发酵工程与设备

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1、第一章绪论发酵的英文Fermentation是从拉丁语ferver即“翻腾”、“沸涌”、“发泡”而来，描述酵母作用于果汁或麦芽汁浸出液的现象。实质：由于浸出液中糖在缺氧条件下降解而产生CO2所引起的。第一节发酵工程概述发酵一词的来源一、发酵工程的概念在生化和生理学意义的发酵指通过有机物间作为电子受体和电子供体而产生能量的过程。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。狭义“发酵”的定义工业上所称的发酵:泛指将大量培养微生物获得产物的过程。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

2、基酸、酶制剂等。产品既有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。广义“发酵”的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。它是应用生物学、化学和工程技术学的原理，大规模（工厂化）培养动植物和微生物细胞，生产生物量或产物的科学。发酵工程可分为上游工程、中游工程和下游工程。发酵工程定义二、发酵工业的特点优点1.产物结构复杂性和特异性：手性或光学活性2.过程安全性：水相、常温、常压、中性、不燃不爆3.主要原料可再生性：阳光和土地4.原料可替换性5.反应自控性6.设备通用性7.副产物可综合利用性8.生产能力可提高性：突变与基因扩

3、赠9.产物类型可塑性：突变与转基因缺点1.副产物多，分离精制困难2.反应速度慢3.原料转化率低4.反应浓度低5.生产稳定性差6.设备庞大，辅助设备多，投资大7.废水、废渣排放量大，处理费用高8.生产过程容易受到其他微生物的污染9.通气、搅拌、冷却等能耗大三、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，补料分批发酵，连续发酵；固态发酵，液态发酵4.按发酵生物类型

4、分——细菌发酵，真菌发酵，基因工程菌发酵，动植物细胞发酵固态发酵SOLID-STATEFERMENTATIONPRODUCTION四、发酵工程的应用食品加工：单细胞蛋白（酵母、真菌等）含醇饮料：葡萄酒、黄酒、白酒、啤酒、白兰地、威士忌发酵乳制品：奶酪、酸奶调味品：味精、肌苷酸、酱油、醋等食品添加剂：柠檬酸、乳酸、天然色素等食品工业灰树花螺旋藻乌龙茶红茶黄茶黑茶普洱茶面包医药工业抗生素：12000余种青霉素、金霉素、四环素、链霉素、庆大霉素、卡那霉素、新霉素、螺旋霉素、头孢霉素等。氨基酸：可发酵生产的有谷、赖、丙、组、异亮、亮、苯丙、脯、

5、苏、色、酪、缬、瓜、鸟氨酸（国内40亿元，占发酵业产值12%）维生素：VB2、VB12、VC、VA、VD等生物制品：亚单位疫苗、重组疫苗、DNA疫苗等。酶抑制剂：-淀粉酶的抑制剂可治疗糖尿病胆固醇抑制剂可治疗高血压高血脂青霉素干扰素溶菌酶氨基酸生物农药：杀虫剂（Bt、白僵菌、病毒、微孢子虫）防治植物病害（假单孢菌、木霉、弱病毒、庆丰霉素）生物除草剂：利用杂草的病原微生物生物增产剂：根瘤菌、蓝细菌、钾细菌、磷细菌等农业能源工业酒精沼气氢能欧盟发展生物能源试图摆脱对传统能源依赖化学工业可降解的生物塑料化工原料（乙醇、丙酮、丁醇、癸二酸

6、等）生物表面活性剂及生物凝集剂冶金工业黄金开采和铜、铀等金属的浸提环境保护使用生物肥料，生物杀虫剂降解有毒物质净化废水废气，处理石油污染2002.11.19巴哈马籍油轮“威望号”在西班牙发生断裂沉没导致燃料油泄漏。这艘船共装有7.7万吨燃料油。污水处理http://rainbow.www46.cnidc.cn北京高碑店污水处理厂活性污泥法滨洲污水处理厂8万方/日氧化塘法WTO带来的机遇和挑战发酵工业的产业特点：1、技术中等复杂而又相对成熟（不属于高端技术）2、劳动中等密集、资源消耗较大，污染大。所以从国际产业分工格局的趋势看，理应由发达国

7、家转移到优秀的发展中国家来。而中国是发展最快的发展中国家，有很好的产业基础和人力资源，进入WTO之后，中国可以更直接地参与国际产业分工，所以应当成为世界发酵第一大国和第一强国。WTO带来的机遇和挑战发酵产业在我省区域经济中是最具特色的，石家庄是全国发酵工业的中心，是医药原料抗生素、维生素的生产基地。“药都”的提出意味着石家庄市可能成为中国发酵产业的第一大市和第一强市。天时和地利都已齐备。生产微生物细胞生产微生物酶生物微生物代谢产物生产基因重组产物将一个化合物经过发酵改造其化学结构—生物转化第一节发酵过程的范围发酵类别微生物生物量定义：是以

8、获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的的产品的发酵工业。生产制作面包的酵母菌;生产作为人类或动物食物的微生物细胞（即单细胞蛋白质）。面包酵母新的菌体发酵可用来生产一些药用真菌，如香菇类、依赖虫