第12章 微生物工程生产实例简介.ppt

* 第10章 生物炼制小结 生物炼制基本定义 生物炼制与石油炼制的区别 生物炼制系统 第12章 微生物工程生产实例简介 张 杰 山西师范大学生科院微生物课程组 应用与环境微生物专业 内容提要 酒精发酵工艺 氨基酸生产工艺 微生物酶制剂生产工艺 抗生素生产工艺 废水微生物处理技术 12.1 酒精发酵工艺 12.1.1 酒精的性质与用途 无色透明、易挥发、具有特殊芳香和强烈刺激味的易燃液体。 酒精的用途主要有三方面： 燃料酒精、食品用酒精、化工医药用酒精，尤其是前者将成为酒精的主要用途。 12.1 酒精发酵工艺 12.1.2 酒精生产概况 若全部汽油、柴油是含10%的乙醇，每年将近消耗2 000万吨乙醇。 中国的酒精工业始于1900年的黑龙江。 10 000t-600万t 12.1 酒精发酵工艺 12.1.3 发酵法生产酒精机制 工业上生产乙醇的方法概括起来分为两大类：即合成法和发酵法。合成法是利用化学的方法使乙烯与水结合生成乙醇。 发酵法生产乙醇成为乙醇生产的主要方式。乙醇的发酵主要是将淀粉类物质、纤维类物质或其他含糖物质转变为单糖（己糖或戊糖等），然后利用微生物（主要是酵母或细菌）的新陈代谢将其转变为乙醇。 12.1 酒精发酵工艺 12.1.4 酒精发酵常用的微生物 作为酒精发酵的微生物应具备以下条件： ①对于所利用底物发酵酒精，具备高转化率与发酵速度快的特征；②能够耐受较高的酒精浓度；③能够在较高的温度与偏酸性的条件下发酵；④对底物的适应范围广。 酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae） 运动发酵单胞菌（Zymomonas mobilis） 12.1 酒精发酵工艺 12.1.5 酒精的生产原料与辅料 1. 酒精的生产原料 主要包括：淀粉质原料、糖质原料、纤维素原料。 淀粉质原料主要有：谷物原料（玉米、小麦、大米）、薯类原料（甘薯、木薯、马铃薯）。 12.1 酒精发酵工艺 12.1.5 酒精的生产原料与辅料 1. 酒精的生产原料 糖质原料主要有：废糖蜜、甘蔗汁、甜菜汁 纤维素原料：农作物纤维下脚料、森林和木材加工工业的下脚料、制糖厂的纤维和半纤维下脚料、城市固体纤维垃圾。 12.1.5 酒精的生产原料与辅料 2. 酒精生产的辅助原料 酶制剂、尿素、纯碱、硫酸、活性干酵母等。其中主要的是酶制剂，主要用于制糖，常用的主要包括：α-淀粉酶、糖化酶、酸性蛋白酶、纤维素酶、半纤维素酶、纤维二糖酶、多聚半乳糖醛酸酶。 12.1.6 酒精生产工艺 根据不同原料，现主要有淀粉质原料生产酒精、糖质原料生产酒精与纤维质原料生产酒精3种。 目前国内最主要的酒精生产是利用淀粉质原料，其中最常用的是玉米和薯干。 12.1.6.1 酒精生产工艺的基本工艺流程 不同原料→预处理→制糖→发酵→蒸馏→酒精 酵母 → → CO2 → 酒槽 12.1.6.2 预处理 淀粉质与纤维素原料的预处理主要包括除杂、粉碎两个工序，目的是除去原料中的金属、石块、泥土等杂质，再将原料粉碎至预定的细度。一般粉碎为通过1~2mm筛孔。 1. 糖蜜原料 干物质含量高达80~90。BX，含糖分50%以上，因此，需要经过稀释才能发酵。 12.1.6.2 预处理 2. 甜菜原料 先制成甜菜汁，再将汁液发酵成酒精。制汁工艺如下：甜菜→水力输送→洗涤→热水逆向萃取→糖液 3. 甘蔗原料 甘蔗→ 洗涤→切断 →压榨 →蔗汁 12.1.6.3 制 糖 对于淀粉质与纤维质原料必须经过一系列处理程序，转化为可被酵母利用的糖类后，才能进入发酵阶段。 1. 淀粉质原料 制糖过程主要包括：调浆→ 液化→糖化 2. 纤维质原料 酸水解工艺和酶水解工艺 12.1.6.4 发酵 通过酵母的作用将醪液中的可发酵糖转化酒精与CO2。 1. 酒母的培养 原始菌种→斜面菌种→液体试管→三角瓶培养→卡氏罐培养→小酒母罐→大酒母罐→成熟酒母醪。 12.1.6.4 发 酵 1. 酒母的培养 原始菌种→斜面菌种→液体试管→三角瓶培养→卡氏罐培养→小酒母罐→大酒母罐→成熟酒母醪。 酒用活性干酵母（AADY）。酒母的质量有保证，出酒率高，就是相对成本高些。 12.1.6.4 发 酵 2. 酒精的发酵过程 酿酒酵母的酒精发酵 细菌酒精发酵 细菌酒精发酵的优缺点 优点：代谢速率高，产物转化率高，菌体生成少，代谢副产物少，发酵温度较高，以及不必定期供氧等。 缺点：生长pH较高(细菌约pH 5，酵母菌为pH 3)，较易染杂菌．并且对乙醇的耐受力较酵母菌低(细菌约耐7%乙醇，酵母菌为8%-10%)。 12.1.6.4 发 酵 3. 酒精发酵工艺 间歇发酵 半连续式发酵 连续式发酵 * * *