发酵工程简介

学院：生工学院专业班级：生物工程092班姓名：XXX学号：XXXXXXX发酵工程简介一、 发酵工程的定义发酵工程(fermentationengineering｝，是指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。二、 发酵工程的发展1早期的发展早在数千年前，我国劳动人民就懂得酿酒、制酱油、酿醋等。酿酒工业是历史上最古老的微生物工业，但当时人们并不知道它与微生物的关系，也不清楚发酵的原因，只是靠口传身授，在实践中应用微生物。2近代的发展1667年，荷兰人列文霍克(AntonyVanLeowenhoek)发明了显微镜，揭开了微生物世界的秘密。1850-1880年法国巴斯德(LouisPasteur)通过实验发现了发酵原理，认识到发酵是由微生物的活动引起的。导致简便的密闭式发酵罐等技术设备。1929年，英国细菌学家傅莱明(Fleming)发现了青霉素。在20世纪40年代随着微生物遗传学、生物化学和分子生物学的发展，创立了好气性发酵通气搅拌工程技术。20世纪60年代遗传水平上控制生物代谢，建立起氨基酸、核苷酸微生物工业。日本于1956年用发酵法生产谷氨酸获得成功，氨基酸发酵工业采用了人工诱变育种与代谢控制发酵的新技术。随着微生物工业向大型发酵罐的连续化、自动化方向发展，以数学、动力学、化工原理等为基础，通过计算机实现发酵过程自动化控制的研究，使发酵过程的工艺控制更为合理，相应的新工艺、新设备也层出不穷。目前，发酵过程的基本参数，包括温度、pH值、罐压、溶解氧、氧化还原电位、通气流量、CO2含量等均可自动记录和控制。而微生物酶反应生物合成与化学合成工程技术的结合，为生物发酵的发展提供了更广阔的空间。三、发酵工程的过程1、菌种的选育自然选育，从大自然中选择优良的菌种。诱变育种：以诱发基因突变为基础的育种。杂交育种和分子育种，包括基因转移，基因重组等基因工程的方法选育菌种。2、 培养基的配制培养基（Medium）是供微生物、植物和动物组织生长和维持用的人工配制的养料，一般都含有碳水化合物、含氮物质、无机盐（包括微量元素）以及生长因子和水等。有的培养基还含有抗菌素和色素，用于单种微生物培养和鉴定。根据物理状态、组成成分、功能及用途的标准可以划分为不同的类型。根据所培养的菌种选择合适的营养成分、营养物质的浓度、适宜的物理化学条件的培养基。3、 灭菌是指用物理或化学的方法杀灭或去除物料或设备中所有生命物质的过程。常用的灭菌方法：干热灭菌、常压灭菌、过滤灭菌、射线灭菌、化学药物灭菌等。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;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。4、 扩大培养和接种即把保藏的菌种，接入试管斜面活化，在经过扁瓶或药瓶和种子罐，逐级扩大培养后达到一定的数量和质量的纯种培养过程。选取种菌进行下一步的发酵。过程中控制适合的条件包括温度、pH值、含氧量等。5、 发酵过程和产品的分离提纯用适当的方法和手段将含量较低的产物从反应液中提取出来（指胞外产物）或从细胞中（指胞内产物）提取出来，并加以精制以达到规定的质量要求。包括物理方法、化学方法、生物方法等。常用方法：沉淀法、色谱分离、萃取法、膜分离、结品法。四、发酵工程的设备生物反应器是进行生物反应的核心设备，生物反应主要是在生物反应器中进行的，它为微生物细胞或酶提供合适的反应条件以达到细胞增殖或产品形成的目的。反应器的结构、操作方式和操作条件对反应原料的转化率、产品质量和产品成本有着密切关系。根据发酵周期长短、培养条件等，可采取间歇式操作、多级反应器串联的连续操作等。同时反应参数的检测与控制对生物反应过程的顺利进行也是十分重要的。生物反应器利用酶或生物体（如微生）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统，它是一种生物功能模拟机，列如机械搅拌式反应器、自吸式充气发酵罐、塔式罐。五、 发酵工程的产品类型菌体为产品，以获得多种用途的菌体为目的的发酵。比如用于面包业的酵母发酵及用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白。以微生物酶作为产品，比如用于抗癌天冬酰胺酶和用于医药工业的青霉素酰化酶。以微生物代谢产物为产品，如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因工筮等。利用微生物发酵转化或改造化合物结构，如最古老的就是利用菌体将乙醇转化为乙酯的醋酸。六、 发酵工程的作用在食品工业的应用，例如利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精，乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶。在医药生产上的应用，例如利用真菌大规模生产青霉素。在农业上的应用，生产对人体无害的生物农药。解决能源问题，比如沼气池的使用。与其他生物工程的相结合。参考书籍：《发酵工程》主编：韩德权。《发酵原理》主编