發酵工程FermentationEngineering廣東石油化工學院化學與生命科學學院考核方式閉卷考試占70％高水平科技文獻閱讀翻譯占15％平時課堂提問、作業與考勤占15％第一章緒論本章內容

何謂發酵？ ferver：發泡、沸騰fermentation微生物的發酵現象－－請看下面現象對發酵現象的不同理解

－－兩種角度（能量、產物）生物化學家側重能量代謝：1、能夠在氧分子參與下進行有氧呼吸產生能量的生物可以進行：有氧呼吸、糖酵解、厭氧呼吸（兼性微生物）（1）有氧呼吸（氧供應充分、有機物氧化徹底、產生大量能量）（2）糖酵解（暫時缺氧、有機物氧化不徹底、產生少量能量）2、無氧呼吸：特指那些不需要氧的微生物所進行的能量代謝。指有機物經徹底或不徹底氧化，所脫下來的電子最后傳給外源的無機氧化物(個別是有機氧化物)并釋放較少能量。

根據最終電子受體不同，無氧呼吸分為：硝酸鹽呼吸、硫酸鹽呼吸、硫呼吸、碳酸鹽呼吸及延胡索酸呼吸等。對發酵現象的不同理解

－－兩種角度（能量、產物）發酵是指有機化合物進行無氧代謝釋放能量的過程厭氧發酵是厭氧菌借助氧化-還原反應釋放能量的過程

發酵是酵母無氧呼吸產生能量的過程需氧發酵是好氧生物在受到分子態氧短缺限制時的不完全氧化釋放能量的過程生物化學家生物化學家看待微生物發酵過程：工業微生物學家利用生物細胞（包括動、植物細胞）培養來生產產物的所有過程？（需氧過程、細胞工程）發酵是利用微生物培養來生產產物的無氧或需氧的任何過程側重產品的生產：發酵現象的本質顯微鏡觀察：微生物著名的巴斯德實驗：微生物作用著名的畢希納實驗：酵素（酶）的作用傳統發酵工業：釀造及食品業、抗生素、氨基酸、核苷酸、有機酸、飼料添加劑、微生態制劑、生物農藥、生物肥料等現代發酵工業：基因工程藥物、細胞工程藥物、疫苗；替代石油工業的大宗量的生物基化學品等，以及傳統發酵工業升級。

傳統大型發酵工業的中央控制

現代發酵工業的中央控制

分離和純化產品。包括固液分離技術、細胞破壁技術、產物純化技術，以及產品檢驗和包裝技術等下游技術發酵過程控制，主要包括發酵條件的調控，無菌環境的控制，過程分析和控制等

中游技術廣義發酵工程對生物學和工程學的要求

優良種株的選育和保藏（包括菌種篩選、改造，菌種代謝路徑改造等），上游技術上中下游相互關聯！生化工程酶工程細胞工程發酵工程產物

產品

產品基因工程

產品強調過程優化與控制（一）發酵工程發展簡史自然發酵階段主要是釀造工業主要產品：酒、酒精、醋、啤酒、干酪、酸乳等17世紀，能在容量為1500桶（一桶約136升）的木質大桶中進行第一次真正的大規模釀造1757年應用溫度計；1801使用原始熱交換器

主要特點：嫌氣發酵，非純種培養，產品質量不穩定Koch首先發明固體培養基，建立細菌的純粹培養Petri創造一種培養皿(petridish)用于微生物平板分離Winograsky和Beijerink發明富集培養法，分離特定的微生物主要產品：酵母、甘油、乳酸、丙酮丁醇等開拓新的發酵原料時期特點：解決發酵原料及人畜爭糧問題；規模和自動化程度顯著提高，能耗過大。開拓新的發酵原料時期基因工程階段（現代發酵工業新階段）基因工程階段（現代發酵工業新階段）

人胰島素

人生長激素(GH)

表皮生長因子(EGF)

腫瘤壞死因子

白細胞介素-2(IL-2)

尿激酶原

豬生長激素(PGH)

牛生長激素(BGH)纖維素酶

,

-干擾素

乙型肝炎疫苗

集落刺激因子(CSF)

促紅細胞生成素(EPO)

抗血友病因子

組織溶纖原激活劑(t-PA)發酵工程的主要前沿進展高產量：微生物生理、遺傳、營養及環境因素高轉化率：微生物代謝途徑和過程條件高效率：微生物反應動力學和系統優化條件確定過程優化初始條件過程分析過程強化1基于組學技術的高通量菌種改造和篩選2基于組學和生物信息學代謝途徑分析優化菌種改造3基于實時代謝流分析、代謝途徑模型與自動控制技術的發酵過程優化控制發酵工藝優化4基于發酵液及產品特性的高收率、低成本、高質量和環境友好的提取精制技術集成發酵產物分離純化5基于源頭防治與過程監控的資源節約與廢物資源化清潔生產技術集成綜合治理技術優化（一）發酵工業的特點

發酵過程一般是在常溫常壓下進行的生化反應，反應安全，要求條件較簡單。可用較廉價原料生產較高價值產品。反應專一性強。能夠專一性地和高度選擇性地對某些較為復雜的化合物進行特定部位的生物轉化修飾。

發酵過程中對雜菌污染的防治至關重要。菌種是關鍵。發酵生產不受地理、氣候、季節等自然條件限制。（一）發酵工業的特點（二）發酵工業的范圍

微生物菌體酶制劑代謝產物生物轉化微生物特殊機能的利用

利用微生物消除環境污染

利用微生物發酵保持生態平衡微生物濕法冶金利用基因工程菌株開拓發酵工程新領域微生物菌體傳統菌體發酵工業現代菌體發酵工業酵母發酵菌體蛋白（單細胞蛋白）發酵殺蟲劑：蘇云金桿菌，蠟樣芽孢桿菌，側孢芽孢桿菌；白僵菌、綠僵菌

疫苗新的菌體發酵產品:藥用功能菌體茯苓菌→茯苓擔子真菌→靈芝、香菇類蟲草頭孢菌密環菌微生物菌體

面包酵母

藻類芽孢桿菌和伴孢晶體

蟲草頭孢菌發酵生產蟲草

酶制劑微生物轉化

在用維生素C一步和二步發酵法生產中,起主要氧化作用的葡糖酸桿菌對作用底物(D-山梨醇或L-山梨糖)的分子結構進行特異性改變。（一）工業發酵的類型固體發酵

厭氧發酵需氧發酵兼性厭氧發酵

液體發酵（包括液體深層發酵）按培養基的物理性狀淺盤固體發酵深層固體發酵（機械通風制曲）

按微生物對氧的不同需求按發酵工藝流程分批發酵補料分批發酵連續發酵單級恒化器連續發酵多級恒化器連續發酵帶有細胞再循環的單級恒化器連續發酵（一）工業發酵的類型按菌的種類單菌種發酵多菌種混合發酵（混合菌發酵）新發展的微生物培養方法（二）發酵工業的基本生產過程4.控制最適發酵條件使微生物生長并形成大量的代謝產物；5.將產物提取并精制，以得到合格的產品；6.回收或處理發酵過程中所產生的三廢物質。（二）發酵工業的基本生產過程（二）發酵工業的典型過程－－深層發酵過程發酵工業發展趨向及應用前景強調代謝機理與調控研究，使微生物的機能得到進一步開發。生態型發酵工業的興起：清潔生產。再生資源的利用。混合菌發酵強調微生物群落與功能研究，提高發酵效率。

發酵工業發展趨向及應用前景清潔生產按照聯合國環境規劃署（UNEP）的定義：“清潔生產是一種新的創造性的思想，該思想將整體預防的環境戰略持續應用于生產過程、產品和服務中，以增加生態效益和減少人類及環境的風險。對生產過程，要求節約原材料和能源，淘汰有毒原材料，減降所有廢棄物的數量和毒性；對產品，要求減少從原材料提煉到產品最終處置的全生命周期的不利影響；對服務，要求將環境因素納入設計和所提供的服務中。”混合菌發酵的應用傳統釀造和食品發酵工業：白酒，醬油、醋、豆豉有機廢棄物（工業、城市和農業）的發酵處理與轉化：生物能源：生物制氫、生物制沼氣生物飼料生物肥料

課程內容學習重點基本過程過程優化過程控制過程放大一條主線、兩個重點、三個層次、四個目標發酵工藝過程過程優化放大反應器細胞、分子高轉化率高產量高效率低成本Thankyou