1、第五章 发酵工程 本章主要内容 第一节概述第二节发酵基本原理与方法第三节发酵产品下游处理技术 第一节概述 5 1 1概念 发酵 fermintation 是利用微生物的生命活动来生产微生物菌体或其代谢产物的过程 发酵工程是利用发酵原理 结合工业化设计进行规模化生产各种有用物质的技术体系 它是生物技术的重要组成部分 是生物技术产业化的重要环节 基本专业知识要求 微生物学 生化 化工等 5 1 2发酵类型 微生物菌体发酵 以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵 微生物酶发酵代谢产物发酵 初级代谢物 次级代谢产物转化发酵 利用细胞的一种或多种酶 把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物 可进行的
2、转化反应包括 脱氢反应 氧化反应 脱水反应 缩合反应 脱羧反应 氨化反应 脱氨反应和异构化反应等 5 1 3发酵技术特点 发酵是自主性综合生化反应系统 反应条件温和 能耗少 设备较简单 细胞能在所加原料中自主选择摄取所需成分 容易生产复杂的高分子化合物 发酵过程中需要防止杂菌污染 设备需要进行严格的冲洗 灭菌 空气需要过滤等 5 1 4发酵技术的应用 医药工业 用于生产抗生素 维生素等常用药物和人胰岛素 乙肝疫苗 干扰素 透明质酸等新药 食品工业 用于微生物蛋白 氨基酸 新糖原 饮料 酒类和一些食品添加剂 柠檬酸 乳酸 天然色素等 的生产 能源工业 通过微生物发酵 可将绿色植物的秸杆 木屑 工
3、农业生产中的纤维素 半纤维素 木质素等废弃物转化为液体或气体燃料 酒精或沼气 还可利用微生物采油 产氢 产石油以及制成微生物电池 化学工业 用于生产可降解的生物塑料 化工原料 乙醇 丙酮 丁醇 癸二酸等 和一些生物表面活性剂及生物凝集剂 冶金工业 微生物可用于黄金开采和铜 铀等金属的浸提 农 牧业 生物固氮 生物杀虫剂的应用和微生物饲料的生产 为农业和畜牧业的增产发挥了巨大作用 环保 第二节发酵基本原理与方法 5 2 1发酵工程一般过程 5 2 2发酵生产菌及其培养基 工业生产上常用的微生物主要是细菌 放线菌 酵母菌和霉菌 培养基的营养成分 是碳源 氮源 无机盐类 生长因子等几类 孢子培养基种
4、子培养基发酵培养基 5 2 2发酵方法与工艺控制 分批发酵 营养物和菌种一次加入进行培养 直到结束放出 中间除了空气进入和尾气排出 与外部没有物料交换 连续发酵 是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基 同时以相同的速度流出培养液 从而使发酵罐内的液量维持恒定 微生物在稳定状态下生长 补料分批发酵 补料分批发酵又称半连续发酵 是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术 是指在微生物分批发酵中 以某种方式向培养系统补加一定物料的培养技术 发酵工艺控制反映发酵过程变化的参数可分为两类 i 特定的传感器检测直接获取的参数 ii 由计算机用特定的数学模型计算获得的间接参数 包括细胞生长速率 产物合成速率和呼吸熵等 发酵工艺控制即是对这两类参数进行检测与调控使微生物生长正常 产品产量最大化 5 2 2发酵设备 主体是发酵罐 并应具有配套而又可靠的检测及控制仪表 发酵装置有好氧与厌氧之分 好氧发酵设备又可分为机械搅拌式发罐和通风搅拌式发酵罐 第三节发酵产品下游处理技术 发酵液 制剂 高度纯化 初步分离 浓缩 复性 变性 包涵体 细胞破碎 胞内产物 固液分离 胞外产物 细胞分离 产品 细胞碎片分离 分离纯化技术 非蛋白质类杂质的去除 DNA 热原物质 病毒
