微生物遗传学与发酵工程技术

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。

生物技术专业《微生物发酵工程》

实践教学指导书

南开大学生命科学学院

指导教师：王淑芳 宋存江

1编制说明及实践教学要求

发酵工程实践教学是微生物发酵工程教学的必要环节，可以弥补理论教学与实验教学中

的不足。在实践教学大纲中明确规定了学生实践教学的内容。重点掌握和熟悉那些在理论和

实验教学中所缺失，但又是微生物发酵工程体系所必需掌握的知识内容：如：工业规模发酵

工程生产的特点、工业规模的发酵与产物分离纯化、工业规模发酵与分离装置、污水处理工

程的状况等。

（一）为了强化实践教学课程的教学效果，课程组编写了《实践教学指导书》。内容包括：实

践教学的意义和实施方法、实习基地及实践内容、实践教学成绩评定方法以及实习报

告要求等部分。

（二）实践教学的意义、实施方法

介绍了实践教学的重要意义，实践教学的实施方法及注意事项。

（三）主要实习基地及实践内容：

介绍了主要实践教学基地的基本情况和主要实践内容。实习基地包括：石家庄华北制

药集团有限公司（国家微生物药物工程研究中心）、天津金耀集团（天津药业股份有

限公司）、华立达制药有限公司、天津生物芯片技术有限责任公司、诺维信生物技术

公司、天津工业微生物研究所（天津实发中科百奥工业生物技术有限公司）、天津天

士力制药公司、河北制药厂(核黄素发酵)、天津新星兽药厂、天津经济技术开发区污

水处理中心、纪庄子污水处理厂、大港污水处理厂、东丽区污水处理厂、天津市氨基

酸公司制造车间、中美史克制药有限公司、天津大冢制药有限公司等企业、研究院、

所等。本指导书介绍了其中主要实习地基概况。

（三） 实践教学成绩评定方法：

包括：学生的实践教学态度（20分），学生在实践教学中提出学术或技术问题及解决问

题的建议（20分）；学生实践教学实习报告（60），其中，实践教学的体会（12分），

观察到的某一单元生产操作（如：干燥、提取等）的理论方法与实际运行情况介绍或比

较（12分），产品生产流程图（12分），工业规模仪器、设备照片（12分），实习报告

第一章 绪论

发酵：通过微生物、动物细胞和植物细胞的培养，大量生成和积累特定的代谢产物或菌体的过程。

发酵工程：是发酵原理和工程学的结合，是研究由生物细胞（包括微生物、动植物细胞）参与的工艺过程的原理的科学，是研究利用生物材料生产有用物质，服务于人类的一门综合性科学技术。这里所指的生物材料包括来自自然界微生物、基因重组微生物等以及各种来源的动物细胞和植物细胞。

发酵工程组成从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程

第二章 发酵设备

固体发酵

液体发酵（厌氧发酵，好氧发酵）

厌氧发酵：酒精发酵罐

好氧发酵：通风搅拌发酵罐

通风搅拌发酵罐设备主要部件包括：

1罐身

2电机

3搅拌器

4轴封

5消泡器

6联轴器

7中间轴承

8空气吹泡管（或空气喷射器）

9挡板

10冷却装置

1.罐体：罐体由圆柱体或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，大型发酵罐可用衬不锈钢或复合不锈钢制成，为了满足工艺要求，罐需要承受一定压力，罐壁厚度决定于罐径及罐压的大小。罐体上的管路越少越好

2.搅拌作用：打碎空气气泡，增加气液接触界面以提高气液间的传质效率使发酵液充分混和。

3挡板的作用：防止液面中央产生漩涡，促使液体激烈翻动，提高溶解氧。竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用；

4消泡器：利用机械的方法打碎气泡

5仪表：测量相关参数

为什么压力表不用直管：会有培养基冲入，污染压力表；起不到缓冲作用；灭菌冷却后有冷凝水（含菌）掉入罐内，污染菌种，弯管液封，上面的杂菌不会掉入下面管道中。

6罐体各部分的尺寸有一定比例，高/径比约为2.5～4。

发酵罐的灭菌

（在夹套中）关好空气阀，蒸气上进下出，冲蒸气，压力大于2 kg/cm2（120℃），最好是4～5 kg/cm2（160℃）。当罐内温度>80℃，进蒸气口（蒸气阀）关掉，出蒸气口（排气阀）关小。打开空气阀，蒸气直接进罐，121℃，20～30min。从80℃～100℃上升很快，大于100℃后温度上升很慢，到118℃时就开始计时，计时25min时立即关掉蒸气阀。关掉蒸气阀后通入无菌空气，使罐内一直保持正压（高于大气压，空气不会倒灌入罐内）。（在夹套中）立即加自来水冷却，从下向上，使温度尽快降到55℃左右，到37～38℃时关掉水，也有缓冲性。升温降温时注意缓冲性灭菌时蒸气从夹套中进去，如从罐中进去，蒸气冷凝，产生冷凝水、无法接种、容易污染冬天温度低、散热快，低于30℃需加温。加温时蒸气由下进入、从上酒精发酵罐 而出。如从25℃→30℃，加热到28℃时即可关蒸气阀微生物代谢发酵时产生大量热，使温度大于30℃，需考虑适当降温。冷却时冷却水由下进入、从上而出，注意缓冲性，不要降至30℃才关小型罐 50L～7T用夹套系统冷却；大型罐7吨以上，用冷却管（盘肠、列管系统）

【引言】

所谓生物工程，一般认为是以生物学(特别是其中的微生物学、遗传学、生物化学和细胞学)的理论和技术为基础，结合化工、机械、电子计算机等现代工程技术，充分运用分子生物学的最新成就，自觉地操纵遗传物质，定向地改造生物或其功能，短期内创造出具有超 远缘性状的新物种，再通过合适的生物反应器对这类"工程菌"或"工程细胞株"进行大规模的培养，以生产大量有用代谢产物或发挥它们独特生理功能一门新兴技术。

发酵工程发源于家庭或作坊式的发酵制作(农产手工加工)，后来借鉴于化学工程实现了工业化生产(近代发酵工程)，最后返璞归真以微生物生命活动为中心研究、设计和指导工业发酵生产(现代发酵工程)，跨入生物工程的行列。

【目录】

第一部分生物发酵工程项目总论

总论作为可行性研究报告的首要部分，要综合叙述研究报告中各部分的主要问题和研究结论，并对项目的可行与否提出最终建议，为可行性研究的审批提供方便。

一、生物发酵工程项目概况

（一）项目名称

（二）项目承办单位

（三）可行性研究工作承担单位

（四）项目可行性研究依据

本项目可行性研究报告编制依据如下：

1．《中华人民共和国公司法》；

2．《中华人民共和国行政许可法》；

3．《国务院关于投资体制改革的决定》国发（2004）20号 ；

4．《产业结构调整目录2011版》；

5．《国民经济和社会发展第十二个五年发展规划》；

6．《建设项目经济评价方法与参数（第三版）》，国家发展与改革委员会2006

年审核批准施行；

7．《投资项目可行性研究指南》，国家发展与改革委员会2002年

8． 企业投资决议；

9． ……； 10． 地方出台的相关投资法律法规等。

（五）项目建设内容、规模、目标