发酵工艺学山东师范大学

赵蕾山东师范大学生命科学学院Zhaolei,

PhD

CollegeofLifeScienceShandongNormalUniversityE-mail:zhaolei@

发酵工程

FermentationEngineering

1发酵工程（fermentationengineering）

直接利用微生物的机能将物料加工以提供产品的过程，又称微生物工程。

在最适发酵条件下，大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。2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…）

FermentationIndustry

FermentedFoodsOrganicAcidsAminoAcidsNucleotidesEnzymesPharmaceutical(Antibiotics…)Feedstuff(eg.SCP)EnvironmentalApplication(WasteTreatment)Others(eg.Metallurgicalindustry)3为什么要利用微生物？抗生素、氨基酸、酶制剂等产品为什么能通过微生物发酵来生产？这与微生物的生长和代谢特点有什么关系？1、某些微生物因争夺生存环境或营养物，会产生抗生素将其他种类的微生物杀死。2、微生物会产生蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶，将营养物质水解成可吸收的小分子的多肽或氨基酸、葡萄糖。3、微生物细胞会通过合成或分解代谢生产它必需的一些物质，包括氨基酸、核苷酸等。4为什么要利用微生物？微生物繁殖非常迅速微生物培养易于控制微生物本身也容易改造5FERMENTATIONProcessControlFermentationengineering上游工程UPSTREAMPROCESSES下游工程DOWNSTREAMPROCESSES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6UPSTREAMPROCESSES-genetics,cell…-inoculumdevelopmentmediaformulationsterilization-inoculationFERMENTATIONProcessControl上游工程Fermentationengineering7DOWNSTREAMPROCESSES-productextraction,purification&assay-wastetreatmentbyproductrecoveryFERMENTATIONProcessControl下游工程Fermentationengineering8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和设备获得发酵产品的条件9UseofMicroorganismsPositive（益处）BiomassProductionConversionNegative（危害）PathogensSpoilage10发酵的的定义义传统发发酵生化和和生理理学意意义的的发酵酵工业上上的发发酵11传统发发酵最初发发酵是是用来来描述述酵母母菌作作用于于果汁汁或麦麦芽汁汁产生生气泡泡的现现象，，或者者是指指酒的的生产产过程程。Fermentation最初来来自拉拉丁语语“发发泡””（fervere）1213生化和和生理理学意意义的的发酵酵指微生生物在在无氧氧条件件下，，分解解各种种有机机物质质产生生能量量的一一种方方式。。如葡萄萄糖在在无氧氧条件件下被被微生生物利利用产产生酒酒精并并放出出CO2。14工业上上的发发酵泛指利利用微微生物物生产产某些些产品品的过过程。。包括：：1.厌厌氧氧培养养的生生产过过程，，如酒酒精，，乳酸酸等。。2.通通气气（有有氧））培养养的生生产过过程，，如抗抗生素素、氨氨基酸酸、酶酶制剂剂等。。15一、发发酵工工业简简史时间发发酵阶阶段主主要产产品主主要要技术术-1900天天然然发酵酵酒酒醋醋干干酪酵酵母母天天然分分批1905-纯纯培培养酒酒精精丙丙酮丁丁醇密密闭纯纯培养养1940-通通气气搅拌拌抗抗生素素有有机酸酸通通气搅搅拌酶维维生生素分分批或或连续续1957-代代谢谢控制制氨氨基酸酸核核苷酸酸选选育缺缺陷菌菌株1960-开开拓拓原料料单单细细胞蛋蛋白连连续续发酵酵1979-基基因因工程程菌胰胰岛素素干干扰素素DNA重组纯培养养:第第一个个转折折点通通气搅搅拌:第二二个转转折点点代谢控控制：：第三三个转转折点点基基因工工程菌菌：第第四个个转折折点16HistoryofappliedmicrobiologyAncienttimesflavour(bread,soysauce)brewing(beer,wine)1861LouisPasteurfirstphaseindustrialbiotechnology1940penicillin(Fleming)antibioticindustryproductionoffinechemicals17原始发发展阶阶段（发酵酵技术术开始始于家家庭小小制作作，技技术进进步缓缓慢，，完全是经经验式式的，，并不不知道道其中中的原原理。。）传统发酵酵工业阶阶段（人们开开始了解解发酵现现象的本本质，采采用开放放式的发酵方方式，生生产过程程及设备备较为简简单，规规模一般般不大。）现代发酵酵工业阶阶段（技术要要求高、、发展速速度快；；生产规规模大；；菌种生产能能力大幅幅度提高高，新产产品、新新技术、、新设备备的应用用达到前前所未有的的程度。。）生物技术术产业阶阶段（利用构构建的基基因工程程菌生产产。）18二、生物物反应的的过程cellenzymebiocatalystmonitorsterlizedairproductbioreactorbyproductresiduesterilizingmediumextract19空气空气净化化处理保藏菌种种斜面活化化扩大培养养种子罐主发酵碳源、氮氮源、无无机盐等等营养物物质灭菌产物分离离纯化成品2021菌种筛选选摇瓶试验验发酵罐试试验22发酵工程程的概念念和内容容菌种选育育自然界筛筛选、诱诱变育种种、基因因工程、、细胞工工程培养基配配制根据培养养基的配配制原则则制备，，实践中中需多次次试验配配方灭菌杀灭杂菌菌扩大培养养和接种种发酵过程程（中心心阶段））检测进程程，满足足营养需需要；严严格控制制温度、、pH、溶氧、转转速等分离纯化化菌体体：过滤滤、沉淀淀代谢产物物：蒸馏馏、萃取取、离子子交换23四部分组组成菌种选育育及扩大大培养原料预处处理及培培养基的的制备发酵设备备及反应应条件的的选择4.产品的分分离与纯纯化24三、微微生物工工业产品品的类型型微生物菌菌体的发发酵以获得具具有某种种用途的的菌体为为目的的的发酵工工业。2.微微生物酶酶发酵目前应用用的酶大大多来自自微生物物发酵。。253.微微生物代代谢产物物发酵(1)初初级代谢谢产物(primarymetabolite)菌体生长长繁殖所所必需的的，在对对数生长长期产生生的物质质，如氨氨基酸、、核苷酸酸、蛋白白质等。。(2)次次级代谢谢产物(secondarymetabolite)与菌体生生长繁殖殖无明显显关系，，是在菌菌体生长长的稳定定期（静静止期））合成的的具有特特定功能能的产物物。如抗抗生素、、生物碱碱、细菌菌毒素、、植物生生长因子子、色素素等。26初级代谢谢产物和和次级代代谢产物物的异同同274.微微生物的的生物转转化利用微生生物细胞胞的一种种或多种种酶，把把一种化化合物转转变成结结构相关关的更有有价值的的产物。。5.微微生物特特殊机能能的利用用利用微生生物消除除环境污污染、保保持生态态平衡等等。289、静夜四无无邻，荒居居旧业贫。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、雨中黄叶叶树，灯下下白头人。。。04:48:2104:48:2104:4812/29/20224:48:21AM11、以我独独沈久，，愧君相相见频。。。12月-2204:48:2104:48Dec-2229-Dec-2212、故故人人江江海海别别，，几几度度隔隔山山川川。。。。04:48:2104:48:2104:48Thursday,December29,202213、乍见翻疑疑梦，相悲悲各问年。。。12月-2212月-2204:48:2104:48:21December29,202214、他乡生白白发，旧国国见青山。。。29十二二月20224:48:21上上午04:48:2112月-2215、比不不了得得就不不比，，得不不到的的就不不要。。。。十二月月224:48上上午午12月月-2204:48December29,202216、行动出出成果，，工作出出财富。。。2022/12/294:48:2104:48:2129December202217、做前前，能能够环环视四四周；；做时时，你你只能能或者者最好好沿着着以脚脚为起起点的的射线线向前前。。。4:48:21上上午4:48上上午午04:48:2112月月-229、没有有失败败，只只有暂暂时停停止成成功！！。12月月-2212月月-22Thursday,December29,202210、很多事情情努力了未未必有结果果，但是不不努力却什什么改变也也没有。。。04:48:2104:48:2104:4812/29/20224:48:21AM11、成功就是是日复一日日那一点点点小小努力力的积累。。。12月-2204:48:2104:48Dec-2229-Dec-2212、世世间间成成事事，，不不求求其其绝绝对对圆圆满满，，留留一一份份不不足足，，可可得得无无限限完完美美。。。。04:48:2104:48:2104:48Thursday,December29,202213、不不知知香香积积寺寺，，数数里里入入云云峰峰。。。。12月月-2212月月-2204:48:2104:48:21December29,202214、意志志坚强强的人人能把把世界界放在在手中中像泥泥块一一样任任意揉揉捏。。29十十二二月20224:48:21上上午04:48:2112月月-2215、楚楚塞塞三三湘湘接接，，荆荆门门九九派派通通。。。。。十二二月月224:48上上午午12月月-2204:48December29,202216、少年十十五二十十时，步步行夺得得胡马骑骑。。2022/12/294:48:2104:48:2129December202217、空山新新雨后，，天气晚晚来秋。。。4:48:21上午午4:48上午午04:48:2112月-229、杨柳散和和风，青山山澹吾虑。。。12月-2212月-22Thursday,December29,202210、阅读一切切好书如同同和过去最最杰出的人人谈话。04:48:2104:48:2104:4812/29/20224:48:22AM11、越越是是没没有有本本领领的的就就越越加加自自命命不不凡凡。。12月月-2204:48:2204:48Dec-2229-Dec-2212、越越是是无无能能的的人人，，越越喜喜欢欢挑挑剔剔别别人人的的错错