发酵生产技术张水生.pptx

发酵生产技术

张水生

办公室：SC313

电话学习内容

掌握发酵生产的发展过程、特点、现状及发展方向；

了解典型发酵产品的一般工艺及生产控制。

学习内容

微生物与发酵

生物化工的发展过程

发酵产品的类型

我国生物化工的现状及发展方向

微生物发酵生产过程岗位基本职责要求

基本概念

生物化工

常见的产品：干扰素、促红细胞生长素等（昂贵，年需求量仅为千克级）；抗生素、酶、食品与饲料添加剂、日用与农业生化制品等（低价位产品，年需求量逾万吨）。

基本概念

发酵

“发酵”（Fermentation）一词是拉丁语“沸腾”

（fervere）的派生词，它描述酵母作用于果汁或麦芽浸出液时产生气泡的现象。产生气泡的现象是由浸出液中的糖在缺氧条件下降解而产生的二氧化碳所引起的。

基本概念

发酵

狭义“发酵”的定义：在生物化学或生理学上发酵是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二氧化碳，同时获得能量；丙酮酸被还原为乳酸而获得能量等等。

基本概念

发酵

广义“发酵”（工业发酵）：工业上所称的发酵是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，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。产品既有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。

直击典型企业

发酵生产特点

发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。其主要特点如下：

条件温和：发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。

发酵所用的原料简单粗放。通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这一特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。

发酵生产特点

由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以生产比较复杂的高分子化合物。

微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。

工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，并可以取得显著的经济效益。

发酵生产特点

发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。

发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大的经济损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败的关键。

发酵类型

按发酵原料来区分

糖类物质发酵

石油发酵

废水发酵

发酵类型

按发酵形式来区分

固态发酵

深层液体发酵

发酵类型

按发酵产物区分

氨基酸发酵

有机酸发酵

抗生素发酵

酒精发酵

维生素发酵

酶制剂发酵

发酵类型

按发酵工艺流程区分

分批发酵

分批补料发酵

连续发酵

发酵类型

按发酵机理（过程中对氧的需求不同）区分

好氧发酵

厌氧发酵

发酵类型

按发酵产物区分

氨基酸发酵

有机酸发酵

抗生素发酵

酒精发酵

维生素发酵

酶制剂发酵

典型生产过程

典型生产过程

微生物发酵制药的一般过程

典型生产过程

培养基制备：繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份确定；

灭菌：培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；

种子制备：培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容器中；

发酵工艺控制：微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长；

产物提取和精制：

“三废”处理：过程中排出的废弃物的处理。

传统发酵生产：

发酵食品、抗生素、生物制药、氨基酸、核苷酸、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、生物农药、生物肥料等。

现代生物技术基因工程菌发酵生产：基因工程药物、疫苗及抗体产品。

产品及产业

医药、轻工、食品、农业、环保、能源等行业

发展过程

自然发酵→纯种发酵→深层通风发酵→代谢控制发酵→原料转变→分子生物学时代

大曲制备

白酒

黄酒

酱油

醋

酱类

泡菜

发展过程-自然发酵

酒精发酵

丙酮丁醇发酵

乳酸发酵

柠檬酸发酵（表面培养）

发展过程-纯种发酵

1941（二次世界大战），青霉素生产。

1943年美英科学家和工程师把化工行业的通风搅拌技术引入发酵行业，设计了带有通风搅拌装置和通入无菌空气的密闭发酵罐。

发展过程-深层通风发酵

1957年日本人木下祝郎，发现了谷氨酸棒杆菌，随后谷氨酸发酵成功，