第一章发酵工程概述 一、发酵工程：是利用微生物特定的形状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用与工业化生产的技术体系，是将传统发酵与现代的DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的发酵技术。二、发酵工程简史： 1590 荷兰人詹生制作了显微镜 1665 英国人胡克制作的显微镜观察到了霉菌 近代发酵工程建立初期1864 巴斯德灭菌法 1856 psateur 酵母导致酒精发酵 19世纪末Koch 纯种分离和培养技术 三、发酵工程技术的特点 （1）主体微生物的特点 ①微生物种类繁多，繁殖速度快、代谢能力强，容易通过人工诱变获得有益的突变株； ②微生物酶的种类很多，能催化各种生化反应 ③微生物能够利用有机物、无机物等各种营养源 ④可以用简易的设备来生产多种多样的产品 ⑤不受气候、季节等自然条件的限制等优点 （2）发酵工程技术的特点 ①发酵工程以生命体的自动调节方式进行，数十个反应能够在发酵设备中一次完成 ②反应通常在常温下进行，条件温和，耗能少，设备简单 ③原料通常以糖蜜，淀粉等碳水化合物为主 ④容易生产复杂的高分子化合物 ⑤发酵过程中需要防止杂菌污染 (3)发酵工程反应过程的特点 ①在温和条件下进行的 ②原料来源广泛，通常以糖、淀粉等碳水化合物为主 ③反映以生命体的自动调节形式进行（同（2）①） ④发酵分子通常为小分子产品，但也很容易生产出复杂的高分子化合物 四、发酵工程的一般特征 ①与化学工程相比，发酵工程中微生物反应具有以下特点： 作为生物化学反应，通常在常温常压下进行，没有爆炸之类的危险，不必考虑防爆问题，还有可能使一种设备具有多种用途 ②原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，加入少量的各种有机或无机氮源，只要不含毒，一般无精制的必要，微生物本身就有选择的摄取所需物质 ③反应以生命体的自动调节方式进行因此数十个反应过程能够像单一反应一样，在称为发酵罐的设备内很容易进行 ④能够容易的生产复杂的高分子化合物，是发酵工业最有特色的领域 ⑤由于生命体特有的反应机制，能高度选择性的进行复杂化合物在特定部位的氧化还原官能团导入等反应
（建筑工程管理）第五章第三节发酵工程简介
第五章第三节发酵工程简介 教学目标 1．知识方面 （1）发酵工程的概念（知道）。 （2）发酵工程中培养基的配制、菌种选育、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离、提纯等相关内容（知道）。 （3）有关发酵工程在医药工业和食品工业中应用的内容（知道）。 2．态度观念方面 （1）通过学习发酵工程的有关内容，培养学生理论联系实际的科学态度。 （2）通过学习有关发酵工程在医药工业和食品工业中应用的知识激发学生学习生物学的兴趣，提高学生把所学知识转化为技术，且服务于社会的STS意识。 3．能力方面 通过对发酵过程中菌种选育、发酵条件控制等相关内容的讨论，培养学生综合运用知识去解决实际问题的能力。 重点、难点分析 1．教学重点： （1）通过对谷氨酸发酵实例的分析、讨论，使学生了解发酵工程的概念，了解菌种选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离、提纯等内容是本节的重点。（2）让学生收集有关发酵工程应用的资料，且相互交流、讨论，使学生了解发酵工程在医药工业、食品工业中的应用知识也是本节的教学重点之壹。 2．教学难点： 有关发酵工程的内容是本节教学的难点，因为这些内容中涉及了细胞工程、基因工程、杂菌污染对发酵工业造成的危害以及发酵条件对菌种代谢途径的影响等多点知识，比较繁杂，学生较难理解。 教学模式 启发讲解和学生讨论相结合。 教学手段 谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的代谢途径及发酵的的示意图的投影片，影响谷氨酸代谢途径的因素表格及谷氨酸发酵所用培养基的成分的表格。 课时安排二课时。 设计思路 1．前期知识准备： （1）复习有关谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径及其人工控制的内容。 （2）复习有关微生物群体生长的规律及影响微生物生长的环境因素的内容。 （3）复习有关微生物的营养、培养基、代谢产物等内容。 2．通过讨论谷氨酸发酵过程，使学生了解从菌种选育、培养基配制到产品生成等简要的发酵生产过程，了解发酵生产的主体设备发酵罐及其控制部分，且了解发酵工程的概念。3．通过分析、讨论有关发酵过程的内容，使学生了解培养基的配制、菌种选育、灭菌、扩大培养接种、发酵过程和产品的分离、提纯等相关知识。 4．通过学生讨论、交流等活动，总结出发酵工程在医药工业和食品工业上的应用的知识。第壹课时 壹、设疑引出新课题 前面我们学习了有关微生物的代谢的内容，我们知道了微生物的代谢是指微生物细胞内所发生的全部的化学反应。在微生物的代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物，如氨基酸、维
发酵工程发展现状及趋势 引言 发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节。发酵技术有着悠久的历史，早在几千年前，人们就开始从事酿酒、制酱、制奶酪等生产。作为现代科学概念的微生物发酵工业，是在20世纪40年代随着抗生素工业的兴起而得到迅速发展的，而现代发酵技术又是在传统发酵技术的基础上，结合了现代的基因工程、细胞工程、分子修饰和改造等新技术。由于微生物发酵工业具有投资少、见效快、污染小、外源目的基因易在微生物菌体中高效表达等特点，日益成为全球经济的重要组成部分。 摘要 当前，发酵工程的应用是十分广泛的，在不同的工业领域中都有重要应用，例如医药工业、食品工业、能源工业、化学工业、农业、环境保护等，且随着生物技术的发展，发酵工程的应用领域也在不断扩大。 一、发酵工程在各领域的发展现状 1、医药行业 微生物发酵是生物转化法之一,在中药中早有应用。真菌是发酵中药的主要功能菌。发酵时大都采用单一菌种纯种发酵法。现代中药发酵技术分为液体发酵和固体发酵。中药发酵技术按应用方式可分为无渣式和去渣式,前者可直接用药,后者要提取和制剂用药。发展发酵中药可进一步推进中药现代化和国际化进程,提高中药行业的竞争力,为中药走向世界、造福人类作出新的贡献。 2、食品工业 现代化生物技术的突飞猛进，改写了食品发酵工艺的历史。据报道，由发酵工程贡献的产品可占食品工业总销售额的15%以上。目前利用微生物发酵法可以生产近20种氨基酸。该法较蛋白质水解和化学合成法生产成本低，工艺简单，且全部具有光学活性。 3、能源工业 乙醇作为一种生产工艺成熟，生产原料来源广泛的替代能源越来越受到人们的关注。燃料酒精不仅可以缓解能源短缺的问题，从长远的利益和能源的可再生性来看，燃料酒精又是一种潜力巨大的物能源。酒精发酵的方式有间歇式发酵、半连续式发酵和连续发酵。
第一章发酵工程概述 1.发酵工程的定义与特点？ 发酵工程：主要指利用微生物、动植物细胞和基因工程菌在人工生物反应器（发酵罐）中培养而获得产物的工业过程。 发酵工程所利用的微生物主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌。 利用微生物的特点：(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。 2.发酵工业发展的有哪几个阶段及大致年代？ 1传统的微生物发酵技术——天然发酵；2第二代（近代）微生物发酵技术——深层培养技术：出现于20世纪40年代，以抗生素的生产为标志。青霉素的发现与大量需求；3第三代发酵技术——微生物工程：1982，第一个基因工程产品——利用工程菌生产的人胰岛素问世 3.发酵工业的应用领域？举出6个以上（三个不同领域）发酵生产的产品。 1、在食品工业的应用：奶酪、酸奶味精2在医药卫生中的应用：青霉素、金霉素3、在轻工业中的应用：制干酪、果汁4、在化工能源中的应用：乙醇、甘油 5 业中的应用：杀虫剂、根瘤菌6、在环境保护中的作用：污水处理 4、发酵罐的特征及类型：特征：1发酵罐应有适宜的径高比2发酵罐受一定的压力3其搅拌通风装置能使气液充分混合，保证微生物发酵过程中所需的溶解氧4发酵罐内应尽量减少死角，避免污垢堆积，保证灭菌彻底，防止污染5.发酵罐应有足够的冷却面积6搅拌器的轴封要严密，以减少泄露类型：1生长代谢需要分类：好氧和厌氧2按发酵罐的设备特点分类：机械搅拌通风和费机械搅拌通风3按容积分类：实验室发酵罐、中试发酵罐、生产规模发酵罐4按操作方式分类：分批发酵和连续发酵5按生长环境分类：悬浮生长和支持生长6 超滤发酵罐 4、什么是气升式发酵罐，什么优点？ 气升式发酵罐：是指借助气体上升的动力来搅拌的发酵罐。优点：1气体从罐体的下部通入，可带动流体在整个发酵罐内循环流动，使反应器内的溶液混合均匀。2由于不用机械搅拌桨，省去了密封装置，使污染杂菌的机会减少，同时降低了机械剪切作用对细胞的伤害3由于液体循环速度快，反应器内的供养和传热都较好，利于节能 5、工业发酵常见的发酵方式有哪些，其主流发酵方式是什么，为什么？ 方式：1根据微生物需氧和不需氧：好氧和厌氧2根据培养基固态和液态：液态发酵和固态发酵3根据发酵位置是表面和深层：表面发酵和深层发酵4根据菌种是否被固定：游离发酵和固体发酵5根据发酵间歇或是连续：分批发酵和连续发酵6根据所用菌种是单一或多种：单一纯种发酵和混合发酵 主流发酵方式：好养、液体、深层、分批、游离、单一纯种发酵方式结合进行的 6、连续发酵的特点及不足有哪些？ 特点：简化了菌种的扩大培养、发酵罐的多次灭菌、清洗、出料、缩短了发酵周期，提高了设备利用率、降低了人力物力消耗，增加了生产效率，是产品更有商业性竞争 不足：1连续发酵运转时间长，菌种多退化，容易污染，其培养基的利用率低于分批发酵2 工艺中变量较分批发酵复杂，较难控制和扩大3在大规模生产中，次级代谢产物难以利用连续发酵 7、什么是固态发酵和混合发酵？发酵液的特点？ 固体发酵：是指利用古体培养及进行微生物的繁殖混合发酵：多种微生物混合在一起共用一种培养基进行发酵发酵液的特点：1发酵液大部分是水，一般含水量达到90%---99% ，发酵液中发酵产物浓度较低2发酵液中的悬浮物主要是菌体和蛋白质的胶状
发酵工程复习资料 发酵工程：利用微生物的生长和代谢活动来大量生产人们所需产品的过程理论与工程技术体系。 该技术体系主要包括菌种选育与保藏、菌种扩大生产、代谢产物的生物合成与分离 纯化制备等技术集成。 发酵的本质 1、显微镜观察：微生物 2、著名的巴斯德实验：微生物作用 3、著名的毕希纳实验： 酵素（酶）的作用 本质：由微生物的生命活动所生产的酶的生物催化作用所致。 发酵动力学：是研究发酵过程中菌体生长、基质消耗、产物生产的动态平衡及其内在规律。 二.发酵工业菌种 一、工业上常用的微生物 1. 细菌 醋杆菌属的醋化醋杆菌、弱氧化醋杆菌、乳酸杆菌、枯草杆菌、丙酮丁醇梭菌、大肠杆菌、谷氨酸棒状杆菌 常用的细菌： 大肠杆菌 应用：对谷氨酸定量分析，生产天冬氨酸、苏氨酸、缬氨酸 乳酸杆菌 应用：乳酸、干酪、奶子酒、发面、泡菜、酸奶等的制作 枯草芽孢杆菌 应用：生产淀粉酶 2. 酵母菌 种类：酒精酵母、啤酒酵母、假丝酵母红酵母、面包酵母 应用：生产酒精、啤酒、石油发酵脱蜡和制取蛋白质、生产脂肪 3. 霉菌 黑曲霉：应用：生产有机酸、生产淀粉酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶 黄曲霉:应用：酱油、酱类（淀粉酶） 米曲霉：应用：产糖化酶和蛋白酶、主要用于酿酒制曲和酱油制曲 土曲霉：应用：生产甲义丁二酸 毛霉：应用：可以产生蛋白酶，我国多用于豆腐乳、豆豉等的制作 根霉：种类：米根霉、华根霉、少根根霉、爪哇根霉 应用：酿酒 青霉：应用：生产青霉素、葡萄糖氧化酶 红曲霉：应用：用于南方红曲酒（女儿红）的生产；用于红色色素的生产、豆腐乳的生产等
4. 放线菌：种类：龟裂链霉菌、金霉素链霉菌、灰色链霉菌、红霉素链霉菌 应用：各类抗生素。土霉素、四环素、链霉素、红霉素 5.未培养微生物 定义：指迄今所采用的微生物纯培养分离及培养方法还未获得纯培养的微生物，其在自然环境微生物群落中占有非常高的比例，约为99％。 ?研究方法 1．模拟自然培养法: 原位培养、培养条件优化、 单细胞操作 2.宏基因组分析法 二、发酵工业菌种分离筛选 菌种选择的总趋势 ?野生菌→变异菌 ?自然选育→代谢控制育种 ?诱发基因突变→基因重组的定向育种 ? 1.分离的思路 ?新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生产的要求、菌种的特性，采用各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来。 ?实验室或生产用菌种若不慎污染了杂菌，也必须重新进行分离纯化。 ?有了优良的菌种，还要有合适的工艺条件和合理先进的设备与之配合。 设计筛选方案时必须考虑两个要点： 1.选择性 2.灵敏度 2.新种分离与筛选的步骤 样品的采集——>样品的处理——>目的菌富集培养——>分离纯化——>性能测定 1.样品的采集原则： （1）样品的来源越广泛，获得新种的可能性越大，特别是在一些苛刻的环境如：高温、高压、高盐等极端环境中。 （2）了解目标产物的性质和可能目标产物的微生物种类及其生理特征： ☆微生物在代谢上具有一定的规律，次生代谢在进化上后移，芽孢菌以上才有筛选意义。 ☆分离不同种类的微生物时，还要考虑微生物的生理特性。如：要筛选纤维素酶产生菌，要到富含纤维素的土壤中采样，如深林土壤。 采样的注意事项 1、采样时应尽可能保持相对无菌； 2、所采集的样本必须具有某种代表性； 3、采好的样必须完整地标上样本的种类及采集日期、地点以及采集地点的地理、生态参数等； 4、应充分考虑采样的季节性和时间因素，因为真正的原地菌群的出现可能是短暂的； 5、采好的样应及时处理，暂不能处理的也应贮存于4℃下，但贮存时间不宜过长。这是因为一旦采样结束，试样中的微生物群体就脱离了原来的生态环境，其内部生态环境就会发生变化，微生物群体之间就会出现消长 2. 样品的处理 （1）物理方法：热处理、膜过滤、离心法 （2）化学方法：通过在培养基中加入某些化学成分来增加特定微生物的数量。
发酵工程简介 第一课时 一、设疑引出新课题 前面我们学习了有关微生物的代谢的内容，我们知道了微生物的代谢是指微生物细胞内所发生的全部的化学反应。在微生物的代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物，如氨基酸、维生素、抗生素等。而且，这些代谢产物又是我们人类所需要的。那我们能不能通过微生物的培养来大量生产各种代谢产物呢？这就是我们今天所要讨论的“发酵工程”。 二、进行新课 （一）介绍谷氨酸发酵的生产实例 教师活动：出示谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径的投影片，指导学生观察并作适当讲解。 讨论后教师小结如下：从投影片我们可以看出，谷氨酸棒状杆菌在一定的条件下能够利用环境中的营养物质来合成谷氨酸。下面我们就来看看在工厂里是怎样应用谷氨酸棒状杆菌来生产谷氨酸的。 提出问题：谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌种了，是不是所有的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷氨酸发酵生产呢？我们应该选育什么样的谷氨酸棒状杆菌作为菌种呢？ 教师活动：以前面出示的投影片为依托组织学生就所提问题进行讨论。 讨论后教师小结：只有选择细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。 提出问题：有了菌种用什么样的培养基去培养呢？ 教师活动：通过复习有关培养基的知识，使学生理解培养基应满足微生物生长所需要的碳源、氮源、水、无机盐和生长因子等营养需求。 教师活动：出示谷氨酸发酵所需培养基的成分表格并指导学生观察、思考。 通过讨论使学生把培养基中的各种成分按照水、无机盐、氮源、碳源、生长因子的分类方法进行分类，进而得出这种培养基能满足谷氨酸棒状杆菌所需各种营养的结论。
提出问题：这种培养基从组成成分和物理性质上看属于哪种培养基？ 通过讨论得出结论：从物理性质上看是液体培养基，从化学成分上看是天然培养基。 提出问题并组织学生讨论：在工业生产过程中常采用这种天然成分作为营养物质的液体培养基，这在发酵生产中有什么好处呢？ 引导学生通过讨论得出以下结论： （1）液体培养基能使营养物质在发酵过程中得到充分的利用，还能为菌体提供更大的生存空间。同时，也有利于生产过程中培养条件的控制以及产物的提取。 （2）采用天然物质作营养物质既能满足菌体的营养需求，又能降低生产成本，还能减少对环境的污染。 提出问题：有了菌种和合适的培养基，那发酵的主体设备又该是什么样的呢？ 教师活动：出示发酵罐的示意图，并对发酵罐的组成结构进行简单介绍。通过介绍使学生了解发酵的主体设备由发酵罐及其控制部分构成。 提出问题：设备中的这些控制部分在生产过程中有什么用呢？ 教师启发讲解使学生了解：在发酵过程中，发酵罐内的温度、pH、溶氧量都会变化，从而影响微生物的生长。因此，必须有相应的控制结构来保持发酵条件的稳定。 提出问题并指导学生阅读教材中有关内容：在发酵罐中是怎样进行谷氨酸发酵生产的？ 师生共同总结出大致过程 在以上总结的基础上使学生了解发酵工程的概念，即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中的一种新技术。 （二）深入讨论发酵工程的相关内容 通过刚才的谷氨酸发酵的实例我们不难看出，发酵工程主要包括了菌种的选育、培养基的配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离提纯等内容，对于发酵工程的这些内容我们应该注意些什么呢？
第3节发酵工程简介 第3节发酵工程简介知识方面（1）发酵工程的概念（知道）。（2）发酵工程中培养基的配制、菌种选育、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和产品的分离、提纯等相关内容（知道）。（3）有关发酵工程在医药工业和食品工业中应用的内容（知道）。教学重点：发酵工程的概念和内容教学难点：在发酵过程中，如何保证菌种生长和代谢的正常进行一、设疑引出新课题前面我们学习了有关微生物的代谢的内容，我们知道了微生物的代谢是指微生物细胞内所发生的全部的化学反应。在微生物的代谢过程中，会产生多种多样的代谢产物，如氨基酸、维生素、抗生素等。而且，这些代谢产物又是我们人类所需要的。那我们能不能通过微生物的培养来大量生产各种代谢产物呢？这就是我们今天所要讨论的“发酵工程”。二、进行新课（一）介绍谷氨酸发酵的生产实例教师活动：出示谷氨酸棒状杆菌合成谷氨酸的途径的投影片，指导学生观察并作适当讲解。讨论后教师小结如下：从投影片我们可以看出，谷氨酸棒状杆菌在一定的条件下能够利用环境中的营养物质来合成谷氨酸。下面我们就来看看在工厂里是怎样应用谷氨酸棒状杆菌来生产谷氨酸的。提出问题：谷氨酸发酵最重要的无疑就是选择菌种了，是不是所有的谷氨酸棒状杆菌都可用于谷氨酸发酵生产呢？我们应该选育什么样的谷氨酸棒状杆菌作为 菌种呢？教师活动：以前面出示的投影片为依托组织学生就所提问题进行讨论。讨论后教师小结：只有选择细胞膜通透较强，在细胞内不积累谷氨酸的谷氨酸棒状杆菌做菌种才有可能获得大量的谷氨酸。提出问题：有了菌种用什么样的培养基去培养呢？教师活动：通过复习有关培养基的知识，使学生理解培养基应满足微生物生长所需要的碳源、氮源、水、无机盐和生长因子等营养需求。教师活动：出示谷氨酸发酵所需培养基的成分表格并指导学生观察、思考。通过讨论使学生把培养基中的各种成分按照水、无机盐、氮源、碳源、生长因子的分类方法进行分类，进而得出这种培养基能满足谷氨酸棒状杆菌所需各种营养的结论。提出问题：这种培养基从组成成分和物理性质上看属于哪种培养基？通过讨论得出结论：从物理性质上看是液体培养基，从化学成分上看是天然培养基。提出问题并组织