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發酵工程 版權信息
- ISBN：9787030375001
- 條形碼：9787030375001 ; 978-7-03-037500-1
- 裝幀：一般膠版紙
- 冊數：暫無
- 重量：暫無
- 所屬分類：>
發酵工程 內容簡介
本書是一本系統介紹發酵工程基礎理論和技術的教材。參與編寫者在教學與生產實踐上都有較為豐富的經驗。它以發酵工程為主線，并且緊密聯系生產實踐，突出了系統性、前沿性、科學性和實踐性的特色。通過本教材的學習，可使學生全面掌握發酵工程的原理與應用，熟悉現代發酵工業的發展方向，為學生今后從事與發酵工業相關的生產、研究和開發打下良好的理論與技術基礎。全書共分二十七章，內容主要包括菌種的來源、菌種的選育、微生物代謝調節、滅菌與空氣的凈化、種子的擴大培養、發酵工藝的控制、發酵動力學、發酵的染菌及其防治、產物分離和純化、發酵設備、典型發酵產品介紹等。
發酵工程 目錄
目錄
前言
第1章 概論 1
1.1 發酵工程的發展簡史 1
1.1.1 傳統生物技術的追溯 2
1.1.2 發酵技術發展的**轉折時期 2
1.1.3 發酵技術發展的第二轉折時期 3
1.1.4 發酵技術發展的第三轉折時期 4
1.1.5 發酵技術發展的第四轉折時期 5
1.2 發酵工業的特征 7
1.3 發酵工業的應用范疇 7
1.3.1 微生物菌體發酵 8
1.3.2 微生物酶發酵 8
1.3.3 微生物代謝產物發酵 8
1.3.4 微生物轉化發酵 8
1.3.5 現代生物技術的生物細胞發酵 9
1.3.6 微生物處理廢水 9
1.3.7 其他 9
1.4 發酵工程在生物工程中的位置 9
1.5 現代發酵工程的意義和展望 10
本章小結 11
復習題 11
主要參考文獻 11
**篇 發酵反應過程原理篇
第2章 菌種的來源 15
2.1 生物物質產生菌的篩選 15
2.1.1 生物活性物質的主要來源 15
2.1.2 標本的采集 16
2.1.3 樣本的預處理 17
2.2 菌種的分離 18
2.2.1 集菌培養 18
2.2.2 純化分離 20
2.2.3 純培養的驗證 22
2.3 工業微生物分離的注意事項 22
本章小結 23
復習題 23
主要參考文獻 23
第3章 菌種的選育及保藏 25
3.1 自然選育 25
3.1.1 自然變異的產生 25
3.1.2 自然選育的方法 25
3.2 誘變育種 26
3.2.1 誘變育種的原理及誘變劑 26
3.2.2 誘變育種的步驟 27
3.2.3 影響誘變效果的主要因素 28
3.3 雜交育種 31
3.3.1 準性生殖 31
3.3.2 接合 32
3.3.3 原生質體融合 32
3.4 代謝控制育種 35
3.5 基因工程育種 36
3.5.1 目的基因的獲得 37
3.5.2 載體的選擇與準備 39
3.5.3 基因與載體的連接 40
3.5.4 外源基因的導入 40
3.5.5 重組體的篩選和產物的表達 41
3.6 微生物菌種的保藏與復壯 42
3.6.1 菌種保藏 42
3.6.2 菌種的復壯 45
3.6.3 菌種保藏機構和分工 46
本章小結 47
復習題 47
主要參考文獻 48
第4章 微生物代謝調節 49
4.1 微生物的代謝類型和自我調節 49
4.1.1 微生物的代謝類型 49
4.1.2 微生物自我調節的部位 49
4.2 酶活性調節 50
4.2.1 酶的激活作用與抑制作用 50
4.2.2 酶活性調節的機制 51
4.3 酶合成調節 52
4.3.1 酶合成的誘導作用 53
4.3.2 酶合成的阻遏 53
4.3.3 酶合成調節的機制 55
4.4 分支生物合成途徑的調節 57
4.4.1 同工酶調節 58
4.4.2 協同反饋調節 59
4.4.3 累積反饋調節 59
4.4.4 增效反饋調節 59
4.4.5 順序反饋調節 59
4.4.6 聯合激活或反饋調節 59
4.4.7 酶的共價修飾 59
4.5 能荷調節 60
4.6 代謝調控 61
4.6.1 發酵條件的控制 61
4.6.2 發酵與分離過程耦合 62
4.6.3 改變細胞透性 62
4.6.4 菌種遺傳特性的改變 62
4.7 次級代謝與次級代謝調節 64
4.7.1 初級代謝與次級代謝 64
4.7.2 次級代謝的調節類型 64
4.8 代謝工程 66
4.8.1 改變代謝途徑 66
4.8.2 擴展代謝途徑 68
4.8.3 轉移或構建新的代謝途徑 69
本章小結 69
復習題 70
主要參考文獻 70
第5章 發酵工業培養基的設計 72
5.1 發酵工業培養基的基本要求 72
5.2 培養基的成分 73
5.2.1 碳源 73
5.2.2 氮源 74
5.2.3 無機鹽及微量元素 74
5.2.4 水 75
5.2.5 生長調節物質 75
5.3 培養基的類型 76
5.3.1 按純度分類 76
5.3.2 按形態分類 76
5.3.3 按用途分類 77
5.4 培養基的設計 78
5.4.1 菌體同化能力 78
5.4.2 碳氮比 78
5.4.3 pH 78
5.4.4 補料 79
5.4.5 影響培養基質量的其他因素 79
5.5 發酵培養基的優化方法 80
5.5.1 理論轉化率的計算 80
5.5.2 培養基優化實驗設計 80
本章小結 86
復習題 86
主要參考文獻 87
第6章 發酵滅菌與空氣的凈化 88
6.1 滅菌的方法 88
6.1.1 干熱滅菌法 88
6.1.2 濕熱滅菌法 88
6.1.3 射線滅菌法 89
6.1.4 化學藥劑滅菌法 89
6.1.5 過濾除菌法 90
6.1.6 火焰滅菌法 90
6.2 培養基和設備的滅菌 90
6.2.1 濕熱滅菌的原理 90
6.2.2 培養基滅菌溫度的選擇 93
6.2.3 培養基的分批滅菌 94
6.2.4 培養基的連續滅菌 95
6.3 空氣除菌 97
6.3.1 空氣除菌方法 98
6.3.2 介質除菌的原理 98
6.3.3 介質過濾效率和過濾器計算 99
本章小結 101
復習題 101
主要參考文獻 101
第7章 種子擴大培養 102
7.1 種子制備工藝 102
7.1.1 實驗室種子制備 102
7.1.2 生產車間種子制備 103
7.1.3 影響種子質量的因素 103
7.2 種子質量的控制措施 107
7.2.1 種子質量標準 107
7.2.2 種子質量檢查 107
7.2.3 種子的異常分析 109
7.2.4 種子質量的控制措施 109
本章小結 110
復習題 110
主要參考文獻 110
第8章 發酵工藝控制 111
8.1 溫度對發酵的影響及其調節控制 111
8.1.1 溫度對發酵的影響 111
8.1.2 影響發酵溫度的因素 112
8.1.3 發酵熱的測定 113
8.1.4 *適溫度的選擇與發酵溫度的控制 113
8.2 pH 對發酵的影響及其調節控制 114
8.2.1 pH對發酵的影響 114
8.2.2 影響發酵pH的因素 115
8.2.3 *適pH的選擇和調節 115
8.3 氧對發酵的影響及其調節控制 116
8.3.1 氧的傳遞和傳質方程式 116
8.3.2 影響微生物對氧需求的因素 118
8.3.3 培養基的流變特性 119
8.3.4 影響供氧的因素 121
8.3.5 液相體積氧傳質系數KLa 的測定 123
8.4 二氧化碳對發酵的影響及其控制 124
8.4.1 二氧化碳的來源及其對發酵的影響 124
8.4.2 二氧化碳濃度的控制 125
8.5 泡沫對發酵的影響及其控制 125
8.5.1 泡沫產生的原因 125
8.5.2 泡沫對發酵的危害 126
8.5.3 泡沫的消長規律 126
8.5.4 泡沫的消除和防止 126
本章小結 127
復習題 128
主要參考文獻 128
第9章 發酵過程的檢測與自控 129
9.1 發酵過程檢測 129
9.1.1 概述 129
9.1.2 發酵傳感器 129
9.1.3 發酵過程檢測的可靠性 134
9.2 發酵過程變量的間接估計 135
9.2.1 與基質消耗有關變量的估計 135
9.2.2 與呼吸有關變量的估計 135
9.2.3 與細胞生長有關變量的估計 136
9.3 發酵過程自控 137
9.3.1 基本自控系統 137
9.3.2 發酵自控系統的硬件結構 140
本章小結 142
復習題 143
主要參考文獻 143
第10章 發酵染菌及其防治 144
10.1 染菌對發酵的影響 144
10.1.1 染菌對不同發酵過程的影響 144
10.1.2 染菌時間對發酵的影響 144
10.1.3 染菌程度對發酵的影響 145
10.2 發酵異常的判斷及原因分析 145
10.2.1 種子培養和發酵的異常現象 145
10.2.2 染菌的檢查和判斷 147
10.2.3 發酵染菌原因分析 148
10.3 雜菌污染的途徑和防治 150
10.3.1 種子帶菌及其防治 150
10.3.2 空氣帶菌及其防治 150
10.3.3 操作失誤導致染菌及其防治 151
10.3.4 設備滲漏或“死角”造成的染菌及其防治 152
10.3.5 噬菌體污染及其防治 153
10.3.6 雜菌污染的挽救與處理 154
本章小結 155
復習題 155
主要參考文獻 155
第11章 發酵動力學 156
11.1 分批培養動力學 156
11.1.1 分批培養中細胞的生長動力學 156
11.1.2 產物合成與微生物生長的動力學關系 159
11.1.3 分批培養過程的生產率 160
11.2 連續培養動力學 160
11.2.1 連續培養設備 161
11.2.2 單級恒化器連續培養動力學 161
11.2.3 多級串聯和部分菌體再循環的連續培養 162
11.2.4 連續培養的應用 163
11.3 補料分批培養動力學 164
本章小結 165
復習題 166
主要參考文獻 166
第12章 發酵過程經濟學 167
12.1 發酵成本的構成 167
12.1.1 固定成本 167
12.1.2 可變成本 167
12.1.3 發酵產品成本的分布 168
12.2 影響發酵成本的主要因素及成本控制 168
12.2.1 菌株選育 168
12.2.2 培養基成本 169
12.2.3 動力成本 170
12.2.4 培養方式 170
12.2.5 工廠規模 171
12.2.6 產物分離純化 172
12.2.7 發酵自動化程度 172
12.2.8 發酵過程優化 173
12.2.9 市場經濟分析 173
12.3 發酵過程經濟分析 173
12.3.1 發酵過程的技術經濟評價指標 173
12.3.2 發酵過程的經濟效益分析 174
本章小結 175
復習題 176
主要參考文獻 176
第13章 現代生物技術在發酵工業中的應用 177
13.1 基因工程菌發酵 177
13.1.1 基因工程菌的來源和應用 177
13.1.2 基因工程菌的培養 178
1
前言
第1章 概論 1
1.1 發酵工程的發展簡史 1
1.1.1 傳統生物技術的追溯 2
1.1.2 發酵技術發展的**轉折時期 2
1.1.3 發酵技術發展的第二轉折時期 3
1.1.4 發酵技術發展的第三轉折時期 4
1.1.5 發酵技術發展的第四轉折時期 5
1.2 發酵工業的特征 7
1.3 發酵工業的應用范疇 7
1.3.1 微生物菌體發酵 8
1.3.2 微生物酶發酵 8
1.3.3 微生物代謝產物發酵 8
1.3.4 微生物轉化發酵 8
1.3.5 現代生物技術的生物細胞發酵 9
1.3.6 微生物處理廢水 9
1.3.7 其他 9
1.4 發酵工程在生物工程中的位置 9
1.5 現代發酵工程的意義和展望 10
本章小結 11
復習題 11
主要參考文獻 11
**篇 發酵反應過程原理篇
第2章 菌種的來源 15
2.1 生物物質產生菌的篩選 15
2.1.1 生物活性物質的主要來源 15
2.1.2 標本的采集 16
2.1.3 樣本的預處理 17
2.2 菌種的分離 18
2.2.1 集菌培養 18
2.2.2 純化分離 20
2.2.3 純培養的驗證 22
2.3 工業微生物分離的注意事項 22
本章小結 23
復習題 23
主要參考文獻 23
第3章 菌種的選育及保藏 25
3.1 自然選育 25
3.1.1 自然變異的產生 25
3.1.2 自然選育的方法 25
3.2 誘變育種 26
3.2.1 誘變育種的原理及誘變劑 26
3.2.2 誘變育種的步驟 27
3.2.3 影響誘變效果的主要因素 28
3.3 雜交育種 31
3.3.1 準性生殖 31
3.3.2 接合 32
3.3.3 原生質體融合 32
3.4 代謝控制育種 35
3.5 基因工程育種 36
3.5.1 目的基因的獲得 37
3.5.2 載體的選擇與準備 39
3.5.3 基因與載體的連接 40
3.5.4 外源基因的導入 40
3.5.5 重組體的篩選和產物的表達 41
3.6 微生物菌種的保藏與復壯 42
3.6.1 菌種保藏 42
3.6.2 菌種的復壯 45
3.6.3 菌種保藏機構和分工 46
本章小結 47
復習題 47
主要參考文獻 48
第4章 微生物代謝調節 49
4.1 微生物的代謝類型和自我調節 49
4.1.1 微生物的代謝類型 49
4.1.2 微生物自我調節的部位 49
4.2 酶活性調節 50
4.2.1 酶的激活作用與抑制作用 50
4.2.2 酶活性調節的機制 51
4.3 酶合成調節 52
4.3.1 酶合成的誘導作用 53
4.3.2 酶合成的阻遏 53
4.3.3 酶合成調節的機制 55
4.4 分支生物合成途徑的調節 57
4.4.1 同工酶調節 58
4.4.2 協同反饋調節 59
4.4.3 累積反饋調節 59
4.4.4 增效反饋調節 59
4.4.5 順序反饋調節 59
4.4.6 聯合激活或反饋調節 59
4.4.7 酶的共價修飾 59
4.5 能荷調節 60
4.6 代謝調控 61
4.6.1 發酵條件的控制 61
4.6.2 發酵與分離過程耦合 62
4.6.3 改變細胞透性 62
4.6.4 菌種遺傳特性的改變 62
4.7 次級代謝與次級代謝調節 64
4.7.1 初級代謝與次級代謝 64
4.7.2 次級代謝的調節類型 64
4.8 代謝工程 66
4.8.1 改變代謝途徑 66
4.8.2 擴展代謝途徑 68
4.8.3 轉移或構建新的代謝途徑 69
本章小結 69
復習題 70
主要參考文獻 70
第5章 發酵工業培養基的設計 72
5.1 發酵工業培養基的基本要求 72
5.2 培養基的成分 73
5.2.1 碳源 73
5.2.2 氮源 74
5.2.3 無機鹽及微量元素 74
5.2.4 水 75
5.2.5 生長調節物質 75
5.3 培養基的類型 76
5.3.1 按純度分類 76
5.3.2 按形態分類 76
5.3.3 按用途分類 77
5.4 培養基的設計 78
5.4.1 菌體同化能力 78
5.4.2 碳氮比 78
5.4.3 pH 78
5.4.4 補料 79
5.4.5 影響培養基質量的其他因素 79
5.5 發酵培養基的優化方法 80
5.5.1 理論轉化率的計算 80
5.5.2 培養基優化實驗設計 80
本章小結 86
復習題 86
主要參考文獻 87
第6章 發酵滅菌與空氣的凈化 88
6.1 滅菌的方法 88
6.1.1 干熱滅菌法 88
6.1.2 濕熱滅菌法 88
6.1.3 射線滅菌法 89
6.1.4 化學藥劑滅菌法 89
6.1.5 過濾除菌法 90
6.1.6 火焰滅菌法 90
6.2 培養基和設備的滅菌 90
6.2.1 濕熱滅菌的原理 90
6.2.2 培養基滅菌溫度的選擇 93
6.2.3 培養基的分批滅菌 94
6.2.4 培養基的連續滅菌 95
6.3 空氣除菌 97
6.3.1 空氣除菌方法 98
6.3.2 介質除菌的原理 98
6.3.3 介質過濾效率和過濾器計算 99
本章小結 101
復習題 101
主要參考文獻 101
第7章 種子擴大培養 102
7.1 種子制備工藝 102
7.1.1 實驗室種子制備 102
7.1.2 生產車間種子制備 103
7.1.3 影響種子質量的因素 103
7.2 種子質量的控制措施 107
7.2.1 種子質量標準 107
7.2.2 種子質量檢查 107
7.2.3 種子的異常分析 109
7.2.4 種子質量的控制措施 109
本章小結 110
復習題 110
主要參考文獻 110
第8章 發酵工藝控制 111
8.1 溫度對發酵的影響及其調節控制 111
8.1.1 溫度對發酵的影響 111
8.1.2 影響發酵溫度的因素 112
8.1.3 發酵熱的測定 113
8.1.4 *適溫度的選擇與發酵溫度的控制 113
8.2 pH 對發酵的影響及其調節控制 114
8.2.1 pH對發酵的影響 114
8.2.2 影響發酵pH的因素 115
8.2.3 *適pH的選擇和調節 115
8.3 氧對發酵的影響及其調節控制 116
8.3.1 氧的傳遞和傳質方程式 116
8.3.2 影響微生物對氧需求的因素 118
8.3.3 培養基的流變特性 119
8.3.4 影響供氧的因素 121
8.3.5 液相體積氧傳質系數KLa 的測定 123
8.4 二氧化碳對發酵的影響及其控制 124
8.4.1 二氧化碳的來源及其對發酵的影響 124
8.4.2 二氧化碳濃度的控制 125
8.5 泡沫對發酵的影響及其控制 125
8.5.1 泡沫產生的原因 125
8.5.2 泡沫對發酵的危害 126
8.5.3 泡沫的消長規律 126
8.5.4 泡沫的消除和防止 126
本章小結 127
復習題 128
主要參考文獻 128
第9章 發酵過程的檢測與自控 129
9.1 發酵過程檢測 129
9.1.1 概述 129
9.1.2 發酵傳感器 129
9.1.3 發酵過程檢測的可靠性 134
9.2 發酵過程變量的間接估計 135
9.2.1 與基質消耗有關變量的估計 135
9.2.2 與呼吸有關變量的估計 135
9.2.3 與細胞生長有關變量的估計 136
9.3 發酵過程自控 137
9.3.1 基本自控系統 137
9.3.2 發酵自控系統的硬件結構 140
本章小結 142
復習題 143
主要參考文獻 143
第10章 發酵染菌及其防治 144
10.1 染菌對發酵的影響 144
10.1.1 染菌對不同發酵過程的影響 144
10.1.2 染菌時間對發酵的影響 144
10.1.3 染菌程度對發酵的影響 145
10.2 發酵異常的判斷及原因分析 145
10.2.1 種子培養和發酵的異常現象 145
10.2.2 染菌的檢查和判斷 147
10.2.3 發酵染菌原因分析 148
10.3 雜菌污染的途徑和防治 150
10.3.1 種子帶菌及其防治 150
10.3.2 空氣帶菌及其防治 150
10.3.3 操作失誤導致染菌及其防治 151
10.3.4 設備滲漏或“死角”造成的染菌及其防治 152
10.3.5 噬菌體污染及其防治 153
10.3.6 雜菌污染的挽救與處理 154
本章小結 155
復習題 155
主要參考文獻 155
第11章 發酵動力學 156
11.1 分批培養動力學 156
11.1.1 分批培養中細胞的生長動力學 156
11.1.2 產物合成與微生物生長的動力學關系 159
11.1.3 分批培養過程的生產率 160
11.2 連續培養動力學 160
11.2.1 連續培養設備 161
11.2.2 單級恒化器連續培養動力學 161
11.2.3 多級串聯和部分菌體再循環的連續培養 162
11.2.4 連續培養的應用 163
11.3 補料分批培養動力學 164
本章小結 165
復習題 166
主要參考文獻 166
第12章 發酵過程經濟學 167
12.1 發酵成本的構成 167
12.1.1 固定成本 167
12.1.2 可變成本 167
12.1.3 發酵產品成本的分布 168
12.2 影響發酵成本的主要因素及成本控制 168
12.2.1 菌株選育 168
12.2.2 培養基成本 169
12.2.3 動力成本 170
12.2.4 培養方式 170
12.2.5 工廠規模 171
12.2.6 產物分離純化 172
12.2.7 發酵自動化程度 172
12.2.8 發酵過程優化 173
12.2.9 市場經濟分析 173
12.3 發酵過程經濟分析 173
12.3.1 發酵過程的技術經濟評價指標 173
12.3.2 發酵過程的經濟效益分析 174
本章小結 175
復習題 176
主要參考文獻 176
第13章 現代生物技術在發酵工業中的應用 177
13.1 基因工程菌發酵 177
13.1.1 基因工程菌的來源和應用 177
13.1.2 基因工程菌的培養 178
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發酵工程 節選
第1章 概論 內容提要：發酵工程是傳統發酵技術與現代生物工程相結合而發展起來的現代生物技術，是基因工程、酶工程、細胞工程等生物技術實現產業化的橋梁和關鍵技術。從傳統的發酵技術到現代生物技術，其發展的時間和空間跨度越來越短。它記載著古代文明的足跡，又反映出近代生物技術發展的軌跡。它與人類生活密切相關，其應用范圍遍及醫藥衛生、農林牧漁、輕工食品、化工能源、環境保護和冶金采礦等各個領域，為解決人類當今所面臨的食物、健康、環境和能源等諸多重大問題提供了科學的手段并開辟了新的途徑。 所謂發酵工程，即通過改造發酵所用的菌及應用技術手段控制發酵過程來大規模工業化生產發酵產品。工業生物技術的發展*早始于發酵生產。 發酵生產有著悠久的歷史，春秋時代的孔子已經借酒助興。《十國春秋》載：“文王飲酒千鐘，孔子百觚。”《詩經》三百篇，言酒者五十有余。有人說，翻開《詩經》就有濃烈的酒香散出，讀多了還會醉在其中。 發酵（fermentation）這個術語在1600年就開始使用，它*初來源于拉丁語“發泡”（fervere），意思是指那些一般伴有氣體放出的食物分解過程。例如，酒精發酵，蓋 呂薩克1815年提出酒精發酵的化學式，糖→酒精+二氧化碳。 然而對發酵本質的認識和發酵工業的建立卻只是近百年的事。發酵對不同的對象具有不同的意義：對生物化學或生理學家來說，發酵是指微生物在無氧條件下，分解各種有機物質從而產能的一種方式，或者更嚴格地說，發酵是以有機物作為電子受體的氧化還原產能反應。例如，葡萄糖在無氧條件下被微生物利用產生酒精并放出二氧化碳，同時獲得能量；丙酮酸被還原為乳酸而獲得能量等。 但對工業微生物學家來說，它的意義就廣泛得多。工業上是泛指利用微生物制造或生產某些產品的過程，它包括厭氧培養的生產過程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及好氧培養的生產過程，如抗生素、氨基酸、酶制劑等的生產。產品既有細胞代謝產物，也包括菌體細胞、酶等。 隨著科學技術的發展，在應用微生物工業中，“發酵”一詞的范圍現在又擴展到泛指所有通過培養生物細胞（含動、植物細胞和微生物）來制得產物的過程，包括天然的發酵過程和人工控制的發酵過程。 1.1 發酵工程的發展簡史 發酵技術是人類*早通過實踐所掌握的生產技術之一，產品也很多，以傳統的食品和飲料來說，在西方有啤酒、葡萄酒、面包、干酪；在東方有醬、醬油、醋、米酒；在中東和近東有乳酸等發酵產品。這些產品都是數千年來，憑借人類的智慧和經驗，在沒有親眼見到微生物的情況下，巧妙地利用微生物所獲得的產品。3000年前，中國已有用長霉的豆腐治療皮膚病的記載，這很可能就是因為豆腐上長的霉菌中有些種類能產生青霉素之類抗生素的緣故。但是作為發酵工業卻是近百年才發展起來的。它的發展大致經歷如下幾個階段。 1.1.1 傳統生物技術的追溯（即天然發酵階段，1863年之前） 始自家庭工業即食品釀造工業。從史前至19世紀末，人類利用自然接種方法進行發酵制品的生產。主要產品有酒、醬油、醋、干酪、酸乳等傳統產品。但由于人們對微生物的本質缺乏認識，進展緩慢，當時實際上還談不上發酵工業，而僅僅是家庭式或作坊式的手工業生產。生產技術只憑經驗口傳心授，且產品質量不穩定，多數產品為厭氧發酵，非純種培養。 這個時期的一些生活或生產實踐基本上是知其然而不知其所以然的實踐，是一種經驗發酵技術時期，因此在其后的相當長的時期中沒有大的突破，但這些實踐是很可貴的，它為以后發酵理論的建立創造了基礎。 這個時期的產品：酒、醋、醬和醬油、泡菜、奶酪等。 這個時期的特點：地方性（因而形成了各種風味特色等）、經驗性、偶然性、“知其然，不知其所以然”。 1.1.2 發酵技術發展的**轉折時期——純培養技術的建立（即巴斯德時期，1863～1941年） 1872年，布雷菲爾德創建了霉菌的分離與純培養技術。 1878年，漢遜等創建了酵母菌的分離與純培養技術。 1881年，柯赫等創建了細菌的分離與純培養技術。 從此，人類可以控制某種微生物的生命活動，把單一的微生物菌種用于各種發酵工業，從而使發酵的生產技術得到巨大的改良，由于采用純種培養與無菌操作技術，包括滅菌和使用密閉式發酵罐，發酵過程避免了雜菌污染，生產規模擴大了，產品質量提高了，產品穩定性也提高了，這對發酵工業起到了巨大的推動作用。特別是在**次世界大戰（1914～1918年）中，由于戰爭的需要（即社會的需要），丙酮、丁醇和甘油等工業飛快發展，不僅建立了真正的發酵工業，并使其逐漸成為化學工業的一部分，發酵工業開始了由食品工業向非食品工業的發展。因此可以認為純培養技術的建立是發酵技術發展的**個轉折時期。從此，人類開始了人為地控制微生物的時代。 另一方面，布赫納（Buchner）又闡明了微生物產生化學反應的本質。他用磨碎的酵母細胞制成酵母汁，加入大量蔗糖后，發現有CO2和乙醇的形成。這時人們才知道，任何生物都含有產生發酵的物質（酶）。這就證明了酒精的發酵過程是由酶催化的一系列化學反應。后來對微生物的酶又進行了詳細的研究。到了20世紀初，人們認識到，生物化學領域中研究過的肌糖酵解作用，與微生物引起的乳酸發酵和乙醇發酵，在本質上是相似的。這樣就溝通了生物化學與微生物這兩門學科。 這個時期的產品：乳酸、酒精、面包酵母、丙酮丁醇、檸檬酸、淀粉酶、蛋白酶（采用表面培養法生產）。 這個時期的特點：產品分子結構簡單（比起原料來更為簡單）、初級代謝產物、厭氧發酵、表面培養（產品的生產過程也較為簡單，對生產設備的要求不高，規模一般不大）。 延伸閱讀——純培養技術建立前的技術準備期 1675年，發現了細菌（在荷蘭人列文虎克發明了顯微鏡以后）。 1857年，發現了發酵與微生物有關。 1860～1861年，曲頸瓶試驗。 1863年，巴斯德消毒法。 1.1.3 發酵技術發展的第二轉折時期——通氣攪拌發酵技術的建立（即抗生素時期，1941～1956年） 在1900～1940年的幾十年時間里，發酵技術取得了一系列的進展，如面包酵母發酵過程中所采用的逐步補加培養基成分的技術就是現今所稱的補料分批培養法，通入空氣的設施也改用噴射管，用低碳鋼制造的圓柱形發酵罐，采用加壓蒸汽滅菌和無菌接種技術，純種培養新技術的建立等，這些都是當時為改進發酵工藝所取得的進展。 但是，這些進展只有在第二次世界大戰（1939～1945年）期間，才得到了集中的應用和體現，當時由于戰爭的需要（即社會的需要），迫切需要大規模生產青霉素，但青霉素生產又是需氧發酵，很易受到雜菌污染，因此就借鑒了丙酮丁醇的純種厭氧發酵技術，成功地建立起深層通氣培養法和一整套培養技術，包括向發酵罐中通入大量無菌空氣、通過攪拌使空氣均勻分布、培養基的滅菌和無菌接種等，使微生物在培養過程中的溫度、pH、通氣量、營養物的供給都受到嚴格的控制。這些技術都為以后的微生物工業提供了新的概念和模式，成為當代微生物工業興旺發達的開端。當時青霉素的生產菌種的產量很低，為了提高菌種生產能力，又發展了改良菌種的技術。青霉素的中間試驗和提取工藝的新技術也取得了比較迅速的進展。上述的深層培養法和操作技術，除用于其他抗生素發酵外，以后的微生物酶制劑、檸檬酸、維生素、氨基酸和甾類轉化等產品的發酵生產，都采用這種方法。 延伸閱讀——青霉素的問世 青霉素的問世開始于英國科學家弗萊明（Fleming）在1922年的一個偉大發現。 1922年，弗萊明發現“溶菌酶”。1922年，英國倫敦圣瑪麗學院細菌學講師弗萊明從人體鼻腔分泌物中觀察到一種酶，即“溶菌酶”，具有抵抗微生物的能力。一種微生物能夠抑制另一種微生物生長的現象，在微生物學中就叫做“抗生現象”。 1928年，弗萊明發現青霉素。1928年弗萊明又發現一種抗生現象，那就是青霉素的抗生作用。 1929年，弗萊明發表了題為《論青霉菌培養物的抗菌作用》的論文，這一年被視為“抗生素元年”。這個重要的發現限于當時的社會條件，沒有得到重視，如提純技術的限制、處于全盛時期的磺胺的壓抑。 1940年，由弗洛里（Florey）和錢恩（Chain）提取并經臨床證實青霉素具有卓越療效并且低毒。 1941年，英美合作開發青霉素；一方面在美國的4個工廠采用表面培養法生產青霉素；另一方面著手進行沉浸培養法的研究開發。 1943年，開發青霉素生產工藝成功。采用帶有機械攪拌并通入無菌空氣的密閉式發酵罐，對沉浸培養的青霉素進行培養并用離心萃取機和冷凍干燥機把青霉素從發酵液中提取和精制，使得青霉素的產量和質量均大幅提高。此后不久，鏈霉素、金霉素、新霉素等相繼問世。 青霉素的成功轟動了全世界，很快，它被投入第二次世界大戰的戰地救護，拯救了許多瀕臨死亡的盟軍將士的生命，就連患了肺炎的英國*相丘吉爾，也是靠它才得以恢復健康。人們把它同原子彈、雷達并列為二次大戰中的三大發明。不同的是，原子彈和雷達是用于戰爭，而青霉素則是用于挽救生命。1945年，弗萊明、弗洛里和錢恩，因發明青霉素而共同分獲了諾貝爾生理學或醫學獎。 青霉素的問世，給人類醫療保健事業作出了巨大貢獻，使千百萬生命免除了死亡的威脅，同時在發酵工業發展史上也開創了嶄新的一頁。由抗生素發酵開始發展起來的通氣攪拌液體發酵技術是現代發酵工業*主要的生產方式，它使需氧菌發酵生產從此走上了大規模的工業化生產途徑，并且逐漸形成和建立起生化工程學科。與此同時也有力地促進了甾體轉化、微生物酶與氨基酸發酵工業的迅速發展，因而認為通氣攪拌發酵技術的建立是發酵技術發展的第二個轉折時期，是現代發酵工業的開端。 這個時期的產品：抗生素等。 這個時期的特點：產品分子結構復雜、次代謝產物、純種深層培養。 1.1.4 發酵技術發展的第三轉折時期——代謝控制發酵技術（即后抗生素時期，1956～1973年） 代謝控制發酵技術包括利用調控代謝的手段進行微生物的菌種選育和發酵條件的控制。該技術在20世紀50年代末谷氨酸發酵取得成功后，發酵工業進入第三轉折期——代謝控制發酵時期，并在其后的年代里得到飛躍的發展和廣泛應用，取得了引人注目的成就。1956年日本*先成功地利用野生型菌株中的生物素缺陷型菌株進行谷氨酸發酵生產。此后，賴氨酸、蘇氨酸等一系列氨基酸都采用該發酵法生產。顯然，利用微生物生產氨基酸是以代謝調控為基礎的新的發酵技術。 代謝控制發酵大體過程如下。以生物化學和遺傳學為基礎，研究代謝產物的生物合成途徑和代謝調節機制，選擇巧妙的技術路線，通過遺傳育種技術獲得解除或繞過微生物正常代謝途徑的突變株，如營養缺陷菌株或抗代謝類似物菌株，從而人為地使有用產物選擇性地大量合成和累積。代謝控制發酵的關鍵，取決于微生物代謝調控機制是否能夠解除，能否打破微生物正常的代謝調節這一天然屏障，人為地控制微生物的代謝。代謝控制育種和發酵過程的代謝控制培養是實現這一目標的兩個手段，而代謝控制育種則為主要支柱技術。由氨基酸發酵而開始的代謝控制發酵，使發酵工業進入了一個新的階段。隨后，核苷酸、抗生素及有機酸等也利用代謝調控技術進行發酵生產。 代謝控制發酵的出現與發展，與以下幾個方面是密不可分的：生物化學的發展，確立了代謝圖譜，同時發現了代謝過程中的各種調節機制；分子生物學和分子遺傳學的發展，可以人為地在DNA分子水平上改變微生物的代謝，多方面利用微生物的代謝活性，使微生物的菌學特性按人為的目標變化；合理控制環境，采用過程控制方法，完善受控參數，對發酵過程進行*優化控制，使目的產物大量積累。
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