发酵工程

发酵工程

第一章

发酵工程：是现代生物学的重要组成部分、由早期的酿造工艺演化至今，已经进入高科技领域，是生物科学的重要领域。

发酵：指厌氧发酵产生co2气体的现象。

生理意义：微生物在无氧环境下的一种呼吸，是微生物获取能量的一种方式。

发酵工程的发展阶段：

第一阶段：天然发酵阶段19世纪中叶之前

列文虎克—显微镜、巴斯德—巴氏消毒

第二阶段：纯培养技术（19世纪末至20世纪30年代）

乳酸的发酵 科赫—细菌培养技术

第三阶段：通气搅拌发酵技术的建立

亚历山大·弗莱明—青霉素

第四阶段：代谢控制发酵和现代发酵工程技术发展

发酵工业特点：

优点：1、产物结构的特异性和复杂性 2、产物过程的安全性

3、主要原料的可再生性

4、原料的可替换性

5、反应的自控性

6、副产物的可综合利用性

7、生产能力的可提高性

8、设备的可通用性

9、产物类型的可塑性

缺点：1、副产物多、分离精制困难

2、反应速度慢

3、原料转化率低

4、反映浓度低

5、生产稳定性差

6、设备庞大、辅助设备多

7、废水废渣多

8、生产过程中容易污染

9、通气搅拌冷却，耗能大

生产流程

1.繁殖种子和发酵生产所用的培养基组分确定

2.培养基加发酵罐及其他设备的灭菌

3.接种 4.在最适环境下经行发酵培养

5.产物萃取和精制

由实验室研制到产业化的过程

菌种筛选—摇瓶实验—发酵罐中试—发酵生产

思考题

发酵的定义：微生物在无氧环境下的呼吸，是微生物获取能量的一种方式

发酵工程的定义：使用现代技术手段，利用微生物某些特定功能为人类生产产品，或是直接把微生物利用于工业生产中的一项技术。

发酵的流程：

1.繁殖种子和发酵生产所用的培养基组分确定

2.培养基加发酵罐及其他设备的灭菌

3.接种

4.在最适环境下经行发酵培养

5.产物萃取和精制

第 1 页 共 4 页 发酵工程的发展史

如下是有关发酵工程的发展史：

发酵的定义是通过微生物(或动植物细胞)的生长培养和化学变化，大量产生和积累专门的代谢产物的反应过程。近百年来，随着科学技术的进步，发酵技术发生了划时代的变革，已经从利用自然界中原有的微生物进行发酵生产的阶段进入到按照人的意愿改造成具有特殊性能的微生物以生产人类所需要的发配产品的新阶段。现代意义上的发酵工程是一个由多学科交叉、融合而形成的技术性和应用性较强的开放性的学科。

约9000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成酒精饮料。

一、传统(古老)发酵技术的追溯

在几千年前，人们就开始从事酿洒、酱、醋，奶酪的发酵生产，并积累了许多有关发酵的经验，但当时人们是知其然而不知所以然。据考古发掘证我国在龙山文化(跟今4000-4200年)已有酒器出现先秦的《周礼天宫》一书中记载有主管王室、官用造酒事的“酒正”、“酒人”等官职说明酿酒已成为专门的职业。3000年前，中国已有用长霉的豆腐治疗皮肤病的记载，我们今天知道，这可能是抗生素的缘故。国外酿酒的传说则可推溯到更早，相传埃及和中亚两河流域在公元前40-30世纪就已开始酿酒，烘制面包。

二、纯培养技术的建立

1857年，巴斯德通过著名的曲颈瓶试验，彻底否定了生命的自然发生说。在此基础上，他提出了加热灭菌法，后来被人们称为巴氏消毒法成功地解决了当时困扰人们的牛奶、酒类变质问题。巴斯德还研究了酒精发酵、乳酸发酵、醋酸发酵等，并发现这些发酵过程都是由不同的发酵菌引起的，从而奠定了初步的发 第 2 页 共 4 页 酵理论。

1897年德国的毕希纳进一步发现腐碎了的酵母仍能使精发酵而形成酒精，并将此具有发酵能力的物质称为酶，揭开了发酵现象的本质。1905年德国的罗伯特·柯赫等首先应用固体培养基分离培养出炭疽芽孢杆菌、结核芽孢杆菌、霍乱芽孢杆菌等病原细菌，建立。一套研究微生物纯培养的技术方法此后，随着纯种微生物的分离及培养技术的建立，以及密闭式发酵罐的设计成功，使人们能够利用某种类型的微生物，在人工控制的环境条件下。进行大规模的生产，逐步形成了发酵工程。

高中发酵工程的知识点总结

一、发酵工程的基本概念

1. 发酵工程的定义

发酵工程是以微生物或酶等生物催化剂为基础，通过控制合适的环境条件，利用微生物或酶的代谢作用，进行有选择地生产物质或提取有用产品的工程技术。

2. 发酵工程的原理

发酵工程利用生物催化剂在适宜的温度、pH、氧气供应等条件下对原料进行代谢作用，使其产生有用的化学产物。发酵过程分为有氧发酵和无氧发酵，有氧发酵是指微生物在充分供氧的情况下进行代谢作用，而无氧发酵则是微生物在缺氧条件下进行代谢作用。

3. 发酵工程的应用

发酵工程在食品、医药、酒类、饲料、化工等领域都有重要的应用，可以生产出酒精、乳酸、维生素、抗生素、酶等多种产品。

二、微生物学基础

1. 微生物的分类

微生物是一类极小的生物体，包括细菌、真菌、酵母菌、病毒等。其中，细菌可分为革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌，酵母菌主要是酵母菌科的酵母菌，真菌包括霉菌和酵母菌。

2. 微生物的生长特性

微生物的生长需要适宜的温度、pH值、氧气供应等条件，不同微生物的生长特性有所不同。典型的微生物生长曲线包括潜伏期、对数生长期和平稳期。

3. 微生物的代谢特点

微生物的代谢分为呼吸代谢和发酵代谢两种形式。呼吸代谢需要有氧气，产生CO2和H2O，而发酵代谢不需要氧气，产生乳酸、酒精、醋酸等产物。

4. 微生物的培养方法

微生物的培养方法包括液体培养和固体培养两种形式，培养基的选择对微生物的生长有重要影响。

三、发酵工程的工艺流程

1. 发酵工程的基本流程 发酵工程的基本流程包括发酵菌种的培养和保存、发酵罐的设计和运行、发酵过程的控制和调节、产品的分离和提取等步骤。

2. 发酵工程的发酵罐

发酵罐是进行微生物发酵的设备，按照不同的设计要求可分为批式发酵罐和连续式发酵罐。

3. 发酵工程的发酵菌种

发酵菌种是进行发酵的微生物，可以是细菌、酵母菌、真菌等。合适的发酵菌种是发酵工程成功的关键。

4. 发酵工程的发酵过程控制

发酵工程

王小威160408424

一、发酵工程的概念

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。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。

二、发酵过程的发展史

1857年巴斯德证明了发酵是由于微生物的作用。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。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。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。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。

三、发酵工程的内容

发酵工程的内容包括菌种的选育（自然界选种、诱变育种、基因工程、细胞工程）、培养基的配制（根据培养基的配制原则制备，实践中需多次试验配方）、灭菌（杀灭胞体、孢子及芽孢）、扩大培养和接种、发酵过程（检测进程，满足营养需要；严格控制温度、pH、溶氧、转速等）和产品的分离提纯（产物是菌体本身的通过过滤、沉淀等方法，产物是代谢产物通过蒸馏、萃取、离子交换等方法）等方面。

流程图如下：

三、谷氨酸的生产实例

谷氨酸棒状杆菌、 黄色短杆菌等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。

菌种的选育：选育谷氨酸棒状杆菌，只有选择细胞膜通透较强的谷氨酸棒状杆菌做菌种,才有可能获得大量的 谷氨酸，这就是所讲的优良品种。怎样得到优良的菌种呢？如果生产的是微生物直接合成的产物，可以从自然界中先分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法使菌种产生突变(人工诱变)，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良从自然分离的菌种