三、发酵技术的应用
1.医药工业：抗生素、维生素、胰岛素、乙肝疫苗、 干扰素等； 2.食品工业：微生物蛋白、氨基酸、饮料、酒类和一 些食品添加剂（柠檬酸、乳酸、天然色素等）； 3.能源工业：酒精、沼气、微生物采油； 4.化学工业：化工原料（乙醇、丙酮、丁醇）、生物 表面活性剂； 5.农牧业：生物固氮、生物杀虫剂、微生物饲料； 6.冶金工业和环境保护。
➢ 19世纪末：厌氧发酵(酒精、乳酸、发酵食品) ➢ 1945年：通气搅拌发酵罐--好氧发酵(青霉素等
抗生素) ➢ 20世纪50年代：代谢控制发酵(氨基酸、核酸
等) ➢ 20世纪70年代：固定化酶连续发酵 ➢ 20世纪80年代：现代发酵工程技术(与基因操
作、细胞工程技术相结合)
发酵工程的内容
1、微生物的菌体发酵(酵母、单细胞蛋白、药 用真菌、杀虫剂等)
有氧条件下繁殖菌体。
二、微生物发酵过程的类型
根据培养基状态分：
生物反应器在生物产品生产过程中，具有中心纽 带作用，是实现生物技术产品产业化的关键设 备，是连接原料和产物的桥梁。
因此，生物反应器的设计和操作与生物技术产品 的质量、转化率和能耗关系紧密，直接影响到 生产效益

发酵罐的特点
1、为细胞代谢提供一个适宜的物理及化 学环境，使细胞能更快更好的生长
2、具有严密的结构 3、良好的液体混合性能 4、高的传质和传热速率 5、灵敏的检测和控制仪表
更加重视
第三节 发酵工程工艺
一、微生物发酵过程的类型
定义：指由微生物在生长繁殖过程中所引起的生化 反应的过程。
根据微生物的种类（好氧、厌氧、兼性厌氧）分 （1）好氧性发酵，如柠檬酸发酵，谷氨酸发酵。 （2）厌氧性发酵，如乳酸发酵，丙酮、丁醇发酵。 （3）兼性发酵，如酵母菌缺氧条件下发酵生产酒精，
2、微生物酶发酵(淀粉酶、糖化酶、氨基酰化 酶、青霉素酰化酶等)；
3、微生物代谢产物发酵(初级代谢产物、次级 代谢产物)
4、微生物的转化发酵：微生物转化是利用微 生物细胞的一种或多种酶，把一种化合物转变 成更有经济价值的产物（抗生素转化）
5、生物工程细胞的发酵：是指利用生物工程 技术所获得的细胞进行培养的新型发酵，其产 物多种多样。（胰岛素、干扰素、青霉素、酚 化酶）
非机械搅拌发酵罐---依靠通入的空气或液体产生 动力，带动发酵液循环、混合，包括喷射自吸式 发酵罐、气升式发酵罐
三、根据容积分类 实验室发酵罐：500L以下 中试发酵罐：500-5000L 生产规模发酵罐：5000L以上
好氧发酵罐
1、机械搅拌通风发酵罐 搅拌的作用是增加拱氧量 2、自吸式发酵罐 机械搅拌自吸式发酵罐 喷射自吸式发酵罐：文氏管自吸式发酵罐
和溢流喷射自吸式发酵罐 3、气升式发酵罐
厌氧发酵罐
酒精发酵罐 锥底立氏发酵罐
生物反应器工程前景
1、开发活性高，选择性好及寿命长的生物 催化剂
2、改进生物反应器的传质、传热的方法 3、生物反应器向大型化和自动化方向发展 4、特殊要求的新型生物反应器的研制开发 5、降低设备投资，对连续生物反应器研究
发酵罐的类型
一、根据微生物生长代谢需要来分 好氧发酵罐：用于抗生素、酶制剂、酵母、氨基
酸、维生素等产品的发酵，发酵过程需要氧气 厌氧发酵罐：丙酮、丁醇、酒精、啤酒、乳酸等
产品的发酵，发酵过程不需要氧气
二、根据发酵罐的质量传递特点进行分类
机械搅拌发酵罐---依靠搅拌器提供能量使发酵液 循环、混合、包括机械搅拌通风发酵罐和机械搅 拌自吸式发酵罐
初级代谢产物和次级代谢产物
❖ 在菌体对数生长期所产生的产物，如氨基酸、 核苷酸、蛋白质、核酸、糖类等，是菌体生长 繁殖所必需的，这些产物叫做初级代谢产物。
❖ 在菌体生长静止期，某些菌体能合成一些具有 特定功能的产物，如抗生素、生物碱、植物生 长因子等，这些产物与菌体的生长繁殖无明显 关系，叫做次级代谢产物。
发酵罐的设计要求
1、节能 2、操作与控制方便 3、无菌条件好 4、尽量减少法兰连接 5、结构坚固、安全 6、防止死角、裂缝 7、易维修
法兰连接
连接就是把法兰盘放在固定在 两处管口上的一对法兰的中间， 然后用螺栓拉紧使其接合起来， 成为一种可拆卸的。这种连接 主要用于铸铁管、衬胶管、非 铁金属管和法兰阀门等的连接， 工艺设备与法兰的连接也都采 用法兰连接。法兰连接的主要 特点是拆卸方便、强度高、密 封性能好。安装法兰时要求两 个法兰保持平行、法兰的密封 面不能碰伤，并且要清理干净。
第四章 发 酵 工 程
发酵工程的定义
发酵工程（微生物工程，发酵技术）， 是指在最适发酵条件下，发酵罐中大量 培养细胞和生产代谢产物的工艺技术， 根据各种微生物的特性，在有养或无养 条件下利用生物催化（酶）的作用，将 多种低值原料转化成不同的产品的过程。
广义上的发酵工程由三部分组成：
上游工程、发酵工程和下游工程，其中上 游工程包括优良菌株的选育，最适发酵 条件（营养组成、pH、温度）的确定， 营养物的准备等；下游工程指从发酵液 中分离和纯化产品的技术
发酵工业必须具备的条件
1、某种适宜的微生物 2、要保证或控制微生物进行代谢的各种
条件，即培养基的组成、温度、溶氧浓 度、pH等 3、微生物发酵需要的设备 4、提取菌体或代谢产物或精致产品的方 法和设备
发酵工程的特点
➢ 投资少 ➢ 见效快 ➢ 污染小 ➢ 外源目的基因易高效表达
发酵工程的历史发展
发酵工程在现代生物技术中的
地位和作用
发酵工程是生物技术产业化的基础和 关键技术， 是生物技术四大支柱(基因工 程、细胞工程、酶工程和发酵工程)的核 心，无论传统发酵产品，如抗生素、氨基 酸等，还是现代基因工程产品，如疫苗、 人体蛋白质等，都需要发酵技术进行生产。
第二节微生物反应器及发酵系统
生物反应器（发酵罐）：是为微生物、酶或动 植物细胞（或组织）作为生物催化剂的生物反 应过程提供良好环境的核心设备。根据生物催 化剂的不同，生物反应过程分为：发酵过程、 细胞培养过程和酶反应过程等，与生物反应过 程相应的反应器的为发酵罐、动植物细胞反应 器和酶反应器。