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宜宾学院生命科学与食品工程系生物工程教研室 微生物工程工艺原理精品课程 宜宾学院生命科学与食品工程系生物工程教研室 微生物工程工艺原理精品课程 微生物工程工艺原理 第一章 绪论 宜宾学院生命科学与食品工程系生物工程教研室 第一章 绪 论 了解：课程的研究对象、研究内容、微生物工程发展的历史、国内外微生物工业概况及其发展趋势。 理解：微生物工程的特征、研究范围及其与化学工程的区别。 第一章 绪论 宜宾学院生命科学与食品工程系生物工程教研室 §1-1 微生物工程工艺原理的基本概念 一、基本概念 微生物工程是将化学工程有关理论和单元操作应用于微生物的工业发酵生产，进而发展起来的具有新的特点的一门学科。微生物工程通常称为发酵工程，可分为发酵和提取两个部分。 1、微生物工程工艺原理的定义 第一章 绪论 宜宾学院生命科学与食品工程系生物工程教研室 （1）“发酵”一词的来源 英语中“发酵”一词fermentation是从拉丁语fervere派生而来的，原意为“翻腾”，它描述酵母作用于果汁或麦芽浸出液时的现象。 2、发酵的定义 （2）狭义 “发酵”的定义 是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物产生能量的过程，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。 如酒精发酵，乳酸发酵等过程。 第一章 绪论 宜宾学院生命科学与食品工程系生物工程教研室 （2）广义 “发酵”的定义 泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等发酵，以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。 （3）发酵工程（Fermentation Engineering） 应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。 第一章 绪论 宜宾学院生命科学与食品工程系生物工程教研室 二、微生物发酵的基本特征 现代微生物工业通常是指微生物的代谢控制发酵 代谢控制发酵：是指利用生物的、物理的、化学的方法，人为的改变了微生物的生长代谢途径，使之合成、积累、分泌我们所需要的产品的过程。 1. 现代发酵过程是典型的代谢控制发酵 第一章 绪论 宜宾学院生命科学与食品工程系生物工程教研室 由于微生物生理特性决定了微生物在发酵过程中需要稳定的环境、特殊的条件以及以氧作为底物的供给，这些都涉及到化工生产相关领域： （1）质量的传递——氧的供给、代谢物的排泄等 （2）热量的传递——微生物呼吸产热，微生物生长和代谢需要稳定而严格的温度条件。 （3）动量的传递——涉及到搅拌轴功率的计算，它与溶氧、气液混合的关系。 （4）微生物的反应工程——涉及到微生物的生长动力学模型的建立，产物生成动力学模型的建立。 2. 现代发酵过程是一个典型的化工过程 第一章 绪论 宜宾学院生命科学与食品工程系生物工程教研室 （1）反应条件温和 微生物的生理特性，要求温度为26℃-55℃；pH值中性偏酸性——酵母、霉菌、放线菌等；pH值中性偏碱性——细菌的发酵。 （2）无菌发酵 整个反应过程要求无菌：培养基、空气、补料和取样要求无菌处理、有些发酵尾气也要求进行无菌处理。 （3）非连续性生产 微生物的生理特性决定了发酵过程的非连续性；大部分的工业发酵是以间歇操作为基础进行的，目前只有少数发酵实现了连续化生产，如啤酒发酵。 3. 现代发酵工业又有别于化工过程 第一章 绪论 宜宾学院生命科学与食品工程系生物工程教研室 根据发酵的特点和微生物对氧的不同需要，可将发酵分成以下几个类型： 1、按发酵原料来区分：糖类物质发酵、石油发酵及废水发酵等。 2、按发酵产物来区分：如氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵等。 3、按发酵形式来区分：固态发酵和液体发酵。 4、按发酵工艺流程区分：分批发酵、连续发酵和流加发酵。 5、按发酵过程中对氧的需求，分为：厌氧发酵和通风发酵。 三、微生物发酵的类型 第一章 绪论 宜宾学院生命科学与食品工程系生物工程教研室 SOLID-STATE FERMENTATION PRODUCTION 第一章 绪论 宜宾学院生命科学与食品工程系生物工程教研室 大型发酵罐 第一章 绪论 宜宾学院生命科学与食品工程系生物工程教研室 典型的发酵过程可以划分成以下六个基本组成部分： （1）繁殖菌种和