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1、第五章 發(fā)酵工程發(fā)酵工程本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)酵基本原理與方法發(fā)酵基本原理與方法第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)酵產(chǎn)品下游處理技術(shù)發(fā)酵產(chǎn)品下游處理技術(shù)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié)第一節(jié) 概述概述概述概述 5.1.1 概念概念發(fā)酵（fermintation）：是利用微生物的生命活動(dòng)來生產(chǎn)微生物菌體或其代謝產(chǎn)物的過程。發(fā)酵工程是利用發(fā)酵原理，結(jié)合工業(yè)化設(shè)計(jì)進(jìn)行規(guī)?；a(chǎn)各種有用物質(zhì)的技術(shù)體系。它是生物技術(shù)的重要組成部分，是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的重要環(huán)節(jié)?；緦I(yè)知識(shí)要求：微生物學(xué)、生化、化工等。5.1.2 發(fā)酵類型發(fā)酵類型1)微生物菌體發(fā)酵：以獲得具有某種用

2、途的菌體為目的的發(fā)酵。2)微生物酶發(fā)酵3)代謝產(chǎn)物發(fā)酵：初級(jí)代謝物、次級(jí)代謝產(chǎn)物4)轉(zhuǎn)化發(fā)酵：利用細(xì)胞的一種或多種酶，把一種化合物轉(zhuǎn)變成結(jié)構(gòu)相關(guān)的更有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的產(chǎn)物?？蛇M(jìn)行的轉(zhuǎn)化反應(yīng)包括：脫氫反應(yīng)、氧化反應(yīng)、脫水反應(yīng)、縮合反應(yīng)、脫羧反應(yīng)、氨化反應(yīng)、脫氨反應(yīng)和異構(gòu)化反應(yīng)等。5.1.3發(fā)酵技術(shù)特點(diǎn)發(fā)酵技術(shù)特點(diǎn)發(fā)酵是自主性綜合生化反應(yīng)系統(tǒng)；反應(yīng)條件溫和，能耗少，設(shè)備較簡(jiǎn)單；細(xì)胞能在所加原料中自主選擇攝取所需成分；容易生產(chǎn)復(fù)雜的高分子化合物；發(fā)酵過程中需要防止雜菌污染，設(shè)備需要進(jìn)行嚴(yán)格的沖洗、滅菌；空氣需要過濾等。5.1.4 發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用醫(yī)醫(yī)藥藥工工業(yè)業(yè)：用于生產(chǎn)抗生素、維生素等常用藥

3、物和人胰島素、乙肝疫苗、干擾素、透明質(zhì)酸等新藥。食食品品工工業(yè)業(yè)：用于微生物蛋白、氨基酸、新糖原、飲料、酒類和一些食品添加劑（檸檬酸、乳酸、天然色素等）的生產(chǎn)。能能源源工工業(yè)業(yè)：通過微生物發(fā)酵，可將綠色植物的秸桿、木屑、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等廢棄物轉(zhuǎn)化為液體或氣體燃料（酒精或沼氣）。還可利用微生物采油、產(chǎn)氫、產(chǎn)石油以及制成微生物電池?；瘜W(xué)學(xué)工工業(yè)業(yè)：用于生產(chǎn)可降解的生物塑料、化工原料（乙醇、丙酮、丁醇、癸二酸等）和一些生物表面活性劑及生物凝集劑。冶金工業(yè)冶金工業(yè)：微生物可用于黃金開采和銅、鈾等金屬的浸提。農(nóng)農(nóng)、牧牧業(yè)業(yè)：生物固氮、生物殺蟲劑的應(yīng)用和微生物飼料的生產(chǎn)，為農(nóng)業(yè)和

4、畜牧業(yè)的增產(chǎn)發(fā)揮了巨大作用。環(huán)保：環(huán)保：第二節(jié)第二節(jié) 發(fā)酵基本原理與方法發(fā)酵基本原理與方法5.2.1發(fā)酵工程一般過程5.2.2發(fā)酵生產(chǎn)菌及其培養(yǎng)基v工業(yè)生產(chǎn)上常用的微生物主要是細(xì)菌、工業(yè)生產(chǎn)上常用的微生物主要是細(xì)菌、放線菌、酵母菌和霉菌。放線菌、酵母菌和霉菌。v培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分，是碳源、氮源、培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分，是碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽類、生長(zhǎng)因子等幾類。無(wú)機(jī)鹽類、生長(zhǎng)因子等幾類。1.1.孢子培養(yǎng)基孢子培養(yǎng)基2.2.種子培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基3.3.發(fā)酵培養(yǎng)基發(fā)酵培養(yǎng)基5.2.2發(fā)酵方法與工藝控制1)1)分批發(fā)酵：分批發(fā)酵：營(yíng)養(yǎng)物和菌種一次加入進(jìn)行培養(yǎng)，直到結(jié)束放出，中間除了空氣進(jìn)入和尾氣排出，與外部沒有

5、物料交換。2)連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵：是指以一定的速度向發(fā)酵罐內(nèi)添加新鮮培養(yǎng)基，同時(shí)以相同的速度流出培養(yǎng)液，從而使發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定，微生物在穩(wěn)定狀態(tài)下生長(zhǎng)。3)補(bǔ)料分批發(fā)酵補(bǔ)料分批發(fā)酵：補(bǔ)料分批發(fā)酵又稱半連續(xù)發(fā)酵，是介于分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵之間的一種發(fā)酵技術(shù)，是指在微生物分批發(fā)酵中，以某種方式向培養(yǎng)系統(tǒng)補(bǔ)加一定物料的培養(yǎng)技術(shù)。發(fā)酵工藝控制發(fā)酵工藝控制反反映映發(fā)發(fā)酵酵過過程程變變化化的的參參數(shù)數(shù)可可分分為為兩兩類類：i.特特定定的的傳傳感感器器檢檢測(cè)測(cè)直直接接獲獲取取的的參參數(shù)數(shù)；ii.由由計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)用用特特定定的的數(shù)數(shù)學(xué)學(xué)模模型型計(jì)計(jì)算算獲獲得得的的間間接接參參數(shù)數(shù)，包包括括細(xì)細(xì)胞胞生生長(zhǎng)長(zhǎng)速

6、速率率、產(chǎn)產(chǎn)物物合合成成速速率率和和呼呼吸熵等。吸熵等。發(fā)發(fā)酵酵工工藝藝控控制制即即是是對(duì)對(duì)這這兩兩類類參參數(shù)數(shù)進(jìn)進(jìn)行行檢檢測(cè)測(cè)與與調(diào)調(diào)控控使使微微生生物生長(zhǎng)正常，產(chǎn)品產(chǎn)量最大化。物生長(zhǎng)正常，產(chǎn)品產(chǎn)量最大化。5.2.2 發(fā)酵設(shè)備主體是發(fā)酵罐，并應(yīng)具有配套而又可靠的檢測(cè)及控制儀表。發(fā)酵裝置有好氧與厭氧之分，好氧發(fā)酵設(shè)備又可分為機(jī)械攪拌式發(fā)罐和通風(fēng)攪拌式發(fā)酵罐。第三節(jié)第三節(jié) 發(fā)酵產(chǎn)品下游處理技術(shù)發(fā)酵產(chǎn)品下游處理技術(shù)發(fā)酵液發(fā)酵液制劑制劑高度純化高度純化初步分離初步分離濃縮濃縮復(fù)性復(fù)性變性變性包涵體包涵體細(xì)胞破碎細(xì)胞破碎胞內(nèi)產(chǎn)物胞內(nèi)產(chǎn)物固液分離固液分離胞外產(chǎn)物胞外產(chǎn)物細(xì)胞分離細(xì)胞分離產(chǎn)品產(chǎn)品細(xì)胞碎片分離細(xì)胞碎片分離分離純化技術(shù)非蛋白質(zhì)類雜質(zhì)的去除：非蛋白質(zhì)類雜質(zhì)的去除：DNA、熱原物質(zhì)、病毒方法方法目的目的離心過濾離心過濾陰離子交換層析陰離子交換層析4040nmnm微孔過濾微孔過濾陽(yáng)離子交換層析陽(yáng)離子交換層析超濾超濾疏水層析疏水層析凝膠過濾凝膠過濾0.220.22umum微孔過濾微孔過濾去除細(xì)胞、細(xì)胞碎片、顆粒性雜質(zhì)（如病毒）去除細(xì)胞、細(xì)胞碎片、顆粒性雜質(zhì)（如病毒）除去雜質(zhì)蛋白、脂質(zhì)、除去雜質(zhì)蛋白、脂質(zhì)、DNADNA和病毒和病毒除去病毒除去病毒除去牛血清蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白等除去牛血清蛋白、轉(zhuǎn)鐵蛋白等除去沉淀物和病毒除去沉淀物和病毒除去殘余雜蛋白除去殘余雜蛋白與多聚體分離與多聚體分離除菌除菌

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