生物工程-发酵工程.pdf

第十章发酵工程 Fermentation Engineering 第一节 概述 发酵工程是将微生物学、生物化学和化 学工程学的基本原理有机地结合起来，利用 微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物 质的工程技术。由于它以培养微生物为主， 所以又称微生物工程。 一、发酵（fermentation ）的含义 发酵 在厌氧条件下，糖在酵母等生物细胞的作用下进行分解 代谢，向菌体提供能量，得到产物酒精和CO2 的过程。 生物化学家：发酵是指有机物分解代谢释放能量的过程。 工业微生物家：发酵就是利用微生物在有氧或无氧条件下的 生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程。 现在发酵又扩展到培养生物细胞（动植物细胞和微生物细 胞）来制得产物的所有过程。 发酵是一切以生物催化剂为条件的 化学反应产品的工业化生产手段。 发酵工程的主体为利用微生物，特 别是经DNA重组技术改造的微生物的代 谢活动来生产有用物质的工程技术。 二、发酵的类型 1.按是否需氧分类 细胞或菌株的代谢特性决定发酵是否需氧 （l ）好氧发酵(aerobic fermentation) 氧气，搅拌 多数有机酸，如醋酸、柠檬酸和各种氨基酸的发酵生产 氧气是以无菌空气方式并在不断搅拌下进入发酵液 （2 ）厌氧发酵（anaerobic fermentation ） 无需氧气，不搅拌。 酵母菌酿酒，乳酸菌生产乳酸，瘤胃细菌分解纤维素的过程 2.按使用细胞的不同分类 (1) 微生物发酵 霉菌、放线菌、酵母是发酵工业使用最多的微生物， 其次是细菌。 现在可用自动化筛选仪从自然界筛选供发酵工业使用 的野生微生物。 依赖野生菌的筛选更新发酵使用的菌种已经变得非常 困难。 在原有发酵菌种的基础上构造工程菌是微生物发 酵的主流趋势。 （2）植物细胞发酵 早期，以组织培养为主，如离体的茎、叶培养，目的是实现植物 特别是珍稀植物的快速无性繁殖。 现在，离体植物细胞杂交和植物细胞发酵，生产珍贵物质，如植 物色素、香料和药物。 植物细胞发酵就是农业工厂化生产粮食的雏形。 （3）动物细胞发酵 疫苗、抗体、酶类药物生产关系到人类疾病的防治，但真正直接 来自单细胞动物的细胞培养和发酵获得的产品并不多。 动物细胞离体培养和发酵是迄今发酵工业发展的瓶颈。 3.微生物发酵产品类型 （1）微生物菌体发酵 酵母、单细胞蛋白、药用真 菌、生物防治剂（如苏云金杆菌）等 （2）微生物酶发酵 种类多、成本低；医药及工业用酶 （3）微生物代谢产物发酵 （4）微生物转化发酵 （5）生物工程细胞的发酵 链接 （3）微生物代谢产物发酵 微生物的生长曲线 1.延滞期；2.加速生长期；3.指数生长期；4.减速期；5.稳定期；6.衰亡期 ① 初级代谢产物 定义 在微生物对数生长期所产生的产物。如氨基酸、核苷酸、蛋白 质、核酸、糖类等。 初级代谢产物是供菌体生长繁殖使用的。 许多初级代谢产物具有重要的经济性，形成了不同的发酵工业。 如微生物酶、有机酸、维生素、多糖、氨基酸和核酸类等物质的发酵。 ② 次级代谢产物 定义 在菌体生长静止期合成的在对数生长期中不能合成的、具有 特定功能的产物。如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等。 次级代谢产物具有较大的经济价值 较 比 的 物 产 谢 代 级 次 和 物 产 谢 代 级 初