第四章发酵工程2概述.ppt

第四章 发 酵 工 程 发酵工程的定义 发酵工程（微生物工程，发酵技术），是指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术，根据各种微生物的特性，在有养或无养条件下利用生物催化（酶）的作用，将多种低值原料转化成不同的产品的过程。 广义上的发酵工程由三部分组成： 上游工程、发酵工程和下游工程，其中上游工程包括优良菌株的选育，最适发酵条件（营养组成、pH、温度）的确定，营养物的准备等；下游工程指从发酵液中分离和纯化产品的技术 发酵工业必须具备的条件 1、某种适宜的微生物 2、要保证或控制微生物进行代谢的各种条件，即培养基的组成、温度、溶氧浓度、pH等 3、微生物发酵需要的设备 4、提取菌体或代谢产物或精致产品的方法和设备 发酵工程的特点 投资少 见效快 污染小 外源目的基因易高效表达 发酵工程的历史发展 19世纪末：厌氧发酵(酒精、乳酸、发酵食品) 1945年：通气搅拌发酵罐--好氧发酵(青霉素等抗生素) 20世纪50年代：代谢控制发酵(氨基酸、核酸等) 20世纪70年代：固定化酶连续发酵 20世纪80年代：现代发酵工程技术(与基因操作、细胞工程技术相结合) 发酵工程的内容 1、微生物的菌体发酵(酵母、单细胞蛋白、药用真菌、杀虫剂等) 2、微生物酶发酵(淀粉酶、糖化酶、氨基酰化酶、青霉素酰化酶等)； 3、微生物代谢产物发酵(初级代谢产物、次级代谢产物) 4、微生物的转化发酵：微生物转化是利用微生物细胞的一种或多种酶，把一种化合物转变成更有经济价值的产物（抗生素转化） 5、生物工程细胞的发酵：是指利用生物工程技术所获得的细胞进行培养的新型发酵，其产物多种多样。（胰岛素、干扰素、青霉素、酚化酶） 初级代谢产物和次级代谢产物 在菌体对数生长期所产生的产物，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、糖类等，是菌体生长繁殖所必需的，这些产物叫做初级代谢产物。 在菌体生长静止期，某些菌体能合成一些具有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、植物生长因子等，这些产物与菌体的生长繁殖无明显关系，叫做次级代谢产物。 三、发酵技术的应用 1.医药工业：抗生素、维生素、胰岛素、乙肝疫苗、干扰素等； 2.食品工业：微生物蛋白、氨基酸、饮料、酒类和一些食品添加剂（柠檬酸、乳酸、天然色素等）； 3.能源工业：酒精、沼气、微生物采油； 4.化学工业：化工原料（乙醇、丙酮、丁醇）、生物表面活性剂； 5.农牧业：生物固氮、生物杀虫剂、微生物饲料； 6.冶金工业和环境保护。 第二节微生物反应器及发酵系统 生物反应器（发酵罐）：是为微生物、酶或动植物细胞（或组织）作为生物催化剂的生物反应过程提供良好环境的核心设备。根据生物催化剂的不同，生物反应过程分为：发酵过程、细胞培养过程和酶反应过程等，与生物反应过程相应的反应器的为发酵罐、动植物细胞反应器和酶反应器。 生物反应器在生物产品生产过程中，具有中心纽带作用，是实现生物技术产品产业化的关键设备，是连接原料和产物的桥梁。 因此，生物反应器的设计和操作与生物技术产品的质量、转化率和能耗关系紧密，直接影响到生产效益 发酵罐的特点 1、为细胞代谢提供一个适宜的物理及化学环境，使细胞能更快更好的生长 2、具有严密的结构 3、良好的液体混合性能 4、高的传质和传热速率 5、灵敏的检测和控制仪表 发酵罐的设计要求 1、节能 2、操作与控制方便 3、无菌条件好 4、尽量减少法兰连接 5、结构坚固、安全 6、防止死角、裂缝 7、易维修 法兰连接 连接就是把法兰盘放在固定在两处管口上的一对法兰的中间，然后用螺栓拉紧使其接合起来，成为一种可拆卸的。这种连接主要用于铸铁管、衬胶管、非铁金属管和法兰阀门等的连接，工艺设备与法兰的连接也都采用法兰连接。法兰连接的主要特点是拆卸方便、强度高、密封性能好。安装法兰时要求两个法兰保持平行、法兰的密封面不能碰伤，并且要清理干净。 发酵罐的类型 一、根据微生物生长代谢需要来分 好氧发酵罐：用于抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸、维生素等产品的发酵，发酵过程需要氧气 厌氧发酵罐：丙酮、丁醇、酒精、啤酒、乳酸等产品的发酵，发酵过程不需要氧气 二、根据发酵罐的质量传递特点进行分类 机械搅拌发酵罐---依靠搅拌器提供能量使发酵液循环、混合、包括机械搅拌通风发酵罐和机械搅拌自吸式发酵罐 非机械搅拌发酵罐---依靠通入的空气或液体产生动力，带动发酵液循环、混合，包括喷射自吸式发酵罐、气升式发酵罐 三、根据容积分类 实验室发酵罐：500L以下 中试发酵罐：500-5000L 生产规模发酵罐：5000L以上 好氧发酵罐 1、机械搅拌通风发酵罐 搅拌的作用是增加拱氧量 2、自吸式发酵罐 机械搅拌自吸式发酵罐 喷射自吸式发酵罐：文氏管自吸式发酵罐和溢流喷射自吸式发酵罐 3