发酵工程第一章绪论.ppt

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1、教材教材余龙江主编余龙江主编.发酵工程原理与技术应用发酵工程原理与技术应用.化学工业出版社，化学工业出版社，2006-2008参考书籍参考书籍俞俊棠等主编俞俊棠等主编.生物工艺学生物工艺学(上下册上下册).华东理工大学出版社华东理工大学出版社梅乐和等主编梅乐和等主编.生化生产工艺学生化生产工艺学.科学出版社科学出版社姚汝华主编姚汝华主编.微生物工程工艺原理微生物工程工艺原理.华南理工大学出版社华南理工大学出版社PeterF.Stanbury,AllanWhitaker,StephenJ.Hall.PrinciplesofFermentationTechnology.(2ndEdition)ht

2、tp:/ 一、一、发酵工程定义及在生物技术中的地位发酵工程定义及在生物技术中的地位二、二、发酵工程发展简史发酵工程发展简史三、三、发酵工业的特点及其应用范围发酵工业的特点及其应用范围四、四、工业发酵的类型与典型过程工业发酵的类型与典型过程五、五、发酵工程前沿及应用前景发酵工程前沿及应用前景http:/ 发酵是酵母无氧呼吸发酵是酵母无氧呼吸产生能量产生能量的过程的过程需氧发酵是好氧生物在受到分子态氧短缺限制时的不需氧发酵是好氧生物在受到分子态氧短缺限制时的不完全氧化完全氧化释放能量释放能量的过程的过程生生物物化化学学家家http:/ n传传统统发发酵酵工工程程：利利用用微微生生物物的的生生长长和

3、和代代谢谢活活动动来来大大量量生生产产人人们们所所需需产产品品的的过过程程理理论论与与工工程程技技术术体体系系。该该技技术术体体系系主主要要包包括括菌菌种种选选育育与与保保藏藏、菌菌种种扩扩大大生生产产、代代谢谢产产物物的的生生物物合合成与分离纯化制备等技术集成。成与分离纯化制备等技术集成。http:/ 现现代代发发酵酵工工程程：是是将将DNA重重组组及及细细胞胞融融合合技技术术、酶酶工工程程技技术术、组组学学及及代代谢谢网网络络调调控控技技术术、过过程程工工程程优优化化与与放放大大技技术术等等新新技技术术与与传传统统发发酵酵工工程程融融合合，大大大大提提高高传传统统发发酵酵技技术术水水平平，

4、拓拓展展传传统统发发酵酵应应用用领领域域和和产产品品范范围围的的一一种种现现代代工工业业生生物物技技术术体系（新一代工业生物技术）。体系（新一代工业生物技术）。强强调调现现代代生生物物技技术术、控控制制技技术术和和装装备备技技术术在在传统与现代传统与现代发酵工业领域的集成应用。发酵工业领域的集成应用。http:/ 生物技术：应用自然科学和工程学的原理，依靠生物技术：应用自然科学和工程学的原理，依靠生物及其细胞的催化作用，将物料进行加工以提生物及其细胞的催化作用，将物料进行加工以提供产品或为社会服务的技术。供产品或为社会服务的技术。发酵工程是生物技术的应用基发酵工程是生物技术的应用基础，是生物技

5、术产业的核心。础，是生物技术产业的核心。http:/ 分离和纯化产品。分离和纯化产品。包括固液分离技术、细包括固液分离技术、细胞破壁技术、产物纯化胞破壁技术、产物纯化技术，以及产品检验和技术，以及产品检验和包装技术等包装技术等 下游技术发酵过程控制，主要包发酵过程控制，主要包括发酵条件的调控，无括发酵条件的调控，无菌环境的控制，过程分菌环境的控制，过程分析和控制等析和控制等 中游技术广广义义发发酵酵工工程程对对生生物物学学和和工工程程学学的的要要求求 优良种株的选育和保优良种株的选育和保藏（包括菌种筛选、改造，藏（包括菌种筛选、改造，菌种代谢路径改造等），菌种代谢路径改造等），上游技术上中下游

6、相互关联！上中下游相互关联！生物技术体系生物技术体系生化工程生化工程酶工程酶工程细胞工程细胞工程发酵工程发酵工程 产物产品产品产品产品基因工程基因工程产品产品强调过程优强调过程优化与控制化与控制http:/ 主要特点：嫌气发酵，非纯种培养主要特点：嫌气发酵，非纯种培养，产品质，产品质量不稳定量不稳定http:/ ABS0基质浓度对基质浓度对A、B两种菌的比生长速率（两种菌的比生长速率（）的影响）的影响当当SS0时，富集什么菌株？时，富集什么菌株？http:/ n主要技术进展：主要技术进展：通气搅拌解决了液体深层培养的供氧问题。通气搅拌解决了液体深层培养的供氧问题。无菌空气、培养基灭菌、无污染接

7、种、大无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大 型发酵罐的密封与抗污染设计解决了耗氧型发酵罐的密封与抗污染设计解决了耗氧 发酵中的杂菌污染问题。发酵中的杂菌污染问题。http:/ 酵，一系列过程工程技术创新酵，一系列过程工程技术创新n意义：意义：推动抗生素工业乃至整个发酵工业快速发展推动抗生素工业乃至整个发酵工业快速发展建立了完整的好氧发酵放大技术及装备建立了完整的好氧发酵放大技术及装备奠定了现代发酵工业的理论和实践基础奠定了现代发酵工业的理论和实践基础http:/ http:/ http:/ 环境友好环境友好环境友好环境友好：开发清洁生产技术发酵过程优化技术发酵过程优化技术条件确定过程优化初始条

8、件过程分析过程强化1 基于组学技术的高通量菌种改造和筛选基于组学技术的高通量菌种改造和筛选2 基于组学和生物信息学代谢途径分析优化基于组学和生物信息学代谢途径分析优化菌种菌种改造改造3 基于实时代谢流分析、代谢途径模型基于实时代谢流分析、代谢途径模型 与自动控制技术的发酵过程优化控制与自动控制技术的发酵过程优化控制发酵发酵工艺工艺优化优化4 基于发酵液及产品特性的高收率、低基于发酵液及产品特性的高收率、低 成本、高质量和环境友好的提取精制成本、高质量和环境友好的提取精制 技术集成技术集成发酵发酵产物产物分离分离纯化纯化5 基于源头防治与过程监控的资源节约基于源头防治与过程监控的资源节约 与废物

9、资源化清洁生产技术集成与废物资源化清洁生产技术集成综合综合治理治理技术技术优化优化细胞代谢网络示意图细胞代谢网络示意图 多层次复杂系统多尺度优化 控制技术生生物物炼炼制制石石油油炼炼制制（一）发酵工业的特点（一）发酵工业的特点 发酵过程发酵过程一般是一般是在在常温常压常温常压下进行的生化反应，下进行的生化反应，反应安全，要求条件较简单。反应安全，要求条件较简单。可用较廉价原料生产较高价值产品。可用较廉价原料生产较高价值产品。反应专一性强。反应专一性强。能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位的生物转化修饰。化合物进行特定部位的生物转

10、化修饰。http:/ 疫苗疫苗http:/ http:/ http:/ http:/ http:/ 厌氧发酵厌氧发酵需氧发酵需氧发酵兼性厌氧发酵兼性厌氧发酵 液体发酵（包括液体深层发酵）液体发酵（包括液体深层发酵）按培养基的物理性状按培养基的物理性状浅盘固体发酵浅盘固体发酵深层固体发酵（机械通风制曲）深层固体发酵（机械通风制曲）按微生物对氧的不同需求按微生物对氧的不同需求http:/ 阳逻汽渡职工戴口罩上班阳逻汽渡职工戴口罩上班 清洁生产清洁生产n按照联合国环境规划署按照联合国环境规划署（UNEP）的定义：的定义：“清洁生产清洁生产是一种新的创造性的思想，该思想将整体预防的环境是一种新的创造性

11、的思想，该思想将整体预防的环境战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生战略持续应用于生产过程、产品和服务中，以增加生态效益和减少人类及环境的风险。对生产过程，要求态效益和减少人类及环境的风险。对生产过程，要求节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，减降所有废弃节约原材料和能源，淘汰有毒原材料，减降所有废弃物的数量和毒性；对产品，要求减少从原材料提炼到物的数量和毒性；对产品，要求减少从原材料提炼到产品最终处置的全生命周期的不利影响；对服务，要产品最终处置的全生命周期的不利影响；对服务，要求将环境因素纳入设计和所提供的服务中。求将环境因素纳入设计和所提供的服务中。”http:/ 课课程程内内容容n

12、第一章第一章绪论绪论n第二章第二章发酵工业菌种发酵工业菌种n第三章第三章发酵工业培养基设计（讨论课）发酵工业培养基设计（讨论课）n第四章第四章发酵工业的无菌技术发酵工业的无菌技术n第五章第五章发酵工业的种子制备（讨论课）发酵工业的种子制备（讨论课）n第六章第六章发酵动力学发酵动力学n第七章第七章发酵工业中氧的供需发酵工业中氧的供需n第八章第八章发酵罐放大与设计发酵罐放大与设计n第九章第九章发酵过程优化与控制发酵过程优化与控制n第十章第十章发酵经济学（讨论课）发酵经济学（讨论课）结合实践自学：发酵产物分离纯化以及产品制备结合实践自学：发酵产物分离纯化以及产品制备发酵工业的洁净生产技术发酵工业的洁净生产技术http:/ you for your attention !过量运动后肌肉会有酸痛感，运动后肌肉会有酸痛感，就是因为肌体在缺氧状态下进就是因为肌体在缺氧状态下进行糖酵解产生了乳酸等行糖酵解产生了乳酸等n高等生物（动物、植物和好气性微生物）长期进行糖酵解（发酵）危害很大：n由于能量不足加速了底物的利用导致能量物质枯竭n产生大量有毒的底物不完全氧化的中间体：酒精、乳酸等n甚至导致局部细胞坏死或整体死亡 人类脑缺氧非常危险、长期剧烈运动有损健康、提倡有氧运动