盒等藥用酶制劑：膽固醇氧化酶，葡萄糖氧化酶等食品工業(yè)用酶制劑：果膠酶，淀粉酶等基因重組技術(shù)用酶制劑：核酸酶nuclease，包括DNA、RNA的內(nèi)切酶、外切酶，DNA限制性內(nèi)切酶、DNA銜接酶等。飼料酶制劑：木聚糖酶、-葡聚糖酶、纖維素酶

10、等 .3、微生物特殊機能的利用 利用微生物消除環(huán)境污染 利用微生物發(fā)酵堅持生態(tài)平衡 微生物濕法冶金 利用基因工程菌株開辟發(fā)酵工程新領(lǐng)域.一、工業(yè)發(fā)酵的類型 固體發(fā)酵 厭氧發(fā)酵 需氧發(fā)酵 兼性厭氧發(fā)酵 液體發(fā)酵包括液體深層發(fā)酵 按培育基的物理性狀 淺盤固體發(fā)酵 深層固體發(fā)酵機械通風(fēng)制曲 按微生物對氧的不同需求四、工業(yè)發(fā)酵的類型與典型過程.按發(fā)酵工藝流程分零售酵補料分零售酵延續(xù)發(fā)酵單級恒化器延續(xù)發(fā)酵多級恒化器延續(xù)發(fā)酵帶有細胞再循環(huán)的單級恒化器延續(xù)發(fā)酵一工業(yè)發(fā)酵的類型按菌的種類單菌種發(fā)酵多菌種混合發(fā)酵混合菌發(fā)酵.二、發(fā)酵工業(yè)的根本消費過程1. 用作種子擴展培育及發(fā)酵消費的各種培 養(yǎng)基的配制；2. 培

11、育基、發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備的消毒滅菌；3. 擴展培育出有活性的適量純種，以一定比 例接種入發(fā)酵罐中；.4. 控制最適發(fā)酵條件使微生物生長并構(gòu)成大量的代謝產(chǎn)物；5. 將產(chǎn)物提取并精制，以得到合格的產(chǎn)品；6. 回收或處置發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的三廢物質(zhì)。發(fā)酵工業(yè)的根本消費過程.三、發(fā)酵工業(yè)的典型過程深層發(fā)酵過程. 基因工程的開展為發(fā)酵工程帶來新的活力。 采用發(fā)酵技術(shù)進展高等動植物細胞培育，具有誘人前景。 不斷開發(fā)和采用大型節(jié)能高效的發(fā)酵安裝， 計算機自動控制將成為發(fā)酵消費控制的主要手段。五、發(fā)酵工程前沿及運用前景.強調(diào)代謝機理與調(diào)控研討，使微生物的機能得到進一步開發(fā)。生態(tài)型發(fā)酵工業(yè)的興起：清潔消費。再生資源的利用。混合菌發(fā)酵強調(diào)微生物群落與功能研討，提高發(fā)酵效率。 發(fā)酵工業(yè)開展趨向及運用前景.清潔消費按照結(jié)合國環(huán)境規(guī)劃署UNEP的定義：“清潔消費是一種新的發(fā)明性的思想，該思想將