《发酵工程-09级五年制-(李)-10下》.ppt

发酵工程 Fermentation Engineering ① 掌握发酵工程的概念和基本类型; ② 熟悉发酵的基本过程及常用的发酵设备; ③ 了解发酵技术的特点及应用。 发酵（fermentation）一词的来源：最初来自拉丁语“发泡 / fevere” ，是指酵母作用于果汁或发芽谷物产生CO2的现象。 狭义发酵：生物化学上将发酵定义为“微生物在无氧时的代谢过程”。 广义发酵：目前，人们把利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程统称为发酵。 微生物菌体发酵：获得有用的菌体 酵母、药用真菌、生物防治菌等 微生物酶发酵：获得有用的酶 淀粉酶、青霉素酰化酶、葡萄糖氧化酶等 微生物代谢产物发酵： 微生物代谢产物 △ 在菌体对数生长期所产生的产物，如糖类、氨基酸、蛋白质、核苷酸、核酸等，是菌体生长繁殖所必需的，这些产物叫做初级代谢产物。 △ 在菌体生长静止期，某些菌体能合成一些具有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等。这些产物与菌体生长繁殖无明显关系，叫做次级代谢产物。 微生物代谢产物类型 微生物转化发酵：把一种化合物转变为更有经济价值的相关产物 乙醇→乙酸、甘油→二羟丙酮、葡萄糖→葡萄糖酸 等 生物工程细胞发酵：用工程菌生产药物 胰岛素、干扰素、青霉素酰化酶、单克隆抗体 等 4.1.2 发酵技术的特点 简单 发酵过程以生命体的自动调节方式进行，数十个反应过程能够在发酵设备中一次完成。 温和 反应通常在常温常压下进行，条件温和，能耗少，设备较简单。 环保 原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，可以是农副产品、工业废水或可再生资源（如植物秸秆、木屑等），微生物本身能有选择地摄取所需物质。 4.1.2 发酵技术的特点 高效 容易生产复杂的高分子化合物，能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团引入或去除等反应。 谨防杂菌 大多情况下设备需要进行严格的冲洗、灭菌，空气需要过滤等。 4.1.3 发酵技术的应用 食品工业 能源工业 化学工业 环境保护 4.2 微生物发酵过程 微生物发酵过程即微生物反应过程，是指由微生物在生长繁殖过程中所引起的生化反应的过程。 细菌： 枯草芽孢杆菌→淀粉酶 乳酸杆菌→乳酸 醋酸杆菌→醋酸 棒状杆菌→谷氨酸 短杆菌→肌苷酸 放线菌 链霉菌属 小单孢菌属 诺卡氏菌属 酵母菌 酿酒酵母 假丝酵母 类酵母 霉菌 根霉 毛霉 梨头霉 红曲霉 青霉 其他微生物 担子菌 藻类 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需要的多种营养物质的混合物。 培养基的成分和配比对微生物的生长、发育、代谢及产物的积累等有较大的影响。 培养基的种类 孢子培养基： 使微生物形成大量优质孢子而不引起变异。 低浓度有机氮、适量无机盐。 常用的有米培养基、麸皮培养基、琼脂培养基等。 种子培养基： 提供孢子发芽和菌体生长繁殖的养分。有丰富的氮源和维生素。 常用的原料有葡萄糖、糊精、蛋白冻、玉米浆、酵母粉、硫酸 铵、尿素、磷酸盐等。 发酵培养基： 为菌体生长繁殖和合成大量代谢产物提供养分。 要求其组分丰富完整、并与代谢协调、平衡。pH值保持相对稳定。 （1）目的明确 根据不同的菌种，应选择不同的材料配制培 养基。配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求。 （2）营养协调 培养基的营养要协调，以利于产物的合成。 （3）pH适宜 （4）减低成本 培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。 1.分批发酵 营养物和菌种一次加入罐内进行培养。在这一过程中，中间除了空气进入和尾气排出，加入消泡剂及控制pH的酸或碱外，不再加入任何其它物质，发酵过程中培养基成分减少，微生物得到繁殖。 传统的生物产品发酵多用此过程。 分批发酵的特点： 微生物所处的环境在发酵过程中不断变化，其物理，化学和生物参数都随时间而变化，是一个不稳定的过程。 典型的分批发酵工艺流程图 微生物分批培养的生长曲线 分批发酵的优缺点： 优点： 操作简单； 操作引起染菌的概率低； 不会产生菌种老化和变异等问题。 缺点：非生产时间较长、设备利用率低，生产能力 不高。 2. 连续发酵 以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同的速