发酵工程论文发酵过程论文

第一篇：发酵工程论文发酵过程论文

发酵工程论文发酵过程论文

生物工程技术下的发酵床养猪法

摘要: 在我国,工业式养猪的缺点逐渐显露,而“发酵床养猪法”的提出在解决养猪业环境污染、养殖效益、质量安全方面都表现出了明显的优势,受到养猪者的欢迎和行业部门的重视。因此,具有巨大的推广价值。但在应用这一技术时,也存在一些问题,影响、制约“发酵床养猪法”的应用发展,我们应该对其有一个客观的认识。

关键词: 发酵床养猪;优势;问题;制约;客观

近年来,养猪业面对的挑战日渐增多,除了猪病与市场风险外,排污与环保的压力可能是最令养猪人头痛的难题。在环保声浪日渐高涨的背景下,以厚垫料为主要特征、以“零排放”为主要卖点的“发酵床”养猪法,在强大的商业宣传攻势及各级政府部门的推动下,大有星火燎原之势。我认为,一项饲养工艺的重大变革不但需要严谨的科学论证,更需要对实际效果进行实事求是的经得起时空考验的客观评估。

发酵床技术的概括

1.1 发酵床养猪技术的原理

发酵床养猪的原理是在养猪圈舍内利用一些高效有益微生物与垫料建造发酵床,猪将排泄物直接排在发酵床上,利用生猪的拱掘习性,加上人工辅助翻耙,使猪粪、尿和垫料充分混合,通过有益发酵微生物菌落的分解发酵,使猪粪、尿有机物质得到充分的分解和转化。发酵床养猪的技术原理与农田有机肥被分解的原理基本一致,关键是垫料碳氮比与发酵微生物的选择。其技术核心在于“发,可以说,“发酵床”效率的高低决定了该养猪法经济效益的高低。

1.2 发酵床中的有益微生物

发酵床中所使用的高效有益微生物主要有芽孢杆菌属、乳酸杆菌属(厌氧型)、放线菌群(好气型)和酵母菌群(好氧型)。

1.3 发酵床养猪的注意事项

1.3.1 猪舍:一般要求猪舍呈东西走向,座北朝南,这样的圈舍采光好,利于发酵;而且南北可以敞开,适合通风良好,不臭也没蚊蝇。

1.3.2 阳光:屋顶需要设置透明亮瓦,要让阳光照进来,这个对圈底微生物发酵床菌种营养搭档伴侣和粪便秸秆发酵剂的发酵非常重要,亮瓦的多少以阳光自东向西移动时可照到猪圈全部为最佳,尽量做到阳光普照。

1.3.3 养猪密度:根据猪的大小来分,考虑猪的数目,每个猪大概1平方米左右,如果养的密度太小,微生物营养不够,发酵不好,就失去效果了,但是可以补充。密度过大绝对不行,对圈地造成很大的影响,猪的活动空间也不够,微生物吸收不了这么多猪粪,导致圈底潮湿。

1.3.4 垫料:垫料一般选择:秸秆、树叶杂草、稻谷壳粉、锯末屑、粪便,发酵床菌种之一粪便秸秆发酵剂等,有条件加入少量的米糠、酒糟等糟渣饲料发酵效果更好。其厚度一般在80cm左右,以确保发酵床有较高的温度。

1.3.5 垫料管理:正常运行的垫料,其中心部无臭味,湿度45%～50%,温度45℃左右,PH值7～8。为了保证垫料的正常发酵,应每周翻动2～3次,翻动深度30厘米以上。打散结块垫料保证通透性。每批猪出栏后将垫料彻底翻一遍。

对发酵床的客观看待

2.1 发酵床养猪技术的优点

2.1.1 减轻对环境的污染:猪粪尿可长期留存猪舍内,不向外排放,不向周围流淌,利用垫料里含有的相当活性的土壤微生生物的发酵原理,能够迅速有效的降解、消化猪的排泄物,不需要再对猪粪尿采用清扫排放,也不会形成大量的冲圈污水,从而变成没有任何废弃物排放的养猪场,真正达到养猪零排放的目的。

2.1.2 节约能源:猪粪尿与锯末垫料的混合物在微生物的作用下迅速发酵分解,产生热量,中心温度可达40～50℃或更高,表层温度长期维持在25～30℃。在零度以下的冬天,不管南方北方(北方更有优势),这个升温的优点是很具经济价值的,省了电、煤等取暖费。尤其是改善了猪的腹感温度,降低了猪舍温度变化幅度,相比其他取暖方式,更具优势。同样,在夏季,由于几乎全敞开窗户,形成了扫地风、穿堂风等类似凉亭子的效果,结合垫料管理,猪只感觉非常凉爽。

2.1.3 增加安全性:利用有益菌占位原理,增强猪只抗病力,提高了饲养效率和猪肉品质病原菌致病的基础是病原菌达到一定的浓度,由于发酵微生物等有益菌的大量繁殖,在垫床上、空气中甚至猪舍的各个角落都弥漫着有益菌,使有益菌成为优势菌群,形成阻挡病原菌的天然屏障。即使有极少量病原菌的刺激,也只能使猪只产生特异性免疫反应,从而使猪只形成坚强的保护力。

2.1.4 提高猪肉品质:猪饲养在垫料上,显得十分舒适,猪活动量较大。猪生长发育健康,几乎没有猪病发生,几乎不用抗生药物,提高了猪肉品质,生产出真正意义上的有机猪肉。

2.2 发酵床养猪技术的缺点

2.2.1 发酵床造价比较高:不适合小型用户,适合规模养殖场。

2.2.2 饲养密度与排泄物承载能力:由于猪群的排泄物全部汇集在“发酵床”上,有效单位面积的饲养密度与排泄物的承载能力呈正相关,发酵床面积太小导致功能微生物因面积不够而超负荷工作,导致发酵床降解粪便、除臭、促生长的作用就不明显或基本丧失殆尽。

2.2.3 疫病的控制问题:虽然危害养猪业的主要细菌、病毒无法在50℃的环境下长期存活,但不能带猪消毒始终是这一养猪法的缺陷,发酵床养的猪也会得病,发酵的益生菌也不可能完全抑制病毒,同时发酵床是靠木屑、米糠等粉状物吸收猪的排泄物,而猪有拱食的习惯,木屑、米糠等粉状物会因为猪拱食进入呼吸道,有造成呼吸道疾病的潜在威胁,湿度过高时会使寄生虫病危害严重。

总结

总之,任何一种技术都会存在优缺点,也有一定的应用条件,发酵床养猪技术也不例外,因此发酵床的功能作用不是万能的,办法是否总会比问题多,也不一定,关键需要从各个方面综合考虑。在推广过程中,我们根据其他怕什么不怕什么,对一些技术进行了完善改良并积极做好维护和管理工作使发酵床长期正常运转。

参考文献:

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第二篇：发酵工程论文 -

发酵工程的研究进展

【前言】 发酵工程是泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。它包括厌氧发酵的生产过程（如酒精、乳酸、丙酮丁醇等）和有氧发酵的生产过程（如氨基酸、柠檬酸、抗生素等）。广义的概念：生物学(微生物学、生物化学)和工程学(化学工程)结合。狭义的发酵概念：微生物培养和代谢过程。

发酵技术是人类最早通过实践掌握的生产技术之一，产品也很多，以传统食品来说，东方有酱、酱油、醋、白酒、黄酒等，西方有啤酒、葡萄酒、奶酪等。这些发酵食品都是数千年来凭借人类的智慧和经验，在没有亲眼看到微生物的情况下，巧妙地利用微生物生产的产品。【关键词】 发酵 发展 应用

1、发酵工程的内容

1.1 定义

发酵工程是指采用工程技术手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。

1.2现代发酵工程

人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精，乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌大规模生产青霉素等都是这方面的例子。随着科学技术的进步，发酵技术也有了很大的发展，并且已经进入能够人为控制和改造微生物，使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。

现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分，具有广阔的应用前景。例如，用基因工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其产量；利用微生物发酵生产药品，如人的胰岛素、干扰素和生长激素等。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、维生素和单细胞蛋白等。

1.3组成

从广义上讲，发酵工程由三部分组成：是上游工程，中游工程和下游工程。

1.3.1 上游工程：包括优良种株的选育，最适发酵条件（pH、温度、溶氧和营养组成）的确定，营养物的准备等。

1.3.2 中游工程：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。这里要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原料和发酵罐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干燥无菌空气的空气过滤技术；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；还有种子培养和生产培养的不同的工艺技术。

此外，根据不同的需要，发酵工艺上还分类批量发酵：即一次投料发酵；流加批量发酵：即在一次投料发酵的基础上，流加一定量的营养，使细胞进一步的生长，或得到更多的代谢产物； 连续发酵：不断地流加营养，并不断地取出发酵液。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。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。

1.3.3 下游工程：指从发酵液中分离和纯化产品的技术：包括固液分离技术（离心分离，过滤分离，沉淀分离等工艺），细胞破壁技术（超声、高压剪切、渗透压、表面活性剂和溶壁酶等），蛋白质纯化技术（沉淀法、色谱分离法和超滤法等），最后还有产品的包装处理技术（真空干燥和冰冻干事燥等）。②此外，在生产药物和食品的发酵工业中，需要严格遵守美国联邦食品和药物管理局所公布的cGMPs的规定，并要定时接受有关当局的检查监督。2.发酵工程技术的发展

发酵技术的发展经历了如下几个阶段： 2.1 自然发酵阶段

这个阶段为从史前到19世纪末，主要特征为人类利用自然接种的方法进行传统酿造食品的生产。

2.2 纯培养厌氧发酵技术的建立 这个阶段始于19世纪末，20世纪初，主要特征为人类在显微镜的帮助下，把单一的微生物进行纯培养，在密闭容器中进行氧发酵生产酒精等工业产品。2.3 通气搅拌发酵技术的建立

这个阶段始于20世纪40年代，其技术特征为，成功地建立起深层通气进行微生物发酵的一整套技术，有效地控制了微生物有氧发酵的通气量、温度、pH和营养物质的供给，使得抗生素、柠檬酸、酶制剂等好氧发酵产品的生产成为可能，是现代发酵工业的开端。2.4 代谢调控发酵技术的建立

这个阶段始于20世纪60年代，其技术特征为，以生物化学和遗传学为基础，研究代谢产物的生物合成途径和代谢调节机制，选择巧妙的技术路线，人为地控制目的代谢产物的大量合成，从而得到所需产品。2.5 现代发酵工程技术的建立

这个阶段始于20世纪70年代，其主要技术特征表现在如下几个方面： 2.5.1 原生质体融合技术、基因工程技术的发展和在微生物菌种选育方面的应用，为发酵工程技术带来了方法上、手段上的重大变化和革命。

2.5.2 计算机控制发酵技术，固定化细胞技术，发酵工程优化控制技术，先进的提取、分离、纯化技术以及现代化的发酵与提取设备的应用，使发酵工业得到了迅速的发展，并展现了广阔的前景。3.发酵工程的应用领域 3.1轻工业

轻工业是发酵工程技术应用最早和最多的领域，这个领域的特点是大量利用农副产品（产要是淀粉类产品）进行深加工，其生产的产品种类有：

3.1.1 酒和溶剂类： 如啤酒、白酒、果酒、酒精、丙酮、丁醇等； 3.1.2 有机酸类：如柠檬酸、乳酸、苹果酸、衣康酸等； 3.1.3 氨基酸类：如谷氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸等；

3.1.4 酶制剂类：如食品工业用酶、纺织工业用酶、饲料工业用酶等； 3.1.5功能性蛋白质、功能性脂类、功能性糖类。3.2 生物医药工业 通过发酵工程技术，可以生产多种抗生素、疫苗、以及一些基因工程药物（如干扰素、白细胞介素系列等）。3.3 农牧业

通过发酵工程技术，可以生产生物农药、生物肥料、植物生长调节剂、饲料蛋白、饲料工业用酶等。3.4 环境保护

发酵工程技术，可用于污水处理，有毒物质的降解、固体垃圾处理、土壤污染的修复。3.5 能源开发

通过发酵工程技术可利用可再生原料生产燃料酒精，生产沼气，进行微生物冶金等。

4.现代发酵工程技术的发展方向展望

由于发酵工业生产具有反应条件温和，生产原料来源广泛，价格低廉，以及与其它工业相比投资少、见效快，经济与社会效益显著等诸多优点。而且，通过发酵工程技术生产的产品种类多、应用面广。因此，发酵工程具有广阔的发展应用前景。

近年来，生物技术的迅速发展有力地推动了发酵工程技术的发展。而发酵工程技术的应用，则是直接将生物技术转化为生产力，用于生产人类所需的各种产品，以及为社会服务的重要手段。因此，基因工程、细胞工程、酶工程技术的最终实施，主要是依靠发酵工程技术来完成的。所以现代发酵工程是生物技术的重要内容之一，是生物技术实现产业化的必由之路，是未来经济社会发展过程中富有生机和活力的一个重要产业群体。

目前发酵工程技术的研究主要集中在如下几个方面：

4.1采用基因工程、细胞工程技术与常规微生物育种方法相结合，辅之以激光、离子束、γ－射线等物理诱变方法，致力于选育发酵工业所需的各种优良生产菌种。

4.2 开发研制社会需要、附加值高的新型发酵产品。

4.3 采用发酵工程技术取代部分传统化工产品的生产，降低原材料消耗和能源消耗，减少污染物的排放。4.4 研究开发发酵和提取新技术、新工艺、新设备，提高产品收率、节能降耗。

4.5 大规模工业化发酵生产技术。

5.学术思想

发酵工程研究：获得应用价值的微生物，反应器及过程放大，发酵产物分离提取，发酵过程优化和控制。

研究一些重要的工业微生物的抗胁迫因子及其抗胁迫机制，考察环境胁迫条件下特定微生物蛋白转录和代谢途径变化，采用不同环境胁迫手段或措施对微生物的生长或代谢进行调控，促进微生物生长或大量合成目的产物。

研究辅因子形式及其浓度在物质代谢和信号传递途径中控制代谢流方向和流量分配的作用机制、物质流和辅因子流的变化规律，对微生物的生长或代谢进行调控，促进微生物合成目的产物的代谢流的最大化和快速化。

参考文献 ：

[1].张星元 发酵原理 科学出版社 2005 [2].李寅，高海军 陈坚 高细胞密度发酵技术 化学工业出版社 2006 [3].陈騊声 中国微生物工业发展史 北京轻工业出版社 1979 [4].胡之璧 刘涤 生物技术生产传统药材的探索 厦门大学出版社1998 [5].李艳 发酵工程的可持续发展 教育学论坛 2012 [6].潘蓓蕾 中国食品发酵工业现状与发展方向 食品与药品 1999 [7].赵发 发酵促进剂面临巨大发展机遇 酿酒科技 2011 [8].朱克庆 我国发酵面食机械装备的发展与对策 粮食与食品工业 2009 [9].王荫宇 发酵乳制品的市场发展趋势 中国乳业 2008 [10].王钢 开发信息我国酸奶制品的发展趋势 中国食品工业 2011

第三篇：发酵食品论文

简述乳酸菌在食品发酵工业中的应用

关键词：乳酸菌、发酵、食品工业、应用

摘要：乳酸菌发酵剂是在食品加工工业中广泛使用的一类发酵菌种，其在感官、技术、营养或健康方面的各种优势使之在食品发酵工业中的应用潜力巨大: 它可用于食品防腐、提高食品安全性, 改善食品质构和风味, 加速奶酪成熟, 可产生功能因子、去除毒副因子从而使食品具有保健功效;某些抗噬菌体发酵剂还可解决乳品工业中的噬菌体污染问题。它使人们可以更好地控制发酵过程, 为消费者提供新型健康食品, 此外还有利于食品企业的多样化生产。

正文：中国发酵食品的历史源远流长, 是中华民族食文化的象征。无论是发酵食品的种类、风味，营养价值，等等都有其独到的特色。其中发酵面食更是国民餐桌不可或缺的食品,在我国消费量很大,是几乎半数人口的主要营养来源,在我国居民生活中占重要地位。

而作为面食中的主要食物——馒头，是我国北方地区人们的主食。承担着为人们提供身体营养和能量需求的重任。因而，馒头制作质量的好坏直接影响着我国北方居民的日常生活。然而，一个馒头制作的好坏，首先取决于馒头的发酵质量。

中国传统馒头发酵剂主要有老酵头和酵子，在天然发酵剂菌群中，除主要含有酵母菌外，还含有一定数量和种类的其他微生物群，其共同发酵产生二氧化碳、乙醇、乳酸、醋酸等物质以及少量的风味辅助物质。经加碱中和后，制品产生出特有的口感和风味。其中野生乳酸菌、醋酸菌等微生物群也在面团中发生着乳酸发酵和醋酸发酵等生命代谢过程，由此而产生出乳酸、醋酸等几种有机酸。并且乙醇和有机酸之间又进一步发生酯化反应，生成一定数量的芳香类物质—酯类，还会形成极少量的醛类、酮类等化合物，它们也是重要的风味物质和风味辅助物质。

传统发酵剂发酵的馒头由于特有的口感和风味，很多中国人都喜食这种馒头，但其在馒头生产应用中存在缺陷：菌种质量不稳定，因是自行接种，除含有酵母菌和一些产风味酶的细菌和霉菌外，还含有一些有害的杂菌；制作工艺落后、培养条件不稳定；贮存过程品质变化明显等。由此导致使用时难以控制，难以应用于馒头的工业化生产。因此，缺乏优良的发酵菌种是制约我国馒头规模化生产的一个瓶颈。

乳酸菌是人体的正常菌群 ,也是食品加工和保藏的重要菌种 ,广泛应用于发酵酸乳、乳酸菌饮料、干酪、发酵豆乳、肉类、腌渍物等的加工制造。而且乳酸菌是食品工业中应用最广的微生物，发酵食品分为9类，每一类发酵食品中都有乳酸发酵食品的代表，而其他任何一种微生物的发酵食品都不能与之相比。乳酸菌是一类革兰氏阳性杆菌或球菌、不形成芽孢、不运动、过氧化氢酶阴性、对葡萄糖发酵能产生50%以上乳酸的细菌总称。

乳酸菌利用可发酵性糖产生乳酸，乳酸本身酸味柔和，不仅常作为食品的酸味剂，而且还有助消化的作用。除主要产生乳酸外，还可生成醋酸、丙酸等有机酸，它们在赋予食品以酸味的同时还可与乳酸发酵中产生的醇、醛、酮等物质相互作用，形成多种新的呈味物质；乳酸菌在代谢作用中产生多种氨基酸、维生素和酶，提高了营养价值；除乳酸菌代谢的主要产物乳酸外，乳酸发酵过程中还形成一些抑菌物质如细菌素和类细菌素，对病原菌和腐败菌有抑制作用，因而提高了产品的保存性，延长了货架期；乳酸菌产生的胞外多糖（EPS）具有增稠、稳定、乳化、保湿和胶凝作用，可以改变食品的流变特性，还能促进乳酸菌对肠道黏膜的吸附，抗肿瘤，促进免疫作用。EPS可作为食品添加剂，增加食品的质地与流变特性，增加食品的口感和风味。

除了在面食工业制作过程中乳酸菌具有重要作用外，在其他食品生产中乳酸菌同样占据着重要的地位，其中最重要的莫过于乳酸菌在牛奶发酵中的应用了。

乳酸菌可使发酵食品具有独特的风味, 它们将食物酸化, 产生乳酸味, 分解蛋白质和脂肪产生风味物质, 控制乳酸菌所产肽的活性在奶酪成熟中十分重要, 例如, 增加L.lac tis subsp.c remoris的某些肽的表达可提高奶酪的感官质量。同型发酵的乳酸菌通过丙酮酸将可利用的能源糖几乎全部转化为乳酸, 产生能量并使氧化还原平衡。此外, 丙酮酸还会导致很多其它代谢物的产生(如乙酸、乙醇、丁二酮和乙醛), 乳酸菌所产的这些挥发性物质有助于形成某些发酵食品的典型风味,如酸性面团(由乳酸/乙酸之比决定), Kefir和koumiss(乙醇), 黄油和酪乳(丁二酮)以及酸奶(乙醛)。控制发酵条件可增加某些挥发性物质的产生, 通过基因工程也可操控代谢产物。例如在酪乳中L.lac tis subsp.lac tisbiovar diac etylac tis通过丙酮酸的分解代谢可使丁二酮产量增加，而S.thermophilus可增加发酵乳制品中乙醛的产量。

此外, 将一些新的酶促活性引入乳酸菌, 可使细胞从碳源开始进行人们所期望的代谢。例如增加L.lac tis细胞中丙氨酸脱氢酶可从丙酮酸起引发同型发酵的、特殊立体构型的L-丙氨酸的产生。L-丙氨酸在食品工业中作为一种甜味剂使用, 原位产生该物质可使乳制品本身带有甜味。

人们对乳酸菌的新陈代谢有了新的认识和了解,这使我们看到了新一代发酵剂更为广阔的应用前景。功能性乳酸菌发酵剂具有保健、市场和技术优势, 通过基因工程或野生型微生物的筛选可以获得, 人们从中可以获取各种生物信息, 在基因组中寻找所需的基因, 基因簇或功能因子。尽管如此, 仍然需要进行基础性和应用性研究, 以便在现有的加工技术条件下更好的应用功能性发酵剂和获取相关定量信息。对功能性发酵剂的生物动力学进行数学分析可以了解食品环境和微生物功能性之间的关系, 还将有助于菌株筛选和加工设计。这样可对加工进行更好的控制, 提高食品安全性和质量并可减少经济损失, 同时还将有助于食品企业的多样化生产。

参考文献：

李元莉．功能性乳酸菌发酵剂在食品发酵工业中的应用．中国乳品工业 ．2006 康明丽．乳酸菌及其在食品工业中的应用．河北工业科技．2008年11月 苏东海．乳酸菌在传统主食馒头中的应用前景．中国农学通报．2010,26(4):61-65 陈妍．微生物发酵法生产食品风味物质．中国调味品．2011年第7期

第四篇：长春理工大学选修论文 - 发酵工程1

编号

本科生选修论文

浅谈发酵工程

Introduction to Fermentation Engineering

学 生 姓 名 专 业 学 号 指 导 教 师 学 院

阚海慧

探测制导与控制技术

110222233 葛淑敏

光电工程学院

二〇一三年十一月

浅谈发酵工程

摘要:发酵工程是指采用工程技术手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。发酵技术有着悠久的历史，早在几千年前，人们就开始从事酿酒、制酱、制奶酪等生产。作为现代科学概念的微生物发酵工业，是在20世纪40年代随着抗生素工业的兴起而得到迅速发展的，而现代发酵技术又是在传统发酵技术的基础上，结合了现代的基因工程、细胞工程、分子修饰和改造等新技术。由于微生物发酵工业具有投资少、见效快、污染小、外源目的基因易在微生物菌体中高效表达等特点，日益成为全球经济的重要组成部分。本文主要介绍发酵工程及其发展状况与前景。

关键词:历史 发展 状况 前景 发酵工程

一、发酵工程的发展历史 20世纪20年代的酒精、甘油和丙酮等发酵工程，属于厌氧发酵。从那时起，发酵工程又经历了几次重大的转折，在不断地发展和完善。

20世纪40年代初，随着青霉素的发现，抗生素发酵工业逐渐兴起。

1957年，日本用微生物生产谷氨酸成功，如今20种氨基酸都可以用发酵法生产。氨基酸发酵工业的发展，是建立在代谢控制发酵新技术的基础上的。目前，代谢控制发酵技术已经与核苷酸、有机酸和部分抗生素等的生产中。

20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等生物工程技术的开发，使发酵工程进入了定向育种的新阶段，新产品层出不穷。

20世纪80年代以来，微生物学家开始用数学、动力学、化工工程原理、计算机技术对发酵过程进行综合研究，使得对发酵过程的控制更为合理。在一些国家，已经能够自动记录和自动控制发酵过程的全部参数，明显提高了生产效率。

二、发酵技术的类型及特点(一)微生物菌体发酵

这是以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。比较传统的菌体发酵工业，有用于面包制作的酵母发酵及用于人类食品或动物饲料的微生物菌体蛋白发酵两种类型。新的菌体发酵可用来生产一些药用真菌，如香菇类、依赖虫蛹而生存的冬虫夏草菌、与天麻共生的密环菌、以及从多孔菌科的茯苓菌获得的名贵中药茯苓和担子菌的灵芝等。这些药用真菌可以通过发酵培养的手段来产生与天然产品具有同等疗效的产物。有的微生物菌体还可用作生物防治剂，可制成新型的微生物杀虫剂，并用于农业生产中。因此菌体发酵工业还包括微生物杀虫剂的发酵。(二)微生物酶发酵

酶普遍存在于动物、植物和微生物中。目前工业应用的酶大多来自微生物发酵，因为微生物具有种类多、产酶品种多、生产容易和成本低等特点。微生物酶制剂有广泛的用途，多用于食品工业和轻工业中，如微生物生产的淀粉酶和糖化酶用于生产葡萄糖，氨基酰化酶用于拆分D、L-氨基酸等。(三)微生物代谢产物发酵

微生物代谢产物的种类很多，已知的有37个大类。在菌体对数生长期所产生的产物，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、糖类等，是菌体生长繁殖所必需的，这些产物叫做初级代谢产物。在菌体生长静止期，某些菌体能合成一些具有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等。这些产物与菌体生长繁殖无明显关系，叫做次级代谢产物。次级代谢产物多为低分子量化合物，但其化学结构类型多种多样，据不完全统计多达47类。其中抗生素按其结构类型相似性，可分为14类。由于抗生素不仅具有广泛的抗菌作用，而且还有抗病毒、抗癌和其他生理活性，因而得到了大力发展，已成为发酵工业的重要支柱。(四)微生物的转化发酵

微生物转化是利用微生物细胞的一种或多种酶，把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物。可进行的转化反应包括：脱氢反应、氧化反应、脱水反应、缩合反应、脱羧反应、氨化反应、脱氨反应和异构化反应等。生物转化还可用于把异丙醇转化成丙醇；甘油转化成二羟基丙酮；葡萄糖转化成葡萄糖酸，进而转化成2—酮基葡萄糖酸或5—酮基葡萄糖酸；及将山梨醇转变成L—山梨糖等。此外，微生物转化发酵还包括甾类转化。

(五)生物工程细胞的发酵

这是指利用生物工程技术所获得的细胞，如DNA重组的“工程菌”以及细胞融合所得的“杂交”细胞等进行培养的新型发酵，其产物多种多样。用基因工程菌生产的有胰岛素、干扰素、青霉素酰化酶等，用杂交瘤细胞生产的用于治疗和诊断的各种单克隆抗体等。

三、现代发酵工程的过程

(一)利用现代化的手段对微生物加以筛选和改造，以形成更符合工业生产需要 的新菌种的工业微生物育种技术、其中渗透了基因工程、细胞工程的一些内容，经过改造的、满足人们需要的微生物菌种通常被称之为工程菌；的手段对微生物加以筛选和改造，以形成更符合工业生产需要的新菌种的工业微生物育种技术、其中渗透了基因工程、细胞工程的一些内容，经过改造的、满足人们需要的微生物菌种通常被称之为工程菌；

(二)微生物菌体的生产，即利用先进的生产工艺高速的对某种微生物进行大量的纯培养，即工程菌的克隆；

(三)从微生物中分离有用物质；微生物菌体的生产；(四)微生物初级和次级代谢产物的发酵生产；(五)发酵产物的分离纯化和加工后处理；

(六)利用微生物控制或参与工业生产，如采矿、冶金等；

(七)微生物生物反应器的研究开发，新型发酵装置、生物传感器和使用电子计算机控制的自动化连续发酵的技术等等。

四、发酵工程的发展现状及应用

(一)发展现状

传统的酿造食品，都是用微生物将自然食品发酵成易消化的可口食品。现代提倡的添加氨基酸、维生素的强化食品都是生物工程，特别是发酵工程带来的成果。国际上用发酵工程法或酶法已经开发并生产出了18种氨基酸，年产量接近百万吨。用淀粉酶，糖化酶和异构酶生产的高果糖浆已都进入规模化生产阶段。

我国自20世纪50代以来，在发酵工程的研究和应用方面取得了一大批瞩目的成果。如使酱油、醋、酒等传统发酵工业得到了改革和更新。还从无到有建立了抗生素、氨基酸、柠檬酸、维生素、核苷酸，微生物多糖等一系列发酵工程，并形成了完整的工业体系。我国在世界范围内首创的二步发酵生产维生素C新工艺，已在国内全面推广，并已向国外转让专利技术。我国研究开发的发酵工程产品核苷酸用于医药以及微生物无害农药，杀虫效果好，无污染。利用微生物及其代谢产物提高了石油的采收率。开发沼气发酵新工艺，为合理利用有机废弃物，变废为宝，改善环境，提高再生能源起到了重要的作用。

作为现代科学技术的发酵工程，是20世纪40年代随着抗生素发酵工业的建立而兴起的。目前，由于细胞融合，细胞固定化以及基因工程的建立，是发酵工程进入了一个崭新的发展阶段，它已经涉及到医药、食品、农业、化工、能源、冶金和环境保护等广泛的领域。

(二)应用 1.医药行业

微生物发酵是生物转化法之一,在中药中早有应用。真菌是发酵中药的主要功能菌。发酵时大都采用单一菌种纯种发酵法。现代中药发酵技术分为液体发酵和固体发酵。中药发酵技术按应用方式可分为无渣式和去渣式,前者可直接用药,后者要提取和制剂用药。发展发酵中药可进一步推进中药现代化和国际化进程,提高中药行业的竞争力,为中药走向世界、造福人类作出新的贡献。2.食品工业

现代化生物技术的突飞猛进，改写了食品发酵工艺的历史。据报道，由发酵工程贡献的产品可占食品工业总销售额的15%以上。目前利用微生物发酵法可以生产近20种氨基酸。该法较蛋白质水解和化学合成法生产成本低，工艺简单，且全部具有光学活性。3.能源工业

乙醇作为一种生产工艺成熟，生产原料来源广泛的替代能源越来越受到人们的关注。燃料酒精不仅可以缓解能源短缺的问题，从长远的利益和能源的可再生性来看，燃料酒精又是一种潜力巨大的物能源。酒精发酵的方式有间歇式发酵、半连续式发酵和连续发酵。4.农业

近年来，固态发酵工艺在生物农药工业生产中的应用取得了进展。固态发酵是没有或只有少量游离水存在，在具有可以满足微生物生长代谢的一定湿度的固态营养基质中进行的微生物发酵过程。5.环境保护

近年来，利用现代发酵及分离技术对大量的农作物麸皮，、壳和秸杆以及各种果渣等有机废渣资源进行深层次的研究开发，从而获得高活性、高附加值的天然功能产品，引起了各国学者的广泛重视，其中以有机废渣为基本培养基，选择合适的微生物菌株(酵母、真菌或细菌)进行固态发酵，以获得高附加值的微生物代谢物。

五、发酵工程的发展趋势和前景

(一)发酵工程未来的发展趋向主要有以下几个大方面 ①基因工程的发展为发酵工程带来新的活力。②新型发酵设备的研制为发酵工程提供先进工具。

③大型化、连续化、自动化控制技术的应用为发酵工程的发展拓展了新空间。④强调代谢机理与调控研究，使微生物的发酵机能得到进一步开发。⑤生态型发酵工业的兴起开拓了发酵的新领域。⑥再生资源的利用给人们带来了希望。

(二)发酵工程的发展前景

发酵工程在工业上的应用具有投资少、见效快、污染小的特点，开展此项工程的应用往往是一举多得。它是未来社会经济的支柱——生物工程的重要组成部分。随着当代基因组测序国际联合行动的开展，发酵工程定会进入一个新的发展阶段。进入21世纪以来，在一些发达国家，发酵工程已经成为国民经济的重要支柱。我国地域辽阔，农副产品废弃物很多，发酵工程研究开发已取得一定的成果，加上我们已经培养出一批专业的技术队伍，因此发酵工程将会有一个新的飞跃。

参考文献

［1］ 孙毅.发酵工程研究的新进展［J］.科技情报开发与经济，TQ92，2007。［2］ 施明宇.发酵工程综述［J］.百度文库，2012。

［3］ 王福源.现代食品发酵技术［M］.北京:中国轻工业出版社，1998。［4］ 陈 琳, 赵 婷, 侯恩太, 赖智捷, 路 锋, 巩江, 倪士峰.发酵中药研究概况,Journal of Anhui Agri.Sci.2010,38(15):8274-8275 ［5］ 陈万里，赵明星，燃料乙醇产业发展综述，河南化工，2010，27。

第五篇：发酵工程教学大纲

发酵工程（Fermentation Engineering）

一、课程概况 课程编号：

课程总学时：56（其中，讲课：40，实验：16）课程学分：课程分类：开设学期：开课单位：适用专业：所需先修课：微生物学、生物化学课程负责人：韩北忠、刘萍

二、内容简介是工业微生物实现实验室与工厂化生产的具体操作，方法的一部分，工程》工业化应用都具有深远的意义。另外，通过《发酵工程》实验及发酵工程各论的了解，不仅能够掌握发酵工艺操作从小试到放大的具体过程及反应过程控制方法，前发酵行业的具体产品生产工艺，进行指导与分析。程的基本原理，发酵工艺及过程控制方法；程各论简介。

三、教学大纲1放线菌、酵母的分离方法；常用工业菌种育种的方法；诱变、基因转移、基因重组的原理及

必修

三（2）

食品学院

生物技术系

生物工程、食品科学与工程

是生物工程专业的一门专业必修课。是基因工程及酶工程等生物技术工业化的过程与方法。不仅掌握发酵工程原理及发酵优化控制过程，（1）发酵工程上游技术：菌种选育的基本理论与方法；

绪论（2学时）

工业微生物菌种的选育与保藏（由于发酵工程是整个生物技术的核心，是生物技术在生产实践中应用的原理及因此，通过对《发酵而且对系统了解生物技术及其而且进一步了解了目对发酵生产能够（3）发酵工程设备及发酵中试放大；40学时）

4学时）

2）发酵工4）发酵工 《发酵工程》的学习，从理论到方法学会发酵工程这一门技术，本课程主要内容为：（（、课堂讲授部分教学内容与要求（第一章本章要点：掌握发酵工程的基本知识；了解发酵工程的一般工艺过程和工艺发展趋势。第二章工业菌种筛选思路、程序及注意事项；培养分离中要解决的问题，自然界细菌、真菌、操作方法；不同微生物菌种保藏原理、方法及各自的应用优缺点。本章重点了解工业微生物菌种选育常用方法及过程，掌握菌种的保藏方式。

第三章 发酵工艺条件的优化（4学时）

不同营养因素对微生物生长及代谢的影响，不同用途培养基的确定依据和方法；不同培养条件对微生物生长及代谢的影响，发酵条件的确定方法；发酵终点的判断原理及方法；工业微生物菌种培养的类型、主要培养方法及扩大的特点。本章重点掌握发酵工艺的基本原理，熟悉发酵工艺确定的参数要求，掌握发酵工厂化生产放大对发酵工艺不同要求。

第四章 发酵机制（4学时）

微生物的能量及物质代谢及微生物合成与分解代谢对发酵目标产物的影响；微生物的代谢调节调控与发酵生产。本章重点了解微生物代谢的机理，掌握调节代谢的常规方法。

第五章 发酵工程动力学（4学时）

微生物反应过程的主要特征、微生物反应动力学的描述方法，研究发酵动力学的步骤与方法；发酵动力学分类、各类特点及在发酵工业中的应用；分批发酵、补料发酵及连续发酵动力学、特点。本章重点掌握发酵过程中优化控制的理论和方法。

第六章 发酵工程单元操作（4学时）

灭菌的方法及各方法的原理及其操作控制；空气净化原理，空气除菌方法及发酵生产过程中制备无菌空气的流程。微生物细胞对氧的需求，对微生物供氧的传递过程，增加溶氧的措施及溶氧异常分析。本章重点熟悉发酵工艺的控制过程，掌握发酵流程的具体操作方法。

第七章 发酵生产的设备（6学时）

嫌气发酵设备种类，设计要求及操作要点；通风发酵罐种类、结构组成、工作原理及操作、控制；发酵反应器的设计和自动控制。本章重点了解发酵罐的组成及操作，并掌握发酵罐设计的方法。

第八章 发酵中试的比拟放大（2学时）

发酵中试比拟放大的原理，内容及计算依据；中试放大的设备要求；比拟放大的基本方法。本章重点掌握发酵中试放大的理论依据及方法

第九章 发酵工程各论（10学时）

酒精生产工艺学、氨基酸生产工艺学、抗生素生产工艺学、微生物酶制剂生产工艺、污水生化处理技术。对每个工艺介绍概况、工艺操作要点、对产物影响的主要因素及控制，产物分离提纯主要方法，工艺发展趋势。本章重点了解目前发酵行业中各种工艺的具体操作过程。

2、实验、实习部分教学内容与要求（共16学时）

（1）特定产物工业生产菌种的筛选 4学时 目的：加深对发酵工程上游技术中菌种选育的认识；学会常规选种和育种的方法，树立科学认真仔细的态度，培养科研协作精神。

内容简介：根据一定的生产目的如抗生素或酶类的生产，建立不同的筛选模型，并从特定的样品如土壤中筛选出高产适宜的菌株。

要求：全班每个同学都要亲自动手，以目标产物从土壤中分离高产菌株，每人写1份研究报告。

（2）摇床培养确定菌体培养和营养条件 4学时

目的：掌握微生物斜面培养基、种子培养基及发酵培养基确定方法，学会对已确定菌种确定实验室发酵工艺。内容简介：发酵的工艺参数。要求：全班分成养条件，每组交（3）小型发酵罐中进行产品的分批发酵目的：掌握发酵罐的操作方法，发解在罐上进行工艺放大的发酵过程。内容简介：菌种在罐上的分批发酵过程。掌握目前发酵行业基础罐上发酵方法和操作流程。要求：全班分成时间的基质消耗、产物形成及细胞生长的变化，每组交究报告。

（4）流加发酵动力学研究目的：加深对微生物培养方法的认识，了解流加发酵过程控制方法。内容简介：添加，观察菌体生长和产物形成及菌种代谢之间的关系，式。

要求：全班分成基质消耗、产物形成及细胞生长的变化，每组交 说明

为使学生既能发挥主观能动性，个人作业及试验出勤、动手能力等占

3、教材及主要参考书教材：俞俊棠，唐效宣主要参考书：（1）李艳（2）曹军卫筛选微生物最适生长及产物形成的营养条件和培养条件，5组，1 份实验记录，每人写在摇床确定工艺条件的基础上，5组，在分批发酵工艺的基础上，5组，.生物工艺学

.发酵工业概论, 马辉文.1份研究报告。4学时进行小型发酵罐的放大研究，学时

进行不同营养物质在不同时间和不同浓度的又具有科研协作精神，60%。

.华东化工学院出版社.中国轻工业出版社.科学出版社确定特定产物研究确定菌种发酵最适培养基及培

同时监测

各组分别测定发酵过程中每隔一段1 份实验记录，每人写1份研

以获得最佳的发酵代谢调控方各组分别测定1种流加发酵程序对份实验记录，每人写1份研究报告。暂定考核成绩中小组记录占40%，.1991..1999..2002.每个同学都要亲自动手，每个同学都要亲自动手，4每个同学都要亲自动手，1 微生物工程（3）P.F.斯坦伯里, A 惠特克.发酵工艺学原理.中国医药科技出版社.1992.（4）贺小贤.生物工艺原理.化学工业出版社.2003.（5）尹光琳, 战立克, 赵根楠.发酵工业全书.中国医药科技出版社.1992.4、习题作业安排

各章均有1-2个习题，要求学生独立完成。

四、教学大纲说明

1、教学目的与课程的性质和任务通过对《发酵工程》的学习，可以使学生进一步系统了解发酵工程从培养基配制到发酵罐生产，直至产品分离等一系列的操作原理及过程。由于发酵工程是整个生物技术的核心，是工业微生物实现实验室与工厂化生产的具体操作，是生物技术在生产实践中应用的原理及方法的一部分，术工业化的过程与方法。因此，通过对《发酵工程》的学习，不仅掌握发酵工程原理及发酵优化控制过程，而且对系统了解生物技术及其工业化应用都具有深远的意义。另外，通过《发酵工程》实验及发酵工程各论的了解，不仅能够掌握发酵工艺操作从小试到放大的具体过程及反应过程控制方法，产工艺，从理论到方法学会发酵工程这一门技术，对发酵生产能够进行指导与分析。

2、课程主要内容、重点及深度课程重点为发酵机制、程动力学与发酵工艺控制为本课程难点。

3、教学要求与主要环节掌握发酵工程的基本原理，发酵反应器的操作、方法和流程，了解从小试到放大所需测定参数及过程控制方法。的原理与流程。

相关课程有生物反应工程、应用微生物学，生物分离技术。

1、本课程以授课为主，教学方法采用多媒体教学、讨论等多种方式进行。

2、本课程考核方式：开卷或闭卷考试。

执笔人：刘萍审定人：

而且进一步了解了目前发酵行业的具体产品生

发酵工程动力学、发酵工艺控制和发酵生产的设备，熟悉发酵工艺及过程控制方法，明晰发酵产品的提取精制过程。, 韩北忠

是基因工程及酶工程等生物技

其中发酵工了解从实验室操作到工厂化掌握发酵工艺操作的基本熟悉现代发酵工业生产产品

2004年3月 制定 控制及设计，