第四章 发酵工程-生概自制.pptVIP

一、发酵工程概况 （一）发酵的定义： 发酵（fermentation）最初来自拉丁语“ 发泡 ”（fervere），是指酵母作用于果汁或发芽谷物产生CO2的现象。 巴斯德研究了酒精发酵的生理意义，认为发酵是酵母在无氧状态下的呼吸过程。 生物化学上将发酵定义为“微生物在无氧时的代谢过程”。 目前，人们把利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程统称为发酵。 （二）发酵工程的定义 采用现代化工程技术手段，利用微生物的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程的一种新技术。以微生物作为研究对象，也称微生物工程。 现代的发酵工程不仅包括菌体生产和代谢产物的发酵生产，还包括微生物机能的利用。其主要内容包括生产菌种的选育，发酵条件的优化与控制，反应器的设计及产物的分离、提取与精制等。 （六）微生物工业的范围 （1）医药工业 生产抗生素、维生素、人胰岛素、乙肝疫苗、干扰素等 （2）食品工业 微生物蛋白、酒类、饮料、氨基酸、食品添加剂等 （3）能源工业 酒精、沼气发酵 （4）化学工业 可降解的生物塑料、化工原料、生物表面活性剂等 （5）冶金工业 利用微生物探矿、冶金、石油脱硫等 （6）农业 生物固氮和生产生物杀虫剂及微生物饲料 （7）环境保护 净化有毒高分子化合物、降解浮油、处理废水、污水等 2） 发酵培养基的组成 微生物的营养物质有六大类要素:水、碳源、氮源、无 机盐、生长因子和产物形成的诱导物、前体和促进剂。 ① 水（水质影响较大） 培养基的主要成分，构成菌体细胞，传递营养物质， 直接参与代谢反应。深井水、自来水和地表水皆可。 ② 碳源 构成菌体和产物的碳架及能量来源。包括各种单糖 (如葡萄糖)、双糖(如蔗糖)和淀粉、纤维素等多糖； 玉米淀粉；油脂（霉菌和放线菌生长的消泡剂）； 有机酸；醇类；石油产品等。 恒浊器与恒化器的比较 1、机械搅拌式发酵罐 1）通用式发酵罐 封闭式，带罐压操作；具有机械搅拌和压缩空气分布装置，容积为20cm3～200m3，最大可达500m3。 机械搅拌：打碎、分散气泡增加溶氧量，混合物料。 常用涡轮搅拌器（中央有圆盘，防止气泡在阻力较小的搅拌器中心部位沿着轴周边上升逸出）。 搅拌轴：从罐顶伸入罐内，也采用下伸（100m3）。 传热装置：夹套（5m3）和蛇管（5m3）传热降温。 挡板：加强搅拌，促使液体上下翻动和控制流型，消除 涡流。 消泡装置：耙式消泡桨打碎泡沫。 大型发酵罐 及其搅拌装置 2）自吸式发酵罐 罐体结构与通用式发酵罐类似，搅拌器的形状和结构不同（带中央吸气口的搅拌器）。 浸在发酵液中的转子迅速旋转，液体和空气在离心力作用下被甩向叶轮外缘，中心形成负压，转子的空膛与大气相通，发酵罐外的空气通过过滤器不断被吸入，转子的搅拌使气体分散并与发酵液充分混合，沿叶轮末端排出，向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布于整个发酵罐。 无需空气压缩机供氧，动力消耗小于通用式发酵罐，进罐空气处于负压，染菌机会增加；搅拌转速高，菌丝被切断，影响菌体正常生长。 2、通风搅拌式发酵罐 无机械性搅拌装置，利用通入发酵罐的空气，供给微生物所需要的氧并且代替搅拌器使发酵液均匀混合。 （2）提取 对存在于滤液或离心上清液中的活性物质进行浓缩，减小溶液体积，提高浓度。目前常用的提取方法有吸附法、超滤法、萃取法、离子交换法和沉淀法等。 （3）精制 提高浓缩液中活性物质纯度，可用沉淀、超滤、层析（大分子蛋白）、结晶（小分子物质）。 早期的青霉素生产技术 40年代美国生产青霉素工厂 One of the first Penicillin factories Terre Haute Indiana June 1944 谷氨酸的发酵生产 味精——谷氨酸为原料生成的谷氨酸单钠的俗称。 以天然食物（如小麦、玉米）为原料，经发酵提纯后的结晶产品，具有特别的鲜味。 青霉素分离流程图 3、 维生素的发酵生产 目前利用发酵法生产的维生素有维生素C、维生素 B2、维生素B12、维生素D 、β-胡萝卜素等，这些 维生素需求量很大。 青霉