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发酵工艺原理 （发酵工程）讲 义 王莘 2012.8.20 第一章 绪论 发酵工业应用： 生物生物学 一、发酵定义： 从工业微生物角度的发酵：利用培养微生物来获得产物的有氧或厌氧的任何过程，现在有扩大到培养生物细胞（含有动物、植物和微生物）获得产物的所有过程。 从发酵工业角度的发酵：借助微生物在有氧和无氧条件下的生命活动来制备微生物体本身，或共同直接代谢产物或次级代谢产物的过程统称为发酵。 传统发酵：酱油、醋、酒、长毛豆腐。 新兴发酵：有机酸、酶制剂、抗生素。 发酵工业的划分：食品工业（酿造工业）和非食品工业（发酵工业） 发酵工业：利用生物的生命活动生产的酶对无机或有机原料进行酶加工获得产品的工业。 二、发酵工业具备的条件： ①要有某种适宜的微生物。 ②要保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧浓度 ，酸碱度等）。 ③要有进行微生物发酵的设备。 ④要有将菌体或代谢产物提取出来精制成产品的方法和设备。 三、发酵工业的改革 1．天然发酵阶段 特点：1）家庭作坊式生产；2）容易感染细菌 ； 3）厌氧发酵；4）非纯种培养； 5）凭经验传授技术； 6）产品质量不稳定。 2．纯培养技术的建立阶段 纯培养阶段特点：（1）．多为好氧产品；（2）、均为表面培养；（3）、产品生产过程简单；（4）、设备要求不高；（5）、生产规模不大。 3．通气搅拌发酵技术的建立阶段 第二次世界大战爆发，1929年英国人费莱明发现青霉素，迅速形成工业大规摸生产。 1940年英国人费洛里精制分离青霉素医治战伤药物。 发酵工业新篇章： 发酵现象→酿造食品工业→非食品工业→青霉素→抗菌素发酵工业→氨基酸,核酸发酵（代谢控制发酵）→基因工程菌→动物细胞大规模培养→植物细胞大规模培养→藻类细胞大规模培养→转基因动物。 发酵工程产业化发展： 发酵工程技术给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力，涉及到解决人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题 。 细胞大规模培养技术： 细胞大规模培养 ── 微生物、动植物细胞、藻类细胞等 4．代谢控制发酵技术 5．开拓发酵原料时期 6．基因工程阶段 四、发酵工业的范围： 现代发酵工业涉及领域按微生物发酵产品的性质分为以下几个方面。 1． 微生物菌体发酵 2．微生物酶发酵： 3． 微生物代谢产物发酵 4．微生物的生物转化发酵： 生物转化与化学反应相比优点：反应条件温和，对环境无污染。 5．微生物特殊机制的利用 （1）利用微生物消除环境污染环境恶化 （2）利用微生物发酵保持生态平衡 （3）微生物湿法冶金： （4）利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域 五、发酵工业的特点 1.发酵原料的选择 2.微生物菌种得选育及扩大培养 3.发酵设备选择以及工艺条件控制 发酵工艺控制关键：发酵全过程的无菌状态的保持，防杂菌污染，设备冲洗，培养基灭菌，空气过滤。 4. 发酵产物的分离提取 5.发酵废物的回收和利用 发酵培养基 第一节 培养基的类型及功能 培养基：是人们提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的按一定比例配制的多种营养物质的混合物。（人工配制的含有营养物质的供微生物生长的介质。） 发酵培养基作用：满足菌体生长+促进产物形成。 一、培养基的营养成分及来源 1、能源 2、碳源 3、氮源 4、有机盐 5、特殊生长因子 二、培养基的类型和用途 1、按物质来源分：自然培养基（化学成分不清楚，异养微生物完全培养基）、合成培养基（化学成分和数量已知配制，实验室用生长慢）、半合成培养基（天然碳、氮、生长因子和化学药品，多数微生物使用） 合成培养基：由已知组成成分的各种营养物质组合的培养基叫合成培养基。 复合培养基（天然+半合成）：由一些组成成分不完全明确的天然有机物与一些无机盐组合的培养基。 2、按物理性状态分：固体培养基、半固体培养基、体培养基 固体培养基 :适合于菌种和孢子的培养和保存，也广泛应用于有子实体的真菌类，如香菇、白木耳等的生产 。 半固体培养基:即在配好的液体培养基中加入少量的琼脂，一般用量为0.5%～0.8% ,主要用于微生物的鉴定。 液体培养基:80%～90%是水，其中配有可溶性的或不溶性的营养成分，是发酵工业大规模使用的培养基。 3、按生产工艺用途分：从发酵生产应用考虑） 孢子培养基、种子培养基、发酵培养基，工业中常用种子和发酵培养基用生产。 （1）孢子培养基：供制备孢子用的。 孢子：某一生长阶段中，在营养细胞内形成一个圆形，卵圆形或圆柱形的休眠体叫孢子。 （2）种子培养基：供孢子发芽和菌体生长繁殖用的。 （3）发酵培养基：是供菌体生长繁殖和合成