发酵工程 讲义.doc

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发酵工程 第一章 绪论 1、 发酵及发酵工程的概念 1、传统发酵 最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象, 或者是指酒的生产过程。 2、生化和生理学意义的发酵 指微生物在无氧条件下,分解各种有机物质产生能量的一种方式,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。 如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。 3、工业上的发酵 泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程 包括: 1. 厌氧培养的生产过程,如酒精,乳酸等。 2. 通气(有氧)培养的生产过程,如抗生素、氨基酸、酶制剂等。 产品有细胞代谢产物,也包括菌体细胞、酶等。 发酵工程(Fermentation Biotechnology): 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。 2、发酵工程技术的发展大致可分为哪几个阶 段,每段的技术特点是 什么? ? 1. 自然发酵时期:嫌气性发酵用于酒类酿造,好气性发酵用于 酿醋、制曲。 ? 2. 纯培养技术的建立:人工控制环境条件使发酵效率迅速提 高。 ? 3.通气搅拌好气发酵过程技术的建立:从分解代谢转为生物合 成代谢,可以利用微生物合成积累大量有用的代谢产物。 ? 4.人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术的建立:遗传水平上 控制微生物代谢。 ? 5. 发酵动力学、发酵工程连续化、自动化工程:以数学、动力 学、化工原理等为基础,通过计算机实现发酵过程的自动化控 制的研究,使发酵过程的工艺控制更为合理。 ? 6. 微生物酶反应生物合成与化学合成反应结合工程技术:可生 产许多过去不能生产的有用物质。 3、 发酵工业的应用范围 1. 酿酒工业(啤酒、葡萄酒、白酒)2. 食品工业(酱、酱油、食 醋、腐乳、面包、乳酸)3. 抗生素工业(青霉素、链霉素、土霉素) 4. 有机酸工业(柠檬酸、葡萄糖酸)5. 酶制剂工业(淀粉酶、蛋白 酶)6. 氨基酸工业(谷氨酸、赖氨酸)7. 核苷酸发酵工业(肌苷酸、 肌苷) 8. 有机溶剂工业(酒精、丙酮)9. 维生素工业(VB2、VB12)10. 生物能源工业(沼气、生物柴油)11.环境保护产业(废水生物处理) 12.生理活性物质发酵工业 (激素) 13. 冶金工业(微生物探 矿、石油脱硫)14.微生物菌体蛋白发酵工业(酵母、单细胞蛋白) 4、发酵工业的特点 与化学工程相比,发酵工程具有以下特点: 1、发酵过程是极其复杂的生物化学反应,与微生物细胞息息相关 2、通常在常温常压下进行,反应安全,需求条件也比较简单 3、发酵醪(包括固相、液相、气相,还含有活细胞体或菌丝体),属 非牛顿流体,其特性影响因素很多,对发酵工程都有关联 4、具有严格的灭菌系统,以防止杂菌污染 如空气除菌系统、培养基 灭菌系统、设备的冲洗灭菌等 5、反应以生命体的自动调节方式进行,因此数十个反应过程能够像 单一反应一样,在同一发酵罐内进行 6、后处理阶段,为了适应菌体与发酵产物的特点,需采取一些特殊 的工艺措施并选用合适的设备。如酶类避免过热。 5、液体发酵生产的一般工艺流程 (1)用作种子扩大培养及发酵生产的各种培养基的配制;(2)培养基、 发酵罐及其附属设备的消毒灭菌;(3)扩大培养出有活性的适量纯种, 以一定比例接种入发酵罐中;(4)控制最适发酵条件使微生物生长并 形成大量的代谢产物;(5)将产物提取并精制,以得到合格的产品。 6、发酵工业的类型 (1)按微生物对氧的不同需求:厌氧发酵、需氧发酵、兼性厌氧发 酵;(2)按培养基的物理性状:液体发酵(包括液体深层发酵)、 浅层固体发酵、深层固体发酵(机械通风制曲);(3)按发酵工艺 流程:分批发酵、补料分批发酵、连续发酵;(4)按菌的种类:单菌种 发酵、多菌种混合发酵(混合菌发酵)。 第二章 菌种与菌种扩大培养 1、 微生物工业对菌种的要求 (1) 能够利用廉价的原料,简单的培养基,大量高效地合成 产物 (2) 有关合成产物的途径尽可能地简单,或者说菌种改造的 可操作 性要强 (3) 遗传性能要相对稳定;(4) 不易感染它种微生物或噬菌体 (5)产生菌及其产物的毒性必须考虑(在分类学上最好与致病 菌无 关) (6) 生产特性要符合工艺要求 2、未培养微生物的概念 定义:指迄今所采用的微生物纯培养分离及培养方法还未获得纯培养 的微生物,其在自然环境微生物群落中占有非常高的比例,约为99%。 3 菌种保藏方法及其特点 (1) 斜面低

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