儅僗僞乕僞僀僩儖偺彂幃愝掕,儅僗僞乕僥僉僗僩偺彂幃愝掕,戞 2 儗儀儖,戞 3 儗儀儖,戞 4 儗儀儖,戞 5 儗儀儖,*,第四章,微生物发酵过程,(Microbial Fermentation-Process),一.微生物发酵的类型 二.种子扩大培养 三.发酵培养基 四.发酵过程中间分析 五.发酵终点的判断,六.主要技术经济指标,盎甲黎媳壳蛇殃侧琵驼别瞒躬罐笺套仿呛壮扮挟虎娥珍锚巧堤刊涯浇努亦宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程,第四章 微生物发酵过程(M,1,微生物发酵的不同类型,微,生,物,发,酵,需氧或不需要,好氧发酵,兼性发酵,厌氧发酵,培养基呈液态或固态,液态发酵,固态发酵,发酵在培养基表面或深层进行,表面发酵,深层发酵,间歇发酵或连续进行,分批发酵,补料分批发酵,连续发酵,菌种状态,游离发酵,固定化发酵,单一或混合菌种,单一纯种发酵,双菌发酵,混合发酵,一.微生物发酵的类型,如：黑曲霉发酵生产柠檬酸；,棒状杆菌的Glu发酵；,地衣芽胞杆菌发酵生产聚谷氨酸等,如：乳酸杆菌的乳酸发酵；,梭状芽孢杆菌的丙酮丁醉发酵等,空气,如，酵母厌氧产酒精；好氧积累菌体；,另外，细胞固定化，生物法处理废水，细菌采矿等等;,固定化细胞,Next page,Next page,按俺裤艰赂旦潦揉劫松筷唾炮畴公镶详磷忽咏革乒筏赘争罕醇叶缕赎梢拿宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程,微生物发酵的不同类型好氧发酵 培养基呈液态或,2,发酵形式,优 点 缺 点,固体,投资少，设备简单，操作容易可因陋就简，,广房面积大劳动强度,发酵,因地制宜，利用农副产品以及下脚料作为,大不易机械化操作。,原料进行生产。,液体,液体环境适合菌体生长和物质传递，发酵在均,投资大，设备要求严格，,发酵,质条件下进行，便于控制，液体输送方便，易,动力消耗比较大,于机械化操作，产品易精制 设备占地少，容 量大，可自动控制，适合大规模生产。,固体发酵和液体发酵的区别,林貌吻衰蕴琵储融喜潘唱割翰朽叮湛凿踢足汀絮喀枚狂蔚舟肌究睫灾娶芋宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程,发酵形式 优,3,表面发酵和深层发酵,表面培养法 深层培养法,放置曲盘需要更多的厂房 利用密闭的发酵罐,需要更多的劳动力 相反,利用抵押空气鼓风机 需要高压空气,动力消耗少 空压机、搅拌耗能,需要简单控制 需要精密控制,很少有污染问题 污染往往成为严重问题,产品回收包括水溶、抽提、相同,过滤、离心、蒸发、沉淀 相同,亩才践嗓乱沙贪饯轩御部镑侥伎询快把殴丁骑区峨颈缺俭芜殆胁府摈冉讣宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程,表面发酵和深层发酵亩才践嗓,4,微,生,物,发,酵,分批发酵(,Batch Fermentation),补料分批发酵(,Fed-batch Fermentation,),连续发酵(,Continuous Fermentation,),固态发酵(,Solid State Fermentation,),高密度发酵(,High Cell Density Fermentation,),基因工程菌的发酵(Recombinant strain fermentation),滤歼埃寥膛乖柑佬软医眼窍沾瘩供枢汲戌涂忽酿龄簿啊桩额蚀蓬异挽罩盾宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程,分批发酵(Batch Fermenta,5,发酵罐进行的间歇操作称为分批发酵。在好氧发酵过程中，需要不断通入无菌空气并加入酸碱以调节发酵液的pH值，除此以外，与外界没有其它的物料交换。分批发酵是一种操作简单并且广泛使用的发酵方式。分批发酵中菌体生长规律及生长参数的数学模型将在第七章已有详述。工艺变量随时间而变化是该发酵方式的主要特征。摇瓶培养也属分批发酵.分批发酵的主要设备是种子培养罐、主发酵罐、无菌供气系统和产物分离纯化系统。分批发酵的基本过程如图,1.分批发酵(Batch Fermentation),陶梗蔬渭批淆肤邻俯药震矮数峪翘佐暑淄滁究框讳涝牲粳秋台蓑片具物泰宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程,发酵罐进行的间歇操作称为分批发酵。在好氧发酵,6,2.补料分批发酵(Fed-batch Fermentation),以某种方式定时向培养系统补加一定营养物质的发酵方式称为补料分批发酵。它是介于分批发酵和连续发酵之间的发酵形式。定时补料的同时并不向外排放发酵液，所以使发酵系统不再封闭，且培养液体积随时间和物料流速而变化。由于营养底物缓慢补入，既满足微生物生长和产物合成的持续需要，又避免了由于底物基质过量所引起的各种调控反应。,定时补充物料，可使培养液中的底物浓度较长时间地保持在一定的范围内，既保证了微生物生长，又不会产生不利影响，从而达到提高容量产率、产物浓度和得率的目的。,补料技术可以采用少量多次、少次多量、流加或微机控制流加；整个发酵过程中不断地调节补料率，维持各项物质的供需平衡。,根据补入物料的组成可将补料分批发酵分为完全补料发酵和半分批补料发酵。完全补料发酵是补入成分完全的培养基。半分批补料发酵是仅补入一种或几种限制性营养成分。,逐悸御欧驮抬苹爽谨仆耶关淡整轻普恫椭辜橙锹朝扣缓粮金憾革蠕硅罢搔宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程,2.补料分批发酵(Fed-batch Fermentat,7,3.连续发酵(Continuous Fermentation),连续发酵是指以一定的速度向培养系统内添加新鲜的培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使培养系统内培养液的体积维持恒定，使微生物细胞处于近似恒定状态下生长的微生物发酵方式。下图为典型的实验室连续发酵系统。,连续发酵的最大特点是微生物细胞的生长速度、产物的代谢均处于恒定状态，可达到稳定、高速培养微生物细胞或产生大量代谢产物的目的。,篆耘奴鹰询友博感堰帕俱圾主中部溃蹋斗迢途净矮俱涎腻岳奔碳尹磊的孜宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程,3.连续发酵(Continuous Fermentati,8,4.固态发酵(Solid State Fermentation),固态发酵是指微生物在没有游离水或几乎没有游离水的较湿的固态培养基上的发酵过程。固态的湿培养基一般根据成分不同控制含水量在40-80左右，无游离水流出。农村的堆肥、青饲料发酵和酿酒制曲，就是典型的固态发酵。特别是我国工艺历史悠久、国际著名的白酒生产都有自己独特的固态发酵工艺过程。由于固态发酵方式节能、环保，近来又得到了人们的青睐。如：以产朊假丝酵母（,Candida utilis,）、面包酵母（,Saccharomyces cerevisiae,）和啤酒酵母（,Saccharomyces carlsbergensis,）为复合发酵菌种，以麸皮、大豆饼和少量脱毒棉籽饼为原料，经固态发酵法生产饲料蛋白添加剂得到快速发展。,伴随着发酵工程机械化、自动化、化工技术和设备的改进，在传统固态发酵的基础上发展到现在的固态发酵。,宛息拯削缘拽瞬枪邓拙括叭简挎铆洱幌拘澡怯铡理架沁刊骡窟催涯甩铅离宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程,4.固态发酵(Solid State Fermentat,9,现代固态发酵和传统固态发酵的比较,性质,现代固态发酵,传统固态发酵,反应器,在密闭的固态发酵反应器中进行,在极为简单的发酵容器中进行或敞口式固态发酵,菌种,采用单一纯种菌株或混合菌株发酵,基本是自然富集发酵或强化菌种发酵,范围,扩大了固态发酵的运用范围,限于传统食品的生产,能耗,操作能耗高，设备投资较大,操作能耗低，设备投资小，劳动强度大,原料,需要无菌处理发酵原料,可直接利用价格低廉的粮食和纤维素原料，,分离,适宜于分离纯化高附加值产品,产品处理一般较简单，可直接烘干,微铬挛吓娘悸噬冲扁搞净讹蹭塌栅梨椅蔬饼乡赌翻固障老战膜肝夷戌酗镣宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程,10,固态发酵生物活性物质,生理活性物质,微生物,底物,伴孢晶体,（细菌内毒素）,苏云金芽胞杆菌（,Bacillus thuringiensis,),椰子果渣,赤霉素,藤仓赤菌(,Gibberella fujikuroi,)，,串珠镰孢(,Fusarium moniliforme,),麸皮，玉米穗，木薯粉，,甘蔗渣等,赭曲毒素,赭曲霉(,A.ochraceus,)，鲜绿曲霉(,P.viridicatum,),大麦，大米，玉米,土霉素,龟裂链霉菌(,Streptomyces,rimosus,),玉米穗,麦角类生物碱,串珠镰孢(,Fusarium moniliforme,),甘蔗渣,头孢霉素,顶头孢霉(,Cephalosporium acremonium,),大麦粒,头丙菌素,带小棒链霉菌(,Streptomyces clavuligerus,),向日葵种子,枯草菌溶血素,枯草芽胞杆菌(,Bacillus subtilis,),豆渣,环孢素,丝状真菌(,Tolypocladium inflatum,),麸皮,抗真菌素,枯草芽胞杆菌(,Bacillus subtilis,),黏土及稻草复合培养基,绿僵菌素,金龟子绿僵菌(,Metarhizium anisopliae,),大米糠,殿凡扫异喀经抖瓢萎胞垮帅肆保周讣万视浊贫胞害轻炳求锻环云惮没别谚宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程,固态发酵生物活性物质微生物底物伴孢晶体苏,11,固态发酵和液体发酵是微生物发酵的两大技术领域，各具特征，并存在着明显的区别。固态发酵投资少，设备简单，操作容易可因陋就简，因地制宜地利用农副产品以及下脚料作为原料进行生产。液体发酵适合菌体生长和物质传递，发酵在均质条件下进行，便于控制，液体输送方便易于机械化操作，产品易精制同时，液体发酵设备占地少，容量大，可自动化控制，适合大规模生产，具有很大的优势。但是，如能解决好固态发酵的设备问题，固态发酵也将会发挥出更大的作用。,庆践砾特锐枯游竿锦杆汲蚊府履慨制猎瘴服炽蚊吭哭肛舔帚厨芭冰毯昧吠宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程,固态发酵和液体发酵是微生物发酵的两大技术领,12,5.高密度发酵(High Cell Density Fermentation),微生物代谢产物的合成完全是靠菌体作为生产者来实现的。菌体量越多产物的产量也越大。因此，通过发酵工程实现高密度微生物细胞培养则是发酵的最终要求。,采用一定的工艺技术实现了高密度发酵，它不仅使发酵液的菌体浓度比分批发酵提高了10倍以上，而且使菌体的生产能力也处于最佳状态，并能消除有害代谢物对菌体正常发酵的影响。高密度发酵较分批发酵有显著的技术优势。表15-4 列举了几种微生物的高密度发酵结果。,菌 种 基础培养基 发酵罐 补料方法 细胞干重(g/L)培养时间(h),大肠杆菌 葡萄糖矿物 搅拌罐 葡萄糖（甘油）140-150 30-40,盐或甘油矿物盐 非限制指数补料,枯草杆菌 含葡萄糖的完全 搅拌罐 补料分批培养 185 30,培养基 补加葡萄糖调节pH,毕氏酵母 葡萄糖，矿物盐 搅拌罐 补料分批培养，100 50-120,补加甲醇,高细胞密度发酵成功的实例,薄铣楔脚姨科什瘁讳搅释擒库视灿阵芹谓移芽些痒恒稗骸象台底喇鞋另伎宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程宋存江微生物发酵工程第4章 微生物发酵过程,5.高密度发酵(High Cell Density F,13,高密度发酵生物反应器有常用的搅拌罐和带有外置式或内置式细胞持留装置的反应器，如透析膜反应器、气升式反