发酵工程原理与技术 教学课件 作者 陈坚堵国成 主编 第一章.ppt

尚辅网 尚辅网 第一章 发酵工程的过去、现在和未来 本章内容 第一节 什么是发酵工程？ 第二节 发酵工程的过去和现在 第三节 发酵工程的未来 什么是发酵工程？ 发酵工程的过去和现在 发酵工程的未来 课后完成内容 1、给出发酵工程的基本定义 2、给出一个发酵产品生产技术的发展过程（可绘图说明） 3、提出研发一个发酵新产品的可能路线 尚辅网 高产量(89.4 g/L) 高产率(0.636 g/g) 高生产强度(1.95 g/(L?h)) 确定分阶段供氧模式:发酵0-16 h控制kLa为450 h-1，16 h后将kLa降低至200 h-1 碳平衡分析 前16 h较高溶氧有利于碳流合成细胞； 采用单一高或低供氧模式，不能同时达到高转化率和高生产强度！ 16 h后耗氧速率恒定，碳流转向合成丙酮酸 结果 如何提高丙酮酸发酵的转化率和生产强度?--分阶段溶氧控制 分阶段溶氧控制！如何分阶段？ Liming Liu,*Jian Chen. Biotechnology and Bioengineering, 2007, 97(4):825-832 Liming Liu, *Jian Chen. Journal of Biotechnology, 2006, 126(2):173-185 尚辅网 发酵工程的现在 1 发酵工程是工业生物技术的主要部分，由于国家需求和社会发展，主要目标已从生活资料的生产转向解决资源、能源和环境问题 2 发酵工程的技术内涵，已经从主要是工业应用技术，发展为紧密依靠生物学、工程学基础研究的工程技术 3 发酵工业与其它学科的交叉，已经从产品生产过程拓展到关键技术、方法学 尚辅网 ?生产规模大 醋、酱油、啤酒等产量世界第一 抗生素，如青霉素等产量世界第一 维生素C、氨基酸(味精) 、有机酸(如柠檬酸）等产量世界第一 ?产品种类多 5000多家, 相关产业年产值超过2万亿元，占国民经济的20% 中国是发酵工业大国 发酵工业的现在 尚辅网 ?工艺技术落后 15-18%，60-65% 产酸12-13%，转化率45-55% 谷氨酸 糖酸转化率97％ 糖酸转化率 94％ 维生素C 40000 u/ml以上 30000-35000 u/ml 头孢菌素 25％ 产酸14-16％ 柠檬酸 产 品 国际水平 国内水平 ? 环境污染严重 每年废水达80亿m3(工业排放总量10%)，COD排放500万吨(20％) 生产水平低25%-45%、能耗高40%、水耗高55% COD1-4万 mg/L中和废水10吨，总排300吨 柠檬酸 COD6-7万mg/L废母液近20吨，总排400吨 味精 500吨，COD10万mg/L 硫氰酸红霉素 每吨排放废水 产 品 ? 创新品种较少 部分产品长期依赖进口 中国不是发酵工业强国 发酵工业的现在 尚辅网 尚辅网 蛋白质组学 组学 Discovery-driven 转录组学 代谢组学 通量组学 DNA芯片技术 二维电泳/质谱技术 多维色谱/质谱技术 同位素-核磁共振技术 计算生物学 基因组模型化技术 实验生物科学 Hypothesis-driven 分子遗传学 分子微生物学 蛋白质工程 结构生物学 代谢工程 重组DNA 技术 蛋白质结晶及 晶体衍射技术 酶的定向 进化技术 高通量 筛选技术 微生物生理学 反向代谢 工程技术 细胞功能认识 和优化 生物学知识和技术 发酵工程的未来 尚辅网 工程学方法和规律 工业生物 过程 细胞群体效应 生化、生理特性分析 物质和能量传递模型 过程放大原理和策略 发酵优化 系统全局优化与集成 过程优化 细胞群体效应调控的直接放大 生物/化学方法级联的系统优化 多产物联产目标的全局调控 发现和认识 创新技术和方法 集成 优化 细胞 群体 单元 过程 系统 优化 反应/分离单元耦合集成 生物/化学级联方法 多目标联产方法 耦合技术 基于生理特性的直接放大 过程集成 发酵工程的未来 尚辅网 从发酵工业大国转为发酵工业强国 国内已形成较大规模，对国民经济产生重大影响的 已形成出口能力，能参与国际竞争的 受知识产权限制，长期依赖进口，急需技术突破的 ? 产品选择 ? 技术方向 原料拓展 菌株改造 工艺优化 综合利用 ? 整体目标 提升发酵工业整体技术水平 提高产品经济技术指标 增强国际竞争力 创造重大的社会和经济效益。 中国发酵工业的未来 尚辅网 细胞体内遗传操作 高效表达体系/ 高产菌株 应用基因组学、蛋白质组学和代谢组学等方法，采用新的培养方法、理性设计育种、高通量筛选、转基因技术、定向进化、基因组重排等技术 主要方法和技术 基因组 改组 生产菌种 改造 代谢工程诱变育种 发酵过程优化与控制 工程放大 代谢调控、数学建模、计