– 采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。
二 、发酵设备
生物反应器(发酵罐)
利用生物工程技术进行生产的过程统称生物反应过程 。 采用活细胞(包括微生物、动植物细胞)的某些特定 功能生产有用产品的生物反应过程称为发酵过程或 细胞培养过程。
采用游离或固定化酶作为生物催化剂的生物反应过 程，称为酶反应过程。 生物反应器：利用酶或生物体（如微生物）所具有的生 物功能，在体外进行生化反应的装置系统。
根据生物反应过程中所使用的生物催化剂不同可将生 物反应器分为：
酶反应器和（微）细胞生物反应器。 生物反应器应具备的条件：
➢能维持一定的温度、pH、反应物(如营养物质、溶解氧 等)浓度；
➢应具备良好的传质、传热和混合性能，以便为生物反 应的顺利进行提供适宜的环境条件；
➢细胞生物反应器除具备上述特性外，还要求有一定的 除菌及密封设备，以防止生产过程中因微生物侵入造成 的杂菌污染。
要求的优良菌种。
可用基因工程、细胞工程的方法 对菌种的遗传特性进行定向改造， 以构建工程细胞或工程菌，从而
达到生产相应产品的目的
对菌种一般有以下要求：
➢ 菌种能在较短的发酵过程中高产有价值的发酵产品。 ➢ 菌种的发酵培养基应价廉，来源充足，被转化为产品的
效率高。如农副产品。 ➢ 菌种对人、动物、植物和环境不应该造成危害，还应注
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第二节
发酵基本工艺与发酵设备
李清华 公共卫生学院
发 酵 基 本 工 艺与发 酵设备 介绍pp t
1
• 主要内容
一、发酵工艺流程
二、常见发酵设备
1、发酵罐的设计原则
2、微生物细胞反应器
3、动物细胞培养反应
4、植物细胞培养反应
器
2
从自然界分离的菌种
诱变育种 扩大培养
4
菌种的选育
• 要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等
方面符合人们要求的产品，最重要的是要有优
良的菌种。
怎样才能得到优 良的菌种呢？
•如果生产的是微生 •如果生产的是一般微生
物直接合成的产物
物不能合成的产品
可以从自然界中先分离出相 应的菌种，再用物理或化学 的方法使菌种产生突变，从 突变个体中筛选出符合生产
4、发酵罐上应配备有温度和pH值控制系统以及采 样装置 ；
5、发酵罐内的蒸发损失不应太多；
6、在放料、清洗和维修等操作过程中具有最低的劳 动力消耗；
7、发酵罐应有较好的适应性，以满足不同生产厂家 的需求；
（一） 发酵罐设计的原则
发酵罐的主要功能： 为菌体生长，或为某一特定的微生物混合发酵剂提供一 个便于控制的环境，以获得人们所期望的产物 。
➢发酵罐设计的原则
1、发酵器应能在无菌条件下工作数天，且应在长时间 运转过程中保持稳定；
2、通气和充分搅拌，以满足微生物代谢的需要，但不 应损伤菌体；
3、尽可能低的功率消耗；
灭菌
• 那如何防止杂菌的污染呢？ – 要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的 灭菌处理。
空消、实消 • 怎样才算灭菌彻底呢？
– 用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢到发酵生产所需要的大量菌体来缩短 生产周期？
– 经过多次的扩大培养。
• 如何对菌种进行扩大培养？
基因工程 生产用菌种
细胞工程 原料
接种
发酵罐
灭菌
发酵条件控制
培养基配置
微生物菌体
分离 提纯 代谢产物
产品
一、发酵工艺流程
典型的发酵生产过程包括：
菌种的选育 确定菌种繁殖和发酵生产所用的培养基； 对培养基、发酵罐及其附属设备进行灭菌； 菌种经逐级扩大培养后，作为生产种子接种于发酵罐中 ; 控制发酵罐中微生物的生长条件，最大程度地获得人们渴 望的代谢产物 ; 产物萃取和精制 ; 发酵过程中废弃物的处理与回收.
– 扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进 行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间 里得到大量的菌体。
扩大培养和接种
• 扩大培养与发酵生产过程中的培养不同：
– 扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵 过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的 培养条件就有可能不同。
– 例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母 菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。而在发酵产 生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量 的酒精。
发酵过程
• 哪些条件能影响菌体的发酵？
– 发酵生产中发酵罐内部的代谢变化，如菌体形态、 菌体浓度、营养物质的浓度、温度、pH、溶氧 量、产物浓度、以及发酵罐搅拌转速等对发酵过 程都有重大影响。
分离、提纯
• 代谢产物
– 采用离心、过滤、沉淀等方法将菌体从培养液 中分离出来。
• 菌体本身，如酵母菌和细菌等
• 有了用于生产的充足的菌体，接种过程中要注意 防止杂菌污染。
发酵过程
• 为什么将菌体接种到装有培养液的发酵罐中， 还需要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行 控制？
– 发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。因此，要 在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产 物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成 分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发 酵产物。同时，还应对发酵条件进行严格控制。
意潜在的、慢性的、长期的危害，要严格防护。 ➢ 菌种发酵后，所产不需要的代谢产物少，且产品相对容
易地与不需要的物质分离，下游技术能用于规模化生产。 ➢ 菌种的遗传特性稳定，而且易于进行基因操作。
培养基的配制
• 进行发酵生产，有了优良的菌种还需要有与菌种 相适应的培养基。在配制培养基时应该注意：
– （1）根据不同的菌种，应选择不同的材料配制培养 基。配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长 因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提 供适宜的pH、渗透压等。
– （2）培养基的营养要协调，以利于产物的合成。 – （3）培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽
量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
灭菌
• 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发 酵过程中不能混入杂菌。
– 在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争 关系，对发酵过程造成不良影响。
– 例如：在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分 泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡；在青 霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉 素酶，将合成的青霉素分解掉。