江南大学发酵工程讲义

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1、发酵工程(发酵工程第一章)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原料和发酵罐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入干燥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。(

2、5)由于生物反应的复杂性，在从实验室到屮试，从屮试到大规模生产过程屮会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。微生物发酵技术1857年法国化学家、微生物家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。"巴斯德认为，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。同吋，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。利用微生物的特点UseofMicroorganismsPositive(益

3、处)BiomassProductionConversionNegative(危害)PathogensSpoilage一、发酵的定义1、传统发酵2、生化和生理学意义的发酵3、工业上的发酵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，或者是指酒的生产过程。2、生化和生理学意义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。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出C02。3、工业上的发酵泛指利用微牛•物制造或生产某些产品的过程包括：1.厌氧培养的生产过

4、程，如酒精，乳酸等。2.通气(有氧)培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、輛等。二、发酵工业定义：是指利用生物的生命活动产生的酶，无机或有机原料进行酶加工，获得产品的工业。适宜的微生物保证或控制微生物进行代谢的各种条件进行微生物发酵的设备精制成产品的方法的设备三、发酵工业的发展历史天然发酵阶段纯培养技术的建立：巴斯德，科赫等。人为地控制微生物的发酵进程。通气搅拌发酵技术的建立：青霉素的生产——深层培养代谢控制发酵技术：微生物进行笛体化合物的转化，GW和Lys发酵生产。对微生物具有高度专一性的酶反应作为合成手段的

5、一部分加以利用，进行合理的代谢。开拓发酵原料时期：石油发酵，醋酸生产谷氨酸基因工程阶段：采用酶学的方法，将不同来源的DNA进行体外重组，再把重组DNA设法转入受体细胞内，并进行繁殖和遗传下去。人们能够根据自己的意愿将微生物以外的基因件导入微生物细胞屮，从而达到定向地改变生物性状与功能创新的物种，使发酵工业能够生产出自然界微生物所不能合成的产物。HistoryofappliedmicrobiologyAncienttimesfoodpreservation(vinegar,cheese)flavour(bread,soysauce)brewing(bee

6、r,wine)1861LouisPasteurfirstphaseindustrialbiotechnology1940penicillin(Fleming)antibioticindustryproductionoffinechemicalsHistoryofappliedmicrobiology1973recDNAtechnology(Boyer&Cohen)1982rechumaninsulin(胰岛素)postrecombinantDNAareasince1982rectherapeuticagents(治疗剂)1990recbakersyea

7、st1992recchymosine(凝乳酶)(fromyeast)四、发酵工业的范围1、以微生物细胞为产物的发酵工业2、以微生物代谢产物为产品的发酵工业3、以微生物酶为产品的发酵工业4、生物转化或修饰化合物的发酵工业5、微生物废水处理和其他微生物产物：微生物细胞，輛，药物活性物质，特殊化学物质和食品添加剂1、生产微生物细胞物质定义：是以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，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。特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率最高阶段,

8、生长稳定期产量最高。2、微生物酶发酵酶的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高产量。分类：胞内