工業(yè)發(fā)酵分析課件

工業(yè)

發(fā)酵分析

工業(yè)發(fā)酵分析

課程的目的、要求、地位和作用

發(fā)酵分析是發(fā)酵工程專業(yè)及相關(guān)的生物工程、生物化工等專業(yè)必修的專業(yè)課。該課程是先期學(xué)習(xí)了“發(fā)酵工程”、“生物化學(xué)”、“微生物學(xué)”、“物理化學(xué)”和“化工原理”等基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課后開設(shè)的一門必修學(xué)位課。課程的目的、要求、地位和作用發(fā)酵分析是發(fā)酵工程專業(yè)及相關(guān)的本課程的任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握發(fā)酵分析方面的基本原理，從而培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和實(shí)際動手能力，提高分析和解決問題的水平，其基本要求是：

1、掌握各分析方法的基本原理

2、熟悉各分析方法的具體步驟

3、了解發(fā)酵分析在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用本課程的任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握發(fā)酵分析方面的基本原一、基本概念1.發(fā)酵一詞的來源

“發(fā)酵”（Fermentation）一詞是拉丁語“沸騰”（fervere）的派生詞，它描述酵母作用于果汁或麥芽浸出液時(shí)產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象。產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象是由浸出液中的糖在缺氧條件下降解而產(chǎn)生的二氧化碳所引起的。第一章發(fā)酵簡介一、基本概念第一章發(fā)酵簡介2.狹義“發(fā)酵”的定義在生物化學(xué)或生理學(xué)上發(fā)酵是指微生物在無氧條件下，分解各種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式，或者更嚴(yán)格地說，發(fā)酵是以有機(jī)物作為電子受體的氧化還原產(chǎn)能反應(yīng)。如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精并放出二氧化碳。同時(shí)獲得能量，丙酮酸被還原為乳酸而獲得能量等等。2.狹義“發(fā)酵”的定義在生物化學(xué)或生理學(xué)上發(fā)酵是指微生物3.廣義“發(fā)酵”的定義工業(yè)上所稱的發(fā)酵是泛指利用生物細(xì)胞制造某些產(chǎn)品或凈化環(huán)境的過程，它包括厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等的生產(chǎn)。產(chǎn)品即有細(xì)胞代謝產(chǎn)物，也包括菌體細(xì)胞、酶等。3.廣義“發(fā)酵”的定義工業(yè)上所稱的發(fā)酵是泛指利用生物細(xì)胞4.發(fā)酵工程（FermentationEngineering）的定義發(fā)酵工程（FermentationEngineering）屬于生物技術(shù)的范疇。最初是由一位匈牙利工程師KarlEreky于1917年提出的。生物技術(shù)的定義：應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)原理依靠生物催化劑的作用將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品或社會服務(wù)的技術(shù)。

4.發(fā)酵工程（FermentationEngineeri發(fā)酵工程（FermentationEngineering）:應(yīng)用微生物學(xué)等相關(guān)的自然科學(xué)以及工程學(xué)原理，利用微生物等生物細(xì)胞進(jìn)行酶促轉(zhuǎn)化，將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品或提供社會性服務(wù)的一門科學(xué)。發(fā)酵工程（FermentationEngineering）發(fā)酵已經(jīng)從過去簡單的生產(chǎn)酒精類飲料、生產(chǎn)醋酸和發(fā)酵面包發(fā)展到今天成為生物工程的一個(gè)極其重要的分支，成為一個(gè)包括了微生物學(xué)、化學(xué)工程、基因工程、細(xì)胞工程、機(jī)械工程和計(jì)算機(jī)軟硬件工程的一個(gè)多學(xué)科工程?，F(xiàn)代發(fā)酵工程不但生產(chǎn)酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產(chǎn)胰島素、干擾素、生長激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物，生產(chǎn)天然殺蟲劑、細(xì)菌肥料和微生物除草劑等農(nóng)用生產(chǎn)資料，在化學(xué)工業(yè)上生產(chǎn)氨基酸、香料、生物高分子、酶以及維生素和單細(xì)胞蛋白等。發(fā)酵已經(jīng)從過去簡單的生產(chǎn)酒精類飲料、生產(chǎn)醋酸典型的發(fā)酵過程示意圖

典型的發(fā)酵過程示意圖

發(fā)酵工程主要指在最適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)(1)有嚴(yán)格的無菌生長環(huán)境：包括發(fā)酵開始前采用高溫高壓對發(fā)酵罐和發(fā)酵原料以及各種連接管道進(jìn)行滅菌的技術(shù)；在發(fā)酵過程中不斷向發(fā)酵罐中通入無菌空氣的空氣過濾技術(shù)；(2)在發(fā)酵過程中根據(jù)細(xì)胞生長要求控制加料速度的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；(3)種子培養(yǎng)和生產(chǎn)培養(yǎng)的不同的工藝技術(shù)。發(fā)酵工程主要指在最適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細(xì)胞(4)在進(jìn)行任何大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵前，必須在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小發(fā)酵罐進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，得到產(chǎn)物形成的動力學(xué)模型，并根據(jù)這個(gè)模型設(shè)計(jì)中試的發(fā)酵要求，最后從中試數(shù)據(jù)再設(shè)計(jì)更大規(guī)模生產(chǎn)的動力學(xué)模型。(5)由于生物反應(yīng)的復(fù)雜性，在從實(shí)驗(yàn)室到中試，從中試到大規(guī)模生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)許多問題，這就是發(fā)酵工程工藝放大問題。(4)在進(jìn)行任何大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵前，必須在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小發(fā)酵罐13二、微生物發(fā)酵技術(shù)

1857年法國化學(xué)家、微生物家巴斯德提出了著名的發(fā)酵理論：“一切發(fā)酵過程都是微生物作用的結(jié)果?！?/p>

巴斯德認(rèn)為，釀酒是發(fā)酵，是微生物在起作用；酒變質(zhì)也是發(fā)酵，是另一類微生物在作祟；隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可以用加熱處理等方法來殺死有害的微生物，防止酒發(fā)生質(zhì)變。

同時(shí)，也可以把發(fā)酵的微生物分離出來，通過人工培養(yǎng)，根據(jù)不同的要求去誘發(fā)各種類型的發(fā)酵，獲得所需的發(fā)酵產(chǎn)品。

13二、微生物發(fā)酵技術(shù)1857年法國化學(xué)家、微生14利用微生物的特點(diǎn)

發(fā)酵工程所利用的微生物主要是細(xì)菌、放線菌，酵母菌和霉菌

利用微生物的特點(diǎn)：

(1)對周圍環(huán)境的溫度、壓強(qiáng)、滲透壓、酸堿度等條件有極大的適應(yīng)能力(2)有極強(qiáng)的消化能力(3)有極強(qiáng)的繁殖能力14利用微生物的特點(diǎn)發(fā)酵工程所利用的微生物主要是細(xì)菌、放線15三、發(fā)酵工業(yè)定義：是指利用生物的生命活動產(chǎn)生的酶，無機(jī)或有機(jī)原料進(jìn)行酶加工，獲得產(chǎn)品的工業(yè)。15三、發(fā)酵工業(yè)定義：是指利用生物的生命活動產(chǎn)生的酶，無機(jī)或發(fā)酵過程的組成

繁殖種子和發(fā)酵生產(chǎn)所用的培養(yǎng)基組份確定；培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備的滅菌；培養(yǎng)出有活性、適量的純種，接種入生產(chǎn)容器中；微生物在最適合于產(chǎn)物生長的條件下，在發(fā)酵罐中生長；產(chǎn)物提取和精制；過程中排出的廢棄物的處理。

發(fā)酵過程的組成發(fā)酵生產(chǎn)的條件某種適宜的微生物保證或控制微生物進(jìn)行代謝的各種條件（培養(yǎng)基組成，溫度，溶氧pH等）進(jìn)行微生物發(fā)酵的設(shè)備提取菌體或代謝產(chǎn)物，精制成產(chǎn)品的方法和設(shè)備發(fā)酵生產(chǎn)的條件某種適宜的微生物18四、發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展歷史天然發(fā)酵階段純培養(yǎng)技術(shù)的建立：巴斯德，科赫等。人為地控制微生物的發(fā)酵進(jìn)程。通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立：青霉素的生產(chǎn)——深層培養(yǎng)代謝控制發(fā)酵技術(shù)：微生物進(jìn)行甾體化合物的轉(zhuǎn)化，Glu和Lys發(fā)酵生產(chǎn)。對微生物具有高度專一性的酶反應(yīng)作為合成手段的一部分加以利用，進(jìn)行合理的代謝。18四、發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展歷史天然發(fā)酵階段19開拓發(fā)酵原料時(shí)期：石油發(fā)酵，醋酸生產(chǎn)谷氨酸基因工程階段：采用酶學(xué)的方法，將不同來源的DNA進(jìn)行體外重組，再把重組DNA設(shè)法轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并進(jìn)行繁殖和遺傳下去。人們能夠根據(jù)自己的意愿將微生物以外的基因件導(dǎo)入微生物細(xì)胞中，從而達(dá)到定向地改變生物性狀與功能創(chuàng)新的物種，使發(fā)酵工業(yè)能夠生產(chǎn)出自然界微生物所不能合成的產(chǎn)物。19開拓發(fā)酵原料時(shí)期：20五、發(fā)酵工業(yè)的范圍1、以微生物細(xì)胞為產(chǎn)物的發(fā)酵工業(yè)2、以微生物代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)3、以微生物酶為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)4、生物轉(zhuǎn)化或修飾化合物的發(fā)酵工業(yè)5、微生物廢水處理和其他20五、發(fā)酵工業(yè)的范圍1、以微生物細(xì)胞為產(chǎn)物的發(fā)酵工業(yè)微生物產(chǎn)物：微生物細(xì)胞，酶，藥物活性物質(zhì)，特殊化學(xué)物質(zhì)和食品添加劑微生物產(chǎn)物：微生物細(xì)胞，酶，藥物活性物質(zhì)，特殊化學(xué)物質(zhì)和食品1、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)定義：是以獲得具有多種用途的微生物菌體細(xì)胞為目的的產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)，包括單細(xì)胞的酵母和藻類、擔(dān)子菌，生物防治的蘇云金桿菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。特點(diǎn)：細(xì)胞的生長與產(chǎn)物積累成平行關(guān)系，生長速率最大時(shí)期也是產(chǎn)物合成速率最高階段，生長穩(wěn)定期產(chǎn)量最高。1、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)定義：是以獲得具有多種用途的微生物菌體2、微生物酶發(fā)酵酶的特點(diǎn)：易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝提高產(chǎn)量。分類：胞內(nèi)酶和胞外酶生物合成特點(diǎn)：需要誘導(dǎo)作用，或遭受阻遏、抑制等調(diào)控作用的影響，在菌種選育、培養(yǎng)基配制以及發(fā)酵條件等方面需給予注意。2、微生物酶發(fā)酵酶的特點(diǎn)：易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝提高產(chǎn)3、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵包括初級代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物。對數(shù)生長期形成的產(chǎn)物是細(xì)胞自身生長所必需的，稱為初級代謝產(chǎn)物或中間代謝產(chǎn)物。各種次級代謝產(chǎn)物都是在微生物生長緩慢或停止生長時(shí)期即穩(wěn)定期所產(chǎn)生的，來自于中間代謝產(chǎn)物和初級代謝產(chǎn)物。3、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵包括初級代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物和次級代4、微生物的生物轉(zhuǎn)化定義：是利用生物細(xì)胞對一些化合物某一特定部位（基團(tuán)）的作用，使它轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相類似但具有更大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的化合物。最終產(chǎn)物是由微生物細(xì)胞的酶或酶系對底物某一特定部位進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成的。4、微生物的生物轉(zhuǎn)化定義：是利用生物細(xì)胞對一些化合物某一特定5、微生物特殊機(jī)能的利用利用微生物消除環(huán)境污染利用微生物發(fā)酵保持生態(tài)平衡微生物濕法冶金利用基因工程菌株開拓發(fā)酵工程新領(lǐng)域。5、微生物特殊機(jī)能的利用利用微生物消除環(huán)境污染27發(fā)酵工業(yè)簡介發(fā)酵食品有機(jī)酸氨基酸核酸類物質(zhì)酶制劑醫(yī)藥工業(yè)（抗生素…）飼料工業(yè)（單細(xì)胞蛋白環(huán)境工程（廢物處理）其它（冶金工業(yè)…）

FermentationIndustry

FermentedFoodsOrganicAcidsAminoAcidsNucleotidesEnzymesPharmaceutical(Antibiotics…)Feedstuff(eg.SCP)EnvironmentalApplication(WasteTreatment)Others(eg.Metallurgicalindustry)27發(fā)酵工業(yè)簡介FermentationIndustry(1)發(fā)酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他農(nóng)副產(chǎn)品為主，只要加入少量的有機(jī)和無機(jī)氮源就可進(jìn)行反應(yīng)?？梢岳脧U水和廢物等作為發(fā)酵的原料進(jìn)行生物資源的改造和更新。(2)微生物菌種是進(jìn)行發(fā)酵的根本因素，通過變異和菌種選育，可以獲得高產(chǎn)的優(yōu)良菌株并使生產(chǎn)設(shè)備得到充分利用，也可以因此獲得按常規(guī)方法難以生產(chǎn)的產(chǎn)品。六、發(fā)酵工業(yè)的特征(1)發(fā)酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他農(nóng)副產(chǎn)品為主，只要(3)發(fā)酵過程一般來說都是在常溫常壓下進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)安全，要求條件簡單。(4)發(fā)酵對雜菌的污染的防治至關(guān)重要。反應(yīng)必需在無菌條件下進(jìn)行。除了必須對設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格消毒處理和空氣過濾外，反應(yīng)必須在無菌條件下進(jìn)行。如果污染了雜菌，生產(chǎn)上就要遭到巨大的經(jīng)濟(jì)損失，要是感染了噬菌體，對發(fā)酵就會造成更大的危害。因而維持無菌條件是發(fā)酵成敗的關(guān)鍵。(3)發(fā)酵過程一般來說都是在常溫常壓下進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)，反(5)由于生物體本身所具有的反應(yīng)機(jī)制，能夠?qū)Ｒ坏睾透叨冗x擇性地對某些較為復(fù)雜的化合物進(jìn)行特定部位地氧化、還原等化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，也可以產(chǎn)生比較復(fù)雜的高分子化合物。(6)發(fā)酵過程是通過生物體的自動調(diào)節(jié)方式來完成的，反應(yīng)的專一性強(qiáng)，因而可以得到較為單一的代謝產(chǎn)物。(5)由于生物體本身所具有的反應(yīng)機(jī)制，能夠?qū)Ｒ坏睾透叨冗x擇性(7)工業(yè)發(fā)酵與其他工業(yè)相比，投資少，見效快，并可以取得較顯著的經(jīng)濟(jì)效益。(8)除利用微生物外，還可以用動植物細(xì)胞和酶，也可以用人工構(gòu)建的遺傳工程菌進(jìn)行反應(yīng)。(7)工業(yè)發(fā)酵與其他工業(yè)相比，投資少，見效快，并可以取得七、發(fā)酵方法的類別與流程1、類別：根據(jù)對氧的需要區(qū)分：厭氧和有氧發(fā)酵根據(jù)培養(yǎng)基物理性狀區(qū)分：液體和固體發(fā)酵根據(jù)微生物生長特性區(qū)分：分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵七、發(fā)酵方法的類別與流程1、類別：2、發(fā)酵的流程空氣空氣凈化處理保藏菌種斜面活化擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐主發(fā)酵碳源、氮源、無機(jī)鹽等營養(yǎng)物質(zhì)滅菌產(chǎn)物分離純化成品2、發(fā)酵的流程空氣空氣凈化處理保藏菌種斜面活化擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐3.工業(yè)發(fā)酵步驟和工藝流程(1)用作培養(yǎng)菌種及擴(kuò)大生產(chǎn)的發(fā)酵罐的培養(yǎng)基的配制(2)培養(yǎng)基、發(fā)酵罐以及輔助設(shè)備的消毒滅菌(3)將已培養(yǎng)好的有活性的純菌株以一定量轉(zhuǎn)接到發(fā)酵罐中(4)將接種到發(fā)酵罐中的菌株控制在最適條件下生長并形成代謝產(chǎn)物(5)將產(chǎn)物抽提并進(jìn)行精制，以得到合格的產(chǎn)品(6)回收或處理發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢物和廢水3.工業(yè)發(fā)酵步驟和工藝流程(1)用作培養(yǎng)菌種及擴(kuò)大生產(chǎn)菌種篩選搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)菌種篩選搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)3.1發(fā)酵原料的預(yù)處理原料不同處理方法也有所差異。1.淀粉——利用前需變成糊精或葡萄糖方法：酸水解（高壓、耐酸）、酶水解法2.糖蜜——加熱殺菌和用水沖稀，也可加酸處理后再補(bǔ)充無機(jī)鹽3.碳?xì)浠衔铮菏兔撓灐欢s分的石油經(jīng)冷卻脫蠟而獲得的凝固點(diǎn)在-10℃的油，加入適量無機(jī)鹽進(jìn)行接種發(fā)酵3.1發(fā)酵原料的預(yù)處理原料不同處理方法也有所差異。3.2菌種斜面培養(yǎng)菌種：已有的優(yōu)良生產(chǎn)菌種和選育的新菌種方法：一般都是由保存于冷凍管及砂土管或冰箱中的斜面菌種開始，在正式使用前要先轉(zhuǎn)接到新鮮斜面培養(yǎng)基上活化后，再用于種子擴(kuò)大培養(yǎng)。3.2菌種斜面培養(yǎng)菌種：已有的優(yōu)良生產(chǎn)菌種和選育的新菌種3.3種子擴(kuò)大培養(yǎng)擴(kuò)大培養(yǎng)的方法可以根據(jù)需要采用固體培養(yǎng)或液體培養(yǎng)兩級不同方式。固體種子擴(kuò)大培養(yǎng)一般采用傳統(tǒng)的制曲工藝，一般先用克氏瓶或匣子瓶進(jìn)行擴(kuò)大，再轉(zhuǎn)接到曲盤擴(kuò)大培養(yǎng)。需氧微生物：將克氏瓶表面培養(yǎng)的菌種接到裝有液體培養(yǎng)基的三角瓶中，在搖床上振蕩培養(yǎng)。厭氧微生物：將有菌種的試管斜面或克氏瓶轉(zhuǎn)接到三角瓶液體培養(yǎng)基中靜置培養(yǎng)。3.3種子擴(kuò)大培養(yǎng)擴(kuò)大培養(yǎng)的方法可以根據(jù)需要采用固體培養(yǎng)或3.4微生物發(fā)酵和控制發(fā)酵方式可分為固體發(fā)酵和液體發(fā)酵兩種。固體發(fā)酵：適合于傳統(tǒng)發(fā)酵工藝及鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用來生產(chǎn)比較簡單的產(chǎn)品。液體深層發(fā)酵：適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。影響發(fā)酵的因素很多，如溫度、pH、通風(fēng)、攪拌、罐壓力等等，必須適當(dāng)?shù)乜刂朴绊懓l(fā)酵的各種條件，掌握發(fā)酵的動態(tài)，并進(jìn)行雜菌的檢查和產(chǎn)物測定，使整個(gè)發(fā)酵過程順利進(jìn)行。3.4微生物發(fā)酵和控制發(fā)酵方式可分為固體發(fā)酵和液體發(fā)酵兩種3.5發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取利用菌體：離心沉淀或板框壓濾法使菌體與醪液分開，也可以用噴霧干燥法直接做成粉劑。酒精——發(fā)酵醪液蒸餾塔蒸餾；抗菌素及有機(jī)酸——根據(jù)產(chǎn)物的不同特性，采用離子交換樹脂吸附處理、脫色過濾、減壓濃縮等方法提取精制。獲得的產(chǎn)物都要按照有關(guān)部門制定的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)和性能測定，符合要求后才為合格產(chǎn)品。3.5發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取利用菌體：離心沉淀或板框壓濾法使菌八、發(fā)酵工業(yè)的意義與展望利用遺傳工程等先進(jìn)技術(shù)，人工選育和改良菌種采用發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行高等動植物細(xì)胞培養(yǎng)固定化技術(shù)廣泛應(yīng)用開發(fā)和采用大型節(jié)能高效的發(fā)酵裝置，自動控制將成為發(fā)酵生產(chǎn)控制的主要手段應(yīng)用代謝控制技術(shù)，發(fā)酵生產(chǎn)氨基酸將生物技術(shù)廣泛地用于環(huán)境工程八、發(fā)酵工業(yè)的意義與展望利用遺傳工程等先進(jìn)技術(shù)，人工選育和改國外發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展趨勢1，生物轉(zhuǎn)化（或生物合成）技術(shù)成為國外著名化學(xué)公司爭奪的熱點(diǎn)，并逐步從醫(yī)藥領(lǐng)域逐漸向化工領(lǐng)域轉(zhuǎn)移2，生物催化合成已成為化學(xué)品合成的支柱之一3，利用生物技術(shù)生產(chǎn)有特殊功能、性能、用途或環(huán)境友好的化工新材料，是化學(xué)工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。國外發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展趨勢1，生物轉(zhuǎn)化（或生物合成）技術(shù)成為國4，傳統(tǒng)的發(fā)酵工業(yè)已由基因重組菌種取代或改良。許多傳統(tǒng)的發(fā)酵工程產(chǎn)品如檸檬酸、青霉素等都已開始采用基因工程手段進(jìn)行改造，大大地提高了產(chǎn)量。在以基因工程為主導(dǎo)的現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品中，醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)品占75％左右。4，傳統(tǒng)的發(fā)酵工業(yè)已由基因重組菌種取代或改良。許多傳統(tǒng)的發(fā)酵國內(nèi)發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展概況我國傳統(tǒng)發(fā)酵歷史悠久，在《黃帝內(nèi)經(jīng)素向》里，已有釀酒的記載。白酒的起源，當(dāng)在元朝以前，尚待考證。醬油的釀造，當(dāng)始自周朝。在漢武帝時(shí)代開始有了葡萄酒，距今已有兩千多年的歷史。數(shù)千年來由于科學(xué)技術(shù)進(jìn)步緩慢，各種微生物工業(yè)也未能充分發(fā)展。直到20世紀(jì)中期才建立了一系列新的微生物工業(yè)。近幾年來，由于生物新技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)酵工業(yè)開始進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期。國內(nèi)發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展概況我國傳統(tǒng)發(fā)酵歷史悠久，在《黃帝內(nèi)經(jīng)素1，白酒中國的釀酒業(yè)，距今已有數(shù)千年的歷史淵源。白酒是我國特有的、具有悠久歷史的傳統(tǒng)酒種。1949年新中國成立時(shí)，我國白酒的產(chǎn)量只有10．8萬t。1996年，我國白酒產(chǎn)量達(dá)到歷史高峰，總量達(dá)到801．30萬t。目前，我國白酒的產(chǎn)量為400余噸。規(guī)模較大的有五糧液、茅臺、瀘州老窖、劍南春、汾酒、古井。六家公司占據(jù)約10％的市場份額，銷售收入占整個(gè)行業(yè)的37.9％。1，白酒中國的釀酒業(yè)，距今已有數(shù)千年的歷史淵源。白酒是我國特2，黃酒黃酒是我國最古老的酒種，早在夏、商、周三代就已經(jīng)大量生產(chǎn)了，并流傳至今，據(jù)史料記載已有6000年左右了。目前年產(chǎn)量為130萬噸左右。2，黃酒黃酒是我國最古老的酒種，早在夏、商、周三代就已經(jīng)大量3，啤酒1900年我國最早的啤酒廠于哈爾濱建成1915年國人投資的雙合盛啤酒廠建成1949年啤酒產(chǎn)量僅七千余噸1981年啤酒產(chǎn)量增至91萬噸2005年產(chǎn)量達(dá)到3000萬噸左右3，啤酒1900年我國最早的啤酒廠于哈爾濱建成4，葡萄酒1892年華僑張弼士在煙臺建立釀酒公司，這是我國第一個(gè)新型的葡萄酒釀造廠目前我國葡萄酒工廠已有近八十家2003年葡萄酒年產(chǎn)量約34萬噸。年產(chǎn)萬噸以上的有張?jiān)?、王朝、華夏、長城、新天酒業(yè)、柳河綠源、煙臺威龍、煙臺中梁。八家公司占據(jù)約60％的市場份額，銷售收入占整個(gè)行業(yè)的78.4％。4，葡萄酒1892年華僑張弼士在煙臺建立釀酒公司，這是我國第5，醬油和醋早在三千年前便已掌握了醬油和醋發(fā)酵的技法，數(shù)千年來一直沿用自然發(fā)酵法，直到20世紀(jì)后才開始采用純種培養(yǎng)技術(shù)生產(chǎn)，目前設(shè)備及釀造方法逐步實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代化醬油年產(chǎn)量約為450萬噸，已居世界首位醋年產(chǎn)量約為250萬噸5，醬油和醋早在三千年前便已掌握了醬油和醋發(fā)酵的技法，數(shù)6，酒精二十世紀(jì)初期，外商在東北設(shè)立哈爾濱和阿城兩個(gè)酒精廠1922年山東溥益酒精廠成立，為第一個(gè)由國人設(shè)立的酒精廠1934年華僑投資在上海浦東設(shè)立中國酒精廠，當(dāng)時(shí)號稱遠(yuǎn)東第一大型酒精廠酒精年產(chǎn)量解放前僅1萬噸左右。2003年酒精產(chǎn)量約為250萬噸左右。6，酒精二十世紀(jì)初期，外商在東北設(shè)立哈爾濱和阿城兩個(gè)酒精廠7，酶制劑1964年才在無錫建立了第一個(gè)酶制劑工廠目前有酶制劑生產(chǎn)廠家40家左右，其中萬噸以上，銷售額2000萬以上有8家，其余均在萬噸以下目前的年產(chǎn)量為22萬噸左右7，酶制劑1964年才在無錫建立了第一個(gè)酶制劑工廠8，檸檬酸1953年我國曾進(jìn)行淺盤發(fā)酵制檸檬酸的中型生產(chǎn)。1965年由上海酵母廠首先采用深層發(fā)酵法，由薯干直接發(fā)酵生產(chǎn)檸檬酸。生產(chǎn)能力為56萬t/a，實(shí)際產(chǎn)量達(dá)35萬t/a左右，出口量居世界第一位。8，檸檬酸1953年我國曾進(jìn)行淺盤發(fā)酵制檸檬酸的中型生產(chǎn)。9，微生物制藥在上海建立了第一個(gè)抗生素工廠(即后來的上海第三制藥廠)，以生產(chǎn)青霉素為主。1958年我國最大的抗生素工廠——華北制藥廠亦正式投入生產(chǎn)。9，微生物制藥在上海建立了第一個(gè)抗生素工廠(即后來的上海第三10，味精1964年我國谷氨酸發(fā)酵研究成功，首先在上海投入生產(chǎn)。味精生產(chǎn)萬噸以上產(chǎn)量的工廠有17家。最大規(guī)模是周口蓮花味精集團(tuán)公司，年產(chǎn)12萬噸。目前年產(chǎn)量130多萬噸。10，味精1964年我國谷氨酸發(fā)酵研究成功，首先在上海投入生11，基因工程產(chǎn)品我國已經(jīng)開發(fā)成功了２１種基因工程藥物和疫苗，世界上銷售額排名前１０位的基因工程藥物和疫苗，我國已能生產(chǎn)８種。11，基因工程產(chǎn)品我國已經(jīng)開發(fā)成功了２１種基因工程藥物和疫苗12，細(xì)胞工程產(chǎn)品紫草、三七等植物細(xì)胞已可在發(fā)酵罐中大規(guī)模培養(yǎng)。我國的傳統(tǒng)中藥涉及5000種左右植物，細(xì)胞培養(yǎng)是中藥資源開發(fā)的一個(gè)重要方面。12，細(xì)胞工程產(chǎn)品紫草、三七等植物細(xì)胞已可在發(fā)酵罐中大規(guī)模培我國發(fā)酵工業(yè)與先進(jìn)水平的差距1，多數(shù)工廠規(guī)模小、效益低2，生產(chǎn)技術(shù)水平比較低3，產(chǎn)品品種單一，結(jié)構(gòu)不合理

4，應(yīng)用的深度和廣度不夠5，技術(shù)裝備和檢測手段落后，自動化水平低6，綜合利用和環(huán)境治理差我國發(fā)酵工業(yè)與先進(jìn)水平的差距1，多數(shù)工廠規(guī)模小、效益低復(fù)習(xí)什么叫發(fā)酵？

什么叫發(fā)酵工程？復(fù)習(xí)什么叫發(fā)酵？什么叫發(fā)酵工程？

工業(yè)

發(fā)酵分析

工業(yè)發(fā)酵分析

課程的目的、要求、地位和作用

發(fā)酵分析是發(fā)酵工程專業(yè)及相關(guān)的生物工程、生物化工等專業(yè)必修的專業(yè)課。該課程是先期學(xué)習(xí)了“發(fā)酵工程”、“生物化學(xué)”、“微生物學(xué)”、“物理化學(xué)”和“化工原理”等基礎(chǔ)課或?qū)I(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課后開設(shè)的一門必修學(xué)位課。課程的目的、要求、地位和作用發(fā)酵分析是發(fā)酵工程專業(yè)及相關(guān)的本課程的任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握發(fā)酵分析方面的基本原理，從而培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和實(shí)際動手能力，提高分析和解決問題的水平，其基本要求是：

1、掌握各分析方法的基本原理

2、熟悉各分析方法的具體步驟

3、了解發(fā)酵分析在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用本課程的任務(wù)是通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握發(fā)酵分析方面的基本原一、基本概念1.發(fā)酵一詞的來源

“發(fā)酵”（Fermentation）一詞是拉丁語“沸騰”（fervere）的派生詞，它描述酵母作用于果汁或麥芽浸出液時(shí)產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象。產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象是由浸出液中的糖在缺氧條件下降解而產(chǎn)生的二氧化碳所引起的。第一章發(fā)酵簡介一、基本概念第一章發(fā)酵簡介2.狹義“發(fā)酵”的定義在生物化學(xué)或生理學(xué)上發(fā)酵是指微生物在無氧條件下，分解各種有機(jī)物質(zhì)產(chǎn)生能量的一種方式，或者更嚴(yán)格地說，發(fā)酵是以有機(jī)物作為電子受體的氧化還原產(chǎn)能反應(yīng)。如葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產(chǎn)生酒精并放出二氧化碳。同時(shí)獲得能量，丙酮酸被還原為乳酸而獲得能量等等。2.狹義“發(fā)酵”的定義在生物化學(xué)或生理學(xué)上發(fā)酵是指微生物3.廣義“發(fā)酵”的定義工業(yè)上所稱的發(fā)酵是泛指利用生物細(xì)胞制造某些產(chǎn)品或凈化環(huán)境的過程，它包括厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等的生產(chǎn)。產(chǎn)品即有細(xì)胞代謝產(chǎn)物，也包括菌體細(xì)胞、酶等。3.廣義“發(fā)酵”的定義工業(yè)上所稱的發(fā)酵是泛指利用生物細(xì)胞4.發(fā)酵工程（FermentationEngineering）的定義發(fā)酵工程（FermentationEngineering）屬于生物技術(shù)的范疇。最初是由一位匈牙利工程師KarlEreky于1917年提出的。生物技術(shù)的定義：應(yīng)用自然科學(xué)及工程學(xué)原理依靠生物催化劑的作用將物料進(jìn)行加工以提供產(chǎn)品或社會服務(wù)的技術(shù)。

4.發(fā)酵工程（FermentationEngineeri發(fā)酵工程（FermentationEngineering）:應(yīng)用微生物學(xué)等相關(guān)的自然科學(xué)以及工程學(xué)原理，利用微生物等生物細(xì)胞進(jìn)行酶促轉(zhuǎn)化，將原料轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品或提供社會性服務(wù)的一門科學(xué)。發(fā)酵工程（FermentationEngineering）發(fā)酵已經(jīng)從過去簡單的生產(chǎn)酒精類飲料、生產(chǎn)醋酸和發(fā)酵面包發(fā)展到今天成為生物工程的一個(gè)極其重要的分支，成為一個(gè)包括了微生物學(xué)、化學(xué)工程、基因工程、細(xì)胞工程、機(jī)械工程和計(jì)算機(jī)軟硬件工程的一個(gè)多學(xué)科工程?，F(xiàn)代發(fā)酵工程不但生產(chǎn)酒精類飲料、醋酸和面包，而且生產(chǎn)胰島素、干擾素、生長激素、抗生素和疫苗等多種醫(yī)療保健藥物，生產(chǎn)天然殺蟲劑、細(xì)菌肥料和微生物除草劑等農(nóng)用生產(chǎn)資料，在化學(xué)工業(yè)上生產(chǎn)氨基酸、香料、生物高分子、酶以及維生素和單細(xì)胞蛋白等。發(fā)酵已經(jīng)從過去簡單的生產(chǎn)酒精類飲料、生產(chǎn)醋酸典型的發(fā)酵過程示意圖

典型的發(fā)酵過程示意圖

發(fā)酵工程主要指在最適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細(xì)胞和生產(chǎn)代謝產(chǎn)物的工藝技術(shù)(1)有嚴(yán)格的無菌生長環(huán)境：包括發(fā)酵開始前采用高溫高壓對發(fā)酵罐和發(fā)酵原料以及各種連接管道進(jìn)行滅菌的技術(shù)；在發(fā)酵過程中不斷向發(fā)酵罐中通入無菌空氣的空氣過濾技術(shù)；(2)在發(fā)酵過程中根據(jù)細(xì)胞生長要求控制加料速度的計(jì)算機(jī)控制技術(shù)；(3)種子培養(yǎng)和生產(chǎn)培養(yǎng)的不同的工藝技術(shù)。發(fā)酵工程主要指在最適發(fā)酵條件下，發(fā)酵罐中大量培養(yǎng)細(xì)胞(4)在進(jìn)行任何大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵前，必須在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小發(fā)酵罐進(jìn)行大量的實(shí)驗(yàn)，得到產(chǎn)物形成的動力學(xué)模型，并根據(jù)這個(gè)模型設(shè)計(jì)中試的發(fā)酵要求，最后從中試數(shù)據(jù)再設(shè)計(jì)更大規(guī)模生產(chǎn)的動力學(xué)模型。(5)由于生物反應(yīng)的復(fù)雜性，在從實(shí)驗(yàn)室到中試，從中試到大規(guī)模生產(chǎn)過程中會出現(xiàn)許多問題，這就是發(fā)酵工程工藝放大問題。(4)在進(jìn)行任何大規(guī)模工業(yè)發(fā)酵前，必須在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的小發(fā)酵罐71二、微生物發(fā)酵技術(shù)

1857年法國化學(xué)家、微生物家巴斯德提出了著名的發(fā)酵理論：“一切發(fā)酵過程都是微生物作用的結(jié)果?！?/p>

巴斯德認(rèn)為，釀酒是發(fā)酵，是微生物在起作用；酒變質(zhì)也是發(fā)酵，是另一類微生物在作祟；隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，可以用加熱處理等方法來殺死有害的微生物，防止酒發(fā)生質(zhì)變。

同時(shí)，也可以把發(fā)酵的微生物分離出來，通過人工培養(yǎng)，根據(jù)不同的要求去誘發(fā)各種類型的發(fā)酵，獲得所需的發(fā)酵產(chǎn)品。

13二、微生物發(fā)酵技術(shù)1857年法國化學(xué)家、微生72利用微生物的特點(diǎn)

發(fā)酵工程所利用的微生物主要是細(xì)菌、放線菌，酵母菌和霉菌

利用微生物的特點(diǎn)：

(1)對周圍環(huán)境的溫度、壓強(qiáng)、滲透壓、酸堿度等條件有極大的適應(yīng)能力(2)有極強(qiáng)的消化能力(3)有極強(qiáng)的繁殖能力14利用微生物的特點(diǎn)發(fā)酵工程所利用的微生物主要是細(xì)菌、放線73三、發(fā)酵工業(yè)定義：是指利用生物的生命活動產(chǎn)生的酶，無機(jī)或有機(jī)原料進(jìn)行酶加工，獲得產(chǎn)品的工業(yè)。15三、發(fā)酵工業(yè)定義：是指利用生物的生命活動產(chǎn)生的酶，無機(jī)或發(fā)酵過程的組成

繁殖種子和發(fā)酵生產(chǎn)所用的培養(yǎng)基組份確定；培養(yǎng)基、發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備的滅菌；培養(yǎng)出有活性、適量的純種，接種入生產(chǎn)容器中；微生物在最適合于產(chǎn)物生長的條件下，在發(fā)酵罐中生長；產(chǎn)物提取和精制；過程中排出的廢棄物的處理。

發(fā)酵過程的組成發(fā)酵生產(chǎn)的條件某種適宜的微生物保證或控制微生物進(jìn)行代謝的各種條件（培養(yǎng)基組成，溫度，溶氧pH等）進(jìn)行微生物發(fā)酵的設(shè)備提取菌體或代謝產(chǎn)物，精制成產(chǎn)品的方法和設(shè)備發(fā)酵生產(chǎn)的條件某種適宜的微生物76四、發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展歷史天然發(fā)酵階段純培養(yǎng)技術(shù)的建立：巴斯德，科赫等。人為地控制微生物的發(fā)酵進(jìn)程。通氣攪拌發(fā)酵技術(shù)的建立：青霉素的生產(chǎn)——深層培養(yǎng)代謝控制發(fā)酵技術(shù)：微生物進(jìn)行甾體化合物的轉(zhuǎn)化，Glu和Lys發(fā)酵生產(chǎn)。對微生物具有高度專一性的酶反應(yīng)作為合成手段的一部分加以利用，進(jìn)行合理的代謝。18四、發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展歷史天然發(fā)酵階段77開拓發(fā)酵原料時(shí)期：石油發(fā)酵，醋酸生產(chǎn)谷氨酸基因工程階段：采用酶學(xué)的方法，將不同來源的DNA進(jìn)行體外重組，再把重組DNA設(shè)法轉(zhuǎn)入受體細(xì)胞內(nèi)，并進(jìn)行繁殖和遺傳下去。人們能夠根據(jù)自己的意愿將微生物以外的基因件導(dǎo)入微生物細(xì)胞中，從而達(dá)到定向地改變生物性狀與功能創(chuàng)新的物種，使發(fā)酵工業(yè)能夠生產(chǎn)出自然界微生物所不能合成的產(chǎn)物。19開拓發(fā)酵原料時(shí)期：78五、發(fā)酵工業(yè)的范圍1、以微生物細(xì)胞為產(chǎn)物的發(fā)酵工業(yè)2、以微生物代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)3、以微生物酶為產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)4、生物轉(zhuǎn)化或修飾化合物的發(fā)酵工業(yè)5、微生物廢水處理和其他20五、發(fā)酵工業(yè)的范圍1、以微生物細(xì)胞為產(chǎn)物的發(fā)酵工業(yè)微生物產(chǎn)物：微生物細(xì)胞，酶，藥物活性物質(zhì)，特殊化學(xué)物質(zhì)和食品添加劑微生物產(chǎn)物：微生物細(xì)胞，酶，藥物活性物質(zhì)，特殊化學(xué)物質(zhì)和食品1、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)定義：是以獲得具有多種用途的微生物菌體細(xì)胞為目的的產(chǎn)品的發(fā)酵工業(yè)，包括單細(xì)胞的酵母和藻類、擔(dān)子菌，生物防治的蘇云金桿菌以及人、畜防治疾病用的疫苗等。特點(diǎn)：細(xì)胞的生長與產(chǎn)物積累成平行關(guān)系，生長速率最大時(shí)期也是產(chǎn)物合成速率最高階段，生長穩(wěn)定期產(chǎn)量最高。1、生產(chǎn)微生物細(xì)胞物質(zhì)定義：是以獲得具有多種用途的微生物菌體2、微生物酶發(fā)酵酶的特點(diǎn)：易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝提高產(chǎn)量。分類：胞內(nèi)酶和胞外酶生物合成特點(diǎn)：需要誘導(dǎo)作用，或遭受阻遏、抑制等調(diào)控作用的影響，在菌種選育、培養(yǎng)基配制以及發(fā)酵條件等方面需給予注意。2、微生物酶發(fā)酵酶的特點(diǎn)：易于工業(yè)化生產(chǎn)，便于改善工藝提高產(chǎn)3、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵包括初級代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物。對數(shù)生長期形成的產(chǎn)物是細(xì)胞自身生長所必需的，稱為初級代謝產(chǎn)物或中間代謝產(chǎn)物。各種次級代謝產(chǎn)物都是在微生物生長緩慢或停止生長時(shí)期即穩(wěn)定期所產(chǎn)生的，來自于中間代謝產(chǎn)物和初級代謝產(chǎn)物。3、微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵包括初級代謝產(chǎn)物、中間代謝產(chǎn)物和次級代4、微生物的生物轉(zhuǎn)化定義：是利用生物細(xì)胞對一些化合物某一特定部位（基團(tuán)）的作用，使它轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相類似但具有更大經(jīng)濟(jì)價(jià)值的化合物。最終產(chǎn)物是由微生物細(xì)胞的酶或酶系對底物某一特定部位進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)而形成的。4、微生物的生物轉(zhuǎn)化定義：是利用生物細(xì)胞對一些化合物某一特定5、微生物特殊機(jī)能的利用利用微生物消除環(huán)境污染利用微生物發(fā)酵保持生態(tài)平衡微生物濕法冶金利用基因工程菌株開拓發(fā)酵工程新領(lǐng)域。5、微生物特殊機(jī)能的利用利用微生物消除環(huán)境污染85發(fā)酵工業(yè)簡介發(fā)酵食品有機(jī)酸氨基酸核酸類物質(zhì)酶制劑醫(yī)藥工業(yè)（抗生素…）飼料工業(yè)（單細(xì)胞蛋白環(huán)境工程（廢物處理）其它（冶金工業(yè)…）

FermentationIndustry

FermentedFoodsOrganicAcidsAminoAcidsNucleotidesEnzymesPharmaceutical(Antibiotics…)Feedstuff(eg.SCP)EnvironmentalApplication(WasteTreatment)Others(eg.Metallurgicalindustry)27發(fā)酵工業(yè)簡介FermentationIndustry(1)發(fā)酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他農(nóng)副產(chǎn)品為主，只要加入少量的有機(jī)和無機(jī)氮源就可進(jìn)行反應(yīng)?？梢岳脧U水和廢物等作為發(fā)酵的原料進(jìn)行生物資源的改造和更新。(2)微生物菌種是進(jìn)行發(fā)酵的根本因素，通過變異和菌種選育，可以獲得高產(chǎn)的優(yōu)良菌株并使生產(chǎn)設(shè)備得到充分利用，也可以因此獲得按常規(guī)方法難以生產(chǎn)的產(chǎn)品。六、發(fā)酵工業(yè)的特征(1)發(fā)酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他農(nóng)副產(chǎn)品為主，只要(3)發(fā)酵過程一般來說都是在常溫常壓下進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)安全，要求條件簡單。(4)發(fā)酵對雜菌的污染的防治至關(guān)重要。反應(yīng)必需在無菌條件下進(jìn)行。除了必須對設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格消毒處理和空氣過濾外，反應(yīng)必須在無菌條件下進(jìn)行。如果污染了雜菌，生產(chǎn)上就要遭到巨大的經(jīng)濟(jì)損失，要是感染了噬菌體，對發(fā)酵就會造成更大的危害。因而維持無菌條件是發(fā)酵成敗的關(guān)鍵。(3)發(fā)酵過程一般來說都是在常溫常壓下進(jìn)行的生物化學(xué)反應(yīng)，反(5)由于生物體本身所具有的反應(yīng)機(jī)制，能夠?qū)Ｒ坏睾透叨冗x擇性地對某些較為復(fù)雜的化合物進(jìn)行特定部位地氧化、還原等化學(xué)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，也可以產(chǎn)生比較復(fù)雜的高分子化合物。(6)發(fā)酵過程是通過生物體的自動調(diào)節(jié)方式來完成的，反應(yīng)的專一性強(qiáng)，因而可以得到較為單一的代謝產(chǎn)物。(5)由于生物體本身所具有的反應(yīng)機(jī)制，能夠?qū)Ｒ坏睾透叨冗x擇性(7)工業(yè)發(fā)酵與其他工業(yè)相比，投資少，見效快，并可以取得較顯著的經(jīng)濟(jì)效益。(8)除利用微生物外，還可以用動植物細(xì)胞和酶，也可以用人工構(gòu)建的遺傳工程菌進(jìn)行反應(yīng)。(7)工業(yè)發(fā)酵與其他工業(yè)相比，投資少，見效快，并可以取得七、發(fā)酵方法的類別與流程1、類別：根據(jù)對氧的需要區(qū)分：厭氧和有氧發(fā)酵根據(jù)培養(yǎng)基物理性狀區(qū)分：液體和固體發(fā)酵根據(jù)微生物生長特性區(qū)分：分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵七、發(fā)酵方法的類別與流程1、類別：2、發(fā)酵的流程空氣空氣凈化處理保藏菌種斜面活化擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐主發(fā)酵碳源、氮源、無機(jī)鹽等營養(yǎng)物質(zhì)滅菌產(chǎn)物分離純化成品2、發(fā)酵的流程空氣空氣凈化處理保藏菌種斜面活化擴(kuò)大培養(yǎng)種子罐3.工業(yè)發(fā)酵步驟和工藝流程(1)用作培養(yǎng)菌種及擴(kuò)大生產(chǎn)的發(fā)酵罐的培養(yǎng)基的配制(2)培養(yǎng)基、發(fā)酵罐以及輔助設(shè)備的消毒滅菌(3)將已培養(yǎng)好的有活性的純菌株以一定量轉(zhuǎn)接到發(fā)酵罐中(4)將接種到發(fā)酵罐中的菌株控制在最適條件下生長并形成代謝產(chǎn)物(5)將產(chǎn)物抽提并進(jìn)行精制，以得到合格的產(chǎn)品(6)回收或處理發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢物和廢水3.工業(yè)發(fā)酵步驟和工藝流程(1)用作培養(yǎng)菌種及擴(kuò)大生產(chǎn)菌種篩選搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)菌種篩選搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)3.1發(fā)酵原料的預(yù)處理原料不同處理方法也有所差異。1.淀粉——利用前需變成糊精或葡萄糖方法：酸水解（高壓、耐酸）、酶水解法2.糖蜜——加熱殺菌和用水沖稀，也可加酸處理后再補(bǔ)充無機(jī)鹽3.碳?xì)浠衔铮菏兔撓灐欢s分的石油經(jīng)冷卻脫蠟而獲得的凝固點(diǎn)在-10℃的油，加入適量無機(jī)鹽進(jìn)行接種發(fā)酵3.1發(fā)酵原料的預(yù)處理原料不同處理方法也有所差異。3.2菌種斜面培養(yǎng)菌種：已有的優(yōu)良生產(chǎn)菌種和選育的新菌種方法：一般都是由保存于冷凍管及砂土管或冰箱中的斜面菌種開始，在正式使用前要先轉(zhuǎn)接到新鮮斜面培養(yǎng)基上活化后，再用于種子擴(kuò)大培養(yǎng)。3.2菌種斜面培養(yǎng)菌種：已有的優(yōu)良生產(chǎn)菌種和選育的新菌種3.3種子擴(kuò)大培養(yǎng)擴(kuò)大培養(yǎng)的方法可以根據(jù)需要采用固體培養(yǎng)或液體培養(yǎng)兩級不同方式。固體種子擴(kuò)大培養(yǎng)一般采用傳統(tǒng)的制曲工藝，一般先用克氏瓶或匣子瓶進(jìn)行擴(kuò)大，再轉(zhuǎn)接到曲盤擴(kuò)大培養(yǎng)。需氧微生物：將克氏瓶表面培養(yǎng)的菌種接到裝有液體培養(yǎng)基的三角瓶中，在搖床上振蕩培養(yǎng)。厭氧微生物：將有菌種的試管斜面或克氏瓶轉(zhuǎn)接到三角瓶液體培養(yǎng)基中靜置培養(yǎng)。3.3種子擴(kuò)大培養(yǎng)擴(kuò)大培養(yǎng)的方法可以根據(jù)需要采用固體培養(yǎng)或3.4微生物發(fā)酵和控制發(fā)酵方式可分為固體發(fā)酵和液體發(fā)酵兩種。固體發(fā)酵：適合于傳統(tǒng)發(fā)酵工藝及鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)用來生產(chǎn)比較簡單的產(chǎn)品。液體深層發(fā)酵：適合于大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)。影響發(fā)酵的因素很多，如溫度、pH、通風(fēng)、攪拌、罐壓力等等，必須適當(dāng)?shù)乜刂朴绊懓l(fā)酵的各種條件，掌握發(fā)酵的動態(tài)，并進(jìn)行雜菌的檢查和產(chǎn)物測定，使整個(gè)發(fā)酵過程順利進(jìn)行。3.4微生物發(fā)酵和控制發(fā)酵方式可分為固體發(fā)酵和液體發(fā)酵兩種3.5發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取利用菌體：離心沉淀或板框壓濾法使菌體與醪液分開，也可以用噴霧干燥法直接做成粉劑。酒精——發(fā)酵醪液蒸餾塔蒸餾；抗菌素及有機(jī)酸——根據(jù)產(chǎn)物的不同特性，采用離子交換樹脂吸附處理、脫色過濾、減壓濃縮等方法提取精制。獲得的產(chǎn)物都要按照有關(guān)部門制定的國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)和性能測定，符合要求后才為合格產(chǎn)品。3.5發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取利用菌體：離心沉淀或板框壓濾法使菌八、發(fā)酵工業(yè)的意義與展望利用遺傳工程等先進(jìn)技術(shù)，人工選育和改良菌種采用發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行高等動植物細(xì)胞培養(yǎng)固定化技術(shù)廣泛應(yīng)用開發(fā)和采用大型節(jié)能高效的發(fā)酵裝置，自動控制將成為發(fā)酵生產(chǎn)控制的主要手段應(yīng)用代謝控制技術(shù)，發(fā)酵生產(chǎn)氨基酸將生物技術(shù)廣泛地用于環(huán)境工程八、發(fā)酵工業(yè)的意義與展望利用遺傳工程等先進(jìn)技術(shù)，人工選育和改國外發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展趨勢1，生物轉(zhuǎn)化（或生物合成）技術(shù)成為國外著名化學(xué)公司爭奪的熱點(diǎn)，并逐步從醫(yī)藥領(lǐng)域逐漸向化工領(lǐng)域轉(zhuǎn)移2，生物催化合成已成為化學(xué)品合成的支柱之一3，利用生物技術(shù)生產(chǎn)有特殊功能、性能、用途或環(huán)境友好的化工新材料，是化學(xué)工業(yè)發(fā)展的一個(gè)重要趨勢。國外發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展趨勢1，生物轉(zhuǎn)化（或生物合成）技術(shù)成為國4，傳統(tǒng)的發(fā)酵工業(yè)已由基因重組菌種取代或改良。許多傳統(tǒng)的發(fā)酵工程產(chǎn)品如檸檬酸、青霉素等都已開始采用基因工程手段進(jìn)行改造，大大地提高了產(chǎn)量。在以基因工程為主導(dǎo)的現(xiàn)代生物技術(shù)產(chǎn)品中，醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)品占75％左右。4，傳統(tǒng)的發(fā)酵工業(yè)已由基因重組菌種取代或改良。許多傳統(tǒng)的發(fā)酵國內(nèi)發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展概況我國傳統(tǒng)發(fā)酵歷史悠久，在《黃帝內(nèi)經(jīng)素向》里，已有釀酒的記載。白酒的起源，當(dāng)在元朝以前，尚待考證。醬油的釀造，當(dāng)始自周朝。在漢武帝時(shí)代開始有了葡萄酒，距今已有兩千多年的歷史。數(shù)千年來由于科學(xué)技術(shù)進(jìn)步緩慢，各種微生物工業(yè)也未能充分發(fā)展。直到20世紀(jì)中期才建立了一系列新的微生物工業(yè)。近幾年來，由于生物新技術(shù)的應(yīng)用，發(fā)酵工業(yè)開始進(jìn)入新的發(fā)展時(shí)期。國內(nèi)發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展概況我國傳統(tǒng)發(fā)酵歷史悠久，在《黃帝內(nèi)經(jīng)素1，白酒中國的釀酒業(yè)，距今已有數(shù)千年的歷史淵源。白酒是我國特有的、具有悠久歷史的傳統(tǒng)酒種。1949年新中國成立時(shí)，我國白酒的產(chǎn)量只有10．8萬t。1996年，我國白酒產(chǎn)量達(dá)到歷史高峰，總量達(dá)到801．30萬t。目前，我國白