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发 酵 工 程
Fermentation Engineering
2
主讲人简介
? 刘萍：发酵工程专业博士，研究方向为生物制
药，主讲课程《发酵工程》、《生物制药概论
》、《生物工艺学》，参讲课程《细胞工程》
、《生物学基础》、《生物工程概论》、《发
酵工程专题》等
?,发酵工程》被评为校级精品课程和北京市精
品课程建设课程
? 联系方式,liuping@cau.edu.cn
? 7671, 7697(6273)
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需要注意的问题
认识发酵工程的重要性
如何学习这门课
如何去看书
重视科技文献
尤其要重视实验课
有关考试
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教材及主要参考书
教材：,生物工艺学,俞俊棠主编
华东理工大学出版社,1991.
参考书：
1.曹军卫,马辉文, 微生物工程, 科学出版社,2002.
2.P.F.斯坦伯里,A 惠特克, 发酵工艺学原理, 中国医药科
技出版社, 1992.
3.贺小贤, 生物工艺原理, 化学工业出版社, 2003.
4.尹光琳,战立克,赵根楠, 发酵工业全书,中国医药科技
出版社, 1992.
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主要介绍内容
? 第一章 绪论 （ 2学时）
? 本章要点：掌握发酵工程的基本知识；
了解发酵工程的一般工艺过程和工艺发
展趋势。
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第二章 工业微生物菌种的选育与保藏
（ 4学时）
1、工业菌种筛选
2、培养分离
3、工业菌种的育种方针
4、工业微生物菌种保藏技术
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第三章 发酵工艺条件的优化 （ 4学时）
1、培养基
2、菌种生长条件
3、种子扩大培养
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第四章 发酵机制 （ 4学时）
? 第一节 微生物代谢机理
第二节 微生物的代谢调节调控与发酵生产
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第五章 发酵工程动力学 （ 4学时）
第一节 微生物反应过程概论
第二节 微生物发酵动力学分类
第三节 工业微生物培养方法
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第六章 发酵工艺控制 （ 4学时）
? 第一节 灭菌及空气除菌
? 第二节 氧的供给
? 第三节 发酵单元操作
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第七章 发酵生产的设备 （ 6学时）
第一节 介绍常用发酵罐的组成、工作原理
及操作、控制
第二节 发酵反应器的设计和自动控制
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第九章 发酵工程各论 12学时
? 第一节 氨基酸生产工艺学 2
? 第二节 抗生素生产工艺学 2
? 第三节 微生物酶制剂生产工艺 2
? 第四节 污水生化处理技术 2
? 第五节 甾体激素的微生物转化工艺 2
? 第六节 活性物质生产技术 2
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发酵工程实验 16学时
1、特定产物工业生产菌种的筛选 4学时
2、摇床培养确定菌体培养和营养条件 4学时
3、小型发酵罐中进行产品的分批发酵 4学时
4、流加发酵动力学研究 4学时
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第一章 绪论
? 第一节 发酵的定义及应用范围
? 第二节 发酵工程组成及研究内容
? 第三节 发酵工业
? 第四节 发酵方法的类别与流程
? 第五节 我国发酵工业的科技进步
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? 提问：什么是发酵
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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。
同时，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。
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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
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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。
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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 CO2。
20
3、工业上的发酵
? 泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程
包括：
1.厌氧培养的生产过程，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、酶等。
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? 提问：发酵工程的应用领域
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发酵工程应用范围
食 品 工 程
酶 工 业
氨基酸工业
有机酸工业
饲 料 工 业
新材料开发
生 物 化 工
环 境 保 护
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在食品工业中的应用
? 这是生物技术最早开发应用的领域,
? 含醇饮料：以果汁, 米, 麦, 高梁, 玉米,
土豆等为主要原料酿造或经加工的有葡萄酒,
果酒, 黄酒, 白酒, 啤酒, 白兰地, 威士忌,
伏特加, 金酒, 香槟酒, 朗姆酒等
? 传统调味品及发酵食品：以豆类, 米, 麦等
生产的酱, 酱油, 醋, 豆豉, 豆腐乳, 泡菜等
。
? 发酵乳制品：奶酒, 干酪, 酸奶等
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? 饮料酒类产量大, 产值高, 影响面广,
许多国家利用生物工程的技术改革旧工
艺已取得明显效果, 收到显著的经济效
益 。
25
? 用近代发酵或酶反应技术生产的食品原料：葡
萄糖, 麦芽糖, 果葡糖浆, 甘露糖醇, 脂肪等
? 食品添加剂：面包酵母, 味精 (谷氨酸单纳 )
,赖氨酸, 柠檬酸, 红曲 (色素 ),甜味肽, 肌
苷酸和鸟苷酸 (均为增鲜剂 ),右旋糖酐葡聚糖
和茁霉多糖 (均为增稠剂 ),葡萄糖氧化酶和异
维生素 C(均为食品保鲜剂 ),乳链菌肽 (食用防
腐刘 )。
? 新型发酵饮料 活性乳酸饮料 。
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微生物与饮食、调味品
青 红 方
酱，酱油，豆
食 用 醋
发酵饮料
味 精
发酵面食
食用药用菌
食用色素
食品添加剂淹渍蔬菜
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发酵食品市场
? 主要原料：橄榄、卷心菜和腌黄瓜。
? 1999年韩国国内泡菜市场产值约为 16.7亿美元
。 1998年日本泡菜生产量达 18万吨，市场为 13
亿美元，在国际市场上日韩两国占据了 95%以
上的份额。
? 2000年，中国泡菜工业的市场销售额约为 10亿
? 元，中国泡菜的代表之一 -------四川泡菜企业出
口总额约 500万美元，仅占国际泡菜市场总量
的 3%。
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A 各种抗生素：抗细菌, 抗真菌, 抗原虫, 抗
肿瘤
天然, 合成, 半合成
B,各种氨基酸：在医药中主要用于生产氨基
酸输液
可用发酵获得或用酶法获得
C,维生素：
D,甾体激素
3.2 生物技术在医药工业中的应用
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E,生物制品：生于预防, 诊断或治疗传染
病
F,单克隆抗体, 抗体与抗原具有高度亲和
性, 用于制备诊断盒, 治疗疾病或作为
生物导弹药物的运载工具 。 纯化抗原类
物质, 菌种鉴别 。
G,其它：治疗用酶, 酶抑制剂, 核苷酸
制品, 制药工业用酶, 工业发酵药物
3.2 生物技术在医药工业中的应用
30
? 抗生素：目前世界各国可用发酵法生产的抗生
素约 400种, 其中广泛应用的大约 120种 。 l980年
世界总产量约为 25000吨 。 仅青, 四, 红和头孢
四类抗生素的产值就达 42亿美元, 最大的发酵
罐为 400立方米 。
? 进入 90年代后, 全球生产与销售的各类抗生素
原料药平均每年约在 3万吨以上, 总价值约为
250一 300亿美元, 1992一 1993年度实际增长率
为 4%。 美国抗感染药物市场销售额 1992年达
60.71美元 。
生物技术生产医药市场
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维生素
? 发酵生产的维生素,1982年世界产量为 6万吨左右
，六种维生累的总销额为 6.7亿美元。在 1969—
1980年间，每年销售量递增 10×, 1981— 1991年
间仍以 7一 8％的速率递增。
? 目前，全球范围内使用最为普遍的是 VA,VC 和
VE，三都每年市场销售额近 20亿美元，其中 VE
超过 10亿美元，其余为 VB族，每个品种都有 0.5-
1.5亿美元的市值。在各种用途中，维生素作为动
物饲料的市场正以每年 2-3％速度增长，在药用和
食品领域都以 4-5％的速度增长 。
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甾体激素
? 目前世界市场的年销售额为 67亿元, 今
后仍将以 6— 10％ 的速率递增 。 最近正在
兴起用固定化细胞进行甾体转化, 将是
一个有发展前途的新工艺,
? 目前国际上正在研究中的除干扰素以外
,还有口蹄疫疫苗, 狂犬病疫苗等十余
种 。 今后几年内, 在重组 DNA的, 工作
逐步深入当中, 定会对人类和牲畜健康
引起实质性的改善 。
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? 糖酶,a-淀粉酶, β-淀粉酶, 糖化酶,
支链淀粉酶, 转化酶, 异构酶, 半乳
糖酶, 纤维素酶 。
? 蛋白酶：碱性, 酸性, 中性蛋白酶
? 果胶酶
? 脂肪酶
? 凝乳酶
? 过氧化氢酶 。
3、生物技术应用于轻工、食品用酶的生产
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4、生物技术应用于化工能源产
品的生产
? 利用发酵, 生物转化或酶法生产：烷
烃, 醇及溶剂, 有机酸, 多糖等
? 据预测, 2000年酒精发酵原料主要是
纤维素, 木质质等, 并大量用于燃料
消耗 。 美国计划在 90年代能源结构中
,煤和石油将从目前的 95％ 下降到 50
％, 酒精将在新能源中占重要地位 。
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酵母生产燃料乙醇
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? 沼气
在利用工农业生产中的有机物废料, 将它们发
酵制取燃料 (沼气 )气体方面, 美国计划解决全国
能源需要量的 10％, 工业有机废水 (渣 )的利用在
西欧转向甲烷发酵, 英, 美, 德, 日, 俄都已建
成了许多大型沼气发酵厂, 如伦敦, 每年可回收
沼气 8800万立方米 。
? 氢能
? 生物柴油
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5、饲料工业方面
? 随着世界人口的不断增加，人民
生活的逐步提高可耕地的日益减
少，动、植物蛋白的来源受到了
限制，高质量蛋白质的不足已经
成为一个十分突出的问题。
? 微生物菌体中，蛋白质含量占
45— 55％ (干物质 )、所以用发酵
工业生产单细胞蛋白是食品和饲
料蛋白质的重要来源。
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另外，藻类蛋白饲料也不可忽视，如前西
德培养的珊列藻，每年每公顷所得蛋白比
小麦多 20一 35倍。
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一个 20 米直径
的水池年产 4 吨 藻类,
加工后可得相当于
3000 升柴油的燃料。
一英亩 三角大戟
可生产相当于 50 吨石
油的燃料。
图为生长在淡水和海水中的一种硅藻
40
6、冶金工业方面
? 细菌浸矿，即利用细菌的直接和间接作用对矿物或
矿石中有用的金属浸出回收的过程。
? 细菌浸出的金属也涉及到 Cu,U,Co,Ni,Mn,Zn
,Pb等 10余种，但大规模生产的只有铜和铀 (批量 )。
? 目前，美、英、日、俄、澳、加加拿大等许多国家
都在积极开展此项研究和生产。
? 美国用这种办法得到的铜占铜产量的 10％以上，加
拿大用细菌浸出的铀 (U308)年产量达 230吨。据世界
20个矿山资料表明，每年用细菌浸出约铜达 20万吨
。
41
? 抗病, 杀虫抗生素
? 单细胞蛋白
? 食用和药用真菌
? 生物农药
? 生物肥料
7、生物技术在农业生产中的应用
42
? 什么是有机食品
43
? 微生物在对生物物质的排泄物及尸体的分解起
着重要的作用 。
? 嫌气发酵法：指在嫌气情况下利用分解碳水化
合物, 蛋白质和脂肪的微生物, 将有机废弃物
分解为可溶性物质, 进而通过产酸菌和甲烷细
菌的作用再分解为甲烷和 CO2。
? 好气发酵（活性污泥）法：指在曝气情况下，
用某些能降解有机物质的产菌胶的细菌和某些
原虫的混合物 (活性污泥 )对工业或生活污水进
行处理。
8、生物技术在环境保护中的应用
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? 在化学工业和环境保护等方面，微生物工
程也同样能发挥独持的作用，如：与化学
法相结合，选育相应的优良菌种，以乙烯
和丙烯腈为原料，分别生产环氧乙烷、乙
二醇等，利用微生物来处理工业废水或含
毒废液，乃至构建超级细菌，处理大面积
的海面石油污染等。
45
喷洒工程菌清除石油污染
46
微生物与环保
微生物处理腈纶废水的塔式滤池
47
48
9、生物技术应用于高技术研究开发
? 基因工程中酶, DNA探针等
? 医药中诊断用酶
49
第二节 发酵工程组成及研究内容
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发酵工程定义
? 发酵工程是渗透有工程学的微生物学 。
? 是利用微生物的特定性状, 通过现代化工程技
术产生有用物质或直接应用于工业化生产, 以
把粮食, 能源, 化学制品, 环境控制等全球性
课题联系起来的一种技术体系 。
? 是将传统发酵技术与 DNA重组, 细胞融合, 分
子修饰和改造等新技术结合并发展起来的现代
发酵技术 。
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利用微生物的特点
? 发酵工程所利用的 微生物 主要是细菌、放
线菌，酵母菌和霉菌。
利用微生物的特点,
(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、
酸碱度等条件有极大的适应能力。
(2)有极强的消化能力。
(3)有极强的繁殖能力。
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发酵工程组成
? 从广义上讲，由三部分组成：
上游工程、发酵工程、下游工程
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FERMENTATION
Process Control
Fermentation engineering
上游工程
UPSTREAM
PROCESSES
下游工程
DOWNSTREAM
PROCESSES
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发酵工程
? 原始材料,包括菌种，培养基的糖类，氮源及
某些微量元素；
? 上游过程：
(1)对菌种加以改造，提高生产能力或者导入
外源基因等以获得工程菌；
(2)发酵或生物转化，是通过优化发酵条件如
温度、营养、供气量等。利用工程菌的生物合
成，加工和修饰等以获得目的产物；
? 下游过程,是运用生物化学、物理学方法分离
、纯化产品，最终将产品推向市场并获得社会
或经济效益。
55
发酵工程
Continuous
centrifuges
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发酵工程研究内容
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。
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(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。
(5)由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，
从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，
这就是发酵工程工艺放大问题。
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第三节 发酵工业
一、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。
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二、发酵工程的创立
? 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。
? 微生物的发酵开始于人类见到微生物前的一段
漫长的历史时期，大约在距今 8000年前至公元
1676年。
? 最常见的例子就是发面、天然果酒的酿制、牛
乳和乳制品的发酵以及利用霉菌来治疗一些疾
病等。其中应用水平最高的是中国人在制曲、
酿酒方面的伟大创造。
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? 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：微生物进行甾体化合
物的转化,Glu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一
部分加以利用，进行合理的代谢。
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? 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：
人们能够根据自己的意愿将微生物以外的基因
件导入微生物细胞中，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。
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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，酶，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，
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：胞内酶 和胞外酶
? 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，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
? 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢
产物。
? 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需
的，称为初级代谢产物或中间代谢产物。
? 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停
止生长时期即稳定期所产生的，来自于中间代
谢产物和初级代谢产物。
4、微生物的生物转化
? 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的。
5、微生物特殊机能的利用
? 利用微生物消除环境污染
? 利用 微生物 发酵保持生态平衡
? 微生物湿法冶金
? 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。
五、发酵工业的特征
? 发酵过程中离不开微生物的作用
1、发酵原料的选择及预处理
2、微生物菌种的选育及扩大培养
3、发酵设备选择及工艺条件控制：常温
、常压。种子扩大培养和发酵采用不同
的工艺。
4、发酵产物的分离提取
5、发酵废物的回收和利用
(1)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造和更新。
(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，可以获得高产的优良菌株并使生
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。
(3)发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生
物化学反应，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
地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进
行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也
可以产生比较复杂的高分子化合物。
(6)发酵过程是通过生物体的自动调节方式
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益。
(8) 除利用微生物外，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。
第四节 发酵方法的类别与流程
? 1、类别：
根据对氧的需要区分：
厌氧和有氧发酵
根据培养基物理性状区分：
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
斜面活化
扩大培养
种子罐
主发酵
碳源、氮源、
无机盐等营养
物质
灭菌
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) 将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。
菌种筛选
摇瓶试验
发酵罐试验
纯种培养
2.1发酵原料的预处理
原料不同处理方法也有所差异。
1,淀粉 —— 利用前需变成糊精或葡萄糖。
方法：酸水解（高压、耐酸）、酶水解法
2,糖蜜 —— 加热杀菌和用水冲稀，也可加
酸处理后再补充无机盐。
3,碳氢化合物：石油脱蜡 —— 一定馏分的
石油经冷却脱蜡而获得的凝固点在 -10℃
的油，加入适量无机盐进行接种发酵。
2.2菌种斜面培养
? 菌种：已有的优良生产菌种和选育的新
菌种。
? 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，在正式使
用前要先转接到新鲜斜面培养基上活化
后，再用于种子扩大培养。
保存的菌种 菌种活化 种子扩大培养
2.3 种子扩大培养
? 扩大培养的方法可以根据需要采用固体培养或液
体培养两级不同方式。
? 固体种子扩大培养一般采用传统的制曲工艺，一
般先用克氏瓶或茄子瓶进行扩大，再转接到曲盘
扩大培养。
需氧微生物：将克氏瓶表面培养的菌种接到装有
液体培养基的三角瓶中，在摇床上振荡培养。
厌氧微生物：将有菌种的试管斜面或克氏瓶转接
到三角瓶液体培养基中静置培养。
克氏瓶和茄子瓶
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克氏瓶和茄子瓶
摇床培养
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：适合于传统发酵工艺及乡镇企业用来生
产比较简单的产品。
? 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，必须适当地控制影响发酵的各种
条件，掌握发酵的动态，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：离心沉淀或板框压滤法使菌体与醪液分
开，也可以用喷雾干燥法直接做成粉剂。
? 酒精 —— 发酵醪蒸馏塔蒸馏；
? 抗菌素及有机酸 —— 根据产物的不同特性，采用离
子交换树脂吸附处理、脱色过滤、减压浓缩等方法
提取精制。
? 获得的产物都要按照有关部门制定的国家标准进行
质量检验和性能测定，符合要求后才为合格产品。
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第五节 我国发酵工业的科技进步
? 在 20世纪 60年代以前，轻工、食品领域
的发酵工业主要由酿酒和酿造的产品组
成。
? 至今，已形成了一个品种繁多，门类较
齐全，具有相当规模的独立工业体系，
在国民经济中占有重要地位某些产品如
味精、柠檬酸年总产量已跃居世界首位
。
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今后我国发酵工业研究的重点
? 积极采用高新技术改造和提升现有发酵
工业的生产水平和开发新产品，形成新
产业 。
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应加强应用基础理论的研究
? 1．要充分意识到自人类基因组图谱绘制完成
后世界进入后基因组时代；
? 转基因技术在食品领域的应用是发展的必然趋
势，要引起足够重视，除对基因工程的研发工
作本身要加强外，应从开展转基因食品安全性
的研究入手，参与国际上对转基因食品安全性
的鉴定和科学评价，积极创建造福于人类的新
一代发酵制品。
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? 2．加强发酵基础理论研究，从对微生物
的代谢调控，生长和发酵动力学剖析基
础上，创建新的发酵系统，故应积极研
究开发不同类型的发酵分离耦合系统，
达到高产丰收的目的。
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? 3．要充分认识微生物的多样性、生物技术的多
学科性、应用领域的广泛性，利用先进、实用技
术，加强新资源开发和已有资源的高值化。
? 现有的发酵制品原则上仍属初级产品，商品化的
品种单一，应用领域狭窄，产值低，应进一步深
加工，二次开发，达到更有效地利用资源，产生
更大的经济效益。
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? 4．瞄准发酵工业生产中的共性技术、关
键技术进行重点突破，如节能降耗、提
高产品质量、无害化的环保新工艺新装
备，提升现有企业的生产水平，使我国
轻工、食品领域的发酵工业在新世纪实
现跨越式的发展。
? 利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良
菌种
? 采用发酵技术进行高等动动植物细胞培养
? 固定化技术广泛应用
? 开发和采用大型节能高效的发酵装置，自动
控制将成为发酵生产控制的主要手段
? 应用代谢控制技术，发酵生产氨基酸
? 将生物技术理广泛地用于环境工程
国际发酵工程研究方向
90
三, 发酵工程简介
发
酵
工
程
简
介
应用发酵工程的生产实例
发酵工程的概
念和内容
发酵工程
的应用
菌种的选育
培养基的配制
灭菌
扩大培养和接种
发酵过程和分离提纯
谷氨酸的微生物发酵法生产
在医药工业上的应用
在食品工业上的应用
生产传统发酵产品, 如啤酒, 食醋等
生产食品添加剂, 如 L-苹果酸
解决粮食短缺问题
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
2
主讲人简介
? 刘萍：发酵工程专业博士，研究方向为生物制
药，主讲课程《发酵工程》、《生物制药概论
》、《生物工艺学》，参讲课程《细胞工程》
、《生物学基础》、《生物工程概论》、《发
酵工程专题》等
?,发酵工程》被评为校级精品课程和北京市精
品课程建设课程
? 联系方式,liuping@cau.edu.cn
? 7671, 7697(6273)
3
需要注意的问题
认识发酵工程的重要性
如何学习这门课
如何去看书
重视科技文献
尤其要重视实验课
有关考试
4
教材及主要参考书
教材：,生物工艺学,俞俊棠主编
华东理工大学出版社,1991.
参考书：
1.曹军卫,马辉文, 微生物工程, 科学出版社,2002.
2.P.F.斯坦伯里,A 惠特克, 发酵工艺学原理, 中国医药科
技出版社, 1992.
3.贺小贤, 生物工艺原理, 化学工业出版社, 2003.
4.尹光琳,战立克,赵根楠, 发酵工业全书,中国医药科技
出版社, 1992.
5
主要介绍内容
? 第一章 绪论 （ 2学时）
? 本章要点：掌握发酵工程的基本知识；
了解发酵工程的一般工艺过程和工艺发
展趋势。
6
第二章 工业微生物菌种的选育与保藏
（ 4学时）
1、工业菌种筛选
2、培养分离
3、工业菌种的育种方针
4、工业微生物菌种保藏技术
7
第三章 发酵工艺条件的优化 （ 4学时）
1、培养基
2、菌种生长条件
3、种子扩大培养
8
第四章 发酵机制 （ 4学时）
? 第一节 微生物代谢机理
第二节 微生物的代谢调节调控与发酵生产
9
第五章 发酵工程动力学 （ 4学时）
第一节 微生物反应过程概论
第二节 微生物发酵动力学分类
第三节 工业微生物培养方法
10
第六章 发酵工艺控制 （ 4学时）
? 第一节 灭菌及空气除菌
? 第二节 氧的供给
? 第三节 发酵单元操作
11
第七章 发酵生产的设备 （ 6学时）
第一节 介绍常用发酵罐的组成、工作原理
及操作、控制
第二节 发酵反应器的设计和自动控制
12
第九章 发酵工程各论 12学时
? 第一节 氨基酸生产工艺学 2
? 第二节 抗生素生产工艺学 2
? 第三节 微生物酶制剂生产工艺 2
? 第四节 污水生化处理技术 2
? 第五节 甾体激素的微生物转化工艺 2
? 第六节 活性物质生产技术 2
13
发酵工程实验 16学时
1、特定产物工业生产菌种的筛选 4学时
2、摇床培养确定菌体培养和营养条件 4学时
3、小型发酵罐中进行产品的分批发酵 4学时
4、流加发酵动力学研究 4学时
14
第一章 绪论
? 第一节 发酵的定义及应用范围
? 第二节 发酵工程组成及研究内容
? 第三节 发酵工业
? 第四节 发酵方法的类别与流程
? 第五节 我国发酵工业的科技进步
15
? 提问：什么是发酵
16
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。
同时，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。
17
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
18
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。
19
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 CO2。
20
3、工业上的发酵
? 泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程
包括：
1.厌氧培养的生产过程，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、酶等。
21
? 提问：发酵工程的应用领域
22
发酵工程应用范围
食 品 工 程
酶 工 业
氨基酸工业
有机酸工业
饲 料 工 业
新材料开发
生 物 化 工
环 境 保 护
23
在食品工业中的应用
? 这是生物技术最早开发应用的领域,
? 含醇饮料：以果汁, 米, 麦, 高梁, 玉米,
土豆等为主要原料酿造或经加工的有葡萄酒,
果酒, 黄酒, 白酒, 啤酒, 白兰地, 威士忌,
伏特加, 金酒, 香槟酒, 朗姆酒等
? 传统调味品及发酵食品：以豆类, 米, 麦等
生产的酱, 酱油, 醋, 豆豉, 豆腐乳, 泡菜等
。
? 发酵乳制品：奶酒, 干酪, 酸奶等
24
? 饮料酒类产量大, 产值高, 影响面广,
许多国家利用生物工程的技术改革旧工
艺已取得明显效果, 收到显著的经济效
益 。
25
? 用近代发酵或酶反应技术生产的食品原料：葡
萄糖, 麦芽糖, 果葡糖浆, 甘露糖醇, 脂肪等
? 食品添加剂：面包酵母, 味精 (谷氨酸单纳 )
,赖氨酸, 柠檬酸, 红曲 (色素 ),甜味肽, 肌
苷酸和鸟苷酸 (均为增鲜剂 ),右旋糖酐葡聚糖
和茁霉多糖 (均为增稠剂 ),葡萄糖氧化酶和异
维生素 C(均为食品保鲜剂 ),乳链菌肽 (食用防
腐刘 )。
? 新型发酵饮料 活性乳酸饮料 。
26
微生物与饮食、调味品
青 红 方
酱，酱油，豆
食 用 醋
发酵饮料
味 精
发酵面食
食用药用菌
食用色素
食品添加剂淹渍蔬菜
Cncnc-micro
27
发酵食品市场
? 主要原料：橄榄、卷心菜和腌黄瓜。
? 1999年韩国国内泡菜市场产值约为 16.7亿美元
。 1998年日本泡菜生产量达 18万吨，市场为 13
亿美元，在国际市场上日韩两国占据了 95%以
上的份额。
? 2000年，中国泡菜工业的市场销售额约为 10亿
? 元，中国泡菜的代表之一 -------四川泡菜企业出
口总额约 500万美元，仅占国际泡菜市场总量
的 3%。
28
A 各种抗生素：抗细菌, 抗真菌, 抗原虫, 抗
肿瘤
天然, 合成, 半合成
B,各种氨基酸：在医药中主要用于生产氨基
酸输液
可用发酵获得或用酶法获得
C,维生素：
D,甾体激素
3.2 生物技术在医药工业中的应用
29
E,生物制品：生于预防, 诊断或治疗传染
病
F,单克隆抗体, 抗体与抗原具有高度亲和
性, 用于制备诊断盒, 治疗疾病或作为
生物导弹药物的运载工具 。 纯化抗原类
物质, 菌种鉴别 。
G,其它：治疗用酶, 酶抑制剂, 核苷酸
制品, 制药工业用酶, 工业发酵药物
3.2 生物技术在医药工业中的应用
30
? 抗生素：目前世界各国可用发酵法生产的抗生
素约 400种, 其中广泛应用的大约 120种 。 l980年
世界总产量约为 25000吨 。 仅青, 四, 红和头孢
四类抗生素的产值就达 42亿美元, 最大的发酵
罐为 400立方米 。
? 进入 90年代后, 全球生产与销售的各类抗生素
原料药平均每年约在 3万吨以上, 总价值约为
250一 300亿美元, 1992一 1993年度实际增长率
为 4%。 美国抗感染药物市场销售额 1992年达
60.71美元 。
生物技术生产医药市场
31
维生素
? 发酵生产的维生素,1982年世界产量为 6万吨左右
，六种维生累的总销额为 6.7亿美元。在 1969—
1980年间，每年销售量递增 10×, 1981— 1991年
间仍以 7一 8％的速率递增。
? 目前，全球范围内使用最为普遍的是 VA,VC 和
VE，三都每年市场销售额近 20亿美元，其中 VE
超过 10亿美元，其余为 VB族，每个品种都有 0.5-
1.5亿美元的市值。在各种用途中，维生素作为动
物饲料的市场正以每年 2-3％速度增长，在药用和
食品领域都以 4-5％的速度增长 。
32
甾体激素
? 目前世界市场的年销售额为 67亿元, 今
后仍将以 6— 10％ 的速率递增 。 最近正在
兴起用固定化细胞进行甾体转化, 将是
一个有发展前途的新工艺,
? 目前国际上正在研究中的除干扰素以外
,还有口蹄疫疫苗, 狂犬病疫苗等十余
种 。 今后几年内, 在重组 DNA的, 工作
逐步深入当中, 定会对人类和牲畜健康
引起实质性的改善 。
33
? 糖酶,a-淀粉酶, β-淀粉酶, 糖化酶,
支链淀粉酶, 转化酶, 异构酶, 半乳
糖酶, 纤维素酶 。
? 蛋白酶：碱性, 酸性, 中性蛋白酶
? 果胶酶
? 脂肪酶
? 凝乳酶
? 过氧化氢酶 。
3、生物技术应用于轻工、食品用酶的生产
34
4、生物技术应用于化工能源产
品的生产
? 利用发酵, 生物转化或酶法生产：烷
烃, 醇及溶剂, 有机酸, 多糖等
? 据预测, 2000年酒精发酵原料主要是
纤维素, 木质质等, 并大量用于燃料
消耗 。 美国计划在 90年代能源结构中
,煤和石油将从目前的 95％ 下降到 50
％, 酒精将在新能源中占重要地位 。
35
酵母生产燃料乙醇
36
? 沼气
在利用工农业生产中的有机物废料, 将它们发
酵制取燃料 (沼气 )气体方面, 美国计划解决全国
能源需要量的 10％, 工业有机废水 (渣 )的利用在
西欧转向甲烷发酵, 英, 美, 德, 日, 俄都已建
成了许多大型沼气发酵厂, 如伦敦, 每年可回收
沼气 8800万立方米 。
? 氢能
? 生物柴油
37
5、饲料工业方面
? 随着世界人口的不断增加，人民
生活的逐步提高可耕地的日益减
少，动、植物蛋白的来源受到了
限制，高质量蛋白质的不足已经
成为一个十分突出的问题。
? 微生物菌体中，蛋白质含量占
45— 55％ (干物质 )、所以用发酵
工业生产单细胞蛋白是食品和饲
料蛋白质的重要来源。
38
另外，藻类蛋白饲料也不可忽视，如前西
德培养的珊列藻，每年每公顷所得蛋白比
小麦多 20一 35倍。
Cncnc-micro
39
一个 20 米直径
的水池年产 4 吨 藻类,
加工后可得相当于
3000 升柴油的燃料。
一英亩 三角大戟
可生产相当于 50 吨石
油的燃料。
图为生长在淡水和海水中的一种硅藻
40
6、冶金工业方面
? 细菌浸矿，即利用细菌的直接和间接作用对矿物或
矿石中有用的金属浸出回收的过程。
? 细菌浸出的金属也涉及到 Cu,U,Co,Ni,Mn,Zn
,Pb等 10余种，但大规模生产的只有铜和铀 (批量 )。
? 目前，美、英、日、俄、澳、加加拿大等许多国家
都在积极开展此项研究和生产。
? 美国用这种办法得到的铜占铜产量的 10％以上，加
拿大用细菌浸出的铀 (U308)年产量达 230吨。据世界
20个矿山资料表明，每年用细菌浸出约铜达 20万吨
。
41
? 抗病, 杀虫抗生素
? 单细胞蛋白
? 食用和药用真菌
? 生物农药
? 生物肥料
7、生物技术在农业生产中的应用
42
? 什么是有机食品
43
? 微生物在对生物物质的排泄物及尸体的分解起
着重要的作用 。
? 嫌气发酵法：指在嫌气情况下利用分解碳水化
合物, 蛋白质和脂肪的微生物, 将有机废弃物
分解为可溶性物质, 进而通过产酸菌和甲烷细
菌的作用再分解为甲烷和 CO2。
? 好气发酵（活性污泥）法：指在曝气情况下，
用某些能降解有机物质的产菌胶的细菌和某些
原虫的混合物 (活性污泥 )对工业或生活污水进
行处理。
8、生物技术在环境保护中的应用
44
? 在化学工业和环境保护等方面，微生物工
程也同样能发挥独持的作用，如：与化学
法相结合，选育相应的优良菌种，以乙烯
和丙烯腈为原料，分别生产环氧乙烷、乙
二醇等，利用微生物来处理工业废水或含
毒废液，乃至构建超级细菌，处理大面积
的海面石油污染等。
45
喷洒工程菌清除石油污染
46
微生物与环保
微生物处理腈纶废水的塔式滤池
47
48
9、生物技术应用于高技术研究开发
? 基因工程中酶, DNA探针等
? 医药中诊断用酶
49
第二节 发酵工程组成及研究内容
50
发酵工程定义
? 发酵工程是渗透有工程学的微生物学 。
? 是利用微生物的特定性状, 通过现代化工程技
术产生有用物质或直接应用于工业化生产, 以
把粮食, 能源, 化学制品, 环境控制等全球性
课题联系起来的一种技术体系 。
? 是将传统发酵技术与 DNA重组, 细胞融合, 分
子修饰和改造等新技术结合并发展起来的现代
发酵技术 。
51
利用微生物的特点
? 发酵工程所利用的 微生物 主要是细菌、放
线菌，酵母菌和霉菌。
利用微生物的特点,
(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、
酸碱度等条件有极大的适应能力。
(2)有极强的消化能力。
(3)有极强的繁殖能力。
52
发酵工程组成
? 从广义上讲，由三部分组成：
上游工程、发酵工程、下游工程
53
FERMENTATION
Process Control
Fermentation engineering
上游工程
UPSTREAM
PROCESSES
下游工程
DOWNSTREAM
PROCESSES
54
发酵工程
? 原始材料,包括菌种，培养基的糖类，氮源及
某些微量元素；
? 上游过程：
(1)对菌种加以改造，提高生产能力或者导入
外源基因等以获得工程菌；
(2)发酵或生物转化，是通过优化发酵条件如
温度、营养、供气量等。利用工程菌的生物合
成，加工和修饰等以获得目的产物；
? 下游过程,是运用生物化学、物理学方法分离
、纯化产品，最终将产品推向市场并获得社会
或经济效益。
55
发酵工程
Continuous
centrifuges
56
发酵工程研究内容
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。
57
(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。
(5)由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，
从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，
这就是发酵工程工艺放大问题。
58
第三节 发酵工业
一、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。
59
二、发酵工程的创立
? 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。
? 微生物的发酵开始于人类见到微生物前的一段
漫长的历史时期，大约在距今 8000年前至公元
1676年。
? 最常见的例子就是发面、天然果酒的酿制、牛
乳和乳制品的发酵以及利用霉菌来治疗一些疾
病等。其中应用水平最高的是中国人在制曲、
酿酒方面的伟大创造。
60
? 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：微生物进行甾体化合
物的转化,Glu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一
部分加以利用，进行合理的代谢。
61
? 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：
人们能够根据自己的意愿将微生物以外的基因
件导入微生物细胞中，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。
62
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，酶，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，
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：胞内酶 和胞外酶
? 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，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
? 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢
产物。
? 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需
的，称为初级代谢产物或中间代谢产物。
? 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停
止生长时期即稳定期所产生的，来自于中间代
谢产物和初级代谢产物。
4、微生物的生物转化
? 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的。
5、微生物特殊机能的利用
? 利用微生物消除环境污染
? 利用 微生物 发酵保持生态平衡
? 微生物湿法冶金
? 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。
五、发酵工业的特征
? 发酵过程中离不开微生物的作用
1、发酵原料的选择及预处理
2、微生物菌种的选育及扩大培养
3、发酵设备选择及工艺条件控制：常温
、常压。种子扩大培养和发酵采用不同
的工艺。
4、发酵产物的分离提取
5、发酵废物的回收和利用
(1)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造和更新。
(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，可以获得高产的优良菌株并使生
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。
(3)发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生
物化学反应，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
地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进
行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也
可以产生比较复杂的高分子化合物。
(6)发酵过程是通过生物体的自动调节方式
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益。
(8) 除利用微生物外，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。
第四节 发酵方法的类别与流程
? 1、类别：
根据对氧的需要区分：
厌氧和有氧发酵
根据培养基物理性状区分：
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
斜面活化
扩大培养
种子罐
主发酵
碳源、氮源、
无机盐等营养
物质
灭菌
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) 将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。
菌种筛选
摇瓶试验
发酵罐试验
纯种培养
2.1发酵原料的预处理
原料不同处理方法也有所差异。
1,淀粉 —— 利用前需变成糊精或葡萄糖。
方法：酸水解（高压、耐酸）、酶水解法
2,糖蜜 —— 加热杀菌和用水冲稀，也可加
酸处理后再补充无机盐。
3,碳氢化合物：石油脱蜡 —— 一定馏分的
石油经冷却脱蜡而获得的凝固点在 -10℃
的油，加入适量无机盐进行接种发酵。
2.2菌种斜面培养
? 菌种：已有的优良生产菌种和选育的新
菌种。
? 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，在正式使
用前要先转接到新鲜斜面培养基上活化
后，再用于种子扩大培养。
保存的菌种 菌种活化 种子扩大培养
2.3 种子扩大培养
? 扩大培养的方法可以根据需要采用固体培养或液
体培养两级不同方式。
? 固体种子扩大培养一般采用传统的制曲工艺，一
般先用克氏瓶或茄子瓶进行扩大，再转接到曲盘
扩大培养。
需氧微生物：将克氏瓶表面培养的菌种接到装有
液体培养基的三角瓶中，在摇床上振荡培养。
厌氧微生物：将有菌种的试管斜面或克氏瓶转接
到三角瓶液体培养基中静置培养。
克氏瓶和茄子瓶
80
克氏瓶和茄子瓶
摇床培养
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：适合于传统发酵工艺及乡镇企业用来生
产比较简单的产品。
? 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，必须适当地控制影响发酵的各种
条件，掌握发酵的动态，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：离心沉淀或板框压滤法使菌体与醪液分
开，也可以用喷雾干燥法直接做成粉剂。
? 酒精 —— 发酵醪蒸馏塔蒸馏；
? 抗菌素及有机酸 —— 根据产物的不同特性，采用离
子交换树脂吸附处理、脱色过滤、减压浓缩等方法
提取精制。
? 获得的产物都要按照有关部门制定的国家标准进行
质量检验和性能测定，符合要求后才为合格产品。
83
第五节 我国发酵工业的科技进步
? 在 20世纪 60年代以前，轻工、食品领域
的发酵工业主要由酿酒和酿造的产品组
成。
? 至今，已形成了一个品种繁多，门类较
齐全，具有相当规模的独立工业体系，
在国民经济中占有重要地位某些产品如
味精、柠檬酸年总产量已跃居世界首位
。
84
今后我国发酵工业研究的重点
? 积极采用高新技术改造和提升现有发酵
工业的生产水平和开发新产品，形成新
产业 。
85
应加强应用基础理论的研究
? 1．要充分意识到自人类基因组图谱绘制完成
后世界进入后基因组时代；
? 转基因技术在食品领域的应用是发展的必然趋
势，要引起足够重视，除对基因工程的研发工
作本身要加强外，应从开展转基因食品安全性
的研究入手，参与国际上对转基因食品安全性
的鉴定和科学评价，积极创建造福于人类的新
一代发酵制品。
86
? 2．加强发酵基础理论研究，从对微生物
的代谢调控，生长和发酵动力学剖析基
础上，创建新的发酵系统，故应积极研
究开发不同类型的发酵分离耦合系统，
达到高产丰收的目的。
87
? 3．要充分认识微生物的多样性、生物技术的多
学科性、应用领域的广泛性，利用先进、实用技
术，加强新资源开发和已有资源的高值化。
? 现有的发酵制品原则上仍属初级产品，商品化的
品种单一，应用领域狭窄，产值低，应进一步深
加工，二次开发，达到更有效地利用资源，产生
更大的经济效益。
88
? 4．瞄准发酵工业生产中的共性技术、关
键技术进行重点突破，如节能降耗、提
高产品质量、无害化的环保新工艺新装
备，提升现有企业的生产水平，使我国
轻工、食品领域的发酵工业在新世纪实
现跨越式的发展。
? 利用遗传工程等先进技术，人工选育和改良
菌种
? 采用发酵技术进行高等动动植物细胞培养
? 固定化技术广泛应用
? 开发和采用大型节能高效的发酵装置，自动
控制将成为发酵生产控制的主要手段
? 应用代谢控制技术，发酵生产氨基酸
? 将生物技术理广泛地用于环境工程
国际发酵工程研究方向
90
三, 发酵工程简介
发
酵
工
程
简
介
应用发酵工程的生产实例
发酵工程的概
念和内容
发酵工程
的应用
菌种的选育
培养基的配制
灭菌
扩大培养和接种
发酵过程和分离提纯
谷氨酸的微生物发酵法生产
在医药工业上的应用
在食品工业上的应用
生产传统发酵产品, 如啤酒, 食醋等
生产食品添加剂, 如 L-苹果酸
解决粮食短缺问题
