发酵工程原理.ppt

发酵工程原理与技术应用,一、微生物发酵工程,绪 论,发酵工程,微生物工程：利用微生物的活动来进行物质转化的理论与工程技术体系。是将化学工程有关理论和单元操作应用于微生物的工业发酵生产，进而发展起来的具有新的特点的一门学科。,发酵工程,绪 论,发 酵 工 程,1.是应用微生物为工业规模生产服务的一门工程技术，是直接建立在微生物学基础上的，随微生物工业的发展而发展，同时也是与化学工业相结合的一个新发展。,绪 论,2.微生物工程与化学工程相比，具有明显的区别：,发 酵 工 程,发酵过程是极其复杂的生物化学反应；,发酵过程的各种反应与微生物活细胞息息相关；,对发酵的控制是通过对微生物代谢的控制来实现的；,绪 论,3.发酵醪的流体力学性质和一般典型的溶液有明显的不同，不服从牛顿力学规律，称为非牛顿流体。,发 酵 工 程,4.微生物发酵工程分为两大部分：,发酵部分：,提纯部分：,绪 论,二、微生物工程的发展史,1.自然发酵时期；经验操作,2.纯培养技术的建立,3.通气搅拌的好气性发酵工程技术的建立，抗生素工业开始，有机酸、酶制剂、维生素、激素等产品的问世。,厌氧发酵工程技术逐渐发展，该期产品如丙酮等。,发 酵 工 程,绪 论,4.人工诱变育种与代谢控制发酵工业技术的建立；上个世纪60年代，氨基酸微生物工业发酵技术建立，这是在分子生物学发展的基础上实现的，这表明遗传工程技术在发酵生产中得到应用。人工诱变育种代谢控制发酵工程技术的建立，是微生物工程发展的一个转折时期。,5.发酵动力学、发酵过程的连续化、自动化工程技术的建立；,目前，发酵工程的全部基本参数：如温度、pH值等均能自动记录并能自动控制。,发 酵 工 程,绪 论,6.微生物酶反应生物合成和化学合成反应结合工程技术的建立；,混合法（可先发酵后合成，亦可颠倒）,大规模生产：维生素C、激素、核酸；新的抗生素；某些氨基酸,发 酵 工 程,绪 论,三、微生物工业的特点及范围,微生物工业（发酵工业）：利用微生物具有的化学活性进行物质转换，从事各种发酵产品生产的工业。,发 酵 工 程,绪 论,1.发酵产品的生产特点：,一般操作条件比较温和；原料以淀粉、糖蜜等为主；过程反应以生命体的自动调节方式进行；能合成复杂的化合物如酶、光学活性体等；能进行一些特殊反应，如官能团导入；生产产品的生物体本身也是产物；生产过程中，需要防止杂菌污染；通过菌种性能的改变，从而获得新的反应性能或提高生产率；,发 酵 工 程,绪 论,2.微生物工业的范围,酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒等）食品工业（酱、醋等）有机溶剂发酵工业（酒精等）抗生素工业（青霉素、链霉素、土霉素等）有机酸发酵工业（柠檬酸、醋酸、乳酸等）酶制剂工（淀粉酶、蛋白酶等）氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等）核苷酸类物质发酵工业（肌苷酸等）,发 酵 工 程,绪 论,发酵工业的产品可分为：菌体、酶、代谢产物、转化修饰产物；,维生素发酵工业（维生素B族等）生理活性物质发酵工业（激素、赤霉素等）微生物菌体蛋白发酵工业（酵母、SCP等）微生物环境净化工业（利用微生物处理废水、污水等）生物能工业（沼气、纤维等发酵生产酒精、乙烯等物质）微生物冶金工业（利用微生物探矿、冶金、石油脱硫等）,发 酵 工 程,绪 论,四、发酵类型及工艺流程,根据微生物对氧的需求情况：好氧发酵、厌氧发酵、兼性厌氧；根据培养基性状：液体发酵、固体发酵；根据工艺流程：分批发酵、连续发酵；,发 酵 工 程,绪 论,典型工艺流程：菌种种子发酵产物提取废弃物处理,五、发酵工业在国民经济中的应用,从糖分解产生简单化合物复杂物质的生物合成；发酵方法代替化学合成方法较多；向大型发酵发展（常用20120吨发酵罐，最大5001000吨）人工诱变菌种和代谢控制，新产品、新用途层出不穷；开辟新原料；环境友好型生产；,发 酵 工 程,绪 论,六、发酵工业发展趋势,七、发酵工程原理与技术的任务和内容,任务：从微生物工程范畴出发来阐明厌氧性发酵与好气性发酵过程及产品提纯的工艺原理；用这些基本理论去分析、解决微生物工业中存在的具体问题，提高产品质量和数量；,发 酵 工 程,绪 论,通过学习，应初步掌握：优良菌种选育；合理控制发酵条件，调节代谢途径（增加前体物质或抑制物质）；生产过程连续化、自动化；探求新工艺、新设备；从事微生物工程的研究和设计能力；主要内容：发酵机理、代谢控制、发酵产物提纯,发 酵 工 程,绪 论,