第一章 发酵工程的过去、现在和未来

发酵工程（第2版）一、引言发酵工程是利用微生物进行有机物质代谢并产生所需产物的过程的学科，它与食品工程、制药工程等相关。

本文将从发酵工程的基本概念、原理、应用以及未来发展方向等方面进行探讨。

二、发酵工程的基本概念发酵工程是一门旨在研究利用微生物、酶或细胞器官，通过有控制地改变物理、化学条件，实现生物体在工业生产中高效、可持续发展的过程。

它是将微生物的生长和代谢特性与传质、传热和动力学等工程原理相结合的交叉学科。

2.1 发酵工程的原理发酵工程的原理是基于微生物通过代谢产生的酶促反应来合成所需产品的过程。

具体来说，发酵工程主要涉及以下几个方面的原理：2.1.1 微生物的选择和培养在发酵工程中，选择合适的微生物菌种是十分重要的。

选择合适的菌种可以提高产量、提高产物利用率，并且降低废物产量。

培养菌种需要提供适宜的生长环境和营养物质。

2.1.2 发酵产物的代谢途径发酵产物的代谢途径决定了最终产品的生成和产率。

了解菌种代谢途径，可以通过调控酶的活性或基因表达来提高产量。

2.1.3 反应条件的调控菌种在发酵过程中对温度、pH值、氧气供应、营养物质等反应条件有一定的要求。

合理调控这些反应条件可以提高菌种的生长速率和产物生成率。

2.2 发酵工程的应用领域发酵工程在许多领域有着广泛的应用，包括食品工业、医药工业、化工工业等。

2.2.1 食品工业发酵工程在食品工业中有着重要的应用，比如酿酒、酱油、豆腐等食品的制作过程中都离不开微生物的参与。

2.2.2 医药工业发酵工程在医药工业中有着广泛的应用，许多药物的合成都离不开发酵过程。

比如抗生素、酶制剂、蛋白质药物等的生产都依赖于微生物的发酵。

2.2.3 化工工业发酵工程在化工工业中也有着重要的地位，比如乙醇、乳酸、柠檬酸等化工原料的生产都离不开发酵过程。

三、未来发展方向发酵工程在不断发展和创新中，未来的发展方向有以下几个方面：3.1 优化培养条件通过优化菌种培养条件，提高微生物的生长速度和代谢能力，进一步提高产量和产物纯度。

发酵技术书第一章：发酵的起源与历史发酵是一项古老而神奇的技术，自古以来就被人们广泛应用于食品加工和药物制备等领域。

古人发现，在特定的条件下，一些物质会发生变化，产生了新的物质和能量，并且这些变化对人类的生活产生了积极的影响。

通过观察和实践，人们逐渐探索出了发酵的奥秘，并将其应用于实际生产中。

第二章：发酵的基本原理发酵是一种生物化学过程，其基本原理是微生物通过代谢产生的酶作用下，将有机物质转化为其他物质和能量。

在发酵过程中，微生物通过吸收营养物质并产生酶，将其分解为较小的分子，然后再将这些分子重新组合成新的物质。

这些新的物质具有特定的功能和特性，对人类的生活产生重要的影响。

第三章：发酵的应用领域发酵技术广泛应用于食品、饮料、酒类、药物、化妆品、能源等领域。

在食品加工中，发酵可以改善食物的口感、营养价值和保存性能；在药物制备中，发酵可以提高药物的纯度和效果；在能源领域，发酵可以生产生物燃料和生物气体等可再生能源。

发酵技术的应用不仅改善了人们的生活质量，还对环境保护和可持续发展起到了积极的促进作用。

第四章：发酵技术的研究与发展随着科学技术的不断进步，发酵技术也在不断改进和创新。

传统的发酵技术逐渐被现代的微生物发酵技术所取代，新的发酵菌种和发酵条件被开发出来，使发酵过程更加高效、环保和可控。

同时，基因工程、生物工程等新兴技术的应用也为发酵技术的研究和发展带来了新的机遇和挑战。

第五章：发酵技术的前景与展望发酵技术作为一项重要的生物工艺技术，具有广阔的应用前景和发展空间。

随着人们对健康和环境的关注度的提高，发酵技术在食品、医药、能源等领域的应用将会越来越广泛。

同时，随着科学技术的不断突破，发酵技术也将不断创新和发展，为人类的生活带来更多的惊喜和便利。

通过以上几章的阐述，我们对发酵技术有了更加全面和深入的了解。

发酵技术的起源、基本原理、应用领域、研究与发展以及前景与展望等方面的内容都被详细地描述和分析。

发酵技术的应用不仅让我们的生活更加美好和便利，也为可持续发展做出了重要的贡献。

第一章发酵工程知识点汇总第一节传统发酵技术的应用(一)发酵与传统发酵技术1．发酵(1)概念：是指人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。

(2)应用：不同的微生物具有产生不同代谢物的能力，利用它们就可生产出人们所需要的多种产物。

2．传统发酵技术(1)概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。

(2) 传统发酵技术方式：以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式（3）传统发酵技术菌种的来源; 原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物（4）传统发酵技术的优缺点：缺点：生产条件不易控制，容易收杂菌的污染，生产效率低，品质不一等。

优点：操作简单便于家庭式或作坊式生产,成本低。

（4）实例：腐乳的制作①参与发酵的微生物;酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。

②原理：（写化学反应式）【思考】：1.每年进行同样的操作，每年制作的腐乳口感是否完全相同？不完全相同，发酵的生产条件不易被控制，自然界中微生物的种类多样。

2. 腐儒的制作过程中，为什么卤汤中酒的含量在12%左右？酒含量过高会延长腐乳成熟的时间，过低不足以抑制微生物生长，可能导致豆腐腐败。

(二)尝试制作传统发酵食品1.传统发酵菌种的比较2．实例泡菜的制作(1)菌种：乳酸菌。

(2)发酵原理：在无氧条件下，将葡萄糖分解成乳酸。

反应式：C6H12O6――→酶2C3H6O3＋能量。

(3)腌制条件：控制腌制的时间、温度和食盐的用量，防止杂菌污染，严格密封。

(4)制作过程配制盐水：用清水和食盐配制质量百分比为5%20%的盐水（目的：过高：乳酸发酵受抑制，泡菜风味差；过低：杂菌易繁殖，导致泡菜变质）→盐水煮沸（目的：杀菌除氧）→冷却待用（目的：避免杀死乳酸菌菌种）原料处理、 蔬菜装坛：新鲜蔬菜洗净→切条块、混匀→晾干；装至半坛→加调味料→继续加菜至八成满注意：装八成满的主要目的：防止因装太满使盐水未完全淹没菜料而导致菜料变质腐烂加盐水：将冷却好的盐水缓缓倒入坛中，盐水没过全部菜料→盖好坛盖封坛发酵：向坛盖边缘的水槽中注满水→发酵过程中经常向水槽中补充水根据室内温度控制发酵时间【思考】（1）.泡菜制作中，哪些操作制造的“无氧环境”？a.选择的泡菜坛要有很好的气密性；b.盐水煮沸后冷却 待用；c.加入蔬菜后要注入盐水并没过全部菜料；d.盖上 坛盖，并用水密封泡菜坛（2）.泡菜发酵初期，泡菜坛的水槽内会有间歇性的气泡冒出，试分析产生气泡的原因。

发酵工程教案(打印)第一章：发酵工程的概述1.1 发酵工程的定义发酵工程的概念发酵工程的组成1.2 发酵工程的应用领域食品工业制药工业生物化工1.3 发酵工程的发展历程传统发酵技术现代发酵工程技术第二章：发酵过程的微生物学基础2.1 发酵微生物的分类与特性细菌真菌放线菌2.2 发酵微生物的培养与筛选培养基的选择与制备微生物的分离与纯化2.3 发酵微生物的代谢调控微生物的生长曲线微生物的代谢途径第三章：发酵设备的类型与选择3.1 发酵设备的类型大型发酵罐生物反应器膜分离设备3.2 发酵设备的选择原则生产规模产品特性经济效益3.3 发酵设备的运行与维护设备的启动与停止设备的清洗与消毒设备的故障处理第四章：发酵过程的控制与管理4.1 发酵过程的控制参数温度pH值溶氧量营养物质4.2 发酵过程的控制技术自动控制系统反馈控制系统计算机控制系统4.3 发酵过程的管理与优化生产计划的制定发酵条件的优化生产过程的质量控制第五章：发酵工程的案例分析5.1 乳酸菌发酵工程案例酸奶的生产泡菜的制作5.2 酵母菌发酵工程案例啤酒的生产葡萄酒的制作5.3 放线菌发酵工程案例抗生素的生产维生素的生产第六章：发酵工程的安全与环保6.1 发酵工程的安全问题微生物的危害生物安全措施发酵罐的安全操作6.2 发酵过程中的污染控制污染的来源污染的检测与控制清洁生产技术6.3 发酵工程的环保问题废水处理废气处理固体废弃物处理第七章：发酵工程的产业化应用7.1 发酵工程在食品工业的应用面包酵母的生产乳酸菌的产业化7.2 发酵工程在制药工业的应用抗生素的产业化维生素的产业化7.3 发酵工程在其他领域的应用生物燃料的生产生物材料的产业化第八章：发酵工程的研发与创新8.1 发酵工程的新技术发展重组DNA技术基因工程技术合成生物学技术8.2 发酵工程的新设备开发高通量筛选设备生物反应器的设计自动化控制系统8.3 发酵工程的产业化挑战与机遇产业化过程中的问题产业化发展的趋势产业化政策的分析第九章：发酵工程的实例分析与评价9.1 发酵工程案例分析某乳酸菌产品的生产某抗生素的生产9.2 发酵工程项目的评价技术与经济评价环境与社会影响评价风险评价9.3 发酵工程的发展前景与建议行业发展趋势技术创新方向政策与支持措施第十章：发酵工程的实验操作10.1 发酵实验的基本操作菌种的制备与保藏发酵液的制备发酵过程的监控10.2 发酵实验的设计与优化实验设计方法发酵条件的优化实验结果的分析10.3 发酵实验的操作技能培养实验操作的安全规范实验设备的操作与维护实验数据的准确记录与处理重点和难点解析重点环节一：发酵微生物的分类与特性重点掌握不同类型发酵微生物的分类、特点及应用领域。

发酵工程教案（打印）第一章：发酵工程的概述1.1 发酵的定义和意义1.2 发酵工程的起源和发展1.3 发酵工程的研究内容和应用领域第二章：发酵过程的基本原理2.1 微生物的生长与代谢2.2 发酵条件的控制2.3 发酵过程中的物质变化第三章：发酵设备及其设计3.1 发酵罐的设计与选择3.2 发酵过程的自动化控制3.3 发酵设备的清洗与消毒第四章：发酵条件的优化与控制4.1 发酵条件的优化方法4.2 发酵过程的监控与控制4.3 发酵过程中的问题与解决方法第五章：发酵工程的应用实例5.1 微生物肥料的生产与应用5.2 生物农药的发酵生产5.3 食品工业中的发酵应用第六章：发酵工程在药品生产中的应用6.1 抗生素的发酵生产6.2 维生素的发酵生产6.3 重组蛋白的发酵生产第七章：生物化工领域的发酵工程7.1 氨基酸的发酵生产7.2 有机酸的发酵生产7.3 生物酶的发酵生产第八章：发酵工程在环保领域的应用8.1 生物滤池技术8.2 生物脱硫技术8.3 生物降解技术第九章：发酵工程的产业化与发展9.1 发酵工程的产业化流程9.2 发酵工程的技术创新与挑战9.3 我国发酵工程产业的发展现状与趋势第十章：发酵工程的可持续发展10.1 发酵工程与资源利用10.2 发酵工程与环境保护10.3 发酵工程的循环经济模式第十一章：发酵工程在生物制药中的应用11.1 重组蛋白药物的发酵生产11.2 疫苗的发酵生产11.3 基因治疗的发酵工程应用第十二章：发酵工程技术在农业中的应用12.1 微生物肥料的发酵生产12.2 生物农药的发酵生产12.3 动物疫苗和生物兽药的发酵生产第十三章：发酵工程在生物能源中的应用13.1 燃料酒精的发酵生产13.2 生物柴油的发酵生产13.3 生物气体的发酵生产第十四章：发酵工程在生物材料中的应用14.1 发酵生产生物塑料14.2 发酵生产生物纤维14.3 发酵生产生物复合材料第十五章：发酵工程的案例分析与实践操作15.1 发酵工程案例分析15.2 发酵工程的实践操作技巧15.3 发酵工程的实验设计与数据分析重点和难点解析本文教案涵盖了发酵工程的概述、基本原理、设备设计、条件优化与控制、应用实例、药品生产、生物化工、环保领域应用、产业化发展、技术创新、可持续发展以及案例分析和实践操作等多个方面。

第一章发酵工程概述第一节发酵工程的主要发展阶段第二节工业发酵的菌种和发酵特征第三节工业发酵的方式第四节发酵的产品类型第一节发酵工程的主要发展阶段一、发酵工程的主要发展阶段一)、发酵工程的主要发展阶段二)、发酵工程的主要发展阶段的特点一）、发酵工程的主要发展阶段1、天然发酵时期早在自然科学发源以前，人类就开始逐步学会了利用有益微生物在自然拌种和混合发酵的条件下来酿造自己喜爱的风味食品和饮料. 例如：酒类、酱类、醋类、泡菜、豆豉、酸牛奶、干酪和面包等。

由于，这一时期长期处于手工操作和自然的落后状态，并不知道微生物与发酵的关系，所以，把这一时期称为天然发酵时期。

2、纯培养技术的建立L.Pasteur(法国巴斯德)R.Koch(德国科赫)E.Buchner(德国人)建立了研究微生物的一系列的重要方法，尤其在分离微生物纯种方面。

利用平板分离方法寻找并分离到多种传染病的病原菌。

利用无细胞酵母菌压榨汁中的酒化酶对葡萄糖进行酒精发酵成功，从而开创了微生物生化研究的新时代。

微生物纯培养技术的建立是发酵微生物学发展的第一个转折点。

3、通气搅拌技术(深层培养技术)上个世纪中叶，随着青霉素的发现，抗生素工业逐渐兴起，由于青霉素大量生产的需要，引进了通气搅拌培养，建立深层发酵技术，使许多产品都可以用好气性发酵进行大规模生产。

因此，深层发酵技术的建立，可以说是发酵微生物学发展的第二个转折点。

4、代谢控制发酵技术的建立上个世纪50年代，建立起来的代谢控制发酵技术，极大的促进了发酵工业。

代谢控制发酵技术是以动态生物化学和微生物学为基础，将微生物进行人工诱变，得到适合于生产某种产品的突变株，再在有控制的条件下培养，能选择性大量生产人们所需要的物质。

此项技术已广泛地应用于氨基酸，核苷酸类物质、有机酸和一部分抗生素的发酵生产。

这是发酵微生物学发展的第三个转折点5、酶法的转化Peterson和Murray利用根霉和黑红菇在甾体分子的C11上加入羟基，便大大简化了可的松类激素的合成。

《发酵工程及其应用》讲义一、发酵工程的定义与发展历程发酵工程，简单来说，就是通过微生物的生长和代谢活动来生产有用物质的技术。

它是生物技术的重要组成部分，对人类的生产和生活产生了深远的影响。

发酵工程的历史可以追溯到几千年前，古代人类就已经学会利用发酵来制作食品和饮料，比如酿酒、制作酸奶和面包等。

然而，真正意义上的现代发酵工程始于 19 世纪中叶，当时法国科学家巴斯德揭示了发酵的本质是微生物的作用。

20 世纪初，随着微生物纯培养技术的建立，发酵工程开始进入工业化生产阶段。

在第一次世界大战期间，丙酮和丁醇的发酵生产为战争提供了重要的化工原料。

此后，抗生素的大规模发酵生产使得发酵工程在医药领域取得了巨大的成功。

20 世纪中叶以来，随着基因工程、细胞工程等生物技术的发展，发酵工程不断融合新的技术和理念，实现了从传统发酵到现代发酵的跨越。

如今，发酵工程已经广泛应用于医药、食品、农业、化工、环保等多个领域，成为推动经济发展和社会进步的重要力量。

二、发酵工程的基本原理发酵工程的基本原理是利用微生物的代谢能力，将原料转化为目标产物。

微生物在生长和代谢过程中，会产生一系列的酶，这些酶能够催化各种化学反应，从而实现物质的转化。

微生物的代谢类型多种多样，包括有氧呼吸、无氧呼吸和发酵等。

不同的微生物和代谢方式适用于不同的发酵过程。

例如，酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵，而醋酸菌在有氧条件下将乙醇氧化为醋酸。

在发酵过程中，需要为微生物提供适宜的生长环境，包括营养物质、温度、pH 值、溶氧等。

通过控制这些条件，可以调节微生物的生长和代谢，提高发酵效率和产物质量。

此外，发酵过程还涉及到微生物的选育和改造。

通过基因工程等技术手段，可以获得具有优良性状的微生物菌株，提高发酵性能和产物产量。

三、发酵工程的基本流程发酵工程通常包括以下几个基本流程：1、菌种选育这是发酵工程的起点，需要从自然界中筛选或通过基因工程等手段构建具有特定性能的微生物菌种。

《发酵工程》Fermentation engineering 授课教师：张书祥（Email：zhangshux578@）第一章绪论第一节发酵工程的定义、特点、内容第二节发酵工程的发展历史第三节发酵工业的应用第四节发酵工程的发展趋势第一节发酵工程的定义、特点、内容1、定义1.1发酵工程：利用微生物的性状和机能，通过现代化工程技术，生产人们所需要产品的过程。

如抗生素、酒类、有机酸、基因工程药物等的生产。

发酵过程是以微生物反应为核心的，因此，发酵工程又被称为微生物工程。

1.2生物工程：生命科学应用于产业方面，称为生物工程学。

也就是利用生物体（生物作用剂：微生物、动物细胞、植物细胞等）的机能，通过现代化工程技术，生产人们所需要产品的过程。

生物工程包括：发酵工程、酶工程、基因工程、细胞工程。

发酵工程与生物工程的关系发酵工程是生物工程的重要组成部分，在生物工程中处于中心地位。

无论是从微生物得到酶或用基因工程菌获得产品都必须依赖发酵工程技术。

发酵工程的发展直接影响生物工程的进一步发展。

2、发酵工业的一般特点：2.1生产所用原料通常以淀粉、糖蜜等碳水化合物（可再生资源）为主，辅料包括一定的无机或有机氮源和少量无机盐。

2.2微生物生化反应过程能通过单一微生物代谢活动完成，因而产品在发酵设备中一次合成。

2.3微生物能利用简单的物质合成复杂的高分子化合物。

2.4由于生命体特有的反应机制，微生物能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团导入等转化反应，从而获得某些具有一定经济价值的物质。

发酵工程与化学工程、生化工程的比较工业发酵的过程是依靠微生物细胞生命活动获得目的产物的过程，从根本上区别于化学合成工业和生化工业。

在工业化学过程中没有生物活性物质参与催化。

工业生化过程属于由酶催化的体外酶反应过程，酶具有生物活性。

当酶失活、辅酶耗尽，过程就停止了。

第三节、发酵工业的应用：发酵工程技术已给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力，解决了人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题。

课程名称：现代生物技术概论授课主题: 第四章发酵工程授课教师:生命科学系王国霞目的要求:掌握发酵工程的基本类型和基本原理，了解典型发酵产品的生产工艺，认识发酵的基本过程及常用的发酵设备。

内容重点与难点：发酵设备、发酵过程、发酵条件的控制第一节发酵工程概况1、定义发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节。

它将微生物学、生物化学和化学工程学的基本原理有机地结合起来，是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术.又称为微生物工程.目前，人们把利用生物细胞的生命活动来制备目的产物的过程统称为发酵。

发酵：利用微生物的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程．发酵工程：指利用微生物的特定性状，通过现代工程技术,在生物反应器中生产有用物质的一种技术系统。

发酵工程是“研究利用微生物的工业，即微生物参与的工艺过程"。

2、发酵工程的发展历史(1)自然发酵阶段。

发酵技术有着悠久的历史,早在几千年前，人们就开始从事酿酒、制酱、制奶酪等生产。

（2）纯培养技术的建立。

（3）深层通风培养技术的建立.ﻩ(4)代谢控制发酵技术的建立。

（5)固定化酶技术、细胞工程技术、基因工程技术的建立.纵观生物技术的发展历史，我们可以知道，生物技术在经历了漫长的以传统工艺技术为主体的时期以后，正向系统的理论和实际应用相结合的方向发展,即奠定了可靠的理论和实践基础，也为今天和今后相当长时期生物技术的产业化准备了条件.３、发酵工程在现代生物技术中的地位和作用发酵工程是生物技术产业化的基础和关键技术,是生物技术四大支柱的核心,无论传统发酵产品，如抗生素、氨基酸等，还是现代基因工程产品,如疫苗、人体蛋白质等，都需要发酵技术进行生产。

在发达国家，发酵工业的产值占国民生产总值的5％。

在医药产品中，发酵产品的产值占20％。

在医药、食品、化工、冶金、资源、能源、环境等诸多领域有着广泛的应用.4，发酵工程的内容菌种的选育发酵条件的优化与控制反应器的设计产物的分离、提取与精制5,发酵类型（1）微生物菌体发酵：以获得某种用途的菌体为目的的发酵.传统的菌体发酵有酵母发酵（用于面包馒头制作)和微生物菌体蛋白发酵(用于人类食品和动物饲料）两种。