发酵工程中国农业大学.docx

发酵工程中国农业大学.docx

《发酵工程中国农业大学.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《发酵工程中国农业大学.docx（16页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。

发酵工程中国农业大学

发酵工程■中国农业大学

发酵工程

发酵己经从过去简单的生产酒精类缺料、

生产醋酸

和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支，成为一个包括了微生杨学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。

现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰来、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药杨，生产天然杀虫利、细菌肥料和微生杨除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香屛、生杨壽分子、酶以及维生素和单细胞養自等。

Fermgntatior]到gineer[nj

发酵工程组成

从/•义上讲，由三却分组成：

上游工程、发酵工程、下游工程

UPSTREAM

PROCESSES

•••%•

FERMENTATION

ProcessControl

下游工程

DOWNSTREAMPROCESSES

上游工程

■genetics,cell・■・

■inoculumdevelopment-mediaformulation

-sterilization

■inoculation

engineerin

FERMENTA

ProcessConti

下游工程

-productextraction,purification

&assay

■wastetreatment

-byproductrecovery

Theratioofrecoverytofermentationcostsfor

L-asparaginase:

3.0ethanol:

0.16

发酵工程

主要指在最适发酵条件下，发酵縫中丸量培养细胞和生产代谢产扬的工艺技术

（1）有严格的无菌生长环境：

包括发酵开始前采用當温壽压对发酵原料和发酵縫以及各种连接管道进行夭畜的技术；

在发酵过程中不断向发酵縫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；

G）种子培养和生产培养的不同的工艺技术。

（4）殖进行任何大规模工业发酵前，必须症卖验弓规模的小发酵罐进行大量的卖验，得到尹扬形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再谏计萸大规模生产的动力学模型。

'

（5）由于生杨反应的复杂性，在从卖验室到中试,从中试到大规模生产过程中会出现许多问題，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、微生物家巴斯徳提出

杨作用的结果。

巴斯徳认为，酿酒是发酵，是微生杨在起

作用；酒变质也是发酵，是另一类微生杨在作

祟；随着科学苹术的发畏,方法来杀死有窖的微生物,

同时，也可以把发酵的微生杨分禽出来，通过人工培养，根据不同的要求去诱发各篩类型的发酵，粧得所需的发酵#務。

利用微生物的特点

•发酵工程所利用的微生扬主要是细菌、放线菌，酵母菌和霉菌

利用微生物的特A:

酸喊度等条件有极丸的适应能力

（2）有极强的谄化能力

（3）有极强的繁殖能力

—Bio

—Production

（危害）

-Spoilage

-Pathogens

一、发酵的定义

K传统发酵

2、生化和生理学意义的发酵

3、工业上的发酵

、传统发酵

最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦茅汁产生宅泡的现象，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，分解各种有机杨质产

以有机物作为削子受体的氧化还原产能反应O

•如葡萄髓在无氧条件下菠微生物利用产生酒精并放出CC>2。

、工业上的发酵

•泛指利用微生物制遙或生产禁些产％的过程包括：

1.庆氧培养的生产过穆，如酒精，乳酸等。

2.通气1有氧丿培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。

・产醃有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。

二、发酵工业

是指利用生杨的生命活动产生的酶，无机

或有机原料进行酶加工，荻得产品的工业。

2.获得发酵产品的条件

•适宜的微生物

・保证或控制微生扬进行代谢的各种条件

・进行微生物发酵的设备

•精制成产品的方这的设备

三、发酵工业的发展历史

•天然发酵阶段

・纯培养技术的建立：

巴斯徳，科就等。

人为地控制微生物的发酵进程O

•通气搅拌发酵技术的建立:

青霉素的生产滓层培养

•代谢控制发酵技术：

微生物进行鸽体化合炀的

转化，Glu和Lys发酵生产。

对微生物具有當度专—性的酶反应作为合成手段的一部分加以利用，进行合理的代谢。

•开朽发酵原料时期：

石油发酵，醋酸生产谷氨酸

•基因工程阶段：

采用酶学的方区，将不同来源的DNA进行体外重组，富把重组DNA设法转入受体细胞内，并进行繁殖和遗传下去。

人们能够扌艮据自匕的意愿将微生物以外的基因件导入微生杨细胞中,从而达到定向地改雯生炀性状与功能创新為杨种，使发酵工业能够生产出自然界微生物所不能合成的产物。

—foodpreservation（vinegar,cheese）

-flavour（bread,soysauce）

-brewing（beer,wine）

•1861LouisPasteur

-firstphaseindustrialbiotechnology

•1940penicillin（Fleming）

-antibioticindustry

—productionoffinechemicals

oryofappliedmicrobiology

•

1973recDNAtechnology（Boyer&Cohen

•1982rechumaninsulin

—postrecombinantDNAarea

•since1982rectherapeuticagents

•1990recbakersyeast

•

1992recchymosineyeast）

\发酵工业的范围

1、以微生物细胞为产物的发酵工业

2、以微生物代谢尹物为产％的发酵工业

3、以微生扬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、微生扬废水处理和其危

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

、生产微生物细胞物质

是以荻得具有多种用途的微生物菌体细

胞为目的的产為的发酵工业，包括单细胞的酵母和藻类、担子菌，生杨防治的苏云全杆菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。

细胞的生长与产炀积累成平行关糸，生长速率最丸时期也是产物合成速率最高阶段，生长稳定期产量最高。

易于工业化生产，便于改善工艺提當产量。

胞內酶和胞外酶

需要诱导作用，或連受阻遏、抑制等调控作用的影响，在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面需给予注意。

3、微生物代谢产物发酵

・包括初级代谢产扬、中间代谢产扬和次级代谢产物。

•对教生长期形成的产扬是细胞自身生长所必需

的，称为初级代谢产扬或中间代谢产扬。

・各种次级代谢产物都是在微生扬生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来自于中间代谢产y勿和初级代谢产》勿。

4.微生物的生物转化

•定义：

是利用生炀细胞对一些化合杨禁一特定部住（基团丿的作用，使它转变成结构相类似但具有更在经济价值的化合杨。

最终产物是由微生物细胞的酶或酶糸对底杨禁

一特定部住进行化学反应而形成的。

5、微生物特殊机能的利用

•利用微生物请除环境汚染

•利用徵生扬发酵保持生态平衡

•微生杨湿法冶全

•利用基因工程菌株开柘发酵工程新领域。

・发酵食品

・有机酸

・氨基酸

・核酸类物质

・酶制剂

・医药工业（抗生素…）

・饲料工业（单细胞蛋白

・环境工程（废物处理）

・其它（冶金工业…）

FermentedFoods

OrganicAcids

AminoAcids

Nucleotides

Enzymes

Pharmaceutical（Antibiotics...）

Feedstuff（eg.SCP）

EnvironmentalApplication（WasteTreatment）

•Others（eg.Metallurgicalindustry）

、发酵工业的特征

•发酵过程中爲不开微生杨的作用

1、发酵原料的选择及预处理

2、微生物苗种的选育及扩犬培养

压。

种子扩丸焙养和发酵采用不同的工艺。

4、发酵产物的分富提取5、发酵废物的回收和利用

⑴发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就

可进行反应。

可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改童和更新。

（2）微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种选育，可以获得當产的优良菌林并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。

G）发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生扬化学反应，反应安全，要求条件简单。

（4）发酵对杂菌的污染的防治至关重要。

反应必需在无菌条件下进行。

（5）由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一地和嵩度选择性地对禁些较为复杂的化合扬进行特之部住地氧化、还虑等化学转化反应，也可以产生比较复杂的當分孑化合炀。

（6）发酵过程是通过生扬体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。

（7）工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，并可以取得较显著的经济效盖。

（8）除利用微生杨外，还可以用动植物细胞和酶，也可以用人工构建的遗传工程菌进行反应。

头、发酵方法的类别与流程

•1、类别：

根据对氧的需要区分：

庆氧和有氧发酵

根据培养基炀理性状区分：

液体和固体发酵

根据从微生物生长特性区分:

分批发酵和连续发酵

2.发酵的流程

空气

空气净化处理

保藏菌种碳源、氮源、

无机盐等营养斜面活化物质

扩大培养

种子罐

灭菌

■主发

产物分离纯化

成品

2.工业发酵步骤和工艺流程

（1）用作培养菌种及扩大生产的发酵罐的培养基的配制

（2）培养基、发酵縫以及辅助设备的谄毒夭菌

（3）将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发酵4中

（4）将接种到发酵確中的菌株控制在最迨条件下生长并形成代谢产物

（5）将产扬抽提并进行精制，以得到合格的产阮

（6）回收或处理发酵过穆中产生的废物和废水

2.1发酵原料的预处理

原料不同处理方法也有所差异。

1.淀利用裔需变成糊精或葡萄糖

方由：

酸水鮮（嵩压、耐酸丿、酶水鮮法

2•糖蜜加热杀菌和用水冲稀，也可加

酸戏理后再补充无机盐

3•碳氢化合物：

石油脱蜡定镭分的

石油经冷却脱蜡而获得的凝固点在J0°C的油，加入适量无机盐进行接种发酵

2.2菌种斜面培养

己有的优良生产菌种和选育的新

菌种

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,

在正式使

用裔要先转接到新鮮斜面培养基上涪化

后，再用于种子护大培养。

2.3种子扩丸培养

・扩丸培养的方这可以根据需要采用固体培养或液体培养两级不同方式。

・固体种子扩丸堆养一般采用传统的制曲工艺，一般先用克氏瓶或匣子瓶进行护犬，再转接到曲盘扩大培养。

需氧微生扬：

将克氏!

瓶表面培养的菌种接到裝有液体培养基的三角瓶中，在揺庆上振荡培养。

庆氧微生物：

将有菌种的试管斜面或克氏瓶转接到三角瓶液乐培采義中静置培养。

2.4微生物发酵和控制

•发酵方式可分为固体发酵和液体发酵两种。

•固体发酵：

迨合于传统发酵工艺及乡镇企业用来生产比简单的产醃。

•液体深层发酵：

适合于大规模工业化生产。

影响发酵的因素很多，如温度、pH、通风、搅

拌、罐压力等等，必须适多地控制影响发酵的各种条件，拿握发酵的动态，并进行杂菌的检查和产物

测定，使整个发酵过程顺利进行。

2.5发酵产物的分离提取

•利用菌体：

需心沉淀或板#匡妊滤法使菌体与醪液分开，也可以用喷雾干燥法直接做成粉利。

•抗菌素及有机酸根据产杨的不同特性，采用禽

子交换树脂吸附处理、脱色过滤、濒压浓缩等方出提取精制。

•获得的产扬都要按照有关部门制走的国家标准进行

质量检验和性能测定，符合要求后才为合格产