第
五
章
发
酵
工
程
教学重点、难点、学时
一、概述
二、发酵工程的内容
（一）发酵类型
（二）发酵方法
（三）发酵过程
（四）发酵工业及其发展趋势
三、发酵工程在环境方面的应用
1,要点
发酵的含义和历史、发酵工程的内容、优良菌种的选
育、发酵过程及其测量、发酵生物反应器、代谢控制发酵、
发酵过程优化及控制、固态发酵及固体废弃物处理、下游
处理、发酵与产物分离偶联技术。
2、重点
发酵的含义、发酵工程的内容、菌种分离、筛选的原
则与步骤、发酵动力学、发酵生物反应器、发酵过程模型、
发酵过程控制、固态发酵及固体废弃物处理、下游处理
3、学时
5学时
教
学
要
点
、
重
点
、
学
时
一
、
概
述
（一）发酵工程相关名词
1,发酵：借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活
动来制备微生物菌体或直接产生代谢产物或次级代谢产物
的过程。现已扩展到培养生物细胞来制得产物的所有过程。
2、发酵工程：也叫微生物工程,现代的发酵工程，
就是采用现代工程技术手段，利用生物，主要是微生物的
某些生理功能，为人类生产有用的生物产品，或者直接利
用微生物参与控制某些工业生产过程的一种新技术。
3,发酵工业：就是利用生物的生命活动产生的酶，
对无机或有机原料进行加工（生化反应），获得产品的工
业，它既包括传统发酵，也包括现代发酵。
4、初级代谢产物：在微生物对数生长期所产生的产物，
如氨基酸、核苷酸、核酸、糖类等，是菌体生长繁殖所必
需的。
5、次级代谢产物：在菌体生长静止期，某些菌体能全成
在生长期中不能合成的、具有一些特定功能的产物，如抗
生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等，它们与菌体
生长繁殖无明显关系。
6、微生物转化：就是利用微生物细胞的一种或多种酶，
把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物。
7、自然选育：不经人工诱变，利用微生物的自然突变进
行菌种选育的过程 。
一
、
概
述
8、诱变育种：是人为地利用物理、化学等因素，使诱变
的细胞内遗传物质染色全或 DNA的片段发生缺失、易位、
倒位、重复等畸变，或 DNA的某一部位发生改变（又称点
突变），从而使微生物的遗传物质 DNA或 RNA的化学结构发
生变化，引起微生物的遗传变异。
9、前突变：诱变剂所造成的 DNA分子的某一位置的结构改
变，它可以通过 DNA复制而成为真正的突变，也可以经过
修复重新回到原来的结构，即不发生突变。
10、损伤,DNA序列可修复的变化。
11、突变：是可以通过复制而遗传给子代的永久性 DNA序
列变化。
一
、
概
述
12、分批发酵：在灭菌的培养基上接种相应的微生物，然
后不再加入新的培养基，经过若干时间发酵后再将发酵液
一次放出。
13、连续发酵：是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培
养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的
液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长。
14、补料分批发酵：又称半连续发酵，是介于分批发酵和
连续发酵之间的一种发酵技术，是指微生物分批发酵中，
以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术。
15、分解代谢：又称异化作用，是指由复杂的营养物质分
解成简单化合物的过程。
一
、
概
述
16、合成代谢：又称同化作用，是指由简单化合物合成复
杂的细胞物质的过程。
17、代谢控制发酵：是利用遗传学的方法或其他生物化学
方法，人为地在 DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，
使有用目的产物大量生成和积累的发酵。
18、代谢工程：是指利用基因重组技术有目的地对细胞代
谢途径进行修饰、改造，改变细胞特性，并与细胞基因调
控、代谢调控及生化工程相结合，为实现构建新的代谢途
径，生产特定目的产物而发愜起来的一个新的学科领域。
一
、
概
述
19、代谢网络：分解代谢途径、合成代谢途径和膜输送体
系的有序组合构成代谢网络。
20、堆肥：是依靠自然界广泛分布的细菌、真菌等微生物，
有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化
的生物化学过程。
21、膜生物反应器：利用膜的阴留性能将生物催化剂限制
在膜组件的固定空间，供给所需的底物和营养物，即可在
固定空间内进行生物反应，而产生的产物造成真空膜，进
入膜的另一侧空间，脱离生物催化剂，达到了生物反应与
产物分离同时进行的目的。
一
、
概
述
22、结构模型：深入细胞内部，研究其基因结构、表型、
调控机制及其对代谢途径中各步反应的影响，得出的动力
学模型。
23、非结构模型：把细胞看成一个均匀分布的物体，不管
微观反应机制，只考虑各个宏观变量之间的关系，得出的
动力学模型。
一
、
概
述
（二）发酵工业的发展历史
大规模利用微生物的工业是在 20世纪 20年代才真正开
始的。当时主要是以酒精发酵、甘油发酵和丙醇发酵等为
主。 20世纪 40年代，弗莱明发现了青霉素，开始采用深层
发酵法大量生产。此后，链霉素等几十种重要的抗菌素相
继问世，带动了抗菌素工业的诞生。发酵工业由无氧条件
下的发酵发展到了有氧发酵。
长期以来，几乎都是以碳水化合物作为发酵的原料，
而到 60年代增加了正烷烃、醋酸、醇类和天然气等。发酵
的原料从依赖于农产品的状态转为从石油等矿产资源中寻
找，从而实现了发酵原料的重大转变。
一
、
概
述
70年代，基因重组技术、细胞融合等生物工程技术的
飞速发展，为人类定向培育微生物开辟了新途径，微生物
工程应运而生。通过 DNA的组装或细胞工程手段，能按照
人类设计的蓝图创造出新的, 工程菌, 和超级菌，然后通
过微生物的发酵生产出对人有益的物质产品。
传统的发酵技术，与现代生物工程中的基因工程、细
胞工程、蛋白质工程和酶工程等相结合，使发酵工业进入
到微生物工程的阶段。微生物工程包括菌种选育、菌体生
产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
一
、
概
述
归纳起来其发展如下,p206
天然发酵时代 → 纯培养技术 → 通气搅拌技术 →
代谢控制发酵技术 → 发酵原料的转变 → 现代生物
技术
一
、
概
述
（三）实例,国内最大的 VB2糖化发酵工程投产
中创网信息：近日，全国最大的维生素 B2糖化发酵
工程竣工，并在湖北省武穴市广济药业公司正式投产。
据悉，广济药业为应对入世的挑战，先后投资 1.8亿
元自主开发了大米替代糖蜜生产维生素 B2技术，首开维生
素 B2发酵新技术的先河，既解决了糖蜜原料供应的难题，
降低了生产成本，又扩大了维生素 B2生产规模，使维生素
B2生产规模由原来的年产 300吨，提高到现在的 2000吨，
同时也为解决粮食加工转化难找到了一条出路。据测算，
这一工程的使用，每年至少可消化稻谷 5000万吨。
一
、
概
述
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
（一）发酵类型
标准：产品的类型
1、微生物菌体发酵：获得具有某种用途的菌体的为目的
的发酵。
2、微生物酶发酵：第 2章已讲
3、微生物代谢产物发酵：初级代谢产物、次级代谢产物
注：初级代谢产物与次级代谢产物的关系 --p175
4,微生物转化发酵：维生素 C两步发酵法；最突出：甾
类转化
5、生物工程细胞的发酵（现代发酵）
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
（二）发酵方法
培养方式：表面培养、深层培养
培养基形态：固体发酵、液体发酵
1、表面培养法：是将微生物在基质表面上进行培养
的方法。 优缺点
2、深层培养：是以微生物细胞生长于液体培养基深
层（好氧或厌氧）中进行培养的方法。 优缺点
（三）发酵过程
具体过程：菌体（或生物细胞） → 种子制备 → 发酵
→ 发酵液预处理 → 提取精制 → 成品检测 → 成品包装
1、菌种－优良菌种的选育
（ 1）目的 ① 提高其生产能力
② 选育能适应工艺条件的菌种
（ 2）微生物分离及筛选步骤,p180图 5－ 4
① 采样：土壤是微生物聚集的最主要场所，水
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
②选育
a 自然选育
b 诱变育种
诱变育种 方案设计：制定筛选目标 → 制定
方案（诱变过程 p190,筛选过程 p192)
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
诱变剂 接触 DNA分子前：使基因处理转录状态；
烷化剂
DNA损伤 的修复,p187
光修复、切补修复－－复制前修复：校正差
错,不利于突变的发生 ；
重组修复 (复制后修复）, SOS修复（复制前
修复）：引起差错,利于突变
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
从突变 到突变型：
分离性迟延：不纯（受抑制） → 纯（只
有突变型） → 表达
生理性迟延：纯合状态时，不一定出现突变
表型 → 出现表型
稀释
分离二
、
发
酵
工
程
的
内
容
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
2、发酵
（ 1）发酵生物反应器
① 类型 p203,搅拌式生物反应器,鼓泡式反应器、
气升式反应器
② 优点：染菌率极低、发酵设备大型化、利用生物
技术提高了产量和降低了成本、提高了产品的回收率和
质量
③ 要求：内壁与管道焊接部位都要求平整光滑、无
裂缝、无塌陷，便于测量器内的温度,pH值和氧气含量
（ 2）发酵方式
① 分批发酵：间断进行
② 补料分批发酵：延长微生物对数期与静止期的持
续时间,增加生物量的积累和静止期细胞代谢产物的积
累。分单一补料分批发酵和重复补料分批发酵。
优点：解除抑制、提高产物的转化率，不易产生菌
种老化和变异问题
缺点：何时、何物难以确定
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
③ 连续发酵
控制方式：恒浊法（恒定的菌体浓度）、恒化法
（恒定的必需营养）
优点：稳定、自动化、利用率高、持续性好、体积
小、探头长寿、发酵产率高
缺点：成本高、杂菌污染、微生物易变异、粘性丝
状菌易结团、保持无菌难
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
（ 3）发酵动力学
研究方法 p195,宏观处理法、质量平衡法
宏观处理法：结构模型与非结构模型 p212
结构模型建立时应有三方面的内容（研究较少）,
对有关生物相的相关组分建立质量平衡方程
对有关生物相的生化反应建立相关的动力学方程
建立单体平衡及必要的热力学约束条件
非结构模型（研究较多）：微生物生长模型、产物生
成模型、基质消耗模型
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
① 微生物生长动力学
a,Monod方程
微生物生长分 6个典型时期,延迟期、加速期、减速
期、停滞期 和死亡期
对数期,p195 式（ 5－ 1）,p196式 (5-2)
比较,p24的米门方程
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
b, 其他生长动力学方程
双基质限制生长动力学 p197式（ 5－ 3）
基质抑制生长动力学 p197式（ 5－ 4）
产物抑制生长动力学 p197式（ 5－ 5,6,7）
contois方程：菌体浓度较高，发酵液黏度较大，
特别是丝状菌生长的情况 p198式（ 5－ 8）
C, 细胞死亡动力学
p198式（ 5－ 9）
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
② 产物形成动力学
a,L-P模型：
p198式（ 5－ 10）
b,菌龄模型
p199式（ 5－ 11,12）
c,生化模型
1） 基质抑制模型,p199式（ 5－ 13）
2） 氧限制模型,p199式（ 5－ 14）
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
(4)发酵过程的控制与优化
① 代谢控制发酵
a,概述
代谢网络：中心代谢、收敛途径、发散途径
基础：微生物的遗传物质；
原因：微生物存在的环境条件。
代谢流：处于一定环境条件下的微生物培养物中，参与
代谢的物质在代谢网络中按一定规律流动，形成微生物的
代谢流，具有方向性、连续性、在序性、可调性等流体流
动的一些基本属性。
载流途径：在一定的生理状态下，碳架物在微生物的代
谢网络中流经的主要途径。
代谢工程：见前面。
微生物的调节控制主要靠 两个主要因素, 酶的活性和酶
量,也即反馈抑制和反馈阻遏。
酶的生物合成受基因和代谢物的双重调控。
关键酶：与代谢调节关系密切的酶，如变构酶、同功酶、
多功能酶，是参与代谢调节的酶的总称，对代谢流的质和
量都起着制约作用。
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
b,设计
1） 改变代谢流
直接方法：加快速度限制反应（增加酶量）、改变分支
代谢途径流向（改变活力）、构建代谢旁路（抑制有毒产
物的产生）
间接方法：改变能量代谢途径
2） 扩展代谢途径
3） 转移或构建新的代谢途径
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
② 自动化控制
如图 5－ 23
三方面内容：目标或目的、控制动作、模型
（ 5）发酵与产物分离偶联技术
①作用：提高发酵产量和生产效率、回收产物以简化
生产过程。
②按连接方式分类：原位偶联、异位偶联
③应用：真空发酵、气提发酵、吸附发酵、膜分离发
酵 (优缺点）, 萃取发酵
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
（ 6）检测
①参数：物理、化学、生物学
②检测仪器：发酵传感器
a,要求：共 10个（ p201)
b,分类
测量方式：离线、在线、原位
测量原理：力敏、热敏、光敏、磁敏、电化学传感
器
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
c,主要在线传感器,pH,溶解氧、氧化还原电位、
溶解二氧化碳
③其他检测技术：生物量分析、尾气分析、发酵液成分
分析
3,下游处理（ p218)
（ 1）发酵液预处理
（ 2）固液分离
(3)提取
（ 4） 精制
（ 5）成器加工
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
（四）发酵工业及其发展趋势
1、微生物资源的进一步开发和利用
2、现代生物技术所发酵工业推向新水平
三、发酵工程在环境方面的应用
堆肥、填埋、废水处理
五
章
发
酵
工
程
教学重点、难点、学时
一、概述
二、发酵工程的内容
（一）发酵类型
（二）发酵方法
（三）发酵过程
（四）发酵工业及其发展趋势
三、发酵工程在环境方面的应用
1,要点
发酵的含义和历史、发酵工程的内容、优良菌种的选
育、发酵过程及其测量、发酵生物反应器、代谢控制发酵、
发酵过程优化及控制、固态发酵及固体废弃物处理、下游
处理、发酵与产物分离偶联技术。
2、重点
发酵的含义、发酵工程的内容、菌种分离、筛选的原
则与步骤、发酵动力学、发酵生物反应器、发酵过程模型、
发酵过程控制、固态发酵及固体废弃物处理、下游处理
3、学时
5学时
教
学
要
点
、
重
点
、
学
时
一
、
概
述
（一）发酵工程相关名词
1,发酵：借助微生物在有氧或无氧条件下的生命活
动来制备微生物菌体或直接产生代谢产物或次级代谢产物
的过程。现已扩展到培养生物细胞来制得产物的所有过程。
2、发酵工程：也叫微生物工程,现代的发酵工程，
就是采用现代工程技术手段，利用生物，主要是微生物的
某些生理功能，为人类生产有用的生物产品，或者直接利
用微生物参与控制某些工业生产过程的一种新技术。
3,发酵工业：就是利用生物的生命活动产生的酶，
对无机或有机原料进行加工（生化反应），获得产品的工
业，它既包括传统发酵，也包括现代发酵。
4、初级代谢产物：在微生物对数生长期所产生的产物，
如氨基酸、核苷酸、核酸、糖类等，是菌体生长繁殖所必
需的。
5、次级代谢产物：在菌体生长静止期，某些菌体能全成
在生长期中不能合成的、具有一些特定功能的产物，如抗
生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等，它们与菌体
生长繁殖无明显关系。
6、微生物转化：就是利用微生物细胞的一种或多种酶，
把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物。
7、自然选育：不经人工诱变，利用微生物的自然突变进
行菌种选育的过程 。
一
、
概
述
8、诱变育种：是人为地利用物理、化学等因素，使诱变
的细胞内遗传物质染色全或 DNA的片段发生缺失、易位、
倒位、重复等畸变，或 DNA的某一部位发生改变（又称点
突变），从而使微生物的遗传物质 DNA或 RNA的化学结构发
生变化，引起微生物的遗传变异。
9、前突变：诱变剂所造成的 DNA分子的某一位置的结构改
变，它可以通过 DNA复制而成为真正的突变，也可以经过
修复重新回到原来的结构，即不发生突变。
10、损伤,DNA序列可修复的变化。
11、突变：是可以通过复制而遗传给子代的永久性 DNA序
列变化。
一
、
概
述
12、分批发酵：在灭菌的培养基上接种相应的微生物，然
后不再加入新的培养基，经过若干时间发酵后再将发酵液
一次放出。
13、连续发酵：是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培
养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的
液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长。
14、补料分批发酵：又称半连续发酵，是介于分批发酵和
连续发酵之间的一种发酵技术，是指微生物分批发酵中，
以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术。
15、分解代谢：又称异化作用，是指由复杂的营养物质分
解成简单化合物的过程。
一
、
概
述
16、合成代谢：又称同化作用，是指由简单化合物合成复
杂的细胞物质的过程。
17、代谢控制发酵：是利用遗传学的方法或其他生物化学
方法，人为地在 DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，
使有用目的产物大量生成和积累的发酵。
18、代谢工程：是指利用基因重组技术有目的地对细胞代
谢途径进行修饰、改造，改变细胞特性，并与细胞基因调
控、代谢调控及生化工程相结合，为实现构建新的代谢途
径，生产特定目的产物而发愜起来的一个新的学科领域。
一
、
概
述
19、代谢网络：分解代谢途径、合成代谢途径和膜输送体
系的有序组合构成代谢网络。
20、堆肥：是依靠自然界广泛分布的细菌、真菌等微生物，
有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化
的生物化学过程。
21、膜生物反应器：利用膜的阴留性能将生物催化剂限制
在膜组件的固定空间，供给所需的底物和营养物，即可在
固定空间内进行生物反应，而产生的产物造成真空膜，进
入膜的另一侧空间，脱离生物催化剂，达到了生物反应与
产物分离同时进行的目的。
一
、
概
述
22、结构模型：深入细胞内部，研究其基因结构、表型、
调控机制及其对代谢途径中各步反应的影响，得出的动力
学模型。
23、非结构模型：把细胞看成一个均匀分布的物体，不管
微观反应机制，只考虑各个宏观变量之间的关系，得出的
动力学模型。
一
、
概
述
（二）发酵工业的发展历史
大规模利用微生物的工业是在 20世纪 20年代才真正开
始的。当时主要是以酒精发酵、甘油发酵和丙醇发酵等为
主。 20世纪 40年代，弗莱明发现了青霉素，开始采用深层
发酵法大量生产。此后，链霉素等几十种重要的抗菌素相
继问世，带动了抗菌素工业的诞生。发酵工业由无氧条件
下的发酵发展到了有氧发酵。
长期以来，几乎都是以碳水化合物作为发酵的原料，
而到 60年代增加了正烷烃、醋酸、醇类和天然气等。发酵
的原料从依赖于农产品的状态转为从石油等矿产资源中寻
找，从而实现了发酵原料的重大转变。
一
、
概
述
70年代，基因重组技术、细胞融合等生物工程技术的
飞速发展，为人类定向培育微生物开辟了新途径，微生物
工程应运而生。通过 DNA的组装或细胞工程手段，能按照
人类设计的蓝图创造出新的, 工程菌, 和超级菌，然后通
过微生物的发酵生产出对人有益的物质产品。
传统的发酵技术，与现代生物工程中的基因工程、细
胞工程、蛋白质工程和酶工程等相结合，使发酵工业进入
到微生物工程的阶段。微生物工程包括菌种选育、菌体生
产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
一
、
概
述
归纳起来其发展如下,p206
天然发酵时代 → 纯培养技术 → 通气搅拌技术 →
代谢控制发酵技术 → 发酵原料的转变 → 现代生物
技术
一
、
概
述
（三）实例,国内最大的 VB2糖化发酵工程投产
中创网信息：近日，全国最大的维生素 B2糖化发酵
工程竣工，并在湖北省武穴市广济药业公司正式投产。
据悉，广济药业为应对入世的挑战，先后投资 1.8亿
元自主开发了大米替代糖蜜生产维生素 B2技术，首开维生
素 B2发酵新技术的先河，既解决了糖蜜原料供应的难题，
降低了生产成本，又扩大了维生素 B2生产规模，使维生素
B2生产规模由原来的年产 300吨，提高到现在的 2000吨，
同时也为解决粮食加工转化难找到了一条出路。据测算，
这一工程的使用，每年至少可消化稻谷 5000万吨。
一
、
概
述
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
（一）发酵类型
标准：产品的类型
1、微生物菌体发酵：获得具有某种用途的菌体的为目的
的发酵。
2、微生物酶发酵：第 2章已讲
3、微生物代谢产物发酵：初级代谢产物、次级代谢产物
注：初级代谢产物与次级代谢产物的关系 --p175
4,微生物转化发酵：维生素 C两步发酵法；最突出：甾
类转化
5、生物工程细胞的发酵（现代发酵）
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
（二）发酵方法
培养方式：表面培养、深层培养
培养基形态：固体发酵、液体发酵
1、表面培养法：是将微生物在基质表面上进行培养
的方法。 优缺点
2、深层培养：是以微生物细胞生长于液体培养基深
层（好氧或厌氧）中进行培养的方法。 优缺点
（三）发酵过程
具体过程：菌体（或生物细胞） → 种子制备 → 发酵
→ 发酵液预处理 → 提取精制 → 成品检测 → 成品包装
1、菌种－优良菌种的选育
（ 1）目的 ① 提高其生产能力
② 选育能适应工艺条件的菌种
（ 2）微生物分离及筛选步骤,p180图 5－ 4
① 采样：土壤是微生物聚集的最主要场所，水
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
②选育
a 自然选育
b 诱变育种
诱变育种 方案设计：制定筛选目标 → 制定
方案（诱变过程 p190,筛选过程 p192)
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
诱变剂 接触 DNA分子前：使基因处理转录状态；
烷化剂
DNA损伤 的修复,p187
光修复、切补修复－－复制前修复：校正差
错,不利于突变的发生 ；
重组修复 (复制后修复）, SOS修复（复制前
修复）：引起差错,利于突变
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
从突变 到突变型：
分离性迟延：不纯（受抑制） → 纯（只
有突变型） → 表达
生理性迟延：纯合状态时，不一定出现突变
表型 → 出现表型
稀释
分离二
、
发
酵
工
程
的
内
容
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
2、发酵
（ 1）发酵生物反应器
① 类型 p203,搅拌式生物反应器,鼓泡式反应器、
气升式反应器
② 优点：染菌率极低、发酵设备大型化、利用生物
技术提高了产量和降低了成本、提高了产品的回收率和
质量
③ 要求：内壁与管道焊接部位都要求平整光滑、无
裂缝、无塌陷，便于测量器内的温度,pH值和氧气含量
（ 2）发酵方式
① 分批发酵：间断进行
② 补料分批发酵：延长微生物对数期与静止期的持
续时间,增加生物量的积累和静止期细胞代谢产物的积
累。分单一补料分批发酵和重复补料分批发酵。
优点：解除抑制、提高产物的转化率，不易产生菌
种老化和变异问题
缺点：何时、何物难以确定
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
③ 连续发酵
控制方式：恒浊法（恒定的菌体浓度）、恒化法
（恒定的必需营养）
优点：稳定、自动化、利用率高、持续性好、体积
小、探头长寿、发酵产率高
缺点：成本高、杂菌污染、微生物易变异、粘性丝
状菌易结团、保持无菌难
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
（ 3）发酵动力学
研究方法 p195,宏观处理法、质量平衡法
宏观处理法：结构模型与非结构模型 p212
结构模型建立时应有三方面的内容（研究较少）,
对有关生物相的相关组分建立质量平衡方程
对有关生物相的生化反应建立相关的动力学方程
建立单体平衡及必要的热力学约束条件
非结构模型（研究较多）：微生物生长模型、产物生
成模型、基质消耗模型
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
① 微生物生长动力学
a,Monod方程
微生物生长分 6个典型时期,延迟期、加速期、减速
期、停滞期 和死亡期
对数期,p195 式（ 5－ 1）,p196式 (5-2)
比较,p24的米门方程
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
b, 其他生长动力学方程
双基质限制生长动力学 p197式（ 5－ 3）
基质抑制生长动力学 p197式（ 5－ 4）
产物抑制生长动力学 p197式（ 5－ 5,6,7）
contois方程：菌体浓度较高，发酵液黏度较大，
特别是丝状菌生长的情况 p198式（ 5－ 8）
C, 细胞死亡动力学
p198式（ 5－ 9）
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
② 产物形成动力学
a,L-P模型：
p198式（ 5－ 10）
b,菌龄模型
p199式（ 5－ 11,12）
c,生化模型
1） 基质抑制模型,p199式（ 5－ 13）
2） 氧限制模型,p199式（ 5－ 14）
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
(4)发酵过程的控制与优化
① 代谢控制发酵
a,概述
代谢网络：中心代谢、收敛途径、发散途径
基础：微生物的遗传物质；
原因：微生物存在的环境条件。
代谢流：处于一定环境条件下的微生物培养物中，参与
代谢的物质在代谢网络中按一定规律流动，形成微生物的
代谢流，具有方向性、连续性、在序性、可调性等流体流
动的一些基本属性。
载流途径：在一定的生理状态下，碳架物在微生物的代
谢网络中流经的主要途径。
代谢工程：见前面。
微生物的调节控制主要靠 两个主要因素, 酶的活性和酶
量,也即反馈抑制和反馈阻遏。
酶的生物合成受基因和代谢物的双重调控。
关键酶：与代谢调节关系密切的酶，如变构酶、同功酶、
多功能酶，是参与代谢调节的酶的总称，对代谢流的质和
量都起着制约作用。
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
b,设计
1） 改变代谢流
直接方法：加快速度限制反应（增加酶量）、改变分支
代谢途径流向（改变活力）、构建代谢旁路（抑制有毒产
物的产生）
间接方法：改变能量代谢途径
2） 扩展代谢途径
3） 转移或构建新的代谢途径
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
② 自动化控制
如图 5－ 23
三方面内容：目标或目的、控制动作、模型
（ 5）发酵与产物分离偶联技术
①作用：提高发酵产量和生产效率、回收产物以简化
生产过程。
②按连接方式分类：原位偶联、异位偶联
③应用：真空发酵、气提发酵、吸附发酵、膜分离发
酵 (优缺点）, 萃取发酵
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
（ 6）检测
①参数：物理、化学、生物学
②检测仪器：发酵传感器
a,要求：共 10个（ p201)
b,分类
测量方式：离线、在线、原位
测量原理：力敏、热敏、光敏、磁敏、电化学传感
器
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
c,主要在线传感器,pH,溶解氧、氧化还原电位、
溶解二氧化碳
③其他检测技术：生物量分析、尾气分析、发酵液成分
分析
3,下游处理（ p218)
（ 1）发酵液预处理
（ 2）固液分离
(3)提取
（ 4） 精制
（ 5）成器加工
二
、
发
酵
工
程
的
内
容
（四）发酵工业及其发展趋势
1、微生物资源的进一步开发和利用
2、现代生物技术所发酵工业推向新水平
三、发酵工程在环境方面的应用
堆肥、填埋、废水处理
