➢ 重要关注：菌种、防污染
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发酵过程技术优化
高产量
微生物生理、遗传、营养及环境因素
高转化率 微生物代谢途径和过程条件
高效率
微生物反应动力学和系统优化
低成本
技术综合及产业化技术集成
环境友好 开发清洁生产技术
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发酵过程技术优化
条件 确定
初始条件
过程分析
过程强化
过程 优化
1. 基于组学技术的高通量菌种改造和筛选 菌种改造
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发酵工业的范围
➢ 微生物菌体 ➢ 酶制剂 ➢ 代谢产物 ➢ 生物转化 ➢ 微生物特殊技能的利用
• 消除环境污染 • 保持生态平衡 • 微生物湿法冶金 • 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域
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➢ 微生物菌体
传统菌体 发酵工业
酵母发酵 菌体蛋白(单细胞蛋白)发酵
面包酵母
现代菌体 发酵工业
四环素 （Tetracycline）
罗红霉素 （Roxithromycin）
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2015‒2018年我国零售市场全身用抗感染用药不同类别分布状况
2014‒2018年我国β-内酰胺类全身用抗细菌用药市场各类别分布状况
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发酵工程发展简史
(4) 1950‒1960 诱变技术与代谢控制发酵技术的建立 (5) 1960‒1970 开拓发酵原料时期(石油发酵时期)
——DNA/RNA内切酶、外切酶，DNA连接酶等 ➢ 饲料酶制剂：木聚糖酶、-葡聚糖酶、纤维素酶等
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➢ 代谢产物
第一类：维持生物体内生命过程的必需物质，存在于所有生物体内。
第二类： 并不是所有的生物体内都存在，它们对维持生物体生命活 动不起重要作用，但具有生理活性的物质。
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杀虫剂——苏云金杆菌、蜡样芽孢杆菌、 侧孢芽孢杆菌、白僵菌、绿僵菌
疫苗
新的菌体发酵产品：药用功能菌体
茯苓菌——茯苓 担子真菌——灵芝、香菇 虫草头孢菌 密环菌
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➢ 酶制剂
广泛用于医药工业、食品、轻工业、石油化工
➢ 酶试剂盒：医用诊断、工业分析等 ➢ 药用酶制剂：胆固醇氧化酶、葡萄糖氧化酶等 ➢ 食品工业用酶制剂：果胶酶、淀粉酶等 ➢ 基因重组技术用酶制剂：核酸酶
阿莫西林
6-APA
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(3) 1940‒1950通气搅拌纯培养技术的建立
1943年 链霉素（streptomycin）
（第二个抗生素）
抗结核
赛尔曼·A·瓦克斯曼
1952年 诺贝尔生理学或医学奖
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其他抗生素
青霉素 （Penicillin）
头孢菌素 （Cephalosporin）
微生物发酵工程
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目录
CONTENT
发酵工程定义及在生物技术中的地位 发酵工程发展简史 发酵工业的特点及其应用范围 工业发酵的类型与典型过程 发酵工程发展趋势及应用前景 《发酵工程》《酶工程》主要内容
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发酵工程在生物技术中的地位
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发酵工程上中下游技术
优良菌株的选 育和保藏（菌 种筛选、代谢 路径改造等）
代谢产物应用
PITERA是天然酵母的发酵液滤液，这种 过滤液里面含有多种氨基酸、维生素、矿物 质、有机酸以及多糖类粘性物质。
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➢ 微生物转化
我国创制的二步发酵法 Vc合成路线
醋酸霉菌
假单胞菌
烯醇化 内酯化
D-山梨醇
山梨糖
2-O-D-古洛糖酸
Vc
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微生物转化 降解石油的微生物很多，据报道有200多种。
《战国策·魏策二》记载， 相传 “帝女令仪狄作酒而美， 进之禹，禹饮而甘之，遂疏仪 狄而绝酒旨。曰，后世必有以 酒亡其国者。”
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中国六千年酒文化
《柳叶刀》(2018.8.23)
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自然发酵阶段
从上古到北魏时期(386‒534年) 22种制醋方法
酒石酸(1769年)
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(2) 1900‒1940纯培养技术的建立
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常用的工业微生物
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工业菌种改良
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诱变育种
1H NMR
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PD UV 7 min UV 9 min HNO2 6 min DES 30 min MW 2 min US 20 min US 30 min
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常用的菌种保藏方法
培养皿
冻存管
试管斜面
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2. 基于组学和生物信息学代谢途径分析优化
发酵工艺 3. 基于实时代谢流分析、代谢途径模型与自动控制技 优化 术的发酵过程优化控制
发酵产物 4. 基于发酵液及产品特性的高效率、低成本、高质量 分离纯化 和环境友好的提取精制技术集成
综合治理 5. 基于源头防治与过程监控的资源节约与废物资源化 技术优化 清洁生产技术集成
补料分批发酵 单极恒化器连续发酵
连续发酵
多极恒化器连续发酵
单菌种发酵
细胞再循环的单极恒化器连续发酵
中游 技术
上游 技术
上中下游相互关联!
发酵过程控制 （发酵条件控制、 无菌环境控制、 过程分析等）
下游 技术
分离纯化产品（固 液分离技术、细胞 破壁技术、产物纯 化技术、产品检验 和包装技术等）
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2. 发酵工程发展简史 (1) 1900之前 自然发酵阶段
杜康“有饭不尽，委之空桑， 郁结成味，久蓄气芳，本出于 代，不由奇方。”
(6) 1970年以后 基因工程菌发酵时期、 细胞大规模培养技术全面发展
(7) 近年来
现代生物技术和过程工程技术 为基础的现代发酵工业突飞猛进。
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3. 发酵工程的特点及其应用范围
➢ 常温常压，反应安全、条件简单
特 ➢ 较廉价原料生产较高价值产品 点 ➢ 专一性、高选择性地进行复杂化合物特定部位的生物转化修饰
多氯联苯、多环芳烃、杂环化合物 药用物质 放射性核素 金属
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4. 工业发酵的类型与典型过程
按照微生物对 氧的需求不同
按照培养基 的物理性状
按照发酵 工艺流程
按照菌的种类
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厌氧发酵 需氧发酵 兼性厌氧发酵 液体发酵(深层液体发酵)
固体发酵
浅盘固体发酵
分批发酵
深层固体发酵(机械通风制曲)
青霉素——二战中最伟大的“救命药”
金黄色 葡萄球菌
青霉菌
1945年诺贝尔生理学或医学奖
（弗莱明、佛罗理、钱恩）
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1945年实现了青霉素的工业化生产
固 体 表 面 培 养
液 体 深 层 培 养
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青霉素类药物
发酵、提取分离
Penicillium
青霉素 G
青霉素 酰基转移酶
人工合成