第十二章微生物与现代发酵工业讲课.ppt

第十一章 微生物与现代发酵工业 第一节 概述 发酵概念与发酵工程 1. Fermentation 原始概念: 从液体中向外冒气泡 狭义概念: 有机物脱下的氢直接交给另一内 源有机物的过程 广义概念：应用微生物生产某种产品的过程 好氧、厌氧过程 2. 天然发酵与纯培养（pure culture）发酵 多种微生物混合发酵：我国酿酒 纯培养发酵: 提高了产品的稳定性 发酵工业的第一个转折点 3. 通气搅拌：发酵工业的第二个转折点 青霉素，通气搅拌液体发酵技术 现代发酵工业最主要的生产方式 利用需氧菌进行大规模发酵生产 4. 代谢控制发酵技术： 发酵工业的第三个转折点 生化、微生物、遗传学的深入发展 1956年，缺陷型菌株进行氨基酸发酵 积累预期的氨基酸 5. 基因工程菌株进行发酵--“借鸡下蛋” 发酵工业的第四个转折点 有目的控制发酵产物：胰岛素、干扰素等 6. 发酵工程：实现最终目标的途径 发酵工艺学和工程学相结合的产物 菌种的选育 最佳发酵条件的选定和控制 生化反应器的设计 发酵产品的分离和精致等 二. 发酵工业范围 1. 以微生物细胞为产物 SCP(Single Cell Protein)，某些疫苗等 2. 微生物的代谢产物 初级、次生代谢产物 氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类及 碳水化合物、抗生素等 3. 微生物酶 4. 生物转化，如甾体转化等 5. 处理废物 三.发酵工业应用 现代生物技术的重要组成部分 1. 医药工业 抗生素、维生素、胰岛素、乙肝疫苗、干扰 素、透明质酸等 2. 食品工业 微生物蛋白、氨基酸、新糖原、饮料、酒 类、食品添加剂(柠檬酸、乳酸、天然色素等) 3. 能源工业 酒精发酵、沼气发酵等 4. 化学工业 化工原料如乙醇、丙酮、丁醇等 生物表面活性剂 生物絮凝剂 5. 冶金工业 用于黄金开采和铜、铀等金属的侵提 6. 农、牧业 生物固氮、生物杀虫剂和微生物饲料的生产 7. 环境保护 污染物降解与转化 四. 发酵方式（类型） 按微生物培养工艺 固体发酵 液体发酵 斜面菌种培养?菌体或孢子悬液制备?种子扩大培养 ?发酵?发酵液处理?提取与精致?成品检验 ?包装出厂 典型发酵过程示意图 （一）固体发酵生产 发酵原料：固体形式 微生物：将原料转化为发酵产品 浅层发酵、转桶发酵、厚层通气发酵 优点：设备、方法简单，能耗低，原料粗放 缺点：占地面积大、原料利用率低、产物复杂、 一般为天然发酵 酿酒、酱油、食醋等采用这种发酵方式 固体发酵图 （二）液体发酵生产 微生物将液体培养基中的原料转化为发酵产品 表面发酵 深层液体发酵：现代发酵的主要方式 菌体或菌丝均匀分散在液体培养基中 通过向培养液强制通气进行发酵 抗生素、氨基酸、酶制剂等 酒精、丙酮、丁醇等采用厌氧深层发酵 液体发酵发酵优点： 规模大、发酵速度快、生产效率高 容易实现自动化控制 1. 分批发酵 在一个密闭的系统内一次性投入培养基 的发酵方法 2. 连续发酵 新鲜培养基连续加入发酵罐 发酵液不断从罐内放出 发酵罐内液量维持恒定 优点：设备利用率高，便于自动化控制 缺点：菌株易变异，易被杂菌污染 分批发酵示意图 连续发酵示意图 3. 补料分批发酵： 加料：间歇地或连续 放料：一次性 有控制地进行分批发酵 4. 计算机控制的发酵 应用传感器 随时获得发酵罐内各参数的变化 对发酵进行自动控制 （三）发酵的逐级放大 1. 小试 实验室小型设备，三角瓶、1~50L发酵罐