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文件名称:发酵工程及其应用.pptx
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总页数:27 页
更新时间:2025-05-30
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文档摘要

发酵工程及其应用

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目录

第一章

发酵工程概述

第二章

发酵工程中的微生物

第四章

发酵工程的应用领域

第三章

发酵工艺技术

第六章

发酵工程案例分析

第五章

发酵工程的挑战与前景

发酵工程概述

第一章

发酵工程定义

发酵工程是利用微生物或细胞进行生物转化,生产有用物质如抗生素、酶等。

生物转化过程

01

发酵工程作为一种工业生产技术,广泛应用于食品、医药、化工等行业,实现大规模生产。

工业生产技术

02

发酵过程原理

发酵环境控制

微生物代谢机制

微生物通过酶促反应将糖类等有机物转化为能量和代谢产物,是发酵过程的基础。

调节温度、pH值、氧气供应等环境因素,以优化微生物生长和产物合成。

产物分离纯化

发酵完成后,通过离心、过滤、层析等方法从培养基中分离和纯化目标产物。

发酵类型分类

固态发酵

固态发酵是在无液态水的条件下进行的发酵过程,常用于生产抗生素和酶。

液态发酵

液态发酵涉及微生物在水性介质中的生长,广泛应用于酒精和酸奶的生产。

半固态发酵

半固态发酵介于固态和液态之间,常用于豆制品如豆瓣酱的发酵过程。

好氧发酵

好氧发酵需要氧气,用于生产抗生素、维生素和某些有机酸等高附加值产品。

厌氧发酵

厌氧发酵不需要氧气,常用于生产沼气和生物乙醇等生物能源。

发酵工程中的微生物

第二章

微生物种类

细菌在发酵中的应用

乳酸菌用于酸奶和泡菜的发酵,醋酸菌则在醋的生产中起关键作用。

酵母菌的发酵作用

酵母菌在面包和酒精饮料生产中不可或缺,如啤酒和葡萄酒的发酵过程。

霉菌在发酵中的角色

曲霉和青霉等霉菌用于生产抗生素和有机酸,如青霉素和柠檬酸的发酵生产。

微生物培养技术

固体培养基用于培养需固定形态的微生物,而液体培养基适用于大规模发酵生产。

固体与液体培养基

发酵罐内温度、pH、溶氧等参数的精确控制,对提高微生物培养效率至关重要。

发酵罐控制技术

通过平板划线、稀释涂布等方法,实现微生物的纯种分离,为后续研究提供单一菌株。

纯种分离技术

微生物代谢调控

环境因素影响

基因表达调控

01

03

温度、pH值、氧气供应等环境因素对微生物代谢有显著影响,通过调控这些条件可实现代谢优化。

通过操纵基因开关,如启动子和增强子,可以控制微生物中特定酶的合成,进而影响代谢途径。

02

通过改变代谢途径中的关键酶活性,可以调节代谢流的方向和速率,优化产物的生成。

代谢流控制

发酵工艺技术

第三章

发酵设备与操作

选择合适的发酵罐是关键,如不锈钢发酵罐适用于大规模生产,玻璃罐适合实验室小规模实验。

发酵罐的选择与使用

搅拌确保培养基均匀混合,通气系统提供必要的氧气,对好氧微生物发酵尤为重要。

搅拌与通气系统

发酵过程中精确控制温度和pH值至关重要,以维持微生物的最佳生长和代谢活性。

温度和pH控制

实时监测发酵过程中的关键参数,如溶氧、压力和流量,以优化发酵条件和提高产量。

发酵过程的监测与控制

01

02

03

04

发酵过程控制

温度控制

在发酵过程中,精确控制温度是关键,例如啤酒酿造中,温度的微小变化会影响酵母活性和最终风味。

pH值调节

维持适宜的pH值对于发酵过程至关重要,如酸奶生产中,通过调节pH值来确保乳酸菌的生长和代谢。

溶解氧控制

在需氧发酵过程中,溶解氧的水平直接影响微生物的生长和产物的合成,例如在抗生素生产中,溶解氧的控制是关键步骤。

发酵产物分离纯化

利用离心力将发酵液中的固体和液体分离,常用于初步去除菌体和大颗粒杂质。

离心分离技术

01

通过半透膜的选择性透过性,分离发酵产物中的目标物质,如超滤和纳滤。

膜分离技术

02

利用不同物质在固定相和流动相中的分配差异进行分离,如离子交换层析和亲和层析。

层析分离技术

03

通过溶剂萃取将目标产物从发酵液中分离出来,适用于热敏感物质的提取。

萃取技术

04

发酵工程的应用领域

第四章

食品工业应用

面包制作中,酵母发酵产生的二氧化碳使面团膨胀,形成松软的面包结构。

发酵在面包制作中的应用

01

通过乳酸菌发酵,将牛奶转化为酸奶和其他乳酸菌饮料,增加食品的营养价值和风味。

酸奶和乳酸菌饮料的生产

02

利用微生物发酵作用,将大豆和谷物转化为酱油和醋,广泛应用于调味品市场。

酿造酱油和醋

03

医药工业应用

发酵技术用于生产各种酶制剂,这些酶在医药工业中用于药物合成、诊断试剂和生物治疗。

酶制剂生产

通过发酵过程培养微生物,提取抗原,发酵工程在疫苗生产中发挥着关键作用,如流感疫苗。

疫苗制备

发酵工程在医药领域中用于生产抗生素,如青霉素和链霉素,是现代医疗不可或缺的部分。

抗生素生产

环境保护应用

利用微生物发酵技术处理工业废水,可有效降解有机物,减少环境污染。

废水处理

发酵过程中的微生物能够吸收和转化废气中的有害成分,如硫化氢和氨气,用于废气净化。

废气净化