微生物工程(发酵)第一章 绪论.ppt

微生物工程 1. 绪论 思考题： 1.发酵及发酵工程的定义 2.发酵工程的特点 3.发酵工程的类型 4.发酵过程的组成 5.发酵工业发展的阶段及大致年代 6.和国际先进水平相比较，我国发酵工业的不足之处主要表现在哪些方面 1.1 发酵工程发展史和相关学科 1.1.1发酵及发酵工程的定义 发酵（狭义）：微生物细胞将有机物氧化释放的电子直接交给本身未完全氧化的某种中间产物，同时释放能量并产生各种不同的代谢产物。 发酵（广义）：通过对微生物（或动植物细胞）的进行大规模的生长培养，使之发生化学变化和生理变化，从而产生和积累大量人们发酵所需要的代谢产物的过程。 发酵工程：采用工程技术手段，利用生物（主要是微生物）或有活性的离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或直接把生物体应用于工业生产的过程。 微生物工程：指采用现代工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种技术。 第一阶段 1900年前 ●酒精、醋 ●使用温度计，比重计和热交换器 ●分批培养 ●使用纯酵母培养物(1896), 用优质醋接种发酵 第二阶段 1900－1940 ●面包酵母，甘油，柠檬酸和丙酮丁醇 ●pH离线控制，温度控制 ●分批和补料培养 ●应用纯培养技术 第三阶段 1940－1960 ●青霉素，氨基酸，核苷酸，酶 ●可灭菌的pH和溶氧电极，计算机控制 ●分批和补料，连续培养开始 ●菌种筛选程序重要 1.1.2发酵工程发展史及相关学科 由食品工业向非食品工业发展 抗菌素发酵工业 第四阶段 1960－1979 ●用烃和别的贮存物生产单细胞蛋白 ●计算机控制 ●连续培养+培养基再循环 ●生产菌株的遗传工程技术 第五阶段 1979－目前 ●通常微生物不产生的异质化合物，如胰岛素，干扰素 ●更先进的控制手段和传感器 ●分批，补料-分批或连续 ●用基因工程技术将外源基因引入微生物宿主 第六阶段 ●解决能源、资源、环境等问题的工业应用 ●基因组学、蛋白组学、代谢组学等技术紧密结合 代谢控制发酵技术 组学技术与发酵工程 1.2 发酵工程类型与发酵过程特点 1.2.1 发酵工程类型： 好氧/厌氧 固态/液态 纯化/混菌 研究/中试/生产 1.2.2 发酵过程特点 反应条件温和； 周期短，不受气候、场地制约； 多利用生物质为原料； 自发的生物过程； 1.3 发酵工艺过程和关键技术 1.3.1 发酵工艺过程 菌种 原料、设备的灭菌 种子培养物的生产 最优化条件下的大规模生产； 产物的提取和纯化； 发酵废液的处理； 空气加热器 油水分离器 冷却器 贮气罐 空气压缩机 空气 总过滤器 分过滤器 发酵液预处理 发酵罐 种子罐 三角瓶或茄子瓶 生产用斜面（多管） 纯化复壮 保存菌种（砂土管、冻干、液氮、斜面） 菌种 预处理 原料 过滤、离心、提取、精制、干燥 包装 补料 调节剂 消泡剂 冷却 灭菌 配料、调浆 灭菌 废水处理 1.3.2 发酵工程关键技术 菌种选育 纯培养技术 发酵过程优化 发酵过程放大 发酵工程下游分离纯化技术 发酵过程自动监测控制技术 1.4 发酵工业产品和现状 1.4.1 发酵工业产品 食品、化工、能源、酶制剂、医药、材料等 1.4.2 发酵工业现状 美国、日本、欧洲的雄厚实力； （生物技术、工程技术） 我国的发酵工业现状 ?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多家企业，相关产业年产值超过2万亿元，占国民经济的20% 我国的发酵工业现状 菌种生产能力不高 工艺落后 产品科技含量低，浓度低、能耗大、污染大 装备水平落后 产 品 国内水平 国际水平 谷氨酸 产酸12-13%，转化率45-55% 15-18%，60-65% 柠檬酸 产酸14-16％ 25％ 头孢菌素 30000-35000 u/ml 40000 u/ml以上 维生素C 糖酸转化率 94％ 糖酸转化率97％ 生产水平低25%-45%、能耗高40%、水耗高55% 环境污染严重 每年废水达80亿m3(工业排放总量10%) 产 品 每吨排放废水 硫氰酸红霉素 500吨，COD10万mg/L 味精 COD6-7万mg/L，废母液近20吨，总排400吨 柠檬酸 COD1-4万 mg/L，中和废水10吨，总排300吨 1.5 发酵工程发展趋势 1.5.1 技术领域的发展趋势 系统生物学、合成生物学与细胞工厂 发酵过程的细胞群体效应解析 发酵过程的复杂多相体系放大 基于多产物联产目标的全局调控 发酵过程集成和