发酵工程与设备 Fermentation Engineering and equipment 生物与环境工程系
生 物 与 环 境 工 程 系 发 酵 工 程 与 设 备 Fermentation Engineering and Equipment
第一章绪论 发酵工程 发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料、生 产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的 个极其重要的分支,成为一个包括了微生物 学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工 程和计算机软硬件工程的一个多学科工程 现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和 面包,而且生产胰岛素、干扰素、生长激素 抗生素和疫苗等多种医疗保健药物,生产天然 杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产 资料,在化学工业上生产氨基酸、香料、生物 高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等
发 酵 工 程 ◼ 发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料、生 产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的 一个极其重要的分支，成为一个包括了微生物 学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工 程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。 ◼ 现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和 面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、 抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然 杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产 资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物 高分子、酶以及维生素和单细胞蛋白等。 第一章 绪 论
在发酵技术中一般包括微生物细胞或 动植物细胞的悬浮培养,或利用固定化酶, 固定化细胞所做的反应器加工底物(即有 生化催化剂参加),以及培养加工后产物 大规模的分离提取等工艺。主要是在生物 反应过程中提供各种所需的最适环境条件。 如酸减度、邂度、底物浓度、通气量以及 保证无菌状态
在发酵技术中一般包括微生物细胞或 动植物细胞的悬浮培养，或利用固定化酶， 固定化细胞所做的反应器加工底物（即有 生化催化剂参加），以及培养加工后产物 大规模的分离提取等工艺。主要是在生物 反应过程中提供各种所需的最适环境条件。 如酸碱度、湿度、底物浓度、通气量以及 保证无菌状态
发酵工程主要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 (1)有严格的无菌生长环境 包括发酵开始前用高温高压对发酵罐和发酵原 料以及各种连接管道进行天菌的技术; 在发酵过程中不新向发酵罐中通入无菌空气的空 气过滤技术; (2)在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速 度的计算机控制技术; 3)种子培养和生产培养的不同的工艺技术
发酵工程主要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 (1) 有严格的无菌生长环境： 包括发酵开始前采用高温高压对发酵罐和发酵原 料以及各种连接管道进行灭菌的技术； 在发酵过程中不断向发酵罐中通入无菌空气的空 气过滤技术； (2)在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速 度的计算机控制技术； (3)种子培养和生产培养的不同的工艺技术
(4)在进行任何大规模工业发酵前,必须在实验 蜜规模的小发酵罐进行大量的实验,得到产物 形成的动力学模型,并根据这个模型设计中试 的发酵要求,最后从中试数据再设计更大规模 生产的动力学模型。 (5)由于生物反应的复杂性,在从实验室到中试, 从中试到大规模生产过程中会出现许多问题, 这就是发酵工程工艺放大问题
(4)在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验 室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物 形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试 的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模 生产的动力学模型。 (5)由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试， 从中试到大规模生产过程中会出现许多问题， 这就是发酵工程工艺放大问题
Fermentation engineering 发酵工程组成 上游工程 从广义上讲,由三部分组成: 上游工程、发酵工程、下游工程 UPSTREAM PROCESSES 下游工程 DOWNSTREAM PROCESSES FERMENTATION Process control
FERMENTATION Process Control Fermentation engineering 上游工程 UPSTREAM PROCESSES 下游工程 DOWNSTREAM PROCESSES 发酵工程组成 从广义上讲，由三部分组成： 上游工程、发酵工程、下游工程
Fermentation engineering 上游工程 UPSTREAM PROCESSES genetics, cell inoculum development media formulation sterilization inoculation FERMENTATION Process Control
UPSTREAM PROCESSES - genetics, cell … - inoculum development - media formulation - sterilization - inoculation FERMENTATION Process Control 上游工程 Fermentation engineering
Fermentation engineering 下游工程 DOWNSTREAM PROCESSES product extraction, purification assay waste treatment FERMENTATION Process Control by product recovery The ratio of recovery to fermentation costs for L-asparaginase: 3.0 ethanol: 0.16
DOWNSTREAM PROCESSES - product extraction, purification & assay - waste treatment -by product recovery FERMENTATION Process Control 下游工程 The ratio of recovery to fermentation costs for L-asparaginase: 3.0 ethanol: 0.16 Fermentation engineering
2∴ 摇瓶试
菌种筛选 摇瓶试验 发酵罐试验
发酵工程的发展历史 ■1857年法国化学家、微生物家巴斯德提出了著 名的发酵理论:“一切发酵过程都是微生物作用 的结果。 巴斯德认为,酿酒是发酵,是微生物在起作用 酒变质也是发酵,是另一类微生物在作祟;随着 科学技术的发展,可以用加热处理等方法来杀死 有害的微生物,防止酒发生质变 同时,也可以把发酵的微生物分离出来,通过人 工培养,根据不同的要求去诱发各种类型的发酵, 获得所需的发酵产品
◼ 1857年法国化学家、微生物家巴斯德提出了著 名的发酵理论：“一切发酵过程都是微生物作用 的结果。” ◼ 巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用； 酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟；随着 科学技术的发展，可以用加热处理等方法来杀死 有害的微生物，防止酒发生质变。 同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人 工培养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵， 获得所需的发酵产品。 发酵工程的发展历史