发酵工程和设备.pdf

发发 酵酵 工工 程程 与与 设设 备备 发发 酵酵 工工 程程 与与 设设 备备 第一章第一章 绪绪 论论 第一章第一章 绪绪 论论 生物技术作为 21 世纪高新技术的核心，对人类面临的食品、资源、健康、 环境等重大问题发挥越来越大的作用 。大力发展生物技术及其产业已成为世界各 国经济发展的战略重点。 一．一． 发酵工程的主要内容发酵工程的主要内容 一一．． 发酵工程的主要内容发酵工程的主要内容 发酵工程 （Fermentation Engineering ）属于生物技术的范畴，生物技术又称 生物工艺学，最初是由一位匈牙利工程师 Karl.Ereky 于 1917 年提出的 。当时他 提出的生物技术这一名词的涵义是指甜菜作为饲料进行大规模养猪，即利用生物 将原料转化为产品 。现在的生物技术的定义为：生物技术是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提供产品或社会服务的技术。因 此，生物技术是一门综合性多学科技术，他涉及的基础学科有生物学、化学和工 程学 。下图为生物技术与基础学科关系的示意图。它逐渐成为与生物学、生物化 学、化学工程等多学科密切相关的综合性边缘学科。 现代生物技术作为一门新兴的高科技术产业，它的生命力在于他对社会经济 和发展的各个方面都带来了极大冲击和影响 。 发酵工程是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 技术 。 发酵工程由于涉及到生物催化剂，因而与化学反应有关。由于生物技术的最 终目标是建立工业生产过程为社会服务，因而该生产过程可称为生物反应过程 （亦称为生化反应过程）。 在发酵技术中一般包括微生物细胞或动植物细胞的悬浮培养，或利用固定化 酶，固定化细胞所做的反应器加工底物 （即有生化催化剂参加），以及培养加工 后产物大规模的分离提取等工艺 。主要是在生物反应过程中提供各种所需的最适 环境条件 。如酸碱度、湿度、底物浓度、通气量以及保证无菌状态等研究内容。 二、二、发酵工程的发展历史发酵工程的发展历史 二二、、发酵工程的发展历史发酵工程的发展历史 生物技术的发展和利用可以追溯到 1000 多年 （甚至4000 多年）以前如酒类 的酿造。而人类有意识地利用酵母进行大规模发酵生产是在 19 世纪 。当时进行 大规模生产的发酵产品有乳酸、酒精、面包酵母、柠檬酸和蛋白酶等初级代谢产 机密 第 1 页 2008-8-22 物。19 世纪中叶 ，法国葡萄酒的酿造者在酿酒的过程中遇到了麻烦 ，他们酿造 的美酒总是变酸，于是，纷纷祈求于正在对发酵作用机制进行研究的 巴斯德。巴 斯德不负重望，经过分析发现，这种变化是由乳酸杆菌使糖部分转化为乳酸引起 的。同时，找到了后来被称为乳酸杆菌的生物体 。巴斯德提出，只要对糖液进行 灭菌， 可以解决这个问题，这种灭菌方法 是流传至今的巴斯德灭菌法 。 巴斯德关于发酵作用的研究，从 1857 年到 1876 年前后持续了 20 年。否定 了当时盛行的所谓 “自然发生说 ”。他认为 “一切发酵过程都是微生物作用的结 果。发酵是没有空气的生命过程 。微生物是引起化学变化的作用者 ”。巴斯德的 发现不仅对以前的发酵食品加工过程给 以科学的解释，也为以后新的发酵过程的 发现提供了理论基础，促进了生物学和工程学的结合 。因此，巴斯德被称为生物 工程之父 。 到了 20 世纪初，人们发现某些梭菌能够引起丙酮丁醇的发酵，丙酮是制造 炸药的原料，随着第一次世界大战的爆发刺激 了丙酮丁醇工业的极大发展 。虽然 现在竟争力更强的新方法已逐步取代了昔日的发酵法。但它是第一个进行大规模 工业生产的发酵过程，也是工业生产中首次采用大量纯培养技术的 。这一工艺获 得成功的重要因素是排除 了培养体系中其他有害的微生物。这在 19 世纪末，20 世纪初，是相当先进的生物技术 。因此，可以说，巴斯德是生物工程初始阶段的 开拓者 。 1929 年 Fle