发 酵
（5）发酵与产物分离偶联技术
工 程
①作用：提高发酵产量和生产效率、回收产物以简化
的 生产过程。
内 容
②按连接方式分类：原位偶联、异位偶联
③应用：真空发酵、气提发酵、吸附发酵、膜分离发
酵(优缺点）、萃取发酵
（6）检测
①参数：物理、化学、生物学
二
、
②检测仪器：发酵传感器
发 酵
a、要求：共10个（p201)
量都起着制约作用。
b、设计
1）改变代谢流
二
、
直接方法：加快速度限制反应（增加酶量）、改变分支
发 代谢途径流向（改变活力）、构建代谢旁路（抑制有毒产
酵 工
物的产生）
程
间接方法：改变能量代谢途径
的
内
2）扩展代谢途径
容
3）转移或构建新的代谢途径
② 自动化控制
如图5－23
二
、
三方面内容：目标或目的、控制动作、模型
70年代，基因重组技术、细胞融合等生物工程技术的
飞速发展，为人类定向培育微生物开辟了新途径，微生物
工程应运而生。通过DNA的组装或细胞工程手段，能按照
一 人类设计的蓝图创造出新的“工程菌”和超级菌，然后通
、 概
过微生物的发酵生产出对人有益的物质产品。
述
传统的发酵技术，与现代生物工程中的基因工程、细
、 发
（恒定的必需营养）
酵
工
优点：稳定、自动化、利用率高、持续性好、体积
程
的
小、探头长寿、发酵产率高
内
容
缺点：成本高、杂菌污染、微生物易变异、粘性丝
状菌易结团、保持无菌难
（3）发酵动力学
研究方法 p195：宏观处理法、质量平衡法
二
宏观处理法：结构模型与非结构模型 p212
、
发
结构模型建立时应有三方面的内容（研究较少）：
（2）发酵方式
①分批发酵：间断进行
二
、
② 补料分批发酵：延长微生物对数期与静止期的持
发
酵
续时间 ，增加生物量的积累和静止期细胞代谢产物的积
工
累。分单一补料分批发酵和重复补料分批发酵。
程
的
优点：解除抑制、提高产物的转化率，不易产生菌
内
容
种老化和变异问题
缺点：何时、何物难以确定
③ 连续发酵
二
控制方式：恒浊法（恒定的菌体浓度）、恒化法
工 程
b、分类
的
测量方式：离线、在线、原位
内
容
测量原理：力敏、热敏、光敏、磁敏、电化学传感
器
c、主要在线传感器： pH、溶解氧、氧化还原电位、
溶解二氧化碳
二
③其他检测技术：生物量分析、尾气分析、发酵液成分
15、分解代谢：又称异化作用，是指由复杂的营养物质分 解成简单化合物的过程。
16、合成代谢：又称同化作用，是指由简单化合物合成复 杂的细胞物质的过程。
一 17、代谢控制发酵：是利用遗传学的方法或其他生物化学
、 方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，
概 述
使有用目的产物大量生成和积累的发酵。
的
特别是丝状菌生长的情况 p198式（5－8）
内 容
C 、细胞死亡动力学
p198式（5－9）
② 产物形成动力学
a、 L-P模型：
二
、
p198式（5－10）
发 酵
b、菌龄模型
工 程
p199式（5－11、12）
的
c、 生化模型
内
容
1）基质抑制模型： p199式（5－13）
2）氧限制模型： p199式（5－14）
动的一些基本属性。
载流途径：在一定的生理状态下，碳架物在微生物的代
谢网络中流经的主要途径。
二
代谢工程：见前面。
、
发
微生物的调节控制主要靠两个主要因素：酶的活性和酶
酵 工
量，也即反馈抑制和反馈阻遏。
程
酶的生物合成受基因和代谢物的双重调控。
的
内
关键酶：与代谢调节关系密切的酶，如变构酶、同功酶、
容 多功能酶，是参与代谢调节的酶的总称，对代谢流的质和
内
容
（2）微生物分离及筛选步骤：p180图5－4
①采样：土壤是微生物聚集的最主要场所，水
②选育
二 、
a 自然选育
发
酵
b 诱变育种
工
程 的
诱变育种方案设计：制定筛选目标→ 制定
内
容
方案（诱变过程p190、筛选过程p192)
诱变剂接触DNA分子前：使基因处理转录状态；
烷化剂
二
、 发
DNA损伤的修复：p187
B2生产规模由原来的年产300吨，提高到现在的2000吨，
同时也为解决粮食加工转化难找到了一条出路。据测算，
这一工程的使用，每年至少可消化稻谷5000万吨。
（一）发酵类型
标准：产品的类型
二 、
1、微生物菌体发酵：获得具有某种用途的菌体的为目的
发
的发酵。
酵
工
2、微生物酶发酵：第2章已讲
程
的
3、微生物代谢产物发酵：初级代谢产物、次级代谢产物
一 、
有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化
概 的生物化学过程。
述
21、膜生物反应器：利用膜的阴留性能将生物催化剂限制
在膜组件的固定空间，供给所需的底物和营养物，即可在
固定空间内进行生物反应，而产生的产物造成真空膜，进
入膜的另一侧空间，脱离生物催化剂，达到了生物反应与
产物分离同时进行的目的。
(4)发酵过程的控制与优化
① 代谢控制发酵
二
a、概述
、 发
代谢网络：中心代谢、收敛途径、发散途径
酵 工
基础：微生物的遗传物质；
程
原因：微生物存在的环境条件。
的
内
代谢流：处于一定环境条件下的微生物培养物中，参与
容 代谢的物质在代谢网络中按一定规律流动，形成微生物的
代谢流，具有方向性、连续性、在序性、可调性等流体流
概 述
9、前突变：诱变剂所造成的DNA分子的某一位置的结构改
变，它可以通过DNA复制而成为真正的突变，也可以经过
修复重新回到原来的结构，即不发生突变。
10、损伤：DNA序列可修复的变化。
11、突变：是可以通过复制而遗传给子代的永久性DNA序 列变化。
12、分批发酵：在灭菌的培养基上接种相应的微生物，然 后不再加入新的培养基，经过若干时间发酵后再将发酵液 一次放出。
中创网信息：近日，全国最大的维生素B2糖化发酵
工程竣工，并在湖北省武穴市广济药业公司正式投产。
一
、
据悉，广济药业为应对入世的挑战，先后投资1.8亿
概 述
元自主开发了大米替代糖蜜生产维生素B2技术，首开维生
素B2发酵新技术的先河，既解决了糖蜜原料供应的难题，
降低了生产成本，又扩大了维生素B2生产规模，使维生素
教学重点、难点、学时
一、概述
第
二、发酵工程的内容
五
章
（一）发酵类型
发 酵
（二）发酵方法
工 程
（三）发酵过程
（四）发酵工业及其发展趋势
三、发酵工程在环境方面的应用
1、要点
教
发酵的含义和历史、发酵工程的内容、优良菌种的选
学 要
育、发酵过程及其测量、发酵生物反应器、代谢控制发酵、
点 发酵过程优化及控制、固态发酵及固体废弃物处理、下游
一 主。20世纪40年代，弗莱明发现了青霉素，开始采用深层 、 概 发酵法大量生产。此后，链霉素等几十种重要的抗菌素相 述 继问世，带动了抗菌素工业的诞生。发酵工业由无氧条件
下的发酵发展到了有氧发酵。 长期以来，几乎都是以碳水化合物作为发酵的原料，
而到60年代增加了正烷烃、醋酸、醇类和天然气等。发酵 的原料从依赖于农产品的状态转为从石油等矿产资源中寻 找，从而实现了发酵原料的重大转变。
一 的过程。现已扩展到培养生物细胞来制得产物的所有过程。
、
概
2、发酵工程：也叫微生物工程， 现代的发酵工程，
述 就是采用现代工程技术手段，利用生物，主要是微生物的
某些生理功能，为人类生产有用的生物产品，或者直接利
用微生物参与控制某些工业生产过程的一种新技术。
3、 发酵工业：就是利用生物的生命活动产生的酶， 对无机或有机原料进行加工（生化反应），获得产品的工 业，它既包括传统发酵，也包括现代发酵。
4、初级代谢产物：在微生物对数生长期所产生的产物， 如氨基酸、核苷酸、核酸、糖类等，是菌体生长繁殖所必 需的。
一 5、次级代谢产物：在菌体生长静止期，某些菌体能全成
、 在生长期中不能合成的、具有一些特定功能的产物，如抗
概 述
生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等，它们与菌体
生长繁殖无明显关系。
6、微生物转化：就是利用微生物细胞的一种或多种酶， 把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物。
18、代谢工程：是指利用基因重组技术有目的地对细胞代
谢途径进行修饰、改造，改变细胞特性，并与细胞基因调
控、代谢调控及生化工程相结合，为实现构建新的代谢途
径，生产特定目的产物而发愜起来的一个新的学科领域。
19、代谢网络：分解代谢途径、合成代谢途径和膜输送体 系的有序组合构成代谢网络。
20、堆肥：是依靠自然界广泛分布的细菌、真菌等微生物，
2、深层培养：是以微生物细胞生长于液体培养基深
层（好氧或厌氧）中进行培养的方法。 优缺点
（三）发酵过程
具体过程：菌体（或生物细胞）→ 种子制备→ 发酵
二 → 发酵液预处理→ 提取精制→ 成品检测→ 成品包装