发酵工程与设备第一章绪论.ppt

《发酵工程与设备第一章绪论.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发酵工程与设备第一章绪论.ppt（82页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、第一章第一章 绪论绪论发发酵的英文酵的英文FermentationFermentation是从拉丁是从拉丁语语ferverferver即即“翻翻腾腾”、“沸涌沸涌”、“发发泡泡”而来，描述酵母作用而来，描述酵母作用于果汁或麦芽汁浸出液的于果汁或麦芽汁浸出液的现现象。象。实质实质：由于浸出液中糖在缺氧条件下降解而由于浸出液中糖在缺氧条件下降解而产产生生CO2CO2所引起的。所引起的。第一节第一节 发酵工程概述发酵工程概述发酵一词的来源发酵一词的来源一、一、发发酵工程的概念酵工程的概念在生化和生理学意义的发酵指在生化和生理学意义的发酵指通过有机物间作为电通过有机物间作为电子受体和电子供体而产生能量

2、的过程。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如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出出COCO2 2。狭义狭义“发酵发酵”的定义的定义 工业上所称的发酵工业上所称的发酵:泛指将大量培养微生物获得产泛指将大量培养微生物获得产物的过程。物的过程。包括：包括：1.1.厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。2.2.通气（有氧）培养的生产过程，如通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨抗生素、氨基酸、酶制剂等。基酸、酶制剂等。产品既有产品既有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。广义广义“

3、发酵发酵”的定义的定义n n发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术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、化学和工程产业化的重要环节。它是应用生物学、化学和工程产业化的重要环节。它是应用生物学、化学和工程产业化的重要环节。它是应用生物学、化学和工程技术学的原理，大规模（工厂化）培养技术学的原理，大规模（工厂化）培养技术学的原理，大规模（工厂化）培养技术学的原理，大规模（工厂化）培养动植物和微动植物和微动植物和微动植物和微生物细胞生物细胞生物细胞生物细胞，生产，生产

4、，生产，生产生物量或产物生物量或产物生物量或产物生物量或产物的科学。的科学。的科学。的科学。n n发酵工程可分为上游工程、中游工程和下游工程。发酵工程可分为上游工程、中游工程和下游工程。发酵工程可分为上游工程、中游工程和下游工程。发酵工程可分为上游工程、中游工程和下游工程。发酵工程定义发酵工程定义二、二、发发酵工酵工业业的特点的特点优点优点优点优点1.1.产物结构复杂性和特异性：产物结构复杂性和特异性：产物结构复杂性和特异性：产物结构复杂性和特异性：手性或光学活性手性或光学活性手性或光学活性手性或光学活性2.2.过程安全性：水相、常温、常压、过程安全性：水相、常温、常压、过程安全性：水相、常温

5、、常压、过程安全性：水相、常温、常压、中性、不燃不爆中性、不燃不爆中性、不燃不爆中性、不燃不爆3.3.主要原料可再生性：阳光和土地主要原料可再生性：阳光和土地主要原料可再生性：阳光和土地主要原料可再生性：阳光和土地4.4.原料可替换性原料可替换性原料可替换性原料可替换性5.5.反应自控性反应自控性反应自控性反应自控性6.6.设备通用性设备通用性设备通用性设备通用性7.7.副产物可综合利用性副产物可综合利用性副产物可综合利用性副产物可综合利用性8.8.生产能力可提高性：突变与基因生产能力可提高性：突变与基因生产能力可提高性：突变与基因生产能力可提高性：突变与基因扩赠扩赠扩赠扩赠9.9.产物类型可

6、塑性：突变与转基因产物类型可塑性：突变与转基因产物类型可塑性：突变与转基因产物类型可塑性：突变与转基因缺点缺点缺点缺点1.1.副产物多，分离精制困难副产物多，分离精制困难副产物多，分离精制困难副产物多，分离精制困难2.2.反应速度慢反应速度慢反应速度慢反应速度慢3.3.原料转化率低原料转化率低原料转化率低原料转化率低4.4.反应浓度低反应浓度低反应浓度低反应浓度低5.5.生产稳定性差生产稳定性差生产稳定性差生产稳定性差6.6.设备庞大，辅助设备多，投资设备庞大，辅助设备多，投资设备庞大，辅助设备多，投资设备庞大，辅助设备多，投资大大大大7.7.废水、废渣排放量大，处理费废水、废渣排放量大，处理

7、费废水、废渣排放量大，处理费废水、废渣排放量大，处理费用高用高用高用高8.8.生产过程容易受到其他微生物生产过程容易受到其他微生物生产过程容易受到其他微生物生产过程容易受到其他微生物的污染的污染的污染的污染9.9.通气、搅拌、冷却等能耗大通气、搅拌、冷却等能耗大通气、搅拌、冷却等能耗大通气、搅拌、冷却等能耗大三、三、发发酵的分酵的分类类n n1.1.按获取能量的方式分按获取能量的方式分按获取能量的方式分按获取能量的方式分好氧发酵，厌氧发酵好氧发酵，厌氧发酵好氧发酵，厌氧发酵好氧发酵，厌氧发酵n n2.2.按产物类型分按产物类型分按产物类型分按产物类型分初级代谢物发酵，次级代谢物发初级代谢物发酵

8、，次级代谢物发初级代谢物发酵，次级代谢物发初级代谢物发酵，次级代谢物发 酵酵酵酵；食品发酵，有机酸发酵，氨基酸发酵，维生素发；食品发酵，有机酸发酵，氨基酸发酵，维生素发；食品发酵，有机酸发酵，氨基酸发酵，维生素发；食品发酵，有机酸发酵，氨基酸发酵，维生素发 酵，抗生素发酵酵，抗生素发酵酵，抗生素发酵酵，抗生素发酵n n3.3.按操作类型分按操作类型分按操作类型分按操作类型分自然发酵，纯种发酵，混种发酵；自然发酵，纯种发酵，混种发酵；自然发酵，纯种发酵，混种发酵；自然发酵，纯种发酵，混种发酵；分批发酵，补料分批发酵，连续发酵分批发酵，补料分批发酵，连续发酵分批发酵，补料分批发酵，连续发酵分批发酵

9、，补料分批发酵，连续发酵；固态发酵，液态；固态发酵，液态；固态发酵，液态；固态发酵，液态 发酵发酵发酵发酵n n4.4.按发酵生物类型分按发酵生物类型分按发酵生物类型分按发酵生物类型分细菌发酵，真菌发酵，基因工细菌发酵，真菌发酵，基因工细菌发酵，真菌发酵，基因工细菌发酵，真菌发酵，基因工 程菌发酵，动植物细胞发酵程菌发酵，动植物细胞发酵程菌发酵，动植物细胞发酵程菌发酵，动植物细胞发酵 固态发酵固态发酵SOLID-STATE FERMENTATION PRODUCTION四、发酵工程的应用四、发酵工程的应用食品加工：食品加工：单细胞蛋白（酵母、真菌等）单细胞蛋白（酵母、真菌等）含醇饮料：含醇饮料

10、：葡萄酒、黄酒、白酒、啤酒、白兰地、威士忌葡萄酒、黄酒、白酒、啤酒、白兰地、威士忌发酵乳制品：发酵乳制品：奶酪、酸奶奶酪、酸奶调味品：调味品：味精、肌苷酸、酱油、醋等味精、肌苷酸、酱油、醋等食品添加剂：柠檬酸、乳酸、天然色素等食品添加剂：柠檬酸、乳酸、天然色素等食品工业食品工业灰树花螺旋藻乌龙茶红茶黄茶黑茶普洱茶面包面包 医药工业医药工业青霉素干扰素溶菌酶氨基酸生物农药：生物农药：杀虫剂（杀虫剂（Bt、白僵菌、病毒、微孢子虫）、白僵菌、病毒、微孢子虫）防治植物病害（假单孢菌、木霉、弱病防治植物病害（假单孢菌、木霉、弱病毒、庆丰霉素）毒、庆丰霉素）农业农业 能源工业能源工业 n n酒精n n沼气

11、n n氢能欧盟发展生物能源 试图摆脱对传统能源依赖 化学工业化学工业 n n可降解的生物塑料n n化工原料（乙醇、丙酮、丁醇、癸二酸等）n n生物表面活性剂及生物凝集剂 冶金工业冶金工业 n n黄金开采和铜、铀等金属的浸提 环境保护环境保护 n n使用生物肥料，生物杀虫剂n n降解有毒物质n n净化废水废气，处理石油污染巴哈马籍油轮“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。污水处理污水处理北京高碑店污水处理厂活性污泥法活性污泥法滨洲污水处理厂 8万方/日氧化塘法氧化塘法WTOWTO带来的机遇和挑战带来的机遇和挑战n n发酵工业的产业特点：发酵工业的产业特点：发

12、酵工业的产业特点：发酵工业的产业特点：1 1、技术中等复杂而又相对成熟（不属于高端技术）、技术中等复杂而又相对成熟（不属于高端技术）、技术中等复杂而又相对成熟（不属于高端技术）、技术中等复杂而又相对成熟（不属于高端技术）2 2、劳动中等密集、资源消耗较大，污染大。、劳动中等密集、资源消耗较大，污染大。、劳动中等密集、资源消耗较大，污染大。、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，理应由发达国家所以从国际产业分工格局的趋势看，理应由发达国家所以从国际产业分工格局的趋势看，理应由发达国家所以从国际产业分工格局的趋势看，理应由发达国家转移到优秀的发展中国家来。转移到优秀的

13、发展中国家来。转移到优秀的发展中国家来。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，有很好的产业基础而中国是发展最快的发展中国家，有很好的产业基础而中国是发展最快的发展中国家，有很好的产业基础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，进入和人力资源，进入和人力资源，进入和人力资源，进入WTOWTO之后，中国可以更直接地参之后，中国可以更直接地参之后，中国可以更直接地参之后，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与国际产业分工，所以应当成为世界发酵第一大国和与国际产业分工，所以应当成为世界发酵第一大国和与国际产业分工，所以应当成为世界发酵第一

14、大国和第一强国。第一强国。第一强国。第一强国。WTO带来的机遇和挑战带来的机遇和挑战n n发酵产业在我省区域经济中是最具特色的，石发酵产业在我省区域经济中是最具特色的，石发酵产业在我省区域经济中是最具特色的，石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，是医药原料抗生家庄是全国发酵工业的中心，是医药原料抗生家庄是全国发酵工业的中心，是医药原料抗生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。素、维生素的生产基地。素、维生素的生产基地。素、维生素的生产基地。n n“药都药都药都药都”的提出意味着石家庄市可能成为中国的提出意味着石家庄市可能成为中国的提出意味着

15、石家庄市可能成为中国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。发酵产业的第一大市和第一强市。发酵产业的第一大市和第一强市。发酵产业的第一大市和第一强市。n n天时和地利都已齐备。天时和地利都已齐备。天时和地利都已齐备。天时和地利都已齐备。生生生生产产产产微生物微生物微生物微生物细细细细胞胞胞胞 生生生生产产产产微生物微生物微生物微生物酶酶酶酶生物微生物代生物微生物代生物微生物代生物微生物代谢产谢产谢产谢产物物物物生生生生产产产产基因重基因重基因重基因重组产组产组产组产物物物物将一个化合物将一个化合物将一个化合物将一个化合物经过发经过发经过发经过发酵改酵改酵改酵改造其化学造其

16、化学造其化学造其化学结结结结构构构构生物生物生物生物转转转转化化化化第一节第一节 发酵过程的范围发酵过程的范围发酵类别发酵类别 n微生物生物量微生物生物量n n定定义义：是以：是以获获得具有多种用途的微生物菌体得具有多种用途的微生物菌体细细胞胞为为目的的目的的产产品的品的发发酵工酵工业业。n n生生产产制作面包的酵母菌制作面包的酵母菌;生生产产作作为为人人类类或或动动物物食物的微生物食物的微生物细细胞（即胞（即单细单细胞蛋白胞蛋白质质）。）。面包酵母面包酵母n n新的菌体新的菌体新的菌体新的菌体发发发发酵可用来生酵可用来生酵可用来生酵可用来生产产产产一些一些一些一些药药药药用真菌用真菌用真菌用

17、真菌，如，如，如，如香菇香菇香菇香菇类类类类、依依依依赖赖赖赖虫蛹而生存的虫蛹而生存的虫蛹而生存的虫蛹而生存的冬虫夏草菌冬虫夏草菌冬虫夏草菌冬虫夏草菌、与天麻共生的、与天麻共生的、与天麻共生的、与天麻共生的密密密密环环环环菌菌菌菌以及从多孔菌科的茯苓菌以及从多孔菌科的茯苓菌以及从多孔菌科的茯苓菌以及从多孔菌科的茯苓菌获获获获得的名得的名得的名得的名贵贵贵贵中中中中药药药药茯苓茯苓茯苓茯苓和和和和担子真菌的担子真菌的担子真菌的担子真菌的灵芝灵芝灵芝灵芝等等等等药药药药用菌。用菌。用菌。用菌。这这这这些些些些药药药药用真菌可以通用真菌可以通用真菌可以通用真菌可以通过过过过发发发发酵培养的手段来生酵

18、培养的手段来生酵培养的手段来生酵培养的手段来生产产产产出与天然出与天然出与天然出与天然产产产产品具有同等品具有同等品具有同等品具有同等疗疗疗疗效效效效的的的的产产产产物。物。物。物。冬虫夏草冬虫夏草冬虫夏草冬虫夏草茯苓茯苓茯苓茯苓n n有的微生物菌体有的微生物菌体有的微生物菌体有的微生物菌体还还还还可用做可用做可用做可用做生物防治生物防治生物防治生物防治剂剂剂剂，如，如，如，如苏苏苏苏云金杆云金杆云金杆云金杆菌、蜡菌、蜡菌、蜡菌、蜡样样样样芽芽芽芽孢孢孢孢杆菌和杆菌和杆菌和杆菌和侧孢侧孢侧孢侧孢芽芽芽芽孢孢孢孢杆菌杆菌杆菌杆菌，其，其，其，其细细细细胞中的伴胞中的伴胞中的伴胞中的伴孢孢孢孢晶体

19、可毒晶体可毒晶体可毒晶体可毒杀鳞杀鳞杀鳞杀鳞翅目、双翅目的害虫。翅目、双翅目的害虫。翅目、双翅目的害虫。翅目、双翅目的害虫。丝丝丝丝状真菌的状真菌的状真菌的状真菌的白僵菌、白僵菌、白僵菌、白僵菌、绿绿绿绿僵菌可防治松毛虫等。所以，某些微生僵菌可防治松毛虫等。所以，某些微生僵菌可防治松毛虫等。所以，某些微生僵菌可防治松毛虫等。所以，某些微生物的物的物的物的剂剂剂剂型型型型产产产产品，可制成新型的品，可制成新型的品，可制成新型的品，可制成新型的微生物微生物微生物微生物杀杀杀杀虫虫虫虫剂剂剂剂，应应应应用用用用于于于于农业农业农业农业生生生生产产产产中。因此，菌体中。因此，菌体中。因此，菌体中。因此

20、，菌体发发发发酵工酵工酵工酵工业还业还业还业还包括微生物包括微生物包括微生物包括微生物杀杀杀杀虫虫虫虫剂剂剂剂的的的的发发发发酵。酵。酵。酵。n n酶普遍存在于动物、植物和微生物中。酶普遍存在于动物、植物和微生物中。最初，人们都是从动物、植物的组织中最初，人们都是从动物、植物的组织中提取酶，但现在，工业应用的酶大多来提取酶，但现在，工业应用的酶大多来自微生物发酵。自微生物发酵。n微生物酶微生物酶n n微生物微生物酶酶制制剂剂有广泛的用途有广泛的用途n n食品和食品和轻轻工工业业：n n如微生物生如微生物生产产的的淀粉淀粉酶酶和糖化和糖化酶酶用于生用于生产产葡萄糖，氨基葡萄糖，氨基酰酰化化酶酶拆

21、分氨基酸等。拆分氨基酸等。n n酶酶酶酶也用于也用于也用于也用于医医医医药药药药生生生生产产产产和医和医和医和医疗检测疗检测疗检测疗检测：n n6-6-6-6-氨基青霉氨基青霉氨基青霉氨基青霉烷烷烷烷酸是酸是酸是酸是青霉素青霉素青霉素青霉素酰酰酰酰化化化化酶酶酶酶用来生用来生用来生用来生产产产产半合成半合成半合成半合成青霉素所用的中青霉素所用的中青霉素所用的中青霉素所用的中间间间间体。体。体。体。n n胆固醇氧化胆固醇氧化胆固醇氧化胆固醇氧化酶酶酶酶用于用于用于用于检查检查检查检查血清中胆固醇的含量。血清中胆固醇的含量。血清中胆固醇的含量。血清中胆固醇的含量。n n葡萄糖氧化葡萄糖氧化葡萄糖氧

22、化葡萄糖氧化酶酶酶酶用于用于用于用于检查检查检查检查血中葡萄糖的含量等。血中葡萄糖的含量等。血中葡萄糖的含量等。血中葡萄糖的含量等。n n角蛋白角蛋白角蛋白角蛋白酶酶酶酶有助于有助于有助于有助于伤伤伤伤口去痂和上皮再生，口去痂和上皮再生，口去痂和上皮再生，口去痂和上皮再生，还还还还用于配用于配用于配用于配制制制制润润润润肤露、浴皂、洗肤露、浴皂、洗肤露、浴皂、洗肤露、浴皂、洗发发发发水和脱毛膏等美容品。因水和脱毛膏等美容品。因水和脱毛膏等美容品。因水和脱毛膏等美容品。因此角蛋白此角蛋白此角蛋白此角蛋白酶酶酶酶是外科手是外科手是外科手是外科手术术术术后刀口后刀口后刀口后刀口缝缝缝缝合不留痂、合不

23、留痂、合不留痂、合不留痂、烧伤烧伤烧伤烧伤病人上皮再生的特效病人上皮再生的特效病人上皮再生的特效病人上皮再生的特效药药药药，也是美容美，也是美容美，也是美容美，也是美容美发发发发的主要生的主要生的主要生的主要生化原材料等。化原材料等。化原材料等。化原材料等。n n酶酶酶酶的特点：的特点：的特点：的特点：易于工易于工易于工易于工业业业业化生化生化生化生产产产产，便于改善工，便于改善工，便于改善工，便于改善工艺艺艺艺提高提高提高提高产产产产量。量。量。量。n n分分分分类类类类：胞内胞内胞内胞内酶酶酶酶 和胞外和胞外和胞外和胞外酶酶酶酶n n生物合成特点：生物合成特点：生物合成特点：生物合成特点：

24、需要需要需要需要诱导诱导诱导诱导作用，或遭受阻遏、抑作用，或遭受阻遏、抑作用，或遭受阻遏、抑作用，或遭受阻遏、抑制等制等制等制等调调调调控作用的影响，在菌种控作用的影响，在菌种控作用的影响，在菌种控作用的影响，在菌种选选选选育、培养基配制育、培养基配制育、培养基配制育、培养基配制以及以及以及以及发发发发酵条件等方面需酵条件等方面需酵条件等方面需酵条件等方面需给给给给予注意。予注意。予注意。予注意。n微生物代谢产物 在菌体在菌体在菌体在菌体对对对对数生数生数生数生长长长长期所期所期所期所产产产产生的生的生的生的产产产产物，如氨基酸、物，如氨基酸、物，如氨基酸、物，如氨基酸、核苷酸、蛋白核苷酸、蛋

25、白核苷酸、蛋白核苷酸、蛋白质质质质、核酸、糖、核酸、糖、核酸、糖、核酸、糖类类类类等，是菌体生等，是菌体生等，是菌体生等，是菌体生长长长长繁殖所必需的，繁殖所必需的，繁殖所必需的，繁殖所必需的，这这这这些些些些产产产产物叫做物叫做物叫做物叫做初初初初级级级级代代代代谢产谢产谢产谢产物物物物。抗生素抗生素生物碱、激素生物碱、激素n n在菌体生长稳定期，某些菌体能合成一些具有在菌体生长稳定期，某些菌体能合成一些具有在菌体生长稳定期，某些菌体能合成一些具有在菌体生长稳定期，某些菌体能合成一些具有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、细菌毒特定功能的产物，如抗生素、生物碱、细菌毒特定功能的产物，如抗生素、

26、生物碱、细菌毒特定功能的产物，如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等。这些产物与菌体生长繁素、植物生长因子等。这些产物与菌体生长繁素、植物生长因子等。这些产物与菌体生长繁素、植物生长因子等。这些产物与菌体生长繁殖无明显关系，叫做殖无明显关系，叫做殖无明显关系，叫做殖无明显关系，叫做次级代谢产物次级代谢产物次级代谢产物次级代谢产物。微生物代谢产物类型微生物代谢产物类型微生物代谢产物类型微生物代谢产物类型 产业产业产业产业 微生物代谢产物微生物代谢产物微生物代谢产物微生物代谢产物 医药医药医药医药 抗生素，药理活性物质，维生素，抗肿瘤剂、基抗生素，药理活性物质，维生素，抗肿瘤剂、基抗生素，药理

27、活性物质，维生素，抗肿瘤剂、基抗生素，药理活性物质，维生素，抗肿瘤剂、基因工程药物、疫苗等因工程药物、疫苗等因工程药物、疫苗等因工程药物、疫苗等 食品食品食品食品 氨基酸，鲜味增强剂，脂肪酸，蛋白质，糖与多氨基酸，鲜味增强剂，脂肪酸，蛋白质，糖与多氨基酸，鲜味增强剂，脂肪酸，蛋白质，糖与多氨基酸，鲜味增强剂，脂肪酸，蛋白质，糖与多糖类，发酵剂，脂类，核酸，核苷酸，核苷、维糖类，发酵剂，脂类，核酸，核苷酸，核苷、维糖类，发酵剂，脂类，核酸，核苷酸，核苷、维糖类，发酵剂，脂类，核酸，核苷酸，核苷、维生素、饮料等生素、饮料等生素、饮料等生素、饮料等 农业农业农业农业 动物生长促进剂，除草剂，植物生长

28、促进剂，灭动物生长促进剂，除草剂，植物生长促进剂，灭动物生长促进剂，除草剂，植物生长促进剂，灭动物生长促进剂，除草剂，植物生长促进剂，灭害剂，驱虫剂，杀虫剂等害剂，驱虫剂，杀虫剂等害剂，驱虫剂，杀虫剂等害剂，驱虫剂，杀虫剂等 轻工轻工轻工轻工 酸味剂，生物碱，酶抑制剂，酶，溶媒，辅酶，酸味剂，生物碱，酶抑制剂，酶，溶媒，辅酶，酸味剂，生物碱，酶抑制剂，酶，溶媒，辅酶，酸味剂，生物碱，酶抑制剂，酶，溶媒，辅酶，表面活性剂，转化甾醇和甾体，有机酸，乳化剂，表面活性剂，转化甾醇和甾体，有机酸，乳化剂，表面活性剂，转化甾醇和甾体，有机酸，乳化剂，表面活性剂，转化甾醇和甾体，有机酸，乳化剂，色素，抗氧化

29、剂，石油等色素，抗氧化剂，石油等色素，抗氧化剂，石油等色素，抗氧化剂，石油等 其他其他其他其他 离子载体，抗代谢剂，铁运载因子等离子载体，抗代谢剂，铁运载因子等离子载体，抗代谢剂，铁运载因子等离子载体，抗代谢剂，铁运载因子等 n n基因重组产物的发酵是指利用生物工程技基因重组产物的发酵是指利用生物工程技术所获得的细胞，如术所获得的细胞，如DNADNA重组的工程菌、重组的工程菌、细胞融合所得的杂交细胞等进行培养的新细胞融合所得的杂交细胞等进行培养的新型发酵，其产物多种多样。如用基因工程型发酵，其产物多种多样。如用基因工程菌生产菌生产胰岛素、干扰素、青霉素酰化酶胰岛素、干扰素、青霉素酰化酶等，等，

30、用杂交瘤细胞生产用于治疗和诊断的各种用杂交瘤细胞生产用于治疗和诊断的各种单克隆抗体等。单克隆抗体等。n基因重组产物基因重组产物DNA人体细胞人体细胞DNA 质粒质粒细菌细胞细菌细胞控制产生胰岛控制产生胰岛素的基因片段素的基因片段限限制制酶酶限制酶限制酶胰岛素胰岛素利用生物工程获得胰岛素利用生物工程获得胰岛素12单克隆抗体制备单克隆抗体制备 定义：是利用生物细胞或产生的酶对一些化合物某定义：是利用生物细胞或产生的酶对一些化合物某一特定部位（基团）的作用如加入羟基、还原双键、一特定部位（基团）的作用如加入羟基、还原双键、脱氧或切断支链等，使它转变成脱氧或切断支链等，使它转变成结构相类似结构相类似但

31、具有但具有更大经济价值的化合物。更大经济价值的化合物。最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某一特最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某一特定部位进行化学反应而形成的。定部位进行化学反应而形成的。反应最显著的特点是特异性强，包括反应特异性、反应最显著的特点是特异性强，包括反应特异性、结构位置特异性、立体特异性。结构位置特异性、立体特异性。n微生物的生物转化微生物的生物转化B化合物化合物微生物细胞微生物细胞A化合物化合物固定化技术可加速应用固定化技术可加速应用催化单一反应催化单一反应 如：如：甾体转化甾体转化（1）第一个阶段（）第一个阶段（1900年以前）年以前）n n产品只限于含酒精饮料和醋

32、产品只限于含酒精饮料和醋n n古埃及已经能酿造啤酒古埃及已经能酿造啤酒 n n1717世纪能在容量为世纪能在容量为15001500桶（一桶相当于桶（一桶相当于110110升）的升）的木质大桶中进行第一次真正的大规模酿造木质大桶中进行第一次真正的大规模酿造 第二第二节节 发发酵工酵工业业的的发发展史展史 n n18011801年就有了原始的热交换器年就有了原始的热交换器 n n1818世纪中期，证实了酒精发酵中的酵母活动规世纪中期，证实了酒精发酵中的酵母活动规律律 n nPasterPaster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律遵循的规律 列文虎克（列

33、文虎克（列文虎克（列文虎克（Leewenhoch,1632-1723Leewenhoch,1632-1723）微生物形微生物形微生物形微生物形态态态态学学学学发发发发展展展展阶阶阶阶段段段段vv荷荷荷荷兰兰兰兰业业业业余科余科余科余科学家学家学家学家，1676167616761676年，年，年，年，用自磨用自磨镜镜片片创创造了一架能放造了一架能放大大 266倍的原倍的原始始显显微微镜镜，一一一一生制作了生制作了生制作了生制作了419419419419台台台台显显显显微微微微镜镜镜镜；vv发发发发表表表表论论论论文文文文400400400400余篇，余篇，余篇，余篇，375375375375篇寄

34、篇寄篇寄篇寄往英国皇家学往英国皇家学往英国皇家学往英国皇家学会会会会发发发发表。表。表。表。7列文虎克与他的列文虎克与他的显显微微镜镜列文虎克列文虎克 1684年寄年寄给给皇家皇家协协会信的部分内容会信的部分内容9 彻底否定了自然发生说彻底否定了自然发生说证实发酵由微生物引起证实发酵由微生物引起 巴斯德的功绩巴斯德的功绩免疫学免疫学预防接种预防接种发明巴氏消毒法发明巴氏消毒法13无菌营养液出现微生物无菌营养液无生命出现加热无菌营养液无生命出现巴巴 斯斯 德德 的的雁颈瓶实验雁颈瓶实验巴斯德发现免疫现象巴斯德发现免疫现象动物实验动物实验人体实验人体实验几星期后几星期后42-43oC下培养下培养的

35、老龄炭疽菌的老龄炭疽菌获免疫力获免疫力37oC下培养下培养的新鲜炭疽菌的新鲜炭疽菌病犬延髓（几代减毒）被疯狗严重咬伤的病犬延髓（几代减毒）被疯狗严重咬伤的9岁男童岁男童 n n1818世纪后期，世纪后期，HansenHansen在在CalsbergCalsberg酿造厂建立了酿造厂建立了酵母纯种培养技术酵母纯种培养技术 n n在在1818世纪末到世纪末到1919世纪初，基础培养基是用巴氏世纪初，基础培养基是用巴氏灭菌法处理，然后接种灭菌法处理，然后接种10%10%优质醋使呈酸性，可优质醋使呈酸性，可防治染菌污染。这样就成为一个良好的接种材防治染菌污染。这样就成为一个良好的接种材料。料。n n在

36、在2020世纪初，在酿酒和制醋工业中已建立起过世纪初，在酿酒和制醋工业中已建立起过程控制的概念。程控制的概念。科科赫赫的的功功绩绩证实炭疽病因证实炭疽病因 炭疽杆菌炭疽杆菌发现结核病原菌发现结核病原菌结核杆菌结核杆菌科赫法则科赫法则发明培养基并用其纯化微生发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究物等一系列研究方法的创立方法的创立划线法划线法获得单菌落获得单菌落科赫定理科赫定理图示图示单菌落单菌落奠基人奠基人奠基人奠基人巴斯德巴斯德路易斯路易斯 (1822-1895)(1822-1895)微生物奠基人微生物奠基人Koch,robertKoch,robert(1843-1910)(1843-1910

37、)细菌学奠基人细菌学奠基人(Joseph Lister,18271912)首创用石首创用石炭酸喷洒手术室和煮沸手术用具以炭酸喷洒手术室和煮沸手术用具以防术后感染，为防腐、防术后感染，为防腐、消毒消毒，以及，以及无菌操作奠定了基础。无菌操作奠定了基础。21 1878年，李斯特年，李斯特分离乳酸链球分离乳酸链球菌菌时用注射器和酒杯培养装置时用注射器和酒杯培养装置22BuchnerBuchner（布赫（布赫（布赫（布赫纳纳纳纳）1897 1897 1897 1897年，年，年，年，BuchnerBuchnerBuchnerBuchner（布（布（布（布赫赫赫赫纳纳纳纳）阐阐阐阐明了明了明了明了发发发

38、发酵的化学本酵的化学本酵的化学本酵的化学本质质质质。即。即。即。即发发发发酵是由酵是由酵是由酵是由酶酶酶酶引起的一引起的一引起的一引起的一类类类类化学反化学反化学反化学反应应应应。实验实验实验实验：酵母菌酵母菌酵母菌酵母菌细细细细胞用石英砂胞用石英砂胞用石英砂胞用石英砂磨碎制成酵母汁磨碎制成酵母汁磨碎制成酵母汁磨碎制成酵母汁 （应应应应用于医用于医用于医用于医学）学）学）学）+白砂糖（防腐）白砂糖（防腐）白砂糖（防腐）白砂糖（防腐）意外意外意外意外发现发发现发发现发发现发酵酵酵酵 这这这这是无生物是无生物是无生物是无生物细细细细胞体系胞体系胞体系胞体系发发发发酵的酵的酵的酵的最初例子。最初例子

39、。最初例子。最初例子。（2 2）第二个阶段（）第二个阶段（）第二个阶段（）第二个阶段（19001900年年年年19401940年）年）年）年）n n主要的新产品是酵母、甘油、柠檬酸、乳酸、丁主要的新产品是酵母、甘油、柠檬酸、乳酸、丁醇和丙酮醇和丙酮 n n在面包酵母的生产中首先采用了分批补料培养技在面包酵母的生产中首先采用了分批补料培养技术术n n在一次大战时，在一次大战时，WeizmannWeizmann开拓了丁醇、丙酮发酵，开拓了丁醇、丙酮发酵，并建立了真正的无杂菌发酵并建立了真正的无杂菌发酵 （3 3）第三个阶段（）第三个阶段（）第三个阶段（）第三个阶段（19401940年以后）年以后）

40、年以后）年以后）n n这一阶段的标志是，在纯种培养技术下，以深层这一阶段的标志是，在纯种培养技术下，以深层培养生产青霉素培养生产青霉素n n解决向培养基中通入大量无菌空气和高粘度培养解决向培养基中通入大量无菌空气和高粘度培养液的搅拌问题液的搅拌问题 FlemingFleming1928192819281928年，年，年，年，FlemingFleming发发发发现现现现了了了了青霉素青霉素青霉素青霉素，开开开开创创创创了好气了好气了好气了好气性性性性发发发发酵工程，酵工程，酵工程，酵工程，建立了通建立了通建立了通建立了通风风风风搅搅搅搅拌技拌技拌技拌技术术术术。弗莱明(18811995)英国细菌

41、学家19281928年，年，FlemingFleming将其将其将其将其命名为：青霉素命名为：青霉素命名为：青霉素命名为：青霉素24242424 霉菌菌落周围出现抑制萄霉菌菌落周围出现抑制萄葡球菌生长的抑制现象葡球菌生长的抑制现象产黄青霉菌落产黄青霉菌落细菌生长细菌生长抑制区域抑制区域正常细菌正常细菌生长区域生长区域-抗生素的发现抗生素的发现19401940年，年，FloreryFlorery和和ChainChain：vv碘黄青霉中得到了碘黄青霉中得到了纯纯品青霉素，品青霉素，继继而放而放线线菌菌链链霉素，金、土、卡那、霉素，金、土、卡那、红红、新、新、庆庆大大.等相等相继发现继发现。vv19

42、841984年达年达90009000多种。多种。vv19451945年，抗生素工年，抗生素工业业（发发酵工酵工业业正式正式兴兴起）起）FloreryFlorery和和和和ChainChain（5 5）第五个阶）第五个阶）第五个阶）第五个阶段（段（段（段（19791979年以后）年以后）年以后）年以后）n n这个阶段以基这个阶段以基因工程产品的因工程产品的生产为标志。生产为标志。n n目前，世界上目前，世界上已经批准上市已经批准上市的基因工程药的基因工程药物就有几十种，物就有几十种，如：胰岛素、如：胰岛素、人生长激素等人生长激素等等。等。基因工程的雏形 1972年，美国斯坦年，美国斯坦福大学的福

43、大学的Paul Berg领导的研究小组，领导的研究小组，在世界上第一次成在世界上第一次成功地实现了功地实现了DNA体体外重组。外重组。19731973年，斯坦福大学的年，斯坦福大学的S SCohenCohen和和H.boyerH.boyer等人，也等人，也成功地进行了另一个体外重组实验，并实现了细菌成功地进行了另一个体外重组实验，并实现了细菌间性状的转移。间性状的转移。基因工程的诞生（1 1 1 1）用于菌种扩大培养和发酵生产用的培养基配方；）用于菌种扩大培养和发酵生产用的培养基配方；）用于菌种扩大培养和发酵生产用的培养基配方；）用于菌种扩大培养和发酵生产用的培养基配方；（2 2 2 2）培养

44、基、发酵罐及其附属设备的灭菌；）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；（3 3 3 3）足量的高活性、纯培养的接种物；）足量的高活性、纯培养的接种物；）足量的高活性、纯培养的接种物；）足量的高活性、纯培养的接种物；（4 4 4 4）在适宜条件的发酵罐中培养菌体生产产物；）在适宜条件的发酵罐中培养菌体生产产物；）在适宜条件的发酵罐中培养菌体生产产物；）在适宜条件的发酵罐中培养菌体生产产物；（5 5 5 5）产物提取和纯化；）产物提取和纯化；）产物提取和纯化；）产物提取和纯化；（6 6 6 6）生产过程产生的废物的处理。）生产过程

45、产生的废物的处理。）生产过程产生的废物的处理。）生产过程产生的废物的处理。第三节 发酵过程的组成部分菌种筛选菌种筛选摇瓶试验摇瓶试验发酵罐中试验发酵罐中试验由实验室研究到产业化的过程由实验室研究到产业化的过程由实验室研究到产业化的过程由实验室研究到产业化的过程发酵生产发酵生产n n发酵的主体设备发酵的主体设备2，发酵过程示意图2，发酵过程示意图发酵过程示意图发酵过程示意图n n发酵生产的条件发酵生产的条件（1 1）某种适宜的微生物）某种适宜的微生物（2 2）保证或控制微生物进行代谢的各种条）保证或控制微生物进行代谢的各种条 件（培养基组成，温度，溶氧件（培养基组成，温度，溶氧pHpH等）等）（

46、3 3）进行微生物发酵的设备）进行微生物发酵的设备（4 4）提取菌体或代谢产物，精制成产品的）提取菌体或代谢产物，精制成产品的 方法和设备方法和设备发酵工业的意义与展望发酵工业的意义与展望n n利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良菌种。菌种。n n采用发酵技术进行高等动动植物细胞培养。采用发酵技术进行高等动动植物细胞培养。n n固定化技术广泛应用。固定化技术广泛应用。n n开发和采用大型节能高效的发酵装置，自动开发和采用大型节能高效的发酵装置，自动控制将成为发酵生产控制的主要手段。控制将成为发酵生产控制的主要手段。n n应用代谢控制技术，发酵生产氨基酸。应用代谢控制技术，发酵生产氨基酸。n n将生物技术广泛地用于环境工程。将生物技术广泛地用于环境工程。