合肥学院生物与环境工程系张洁

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1、合肥学院生物与环境工程系张洁发酵工程与设备FermentationEngineeringandEquipment一、发　酵　工　程发酵工程（FermentationEngineering）属于生物技术的范畴。最初是由一位匈牙利工程师KarlEreky于1917年提出的。生物技术的定义：应用自然科学及工程学原理依靠生物催化剂的作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的技术。第一章绪论发酵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

2、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、酶以及维生素和单细胞蛋白等。发酵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(1)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罐和发酵原料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

3、入无菌空气的空气过滤技术；(2)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；(3)种子培养和生产培养的不同的工艺技术。(4)在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。(5)由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。在发酵技术中一般包括微生物细胞或动植物细胞的悬浮培养，或利用固定化酶，固定化细胞所

4、做的反应器加工底物（即有生化催化剂参加），以及培养加工后产物大规模的分离提取等工艺。主要是在生物反应过程中提供各种所需的最适环境条件。如酸碱度、湿度、底物浓度、通气量以及保证无菌状态等研究内容。发酵工程的发展历史我国的传统发酵产品酱油、醋、腐乳等享誉世界我国的酿酒已经有4000多年的历史我国的酱油距今已有3000年的历史1857年巴斯德证明发酵是由于微生物的作用1857年法国化学家、微生物学的奠基人巴斯德提出了著名的发酵理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结果。”微生物学的奠基人——伟大的巴斯德巴斯德认为

5、，酿酒是发酵，是微生物在起作用；酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟；随着科学技术的发展，可以用加热处理等方法来杀死有害的微生物，防止酒发生质变。同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的发酵产品。1929年Flemming爵士发现了青霉素，从此生产技术产品中增加一大类新的产品—抗生素20世纪40年代，以获取细菌的次生代谢产物—抗生素为主要特征的抗生素工业成为生物发酵工业技术的支柱产业20世纪50年代，氨基酸发酵工业又成为生物技术产业的又一个成员。实

6、现了对微生物的的代谢进行人工调节，这又使生物技术进了一步20世纪60年代，生物技术产业又增加了酶制剂工业这一成员70年代，为了解决由于人迅速增长而带来的粮食短缺问题，进行了非碳水化合物代替碳水化合物的发酵，如利用石油化工原料进行发酵生产，培养单细胞蛋白，进行污水处理，能源开发等80年代以来，随着重组DNA技术的发展，可以按人类社会的需要，定向培养出有用的菌株，这为发酵工程技术引入了遗传程的技术，使生物技术进入了一个新的阶段HistoryofFermentationengineeringAncienttim

7、esfoodpreservation(vinegar,cheese)flavour(bread,soysauce)brewing(beer,wine)1861LouisPasteurfirstphaseindustrialbiotechnology1940penicillin(Fleming)antibioticindustryproductionoffinechemicalsHistoryofFermentationengineering1973recDNAtechnology(Boyer&Cohen)

8、1982rechumaninsulin（胰岛素）postrecombinantDNAareasince1982rectherapeuticagents（治疗剂）1990recbakersyeast1992recchymosine（凝乳酶）(fromyeast)三、发酵工程的特点酶水平上研究微生物细胞内（外）的生物化学反应，即小规模的研究形式。如大量摇瓶在实验室里观察限制反应速率的因素和最适的培养方法。过程放大，即大规模的研究形