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2①
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
发酵工程，是指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的一种新技术。发酵工程的内容包括菌种的选育、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方面。
发酵工程的内容
它是一级学科“轻工技术与工程”中的一个重要分支和重点发展的二级学科，在生物技术产业化过程中起着关键作用。
1）“发酵”有“微生物生理学严格定义的发酵”和“工业发酵”，词条“发酵工程”中的“发酵”应该是“工业发酵”。
（2）工业生产上通过“工业发酵”来加工或制作产品，其对应的加工或制作工艺被称为“发酵工艺”。为实现工业化生产，就必须解决实现这些工艺（发酵工艺）的工业生产环境、设备和过程控制的工程学的问题，因此，就有了“发酵工程”。
（3）发酵工程是用来解决按发酵工艺进行工业化生产的工程学问题的学科。发酵工程从工程学的角度把实现发酵工艺的发酵工业过程分为菌种、发酵和提炼（包括废水处理）等三个阶段，这三个阶段都有各自的工程学问题，一般分别把它们称为发酵工程的上游、中游和下游工程。
（4）微生物是发酵工程的灵魂。近年来，对于发酵工程的生物学属性的认识愈益明朗化，发酵工程正在走近科学。
（5）发酵工程最基本的原理是发酵工程的生物学原理。
发酵工程是指采用工程技术手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精，乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌大规模生产青霉素等都是这方面的例子。随着科学技术的进步，发酵技术也有了很大的发展，并且已经进入能够人为控制和改造微生物，使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分，具有广阔的应用前景。例如，用基因工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其产量；利用微生物发酵生产药品，如人的胰岛素、干扰素和生长激素等。
第一章 发酵工程概述
复习思考题
1. 发酵的传统概念与现代意义上的概念是指什么？
2. 发酵工程的概念是什么？
3. 试述微生物工业发酵的基本过程
4. 发酵工程与传统酿造 化学工程相比有什么特点？
5. 试述微生物发酵技术发展历史过程中的特点。
6. 分析发酵工程的一般特征，同时存在哪些不足？
7. 发酵工业中使用的发酵罐有什么特征？
8. 什么是气升式发酵罐，有什么优点？
9. 发酵过程的优化概念，目的，内容分别是什么？
10. 工业发酵常见的发酵方式有哪些？其中主流发酵方式是什么？为什么？
11. 什么是分批发酵和补料分批发酵？分析两种发酵方式各有什么优缺点？
12. 连续发酵的特点及不足有哪些?
13. 什么是固态发酵和混合发酵？
14. 什么是发酵工程的后处理？发酵工程后处理技术有什么要求？发酵液的特点？
15. 下游工程中的目的产物有什么特点？
16. 用图表示发酵工程下游技术的过程。
第二章 微生物菌种选育
复习思考题
1. 工业化菌种的要求有哪些？
2. 自然界分离微生物的一般操作步骤有哪些？
3. 从环境中分离目的微生物时，为何一定要进行富集？
4. 菌种选育分子改造的目的是什么？
5. 什么叫自然选育?自然选育在工艺生产中的意义是什么？
6. 什么是正突变？什么是负突变？什么是结构类似物？
7. 什么是诱变育种？常用的诱变剂有哪些？
8. 什么是种子的扩大培养？
9. 种子扩大培养的目的与要求有哪些？ 10. 种子扩大培养的一般步骤有哪些？
11. 在大规模发酵的种子制备过程中，实验室阶段和生产车间阶段在培养基和培养物选择上各有何特点？
12. 菌种复壮的方法或措施有哪些？
13. 如何防止菌种衰退？
第三章 发酵机制及发酵动力学
复习思考题
1. 名词解释
能荷、糖酵解、TCA循环、HMP途径、甘油发酵、初级代谢、次级代谢、反馈抑制、阻遏、同工酶、协同反馈抑制、营养缺陷型、抗性突变株、分解代谢阻遏、代谢控制发酵
↓
重点知识：
1.发酵工程:是根据生物学,化学和工程学的原理进行工业规划的经营和开发微生物,动植物细胞及其亚细胞组分,进而利用生物体所具有的功能元件来提供商品而服务于社会的一门综合性科学技术.
2.发酵动力学:研究微生物生长,产物合成,底物消耗之间动态定量关系,定量描述微生物生长和产物形成的过程.
3.生物反应过程特点：①发酵原料的选择和预处理②菌种的选育和扩大培养③微生物发酵和控制④产品的分离和纯化
发酵工程 知识点：
1、菌种培育
由于从自然界分离的菌种不一定能满足生产的要求，因此必须对菌种进行改造，如何改造培育优良菌种呢？
第一，生产微生物直接合成的产物，即微生物的天然产品，如抗生素、氨基酸等，先从自然界分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法进行诱变育种，从中筛选出产量高的菌株用于生产。例如生产用青霉菌的培育过程。 第二，生产微生物不能合成的产物，如人的生长激素、胰岛素等产品，则用细胞工程、基因工程对微生物的遗传特性进行定向的改造，构建工程菌来达到生产相应产品的目的。例如单克隆抗体、白细胞介素—2、抗血友病因子的生产。
2、两次培养
发酵工程的几个环节中有两次对微生物进行培养，第一次是对菌种的扩大培养，第二次是发酵生产产品过程时的培养。它们有何区别呢？
第一，两次培养的目的不同。扩大培养是为了让菌种在短时间内快速繁殖，以便得到大量的菌种用于生产。而发酵过程的培养是为了获得生物产品、单细胞蛋白或者是发酵产物。
第二，两次培养的条件不相同。例如：酒精发酵，扩大培养要在有氧的条件下进行，让酵母菌进行有氧呼吸，获得的能量多，短时间内大量繁殖使自己在培养基中成为优势种群，发酵过程的培养要在厌氧的条件下进行才能产生酒精；又如谷氨酸发酵，谷氨酸棒状杆菌扩大培养要求C：N＝4：1，菌体大量繁殖，发酵过程的培养C：N＝3：1才能大量合成谷氨酸。
3、菌体生长规律
研究微生物的生长规律是为发酵提供理论依据，是将少量的单一菌种接种到恒定容积的液体培养基中，在适宜条件下培养并定期取样测定菌体的群体生长规律，由于营养物质有限，菌体生长有调整期、对数期、稳定期、衰亡期四个阶段。但是发酵工程的发酵阶段是为了最大限度地得到产品，要进行连续培养，所以只有调整期、对数期、稳定期三个阶段，没有衰亡期。
