发酵工程及其应用知识点

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高三生物知识点：微生物发酵及其应用

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发酵工程的发展简史

20世纪20年代的酒精、甘油和丙酮等发酵工程，属于厌氧发酵。从那时起，发酵工程又经历了几次重大的转折，在不断地发展和完善。

20世纪40年代初，随着青霉素的发现，抗生素发酵工业逐渐兴起。由于青霉素产生菌是需氧型的，微生物学家就在厌氧发酵技术的基础上，成功地引进了通气搅拌和一整套无菌技术，建立了深层通气发酵技术。它大大促进了发酵工业的发展，使有机酸、微生素、激素等都可以用发酵法大规模生产。

1957年，日本用微生物生产谷氨酸成功，如今20种氨基酸都可以用发酵法生产。氨基酸发酵工业的发展，是建立在代谢控制发酵新技术的基础上的。科学

家在深入研究微生物代谢途径的基础上，通过对微生物进行人工诱变，先得到适合于生产某种产品的突变类型，再在人工控制的条件下培养，就大量产生人们所需要的物质。目前，代谢控制发酵技术已经与核苷酸、有机酸和部分抗生素等的生产中。

20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等生物工程技术的开发，使发酵工程进入了定向育种的新阶段，新产品层出不穷。

20世纪80年代以来，随着学科之间的不断交叉和渗透，微生物学家开始用数学、动力学、化工工程原理、计算机技术对发酵过程进行综合研究，使得对发酵过程的控制更为合理。在一些国家，已经能够自动记录和自动控制发酵过程的全部参数，明显提高了生产效率。

发酵工程的概念和内容

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。

（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

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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

第十二章 发酵工程下游工程技术

第一节 发酵液的预处理与固-液分离

1.1 概述

发酵产物的提取与精制属于发酵工程的下游加工技术。

下游加工亦称发酵后处理，是指从发酵液或酶反应中分离纯化目的产物并加工成成品的过程。

在多数情况下是从稀的发酵液中回收目的产物，整个过程有多项单元操作组成，其中有许多是经典的化工单元操作。

一、下游加工过程的重要性

1. 获得商业产品的关键环节。

2. 促进发酵工程上游加工技术或工艺的改进。

3. 拥有市场竞争力的重要保证。

二、下游加工过程的特点

1. 发酵液是复杂的多相系统，属非牛顿液体，从中分离所需产品困难大。

2. 发酵产品在培养液中具有浓度低，稳定性差，对酸碱等外界环境十分敏感，容易失活。

3. 下游加工过程代价昂贵，产品回收率不是很高。

4. 发酵过程复杂，要求下游加工工艺应具有相当的适应性，以确保最终产品的纯度和质量。

三、下游加工的原则和要求

原则： 1）短时间内处理

2）分离时尽量低温

3）选择生物物质稳定的pH

4）要程序化进行清洗，消毒，包括厂房，设备，管路 下游加工 上游加工 要求：1）达到所需的纯度

2）成本要低，得率高

3）工艺过程要简便，对分离物质特性清楚

4）废弃物要易处理，能够做到综合利用（零排放；清洁生产）

5）实验室产品能够放大生产

四、下游加工工程的一般流程

1. 粗分离阶段

（1）发酵液的预处理和固-液分离。

（2）产物的初分离。

2.纯化精制阶段

（3）产物的高度纯化。

（4）成品加工。

1.2 发酵液的预处理与固-液分离

一、发酵液的一般特征

1. 含水量高，一般可达90％～99%，处理体积大。

2. 产品浓度低。

3. 悬浮物颗粒小，密度与液体相差不大。

4. 固体粒子可压缩性大，一压缩就变形。

发酵工程原理与技术应用

第一章 绪论

1. 什么是发酵工程？

发酵工程是指利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系，是生物工程与生物技术学科的重要组成部分。

利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术来生产有用物质或将微生物直接用于工业化体系的一门技术，是建立在微生物发酵工业基础上，与化学工程相结合而发展起来的。

2. 发酵工业的特点

① 一步生产 ② 反应条件温和 ③ 原料纯度要求低 ④ 设备的通用性高 ⑤ 对环境的污染相对较小 ⑥ 生产受自然条件限制小

3.发酵工程的类型：1.根据对通气的需求不同可以分为好氧发酵和厌氧发酵。

2.根据培养基介质的性状不同可分为固态发酵和液态发酵。

3.根据发酵菌种的不同可分为纯菌发酵和混菌发酵。

4.根据发酵规模的不同可以分为研究规模发酵、中试规模发酵以及生产规模发酵。

4.发酵工业现状：我国位居世界第一的发酵产品有：酱油、啤酒、食用菌、味精、抗生素、柠檬酸、维生素C等。我国已经是发酵工业大国，但不是强国。与发达国家相比，我国的发酵产业技术水平仍存在一点差距，具体表现为：1工业生产菌种的技术水平仍然较差。2发酵工艺相对落后。3.产品科技含量低。4.装备水平落后。

5.发酵工业生产流程：

1）原料预处理2）培养基的配置3）发酵设备和培养基灭菌4）无菌空气的制备5）菌种的制备和扩大培养6）发酵7） 产品及分离提纯工艺

3、发酵工业发展的历史进程、重要历史阶段和典型技术

1）天然发酵阶段，从史前到19世纪 酿酒技术

2）纯培养技术的建立，主要为19世纪末到20世纪30年代，德国利斯特‘科赫完成细菌纯培养技术

3）通气搅拌发酵技术建立，1929年开始到1942年青霉素发酵生产成功

4）代谢控制发酵和现代发酵技术的发展，木下祝郎发明代谢控制发酵技术，使谷氨酸发酵生产实现产业化