中央民族大学生命与环境科学学院
发酵工程期中论文
2014年5月3日
姓 名： 王越 学 号： 1143004 年 级： 11级 专 业： 生物技术 指导教师： 王斌
现代中药固体发酵技术的最新进展
现代中药固体发酵技术的最新进展
生命与环境科学学院11级生物技术班王越1143004
摘要：简要介绍了微生物固体发酵的含义和特点，总结了其在中药领域的最新应用，并对固体发酵的应用前景进行了展望。
关键词：微生物；固体发酵；中药；最新进展
1.固体发酵的含义及特点
1.1固体发酵的含义
固体发酵( solid ferm entation) 是指在没有或几乎没有自由水存在的情况下，在有一定湿度的水下溶性固态基质中，一种或多种微生物的一个生物反应过程。固体发酵是我国传统与特有的一类制药生产工艺，古代称之为“制曲工艺”，起于北魏时期，至今已1500余年历史，国外尚未见有这类生产工艺产品的药用报道。
1.2固体发酵的特点
原理上来说，微生物以中药中的有效物质或一些非有效物质为前提，经微生物的代谢形成新的化合物。微生物在生长过程中还能产生丰富的初生或次生代谢产物，有些代谢产物自身就是功能良好的药物，或其中有些物质发生反应形成新的化合物。由于中药的某些物质可能对微生物的生长代谢及活性成分的产生有促进或抑制作用，微生物在中药的特殊环境中也有可能改变自身的代谢途径，从而形成新的活性成分或改变各活性成分的相互关系。因为微生物的分解转化作用，使其有可能对中药中的有毒物质进行分解，降低毒副作用。
一般来说，发酵可以增加中草药有效成分的利用率，提高药效；降低药物毒副作用；修饰中草药活性成分袁产生新药效物质；节约药源，保护环境。
而且，与其他培养方式相比，固体发酵所需的培养基简单且来源广泛，多为便宜的天然基质或工业生产的下脚料，投资少，能耗低，技术较简单，产物的产率较高。固体发酵的基质含水量低，可大大减少生物反应器的体积，不需要废水处理，环境污染较少，后处理加工方便，而且发酵过程一般不需要严格的无菌操作，通气一般可由气体扩散或间歇通风完成，不需要连续通风，空气一般也不需严格的无菌空气。随着微生物基因遗传技术的应用、优良菌株的发现和筛选，以及生产工艺等方面的改进，固体发酵技术也得到了进一步发展。
2．固体发酵技术在中药开发中的应用
2.1固体发酵技术的最新进展
固体发酵是以具有一定活性成分的中药材或药渣作为发酵营养基质，用一种或多种真菌作为发酵菌种。中药基质在提供真菌所需营养的同时，还受到真菌酶的影响而改变自身组织、成分，产生新的性味功能，具有双向性，体现了药用真菌与中药材之间的有机结合。不同性质的发酵组合，可能产生大量的新药，故具有广阔的开发前景。
上个世纪80 年代，庄毅用药用真菌发酵具有活性成分的药性基质，这样药性基质能提供真菌菌体大量生长所需营养，同时通过真菌菌体中的酶而改变原有组织成分。因其具有双向性，被称为新型固体发酵，也称为双向性固体发酵，它的产物称为药性菌质。药性菌质，常比真菌或药性基质本身或两者简单相加有更良好的药效，主要表现在增效、扩用、解毒等方面。
2.2固体发酵对中药的作用
2.2.1增效、扩用作用
双向固体发酵是通过真菌在药性基质中的物质作为营养物质吸收，供其生长，生长代谢过程中的酶，与基质中的药物成分发生生物化学反应，使原来药物基质中的物质被修饰或分解，产生底物衍生物或新的成分，这些物质具有新的性味功能。同时产生的菌质是真菌菌丝深入到中药基质中的复合物，这种复合物由于具有新合成的物质，真菌菌丝，以及中药中未被发酵完的药用成分，他们的复合作用可以大大提高中药基质的药效，扩大中药基质的临床应用范围。
庄毅等利用真菌槐耳在中药黄芪基质上发酵得到槐芪菌质，通过多项特异性与非特异性(包括体液与细胞免疫)免疫试验，结果表明槐芪组都占显著优势，甚至明显超过黄芪口服液对照组，另外还具有黄芪不具有的抗病毒和抑制肿瘤的功效。董玫等将六味地黄丸用真菌发酵后的提取液，进行小鼠中移植H22 肿瘤的抑制作用，结果发现，六味地黄发酵液较六味地黄煎剂对小鼠移植的肿瘤生长具有显著的抑制作用。邬吉野将槐耳接种于大黄药材，经槐耳双向发酵后，使大黄结合型蒽醌转化为游离型蒽醌，从而缓和大黄峻泻作用，且双向发酵后槐耳大黄菌质体系有新成分产生。双向发酵所得槐耳大黄菌质有一定的抑制肿瘤效果。2.2.2 减毒作用
为了降低一些剧毒中药的毒性，除了利用传统上的一些炮制方法来降低毒性外，现在人
们利用双向固体发酵技术，通过真菌生长代谢过程中酶系的作用，以中药基质中的成分为底物，经过多步代谢的联合反应，将中药基质中的有毒物质降解，合成具有相同药效而且低毒的新物质，对有毒中药起到减毒作用。
例如，马钱子为马钱科植物的干燥成熟种子。作为临床常用中药，但同时它是一味剧毒药，因此限制了其临床应用。潘扬等利用槐耳、灵芝、猴头等20 种真菌固体发酵马钱子，在一定的生物技术控制条件下，将菌丝体生长良好的“药性菌质”中很多生物碱成分与马钱子生品( 药性基质)相比，在种类和相对含量上都有着明显的差异: 士的宁、马钱子碱有毒物质的含量均明显下降，而的士宁氮氧化合物、马钱子碱氮氧化合物等有效成分有不同程度的增加，且指纹谱中显示出5个新产生的或含量变化较大的未知成分出现。雷公藤用于治疗类风湿性关节炎已有两千多年的历史，但其临床毒副反应严重且发生率高，大大限制了雷公藤的临床应用。庄毅用真菌灵芝和槐耳发酵有毒中药雷公藤，得到的菌质，动物试验LD50较雷公藤药物上升，而有毒物质雷公藤甲素含量同步下降，甲素含量下降与毒性LD50上升有一定相关性。进一步证明双向固体发酵技术可能对中药的减毒增效物质基础的研究具有重要意义。李国红等联合采用枯草芽孢杆菌对三七根进行发酵后，在对其中的皂苷成分的研究中发现，从发酵后的三七中分离到了人参皂苷Rh4，这种化合物未在发酵前检测到，说明这种化合物是通过发酵产生的，可能是在发酵的过程中，三七须根的某些皂苷被微生物转化为人参皂苷Rh4。杜晨晖等对不同菌株发酵的何首乌样品及其发酵前后的化学成分进行比较分析，并筛选出可以专一性降解何首乌中蒽醌类成分而不破坏其有效成分二苯乙烯苷的菌种。为降低何首乌的毒副作用，建立了一种炮制何首乌的新方法。
2.2.3 其他应用
双向固体发酵技术在中药基质开发中具有减毒、增效、扩用等作用，还可以对药材渣进行再开发利用。以药材渣作为发酵基质，以药用真菌为发酵菌种，共同构成发酵组合，在二者相适应的情况下，进行固体发酵，所产菌质的成分及药效(性味功能) 值得研究。如，陈合等以中药渣为主要原料，固体发酵法培养的灵芝固体菌质含有丰富的生物活性成分(灵芝菌质多糖、灵芝酸三萜、蛋白质等) ，重金属含量低，毒副作用小。谷睿等用14 种不同的灵芝菌株和甘草渣进行复合型双向发酵，发现发酵后的菌质多糖含量都比没有经过发酵的纯甘草渣有了不同程度的提高。目前“双向发酵”是开发药渣最有希望的途径，通过双向固体发酵可以充分利用药材废弃资源，增加中药新药研发的可持续性，还可作为一种新型资源研发成新药或保健品等。
3.展望
随着生活水平及科技水平的提高以及对固态发酵机理认识不断加深，现代固态发酵的成功也将成为现代发酵技术的一次革命。随着固态发酵过程动力学数学模型的不断研究和发展，不断揭示固态发酵过程的变化规律，加以系统控制技术的完善，固态发酵反应器的设计会更加科学合理，使固态发酵系统工艺参数控制达到最优化。
纵观现代与医药相关的各类生物工程如发酵工程、细胞工程、基因工程、酶工程等，但在中药的历史传统中固体发酵是仅见的一类，它具有自主知识产权的生产工艺等，中成药药渣的发酵再利用，也符合中药创新发展的原则和资源科学利用与可持续发展的原则，很值得与必要去继承、发展。
发酵工程的研究进展 【前言】发酵工程是泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。它包括厌氧发酵的生产过程（如酒精、乳酸、丙酮丁醇等）和有氧发酵的生产过程（如氨基酸、柠檬酸、抗生素等）。广义的概念：生物学(微生物学、生物化学)和工程学(化学工程)结合。狭义的发酵概念：微生物培养和代谢过程。 发酵技术是人类最早通过实践掌握的生产技术之一，产品也很多，以传统食品来说，东方有酱、酱油、醋、白酒、黄酒等，西方有啤酒、葡萄酒、奶酪等。这些发酵食品都是数千年来凭借人类的智慧和经验，在没有亲眼看到微生物的情况下，巧妙地利用微生物生产的产品。 【关键词】发酵发展应用 1、发酵工程的内容 1.1 定义 发酵工程是指采用工程技术手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。 1.2现代发酵工程 人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精，乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌大规模生产青霉素等都是这方面的例子。随着科学技术的进步，发酵技术也有了很大的发展，并且已经进入能够人为控制和改造微生物，使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。 现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分，具有广阔的应用前景。例如，用基因工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其产量；利用微生物发酵生产药品，如人的胰岛素、干扰素和生长激素等。已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支，成为一个包括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。 现代发酵工程不但生产酒精类饮料、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医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、维生素和单细胞蛋白等。 1.3组成 从广义上讲，发酵工程由三部分组成：是上游工程，中游工程和下游工程。 1.3.1 上游工程：包括优良种株的选育，最适发酵条件（pH、温度、溶氧和营养组成）的确定，营养物的准备等。 1.3.2 中游工程：主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。这里要有严格的无菌生长环境，包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；还有种子培养和生产培养的不同的工艺技术。
中药现代化研究成果精 Prepared on 24 November 2020
摘要: 从神农尝百草到李时珍的《本草纲目》,中药研究和使用在我国已经有数千年的历史,是中华民族的一大财富。近年来,中药现代化研究成为国家支持的一个热点,也成为一大研究热点。这场研究热潮势必会为传统中药书写新的辉煌篇章。中医药是我国璀璨的文化瑰宝,有着五千多年的历史,是中华民族优秀的传统文化的重要组成部分,是中华民族的骄傲。近几十年来,中医药越来越受到国际社会的关注,国内对此也更加重视。而新技术的推广应用对加快中药的新药研发和中药现代化起着至关重要的作用。 一、制药新技术的应用与中药现代化。 实现中药现代化是我国药学工作者的重要任务,进行中药现代化研究,就要应用现代科学技术的研究成果,结合传统中药生产的特点,借助现代科学技术的手段和方法,遵守严格的规范标准,探索、认识、发展传统中药,研究出优质、高效、安全、稳定、质量可控、服用方便,并具有现代剂型的新一代中药,这是中药现代化发展的必然途径。以下几个方面论述了制药新技术的应用与中药现代化。 1、高通量药物筛选(HTS技术 高通量药物筛选技术是20世纪80年代出现的新的药物筛选方式,是多种技术方法有机结合而形成的新的技术体系。高通量药物筛选技术作为药物研究的新技术和方法,不仅在药物筛选寻找活性化合物方面有着极大的优势,在研究药物作用机制方面亦能发挥作用 [1]。 2、提取新技术 提取是中药制剂生产过程中最基本、最重要的环节之一,提取技术的优劣直接影响到药品质量和生产效率及经济效益。以下面是几种提取分离新技术: (1超临界流体萃取(SFE-CO2技术。超临界流体萃取技术是一种以超临界流体代替常规有机溶剂对中药有效成分进行萃取的新型技术 [2]。有研究表明,采用超临
微生物发酵技术在中药制药中的应用 278班郭利强 9号 微生物有着非常强大的分解转化物质的能力,并能产生丰富的次生代谢产物,通过微生物的生长代谢和生命活动来炮制中药,可以比一般的物理或化学的炮制手段更大幅度地改变药性,提高疗效,降低毒副作用,扩大适应症。中药发酵制药技术是在继承中药炮制学发酵法的基础上,吸取了微生态学研究成果,结合现代生物工程的发酵技术而形成的高科技中药制药新技术,是从中药(天然药物)制药方面寻找药物的新疗效。传统的中药发酵多是在天然的条件下进行的,而现在的中药发酵制药技术是在充分吸收了近代微生态学、生物工程学的研究成果而逐渐形成的。其先进发酵工艺特点是:以优选的有益菌群中的一种或几种、一株或几株益生菌作为菌种,加入中药提取液中,再按照现代发酵工艺制成产品,它是一种含有中药活性成分、菌体及其代谢产物的全组分发酵液的新型中药发酵加工制剂。 1 中药发酵制药的源流 早在千余年前,我国已开始用发酵方法制药,直到现在临床仍在应用的发酵(制品)中药有六神曲、半夏曲、淡豆豉、豆黄等,其工艺均为固体发酵。如半夏曲的制造,明·《本草纲目》记载:“半夏研末,以姜汁、白矾汤和作饼,楮叶包置篮中,待生黄衣,晒干用”。其性味苦辛、平,能化痰止咳、消食积、治泄泻。而未发酵的半夏刚性味辛,有毒,功能燥湿化痰、降逆止呕、消痞散结。清代,按其辅料中药及治疗功能的不同,又制出了皂角曲、竹沥曲、麻油曲、牛胆曲、开郁曲、海粉曲、覆天曲等10种药曲。淡豆豉的发酵工艺另具特色,它是以黑大豆为原料制成的,性味苦寒,具有解表除烦、宣郁解毒功能,其工艺为“用黑大豆二三斗,水浸一宿,沥干黄熟,摊席上..蒿覆,侯黄衣上遍..安瓮中筑实,桑叶盖厚三寸,密封泥..如此七次”。再有用黑大豆制成的豆黄,则性味甘温,能祛湿痒、健脾益气。其发酵工艺为“用黑大豆一斗,黄熟,铺席上以蒿覆之,如氽酱法,待上黄,取出晒干”。未经发酵的黑大豆,则性味苦平,有活血、利水、解毒作用。从上述可以看出,中药发酵的目的主要为改变药物原有性能,产生新的治疗作用(如淡豆豉、豆黄),或增强原有疗效的治疗作用(如淡豆豉、豆黄),或增强原有疗效(如半夏曲),扩大用药品种。由于其疗效确切,至今对六神曲、半夏曲和淡豆豉等仍在进行工艺改进研究,并取得相应成绩。片仔癀的主要成分是三七的微生物发酵物,建神曲、沉香曲、淡豆豉、半夏曲、红曲、麦芽也都是通过发酵而形成的药物。从某种意义上说,虫草是蝙蝠蛾幼虫经虫草菌、僵蚕是家蚕经白僵菌感染发酵而成的。这些经典药物都是经微生物发酵后产生了新的药理活性,其中虫草是非常名贵的中药。 2 中药发酵技术的研究现状 中药发酵研究开始于80年代,但仅是对真菌类自身发酵的研究,如灵芝菌丝体、冬虫夏草菌丝体、槐耳发酵等,大都是单一发酵。虽有报道加入中药,但也仅是将中药当做菌丝体发酵的菌质,同时研究发现,含有中药的菌质对原发酵物的功效有影响,只是未见深入研究。目前,已有学者呼吁中药发酵制药可按新药审批办法规定开发新药。同时也开展了另一项研究,即生物转化,我们认为它与中药发酵是密不可分的。90年代初,日本人小桥恭一发现中草药成分如番泻叶甙,可借助肠道细菌转化为致泻有效成分而起到治疗作用。又有报道,在中药有效成分与细菌的生物转化过程,许多甙类、黄酮类、黄酮醇、黄烷酮类、香豆素类等均经过肠道菌进行了化学修饰。据悉,卫生部药品检验所动物试验结果:发酵中药只需1/28的量,即可与一般煎、煮、熬的水提物一份的量发挥同等的药效。 3 中药发酵制药的特点
第一章，绪论 一、填空： 微生物工程可分为发酵和提纯两部分，其中以发酵为主。 化学工程与发酵工程的本质区别在于化学工程利用非生物催化剂，发酵工程利用生物催化剂---酶。 二、判断： 发酵产品是经微生物厌氧生物氧化过程获得的。错 三、课后思考题： 1、发酵的定义：利用微生物的新陈代谢作用，把底物（有机物）转化成中间产物，从而获得某种工业产品。（工业上定义、广义、有氧无氧均可） 2、发酵流程： 3、比拟放大的基本过程：斜面菌种－摇瓶试验(培养基、温度、起始pH值、需氧量、发酵时间)－小型发酵罐－中试－大规模工业生产 4、发酵工程的发展经历了哪几个阶段？ 1.）自然发酵时期 2）纯培养技术建立(第一个转折期) 3）通气搅拌的好气性发酵工程技术建立(第二个转折期) 4）人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术建立(第三个转折期) 5）发酵动力学、连续化、自动化工程技术的建立(第四个转折期) 6）生物合成和化学合成相结合工程技术建立(第五个转折期) 5、微生物工业发展趋势 1）、几个转变 分解代谢→合成代谢 自然发酵→人工控制的突变型发酵→代谢控制发酵→通过遗传因子的人工支配建立的发酵（如工程菌） 2）、化学合成与生物合成相结合 3）、大型、连续化、自动化发酵 发酵罐的容量可达500t，常用的也达20-30t。 4）、人工诱变育种和代谢控制发酵
微生物潜力进一步挖掘，新菌株、新产品层出不穷。 5）、原料范围不断扩大 石油、植物淀粉、天然气、空气、纤维素、木质素等 6、举例说明微生物工业的范围 酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒） 食品工业（酱、酱油、食醋、腐乳、面包、酸乳） 有机溶剂发酵工业（酒精、丙酮、丁醇） 抗生素发酵工业（青霉素、链霉素、土霉素等） 有机酸发酵工业（柠檬酸、葡萄糖酸等） 酶制剂发酵工业（淀粉酶、蛋白酶等） 氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等） 核苷酸类物质发酵工业（肌苷酸、肌苷等） 维生素发酵工业（维生素B12、维生素B2等） 生理活性物质发酵工业（激素、赤霉素等） 名贵医药产品发酵工业（干扰素、白介素等） 微生物菌体蛋白发酵工业（酵母、单细胞蛋白） 微生物环境净化工业（利用微生物处理废水等） 生物能工业（沼气、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等能源物质） 微生物治金工业（微生物探矿、治金、石油脱硫等） 第二章发酵基础知识 1、写出生产以下产品的主要菌种： 啤酒（啤酒酵母）、黄酒（霉菌（根霉、曲霉）、酵母菌、细菌）、味精（谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌）、柠檬酸（黑曲霉）、食醋（霉菌、酵母菌、醋酸菌）、酸奶（乳酸菌（保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳酸链球菌）） 2、发酵工艺控制中，主要应监控温度、pH值、溶解氧、 泡沫、氧化还原电位等。 3、概念：单菌发酵: 现代发酵工业中最常见，传统发酵工业中很难实现。 混合菌发酵: 自然发酵和人工接种发酵 液态发酵: 发酵基质呈流动状态，如啤酒发酵、柠檬酸发酵等。 固态发酵: 发酵基质呈不流动状态。如固态酱油发酵、米醋发酵、大曲酒（白酒）发酵等。半固态发酵: 发酵基质呈半流动状态，如黄酒发酵、传统稀醪酱油发酵等。 4、发酵产品主要类型 微生物菌体、代谢产物、酶 5、如何理解：传统工艺，原料决定菌种；现代工艺，菌种决定原料？ 传统工艺，原料决定菌种：传统工艺中，发酵原料是一种选择培养基。 传统工艺就是利用这种选择作用，把自然界带入的各种野生菌，在发酵基质上进行选择富集培养，这些微生物生长和代谢的结果可生产出有特殊风味的食品。 现代工艺，菌种决定原料：在使用纯种发酵剂前，我们必须对原料进行灭菌，以防止其他杂菌对发酵的干扰。 6、发酵产品主要有哪些附加值 1）发酵有利于食品保藏食品发酵后，改变了食品的渗透压、酸度、水的活性等，从而抑制了腐败微生物的生长，有利于食品保藏。 2）发酵产品有保健作用有些食品经过微生物发酵后，不仅能产生酸类和醇类等，还能产生某些抗菌素可抑制致病菌和肠内腐败菌。
《发酵工程课程设计》 实习指导书 主编：邵威平 甘肃农业大学 食品科学与工程学院 二OO七年八月
前言 《发酵工程课程设计》是生物工程专业的一门实用性和技术性很强的专业课程，属于专业实践教学环节。通过这个实习环节的学习和锻炼，使学生在掌握了生物工程专业基础理论、专业理论和专业知识的基础上，初步掌握发酵工程工厂设计的基本原则、发酵工艺参数的设计及检测方法的建立，培养学生具备发酵工厂工艺、工程设计的能力，使学生得到生物工程专业技术人员的综合性基本训练。 本指导书主要叙述了课程设计的目的与要求、课程设计的任务、课程设计的内容、课程设计报告的要求、考核方法与评分办法等内容，其中课程设计的内容为本书重点，阐明了啤酒、酒精、味精和酶制剂工厂设计要求等指导性内容。 编写本指导书的目的，旨在指导学生掌握微生物发酵工厂设计工作的原理、步骤和方法，培养正确的辨证的工程设计观点，提高综合运用专业理论与基础理论知识及技能，分析解决发酵工程实际问题的能力。 尽管作者力图在编写过程中注重系统性、实践性和指导性，但限于作者能力和水平，书中难免存在纰漏和不足，望读者批评指正。
目录 一、课程设计的目的与要求 (3) 二、课程设计的任务 (4) （一）课程设计的基本环节 (4) （二）课程设计具体任务 (4) 三、课程设计的内容 (6) （一）啤酒发酵车间（工厂）设计 (6) （二）酒精发酵车间（工厂）设计 (8) （三）味精发酵车间（工厂）设计 (10) （四）糖化酶发酵车间（工厂）设计 (14) （五）其他参考选题 (15) 四、课程设计报告要求 (16) 五、考核方法与评分办法 (18) 六、参考资料 (19) 附一：课程设计报告撰写指南 (20) 附二：课程设计报告样式与格式规范要求 (23)
第一章 提高初级代谢产物产量的方法 1，使用诱导物2，除去诱导物——选育组成型产生菌3，降低分解代谢产物浓度，减少阻遏的发生4，解除反馈抑制——筛选抗反馈抑制突变株5，防止回复突变的产生6，改变细胞膜的通透性7，筛选抗生素抗性突变株8，选育条件抗性突变株9，调节生长速率 提高次级代谢产物产量的方法 1，补加前体类似物2，加入诱导物3，防止碳分解代谢阻遏或抑制的发生4，防止氮代谢阻遏的发生5，筛选耐前体或前体类似物的突变株6，选育抗抗生素突变株7，筛选营养缺陷型的回复突变株8，抗毒性突变株的选育 第二章 一、原料选择的原则 (1）因地制宜，就地取材，原料产地离工厂要近，便于运输，节省费用。 （2）要求原料内碳水化合物含量较多，蛋白质含量要适当，适合与微生物的需要和吸收利用。 （3）原料资源要丰富，容易收集。由于生产需要大量原料，要保证一定的库存量。 （4）原料要容易贮藏。应考虑到新鲜原料内含水量多，不耐久藏，最好选择经干燥后，含水极少的干原料，易于保藏，不宜霉烂。 （5）对人的身体无损害，影响发酵过程的杂质含量因应当极少，或者几乎不含。 （6）原料价格低廉，可降低产品成本。 此外，还应当考虑到大力节约粮食原料，尽量少用或不用粮食原料，充分利用当地的非粮食原料，广泛利用野生植物原料， 二、原料的种类 1，薯类：甘薯、马铃薯、木薯、山药等。 2，粮谷类：高粱、玉米、大米、谷子、大麦、小麦、燕麦等。 3，野生植物：葛根、土茯苓、蕨根、石蒜等。 4，农产品加工副产物米糠饼、麸皮、高粱糠、淀粉渣等。 ?常用原料中主要的化学成分如下： 碳水化学物：淀粉或淀粉类似物。脂肪、灰分 三、原料预处理的方法 ?1，筛选、风选气流-筛式分离机 ?2，磁力除铁包括永久性磁力除铁器和电磁除铁器两种方式。 四、固体原料的粉碎 （1）挤压粉碎（2）冲击粉碎（3）研磨粉碎（4）剪切粉碎（5）劈裂粉碎 五、运送固、液气体的器材名称 固体输送主要是采用皮带输送机，斗式提升机和螺旋混合器（也称绞龙）。 气流输送又称风送。它是利用空气流动所产生的推动力在管道中输送的， 泵是为液体输送提供能量的设备。根据原理的不同，泵可以分为离心泵，往复泵和旋转泵3种。 六、培养基灭菌的定义 是指从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及其孢子，或从中将其除去。工业规模的液体培养基灭菌，杀灭杂菌比除去杂菌更为常用。 ?灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢
浅析中药制药技术与研究 摘要：随着经济和科技的不断发展，我国的医疗事业得到长足的发展，在当前 的中药制药中，制药技术在一定程度上影响着中药制药的治疗效果，所以，很有 必要就中药制药技术进行分析与探究，从而促进我国医疗事业的进步。 关键词：中药制药；制药技术 前言：中药在许多疾病的治疗中都能够起到很好的效果，同时相对于西药来 说还具有较少的副作用，因此受到许多人的欢迎。但是中药需要长期服用，同时 还必须通过煎煮等方法制成药剂，因此使用起来较为困难，所以需要通过现代制 药技术，将中药制作成成药，方便患者随时服用。 1中药浸提技术 浸提技术是应用溶媒提取固体原料中某一或某类成分的提取分离操作，又称 固液萃取。目前在中药生产过程中常用的中药浸提方法有煎煮法、浸渍法、渗流 法等。 1.1煎煮法 根据煎煮时是否需要加压，我们将其分为常压煎煮法和加压煎煮法，加压煎 煮法适用于常压下不容易煎透的药材。需要注意的对浸提效率有影响的因素有:药材粒径、煎煮时的用水量、煎煮的次数和时间控制工艺条件。煎煮法需要注意， 煎煮前大约需要30到60分钟用冷水浸泡中药药材。 1.2 浸渍法 浸渍法是用一定量的溶剂，在一定的条件下，对药材采取浸泡的方法，来浸 提药材中有效成分的方法。这种方法的特点是: 1)简单易行 2)适用于豁性药物、无组织结构的药材、新鲜药材和廉价芳香性药材 3)不适宜用在贵重药材、毒性等药材上 4)需要时间较长，一般不用水做溶媒。 1.3 渗流法 让溶剂从上而下、由稀至浓，形成浓度差，这种方法相当于无数次的浸渍， 是一种动态的连续操作。一般采用不同浓度的乙醇等有机溶剂，温度要控制在40摄氏度，因为温度过高会加剧溶剂的损失。渗流法要考虑到有效成分的浸出难易、有没有热不稳定成分，尽量在保证浸提完全的情况下减少溶剂用量，还要考虑到 渗流的容器、药材的粉碎度、渗流液的流出速度和渗流液的收集量。 1.4半仿生提取法 仿生法主要是模拟口服给药后药物经胃肠道转运的环境，药料先用一定PH 的酸水提取，继而以一定PH的碱水提取。本法的应用主要是对提取用水的最佳PH和其他提取条件(温度、时间、酶底物浓度)进行选择。可用一种或几种有效成 分或辅以药效试验为指标，采用比例分割法、正交试验或均匀设计法优选。一般 分别用近似胃和肠道的酸碱水溶液煎煮2~3次，或加以搅拌设备(模拟胃肠道蠕动)。 2分离纯化技术 分离纯化技术是中药制药中最重要的环节之一，分离药渣和所浸提的药液并 且纯化所浸提药液是非常有医学制药价值的。分离纯化技术是将中药提取液与药渣、沉淀物和固体杂质进行分离，然后采取适当的方法最大限度的去除无效成分、保留有效成分以及辅助成分的技术。
发酵工程 名词解释： 临界氧浓度：各种微生物的呼吸强度是不同的，并且呼吸强度是随着培养液中溶解氧浓度的增加而加强，直至达到一个临界值为止。这个临界值就称为“临界氧浓度”。 前体：某些化合物被加入培养基后，能够直接在生物合成过程结合到产物分子中去，而自身的结构并未发生太大变化，却能提高产物的产量，这类小分子物质被称为前体。 生物热：微生物在生长繁殖过程中，本身产生的大量热称为生物热。 喷雾干燥：利用各种不同的喷雾器，将悬浮液和粘滞的液体喷成雾状，形成具有较大面积的分散微粒，与热空气发生强烈的热交换，迅速派出自身的水分，在几秒到几十秒内获得干燥。气泛：气泛现象是气液混合设备的一个特征属性，往往发生在通气速率较大，搅拌速率不高的情况下。 补料：在微生物分批发酵过程中，以某种方式向发酵系统中补加一定物料，但不连续地向外放出发酵液。 发酵热：发酵过程中释放出来的净热量。 定向培养：是根据菌种的分类地位选择培养基,选择培养条件,获得所需菌种的培养。 单细胞蛋白：也叫微生物蛋白，它是用许多工农业废料及石油废料人工培养的微生物菌体。 1、诱变育种的原理 答：诱变育种的理论基础是基因突变，主要包括染色体畸变和基因突变。诱变育种是利用各种被称为诱变剂的物理因素和化学试剂处理微生物细胞，提高基因突变频率，再通过适当的筛选方法获得所需要的高产优质菌种的育种方法。 2、简述诱变育种的基本方法及筛选 答：诱变育种一般包括两个部分：诱变和筛选。诱变部分成功的关键包括出发菌株的选择、诱变剂种类和剂量的选择，以及合理的使用方法。筛选部分包括初筛和复筛来测定菌种的生产能力。突变菌株的筛选：1、营养缺陷性突变株的筛选；2、抗反馈阻遏和抗反馈抑制突变菌株的筛选；3、组成型突变株的筛选；4、抗性突变株的筛选 3、影响发酵pH的因素有那些调节控制pH的根本措施 影响发酵PH的因素主要取决与培养基的成分和微生物的代谢特性，此外，通气条件的变化，菌体自溶或杂菌污染都可能引起发酵液PH的变化。调节控制PH的根本措施主要是考虑培养基中生理酸性物质与生理碱性物质的配比，然后是通过中间补料进一步加以控制，还可在发酵过程中加弱酸或弱碱进行PH的调节 4、发酵热包括哪几类 答：生物热、搅拌热、蒸发热、辐射热 5、发酵罐的基本条件包括那些 答：1发酵罐应有适宜的径高比。罐身较长，氧的利用率极高。2发酵罐应能承受一定的压力。因为发酵罐在灭菌和正常工作时，要承受一定的压力和温度。3发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混匀，实现传质传热作用，保证微生物发酵过程中所需的溶解氧。4发酵罐应具有足够的冷却面积。5发酵罐内应尽量减少死角，避免藏污积垢，保证灭菌彻底，防止染菌。6搅拌器的轴封要严密，以减少泄露。
摘要 : 从神农尝百草到李时珍的《本草纲目》 , 中药研究和使用在我国已经有数千年的历史 , 是中 华民族的一大财富。近年来 , 中药现代化研究成为国家支持的一个热点 , 也成为一大研究热 点。这场研究热潮势必会为传统中药书写新的辉煌篇章。中医药是我国璀璨的文化瑰宝 , 有着五千多年的历史 , 是中华民族优秀的传统文化的重要组成部分 , 是中华民族的骄傲。近几十年 来, 中医药越来越受到国际社会的关注 , 国内对此也更加重视。而新技术的推广应用对加快中 药的新药研发和中药现代化起着至关重要的作用。 一、制药新技术的应用与中药现代化。 实现中药现代化是我国药学工作者的重要任务 , 进行中药现代化研究 , 就要应用现代科学技术的研究成果 , 结合传统中药生产的特点 , 借助现代科学技术的手段和方法 , 遵守严格的规范标准 , 探索、认识、发展传统中药 , 研究出优质、高效、安全、稳定、质量可控、服用方便 , 并具有现代剂型的新一代中药 , 这是中药现代化发展的必然途径。以下几个方面论述了制药新技术的应用与中药现代化。 1、高通量药物筛选 (HTS 技术 高通量药物筛选技术是20 世纪 80 年代出现的新的药物筛选方式, 是多种技术方法有机结 合而形成的新的技术体系。高通量药物筛选技术作为药物研究的新技术和方法 , 不仅在药物筛选寻找活性化合物方面有着极大的优势 , 在研究药物作用机制方面亦能发挥作用 [1] 。 2、提取新技术 提取是中药制剂生产过程中最基本、最重要的环节之一, 提取技术的优劣直接影响到药品质量和生产效率及经济效益。以下面是几种提取分离新技术:
(1 超临界流体萃取 (SFE-CO2技术。超临界流体萃取技术是一种以超临界流体代替常规有机溶剂对中药有效成分进行萃取的新型技术 [2] 。有研究表明 , 采用超临界流体萃取技术提取的有 效成分与传统煎煮提取得到的有效成分相比 , 往往具有更强的药理活性 [3] 。 (2 超声波浸取技术。超声浸取技术是利用超声波辐射压强产生的骚动效应、空化效应和 热效应引起机械搅拌、加速扩散溶解的一种新型提取方法[4]。 (3 微波浸取技术。微波浸取技术[5] 是利用微波能来提高浸取率的新技术, 微波一可使极性分子超高速旋转 , 平均动能迅速增加 , 使其温度迅速升高 ; 二是通过离子传导 , 离子化的物质在超高频电磁场中以超高速运动 , 做转向及定向排列 , 产生撕裂和相互摩擦引发热效应。 3、分离纯化新技术 分离纯化的目的是将无效和有害组分除去, 尽量保留有效成份或有效部位, 为不同类别中药制剂提供合格的原料或半成品[6] 。 (1 大孔吸附树脂。大孔吸附树脂是一种具有大孔结构的有机高分子共聚体, 是一类人工合成的有机高聚物吸附剂。该技术在皂苷、黄酮、生物碱及其他类化合物的分离中已经得到 了广泛的应用 [7] 。一般情况 , 中药复方提取液经该技术处理后 , 得到的固形物一般仅为原生药的2%-5%,而且吸湿性极强的糖、氨基酸、多肽等水溶性杂质被除去 , 便于后续工序的操作 , 有效部位或成分含量纯度可提高 10-14 倍, 而传统的水煮法约为 30%,醇沉法约为 15%;临床用药剂量可明显降低 [8] 。 (2 膜分离技术。膜分离技术[9]主要利用膜的选择性分离实现料液的不同组分的分离、 纯化和浓缩。 4、制剂新技术
现代中药发酵技术研究现状 近年来，国际医药市场对传统药物及天然药物的需求量正快 速增长，以传统药及天然药物资源开发创新药物和相关健康产品 已成为当今世界药物研发的新趋势、国际医药学术界的研究热点 和医药企业经济的快速增长点。我国作为中医药的发源地，拥有系 统的中医药理论和极为丰富的天然药物资源，虽然面临着天然药 物市场强劲增长的有利形势，但国际化步伐缓慢，其根本原因在于 中药现代化水平仍较低。中药发酵技术是在继承中药炮制学发酵 法的基础上，吸取微生态学研究成果，结合现代微生物工程而形成 的高科技中药制药新技术，具有广阔的发展空间。 ! 古代中药发酵技术应用历史我国人民远在多年前就学会利用发酵来酿酒，此后又相继利用发酵来生产酱、醋、豆豉和臭豆腐等食品。《本草经疏》曰： “古人用曲，即造酒之曲，其气味甘温，性专消导，行脾胃滞气，散脏 腑风冷。”说明中药临床应用之曲是在酿酒业发展的基础上出现 的，曲与酒相维系。后来人们在酒曲中加入其他药物制成专供药用 的各类曲剂。《本草纲目》云：“古人用麴，多是造酒之麴。后医乃造 神麴，专以供药，力更胜之。”可见古人早已将微生物发酵应用于中 药炮制。即将药材与辅料拌和，一定温度和湿度下通过微生物的发 酵达到提高药效、改变药性、降低毒副作用等目的。直到现在，临床 仍在应用的发酵$制品%中药，如六神曲、淡豆豉、建曲、沉香曲、半 夏曲、红曲、豆黄等，均是利用炮制环境中的野生微生物$多为霉 菌、酵母、细菌等%进行多菌种固体发酵而成。 发酵技术应用历史悠久，也是传统中药加工炮制的重要方法 之一，一般主要是起到中药复合炮制的作用。不同的培养基经同样 的发酵处理后会产生药性的差异，可利用该特性生产不同适应证 的中药。例如，发酵淡豆豉时，以桑叶、青蒿发酵者，药性偏于寒凉， 多用于风热感冒或热病胸中烦闷之症；以麻黄、紫苏发酵者，药性 偏于辛温，多用于风寒感冒头痛之症。在清代，根据辅料中药及治 疗功能的不同，又制出了皂角曲、竹沥曲、麻油曲、牛胆曲、开郁曲、 海粉曲、覆天曲等 !# 种药曲。 " !" # 利用中药培养基发酵药用真菌 菌物界估计逾十万种，可供药用的高等真菌约 &# 余种，利用 潜力巨大。国内 &# 世纪 ’#
微生物发酵中药的相关调查 中药发酵制药技术是在继承中药炮制学发酵法的基础上,吸取了微生态学研究成果,结合现代生物工程的发酵技术而形成的高科技中药制药新技术,是从中药(天然 药物) 制药方面寻找药物的新疗效。传统的中药发酵多是在天然的条件下进行的, 而现在的中药发酵制药技术是在充分吸收了近代微生态学、生物工程学的研究成果 而逐渐形成的。其先进发酵工艺特点是:以优选的有益菌群中的一种或几种、一株 或几株益生菌作为菌种,加入中药提取液中,再按照现代发酵工艺制成产品,它是一 种含有中药活性成分、菌体及其代谢产物的全组分发酵液的新型中药发酵加工制剂。 一、微生物发酵中药的应用历史 早在千余年前,我国已开始用发酵方法制药,直到现在临床仍在应用的发酵(制品) 中药有六神曲、半夏曲、淡豆豉、豆黄等,其工艺均为固体发酵。 1、微生物发酵中药中所应用到的很多微生物是药用真菌或者含有真菌的混合菌群，其中药用真菌很多本身作为中药来应用。因此一定意义上讲，中药与微生物，特别 是与一些药用真菌具有密切的联系。 早在东汉年间《神龙本草经》中，就有灵芝、茯苓、猪苓、雷丸等药用真菌分 别列项论述，这些药物至今沿用不衰。 2、微生物发酵中药应用历史悠久，也是传统中药加工炮制的重要方法之一，一般 主要是起到中药复合炮制的作用。而且很多发酵之后的药物在临床应用上取得了较 好效果。 微生物发酵中药在中医药应用中得到了很大的体现。如片仔癀的主要成分是三 七的微生物发酵物；神曲由面粉、赤小豆、苦杏仁、鲜青蒿、鲜苍耳、鲜辣蓼按一 定比例混匀后经发酵而成的曲剂。 3、某些传统的微生物制剂一直使用至今，其中以不同中药作为辅料，采用微生物 处理后自身成为发酵物组成的一部分，如半夏炮制，神曲制备等。同时随着历史的 发展，微生物发酵中药的应用也在不断变化。 半夏在整个炮制过程中使用到了一些中药，最终形成具有一定功效的以半夏为 主要组成部分的中药炮制品。半夏至汉代始用汤洗去毒，即为炮制品。南北朝时增 加生姜制、热汤洗、白芥子末制、头醋制等炮制品。唐代增加姜汁制，宋代增加麸炒、热洒炒、酸浆浸、米醋炒浸、生姜甘草桑白皮制、猪苓制、白矾制、萝卜制、 姜矾牙皂制和半夏曲。金之时期，增加米泔浸、香油炒、菜油拌炒。明代增加盐水洗、面炒醋制、杏仁炒。清代增加巴豆制、活生姜制、猪胆汁炒、皂荚白矾姜汁竹 沥制，有仙半夏和法半夏。由此可见，半夏的炮制方法繁多，而且种类各异，如仙 半夏、半夏曲等，已经成为含半夏的一个复方 二、微生物发酵中药的研究现状 中药发酵研究开始于80 年代,但仅是对真菌类自身发酵的研究,如灵芝菌丝体、冬虫夏草菌丝体、槐耳发酵等,大都是单一发酵。虽有报道加入中药,但也仅是将中 药当做菌丝体发酵的菌质,同时研究发现,含有中药的菌质对原发酵物的功效有影响,只是未见深入研究。目前,已有学者呼吁中药发酵制药可按新药审批办法规定开发新药。同时也开展了另一项研究,即生物转化,我们认为它与中药发酵是密不可分的 1、利用中药为培养基的组成部分，构建药性菌质，比较发酵前后中药相关成分的
发酵工程复习资料重 点
发酵工程（Fermentation Engineering）的定义 应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会服务的一门科学。 淀粉质原料进行蒸煮的目的是使植物组织和细胞膜彻底破裂，淀粉成为溶解状态进行液化；同时对进料进行灭菌；排除原料中的一些不良成分及气味。 为了实现这些目的，蒸煮设备必须达到下列要求： (1)能使淀粉细胞完全破裂，淀粉溶解成均匀的糊状物； (2)尽量减少淀粉和糖分的损耗，避免产生其它不必要的有害的化学变 化； (3)节省蒸汽，减少热损失； (4)设备能承受较高的压力，具有耐磨性，能使物料在锅内充分翻动，受 热均匀； (5)结构简单，操作方便，投资少。 连续蒸煮有低温长时间的罐式连续蒸煮，中温的柱式连续蒸煮和高温短时间的管式连续蒸煮 后熟器 在连续蒸煮中，后熟器是利用经加热器或蒸煮锅(罐)加热后的料液余热，在一定压力和温度下维持一定时间的继续蒸煮，因此，后熟器又称维持器。对后熟器的要求是，料液在后熟器中的整个截面上均匀地由下向上推动，力求做到先进先出。
真空冷却指的是醪液在一定的真空度下（即醪液进入负压状态）醪液本身产生大量蒸气（二次蒸气），并被抽出，这样便消耗了醪液大量的热量，因而醪液很快冷到与真空度相应的温度，这种醪液冷却法就称为真空冷却 糖化设备主要是糖化罐，其容积按1m3的糖化醪需要的1.3m3容积来计算。其旋转方向与冷却水在蛇管中水流的方向相反 ?连续糖化罐的作用是连续地把糊化醪与水稀释，并与液体曲或麸曲乳混 合，在一定温度下维持一定时间，保持流动状态，以利于酶的活动。二级真空冷却的连续糖化法。对蒸煮醪的前冷却和后冷却均采用真空冷却的糖化工艺，叫二级真空冷却糖化法 发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。 ?1．按微生物生长代谢需要分类： ?好气：抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素等产品是在好气发酵罐 中进行的；需要强烈的通风搅拌，目的是提高氧在发酵液中的传质系 数； ?厌气：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用厌气发酵罐。不需要通气。 ? 2. 按照发酵罐设备特点分类： ?机械搅拌通风发酵罐：包括循环式，如伍式发酵罐，文氏管发酵罐，以 及非循环式的通风式发酵罐和自吸式发酵罐等。
ABSTRACT Nisill嬲 a potential kind ofbact嘶ocin锄 d biopreservatives has be饥widely heat，all【ali，劬s缸铖e and applied in f．ood proceSSing．HoweV％it is influeIlced by si卿矗cantly．11lis p印er 6rstly stI】died me componellts锄d an抽act酣al storage time Stabili够of Ilisin products．ProtectiVe mat甜als锄d e11capsulation techn0109y werc taken used of to impmve the stabili锣of nisin a11tibacterial actiV姆IIl addition，me application of Ilisin wim compc岍ld preseⅣatiVe in food w鹤studied．The main results were嬲follo、 硼． (1)Firstly the main compof瑚1t contents甜ld titers of Ilisin s锄ples were s锄ples were all iIl line谢Ⅱl也e national st锄d莉s．1k col inVestigated．Tlle 5 吣of s锄ple A and E wefe botll light bmwll，darker血觚tlle otller t|lree．A11d吐1e佗were a 10t of carbohydrates aIld proteiIls in me s锄ples．Howev％the titers of tlle two wefe 1280．0Ⅳ／mg aIld 1401．9 IU／mg，懈．pectiVely，wllich were 11i曲er th觚the qualified level(900Ⅳ／mg)md wim a good觚micmbial a以Vi妙h1 addition，nle Components，虹ters aIld solubility propenies of smple B，C aIld D werc dose，and the NaCl cont锄ts were all llig王ler tll 锄70％．Ⅵmat’s more，埘m the pH increased{沁m 2．0 to 9．O，the锄tibacterial circle diam酏er of aIld B decre勰ed about 3 1．25％and 40．0 1％，respectiVely'whiCh may implied sample A that s咖e c衄驴n饥ts h ave protectiVe ef§bct on tlle枷bact甜al stabil畸of I lisin． (2)7nle锄曲a曲嘶al stability of flisin w笛studied nlat b锚t a11曲actefial activity of Ilisin is in pH 2．0，25℃．As pH and t锄peratllre increased，the Ilisill titer loss mte rosed r锄arkably．W1lile pH rose to all【aline leVd aIld eVcn wimout a11tibact嘶al heatin&t11e actiVit)r of niSin is uIlstable．Nisin solution w嬲heated at l 2 l℃for20 min，锄 d men stor。d for one montll，resulting in a si朗i6cant downward仃end on me tit瓯The titer 10ss rates were 65．20％a11d 58．00％i11 pH 4．0 and pH 6．O，respectiVely，resulting in a decreasing a11tibact甜al stability of nisin． (3)ProtectiVe agents were used on the impmVenlent of 11isin a11tibacterial stabil吼a11d cllitos锄was theⅡ10st si鲥ficaIlt pmtectiVe agellt，especially when 11isin was at room t锄pe劬鹏pH 6．O，me titer incI铘ed行om 1 05．64Ⅳ／111L of con仃01 t0 1 54．72 IU／mL，a11d eVen it、Vas heated t0 1 2 1℃，tlle titer still represented a rdevant better protective effect．VC and 1p were bom e髓ctiVe。especially in acid region，when pH 4．0 nisin wim 1 2 l℃，20 min heating，the nisin titer increased 1．06-fold and 2．89一fold compared with con仃ol， respectiVely．In addition，FeS04 was effectiVe especially on weal(acidic condition which
发酵工程发展现状及趋势 引言 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。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。作为现代科学概念的微生物发酵工业，是在20世纪40年代随着抗生素工业的兴起而得到迅速发展的，而现代发酵技术又是在传统发酵技术的基础上，结合了现代的基因工程、细胞工程、分子修饰和改造等新技术。由于微生物发酵工业具有投资少、见效快、污染小、外源目的基因易在微生物菌体中高效表达等特点，日益成为全球经济的重要组成部分。 摘要 当前，发酵工程的应用是十分广泛的，在不同的工业领域中都有重要应用，例如医药工业、食品工业、能源工业、化学工业、农业、环境保护等，且随着生物技术的发展，发酵工程的应用领域也在不断扩大。 一、发酵工程在各领域的发展现状 1、医药行业 微生物发酵是生物转化法之一,在中药中早有应用。真菌是发酵中药的主要功能菌。发酵时大都采用单一菌种纯种发酵法。现代中药发酵技术分为液体发酵和固体发酵。中药发酵技术按应用方式可分为无渣式和去渣式,前者可直接用药,后者要提取和制剂用药。发展发酵中药可进一步推进中药现代化和国际化进程,提高中药行业的竞争力,为中药走向世界、造福人类作出新的贡献。 2、食品工业 现代化生物技术的突飞猛进，改写了食品发酵工艺的历史。据报道，由发酵工程贡献的产品可占食品工业总销售额的15%以上。目前利用微生物发酵法可以生产近20种氨基酸。该法较蛋白质水解和化学合成法生产成本低，工艺简单，且全部具有光学活性。 3、能源工业 乙醇作为一种生产工艺成熟，生产原料来源广泛的替代能源越来越受到人们的关注。燃料酒精不仅可以缓解能源短缺的问题，从长远的利益和能源的可再生性来看，燃料酒精又是一种潜力巨大的物能源。酒精发酵的方式有间歇式发酵、半连续式发酵和连续发酵。
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 ①与化学工程相比，发酵工程中微生物反应具有以下特点： 作为生物化学反应，通常在常温常压下进行，没有爆炸之类的危险，不必考虑防爆问题，还有可能使一种设备具有多种用途 ②原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，加入少量的各种有机或无机氮源，只要不含毒，一般无精制的必要，微生物本身就有选择的摄取所需物质 ③反应以生命体的自动调节方式进行因此数十个反应过程能够像单一反应一样，在称为发酵罐的设备内很容易进行 ④能够容易的生产复杂的高分子化合物，是发酵工业最有特色的领域 ⑤由于生命体特有的反应机制，能高度选择性的进行复杂化合物在特定部位的氧化还原官能团导入等反应 ⑥生产发酵产物的生物物质菌体本身也是发酵产物，富含维生素、蛋白质、酶等有用物质，因此除特殊情况外，发酵液等一般对生物体无害。 ⑦发酵生产在操作上最需要注意的是防止杂菌污染。进行设备的冲洗、灭菌，空气过滤
年产15万吨木薯干酒精工厂的设计 附：设计依据及设计范围 （1）、设计依据原始数据如下： 生产要求：年产150，000吨医药酒精，酒精含量%（V） 生产原料：木薯干片年生产天数：300天 厂址选择：南方某城市（符合建厂条件） 气候条件：良好 最高气温：38℃最低气温：4℃平均气温：20℃最高湿度：95% 平均湿度：78% 主导风向：冬季东北风夏季东南风 河水温度：最高30℃最低10℃ 深井水温度：最高25℃最低：20℃ 自来水温度：最高31℃最低：14℃ （2）、设计范围： ○1. 工艺流程的选取与论证 ○2. 全厂水、电、汽及原料耗用量的平衡计算 ○3. 设备的设计与计算 ○4. 安全防火、经济核算、三废处理途 ○5. 绘制重点车间设计施工图 ○6. 编写设计说明书 设计说明书前有中、英文摘要各一份。 重点车间：原料蒸煮车间 重点设备：糖化罐 绘图内容： ○1.重点车间工艺、设备流程图（带自动控制点） ○2．重点车间设备平面布置图 ○3.重点设备装配图
目录 1 工艺流程的选取与论证 2 物料及热量衡算 3 酒母制造 4 液化罐与糖化罐设计 5 安全防火、三废处理
1 工艺流程的选取与论证 1.（1）原料预处理：木薯干片原料较大块，不易在一次粉碎达到要求，故采用二次粉碎以提高粉碎度[4]。 （2）调浆：采用一个冲量计进行粉水自动化调浆，实现了自动化生产过程，减轻了工人劳动强度。 （3）蒸煮工艺：采用带喷雾转盘的锅式低温常压连续蒸煮方法，生产条件温和，操作安全、简便，热利用率高，节省了蒸汽、能耗，提高了淀粉利用率和设备利用率。 （4）糖化酶的利用：该酶活性高，用量少，配制成溶液即可投入使用，不用进行高温蒸煮，节约了资金、能源，且快速、易操作。 （5）糖化工艺：采用真空前冷却的连续糖化法，使冷却用水用量大大减少，可将醪液在瞬间降低到相应的温度，冷却好的醪液连续进入糖化锅，锅内有搅拌器，冷却器，使糖化温度得以保证。 （6）发酵工艺：采用连续发酵，缩短了发酵周期，提高设备利用率，便于实现自动化、连续化，降低了生产成本。 （7）精馏工艺：采用两塔式蒸馏，粗馏塔采用泡罩塔，精馏塔采用浮阀塔，二塔间用气相过塔，从而节省加热蒸汽、冷却水，但要注意成品质量控制。 2.工艺及设备计算 （1）根据工艺流程草图逐步地进行物料衡算与热量衡算。 （2）计算单位基本是以每小时计，并尽量采用国际单位。 （3）计算中的物理化学参数基本来源一致。 （4）对于标准设备，直接根据生产能力进行选型，而对于非标准设备，则进行设计计算。 （5）对重点设备——糖化罐进行详细地设计计算。 （6）对于其他内容，如经济核算、安全防火、综合处理费用进行估算。