发酵工艺学总论

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1、发酵工艺学总论一、绪论1.1.1生物技术ß定义：应用自然科学及工程学的原理，依靠生物作用剂的作用，将物料进行加工，以提供产品或为社会服务的技术ß特点：多学科的综合性、生物作用剂（催化剂）、目的为人类服务1.1.2发酵概念1、发酵的渊源Þ（1）传统发酵：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ß食物的腐败指酒的生产过程Þ（2）生理生化意义中的发酵：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，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葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精、释放能量，并放出CO2。

2、Þ（3）工业上的发酵：泛指利用微生物制造或生产产品的过程。ß厌氧培养过程：酒精，乳酸等ß通气(有氧)培养过程：抗生素、AA、E等ß产品有：细胞代谢产物(初级、次级)ß产品还有：菌体细胞、细胞物质、酶等Þ（4）现代意义上的发酵：1）生物反应过程：将生物技术的实验室成果经工艺及工程开发，成为可提供工业生产的工艺过程，统称为生物反应过程。ß2）现代发酵概念：生物反应过程中采用（游离）整个微生物活细胞为生物催化剂时，称为发酵。3、特点：目的依托催化剂4、发酵工程（也称微生物工程）：利用微生物的生长繁殖和代谢活动大量生产人类所需产品过程的理论和工程技

3、术体系，是生物工程与生物技术学科的重要组成部分生物发酵工业（定义：是指利用微生物的生命活动，将无机或有机原料进行加工，获得产品的工业）1.1.3细胞、酶催化剂反应过程的比较211.1.4发酵工业的范围ß生物细胞物质为产物；生物代谢产物的发酵ß微生物酶的发酵；微生物的生物转化ß微生物处理废水及其它；(微生物特殊机能利用)微生物产物：微生物细胞，酶，药物活性物质，特殊化学物质和食品添加剂⑴生产微生物细胞物质ß定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细胞为目的产品，包括单细胞的酵母和藻类、担子菌，生物防治的苏云金杆菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。ß

4、特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大与产物合成速率最高同步，稳定期产量最高规模最大，自动化程度最高。⑵微生物代谢产物发酵ß初级、中间、次级代谢产物ß对数期-自身生长必需：初级或中间代谢产物ß稳定期生长缓慢或停止：产生次级代谢产物ß来自于中间和初级代谢产物ß抗生素、生长抑制剂、酶抑制剂ß种类数量多、产量大、附加值高⑶微生物酶发酵ß目的：活性（产物+状态）ß酶特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高产量。ß分类：胞内酶和胞外酶ß生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑制等调控作用的影响，注意菌种选育、培养基配制、发酵条件等水解酶类

5、、葡萄糖异构酶/氧化酶。⑷微生物的生物转化ß定义：是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位（基团）的作用，使它转变成结构相类似但具有更在经济价值的化合物。最终产物是由微生物细胞的酶或酶系对底物某一特定部位进行化学反应而形成。ß转化包括脱氢、氧化、羟化、还原、脱羧、氨基化、缩合、脱氨、磷酸化。⑸微生物特殊机能的利用ß利用微生物消除环境污染；利用微生物发酵保持生态平衡ß微生物湿法冶金；利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域1.1.5发酵方法的类别ß生理特性：厌氧/有氧发酵(特点/方法)ß培养基性状：液体/固体发酵(方法/优点)ß菌种状态：纯种/混合发

6、酵ß生长特性：分批发酵和连续发酵⑴生理需求：厌氧-好氧ß厌氧发酵：厌氧菌；密闭条件；工艺控制ß好氧发酵：需氧菌；供养、耗氧；供能代谢；形式⑵培养基状态：固态发酵、液态发酵、半固态发酵⑶菌种状态：纯种发酵、混合菌种⑷发酵特性：分批发酵、连续发酵、半连续发酵211.1.6发酵的流程原材料的预处理：选、加工、配、杀菌；基质作用(营养、环境状态)微生物催化剂制备：来源、种子、特点发酵培养过程：本质、反应器、条件控制产物的分离纯化：步骤、目的、方法、废物处理、特点1、发酵工程组成广义：三部分：上游工程、发酵工程、下游工程2、工业发酵的操作步骤(1)菌

7、种及扩大,生产的发酵罐的培养基的配制(2)培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌(3)将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发酵罐中(4)将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成代谢产物(5)产物抽提并进行精制，以得到合格的产品(6)回收或处理发酵过程中产生的废物和废水3、流程细节⑴.发酵原料的预处理选、加工、配、杀菌；基质作用(营养/环境状态)纯种发酵无菌、气态原料除菌原料不同处理方法也有所差异1）淀粉——利用前需水解成糊精或葡萄糖：酸、酶2）糖蜜——热杀菌稀释，或加酸处理后再补充无机盐3）碳氢化合物：石油脱蜡——一定馏分石油经冷

8、却脱蜡后凝固点在-10℃的油，加适量无机盐接种发酵⑵.菌种制备ß菌种：已有优良生产菌种、选育新菌种扩培、保藏、活化ß方法：一般都是由保存于冷冻管及砂土管或冰箱中的斜面菌种开始，在