发酵工艺与设备.ppt

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1、李清华公共卫生学院1第二节发酵基本工艺与发酵设备主要内容一、发酵工艺流程二、常见发酵设备1、发酵罐的设计原则2、微生物细胞反应器3、动物细胞培养反应4、植物细胞培养反应器2从自然界分离的菌种产品基因工程诱变育种细胞工程生产用菌种扩大培养原料微生物菌体代谢产物分离　提纯发酵罐发酵条件控制接种培养基配置灭菌4一、发酵工艺流程典型的发酵生产过程包括：菌种的选育确定菌种繁殖和发酵生产所用的培养基；对培养基、发酵罐及其附属设备进行灭菌；菌种经逐级扩大培养后，作为生产种子接种于发酵罐中;控制发酵罐中微生物的生长条件，最大程度地获得人们渴望的代谢产物;产物萃取和精制;发酵过程中废弃物的处理与

2、回收.菌种的选育要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等方面符合人们要求的产品，最重要的是要有优良的菌种。怎样才能得到优良的菌种呢？如果生产的是微生物直接合成的产物可以从自然界中先分离出相应的菌种，再用物理或化学的方法使菌种产生突变，从突变个体中筛选出符合生产要求的优良菌种。如果生产的是一般微生物不能合成的产品可用基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生产相应产品的目的对菌种一般有以下要求：菌种能在较短的发酵过程中高产有价值的发酵产品。菌种的发酵培养基应价廉，来源充足，被转化为产品的效率高。如农副产品。菌种对人、动物、植物和环境不

3、应该造成危害，还应注意潜在的、慢性的、长期的危害，要严格防护。菌种发酵后，所产不需要的代谢产物少，且产品相对容易地与不需要的物质分离，下游技术能用于规模化生产。菌种的遗传特性稳定，而且易于进行基因操作。培养基的配制进行发酵生产，有了优良的菌种还需要有与菌种相适应的培养基。在配制培养基时应该注意：（1）根据不同的菌种，应选择不同的材料配制培养基。配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提供适宜的pH、渗透压等。（2）培养基的营养要协调，以利于产物的合成。（3）培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益

4、。灭菌发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程中不能混入杂菌。在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系，对发酵过程造成不良影响。例如：在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡；在青霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分解掉。灭菌那如何防止杂菌的污染呢？要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的灭菌处理。空消、实消怎样才算灭菌彻底呢？用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢和孢子。扩大培养和接种如何得到发酵生产所需要的大量菌体来缩短生产周期？经过多次的扩大培养。如何对菌种进行扩大培养？扩大培养

5、是将培养到对数期的菌体分开，分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间里得到大量的菌体。扩大培养和接种扩大培养与发酵生产过程中的培养不同：扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的培养条件就有可能不同。例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。而在发酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量的酒精。有了用于生产的充足的菌体，接种过程中要注意防止杂菌污染。发酵过程为什么将菌体接种到装有培养液的发酵罐中，还需要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行控制？发酵产物主要在菌体生长的稳定期

6、产生。因此，要在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物。同时，还应对发酵条件进行严格控制。发酵过程哪些条件能影响菌体的发酵？发酵生产中发酵罐内部的代谢变化，如菌体形态、菌体浓度、营养物质的浓度、温度、pH、溶氧量、产物浓度、以及发酵罐搅拌转速等对发酵过程都有重大影响。分离、提纯代谢产物采用离心、过滤、沉淀等方法将菌体从培养液中分离出来。菌体本身，如酵母菌和细菌等采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。二、发酵设备生物反应器(发酵罐)利用生物工程技术进行生产的过程统称生物反应过程。采

7、用活细胞(包括微生物、动植物细胞)的某些特定功能生产有用产品的生物反应过程称为发酵过程或细胞培养过程。采用游离或固定化酶作为生物催化剂的生物反应过程，称为酶反应过程。生物反应器：利用酶或生物体（如微生物）所具有的生物功能，在体外进行生化反应的装置系统。生物反应器应具备的条件：能维持一定的温度、pH、反应物(如营养物质、溶解氧等)浓度；应具备良好的传质、传热和混合性能，以便为生物反应的顺利进行提供适宜的环境条件；细胞生物反应器除具备上述特性外，还要求有一定的除菌及密封设备，以防止生产过程中因微