01发酵工艺学 绪论 PPT课件

烯等，能源物质) 14.微生物冶金工业(利用微生物探矿、冶金、石油脱硫等)
按产品类型分
1、以微生物细胞为产品的发酵工业 2、以微生物代谢产物为产品的发酵工业 3、以微生物酶为产品的发酵工业 4、生物转化或修饰化合物的发酵工业 5、微生物废水处理和其他
六、发酵工业特征
发酵过程中离不开微生物的作用 1、发酵原料的选择及预处理
4.易受污染：由于发酵培养基营养丰富，各种来源的微生物 都很容易生长，发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。
5.代谢多样：由于各种各样生物体代谢方式、代谢过程的多样 化，以及生物体化学反应的高度选择性，能够专一性地和 高度选择性地对复杂的化合物进行特定部位的氧化、还原 等反应；也能容易地产生比较复杂的高分子化合物（如酶 等）。
➢ 利用微生物消除环境污染 ➢ 利用微生物发酵保持生态平衡，如生物固氮肥料，生物杀
虫剂等。 ➢ 微生物湿法冶金，如细菌浸矿，即利用细菌对矿物或矿石
中有用的金属浸出回收的过程。细菌浸出的金属有Cu、U 、Co、Ni、Mn、Zn、Pb等10余种，但大规模生产的只有 铜和铀。 ➢ 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。
Protein engineering) 基因工程 ( Genetic engineering) 细胞工程 ( Cell engineering ) 2. 生物工程中其他技术产业化表达的重要手段 基因工程菌 动植物细胞培养 3. 生命科学研究的对象或载体
自相 成互 体渗 系透
➢ 基因工程 ➢ 细胞工程 ➢ 酶工程 ➢ 发酵工程
在化学工业和环境保护等方面，发酵工程能发挥独持的作用
如：利用微生物来处理工业废水或含毒废液，乃至构建超级细菌，处理大 面积的海面石油污染等。
喷洒工程菌清除石油污染

第一章 绪 论
一、什么是发酵、酿造 什么是发酵、 发酵的英文Fermentation 从拉丁语ferver 发酵的英文Fermentation是从拉丁语ferver即 Fermentation是 ferver即 翻腾” 沸涌” 发泡”而来； “翻腾”、“沸涌”、“发泡”而来；因为发酵 有鼓泡和类似翻腾、沸涌的现象。如中国的黄酒、 有鼓泡和类似翻腾、沸涌的现象。如中国的黄酒、 欧洲的beer beer就以起泡现象作为判断发酵进程的标 欧洲的beer就以起泡现象作为判断发酵进程的标 志。
1880年 1880年，发现可以通过稀释把多种微生物分离开 建立了单种微生物的分离和纯培养技术。 来，建立了单种微生物的分离和纯培养技术。 建立了研究的微生物一系列方法， 建立了研究的微生物一系列方法，把早年在马铃 明胶平板（ 薯块上的培养技术改为明胶平板 1881） 薯块上的培养技术改为明胶平板（1881）和 琼脂 平板（1882） 平板（1882） 显微镜技术：包括细菌鞭毛在内的许多染色方法 染色方法、 显微镜技术：包括细菌鞭毛在内的许多染色方法、 悬滴培养法以及显微摄影技术 以及显微摄影技术。 悬滴培养法以及显微摄影技术。 利用平板分离方法找到并分离许多传染病的病源 利用平板分离方法找到并分离许多传染病的病源 炭疽、结核、链球、） 菌（炭疽、结核、链球、） 1884年提出了科赫法则（ 1884年提出了科赫法则（Koch’s ostulates）： 年提出了科赫法则 ostulates） 病原微生物存在于病体而非健康体；可纯培养； 病原微生物存在于病体而非健康体；可纯培养； 纯培养物接种后染病；可重新分离再培养。 纯培养物接种后染病；可重新分离再培养。
1. 微生物形态学发展阶段
1665年 1665年， 英国科学家 罗伯特 ·虎 克用他的显 微镜观察到 的软木片的 细胞结构

● 起免疫抑制作用的抗生素：环孢菌素A等
(2)、氨基酸 (3)、维生素：VB2、VB12、VC、VA的前体 (4)、甾体激素：可的松、泼尼松、肤轻松、确氨舒松等
(5)、生物制品：各种疫苗、类毒素等 (6)、治疗用酶：蛋白酶、核酸酶、尿激酶、SOD等 (7)、酶抑制剂：
(8)、其他：核酸类药物如：肌苷、辅酶A、AMP、ATP、FAD
2、纯培养技术的建立---第一个转折期 奠基人：安东尼.列文虎克、巴斯德、柯赫等
本时期产品：酵母、酒精、丙酮、有机酸、酶制剂等，主要 为厌氧发酵和表面术的建立---第二个转折期 1928年英国细菌学家弗莱明发现点青霉可产抑制葡萄球菌 的青霉素。1945年大规模生产，采用深层培养技术。 链霉 素、氯霉素、金霉素、土霉素、四环素等出现其他发酵产品 也相继出现 本时期产品：抗生素类、氨基酸类、酶制剂类
用于选择性分离放线菌的几种培养基 培养基 含胶态几丁质、矿物盐 基质减半的营养琼脂培养基 葡萄糖、天冬酰胺、 占优势的菌株 链霉菌属、微单孢菌属 嗜热放线菌 马杜拉放线菌、小双孢菌 含
2、分离不同产物的微生物采用不同的培养基 分离各种酶类、分离固氮菌 3、恒化式富集培养技术
三、菌种的分离 (一)、选择性压力分离法 选择性压力分离法：利用不同微生物生长繁殖对环境及营养 的要求不同，如：温度、pH、渗透压、氧气、碳源、氮源及 其他特殊条件，使其利于某类或某种微生物的生长而不利于 其他种类微生物的生存，以使目的菌占优势而得以分离出来 的方法。 1、分离不同微生物采用不同的培养基或培养条件
1960~1970
1970~1980 1980~
4、人工诱变育种、基因工程菌---第三个转折期
● 核苷酸、有机酸及部分抗生素用诱变育种的方法使产量大幅度

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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

四、 发酵工业的范围
7．维生素发酵工业vitamin：维生素C，维生
素B2，维生素B12等。
8 ．酶制剂发酵工业 Enzymes ：淀粉酶、蛋白
酶、脂酶、青霉素酰化酶、葡萄糖氧化酶、海 因酶等。
9.发酵饲料工业Feedstuff ：干酵母、单细胞蛋
白、酵素菌、益生菌、青贮饲料、抗生素和维 生素饲料添加剂等。
Environmental Application (Waste Treatment) 活性污泥、沼气发酵、有毒物质降解等。
四 、发酵工业的范围
1．发酵食品工业(Fermented Foods) ：酱油，食醋，
豆瓣酱，酸菜，活性酵母，活性乳酸菌，面包，酸 奶，奶酪，酱豆腐，纳豆、白酒，黄酒，米酒，葡 萄酒，啤酒，果酒。
2．有机酸发酵工业Organic Acids ：醋酸，乳酸，
离子交换的应用
色层分离技术应用
蒸发和结晶技术的应用
过滤膜技术
发酵的分类
1. 按获取能量的方式分——好氧发酵，厌氧发酵 2.
按产物类型分——初级代谢物发酵，次级代谢物发酵； 食品发酵，有机酸发酵，氨基酸发酵，维生素发酵，抗生 素发酵…… 按操作类型分 ——自然发酵，纯种发酵，混种发酵； 分批发酵，半连续发酵，连续发酵；固态发酵，液态发酵
3．氨基酸发酵工业 Amino Acids ：谷氨酸，赖氨
酸，色氨酸，苏氨酸，精氨酸，酪氨酸，异亮氨酸， 丙氨酸，苯丙氨酸等。
四、 发酵工业的范围
4 ． 低 聚 糖 与 多 糖 发 酵 工 业 oligosaccharides
and polysaccharides ：低聚果糖，香菇多糖， 云芝多糖，葡聚糖，黄原胶等。
3.

2、酿造(brewing)和酿造工业
酿造(brewing)：我国人们对对一些特定产 品发酵生产的特殊称法，是未知的混合微 生物区系参与的一种自然发酵。
酿造工业：经自然培养、不需提炼精制、 产品由复杂成分构成并对风味有特殊要求 的食品或调味品的生产过程。如黄酒、白 酒、清酒、葡萄酒、酱油、醋、腐乳、豆 豉、面酱等。
食品发酵工艺学
教材：
何国庆主编《食品发酵与酿造工艺学》 中国轻工出版社 2000.9
使用教材说明：
《食品发酵与酿造工艺学》是农业部“九五”规划教材和 教育部“面向21世纪课程教材”。 它主要包含菌种选育、保 藏与复壮、微生物的代谢调控理论及其在食品发酵与酿造中 的应用、发酵与酿造工程学基础、酒精发酵与酿酒、氨基酸 与核酸发酵、有机酸发酵、发酵豆制品和微生物性功能食品 与食品添加剂等内容。
一、什么是发酵、酿造
发酵的英文Fermentation是从拉丁语ferver即 “翻腾”、“沸涌”、“发泡”而来；因为发酵 有鼓泡和类似翻腾、沸涌的现象。如中国的黄酒、 欧洲的beer就以起泡现象作为判断发酵进程的标 志。
根据以往的观念，人们通常把食品发酵作为整个 发酵工业的分支。
1、发酵及发酵工业
Buchner（布赫纳）
1897年，Buchner（布 赫纳）阐明了发酵的化学 本质。即发酵是由酶引起 的一类化学反应。
实验：酵母菌细胞用石英砂磨碎 制成酵母汁 （应用于医学）+ 白 砂糖（防腐） 意外发现发酵
这是无生物细胞体系发酵的 最初例子。
Fleming
弗莱明(1881～1995) 英国细菌学家
巴斯德的功绩： 彻底否定了自然发生说 证实发酵由微生物引起 免疫学—预防接种 发明巴氏消毒法
巴斯德的曲颈瓶实验

FERMENTATION Process Control
FERMENTATION Process Control
下游工程
DOWNSTREAM PROCESSES - product extraction, purification & assay - waste treatment -by product recovery
原料不同处理方法也有所差异。 淀粉——利用前需变成糊精或葡萄糖。
方法：酸水解（高压、耐酸）、酶水解法。 糖蜜——加热杀菌和用水冲稀，也可加酸处理后再补充无
机盐。 碳氢化合物：石油脱蜡——一定馏分的石油经冷却脱蜡而
获得的凝固点在-10℃的油，加入适量无机盐进行接种发 酵。
2、微生物菌种的选育及扩大培养
三、微生物代谢产物
1.代谢产物的类别 初级代谢产物：通过微生物的代谢活动产生、细胞自身生长
和繁殖所必需的物质，称为初级代谢产物或中间代谢产物。 氨基酸、核苷酸、蛋白质、维生素、脂类和碳水化合物等。 次级代谢产物：在微生物生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。如抗生 素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子、色素等。
利用微生物消除环境污染 利用微生物发酵保持生态平衡，如生物固氮肥料，生物杀
虫剂等。 微生物湿法冶金，如细菌浸矿，即利用细菌对矿物或矿石
中有用的金属浸出回收的过程。细菌浸出的金属有Cu、U、 Co、Ni、Mn、Zn、Pb等10余种，但大规模生产的只有铜 和铀。 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。
菌种：已有的优良生产菌种和选育的新菌种 扩大培养：“量”
3、发酵设备选择及工艺条件控制：常温、常压。
4、发酵产物的分离、提取

《发酵工程绪论》ppt课件
目录
• 发酵工程简介 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的主要技术 • 发酵工程的应用实例 • 发酵工程的未来发展
01
发酵工程简介
发酵工程定义
01
02
03
发酵工程
利用微生物的代谢过程， 通过现代工程技术手段， 生产有用物质或直接应用 于工业生产的一种技术。
发酵工程的核心
氨基酸的生产
氨基酸简介
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，具有氨基和羧基的有机化合物。
氨基酸的生产
通过发酵工程，可以将糖类物质转化为氨基酸。不同的微生物具有不同的氨基酸合成能 力，通过选择适当的菌种和发酵条件，可以生产出各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等。
有机酸的生产
有机酸简介
有机酸是指含有羧基的化合物，具有酸味。
THANKS
感谢观看
合成生物学
结合合成生物学技术，设计和构建新型微生物， 实现特定代谢产物的优化生产。
人工智能与大数据
利用人工智能和大数据技术，对发酵过程进行实 时监控、优化和控制，提高发酵效率。
生物资源的利用与保护
要点一
微生物资源的挖掘与利用
深入挖掘各种微生物资源，利用其代谢产物，实现生物资 源的最大化利用。
要点二
乳酸发酵可以用于生产酸奶、乳酪等乳制 品，以及泡菜、酸豆角等蔬菜制品。乳酸 发酵可以提高食品的口感和品质，延长保 质期，同时还有助于维持肠道菌群平衡。
酶制剂的生产
酶制剂简介
酶是一种具有生物催化功能的蛋白质，酶制 剂则是经过加工制成的酶制品。
酶制剂的应用
酶制剂可以用于食品、饲料、纺织、造纸、 制药等领域。例如，淀粉酶可以用于淀粉加 工，提高淀粉的利用率；蛋白酶可以用于蛋 白质水解，生产氨基酸和肽类物质。

详细描述
发酵是通过微生物或酶的代谢活动，将有机物质转化为更简单的化合物或能量的生物化学过程。在发酵过程中， 微生物或酶可以将底物转化为有用的产品，如酒精、乳酸、醋酸等。根据产物的不同，发酵可以分为多种类型， 如酒精发酵、乳酸发酵、醋酸发酵等。
发酵技术的发展历程
总结词
发酵技术的发展经历了漫长的历程，从古代酿酒到现代工业发酵，技术的不断改进和创 新推动了发酵工业的快速发展。
04 发酵工艺流程与设的基本流程，包括原料准备、菌种制备、发酵过
程、产物提取等阶段。
发酵工艺分类
02
根据发酵原料、菌种和产物不同，对发酵工艺进行分类，如酒
精发酵、乳酸发酵等。
发酵工艺应用
03
介绍发酵工艺在食品、医药、化工等领域的应用，以及其发展
前景。
详细描述
发酵技术的发展历程可以追溯到古代酿酒技术，人们通过控制微生物的生长和代谢，将 粮食转化为酒精。随着科技的不断进步，现代工业发酵技术得到了迅速发展，人们开始 利用微生物或酶进行大规模的工业化生产，如氨基酸、抗生素、酶制剂等。技术的不断
改进和创新使得发酵工业的生产效率和质量得到了显著提高。
发酵工业的应用领域
要点一
总结词
发酵工业的应用领域非常广泛，涉及到食品、医药、农业 、环保等多个领域。
要点二
详细描述
发酵工业的应用领域非常广泛，其中最常见的是食品工业 中的应用，如面包、啤酒、酸奶等产品的生产。此外，发 酵技术还在医药领域中发挥着重要作用，如抗生素、疫苗 、生长因子等的生产。在农业领域中，发酵技术可以用于 生产植物生长调节剂、杀虫剂等。此外，在环保领域中， 发酵技术可以用于废水的处理和有机废物的资源化利用。
提取方法
发酵产物可以通过不同的提取方法进 行分离，如沉淀法、离心法、萃取法 等。这些方法的选择取决于产物的性 质和所需的纯度。

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（六）、二氧化碳的影响和控 制
CO2是微生物生长繁殖过程中的代谢产 物，也是某些合成代谢的基质，对微生 物生长和发酵具有刺激或抑制作用
CO2对菌体生长还具有抑制作用，排气 中CO2浓度高于4%时，菌体的代谢和呼 吸速率都下降
CO2对微生物发酵也有影响 CO2影响培养液的酸-碱平衡
(2)能够增加微生物细脑的合成能力。因为通过补料工艺能 够不断地提供足够的养料用于合成微生物细胞。 (3)能够提高非生长偶联型产物(如抗生素等次级代谢产物) 的合成量。因为通过补料工艺可在微生物生长期和产物合 成期提供不同质和不问量的养分用于微生物生长和产物合 成。
(4)可以解除快速利用底物而造成的阻遏效应。 (5)能够降低发酵液的粘度，提高溶解氧的浓度。 (6)可以防止培养基中某一组分的毒性。
(2)搅拌热(Q搅拌):机械装置的摩擦、机械装置 和发酵液之间摩擦产生一定量的机械热的释放。
(3)蒸发热(Q蒸发)
(4)辐射热(Q辐射)
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2．温度对微生物生长和产物形成 的影响
1.从酶动力学角度来看，酶促反应导致温度升 高，反应速率加大，生长代谢加快，生产期提 前。但因酶本身很容易因热而失去活性，温度 越高，酶的失活也越快，表现在菌体易于哀老， 发酵周期缩短，影响产物的最终产量。
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-----引起发酵液pH值上升的因素有： ①培养基中碳、氮肥比例不当，氮源过
多，氨基酸释放； ②生理碱性物质过多； ③中间补料时氨水或尿素等碱性物质的
加入量过多。
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2．pH值对菌体生长和产物形成 的影响
培养液的pH值是微生物庞杂的代谢过程 的综合反映。反之，环境的pH值也能影 响微生物的代谢和形态