第十七章发酵经济学.pptx

第十一章 发酵经济学;第一节 概述 ;1、能够生产出优秀产品满足市场需求 2、能够有效的控制和降低成本;1、以最低的投资设置可靠的发酵罐及其附属设备；而且能应用于一定范围的产品种类的发酵过程； 2、原料的价格尽可能的低，利用效率尽可能的高。即使对一个成熟产品的发酵原料，也应不断地予以研究和调整； 3、所使用的微生物菌株的生产能力是最高的； 4、尽可能少地使用劳动力，在适当的步骤中采用自动化； 5、如果使用分批发酵法，要求在最短周期中，得到最大的产量；并尽量发挥设???的潜力。为达到这个目的，力争采用分批补料发酵或连续发酵； 6、以最简单和快速的过程进行产品的回收和精制； 7、废弃物的排放量应是最少的； 8、热和动力的利用是时分充分的； 9、厂房的占地面积最少，但仍留有可发展的余地。;三、了解市场需求; 只有少数产物的生产是属于低产值-大体积，如溶剂、有机酸和单细胞蛋白质。大约有100种十分重要的有机化合物是由微生物发酵生产是经济的。例如：乙醇、正丁醇、丙酮、甘油和醋酸。一些化学分子结构复杂，或对热不稳定化合物利用微生物发酵进行生产，其全过程具有经济上的可行性。如采用多步骤化学合成法生产，则其成本是较昂贵的。;四、开发新产品;第二节 产品成本控制; 分离筛选重要的工业微生物，要消耗较长时间和较大的代价，尤其是筛选新抗生素。如Pfizer公司，为了要筛选一个广谱抗生素而花费了1430000英镑，结果只得到土霉素。 因此要充分利用已经发展起来的各种菌种筛选方法，如选择性培养筛选、富集培养分离筛选等，以提高菌种的筛选效率，降低筛选风险。 另外，应该尽量筛选发酵过程中费用低廉的优良菌种。如在单细胞蛋白质的生产研究中，可筛选嗜热放线菌（Thermoactinomyces），因为：（1）它的最适生长温度为55℃，可以节省冷却费用；（2）在蛋白质中，甲硫氨酸含量较高，可以作为饲料蛋白质的添加剂；（3）菌体呈丝状，可以简化从发酵液中获得菌体的过滤技术。;2、生产菌种的改良;二、培养基成本分析;三、工厂与设备规模; 关于发酵罐规模的大小的决定，还受到许多因素的限制，如冷却、通气量和发酵罐的建造方法等。发酵罐的体积是与r3（发酵罐的半径）成正比。发酵罐的表面积也是与r2成比例。因此，放大容器，势必降低表面积对容积的比值，因而降低发酵罐的夹套冷却效率。所以，当发酵罐容积超过一定值以后，就难以利用其表面积作充分的热交换以保持恒温培养。除非利用内蛇管或外循环热交换器增加冷却能力。添置这类设施，必定会增加成本，或干扰发酵罐内的搅拌效果。另一方法是更换生产菌株，它是能适应较高温度发酵的。发酵过程对氧的需求，限制了发酵罐无限地放大。在醋酸生产中，有效的通气是极度重要的。在1977年最大的醋酸生产罐容积是50M3。;;四、能源费用; 几乎所有的发酵都需要各种形式的混合，以保持培养环境的均一性；有些发酵也需要通入空气。按照通气的情况，可以将发酵粗略地分为： （1）厌氧发酵，即在发酵时不宜有游离氧存在，如丁醇丙酮发酵； （2）发酵时只需要供应少量氧气，如乙醇发酵； （3）需氧发酵，发酵时需要大量氧，如抗生素、乙酸和单细胞蛋白质发酵。 第一、二种发酵，通气费用不是经济上主要考虑的问题。 需氧量较高的发酵，必需有适当功率的搅拌以保持均一的发酵环境，并分散引入的空气流。在早期的资料中，酵母生产时，所需要的压缩空气能量支出占生产总成本的10~20%。在这类发酵中，搅拌和氧传递费用仍只占生产总成本的1.9%。即使其费用只占生产总成本中一小部分，但研究人员普遍认为氧的供应是这类发酵的限制因素。; 理想的发酵过程是省略了加热和冷却，但这是不可能的。所以设计时要注意如何保存热量和最小的冷却量。发酵过程包括下列加热和冷却步骤： （1）将培养基加热到100℃及以上，再冷却到35℃或更低； （2）将发酵罐及其附属设备加热灭菌后再冷却； （3）发酵时会产生热量，必须将这些热量输出，即用冷却处理，使温度保持在微生物生长的规定范围之内； （4）发酵结束后，还需加热将产品中的水分除去。 ; 冷却的需要量，则随工艺的类型及大小而异。英国石油公司曾对一个用正烃或汽油作底物，年产量为10万吨的单细胞蛋白质工厂的冷却量作出估计为11亿千卡。用气升式发酵罐时，由于它的比能量输入量最小，因而减少了冷却的需要量。在单细胞蛋白质生产工厂的