发酵工艺学
    
　发酵工艺概论 
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，而且生产各种食品添加剂：谷氨酸，柠檬酸，苹果酸，核苷酸，多糖等；医疗保健药物如胰岛素，干扰素，生长激素，抗生素和疫苗；农用生产资料：天然杀虫剂，细菌肥料，微生物除草剂；在化学工业上生产AA，酶，维生素和单细胞蛋白等。 
Use of microorganisms：  适应性强 
                             消化能力强 
                             繁殖能力强 
1857年，法国化学家，微生物学家巴斯德提出了著名的发酵理论“一切发酵工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。可用加热的方法来杀死有害微生物，也可将纯种微生物分离出，获得所需发酵产品。 
一、发酵工程（fermentation engineering）
1．直接利用微生物的机能将物料加工以提供产品的过程，又称微生物工程。     
   在最适发酵条件下，大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。
2．发酵工业简介Fermentation Industry
发酵食品                         Fermented Foods
有机酸                           Organic Acids
氨基酸                           Amino Acids
核酸类物质                       Nucleotides
酶制剂                           Enzymes
医药工业（抗生素…）             Pharmaceutical (Antibiotics…)
饲料工业（单细胞蛋白)             Feedstuff (eg.  SCP)
环境工程（废物处理）             Environmental Application (Waste Treatment)
其它 （冶金工业…）              Others (eg. Metallurgical industry)
二、微生物
（一）为什么要利用微生物？
微生物繁殖非常迅速
微生物培养易于控制
微生物本身也容易改造
（二）抗生素、氨基酸、酶制剂等产品为什么能通过微生物发酵来生产？这与微生物的生长和代谢特点有什么关系？
1、某些微生物因争夺生存环境或营养物，会产生抗生素将其他种类的微生物杀死。
2、微生物会产生蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶，将营养物质水解成可吸收的小分子的多肽或氨基酸、葡萄糖 。
3、微生物细胞会通过合成或分解代谢生产它必需的一些物质，包括氨基酸、核苷酸等。
三、Fermentation engineering
1．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
上游工程    →    FERMENTATION Process Control    →  下游工程
UPSTREAM PROCESSES                         DOWNSTREAM PROCESSES
- genetics, cell …                                - product extraction, purification& assay
- inoculum development                           - waste treatment 
-media formulation                               -by product recovery
-sterilization
- inoculation
2．获得发酵产品的条件
适宜的微生物
保证或控制微生物进行代谢的各种条件
进行微生物发酵的设备
精制成产品的方法和设备
Use of Microorganisms：
Positive（益处）
-Biomass
-Production
-Conversion
Negative（危害）
-Pathogens
-Spoilage
3．发酵的定义
传统发酵：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。
Fermentation最初来自拉丁语“发泡”（fervere）
生化和生理学意义的发酵：
指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式。
如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。
或更严格地说：发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。
工业上的发酵：
泛指利用微生物生产某些产品的过程。产品有细胞代谢产物，菌体细胞，酶等。
  包括：
1. 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。
2. 通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。
四、发酵工业简史
1.天然发酵阶段：sauce, pickled vegetables, cheese, dough fermentation
2.纯培养技术的建立：巴斯德，科赫等。人为地控制微生物的发酵进程。
3.通气搅拌技术的建立：青霉素的生产—— 深层培养。
4.代谢控制发酵：Glu和Lys生产。
5.开拓原料时期：石油发酵，醋酸生产谷氨酸
6.基因工程阶段：将不同来源的DNA进行体外重组，转入受体细胞进行繁殖和遗传，达到定向改变生物性状的目的。
时间   发酵阶段      主要产品       主要技术
-1900  天然发酵   酒 醋 干酪 酵母   天然分批
1905-  纯培养     酒精 丙酮丁醇    密闭纯培养
1940-  通气搅拌   抗生素 有机酸     通气搅拌
                   酶  维生素      分批或连续
1957-  代谢控制   氨基酸 核苷酸   选育缺陷菌株
1960-  开拓原料    单细胞蛋白       连续发酵
1979-  基因工程菌  胰岛素 干扰素    DNA 重组
纯培养:第一个转折点        通气搅拌:第二个转折点     代谢控制：第三个转折点     
基因工程菌：第四个转折点 
History of applied microbiology
Ancient times
-flavour (bread, soy sauce)
-brewing (beer, wine) 
1861 Louis Pasteur
-first phase industrial biotechnology
1940 penicillin (Fleming)
-antibiotic industry
-production of fine chemicals
原始发展阶段（发酵技术开始于家庭小制作，
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