發(fā)酵工藝學(xué)課件：第一章 緒論

發(fā)酵工藝學(xué)需要注意的問題

認(rèn)識(shí)發(fā)酵工藝學(xué)的重要性如何去看書重視科技文獻(xiàn)尤其要重視實(shí)驗(yàn)課有關(guān)考試主要參考書1.曹軍衛(wèi),馬輝文.微生物工程?？茖W(xué)出版社，20072.熊宗貴.發(fā)酵工藝原理.中國(guó)醫(yī)藥科技出版社,20053.肖冬光.微生物工程原理.中國(guó)輕工業(yè)出版社,2004主要內(nèi)容第一章緒論第二章生產(chǎn)中常用菌種的分離、選育和保藏第三章發(fā)酵工藝條件的確定第四章微生物的代謝機(jī)制第五章發(fā)酵動(dòng)力學(xué)模式和發(fā)酵培養(yǎng)方法第六章發(fā)酵工程基本操作第七章發(fā)酵設(shè)備第八章微生物工程下游技術(shù)第九章微生物工程生產(chǎn)實(shí)例作業(yè)開發(fā)、設(shè)計(jì)一種發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)3-5人為一小組，查閱資料說明項(xiàng)目的市場(chǎng)需求、投資、產(chǎn)值、可行性、需要設(shè)備及條件、生產(chǎn)的主要技術(shù)流程、廢棄物處理等情況課程結(jié)束后1周交(格式任選：PPT、word、視頻、動(dòng)畫格式)第一章緒論第一節(jié)發(fā)酵的定義及應(yīng)用范圍第二節(jié)微生物工程組成及研究?jī)?nèi)容第三節(jié)微生物工程的發(fā)展階段第四節(jié)發(fā)酵方法的類別與流程第五節(jié)我國(guó)發(fā)酵工業(yè)的科技進(jìn)步微生物發(fā)酵技術(shù)

1857年法國(guó)化學(xué)家、微生物學(xué)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；可以用加熱處理等方法來殺死有害的微生物，防止酒發(fā)生變質(zhì)。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。

LouisPasteurFinalrefutationofspontaneousgeneration–birthofmicrobiologyasascienceDiscoveryoftheexistenceofanaerobiclife–fermentationVaccinesPasteurization一、發(fā)酵的定義1、傳統(tǒng)發(fā)酵2、生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵3、工業(yè)上的發(fā)酵1、傳統(tǒng)發(fā)酵

最初發(fā)酵是用來描述酵母菌作用于果汁或麥芽汁產(chǎn)生氣泡的現(xiàn)象，或者是指酒的生產(chǎn)過程。2、生化和生理學(xué)意義的發(fā)酵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。在無氧等外源氫受體的條件下，底物脫氫后所產(chǎn)生的還原力[H]未經(jīng)呼吸鏈傳遞而直接交某一內(nèi)源性中間代謝物接受，以實(shí)現(xiàn)底物水平磷酸化產(chǎn)能的一類生物氧化反應(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CO2。3、工業(yè)上的發(fā)酵

泛指利用微生物制造或生產(chǎn)某些產(chǎn)品過程包括：1.厭氧培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如酒精、乳酸等。2.通氣（有氧）培養(yǎng)的生產(chǎn)過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等。發(fā)酵：利用微生物在有氧或無氧條件下的生命活動(dòng)來生產(chǎn)微生物菌體或代謝產(chǎn)物的過程。二、微生物工程應(yīng)用范圍食品工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)酶工業(yè)氨基酸工業(yè)有機(jī)酸工業(yè)飼料工業(yè)農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)1、在食品工業(yè)中的應(yīng)用這是最早開發(fā)應(yīng)用的領(lǐng)域含醇飲料：以果汁、米、麥、高梁、玉米、土豆等為主要原料釀造或經(jīng)加工的有葡萄酒、果酒、黃酒、白酒、啤酒、白蘭地、威士忌、伏特加、香檳酒等傳統(tǒng)調(diào)味品及發(fā)酵食品：以豆類、米、麥等生產(chǎn)的醬、醬油、醋、豆豉、豆腐乳、泡菜等。發(fā)酵乳制品：奶酒、干酪、酸奶等

用發(fā)酵或酶反應(yīng)技術(shù)生產(chǎn)的食品原料：麥芽糖、甘露糖醇等

食品添加劑：面包酵母、味精(谷氨酸鈉)、賴氨酸、檸檬酸、甜味肽、肌苷酸和鳥苷酸(均為增鮮劑)、右旋糖酐葡聚糖和茁霉多糖(均為增稠劑)、葡萄糖氧化酶和異維生素C(均為食品保鮮劑)、乳鏈菌肽(食用防腐劑)。新型發(fā)酵飲料活性乳酸飲料。微生物與飲食、調(diào)味品

青紅方醬，醬油食用醋發(fā)酵飲料味精發(fā)酵面食食用藥用菌食用色素食品添加劑淹漬蔬菜發(fā)酵食品市場(chǎng)主要原料：卷心菜、黃瓜等當(dāng)前韓國(guó)國(guó)內(nèi)泡菜市場(chǎng)產(chǎn)值約為16.7億美元。日本泡菜產(chǎn)值約為13億美元中國(guó)泡菜工業(yè)的市場(chǎng)銷售額約為10億元，中國(guó)泡菜的代表之一-------四川泡菜企業(yè)出口總額約500萬美元，僅占國(guó)際泡菜市場(chǎng)總量的3%。A、各種抗生素B、各種氨基酸：在醫(yī)藥中主要用于生產(chǎn)氨基酸輸液C、維生素D、甾體激素E、生物制品：預(yù)防、診斷或治療傳染病F、其它：診斷、治療用酶、酶抑制劑、核苷酸制品、制藥工業(yè)用酶、工業(yè)發(fā)酵藥物2、發(fā)酵在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用抗生素：目前世界各國(guó)可用發(fā)酵法生產(chǎn)的抗生素約400種，其中廣泛應(yīng)用的大約120種。全球生產(chǎn)與銷售的各類抗生素總價(jià)值約為250～300億美元醫(yī)藥市場(chǎng)維生素目前，全球范圍內(nèi)使用最為普遍的是VA、VC和VE，三者每年市場(chǎng)銷售額近20億美元，其中VE超過10億美元，其余為VB族，每個(gè)品種都有0.5-1.5億美元的市值。在各種用途中，維生素作為動(dòng)物飼料的市場(chǎng)正以每年2-3％速度增長(zhǎng)，在藥用和食品領(lǐng)域都以4-5％的速度增長(zhǎng)。甾體激素甾體激素在動(dòng)植物組織內(nèi)起生理調(diào)節(jié)作用。世界市場(chǎng)的年銷售額約為70億元糖酶：a-淀粉酶、β-淀粉酶、糖化酶、支鏈淀粉酶、異構(gòu)酶、半乳糖酶、纖維素酶。蛋白酶：堿性、酸性、中性蛋白酶果膠酶脂肪酶凝乳酶漆酶

3、輕工、食品用酶的生產(chǎn)4、化工能源產(chǎn)品的生產(chǎn)利用發(fā)酵、生物轉(zhuǎn)化或酶法生產(chǎn)：烷烴、醇及溶劑、有機(jī)酸、多糖等酒精將在新能源中占重要地位酵母利用葡萄糖發(fā)酵丙酮酸CO2乙醛NADHNAD+乙醇磷酸二羥基丙酮NADHNAD+磷酸甘油甘油3%的亞硫酸氫鈉（pH7）（磺化羥基乙醛）甘油、乙醇、乙酸(堿性條件)酵母生產(chǎn)燃料乙醇沼氣利用工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的有機(jī)物廢料，發(fā)酵制取燃料(沼氣)氣體。美國(guó)計(jì)劃解決全國(guó)能源需要量的10％，英、美、德、日、俄都已建成了許多大型沼氣發(fā)酵廠，如倫敦，每年可回收沼氣8800萬立方米。氫能生物柴油5、飼料工業(yè)方面微生物菌體中，蛋白質(zhì)含量占45-55％(干物質(zhì))、所以用發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白是食品和飼料蛋白質(zhì)的重要來源。藻類蛋白：德國(guó)培養(yǎng)的珊列藻，每公頃所得蛋白比小麥多20～35倍。

一個(gè)20米直徑的水池年產(chǎn)4噸藻類，加工后可得相當(dāng)于3000升柴油的燃料。圖為生長(zhǎng)在淡水和海水中的一種硅藻6、冶金工業(yè)方面細(xì)菌浸礦：？細(xì)菌浸出的金屬涉及到Cu、U、Co、Ni、Mn、Zn、Pb等10余種，但大規(guī)模生產(chǎn)的只有銅和鈾目前，美、英、日、俄、澳、加拿大等許多國(guó)家都在積極開展此項(xiàng)研究和生產(chǎn)?？共　⑾x抗生素食用和藥用真菌生物農(nóng)藥生物肥料7、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用利用微生物來處理工業(yè)廢水或含毒廢液，乃至構(gòu)建超級(jí)細(xì)菌，處理大面積的海面石油污染等。8、在環(huán)境保護(hù)中的應(yīng)用噴灑工程菌清除石油污染處理前處理后微生物處理腈綸廢水的塔式濾池9、應(yīng)用于高技術(shù)研究開發(fā)基因工程中酶、DNA探針等醫(yī)藥中診斷用酶第二節(jié)微生物工程組成及研究?jī)?nèi)容微生物工程涵義微生物工程是滲透有工程學(xué)的微生物學(xué)。利用微生物的特定性狀、功能，通過現(xiàn)代化工程技術(shù)，生產(chǎn)各種生理活性物質(zhì)的技術(shù)體系是在酵母發(fā)酵生產(chǎn)飲料酒的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，又稱為發(fā)酵工程是將傳統(tǒng)發(fā)酵技術(shù)與基因工程、細(xì)胞工程、代謝工程和計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制等新技術(shù)結(jié)合并發(fā)展起來的現(xiàn)代發(fā)酵技術(shù)利用微生物的特點(diǎn)

(1)對(duì)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。FERMENTATIONProcessControl上游工程UPSTREAMPROCESSES下游工程DOWNSTREAMPROCESSES微生物工程組成微生物工程原始材料：包括菌種，培養(yǎng)基上游過程：對(duì)菌種加以改造，提高生產(chǎn)能力或者導(dǎo)入外源基因等以獲得工程菌發(fā)酵或生物轉(zhuǎn)化：通過優(yōu)化發(fā)酵條件、利用工程菌的生物合成、加工和修飾等以獲得目的產(chǎn)物下游過程：是運(yùn)用生物化學(xué)、物理學(xué)方法分離、純化產(chǎn)品第三節(jié)微生物工程的發(fā)展階段微生物工程的發(fā)展階段天然發(fā)酵階段微生物的發(fā)酵開始于人類見到微生物前的一段漫長(zhǎng)的歷史時(shí)期，大約在距今8000年前至公元1700年。最常見的例子就是發(fā)面、天然果酒的釀制、牛乳和乳制品的發(fā)酵以及利用霉菌來治療一些疾病等。其中應(yīng)用水平最高的是中國(guó)人在制曲、釀酒方面的偉大創(chuàng)造。

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)——液體深層培養(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)等。對(duì)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。開拓發(fā)酵原料時(shí)期：石油發(fā)酵基因工程階段：

人們能夠根據(jù)自己的意愿將微生物以外的基因?qū)胛⑸锛?xì)胞中，從而達(dá)到定向地改變生物性狀，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。第四節(jié)發(fā)酵方法的類別與流程1、類別：根據(jù)對(duì)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)酵從微生物生長(zhǎng)特性區(qū)分：分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵2.工業(yè)發(fā)酵步驟和工藝流程(1)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)將培養(yǎng)好的純菌株轉(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(zhǎng)并形成代謝產(chǎn)物。(5)對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行提取純化，得到合格產(chǎn)品。(6)回收或處理發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢物和廢水。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(yíng)養(yǎng)物質(zhì)滅菌產(chǎn)物分離純化成品菌種篩選搖瓶試驗(yàn)發(fā)酵罐試驗(yàn)純種培養(yǎng)2.1發(fā)酵原料的預(yù)處理不同原料采用不同處理方法。1.淀粉——變成糊精或葡萄糖。方法：酸水解（高壓、強(qiáng)酸）、酶水解法2.糖蜜——加熱殺菌并用水稀釋。2.2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，活化后擴(kuò)大培養(yǎng)。保存的菌種菌種活化種子擴(kuò)大培養(yǎng)克氏瓶和茄子瓶搖床培養(yǎng)2.3種子擴(kuò)大培養(yǎng)2.4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(jiǎn)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(dòng)態(tài)，并進(jìn)行雜菌的檢查和產(chǎn)物測(cè)定，使整個(gè)發(fā)酵過程順利進(jìn)行。2.5發(fā)酵產(chǎn)物的分離提取利用菌體：離心沉淀或板框壓濾使固體、液體分開，也可干燥后直接做成粉劑。酒精——蒸餾塔蒸餾；抗菌素及有機(jī)酸——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。質(zhì)檢質(zhì)檢第五節(jié)我國(guó)發(fā)酵工業(yè)的科技進(jìn)步早期，發(fā)酵工業(yè)主要由釀酒和釀造的產(chǎn)品組成。目前，品種繁多，門類齊全某些產(chǎn)品如味精、檸檬酸年總產(chǎn)量已躍居世界首位。

今后我國(guó)發(fā)酵工業(yè)研究的重點(diǎn)采用高新技術(shù)改造和提升現(xiàn)有發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)水平和開發(fā)新產(chǎn)品自主創(chuàng)新應(yīng)加強(qiáng)應(yīng)用基礎(chǔ)理論的