第七章.发酵工程技术概论.ppt

三、补料分批发酵 将种子接入发酵反应器中进行培养，经过一段时间后， 间歇或连续补加新鲜培养基，使菌体进一步生长的培养方法。 应用广泛，用于氨基酸、抗生素等工业 补料分批发酵的优缺点 优点：与分批发酵相比 延长次级代谢产物的生产时间 可避免在分批培养过程中因一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧过多的状况 达到高浓度细胞培养 稀释有毒代谢产物 优点：与连续发酵相比 因为操作时间有限，降低了染菌，避免了遗传不稳定性 最终产物浓度较高，有利于产物的分离 使用范围广，在生产次级代谢产物和细胞高浓度培养中普遍采用。 缺点： 由于没有物料取出，产物的积累最终导致生产速率的下降 由于物料的加入增加了染菌机会 第五节 发酵工艺控制 一、培养基的影响及其控制 碳源：占菌体干物质的50%以上是碳 主要功能：提供能源、菌体成分、产物碳架 来源：糖类、脂肪、有机酸、碳氢化合物 速效碳源：如葡萄糖，能较迅速的参与代谢、合成菌体和产 生能量，并产生分解产物，有利于菌体的生长，但有的分解 代谢产物对产物的合成可能产生阻遏作用； 迟效碳源：如淀粉、乳糖、油脂等，被菌体缓慢利用，有利 于延长代谢产物的合成，特别有利于延长抗生素的分泌期， 为许多微生物药物的发酵所采用。 氮源：占菌体干物质的10% 主要功能：构成细胞物质、构成蛋白质等产物的成分 来源：无机氮源、有机氮源（速效氮源氨基酸、玉米浆、迟 效氮源黄豆饼粉、花生饼粉、棉籽饼粉） 速效氮源：如氨基酸、玉米浆等，有利于菌体的生长； 迟效氮源：如黄豆饼粉、花生饼粉等，有利于代谢代谢产物 的形成 无机盐和微量元素 主要功能：构成菌体原生质的成分（S、P）、作为酶的组成 部分或维持酶的活性（镁、铁、锌、钙、磷等） 、调节细胞 的渗透压（NaCl、KCl等）和pH，参与产物的合成 水：物质溶解和生化反应的基础 功能：机体的重要组成成分、参加一些代谢反应、良好溶剂 和热导体 二、温度的影响及其控制 1.影响发酵温度变化的因素 （1）生物热：微生物在生长繁殖过程中产生的热能；与培 养基成分、培养时间、呼吸强度有关 （2）搅拌热：搅拌器转动引起的液体之间和液体与设备之 间摩擦所产生的产生的热量 （3）蒸发热：水分蒸发所需热能 （4）辐射热：罐内外气温差使热能向大气辐射的热量 2. 温度的选择与控制 （1）最适发酵温度的选择：最适生长温度、最适生产温度 变温发酵，如青霉素发酵 30℃5h---25℃35h---20℃85h--- 25℃40h---放罐；青霉素产量比25℃恒温发酵高14.7% （2）温度控制 一般不需加热，冷却水（冷冻盐水）通过夹层循环冷却 三、溶氧的影响及其控制 1.溶氧的影响 最适氧浓度：菌体生长或产物合成最适浓度范围 临界氧浓度：满足微生物呼吸的最低氧浓度 2.发酵过程的溶氧变化 溶氧异常下降（污染好气杂菌，菌体代谢异常，设备故障） 溶氧异常升高（污染噬菌体，菌体代谢异常） 生物制药 第七章 发酵工程技术概论 第一节 概述 第二节 优良菌种的选育 第三节 发酵的基本过程 第四节 发酵方式 第五节 发酵工艺控制 第六节 发酵产物的提取 第七节 发酵设备 第八节 基因工程在发酵工程中的应用 第九节 发酵工程的发展展望 第一节 概述 一、发酵工程（fermentation engineering），又称微生物工程： 通过微生物完整的细胞自催化完成生物化学反应过程，微生物既能正常生长又能过量积累目的产物，提供工业产品。 包括：抗生素、氨基酸、维生素、有机酸、酶制剂、蛋白质、基因工程药物、核酸类物质等。 抗生素、氨基酸、酶制剂等产品为什么能通过微生物发酵来生产？这与微生物的生长和代谢特点有什么关系？ 某些微生物因争夺生存环境或营养物，会产生抗生素将其他种类的微生物杀死。 微生物会产生蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶，将营养物质水解成可吸收的小分子多肽或氨基酸、葡萄糖。 微生物细胞会通过合成或分解代谢生产它必需的一些物质，包括氨基酸、核苷酸等。 二、发酵工程发展的4个阶段 第一阶段---天然发酵阶段：发酵技术开始于家庭小制作，传统的酿酒、制酱等。技术进步缓慢，完全是经验式的，并不知道其中的原理。1675年荷兰人列文虎克发明了显微镜。法国巴斯德在1857~1876持续研究发酵作用。 第二阶段---传统发酵工业阶段：开始了解发酵现象的本质，采用开放式的发酵方式，生产过程及设备较为简单，规模不大。1900~1940人工控制微生物发酵过程（纯培养阶段），新产品酵母、甘油、乳酸、柠檬酸、丙酮和丁醇（第一个工业发酵产品） 第三阶段---现代发酵工业阶段：通气搅拌技术阶段（深层通气培养法），技术要求高、发展速度快；生产规模大；菌种生产能力大幅提高，新产品、新技