发酵工艺原理讲稿2007

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1、发酵工艺原理讲稿2007第一章绪论第一节生物工程概述生物工程的含义bioengineeringbiotechnology狭义的生物工程：泛指以基因工程技术为核心的现代生物技术的总称广义的生物工程1982年，国际经济合作与发展组织的定义：为生物技术是应用生物学知识及工程学的原理，依靠微生物、动物、植物体作为反应器将物料进行加工以提供产品为社会服务的技术。生物工程的研究内容：基因工程：基因工程是通过DNA重组技术,对生物材料进行改良,构建出新型的微生物菌株、培育出新的动植物品种,使其具有优良的符合人们意愿的性状，或获得所需要的产物。细胞工程：高等植物细胞具有全

2、能性。从高等植物的幼胚、根、茎、叶、花和果实等不同器官的组织中分离的单个细胞，经过特殊培养形成愈伤组织，并可进一步诱导生成完整的植株。发酵工程：现代发酵工程主要指利用微生物、动植物细胞和基因工程菌在在人工生物反应器（发酵罐）中培养而获得产物的工业过程。现代发酵工程是生物代谢、微生物生长动力学、大型发酵罐或生物反应器研制、化工原理等密切结合和应用的结果。酶工程：对酶进行开发和应用的产业。技术范围：自然酶的开发生产、酶的分离纯化技术、酶与细胞的固定化技术及反应器、酶分子修饰改造:利用化学手段或分子定向进化、人工设计与合成模拟酶生化工程：将生化反应与化学工程手段相

3、结合，使生化产物得以产业化生产。研究内容：生物产品的后处理技术、生物反应器的开发研制、生化反应动力学模型发酵工程与生物工程的关系：生物工程源于发酵工程，而广于和高于发酵工程。由于发酵工程是迄今工业化规模最大、应用最广泛的生物工程，因而也是生物工程专业最重要的学习对象。生物工程是以现代生物技术对传统发酵工程进行渗透和改造。第二节发酵工程概述一、发酵的定义（fermentation）1、原始发酵含义最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。2、生化和生理学意义的发酵n指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，

4、或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。n如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。3、现代含义：利用微生物、植物、动物及基因工程菌在合适的条件下，经特定的代谢途径转变成所需产物的过程。包括：1.厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。2.通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。一、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……3.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

5、酵，连续发酵；固态发酵，液态发酵4.按发酵生物类型分——细菌发酵，真菌发酵，基因工程菌发酵，动植物细胞发酵二．发酵工程的发展史发酵现象的早期认识：1680年制成显微镜───微生物的存在1857年巴斯德证明了酒精是由活的酵毋发酵引起的1897年毕希纳发现磨碎的酵母仍使糖发酵形成酒精───酶发酵工程的早期阶段：人们的对发酵技术的认识起始于19世纪末，主要来自于厌氧发酵,如利用酵母菌、乳酸菌生产酒精、乳酸和各种发酵食品。20世纪初期，1916年英国采用梭状芽孢杆菌生产丙酮丁醇，德国采用亚硫酸盐法生产甘油（第一次世界大战）──由食品工业向非食品工业发展好氧发酵技术,

6、速酿法从乙醇生产醋酸，通气法大量繁殖酵母，用米曲霉的麸曲代替麦芽糖作糖化剂生产酒靖，用微小毛霉生产干酪。1933年等人发明了摇瓶培养法代替了传统的静置培养法。生长均匀，增殖时间短。发酵工程的重大转折点：二十世纪四十年代初，第二次世界大战爆发，青霉素的发现，迅速形成工业大规摸生产。1928年由Fleming发现青霉素1941年美国和英国合作对青霉素进行生产研究链霉素、金霉素、新霉索、红霉素等发酵品种的开发主要的技术进展：通气搅拌解决了液体深层培养时的供氧问题。抗杂菌污染的纯种培养技术：无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。意义：

7、抗生素工业的发展建立了一套完整的好氧发酵技术，大型搅拌发酵罐培养方法推动了整个发酵工业的深入发展。50年代，瓦克斯曼发现了链霉素，直至60年代后期，先后发现了几千种抗生素，投入生产上百种，可谓是抗生素工业大发展的时代。为现代发酵工程奠定了基础代谢调节控制发酵：氨基酸发酵工业──谷氨酸、赖氨酸核酸发酵工业──肌苷酸、乌苷酸微生物变异株通过代谢调节──代谢控制发酵技术切断支路代谢转折点:酶的活力调控,酶的合成调控(反馈控制和反馈阻遏)→解除菌体自身的反馈调节,特殊调节控制的利用,突变株的应用,前体、终产物、副产物等20世纪70年代：细胞融合技术、基因操作技术等生

8、物技术发展，打破了生物种间障碍，能定向地制造出新的有