页数：50页文件大小：4.91 MB来源： 微生物工程工艺原理ppt课件
本课件为课程绪论，从生活中的微生物工程产品切入，界定微生物工程、生物工程与发酵的基本概念，梳理从自然发酵到基因工程菌的发展脉络，并说明课程的研究内容、学习方法与考核要求。
微生物工程工艺原理
生活中的微生物工程产品
物工程发展的历史、国内外微生物工业概况及其发展趋势。理解：微生物工程的特征、研究范围及其与化学工程的区别。
一、基本概念微生物工程是应用微生物为工业大规模生产服务的一门工程技术，直接建立在微生物工业基础上，随着微生物工业的发展而迅速发展，并与化学工业的新发展相结合。微生物工程通常称为发酵工程，可分为发酵和提取两个部分。1、微生物工程的定义
的定义是应用自然科学及工程学的原理，依靠生物催化剂的作用将物料进行加工生产产品或为人类服务的技术科学，又称生物技术，生物工艺学。3微生物工业的定义是利用微生物的生长和代谢活动生产各种有用物质的现代工业，由于它以培养微生物为主，所以也称发酵工业。
词fermentation是从拉丁语fervere派生而来的，原意为“发泡”，它描述酵母作用于果汁或麦芽浸出液时的现象。4、发酵的定义（2）狭义“发酵”的定义是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物产生能量的过程，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如酒精发酵，乳酸发酵等过程。
的定义泛指利用微生物细胞在有氧或无氧条件的生命活动来制备微生物菌体或其他代谢产物的过程。它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等发酵，以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。（3）发酵工程（Fermentation Engineering）是研究生物技术工业生产过程中各单元操作的工艺和设备的一门学科，是生物技术产业化的重要环节。也叫微生物工程。
过程中需要稳定的环境、特殊的条件以及以氧作为底物的供给，这些都涉及到化工生产相关领域：（1）质量的传递——氧的供给、代谢物的排泄等（2）热量的传递——微生物呼吸产热，微生物生长和代谢需要稳定而严格的温度条件。（3）动量的传递——涉及到搅拌轴功率的计算，它与溶氧、气液混合的关系。（4）微生物的反应工程——涉及到微生物的生长动力学模型的建立，产物生成动力学模型的建立。2.现代发酵过程是一个典型的化工过程
要求温度为26℃-55℃；pH值中性偏酸性——酵母、霉菌、放线菌等；pH值中性偏碱性——细菌的发酵。（2）无菌发酵整个反应过程要求无菌：培养基、空气、补料和取样要求无菌处理、有些发酵尾气也要求进行无菌处理。（3）非连续性生产微生物的生理特性决定了发酵过程的非连续性；大部分的工业发酵是以间歇操作为基础进行的，目前只有少数发酵实现了连续化生产，如啤酒发酵。3.现代发酵工业又有别于化工过程
的特点和微生物对氧的不同需要，可将发酵分成以下几个类型：1、按发酵原料来区分：糖类物质发酵、石油发酵及废水发酵等。2、按发酵产物来区分：如氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵等。3、按发酵形式来区分：固态发酵和液体发酵。4、按发酵工艺流程区分：分批发酵、连续发酵和流加发酵。5、按发酵过程中对氧的需求，分为：厌氧发酵和通风发酵。三、微生物发酵的类型
TATION PRODUCTION
液体发酵
可以划分成以下六个基本组成部分：（1）生产菌种选育和扩大培养，培养基的配制；（2）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；（3）生产菌种接种入生物反应器中，无菌空气的制备与通风；（4）控制生产菌种最适生长和代谢条件，进行发酵生产；（5）产物提取和精制；（6）过程中排出的废弃物的处理。四、微生物发酵过程的组成部分1、发酵过程的组成
2、发酵工艺过程
（2）保证和控制菌种生长和发酵的各种条件（培养基组成，温度，溶氧、pH等）（3）进行微生物发酵的设备（4）提取菌体或代谢产物，精制成产品的方法和设备3、发酵生产的条件
4、由实验室研究到产业化的过程菌种筛选摇瓶试验发酵罐小、中试发酵生产
主要类别：1、以菌体为产品；2、以微生物的酶为产品；3、以微生物的代谢产物为产品；4、生物转化过程——将一个化合物经过发酵改造化学结构。五、微生物发酵产品的类型
的特点：易于工业化生产，便于改善工艺提高产量。分类：胞内酶和胞外酶生物合成特点：需要诱导作用，或遭受阻遏、抑制等调控作用的影响，在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面需给予注意。
包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。初级代谢产物或中间代谢产物是指细胞自身生长所必需的，在对数生长期形成的产物。次级代谢产物是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来自于中间代谢产物和初级代谢产物。
发酵的发展可以分为以下几个阶段：1.自然发酵时期传统的酿造业一、微生物工业发酵的历史
.纯培养技术时期该阶段以显微镜的诞生和微生物学的问世为标志。1683年--荷兰列文虎克---显微镜—细胞1866年--法国巴斯德--巴式消毒法1881年--德国科赫等人--染色法观察细菌形态--划线法分离单孢子菌落--结核菌--1905年诺贝尔生医奖
3.通气搅拌的好气性发酵工程技术时期这一阶段以青霉素的工业开发获得成功为标志。由英国病理学家弗洛里和生化学家钱恩共同开发成功。抗生素工业，有机酸、维生素、激素等。
.人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术时期代谢控制发酵的概念的提出最早源于1956年日本人在谷氨酸发酵上取得的成功。代谢控制发酵理论的建立和应用为微生物工业发酵的理论和实践作出了重大贡献，也是未来微生物发酵工业研究和发展的方向
.发酵动力学和连续化、自动化发酵工程技术时期大型发酵罐的连续化、自动化方向发展目前已能实现：基本参数的自动记录和控制（温度、pH值、罐压、溶解氧、氧化还原电位、通气流量、二氧化碳含量等）
.微生物酶反应合成与化学合成相结合工程技术时期山梨糖醇→→→山梨糖→→→维生素C微生物酶反应化学合成葡萄糖还原成山梨糖醇细菌：弱氧化葡糖酸杆菌、芽孢杆菌、生黑葡糖酸杆菌和醋酸杆菌属
有着悠久的历史，在国民经济中占有重要的地位，体现在以下方面： 酒、酱、酱油、醋、酸奶、面包、馒头、酒精、抗生素、有机酸、酶制剂、氨基酸、维生素、核苷酸、激素、抗体、菌体蛋白、……
1.从工业领域看微生物发酵将占据越来越重要的地位，具体的讲：(1)通过生物工程解决能源问题能源问题是全球面临的问题，生物工程如何解决？太阳能淀粉、纤维素G乙醇能源乙烯（目前已取得突破性进展）生物工程作为桥梁，2000年世界产值已达50亿美元酶工程发酵
工工业。许多化工产品的生产由于严重的污染和生产效率问题，而为生物工程取代，例如：乙醇、甘油、乳酸等。二是利用生物技术可生产一些用化学方法无法生产或生产成本高以及对环境产生不良影响的新型材料，如丙烯酰胺、壳聚糖等。(3)农业生物农业、农产品加工等方面(4)医药主要包括手性药物制剂，手性原料和手性中间体。
即是生产工具，又是科学研究的工具和基础(2)新型抗菌素工业和维生素行业(3)氨基酸及多肽发酵(4)生物免疫物质：白介素-2、干扰素、抗肿瘤物质等(5)细胞工程及疫苗2.从产品角度看应围绕下列领域
原料转变为更广泛、便宜的原料，特别是以废弃物为基质的发酵，废弃物资源化是其发展方向。(2)开发新产品利用现代生物技术为基础，开发新产品，新的产品层出不穷，使得微生物发酵向国民经济的各个角落渗透。(3)发酵设备向大型化、自动化、连续化发展。英国帝国化学公司，甲烷菌发酵罐的容积已达到3000m3。自动化：电子计算机的广泛应用以及发酵过程中的各种参数的自动检测。3.从科学技术角度看
的特点1.已由糖分解生产简单化合物阶段转入复杂化合物的生物合成阶段，从自然发酵转为人工控制的突变型发酵、代谢控制发酵、遗传因子的人工支配发酵。
2.越来越多的化学合成产品全部或部分转为微生物发酵生产，特别是微生物酶反应合成和化学合成相结合工程技术的创立3.向大型发酵罐和连续化、自动化方向发展
4.人工诱变育种和代谢控制的广泛应用，使微生物得到进一步开发利用，新产品、新用途层出不穷5.利用微生物工业发展解决能源匮乏问题，利用纤维素、石油甚至空气等资源代粮发酵生产各种产品取得了成功
6.基因工程飞速发展，出现基因工程菌，发酵获得重要的药品如人胰岛素、干扰素等，由此建立起技术密集型的新兴生物技术产业。
由于科学技术进步缓慢，各种微生物工业也未能充分发展。当时的发酵工业主要集中于酒精和酒类（白酒、黄酒、啤酒、葡萄酒）以及酱油和醋的生产上。解放后，才建立了一系列新的微生物工业。逐步研究和生产酶制剂、有机酸、微生物制药、氨基酸、基因工程产品、细胞工程产品等各种发酵产品。使发酵工业进入新的发展时期。四、国内发酵工业发展回顾
1，发酵产品增长快、质量明显提高，在国民经济中起重要作用新型发酵工业：年产量115万吨；产值150亿；利税50亿。酿酒工业（不包括酒精）：年产量2000万吨左右；产值450亿；利税120亿。2，科技进步，技术水平提高例如：糖化酶的发酵液酶活力由7000 u/ml提高至30000-40000u/ml；味精和柠檬酸三个主要指标：产酸率、转化率和提取率提高5%左右。3，积极开发新产品特鲜味精；高温α-淀粉酶；纤维素酶；β-葡聚糖酶；异淀粉酶等酶制剂；L-苹果酸；L-乳酸；衣康酸；黄原胶。功能性发酵制品：亚麻酸；虫草；蘑菇、灵芝多糖；活性肽；低聚异麦芽糖、木糖；海藻糖等。（一）我国发酵工业的主要进步
其余都在万吨以下，最大规模是周口莲花味精集团公司，年产12万吨，其次是菱花集团，年产8万吨。发酵罐容量我国只有个别工厂在600立方米，而国外普遍在500-600立方米以上。1998年味精生产企业89家，其中亏损37家，占41％。柠檬酸行业：万吨以上的工厂有六家，其余均在万吨以下，最大规模是安徽丰原生化集团，年产6万吨以上。1998年有28家生产，亏损企业12家，占42％。酶制剂行业：有39家，其中万吨以上，销售额2000万以上只有8家，其余均在万吨以下。（二）与国际先进水平的差距1、多数工厂规模小、效益低
2、生产技术水平比较低我国淀粉生产企业约400家，玉米淀粉原料干物收率平均在90％左右，比国外低5％-8％，多数工厂副产品回收利用较差。提取收率转化率产酸率89.254.148.46国内(平均)90-95％55-60％12％以上国外国际水平国内水平发酵水平μ/ml1000以上400-500中温淀粉酶30000以上20000-25000糖化酶30000以上15000-20000碱性蛋白酶味精的产酸率、转化率、提取收率水平比较主要酶制剂品种发酵水平对比
在产品结构方面比较单一，主要以淀粉酶类为主，如：1991年酶制剂总产量为9万吨，其中糖化酶总产量7万吨，占总产量78％，其他品种只占22％。8年来结构调整仍变化不大，1999年糖化酶占总产量比例达到61％。与国外产品结构对照显然不合理，当然我们不能照搬，但是可以借鉴，可以根据中国国情依市场需求加以调整。国内(占比例)％国外(占比例)％品种2137蛋白酶6111糖化酶1715淀粉酶09凝乳酶少量9果胶酶少量11葡萄糖异构酶18其他国内外酶制剂产品结构对比3、产品品种单一，结构不合理
4、应用的深度和广度不够柠檬酸产品以出口为主，国内市场只占20％左右，主要应用于食品饮料，其他方面应用很少，美国和西欧已广泛开展应用于家用洗涤剂、清洁剂、医药化妆品以及饲料工业中，我国这方面研究的很少。酶制剂由于品种的缺乏，以及应用技术上开展不够，因此应用面拓展缓慢。5、技术装备和检测手段落后，自动化水平低。多数工厂还是沿用传统工艺和手工操作，劳动生产率比较低。6、综合利用和环境治理差目前三河和三湖一带的发酵工厂的废水已初步得到了治理，重点工厂已达到了国家规定的排放标准，但是离清洁生产还有较大距离，表现在原料利用率比较低，一般比国外先进水平低3％-5％。
必修课程，是一门以微生物、生物化学、化工原理、物理化学、生化技术等课程为基础，以微生物发酵过程中各种单元操作为主线条，对微生物发酵过程中的基本原理进行阐述的课程。五、本课程的主要内容
1.发酵生产用菌种及其有关知识菌种选育包括菌种保藏生产过程中菌种的扩大培养2.培养基的制备及灭菌工业发酵用原料的选择与处理包括培养基的灭菌原理和方法工业灭菌的工程计算3.发酵机制包括：乙醇、甘油、谷氨酸、柠檬酸、赖氨酸、抗生素、维生素等。4.发酵过程及控制温度的变化及pH值的变化及控制包括氧传递动力学泡沫的消长规律及控制5.发酵产物的提纯
1、教材：姚汝华，周世水：微生物工程工艺原理华南理工大学出版社2、主要参考书：1.梅乐和：生化生产工艺，浙江大学出版社2.刘如林：微生物工程概论，南开大学出版社3.张克旭：氨基酸工艺学，轻工业出版社4.陈宁：代谢控制发酵，轻工业出版社5.俞俊棠，等：新编生物工艺学，化学工业出版社六、附录
工业微生物生物工程学报生物工程进展食品与生物技术生物技术通报医药生物技术3、主要专业期刊 Nature BiotechnologyBiotechnology and BioengineeringApplied and Environmental MicrobiologyApplied Microbiology and BiotechnologyBioresource TechnologyBiotechnology AdvancesEnzyme and Microbial TechnologyJournal of BiotechnologyProcess Biochemistry
4、专业站点生物引擎：www.bio-engine.com中国生物工程网：bp.home.dhs.org生物通：http://www.ebiotrade.com，bbs.ebiotrade.com生物桥：www.bio-bridge.com生物谷：www.bioon.com 中国国家知识产权局专利检索：www.sipo.gov.cn/zljs/欧洲专利条约组织：ep.espacenet.com美国专利商标局(USPTO)：patft.uspto.gov/美国国立医学图书馆Pubmed数据库：www.ncbi.nlm.nih.gov/PubMed综合学术论坛---小木虫：emuch.net/bbs谷歌学术搜索：scholar.google.com.hk百度文库：wenku.baidu.com科学网：www.sciencenet.cn
下载地址：{{downurl}}
{{{a}}}
{{#b}}{{{b}}}
{{/b}} {{/title}} {{#nolog}}登陆注册
{{/nolog}} {{#djsx}}点我刷新
{{/djsx}} {{#gocz}} {{/gocz}} {{#ffqr}} {{/ffqr}}