发酵工程-济南大学.ppt

5、教材 余龙江主编. 发酵工程原理与技术应用.化学工业出版社 6、参考书籍 俞俊棠等主编. 生物工艺学(上下册). 华东理工大学出版社 梅乐和等主编. 生化生产工艺学. 科学出版社 姚汝华主编. 微生物工程工艺原理. 华南理工大学出版社 Peter F. Stanbury, Allan Whitaker, Stephen J. Hall. Principles of Fermentation Technology. (2nd Edition) 本章内容 一、发酵工程定义及在生物技术中的地位 二、发酵工程发展简史 三、发酵工业的特点及其应用范围 四、工业发酵的类型与典型过程 五、发酵工程前沿及应用前景 1、何谓发酵？ ferver：发泡、沸腾 fermentation 发酵现象的本质 显微观察：细胞机器 3个流动：能量转化—电子流动； 同化异化—物质流动； 代谢调控—信息流动。 3个基本假说：代谢能支撑假说—代谢能转换器； 代谢网络假说—生化反应器； 细胞经济假说—生物信息编码器。 2、 发酵工程概念 传统发酵工程：利用微生物的生长和代谢活动来大量生产人们所需产品的过程理论与工程技术体系。 该技术体系主要包括菌种选育与保藏、菌种扩大生产、代谢产物的生物合成与分离纯化制备等技术集成。 现代发酵工程：强调现代生物技术、控制技术和装备技术在传统发酵工业领域的集成应用。 3、 发酵工程在生物技术中的地位 生物技术：应用自然科学和工程学的原理，依靠生物及其细胞的催化作用，将物料进行加工以提供产品或为社会服务的技术。 （一）发酵工程发展简史 1900以前 自然发酵阶段 1900—1940 纯培养技术的建立（第一个转折） 1940—1950 通气搅拌纯培养发酵技术的建立（第二个转折） 1950—1960 诱变技术与代谢控制发酵技术的建立（第三个转折） 1960—1970 开拓发酵原料时期（石油发酵时期） 1970年以后 进入基因工程菌发酵时期，以及细胞 大规模培养技术的全面发展。 1、自然发酵阶段（农产手工加工） 主要是酿造工业 主要产品：酒、酒精、醋、 啤酒、干酪、酸乳等 17世纪，能在容量为1500桶（一桶约136升）的 木质大桶中进行第一次真正的大规模酿造 1757年应用温度计；1801 使用原始热交换器 主要特点：嫌气发酵，非纯种培养 ，产品质量不稳定 2、纯培养技术的建立 Koch首先发明固体培养基，建立细菌纯粹培养 Petri创造一种培养皿(petri dish)用于微生物平板分离 Winograsky和 Beijerink发明富集培养法，分离特定的微生物 主要产品：酵母、甘油、乳酸、丙酮丁醇等 主要特点：纯培养为主、嫌氧发酵，产品产量 质量控制水平大大提高 3、通气搅拌发酵技术的建立 标志：纯种培养深层发酵生产青霉素 主要技术进展： (1)通气搅拌:解决了液体深层培养的供氧问题。 (2)解决了耗氧发酵中的杂菌污染问题:无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计 通气搅拌发酵技术的建立 主要特点：耗氧发酵实现规模化纯培养发 酵，一系列过程工程技术创新 意义： 推动抗生素工业乃至整个发酵工业快速发展 建立了完整的好氧发酵放大技术及装备 奠定了现代发酵工业的理论和实践基础 4、代谢控制发酵技术的建立 代谢控制发酵技术：应用生物化学的代谢知识和遗传学理论，选育微生物突变株，从而调控微生物代谢，大量积累目标发酵产物。 主要应用：氨基酸及核苷酸等基于初级代谢产物 的发酵生产，以及有机酸 、抗生素等 5、开拓新的发酵原料时期 目的：以烃类为碳源生产微生物细胞作为饲料蛋白质的来源（石油发酵） 技术进步： （1）发展了高压喷射式、强制循环式等多种发 酵罐及其发酵技术 （2）计算机和自动控制技术的运用：灭菌和发 酵过程自动控制，促进发酵工业朝连续化、自动化方向发展 开拓新的发酵原料时期 特点： 解决发酵原料及人畜争粮问题； 规模和自动化程度显著提高 能耗过大。 6、基因工程阶段（现代发酵工业新阶段） 主要标志： 基因工程产品生产以及基因工程技术应用 世界上已批准上市的基因工程药物有几十种，如：胰岛素