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参考文献 生物工艺学（俞俊棠 唐孝宣） 华东理工大学出 版社 发酵工艺原理（熊宗贵）中国药科大学出版社
发酵工程与设备
轻工出版社
生物工程设备（梁世中）轻工出版社 《新编生物工艺学》 上册 编 化学工业出版社 愈俊棠 唐孝宣 等
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第四节 发酵类型和工艺过程 微生物发酵的类型
根据发酵的特点和微生物对氧的不同需要，可将发酵分成以下 几个类型： 1、按发酵原料来区分： 糖类物质发酵、石油发酵及废水发酵等。 2、按发酵产物来区分： 如氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵等。 3、按发酵形式来区分： 固态发酵和液体发酵。
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生物技术
基因工程
细胞工程 酶工程
发酵工程
产物 产品
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产品
发酵的定义
“发酵”一词的来源 英语中“发酵”一词fermentation是从拉丁语 fervere派生而来的，原意为“翻腾”，它描述酵母 作用于果汁或麦芽浸出液时的现象。
发酵工程与设备
发酵工程与设备
课程目的和要求
1. 该课程突出有关发酵过程的化学、生物学、生物化 学和微生物学的原理，全面系统的阐述从发酵原辅 料处理、培养基和无菌空气的制备，到工业微生物 菌种的扩大培养、各种发酵操作方式的工艺规律 2. 发酵工业的主要设备的操作原理、性能及构造。
课程概况:
课程学时： 72 课程分类： 必修 课程成绩构成: 理论考试70%，平时成绩20%, 出 勤10%
第一章 发酵工程概述
基本内容：课程的研究对象、研究内容、发 酵工程发展的历史、国内外发酵工业概况及 其发展趋势。
理解：发酵工程的特征、研究范围、主要产 品类型
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Contents
1 2 3 4
发酵工程的概念 发酵产品的类型 发酵工程的历史 发酵类型和工艺过程
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含酒精饮料中的活性成分 与石油混合后，可作为汽车燃料
柠檬酸
丙酮丁醇 氨基酸 核苷酸 多糖
食品、化学工业中多种用途
溶剂 药品、调味品 调味品 食品添加剂、提高油类回收率
维生素
食品添加剂、药品
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4. 生物转化过程（bioconversion）
是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位（基团） 的作用，使它转变成结构相类似但具有更高经济价 值的化合物。
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大型发酵罐
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固态发酵产品
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第二节 发酵产品的类型
发酵工业范围
1. 酿酒工业
饮料酒
发酵酒（啤酒、葡萄酒、黄酒等） 蒸馏酒（白酒、威士忌、白兰地等）
2. 发酵食品
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第三节 发酵工程的历史
微生物发酵的发展可以分为以下几个阶段：
1. 自然发酵阶段 2. 纯培养阶段
• • 该阶段以显微镜的诞生和微生物学的问世为标志。 1683年，荷兰人列文虎克制作了显微镜，观察并描 绘了杆菌、球菌、螺旋菌等的图象 1866年，法国人巴斯德，创立巴斯德消毒法 1881年，德国人科赫和其合作者首先发明了染色法 观察细菌形态；创立了划线法分离单孢子菌落的方 法；因发现结核菌而获1905年诺贝尔生理学和医学 奖
1. 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 2. 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。
4、按发酵工艺流程区分： 分批发酵、连续发酵和流加发酵。
5、按发酵过程中对氧的需求 厌氧发酵和通风发酵。
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发酵形式
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表面培养法：
将菌种接到已灭菌的液体（或半固体或固体）培 养基上，在一定的温度下进行培养的方法。
优点：设备简单，投资小，适合小型生产
5 基因工程阶段
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重要发酵产品投入生产的年代
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发酵罐等生物反应器规模
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3. 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。
4. 发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要，维持无菌 条件是发酵成败的关键。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。
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传统的酿造业
• •
3 通气搅拌发酵阶段
这一阶段以青霉素的工业开发获得成功为标志。 由英国病理学家弗洛里和生化学家钱恩共同开发成 功。
4 代谢控制发酵阶段
代谢控制发酵的概念的提出最早源于日本人在谷氨 酸发酵上取得的成功。 代谢控制发酵理论的建立和应用为微生物工业发酵 的理论和实践作出了重大贡献，也是未来微生物发 酵工业研究和发展的方向
7. 氨基酸谷氨酸（味精）、赖氨酸、精氨酸、蛋氨酸、 苯丙氨酸、脯氨酸、天冬氨酸
8. 核苷酸类
肌苷酸（IMP）、鸟苷酸（GMP） 肌苷、腺苷等
9. 维生素
维生素C、维生素B等
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10. 生理活性物质发酵工业 激素、赤霉素等 11. 微生物菌体蛋白发酵工业 酵母、单细胞蛋白、发酵菌剂
1. 2. 3. 4. 5. 6. 繁殖菌种和发酵生产所用的培养基组份设定； 培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌； 培养出有活性、适量的纯种，接种入生产的容器中； 在发酵设备中，控制菌种生长代谢条件，进行发酵； 产物萃取和精制； 过程中排出的废弃物的处理。
5. 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，也可以产生比 较复杂的高分子化合物筛选，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。 7. 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。
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教学内容 发酵工艺
第一章 发酵工程概述 第二章 工业微生物菌种 第三章 工业培养基与原料处理 第四章 灭菌与空气除菌 第五章 发酵条件及过程控制
发酵设备
第七章 通风发酵设备 第八章 厌氧发酵设备 第九章 物料处理与培养基制备设备 第十章 空气除菌设备 第十一章 过滤与离心设备 第十二章 蒸发与结晶设备 第十三章 干燥设备
3. 以微生物的代谢产物为产品；
4. 生物转化过程---将一个化合物经过发酵改造化学结 构。
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1. 菌体
定义：是以获得具有多种用途的微生物菌体细 胞为目的产品的发酵工业，包括单细胞的酵母和藻 类、担子菌，生物防治的苏云金杆菌以及人、畜防 治疾病用的疫苗等。 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生 长速率最大时期也是产物合成速率最高阶段，生长 稳定期产量最高。
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第一节 发酵工程的概念
发酵工程的定义
应用微生物学等相关的生物学以及工程学原理，利 用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成 产品的一门工业化技术体系。又称为微生物工程。
生物技术的基础和重要组成部分，是生物技术产业 化的重要环节。
缺点：劳动强度大，产量低，易污染。
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深层培养法：
将菌种接到已灭菌的液体深层进行厌氧或好氧的纯 培养方法。
优点：生产效率高，占地少，可人为控制，适合大 型生产 缺点：设备复杂，投资大，技术要求高。
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连续发酵法
发酵设备灭菌一次，在发酵过程中，连续不断的流 加发酵用无菌培养基，并不断提取发酵产物的发酵 方法 优点：设备利用率高，劳动强度小，可连续化自动 化生产 缺点：易染菌，投资大，原料消耗大
包括初级代谢产物和次级代谢产物。 初级代谢产物：氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、 脂类和碳水化合物等。 次级代谢产物：有些微生物的稳定期培养物中所含 有的化合物，并不在营养期时出现，而且未见到对 细胞代谢功能有明显的影响。例如，抗生素。

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初级代谢产物及其在工业上的用途 初级代谢产物 乙醇 用 途
12. 微生物环境净化工业 利用微生物处理废水、污水等
13. 生物能工业 沼气、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等，能源 物质) 14. 微生物冶金工业 利用微生物探矿、冶金、石油脱硫等
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发酵产品的类型
工业上的发酵产品，有四个主要类别：
1. 以菌体为产品； 2. 以微生物的酶为产品；
发酵工程（Fermentation Engineering）
应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理， 利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化 成产品或提供社会性服务的一门科学。
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