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发酵工艺控制 发酵工艺控制 王淑琳 王淑琳 2008年12月 2008年12月 发酵工程概述 发酵工程概述 发酵工程的发展历史 发酵工程的发展历史 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 发酵工程的早期阶段 发酵工程的早期阶段 人们对发酵技术的认识起始于19世纪末，主要来自于厌 人们对发酵技术的认识起始于19世纪末，主要来自于厌 氧发酵，如利用酵母菌、乳酸菌生产酒精、乳酸和各种发酵 氧发酵，如利用酵母菌、乳酸菌生产酒精、乳酸和各种发酵 食品。 食品。 20世纪初期，1916年英国采用梭状芽孢杆菌生产丙酮丁 20世纪初期，1916年英国采用梭状芽孢杆菌生产丙酮丁 醇，德国采用亚硫酸盐法生产甘油（第一次世界大战）── 醇，德国采用亚硫酸盐法生产甘油（第一次世界大战）── 由食品工业向非食品工业发展 由食品工业向非食品工业发展 好氧发酵技术：速酿法从乙醇生产醋酸，通气法大量繁殖酵 好氧发酵技术：速酿法从乙醇生产醋酸，通气法大量繁殖酵 母，用米曲霉的麸曲代替麦芽糖作糖化剂生产酒靖，用微小 母，用米曲霉的麸曲代替麦芽糖作糖化剂生产酒靖，用微小 毛霉生产干酪。 毛霉生产干酪。 1933年发明了摇瓶培养法代替了传统的静置培养法。 1933年发明了摇瓶培养法代替了传统的静置培养法。 生长均匀，增殖时间短。 生长均匀，增殖时间短。 发酵工程的重大转折点 发酵工程的重大转折点 二十世纪四十年代初，第二次世界大战爆发，青霉素 二十世纪四十年代初，第二次世界大战爆发，青霉素 的发现，迅速形成工业大规摸生产。 的发现，迅速形成工业大规摸生产。 1928年由 Fleming发现青霉素 1928年由 Fleming发现青霉素 1941年美国和英国合作对青霉素进行生产研究 1941年美国和英国合作对青霉素进行生产研究 表面培养：1升扁瓶或锥形瓶，内装200mL麦麸培养基 表面培养：1升扁瓶或锥形瓶，内装200mL麦麸培养基 ─── 40u/ml ─── 40u/ml 3 3 1943年沉浸培养： 5m ─── 200u/ml 1943年沉浸培养： 5m ─── 200u/ml 3 3 3 3 当今：100m ─200m ─── 10万u/ml以上 当今：100m ─200m ─── 10万u/ml以上 链霉素、金霉素、新霉索、红霉素 链霉素、金霉素、新霉索、红霉素 主要的技术进展： 主要的技术进展： 通气搅拌解决了液体深层培养时的供氧问题。 通气搅拌解决了液体深层培养时的供氧问题。 抗杂菌污染的纯种培养技术：无菌空气、培 抗杂菌污染的纯种培养技术：无菌空气、培 养 基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封 养 基灭菌、无污染接种、大型发酵罐的密封 与抗污染设计制造。 与抗污染设计制造。 发酵工程的产品 发酵工程的产品 微生物菌体 微生物菌体 微生物酶 微生物酶 菌体代谢产物：初级代谢产物和次级代谢 菌体代谢产物：初级代谢产物和次级代谢 产物 产物 发酵过程中的工艺控制点 发酵过程中的工艺控制点 发酵过程的代谢控制 控制难点：过程的不确定性和参数的非线性 培养基的批间差异 消毒过程的差异 菌种的保存时间和制备过程的差异 发酵过程中