发酵工程概况及发展趋势v教学文稿.ppt

发酵工程的概况及发展趋势
田洪涛
（河北农业大学发酵工程研究所所长/博士/教授/博士生导师）
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2012-1广义的，即指医学工程、环境工程、卫生工程、农业工程、仿生工程、人体功能工程等的总称，其特点是不涉及化学催化反应，仅仅是生物过程与物理过程的结合；而生物技术则涉及生物催化反应过程，因而国外已将生物工程和生物技术分开来谈。
·在国内，生物工程的含义是狭义的，即指生物技术。所以，狭义的现代生物工程（modern bioengineering）可以理解为现代生物技术。
二．现代发酵工程技术和现代生物工程技术的关系
·现代生物工程技术包含基因工程技术、细胞工程技术、发酵工程技术、酶工程技术（包括蛋白质工程技术）、生化工程技术五大主要工程技术体系。
——基因工程和细胞工程属于生物工程上游技术，主要任务是构建或选育出人类及社会需要的、优良稳定的生产菌株或细胞；
——发酵工程、酶工程属于生物工程中游技术；
——而生化工程属于生物工程下游技术。
——中、下游生物工程技术的任务是设计出经济合理、理论正确、技术可行、操作安全的一整套艺术组合的生物工艺和设备系统。五大工程主要技术体系的关系如图1-1。
图1-1 生物工程五大主要技术体系关系图
·总结
——现代发酵工程技术需要基因工程技术和细胞工程技术提供优良的生物细胞（或酶）；
——基因工程技术和细胞工程技术获得的优良的生物细胞（或酶）必须经过发酵工程技术、酶工程技术、生化工程技术，才能实现生物工程技术的产业化。
第三节 现代发酵工程技术的研究内容及应用范围
一．现代发酵工程技术的研究内容及典型的工艺流程
1 ．现代发酵工程技术的研究内容
包括（1）上游工程技术
（2）下游工程技术
（3）辅助工程技术
（1）上游工程技术
①物料的输送和原料的预处理
②发酵培养基的选择、制备和灭菌
③菌种的选育、保藏、复壮和扩大培养
④发酵过程的动力学
⑤发酵醪的特性
⑥氧的传递、溶解和吸收
⑦发酵生产设备的设计、选型和计算
⑧发酵过程的工艺技术控制
（2）下游工程技术
①发酵液的预处理及发酵醪与菌体的分离
②发酵产物的分离提取
③发酵产物的精制纯化
④发酵产物的成品加工
（3）辅助工程技术
①空气净化除菌与调节系统
②水处理和供水系统
③加热和制冷系统
在上述研究内容中，上游工程技术是发酵工程技术研究的主要内容。
2. 典型的微生物发酵工艺流程图（见图1-2）
图1-2 典型的微生物发酵工艺流程图
二、现代发酵工程技术的应用范围
1．根据产业部门划分
· 10大食品发酵产业部门
——酿酒工业（果酒、黄酒、白酒、啤酒等）；
——食品酿造工业（酱、酱油、食醋、腐乳、豆豉、面包、酸乳等）；
——有机酸发酵工业（柠檬酸、苹果酸、葡萄糖酸等）；
——酶制剂发酵工业（淀粉酶、蛋白酶等）；
——氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等）；
——核苷酸发酵工业（鸟苷酸、肌苷酸等）；
——维生素发酵工业（VB2、VB12等）；
——微生物菌体蛋白发酵工业（如酵母菌单细胞蛋白等）；
——微生物性功能食品发酵工业（低聚糖、真菌多糖、活性肽、活性微量元素、功能性不饱和脂肪酸等）；
——食品添加剂发酵工业（黄原胶、海藻糖、食用色素、Nisin等）。
·还包括以下发酵产业部门
——有机溶剂发酵工业（酒精、丙酮、丁醇等）；
——抗生素发酵工业（青霉素、链霉素、庆大霉素等）；
——生理活性物质发酵工业（激素、生长素等）；
——环境净化发酵工业（废水和污水的生物处理等）；
——生物能发酵工业（利用沼气、纤维素发酵生产酒精、乙烯、甲烷等）；
——冶金发酵工业（微生物探矿、采油和石油发酵脱硫等）。
2．根据产品类型划分
·微生物菌体的培养与发酵生产
·微生物酶的发酵生产
·微生物代谢产物的发酵生产
·生物转化发酵
·微生物菌体的培养与发酵生产
——属于食品发酵产品范围的有：酵母菌、单细胞蛋白、螺旋藻、食用菌、活性乳酸菌和双歧杆菌等益生菌。
——涉及其它发酵产品范围的还有：人畜用活菌疫苗、生物杀虫剂（杀鳞翅目、双翅目昆虫的苏云金芽孢杆菌、蜡样芽孢杆菌菌剂；防治松毛虫的白僵菌、绿僵菌菌剂）。
·微生物酶的发