1
韩 北 忠
中国农业大学 食品学院
Han Bei-zhong,Prof,PhD
College of Food Science & Nutritional Engineering
China Agricultural University
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
2
发 酵 工 程
? 发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料、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物学、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、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗
等多种医疗保健药物,生产天然杀虫剂、细菌肥料和
微生物除草剂等农用生产资料,在化学工业上生产氨
基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋
白等。
3
FERMENTATION
Process Control
Fermentation engineering
上游工程
UPSTREAM
PROCESSES
下游工程
DOWNSTREAM
PROCESSES
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
4
UPSTREAM PROCESSES
- genetics,cell …
- inoculum development
- media formulation
- sterilization
- inoculation
FERMENTATION
Process Control
上游工程
Fermentation engineering
5
DOWNSTREAM PROCESSES
- product extraction,purification
& assay
- waste treatment
-by product recovery FERMENTATION Process Control
下游工程
The ratio of recovery to fermentation costs for
L-asparaginase,3.0 ethanol,0.16
Fermentation engineering
6
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。
7
(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。
8
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。
9
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
10
Use of Microorganisms
? Positive( 益处)
– Biomass
– Production
– Conversion
? Negative( 危害)
– Pathogens
– Spoilage
11
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
12
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。
13
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。
14
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。
15
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。
16
? 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
2.获得发酵产品的条件
17
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。
18
? 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。
19
History of applied microbiology
? Ancient times
– food preservation (vinegar,cheese)
– flavour (bread,soy sauce)
– brewing (beer,wine)
? 1861 Louis Pasteur
– first phase industrial biotechnology
? 1940 penicillin (Fleming)
– antibiotic industry
– production of fine chemicals
20
History of applied microbiology
? 1973 rec DNA technology (Boyer & Cohen)
? 1982 rec human insulin( 胰岛素)
– post recombinant DNA area
? since 1982 rec therapeutic agents( 治疗剂)
? 1990 rec bakers yeast
? 1992 rec chymosine ( 凝乳酶) (from yeast)
21
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。
28
发酵工业简介
? 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 … )
Fermentation Industry
? Fermented Foods
? Organic Acids
? Amino Acids
? Nucleotides
? Enzymes
? Pharmaceutical (Antibiotics…)
? Feedstuff (eg,SCP)
? Environmental Application
(Waste Treatment)
? Others (eg,Metallurgical
industry)
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。
六、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
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。
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
般先用克氏瓶或匣子瓶进行扩大,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,在摇庆上振荡培养。
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。
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。
七、发酵工业的意义与展望
? 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
韩 北 忠
中国农业大学 食品学院
Han Bei-zhong,Prof,PhD
College of Food Science & Nutritional Engineering
China Agricultural University
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
2
发 酵 工 程
? 发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料、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物学、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、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗
等多种医疗保健药物,生产天然杀虫剂、细菌肥料和
微生物除草剂等农用生产资料,在化学工业上生产氨
基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素和单细胞蛋
白等。
3
FERMENTATION
Process Control
Fermentation engineering
上游工程
UPSTREAM
PROCESSES
下游工程
DOWNSTREAM
PROCESSES
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
4
UPSTREAM PROCESSES
- genetics,cell …
- inoculum development
- media formulation
- sterilization
- inoculation
FERMENTATION
Process Control
上游工程
Fermentation engineering
5
DOWNSTREAM PROCESSES
- product extraction,purification
& assay
- waste treatment
-by product recovery FERMENTATION Process Control
下游工程
The ratio of recovery to fermentation costs for
L-asparaginase,3.0 ethanol,0.16
Fermentation engineering
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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。
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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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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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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
10
Use of Microorganisms
? Positive( 益处)
– Biomass
– Production
– Conversion
? Negative( 危害)
– Pathogens
– Spoilage
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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。
13
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。
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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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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。
16
? 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
2.获得发酵产品的条件
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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,
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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History of applied microbiology
? Ancient times
– food preservation (vinegar,cheese)
– flavour (bread,soy sauce)
– brewing (beer,wine)
? 1861 Louis Pasteur
– first phase industrial biotechnology
? 1940 penicillin (Fleming)
– antibiotic industry
– production of fine chemicals
20
History of applied microbiology
? 1973 rec DNA technology (Boyer & Cohen)
? 1982 rec human insulin( 胰岛素)
– post recombinant DNA area
? since 1982 rec therapeutic agents( 治疗剂)
? 1990 rec bakers yeast
? 1992 rec chymosine ( 凝乳酶) (from yeast)
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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。
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发酵工业简介
? 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 … )
Fermentation Industry
? Fermented Foods
? Organic Acids
? Amino Acids
? Nucleotides
? Enzymes
? Pharmaceutical (Antibiotics…)
? Feedstuff (eg,SCP)
? Environmental Application
(Waste Treatment)
? Others (eg,Metallurgical
industry)
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。
六、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
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。
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
般先用克氏瓶或匣子瓶进行扩大,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,在摇庆上振荡培养。
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。
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。
七、发酵工业的意义与展望
? 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