发酵与酿造技术1.发酵与酿造认知课件.ppt

1、项目一项目一发酵与酿造认知发酵与酿造认知学习目标知识目标知识目标1. 知道发酵、酿造、发酵技术、发酵工艺、发知道发酵、酿造、发酵技术、发酵工艺、发酵工程、生物技术等有关基本概念。酵工程、生物技术等有关基本概念。2. 能陈述发酵过程及其特点。能陈述发酵过程及其特点。3. 能陈述发酵产品的分类。能陈述发酵产品的分类。4. 能陈述发酵、酿造的发展历程及发展趋势。能陈述发酵、酿造的发展历程及发展趋势。技能目标技能目标能够运用基本概念对部分发酵产品生产进行分析能够运用基本概念对部分发酵产品生产进行分析说明。说明。一、基本概念何谓发酵？何谓发酵？ 请看下面现象请看下面现象微生物的发酵现象 ferver：发

2、泡、沸腾 fermentation：发酵 最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。对发酵现象的不同理解对发酵现象的不同理解生物化学家看待微生物发酵过程：生物化学家看待微生物发酵过程： 发酵是指有机化合物进行无氧代谢发酵是指有机化合物进行无氧代谢释放能量释放能量 的过程的过程发酵是酵母无氧呼吸发酵是酵母无氧呼吸产生能量产生能量的过程的过程 工业微生物学家侧重产品的生产：工业微生物学家侧重产品的生产：利用生物细胞（包括动、植物细胞）利用生物细胞（包括动、植物细胞） 培养来培养来生

3、产产生产产物物的所有过程？（需氧过程、细胞工程）的所有过程？（需氧过程、细胞工程）发酵是利用微生物培养来发酵是利用微生物培养来生产产物生产产物的无氧或需氧的的无氧或需氧的任何过程任何过程发酵现象的本质发酵现象的本质显微镜观察：微生物显微镜观察：微生物著名的巴斯德实验：微生物作用著名的巴斯德实验：微生物作用著名的毕希纳实验：酵素（酶）的作用著名的毕希纳实验：酵素（酶）的作用发酵及发酵工业发酵：发酵：通过微生物的培养使某种特定代谢产物或通过微生物的培养使某种特定代谢产物或菌体本身大量积累的过程。（广义）菌体本身大量积累的过程。（广义） 厌氧微生物或兼性厌氧微生物在无氧条件下厌氧微生物或兼性厌氧微生

4、物在无氧条件下进行能量代谢并获得能量的一种方式。（狭义）进行能量代谢并获得能量的一种方式。（狭义）发酵工业发酵工业：泛指通过微生物的大量培养而形成产：泛指通过微生物的大量培养而形成产物的过程，可以是无氧或有氧代谢，产品可以是物的过程，可以是无氧或有氧代谢，产品可以是菌体本身，或是代谢产物。如酒精、抗生素、柠菌体本身，或是代谢产物。如酒精、抗生素、柠檬酸、氨基酸、酶、维生素、某些色素等。檬酸、氨基酸、酶、维生素、某些色素等。传统发酵工业与现代发酵工业传统发酵工业传统发酵工业：利用微生物的生长和代谢活动来大量生：利用微生物的生长和代谢活动来大量生产人们所需产品的过程理论与工程技术体系。产人们所需产

5、品的过程理论与工程技术体系。酿造工业：酿造工业：在我国人们常常把由复杂成分构成的，并有较在我国人们常常把由复杂成分构成的，并有较高风味要求的发酵食品的生产。高风味要求的发酵食品的生产。发酵工业：发酵工业：把经过纯种培养，提炼精制获得的成分单纯、把经过纯种培养，提炼精制获得的成分单纯、无风味要求的产品的生产。无风味要求的产品的生产。现代发酵工业现代发酵工业：是将：是将DNA重组及细胞融合技术、酶工程重组及细胞融合技术、酶工程技术、组学及代谢网络调控技术、过程工程优化与放大技术技术、组学及代谢网络调控技术、过程工程优化与放大技术等新技术与传统发酵工程融合一种现代工业生物技术体系。等新技术与传统发酵

6、工程融合一种现代工业生物技术体系。 传统发酵工业：传统发酵工业：酿造及酿造及食品业、抗生素、氨基食品业、抗生素、氨基酸、酶制剂、核苷酸、酸、酶制剂、核苷酸、有机酸、饲料添加剂、有机酸、饲料添加剂、微生态制剂、生物农药、微生态制剂、生物农药、生物肥料等生物肥料等现代发酵工业：现代发酵工业：基因工基因工程药物、细胞工程药物、程药物、细胞工程药物、疫苗；替代石油工业的疫苗；替代石油工业的大宗量的生物基化学品等，大宗量的生物基化学品等，以及传统发酵工业升级。以及传统发酵工业升级。生物技术与生物工程生物技术生物技术这个名词首先是由匈牙利这个名词首先是由匈牙利工程师工程师Karl Ereky于于1917年

7、提出年提出的，其含义为：用甜菜作为饲料进的，其含义为：用甜菜作为饲料进行大规模养猪。行大规模养猪。生物技术生物技术（ biotechnology）：）：应用自然科学及工程学原理依靠生应用自然科学及工程学原理依靠生物催化剂的作用将物料进行加工以物催化剂的作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的技术。提供产品或社会服务的技术。生物工程生物工程（ bioengineering ）：）：人们以现代生命科学为基础，结合人们以现代生命科学为基础，结合先进工程技术手段和其他基础学科先进工程技术手段和其他基础学科的科学原理，按照预先的设计改造的科学原理，按照预先的设计改造生物体或加工生物原料，为人类生生物体或

8、加工生物原料，为人类生产出所需产品或达到某种目的。产出所需产品或达到某种目的。 生物学生物学化学化学工程学工程学生物生物化学化学生物生物工程工程生物技术化学化学工程工程生物技术 食品生物技术食品生物技术 分子生物学分子生物学 农业生物技术农业生物技术 微生物学微生物学 医药生物技术医药生物技术生物化学生物化学 现代生物技术现代生物技术 生物技术疫苗生物技术疫苗遗传学遗传学 生物技术诊断生物技术诊断细胞生物学细胞生物学 家畜生物技术家畜生物技术化学工程化学工程 海洋生物技术海洋生物技术生物（工程）技术体系生物（工程）技术体系生化工程生化工程酶工程酶工程细胞工程细胞工程发酵工程发酵工程 产物 产品

9、产品 产品产品基因工程基因工程 产品产品强调过程优强调过程优化与控制化与控制生物（工程）技术体系生物（工程）技术体系基因工程基因工程（DNA重组技术）：核酸的分离提取、体外剪切、拼重组技术）：核酸的分离提取、体外剪切、拼接重组以及扩增与表达技术。接重组以及扩增与表达技术。 细胞工程细胞工程（细胞融合和大量培养技术）：包括细胞（有时也包（细胞融合和大量培养技术）：包括细胞（有时也包括器官或组织）的离体培养、繁殖、再生、融合以及细胞核、括器官或组织）的离体培养、繁殖、再生、融合以及细胞核、细胞质乃至染色体与细胞器（线粒体、叶绿体等）的移植与改细胞质乃至染色体与细胞器（线粒体、叶绿体等）的移植与改建

10、等操作。建等操作。 酶工程酶工程（酶的修饰和利用技术）：包括酶的修饰，固定化酶和（酶的修饰和利用技术）：包括酶的修饰，固定化酶和固定化技术。固定化技术。发酵工程发酵工程（微生物发酵技术）：给微生物提供最适宜的发酵条（微生物发酵技术）：给微生物提供最适宜的发酵条件生产特定产品的一种技术。件生产特定产品的一种技术。生化工程生化工程：包括生物反应器和传感器的设计，生物反应器的程：包括生物反应器和传感器的设计，生物反应器的程序控制，产品分离精制技术。序控制，产品分离精制技术。生物工程生物工程是以基因工程、细胞工程、蛋白质（酶）工程和发酵是以基因工程、细胞工程、蛋白质（酶）工程和发酵工程为核心，以化学工

11、程技术为基础，以生物技术研究成果为工程为核心，以化学工程技术为基础，以生物技术研究成果为对象，以产业化为目标，进行科学研究开发为其基本任务的工对象，以产业化为目标，进行科学研究开发为其基本任务的工学学科。学学科。 分离和纯化产品。分离和纯化产品。包括固液分离技术、细包括固液分离技术、细胞破壁技术、产物纯化胞破壁技术、产物纯化技术，以及产品检验和技术，以及产品检验和包装技术等包装技术等 下游技术发酵过程控制，主要包发酵过程控制，主要包括发酵条件的调控，无括发酵条件的调控，无菌环境的控制，过程分菌环境的控制，过程分析和控制等析和控制等 中游技术 优良种株的选育和保优良种株的选育和保藏（包括菌种筛选

12、、改造，藏（包括菌种筛选、改造，菌种代谢路径改造等），菌种代谢路径改造等），上游技术上中下游相互关联！上中下游相互关联！发酵技术的组成发酵技术的组成 发酵技术在生物技术中的地位发酵技术在生物技术中的地位发酵技术发酵技术主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大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量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术发酵技术发酵技术是生物技术的重要组成部分，是生物技是生物技术的重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节，它将微生物学，生物化学术产业化的重要环节，它将微生物学，生物化学和化学工程的基本原理有机地结合起来，是一门和化学工程的基本原理有机地结合起来，

13、是一门利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的工程技术质的工程技术发酵技术发酵技术是生物技术的应用基础，是生物技术产是生物技术的应用基础，是生物技术产业化的核心。业化的核心。二、二、食品食品发酵过程发酵过程细胞（细胞（cell)-酶（酶（enzyme） 生物催化剂生物催化剂（biocatalyst）生物反应器生物反应器 检测检测 控制控制（monitor） 无菌无菌 空气空气（sterilized air) 提取提取（extract）产品（产品（product）副产品（副产品（by product）残渣（残渣（residue）（bioreacto

14、r）灭菌（灭菌（sterilizing） 热（热（heat）经加工的原材料（经加工的原材料（processed material）原料原料 底物底物 培养基培养基(medium) 营养物营养物（nutrient）发酵过程的组成部分（1） 原材料的预处理及培养基的制备原材料的预处理及培养基的制备（2） 生物催化剂的制备生物催化剂的制备 （3） 生物反应器及反应条件的选择与监生物反应器及反应条件的选择与监控控（4） 产品的分离纯化产品的分离纯化 发酵过程的特点（1） 安全简单安全简单（2） 原料广泛原料广泛（3） 反应专一反应专一（4） 代谢多样代谢多样（5） 易受污染易受污染（6） 菌种选育菌种

15、选育三、发酵产品的种类1.按产品性质分：按产品性质分：（1）微生物菌体蛋白：以获得菌体为目的。）微生物菌体蛋白：以获得菌体为目的。传统的面包酵母，单细胞蛋白（以烃类为碳源）。传统的面包酵母，单细胞蛋白（以烃类为碳源）。药用真菌通过发酵培养的手段生产出与天然产品药用真菌通过发酵培养的手段生产出与天然产品具有同等疗效的产物，如虫草头孢菌冬虫夏草具有同等疗效的产物，如虫草头孢菌冬虫夏草产品、灵芝、密环菌、香菇菌体发酵等。产品、灵芝、密环菌、香菇菌体发酵等。微生物菌体作生物防治剂：如苏云金杆菌杀虫剂。微生物菌体作生物防治剂：如苏云金杆菌杀虫剂。虫草虫草芽孢杆菌芽孢杆菌伴孢晶体伴孢晶体面包酵母面包酵母藻

16、类藻类（2）酶制剂酶制剂现代工业应用的酶大都来自微生物发酵。现代工业应用的酶大都来自微生物发酵。如脂肪酶、淀粉酶、碱性蛋白酶、尿激酶、如脂肪酶、淀粉酶、碱性蛋白酶、尿激酶、蚓激酶、链激酶、纳豆激酶等。蚓激酶、链激酶、纳豆激酶等。（3）初级代谢产物和次级代谢产物初级代谢产物和次级代谢产物初级代谢产物初级代谢产物：是微生物生长繁殖所必须的代谢产：是微生物生长繁殖所必须的代谢产物。物。如：氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、类脂、糖类如：氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、类脂、糖类等。等。次级代谢产物次级代谢产物：是微生物代谢产生的，而与菌体生：是微生物代谢产生的，而与菌体生长、繁殖无明确关系的代谢产物，它们

17、的生物合成长、繁殖无明确关系的代谢产物，它们的生物合成有各种特异型。有各种特异型。如：抗生素、生物碱、细菌毒素、色素等。如：抗生素、生物碱、细菌毒素、色素等。（4）微生物转化产物）微生物转化产物指利用微生物细胞的一种酶或多种酶把一种化合指利用微生物细胞的一种酶或多种酶把一种化合物转变为结构相关的更有经济价值的产物的生化物转变为结构相关的更有经济价值的产物的生化反应。反应。它的优点：专一性好。产量高。反应条件温和。它的优点：专一性好。产量高。反应条件温和。可在某一化合物特定的分子部位进行反应，而这可在某一化合物特定的分子部位进行反应，而这些部位往往用化学方法难以进行反应。些部位往往用化学方法难以

18、进行反应。可利用几种微生物联合在不同部位进行反应。可利用几种微生物联合在不同部位进行反应。( (5) )生物技术的生物细胞生物技术的生物细胞利用生物技术所获得到生物细胞，如利用生物技术所获得到生物细胞，如DNA重组的重组的“工程菌工程菌“，细胞融合所得到的，细胞融合所得到的“杂交杂交”细胞，以细胞，以及动植物细胞或固定化活细胞等，进行培养的新型及动植物细胞或固定化活细胞等，进行培养的新型发酵，其产物可以是各种各样的，所用的发酵设备发酵，其产物可以是各种各样的，所用的发酵设备是各种类型的新型生物反应器，发酵工艺也与传统是各种类型的新型生物反应器，发酵工艺也与传统的工艺有所不同。的工艺有所不同。如

19、：红细胞生成素、胰岛素、如：红细胞生成素、胰岛素、-干优素、乙肝疫苗、干优素、乙肝疫苗、葡萄脑苷脂酶、生长激素、抗体、干扰素。葡萄脑苷脂酶、生长激素、抗体、干扰素。2.按发酵产业部门分：按发酵产业部门分：（1）酿酒工业产品）酿酒工业产品（2）调味品工业产品）调味品工业产品（3）乳制品工业产品）乳制品工业产品（4）有机酸发酵工业产品）有机酸发酵工业产品（5）酶制剂发酵工业产品）酶制剂发酵工业产品（6）氨基酸发酵工业产品）氨基酸发酵工业产品2 .按发酵产业部门分：按发酵产业部门分：（7）功能性食品生产工业产品）功能性食品生产工业产品（8）食品添加剂生产工业产品）食品添加剂生产工业产品（9）菌体制造

20、工业产品）菌体制造工业产品（10）维生素发酵工业产品）维生素发酵工业产品（11）核苷酸发酵工业产品）核苷酸发酵工业产品（12）其它新型发酵食品工业产品）其它新型发酵食品工业产品3. 按利用微生物的种类来分按利用微生物的种类来分 （1）单用酵母菌发酵的产品）单用酵母菌发酵的产品（2）单用霉菌发酵的产品）单用霉菌发酵的产品（3）单用细菌发酵的产品）单用细菌发酵的产品（4）酵母与霉菌混合使用的发酵产品）酵母与霉菌混合使用的发酵产品（5）酵母与细菌混合使用的发酵产品）酵母与细菌混合使用的发酵产品（6）酵母、霉菌、细菌混合使用的发酵产品）酵母、霉菌、细菌混合使用的发酵产品4. 按所利用原料来分按所利用原

21、料来分（1）发酵谷物粮食产品）发酵谷物粮食产品（2）发酵豆产品）发酵豆产品（3）发酵果蔬产品）发酵果蔬产品（4）发酵肉产品）发酵肉产品（5）发酵水产产品）发酵水产产品（6）其它原料发酵）其它原料发酵 5.按传统发酵食品和现代发酵食品的概念来分按传统发酵食品和现代发酵食品的概念来分（1）传统发酵食品（如白酒、啤酒、黄）传统发酵食品（如白酒、啤酒、黄酒、葡萄酒、清酒、酱油、食醋、豆酱、酒、葡萄酒、清酒、酱油、食醋、豆酱、泡菜、纳豆、丹贝、鱼露、发酵香肠等）；泡菜、纳豆、丹贝、鱼露、发酵香肠等）；（2）现代发酵食品（如柠檬酸、苹果酸、）现代发酵食品（如柠檬酸、苹果酸、醋酸、淀粉酶、蛋白酶、真菌多糖、

22、细菌醋酸、淀粉酶、蛋白酶、真菌多糖、细菌多糖、红曲、维生素多糖、红曲、维生素C、维生素、维生素B2、维生、维生素素B12、发酵饮料、微生物油脂、食用酵、发酵饮料、微生物油脂、食用酵母、单细胞蛋白等）。母、单细胞蛋白等）。四、发酵技术的其他产品应用四、发酵技术的其他产品应用1、医药工业医药工业（1）抗生素抗生素：如青霉素、制霉素、井冈霉素等：如青霉素、制霉素、井冈霉素等抗细菌、真菌、原虫、肿瘤病毒抗生素。抗细菌、真菌、原虫、肿瘤病毒抗生素。（2）各种）各种氨基酸氨基酸：如：如r酪氨酸有治疗脑震荡作酪氨酸有治疗脑震荡作用，精氨酸增强肝功能。用，精氨酸增强肝功能。（3）维生素维生素：如抗坏血酸（维生

23、素：如抗坏血酸（维生素C），抗坏），抗坏血病；血病；-胡萝卜素，维生素胡萝卜素，维生素A元（前体），维生元（前体），维生素素A抗干眼病维生素的前体抗干眼病维生素的前体（4）甾体激素甾体激素：如可的松、氢化可的松（调节：如可的松、氢化可的松（调节糖代谢，又有消炎功用）。糖代谢，又有消炎功用）。（5）核苷酸核苷酸：如肌苷：治疗心脏病、白血病、：如肌苷：治疗心脏病、白血病、血小板下降、肝病等。血小板下降、肝病等。（6）多糖类多糖类：如右旋糖酐葡聚糖（代血浆）。：如右旋糖酐葡聚糖（代血浆）。在食品工业上用作增稠剂，聚合氨基酸作人造皮在食品工业上用作增稠剂，聚合氨基酸作人造皮肤。肤。2、化工原料、化工原

24、料（1）醇及溶剂：如乙醇、醋酐、乙酸乙酯、甘油）醇及溶剂：如乙醇、醋酐、乙酸乙酯、甘油（丙三醇）、丙酮、丁醇等。（丙三醇）、丙酮、丁醇等。（2）有机酸：如乳酸、酒石酸、柠檬酸、醋酸、）有机酸：如乳酸、酒石酸、柠檬酸、醋酸、衣康酸（用在塑料工业上），苹果酸、葡萄糖酸等。衣康酸（用在塑料工业上），苹果酸、葡萄糖酸等。（3）多糖：如右旋糖酐、黄原胶（用于油田三次）多糖：如右旋糖酐、黄原胶（用于油田三次采油），茁霉多糖（普鲁兰多糖）采油），茁霉多糖（普鲁兰多糖）（4）酶制剂：如蛋白酶（洗涤剂）、日用化工、）酶制剂：如蛋白酶（洗涤剂）、日用化工、脂肪酶。脂肪酶。3、农业、农业（1）生物农药：如春雷霉素、

25、多氧霉素、）生物农药：如春雷霉素、多氧霉素、井岗霉素、阿维霉素、链霉素等医用抗生井岗霉素、阿维霉素、链霉素等医用抗生素也可防治植物病害微，苏云金杆菌，赤素也可防治植物病害微，苏云金杆菌，赤霉素等。霉素等。（2）微生物除草剂：如环己酰胺、双丙）微生物除草剂：如环己酰胺、双丙磷磷A、谷氨酰胺合成酶等。、谷氨酰胺合成酶等。4、石油发酵、金属浸取、石油发酵、金属浸取12-16C的烷烃可被微生物利用生产单细的烷烃可被微生物利用生产单细胞蛋白（胞蛋白（SCP，single Cell protein）饲料，石油代粮发酵饲料，石油代粮发酵利用氧化亚铁硫菌等自养细菌可把亚铁氧利用氧化亚铁硫菌等自养细菌可把亚铁氧

26、化为高铁，把硫、低价硫化物为硫酸的性化为高铁，把硫、低价硫化物为硫酸的性能，将含硫金属矿石中的金属离子形成硫能，将含硫金属矿石中的金属离子形成硫酸盐而释放出来。酸盐而释放出来。5、环境保护、环境保护污水处理、生物可降解塑料污水处理、生物可降解塑料(聚聚羟基丁羟基丁酸酸).目前正在寻找更合适的微生物，特别是能目前正在寻找更合适的微生物，特别是能降解酚、有机酸、有机磷、有机金属化合降解酚、有机酸、有机磷、有机金属化合物的菌种。物的菌种。6、能源开发、能源开发（1）沼气发酵：有机废弃物嫌气发酵产）沼气发酵：有机废弃物嫌气发酵产物甲烷。物甲烷。（2）乙醇发酵：掺入汽油制含醇汽油）乙醇发酵：掺入汽油制含

27、醇汽油汽车燃料，解决燃料不足。汽车燃料，解决燃料不足。（3）纤维水解利用：自然界存在许多未）纤维水解利用：自然界存在许多未开发利用的纤维素。开发利用的纤维素。五、发酵与酿造的发展历程1900以前以前 自然发酵阶段自然发酵阶段19001940 纯培养技术的建立纯培养技术的建立19401950 通气搅拌纯培养发酵技术的建立通气搅拌纯培养发酵技术的建立19501960 诱变技术与代谢控制发酵技术的建立诱变技术与代谢控制发酵技术的建立19601970 开拓发酵原料时期（石油发酵时期）开拓发酵原料时期（石油发酵时期）1970年以后年以后 进入基因工程菌发酵时期，以及细胞进入基因工程菌发酵时期，以及细胞

28、大规模培养技术的全面发展。大规模培养技术的全面发展。 近年来，以现代生物技术和过程工程技术为基础的近年来，以现代生物技术和过程工程技术为基础的 现代发酵工业突飞猛进。现代发酵工业突飞猛进。1、自然发酵阶段、自然发酵阶段主要是酿造工业主要是酿造工业主要产品：酒、酒精、醋、主要产品：酒、酒精、醋、 啤酒、干酪、酸乳等啤酒、干酪、酸乳等17世纪，能在容量为世纪，能在容量为1500桶（一桶约桶（一桶约136升）升）的木质大桶中进行第一次真正的大规模酿造的木质大桶中进行第一次真正的大规模酿造 1757年应用温度计；年应用温度计；1801年使用原始热交换器年使用原始热交换器 主要特点：嫌气发酵，非纯种培养

29、主要特点：嫌气发酵，非纯种培养 ，产品质，产品质 量不稳定量不稳定2、纯培养技术的建立、纯培养技术的建立Koch首先发明固体培养基，建立细菌的纯粹培养首先发明固体培养基，建立细菌的纯粹培养Petri创造一种培养皿创造一种培养皿(petri dish)用于微生物平板分离用于微生物平板分离Winograsky维格拉夫斯基和维格拉夫斯基和 Beijerink发明富集培养法，分离发明富集培养法，分离特定的微生物特定的微生物主要产品：酵母、甘油、乳酸、丙酮丁醇等主要产品：酵母、甘油、乳酸、丙酮丁醇等第一次世界大战，第一次世界大战， Weizmann魏茨曼魏茨曼 发明了丙酮丁醇发酵，发明了丙酮丁醇发酵，建

30、立了真正的建立了真正的无杂菌发酵无杂菌发酵。在面包酵母的生产中首先采用了分批补料培养技术在面包酵母的生产中首先采用了分批补料培养技术 主要特点：纯培养为主、嫌氧发酵，产品产量主要特点：纯培养为主、嫌氧发酵，产品产量 质量控制水平大大提高质量控制水平大大提高3、通气搅拌发酵技术的建立、通气搅拌发酵技术的建立标志：标志：纯种培养深层发酵生产青霉素纯种培养深层发酵生产青霉素 主要技术进展：主要技术进展：通气搅拌解决了液体深层培养的供氧问题。通气搅拌解决了液体深层培养的供氧问题。无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大无菌空气、培养基灭菌、无污染接种、大 型发酵罐的密封与抗污染设计解决了耗氧型发酵罐的密封

31、与抗污染设计解决了耗氧 发酵中的杂菌污染问题。发酵中的杂菌污染问题。3、通气搅拌发酵技术的建立、通气搅拌发酵技术的建立主要特点：主要特点：耗氧发酵实现规模化纯培养发耗氧发酵实现规模化纯培养发 酵，一系列过程工程技术创新酵，一系列过程工程技术创新意义：意义：推动抗生素工业乃至整个发酵工业快速发展推动抗生素工业乃至整个发酵工业快速发展建立了完整的好氧发酵放大技术及装备建立了完整的好氧发酵放大技术及装备奠定了现代发酵工业的理论和实践基础奠定了现代发酵工业的理论和实践基础4、代谢控制发酵技术的建立、代谢控制发酵技术的建立基于代谢途径及其调控实现微生物菌种选育和控基于代谢途径及其调控实现微生物菌种选育和

32、控制发酵。制发酵。 代谢控制发酵技术：应用生物化学的代谢知识和代谢控制发酵技术：应用生物化学的代谢知识和遗传学理论，选育微生物突变株，从而调控微生遗传学理论，选育微生物突变株，从而调控微生物代谢，大量积累目标发酵产物。物代谢，大量积累目标发酵产物。主要应用：主要应用：氨基酸氨基酸及核苷酸等基于初生代谢产物及核苷酸等基于初生代谢产物 的发酵生产，以及有机酸的发酵生产，以及有机酸 、抗生素等、抗生素等5、开拓新的发酵原料时期、开拓新的发酵原料时期目的目的：以烃类为碳源生产微生物细胞作为饲料蛋：以烃类为碳源生产微生物细胞作为饲料蛋白的来源白的来源 技术进步技术进步：u发展了高压喷射式、强制循环式等多

33、种发酵罐发展了高压喷射式、强制循环式等多种发酵罐及其发酵技术及其发酵技术 u计算机和自动控制技术的运用促进发酵工业朝计算机和自动控制技术的运用促进发酵工业朝连续化、自动化连续化、自动化方向发展方向发展 特点特点：u解决发酵原料及人畜争粮问题；解决发酵原料及人畜争粮问题；u规模和自动化程度显著提高，能耗过大。规模和自动化程度显著提高，能耗过大。6、基因工程阶段（现代发酵工业新阶段）、基因工程阶段（现代发酵工业新阶段）主要标志主要标志 基因工程产品生产以及基因工程技术应用基因工程产品生产以及基因工程技术应用u19731973年加利福尼亚大学赫伯特博意尔和斯坦福大学的年加利福尼亚大学赫伯特博意尔和斯

34、坦福大学的斯坦利科恩教授将斯坦利科恩教授将pSC101pSC101质粒用质粒用EcoRI EcoRI 酶切后与另一酶切后与另一个用同样酶切的个用同样酶切的DNADNA片段混合后加入片段混合后加入T4DNAT4DNA连接酶进行连接酶进行连接，从而获得了新的重组连接，从而获得了新的重组DNADNA分子分子u世界上已批准上市的基因工程药物有几十种，如：胰世界上已批准上市的基因工程药物有几十种，如：胰岛素、人生长激素等。岛素、人生长激素等。 主要特点主要特点u基因工程技术、细胞工程技术、酶工程技术以及发酵基因工程技术、细胞工程技术、酶工程技术以及发酵过程优化及放大技术的全面进步过程优化及放大技术的全面

35、进步 u高产微生物代谢产物及非微生物代谢产物的基因工程高产微生物代谢产物及非微生物代谢产物的基因工程菌构建及产品的发酵生产菌构建及产品的发酵生产u主导碳氧经济发展，碳氢经济的替代及生物炼制技术主导碳氧经济发展，碳氢经济的替代及生物炼制技术的兴起的兴起六、发酵与酿造的发展趋势六、发酵与酿造的发展趋势1、国内生物技术产业的发展现状、国内生物技术产业的发展现状 我国是最早利用生物技术的国家之一。我国是最早利用生物技术的国家之一。 柠檬酸的生产技术处于世界先进行列，产量居首位；柠檬酸的生产技术处于世界先进行列，产量居首位； 谷氨酸（谷氨酸（Glu）和赖氨酸（）和赖氨酸（Lys）技术及产量也有一定）技术

36、及产量也有一定优势。优势。 多种基因工程药物获准投放市场；多种基因工程药物获准投放市场； 抗体工程开始在临床上应用抗体工程开始在临床上应用;某些基因治疗达到了国际水某些基因治疗达到了国际水平；平； 人胰岛素、人尿激酶素、葡萄糖异构酶、凝乳酶的蛋白人胰岛素、人尿激酶素、葡萄糖异构酶、凝乳酶的蛋白质工程已达到世界水平。质工程已达到世界水平。 人生长激素、胰岛素、干扰素和各类细胞生长因子与调人生长激素、胰岛素、干扰素和各类细胞生长因子与调节因子等已陆续投放市场。节因子等已陆续投放市场。 植物转基因、动物转基因等技术也已经取得了一些成果。植物转基因、动物转基因等技术也已经取得了一些成果。六、发酵与酿造

37、的发展趋势六、发酵与酿造的发展趋势2、中国发酵工业现状及前景、中国发酵工业现状及前景中国是发酵工业大国中国是发酵工业大国生产规模大生产规模大 醋、酱油、啤酒等产量世界第一醋、酱油、啤酒等产量世界第一 抗生素，如青霉素等产量世界第一抗生素，如青霉素等产量世界第一 维生素维生素C、氨基酸、氨基酸(味精味精) 、有机酸、有机酸(如柠檬酸）等产量世界第一如柠檬酸）等产量世界第一产品种类多产品种类多 5000多家多家, 相关产业年产值超过相关产业年产值超过2万万亿元，占国民经济的亿元，占国民经济的20%六、发酵与酿造的发展趋势六、发酵与酿造的发展趋势中国不是发酵工业强国工艺技术落后工艺技术落后 生产水平

38、低生产水平低25%-45%、能耗高、能耗高40%、水耗高、水耗高55% 产品产品 国内水平国内水平 国际水平国际水平 谷氨酸谷氨酸 产酸产酸12-13%，转化率，转化率45-55% 15-18%，60-65% 维生素维生素C 糖酸转化率糖酸转化率94 糖酸转化率糖酸转化率97 头孢菌素头孢菌素 30000-35000 u/ml 40000 u/ml以上以上 柠檬酸柠檬酸 产酸产酸14-16 25环境污染严重环境污染严重 每年废水达每年废水达80亿亿m3(工业排放总量工业排放总量10%)，COD排放排放500万吨万吨(20) 产品产品 每吨排放废水每吨排放废水 柠檬酸柠檬酸 COD1-4万万mg

39、/L中和废水中和废水10吨，总排吨，总排300吨吨 味精味精 COD6-7万万mg/L废母液近废母液近20吨，总排吨，总排400吨吨 硫氰酸红霉素硫氰酸红霉素 500吨，吨，COD10万万mg/L创新品种较少创新品种较少, ,部分产品长期依赖进口部分产品长期依赖进口六、发酵与酿造的发展趋势六、发酵与酿造的发展趋势 3. 现代生物技术的应用现代生物技术的应用（1）基因工程技术在食品发酵生产中的）基因工程技术在食品发酵生产中的应用应用（3）酶工程技术在食品发酵生产中的应）酶工程技术在食品发酵生产中的应用用（2）细胞工程技术在食品发酵生产中的）细胞工程技术在食品发酵生产中的应用应用 六、发酵与酿造的

40、发展趋势六、发酵与酿造的发展趋势4.食品发酵发展方向食品发酵发展方向 （1）发酵食品及生产用微生物安全）发酵食品及生产用微生物安全性与稳定性性与稳定性（2）发酵食品及生产用微生物的个）发酵食品及生产用微生物的个性化性化 （4）发酵食品的工艺创新性）发酵食品的工艺创新性 （3）发酵食品的功能性）发酵食品的功能性 七、发酵工业发展的目标高产量：高产量：微生物生理、遗传、营养及环境因素微生物生理、遗传、营养及环境因素高转化率高转化率：微生物代谢途径和过程条件微生物代谢途径和过程条件高效率高效率：微生物反应动力学和系统优化微生物反应动力学和系统优化低成本低成本：技术综合及产业化技术集成技术综合及产业化

41、技术集成环境友好环境友好：开发清洁生产技术开发清洁生产技术七、发酵工业应用前景七、发酵工业应用前景基因工程的发展为发酵工程带来新的活力。基因工程的发展为发酵工程带来新的活力。 采用发酵技术进行高等动植物细胞培养，具有诱人前景。采用发酵技术进行高等动植物细胞培养，具有诱人前景。不断开发和采用大型节能高效的发酵装置，不断开发和采用大型节能高效的发酵装置，计算机自动控制将成为发酵生产控制的主要手段。计算机自动控制将成为发酵生产控制的主要手段。强调代谢机理与调控研究，使微生物的机能得到进一步开发。强调代谢机理与调控研究，使微生物的机能得到进一步开发。生态型发酵工业的兴起：清洁生产。生态型发酵工业的兴起

42、：清洁生产。再生资源的利用。再生资源的利用。混合菌发酵强调微生物群落与功能研究，提高发酵效率。混合菌发酵强调微生物群落与功能研究，提高发酵效率。（传统酿造和食品发酵工业，有机废弃物的发酵处理与转化：（传统酿造和食品发酵工业，有机废弃物的发酵处理与转化：生物能源、生物饲料、生物肥料）生物能源、生物饲料、生物肥料） 思考题1. 发酵的含义是什么？发酵的含义是什么？2. 发酵技术、发酵工程与生物技术三者发酵技术、发酵工程与生物技术三者之间有什么关系？之间有什么关系？3. 发酵产品的分类有哪些？发酵产品的分类有哪些？4. 发酵与酿造的发展历程有哪些？发酵与酿造的发展历程有哪些？5. 发酵与酿造的发展前景如何？发酵与酿造的发展前景如何？ End！Thank you for your attention !