反应条件温和 周期短，不受气候、场地制约 多利用生物质为原料 生物特性
四、发酵工艺过程和关键技术
1.发酵工艺过程
确定的发酵过程组成
菌种及确定的培养基组成 培养基发酵罐及辅助设备的灭菌 大规模有活性、纯种的种子培养物生产 发酵罐中微生物最优条件下的大规模生产 产物提取、纯化 发酵废液的处理
发酵工业
传统发酵技术 酒、醋的酿造
现代发酵技术
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、基因工程菌发酵、基因工程药物、疫苗及 抗体产品等
三、发酵工程类型和发酵过程特点
1.发酵类型
好氧/厌氧 固体/液体 纯菌/混菌 研究/中试/生产
2.发酵过程特点
技术
单种微生物（细菌）的分离和纯培养技术
布赫纳
✓ 1897年法国的布赫纳 ✓ 1907年获诺贝尔化学
奖。 ✓ 发酵过程是由酶催化
的一系列化学反应。
主要产物：
酵母菌体、甘油、柠檬酸、乳酸和丙酮丁醇等。
主要进展：
✓ 补料分批培养法：发酵过程中逐步补加培养基成分，防 溶氧受限和其它有毒物质的影响。
酵母发酵 ✓ 传统菌体发酵工业
菌体蛋白（单细胞蛋白）发酵
1．自然发酵阶段 2．纯培养技术的建立 3．通气搅拌发酵技术的建立 4．代谢控制发酵技术 5. 基因工程阶段 6．现代发酵工程技术
1、自然发酵阶段
✓ 主要产品有各种饮料酒、酒精、酱、酱油、
醋、干酪、酸乳等。
✓ 特点：
手工作坊或家庭式生产； 非纯种培养； 凭经验传授技术； 产品质量不稳定； 产品为厌氧发酵产品。
第一章 绪论
基本概念 发酵工程发展史和相关学科 发酵工程类型与发酵过程特点 发酵工艺过程和关键技术 发酵本概念
“发酵”（Fermentation）
拉丁语“翻腾”（fervere）的派生词，它描 述酵母作用于果汁或发芽谷物时产生气泡的现象。
气泡---糖在缺氧条件下降解而产生的CO2
酵产物的技术。 主要应用：
氨基酸及核苷酸等基于初级代谢产物的发酵生产， 以及有机酸 、抗生素等
人工控制黄色短杆菌生产赖氨酸
人工诱变的 菌种不能产生
高丝氨酸 脱氢酶
天冬氨酸
天冬氨酸激酶
中间产物Ⅰ
高丝氨酸
不能合成
甲硫氨酸
苏氨酸
中间产物Ⅱ
赖氨酸
可以大 量积累
5、现代发酵工程阶段
✓ 基因工程和细胞工程，产生的工程菌和新菌 株，能够发酵生产原来微生物不能生产的产 物和新的有用物质，如胰岛素、干扰素等。
2.发酵工程关键技术
菌种选育技术 纯种培养技术 发酵过程优化技术 发酵过程放大技术 发酵工程下游分离纯化技术 发酵过程自动监测、控制技术
五、发酵工业产品和现状
1.产品类型
1）微生物菌体发酵 2）微生物酶发酵 3）微生物代谢产物发酵 4）微生物转化发酵 5）生物技术的生物细胞发酵
菌体
发酵工程
2016.3
参考教材
《发酵工程原理与技术》，陈坚、堵国成 编著，化学工 业出版社，2012
《发酵工艺原理》（第一版），熊宗贵 主编，中国医药 科技出版社，2000年。
《发酵工程原理》，张嗣良 编著，高等教育出版社， 2013年。
《发酵工程》，徐岩 编著，高等教育出版社，2011年。
一、基本概念
狭义“发酵”的定义：
生物化学上：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。
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：C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 +ATP 2C3H4O3+4[H]→2C3H6O3 +ATP
一、基本概念
现代“发酵工程”的定义：
采用现代化技术手段，利用天然生物体或人工改 造的生物体对原料进行加工，为人类生产有用的产 品，或直接把生物体应用于工业生产的过程。
厌氧培养的生产过程，酒精、丙酮丁醇、乳酸，等； 种 类 通气（有氧）培养的生产过程，抗生素、氨基酸、酶制剂
产品：细胞代谢产物、菌体细胞、酶等。
二、发酵工业发展简史及相关学科
路易·巴斯德
✓ 法国,路易·巴斯德1822-1895年 ✓ 彻底否定“自生说”学说 ✓ 免疫学－预防接种 ✓ 证实发酵是由微生物引起的 ✓ 提出巴斯德消毒法等 ✓ 巴斯德也因此被人们誉之为
“发酵之父”。
利斯特·柯赫
✓ 德国柯赫 1843-1910年 ✓ 提出了柯赫法则 ✓ 配制培养基技术 ✓ 固体培养基分离纯化
二、发酵工业的沿革
古罗马人搬运葡萄酒的情景（上） 汉代砖刻上的酿酒图（ 右上 ） 战国时期的盛酒铜器和其中的酒 （右）
2、纯培养技术的建立（发酵工程的诞生）
19世纪末---20世纪30年代 ✓ 安东尼·列文.虎克 ✓ 路易·巴斯德 ✓ 柯赫 ✓ 布赫纳(Buchner)
安东尼·列文·虎克
1675年，荷兰博物 学家安东尼·列文虎 克发明显微镜（放 大倍数270倍），人 类历史上第一次看 到大量活的微生物。
✓ 建造了低碳钢制造的圆柱形发酵罐，采用加压蒸汽灭菌 和无菌接种技术，又建立了纯种培养新技术。
3、通气搅拌发酵技术的建立
1928年英国细菌 学家弗莱明发现 青霉素。
3、通气搅拌发酵技术的建立
标志 20世纪40年代初，纯种培养深层发酵青霉素
主要的技术进展 ✓ 通气搅拌解决了液体深层培养的供氧问题； ✓ 无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大型发
酵罐的密封与抗污染设计解决了耗氧发酵中的 杂菌污染问题。
大型发酵罐搅拌装置
➢ 意义：
推动抗生素工业乃至整个发酵工业快速发展 建立了完整的好氧发酵放大技术及装备 奠定了现代发酵工业的理论和实践基础
4、代谢控制发酵技术（20世纪60年代）
代谢控制发酵
选育微生物突变株，从DNA分子水平上，控制微生 物的代谢途径，进行最合理的代谢，积累大量的有用发
✓ 发酵工程已经扩展到动植物细胞领域。
部分利用基因工程技术研制的产品
人胰岛素 人生长激素(GH) 表皮生长因子(EGF)
肿瘤坏死因子 白细胞介素-2(IL-2)
尿激酶原 猪生长激素(PGH) 牛生长激素(BGH)
纤维素酶 , -干扰素 乙型肝炎疫苗 集落刺激因子(CSF) 促红细胞生成素(EPO) 抗血友病因子 组织溶纤原激活剂(t-PA)