张嗣同 发酵工程第九章：发酵过程优化与放大概论(精品课程)6-5

以发酵过程多尺度为核心内容的发酵罐设计与操作条件研究华东理工大学，国家生化工程技术研究中心（上海）上海国强生化工程装备有限公司1、发酵过程多尺度理论及过程优化与放大为了实现微生物发酵过程优化，往往从各自研究的技术背景出发，以单一尺度去理解和分析过程特点，长期来把注意力放在菌种的筛选或基因工程菌的构建上，忽视工程问题所引起的优化问题。

此外，由于发酵过程特征数据采集的困难和过程酶学研究的困难，发酵工艺开发研究时只能采用最佳工艺控制点为依据的静态操作方法，缺乏代谢流变化的实时分析。

所依据的基本思想和方法都是采用传统的生物学方法或化学工程的宏观动力学的调控方法，这对活体细胞的发酵调控来说存在很多问题，因此长期来有关发酵过程优化与放大，国内外都没有很好解决。

以华东理工大学张嗣良教授为首的国家生化工程技术研究中心（上海）提出了以活细胞为主体的细胞大规模培养的生物反应过程，可以分为基因分子尺度、细胞尺度与生物反应器尺度的网络结构，是不同尺度的网络状态关系。

认为跨尺度观察与控制是微生物过程优化的关键，由此形成了一套形成了基于参数相关的发酵过程多水平问题研究的优化技术和发酵过程多参数调整的放大技术。

随着过程传感技术和计算机技术的发展，设计了一种用于生物过程多尺度研究的新概念发酵装置，利用该装置技术在实验室规模实现各发酵产品的过程优化研究，其优化结果一般可由几十升发酵罐直接放大到上百M3的工业生产发酵罐。

采用该项目技术原理和装置对各种发酵产品开展研究，发现了红霉素发酵生产过程中黄豆饼粉与葡萄糖作为碳源竞争性利用时对次级代谢的影响机制，使发酵水平由5000u/ml提高到8400u/ml，打破了二十多年来我国红霉素发酵水平停止不前的局面，进入了国际先进水平；金霉素发酵在实验室发酵罐取得成功后，实现了1500公里外由上海至内蒙的远程发酵过程诊断，直接放大到120M3发酵罐，达到提高发酵水平30%以上的国内领先水平；广东星湖公司的鸟苷发酵，发现了代谢流迁移，经深入研究，使发酵水平达到了国际先进水平，由17g/L提高到34g/L，在与国外产品的市场竞争中获得了成功；WHO项目由上海第二军医大学构建完成的Pichia酵母表达系统的基因工程疟疾疫苗高密度高表达由70mg/L提高到2600mg/L，达到了国际领先水平；基因工程白蛋白由700mg/L提高到7g/L。

可以根据Q10估算。
表5-6a 估算的芽孢不同温度大概灭菌时间
温度/℃
10 0
110
115
12 1
12 5
13 0
时 间 / m in
12 00
15 0
51
15
6. 4
2. 4
表5-6b 一些细菌芽孢的实际杀灭时间
二、培养基的灭菌
（一）培养基的灭菌方法 1. 分批灭菌
概念： 又称为间歇灭菌，就是将配制好的培养基全 部输入到发酵罐内或其它装置中，通入蒸汽 将培养基和所用设备加热 至灭菌温度后维持 一定时间，再冷却到接种温度。也称为实罐 灭菌或实消。
E
k Ae RT (5-3)
式中：
A为比例常数，s-1； △E为活化能，J/mol； R为气体常数，8.314 J/(mol·K)； T为绝对温度，K。
k 值与活化能的关系 活化能处于指数项，可见其与 k 值的变化关系密切。 高温瞬时灭菌 (HTST) 营养损失小的原理，可以从 细菌与一些营养物的不同活化能得到解释。
生物。 防腐剂：抑制体系 (主要是食品)表面和内部微
生物的生长繁殖。 注意：抑菌和杀菌甚至溶菌作用是相对的。
一、化学灭菌
常用的化学药剂
主要有石碳酸、甲醛、氯化汞、碘酒、酒精高 锰酸钾等。
共同规律：杀菌强度有别，但在低浓度时都有 促进微生物生长的刺激作用，在浓度升高后依 次表现出制菌、杀菌和溶菌的现象。
一、湿热灭菌的基本原理
微生物的热阻
热阻指在某一特定条件下 (主要是指温度和加热方 式等) 微生物细胞的致死时间，表征了不同微生物 细胞对热的相对抵抗力。
例如一些微生物的相对热阻和抵抗力如表5-1.
2. 微生物热死亡的数学规律

第九章 发酵供养 一、呼吸强度、耗氧速率概念及其相互关系 二、临界氧浓度概念 三、氧的传送阻力 四、根据传质方程式分析影响氧传送的要素 五、溶氧系数的测定方法
第十念及其组成 2、温度对发酵的影响 3、最适温度控制 二、pH的控制 1、pH对菌体生长和代谢产物合成的影响 2、pH的调理控制 三、泡沫的控制 1、消泡方法 2、化学消泡剂的特点及类型 3、机械消泡类型
各章重点
绪论 一、发酵、发酵工程概念 二、新产品、新种类投入消费的必经之路 三、发酵工业的开展历史
第一章 菌种与菌种扩展培育 一、微生物工业对菌种的要求 二、菌种保藏方法及其特点 三、工业微生物的培育类型 四、影响种子质量的主要要素
第二章 培育基的制备与灭菌 一、培育基的组成成分及培育基的类型 二、淀粉水解糖的制备方法及其特点 三、糖蜜前处置的方法及其特点 四、灭菌与消毒的区别 五、灭菌方法类型、微生物热阻、致死时间、致 死
四、补料的控制 1、补料的作用 2、补料内容 3、补料原那么 五、发酵终点判别的要素 六、染菌控制 1、染菌时间对发酵的影响 2、发酵总染菌率概念 3、染菌缘由分析及其防止 4、染菌后的处置方法
一、考核方式：闭卷考试 二、试题类型 1、填空题〔30空，每空0.5分，共15分〕 2、选择题〔10题，每题2分，共20分〕 3、名词解释〔5题，每题3分，共15分〕 4、简答题〔5题，共40分〕 5、论述题〔1题，共10分〕 三、平常成果20％＋卷面成果80％
温度概念 六、湿热灭菌优缺陷 七、分批灭菌的优缺陷 八、空气除菌的方法 九、介质过滤机理
发酵机制 一、发酵机制概念 二、巴斯德效应及其机制 三、乳酸发酵类型 四、氨基酸发酵代谢调控方法 五、抗生素类型
第八章 发酵动力学 一、微生物培育方式及其特点 二、补料培育的类型 三、延续培育的类型 四、延续培育的优缺陷

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发酵动力学模型：
发酵动力学模型，是为了描述菌体 生长、碳源利用与代谢产物形成速度 变化，以及它们相互之间的动力学关 系。目前有多种动力学分型。
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碳源利用与产物形成速度的关系动力 学分型，它将发酵过程分成了三个类型。 1）Ⅰ型——产物直接与碳源利用有关； 2）Ⅱ型——产物间接与碳源利用有关； 3）Ⅲ型——产物表面与碳源利用无关。
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代谢过程错综复杂，但受体内调 节系统严格控制，并按照顺序、协调 有效地进行，维持体内代谢平衡。
对微生物而言：
代谢过程----细胞内自我调节
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微生物代谢调节方式:
1.细胞透性调节； 2.代谢途径调节； 3.代谢流向调节； 4.代谢速度调节(酶活性或酶数量)。
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②空气流速，一般空气流速提高，可提高供 氧量，但空气流速过大，搅拌器叶轮发生 过载，即叶轮不能分散空气，此时气流形 成大气泡在轴的周围逸出。当空气流速超 过过载速度时，通气效率就不再增加，反 而增加动力消耗。
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③罐压，罐压增大，一般溶氧量增大，但也 会增大二氧化碳溶解度，影响发酵。
④空气分布器，良好分布器可增大供氧量。 ⑤温度，温度升高氧溶解量下降。 ⑥空气含氧量，富氧空气可提高溶解氧量，
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④有毒产物的形成和积累：发酵 液中二氧化碳等代谢产物如果不能及 时从培养液中排出，让其在发酵罐中 积累，就会抑制微生物的呼吸并对微 生物有毒害作用，减小氧的需求量。
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⑤消沫剂的影响：如使用消沫剂可被微 生物利用，则会增强需氧量。
⑥其它因素：发酵接种量大，微生物生 长快，菌体浓度大需氧量多；幼龄菌 体呼吸强度高，需氧量大。

[2*(5.6+5.6+4 [2*(1+2+2)/3]- [2*(162+162+3 0.3074 )/3]-4=6.13 1=2.33 03)/3]-303=115 4.9 1.5 224 0.3804 4.4 2.8 266 0.3420
四、应用
为了更好地理解和说明生物过程优化的方法,下面以 为了更好地理解和说明生物过程优化的方法 下面以 我们的研究结果为例进一步说明。 我们的研究结果为例进一步说明。 我们根据代谢控制育种理论，利用理性育种技术， 我们根据代谢控制育种理论，利用理性育种技术，以 黑曲霉ATCC2660作为出发菌株，经过紫外与亚硝基 作为出发菌株， 黑曲霉 作为出发菌株 胍联合诱变， 胍联合诱变，筛选到一支抗叠氮化钠的高产核糖核酸 酶的突变株SA-13-20。首先利用单次单因子法，确定 酶的突变株 。首先利用单次单因子法， 了其发酵培养基为: 葡萄糖30g/L，玉米粉 了其发酵培养基为 葡萄糖 ，玉米粉120g/L, NH4NO32g/L, K2SO40.087g/L, pH2.2。 。 为了确定培养基各成分和培养条件对发酵产酶的影响， 为了确定培养基各成分和培养条件对发酵产酶的影响， 利用Plackett-Burman设计对总碳量、葡萄糖与玉米 设计对总碳量、 利用 设计对总碳量 粉比例、 起始pH和接种量等 粉比例、NH4NO3量、K2SO4量、起始 和接种量等 6个因子进行了研究。实验方案及其结果见下表。 个因子进行了研究。 个因子进行了研究 实验方案及其结果见下表。
4. 优化
对回归方程求导， 便可得到其极值点， 对回归方程求导 ， 便可得到其极值点 ， 即最优化的 条件。 条件。 各因子的响应面等高图能够直观地描绘各因子相互作 用的情况。如等高线为圆形， 用的情况。如等高线为圆形，则说明因子间的相互作 用可忽略；若为椭圆或马鞍形， 用可忽略；若为椭圆或马鞍形，则因子间的相互作用 对考察目标是非常明显的。 对考察目标是非常明显的。 另外，响应面等高图同样能求出最优化条件。 另外，响应面等高图同样能求出最优化条件。

• 次级代谢及产物 各抗种生次素级、代毒谢素产物、都激是素在和微色生素物生等长。缓慢或停止生
长时期即稳定期所产生的，来自于中间代谢产物和 初级代谢产物。
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第二节 代谢调节方式与机制
一、调节方式 • 代谢途径区域化 • 代谢流向的调控 • 代谢速度的调控 • 细胞透性的调节 • 能荷调节
酶的顺序反馈抑制
抑制
抑制
D
E
Y
Eb
A
B
C
Ea
Ec
F
G
Z
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抑制
途径中的第一个反应（A B）被两个不同的酶所催化，一 个酶被Y抑制，另一个酶被Z抑制。只有当Y和Z同时过量 才能完全阻止A转变为B。另两个控制点（C D），（C F），分别受Y或Z的抑制。
同工酶的反馈抑制
同工酶是能催化同一生化反应，但它们的结构稍有不同，可分别 被相应的末端产物抑制的一类酶。
一、积累代谢产物的有效措施
（一）反馈抑制作用的解除：实质是使代谢途径中的关键酶（别构
酶）的调节亚基的结构基因发生突变，使末端产物或其类似物不再与别 构中心结合，从而解除反馈抑制，积累末端产物；
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（二）反馈阻遏作用的解除：实质是使调节基因蛋白不再与末端产物相结合， 或结合后的复合物不能同操纵基因结合，从而解除了末端产物对酶合 成的阻遏；
① 酶活性的激活（activation）
前体激活：代谢途径中后面的酶促反应，可被该途径中较 前面的一个中间产物所促进。
代谢中间产物的反馈激活：代谢中间产物对该代谢途径的 前面的酶起激活作用。
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2、酶活性的调节（细调）
② 酶活性的抑制（inhibition）：大多是反馈抑制

软 件 设 计
关键技术 •在线检测参数 •实验室手工测定参数 •间接参数(代谢流特征 或工程特征)
功能
BlORADAR。
•适应多种反应器特点 •融合多种过程理论和 控制理论 •工艺分析与操作 •远程通讯与异地数据 传送和分析
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发酵过程优化与放大概论
数学模型、静态和动态优化、系统识别、自适应控制、 专家系统、模糊控制、神经元网络、各种混沌现象的研究 复杂性 动态性 多容量过程 不可预测性 高度非线性 线性或拟线性关 系的数学摸型 发酵过程参数趋势曲线相关
困难
发酵生产完 整过程
跨尺度观察
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/jpkc/fjgc
发酵过程优化与放大概论
v发酵过程优化控制中的方法和手段
第二部分
发酵过程优化控制中的方法和手段
/jpkc/fjgc
发酵过程优化与放大概论
v发酵过程优化控制中的方法和手段
数据驱动型方法
/jpkc/fjgc
发酵过程优化与放大概论
v生物反应器过程的多尺度理论——发酵过程优化 与方法基础
代谢调控研究 代谢工程研究 过程数据采集 和处理的困难 发酵过程酶学 研究的困难 发酵工艺优化研究 的基本思路 单一生理调控机制， 缺乏全局性的概念 • 仍旧局限于寻求培养基配方和最佳的温度、pH、DO等 • 缺乏微观的实时的代谢调控 /jpkc/fjg手段
方法和装备技术研究
/jpkc/fjgc
发酵过程优化与放大概论
v发酵过程优化控制中的方法和手段
基本方法
● 基于参数相关的发酵过程多水平(尺度)问题研 究的优化技术 ● 发酵过程多参数调整的放大技术 区分三个水平(尺度)问题 生物反应器的传递与混和 不同环境条件下的代谢动力学特征 细胞代谢流的迁移 基因水平的启动与表达 …

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一、发酵工程的特征
（p13）
1、原料：发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他 农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源 就可进行反应。可以利用废水和废物等作为发酵 的原料进行生物资源的改造和更新。
2、菌种：微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过 变异和菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使 生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规 方法难以生产的产品。
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4、发酵的现代概念
• 利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程， 统称为发酵。
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利用微生物的特点：
• 发酵工程所利用的微生物：细菌、放线菌，酵母菌和霉菌等。 • 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。
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（三）发酵工程产品的类型
• 酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、 干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种食品 、医疗保健药物；
• 天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用 生产资料；
• 氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素； • 单细胞蛋白等微生物菌体。 • 生物能 • 微生物冶炼 • （p3 ）
病用的疫苗等。 • 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率
最高阶段，生长稳定期产量最高。
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2、微生物代谢产物发酵
• 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。 • 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢
产物。 • 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来

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1. 概 述 Introduction
抗生素
是生物在其生产活动过 程中所产生，并能 在低微浓度下有选 择性地抑制或杀灭 其他微生物或肿瘤 细胞的有机物。
Antibiotics
Any organic substances produced by various organisms that have the power of arresting the growth of other microorganisms or of destroying them.
照射 亚硝基胍、亚硝酸、
秋水仙素、氮芥等 诱变剂处理
Conventional strain selection • Physical mutagen
eg. Ultraviolet Radiation • Chemical mutagen
eg. Nitrosoguanidine (NTG) • Improved strain can be
抗生素发酵生产技术 Antibiotics Fermentation Production
韩北忠
中国农业大学 食品学院
Han Bei-zhong, Prof. PhD
College of Food Science & Nutritional Engineering
China Agricultural University
现代分析仪器： • 核磁共振 • 毛细管电泳 • 气相色谱 • 高效液相色谱 • 质谱
Modern analytical instruments:
• Nuclear magnetic resonance (NMR)
• Capillary electrophoresis (CE)

工艺改进前后葡萄糖激酶时序变 化
0.12 0.1
工艺改进前后磷酸果糖激酶的 时序变化
0.05 0.045 0.04 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 12h 24h
Δ A/min
0.08 0.06 0.04 0.02 0 12h 24h 36h 40h t / h 44h 48h
►菌体细胞主流代谢流迁移问题是本项目过
程优51篇 出版专著、著作： •多尺度微生物过程优化，化学工业出版社
• Study on Industrial Fermentation Process
on Multi-scale and Its Optimization , Advance Biochemical Engineering/ Biotechnology , 2003 Volume（87） : Biomanufacturing 2004年3月出版
关键技术
跨尺度分析与工艺改进
确定以代谢流由EMP向HMP途径回复迁移为 目标进行过程工艺优化，并以OUR的下降作为 跨尺度操作的相关因子
发现调控因子A加入后短期内OUR的下降速 度就开始放慢，到48小时开始维持稳定直至放 罐，并且发酵后期的糖耗速率也变慢
关键技术
代谢流控制
工艺改进前后的酶活时序变化
Δ A/min
原工艺
新工艺
t / h 原工艺
36h
40h
44h
48h
新工艺
工艺改进前后6-磷酸葡萄糖脱氢酶 的时序变化
0.05 0.045 0.04 0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0 12h 24h 36h
工艺改进前后丙氨酸脱氢酶的 时序变化

• 只能在接近设定点的情况下有效工作
• 3. 串级反馈控制
• 由两个以上控制器对一种变量进行联合控 制的方法
• 4. 前馈/反馈控制
• 如废水处理系统，分析悬浮固体含量前馈到排 放控制器
• 根据排出悬浮固体含量对排放率进行反馈调节
• 1.2.2 发酵控制系统的硬件结构
• 1. 传感器 • 2. 变送器与过程接口 • 3. 执行机构和转换器 • 4. 监控计算机
• 2. 溶氧
• 复膜溶氧探头
• 银阴极和铅阳极组成的原电池
• 管状银阳极、铂丝阴极、氯化银电解液和极 化电源组成的极谱型
• 产生的电流正比于通过膜扩散入探头的氧量
• 复膜溶氧探头实际测量的是氧分压，与溶氧 浓度并不直接相关，结果用溶氧压（DOT） 表示
• 一般以空气中氧饱和的百分度表示
• 3. 氧化还原电位
不同水平问题的相关
Rpm ↓ DO ↓
OUR
当ＤＯ低于临界
氧浓度（ＣＬｃ)时，
VHB
ＯＵＲ下降，细胞代
谢由好氧向厌氧途径 迁移。
CLC
DO
分子水平 基因工程血红蛋白 hemoglobin (VHB) 对氧的亲和力提高（由图所示），临界氧下降。
2.3 发酵工程控制中二个基本问题——优化与放大
代谢调控研究 代谢工程研究
• 缺乏以细胞代谢流分析与控制为核心的
研究内容
不同尺度的网络状 态关系
•生命所特有的信息流、 物质流、能量流 •具有“变化着的结构” 不仅是线性或动力学 因素
• 跨尺度测量与控制 往往以各自研究的技 术背景从单一尺度去 理解和分析研究生物 过程的特点
呈网络多输入多输出关系
•不是简单的统计热力学关系 •网络结构表现在不同尺度的网络状态的互动关系

发酵过程的参数相关分析
参数曲线相关分析的优势
► 从发酵过程多尺度系统理论来看，参数趋势曲 从发酵过程多尺度系统理论来看，
线相关有可能是某一尺度的线性或动力学行为， 线相关有可能是某一尺度的线性或动力学行为， 也可能是多尺度系统的结构性突变， 也可能是多尺度系统的结构性突变，因此用常 规的单一尺度模式有时就无法解释过程中发生 的许多现象。 的许多现象。 ► 虽然这些过程检测大多是环境中的状态或操作 但可以通过进一步分析，得到反映分子、 量，但可以通过进一步分析，得到反映分子、 细胞和反应器工程水平的不同尺度问题的联系， 细胞和反应器工程水平的不同尺度问题的联系， 从而实现跨尺度观察和跨尺度操作。 从而实现跨尺度观察和跨尺度操作。
发酵过程参数检测的意义
► 可以得到反应细胞尺度、分子尺度和工程尺 可以得到反应细胞尺度、
度的反应特性，并通过分析而加以区分不同 度的反应特性， 尺度的问题； 尺度的问题； ► 可以了解发酵过程各参数之间的多样性、时 可以了解发酵过程各参数之间的多样性、 变形、相关耦合性和不确定性， 变形、相关耦合性和不确定性，了解复杂的 发酵过程 ► 通过参数的检测，可进一步优化发酵工艺， 通过参数的检测，可进一步优化发酵工艺， 最终提高产品的生产产量。 最终提高产品的生产产量。
*
生物相关
生物相关是指通过生物细胞的生命活动所引起的参数之间耦 合相关，主要体现在二种方式： 合相关，主要体现在二种方式： 其一，通过生物细胞生长代谢后引起的培养液物性的变化， 其一，通过生物细胞生长代谢后引起的培养液物性的变化， 进而引起的参数相关。 进而引起的参数相关。
菌体生长引起的生物相关特性
加糖 OUR
DO rpm
时间(h)
O2消耗与过程传递的物质平衡

《发酵工程笔记》笔者：赵可目录第一章绪论（p1） (1)1.1概念 (1)1.2发酵工程的研究内容 (1)1.3发酵过程的特点 (2)1.4发酵过程的问题 (2)1.5发酵工程的发展简史 (2)1.6发酵工程工程的任务 (2)1.7发展方向 (3)第二章生物发酵的基本过程（p36） (3)2.1发酵的基本过程 (3)2.2发酵过程的一般过程和操作方式 (3)2.3微生物的发酵类型 (4)2.3.1液体发酵 (4)2.3.2固体发酵 (4)2.3.3好氧发酵 (5)2.3.4厌氧发酵 (5)第三章种子扩大配培养（p44） (5)3.1概念 (5)3.2种子扩大培养工艺 (6)3.2.1制备流程 (6)3.2.2优良种子具备的条件 (6)3.2.3影响种子的质量因素 (6)3.2.4种子质量控制措施 (6)第四章发酵培养基（p48） (6)4.1一般特点 (6)4.2发酵培养基的组成与制备 (6)4.2.1发酵培养基的组成 (6)4.2.2发酵培养基的制备要点 (7)4.3发酵培养基的设计和优化 (8)4.3.1设计发酵培养基要考虑的因素： (8)4.3.2摇瓶实验： (8)4.3.3正交实验：多因素多水平 (8)第五章发酵过程产物分析（p53） (8)5.1分析项目按性质分可分三类： (8)5.2发酵终点的判断 (8)第六章发酵动力学（p59） (8)6.1发酵动力学概念 (8)6.2研究发酵动力学的目的 (9)6.3动力学 (9)6.3.1课程重点 (9)6.4生物反应类型 (9)6.5发酵的目的 (9)6.6发酵研究的关键问题 (9)6.7优化发酵过程达到高产目标的方法 (10)6.8发酵动力学研究的基本过程 (10)6.9分批发酵动力学 (10)6.9.1菌龄 (10)6.9.2分类 (10)6.9.3细胞生长动力学 (10)6.9.4分批发酵基质消耗动力学 (11)6.9.5分批发酵产物形成动力学 (11)6.9.6分批发酵的优缺点 (12)6.9.7重要截图（来自中国MOOC余龙江教授） (12)6.10讨论与问题 (13)第七章分批发酵、补料分批发酵和高密度发酵（p81） (14)7.1分批发酵 (14)7.1.1分批发酵的操作工艺 (15)7.1.2菌体生长规律 (15)7.1.3代谢变化 (15)7.2补料分批发酵 (16)7.2.1适用范围： (16)7.2.2物料流加方式 (16)7.2.3补料分批动力学 (16)7.3高密度发酵 (16)7.3.1影响高密度发酵生产的因素 (16)7.3.2高密度发酵存在的问题 (17)7.4讨论与问题 (17)7.4.1分批发酵和补料分批发酵有哪些联系和区别？ (17)7.4.2分批发酵的流程 (17)7.4.3分批发酵包括哪些时期 (17)7.5课堂问题 (17)第八章连续发酵（p105） (19)8.1基本概念 (19)8.2连续发酵的优缺点 (19)8.3连续发酵的类型 (19)8.4连续发酵操作方式 (20)8.4.1开放式连续发酵 (20)8.4.2封闭式连续发酵 (20)8.5膜连续发酵 (21)8.6连续发酵的控制方式 (21)8.7连续发酵的实际应用 (22)8.7.1连续发酵 (22)8.7.2分批发酵 (22)8.7.3补料分批发酵 (22)8.7.4连续发酵在工业上的应用 (23)第九章微生物的现代固态发酵（p121） (23)9.1固态发酵 (23)9.1.1固态发酵的特点 (23)9.1.2固体培养的优点 (23)9.1.3固液发酵的比较 (23)9.1.4传统固态发酵与现代固态发酵 (24)9.1.5固态发酵分类 (25)9.1.6适合固态发酵的微生物 (25)9.1.7固态发酵的界面作用 (25)9.2固态发酵反应器 (25)9.2.1静态固态发酵反应器 (25)9.2.2动态固态发酵反应器 (26)9.2.3固态发酵反应器 (26)9.3固态发酵的应用 (26)第十章基因工程菌株发酵（p154） (27)10.1工业化生产的基因工程菌应具备的条件 (27)10.2基因工程菌的发酵 (27)10.2.1培养操作和发酵设备 (27)10.3讨论与问题 (27)10.3.1基因工程菌的不稳定性 (27)10.3.2改善措施： (27)10.3.3生产过程: (27)第十一章发酵过程中氧的溶解、传递、测定及其影响因素（p167） (28)第十二章发酵控制工程（p183） (28)12.1讨论与问题 (28)第十三章空气除菌（p250） (29)13.1几个基本概念 (29)13.2染菌的危害 (29)13.3树立无菌概念，强调无菌操作 (29)13.4灭菌和除菌的基本原理 (30)13.5发酵工程的灭菌工程（p228） (30)13.5.1化学物质灭菌 (30)13.5.2干热灭菌法 (30)13.5.3湿热灭菌法 (31)13.5.4射线灭菌 (31)13.5.5过滤介质除菌 (31)13.5.6静电除菌 (31)13.5.7臭氧灭菌 (31)13.6名词概念 (32)13.7培养基和发酵设备的灭菌 (32)13.7.1温度和时间对培养基的影响 (32)13.7.2影响培养基灭菌的其他因素 (33)13.7.3培养基分批灭菌 (33)13.7.4发酵设备的灭菌 (34)13.8空气除菌 (34)13.8.1发酵用无菌空气的概念和质量标准 (34)第十四章发酵工程设备（p265） (35)14.1通气发酵罐 (35)14.1.1机械搅拌通气发酵罐 (35)14.1.2自吸式发酵罐 (35)14.2嫌气发酵罐 (36)14.2.1基本要求 (36)《发酵工程》1-14章节笔记第一章绪论（p1）1.1概念发酵工程利用微生物或动植细胞的生长繁殖和代谢活动以及特定功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于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，和改造新技术结合并发展起来的现代发酵技术；它是渗透有工程学的微生物学和细胞生物学，是现代生物技术产业的基础与核心。

参数检测配置示意图
在2000年上海国际工业博览会上展出的 FUS-50L(A)发酵罐
数据处理
软
件
设
计
功能
BlORADAR。
•在线检测参数 •实验室手工测定参数 •间接参数(代谢流特征
或工程特征)
•适应多种反应器特点 •融合多种过程理论和
控制理论 •工艺分析与操作 •远程通讯与异地数据
传送和分析
1. 多尺度参数相关过程优化研究技术 2. 菌体细胞生理特性的恒化器技术研究
3. 流场特性与生理特性研究相结合过程放 大技术
4. 过程宏观代谢流、传感器配置与在线数 据处理技术
5. 发酵过程计算机数据处理与控制软件包 6. 生物反应器CFD流场特性研究 7. 稳定性13C微观代谢流测定技术 8. 发酵过程蛋白谱研究技术 9. 发酵过程转录谱与基因芯片技术研究 10. 菌种基因工程改造与系统生物学 11. 合成生物学研究技术
过程优化与放大研究
• 在已提供高产菌株（或细胞株）的基础上，如何把这些
高产菌种在培养过程中进一步考察它的生理生化特性， 稳定或改进微生物反应工艺过程，这里要求对生物物性 的动态有详尽的了解，对生化反应做定量的和动力学方 面的考察
•发酵过程是以微生物反应为核心的，有很多过程环节参与
的综合结果，整个过程贯穿着以"速率"为内容的基础研究
工业发酵技术在国民经济发展中的作用
➢ 数千年历史 ➢ 技术持续发展
……
生物能源
需 求
纤维素乙醇、 ➢ 工业生物技术基础 生物柴油… ➢ 社会经济发展必须
环境保护
生社 物会
动物细胞
生物治理、生
物预报…
技可 术持 发续