基因生物發(fā)酵工程總結(jié)

擴(kuò)展閱讀：發(fā)酵工程要點(diǎn)總結(jié)

第一章緒論

發(fā)酵：通過微生物、動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞的培養(yǎng)，大量生成和積累特定的代謝產(chǎn)物或菌體的過程。

發(fā)酵工程：是發(fā)酵原理和工程學(xué)的結(jié)合，是研究由生物細(xì)胞（包括微生物、動(dòng)植物細(xì)胞）參與的工藝過程的原理的科學(xué)，是研究利用生物材料生產(chǎn)有用物質(zhì)，服務(wù)于人類的一門綜合性科學(xué)技術(shù)。這里所指的生物材料包括來自自然界微生物、基因重組微生物等以及各種來源的動(dòng)物細(xì)胞和植物細(xì)胞。

發(fā)酵工程組成從廣義上講，由三部分組成：上游工程、發(fā)酵工程、下游工程

第二章發(fā)酵設(shè)備固體發(fā)酵

液體發(fā)酵（厭氧發(fā)酵，好氧發(fā)酵）厭氧發(fā)酵：酒精發(fā)酵罐

好氧發(fā)酵：通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐

通風(fēng)攪拌發(fā)酵罐設(shè)備主要部件包括：1罐身2電機(jī)3攪拌器4軸封5消泡器6聯(lián)軸器7中間軸承

8空氣吹泡管（或空氣噴射器）9擋板

10冷卻裝置

1.罐體：罐體由圓柱體或碟形封頭焊接而成，材料為碳鋼或不銹鋼，大型發(fā)酵罐可用襯不銹鋼或復(fù)合不銹鋼制成，為了滿足工藝要求，罐需要承受一定壓力，罐壁厚度決定于罐徑及罐壓的大小。罐體上的管路越少越好

2.攪拌作用：打碎空氣氣泡，增加氣液接觸界面以提高氣液間的傳質(zhì)效率使發(fā)酵液充分混和。3擋板的作用：防止液面中央產(chǎn)生漩渦，促使液體激烈翻動(dòng)，提高溶解氧。豎立的蛇管、列管、排管也可以起擋板作用；4消泡器：利用機(jī)械的方法打碎氣泡

5儀表：測量相關(guān)參數(shù)

為什么壓力表不用直管：會(huì)有培養(yǎng)基沖入，污染壓力表；起不到緩沖作用；滅菌冷卻后有冷凝水（含菌）掉入罐內(nèi)，污染菌種，彎管液封，上面的雜菌不會(huì)掉入下面管道中。6罐體各部分的尺寸有一定比例，高/徑比約為2.5～4。發(fā)酵罐的滅菌

（在夾套中）關(guān)好空氣閥，蒸氣上進(jìn)下出，沖蒸氣，壓力大于2kg/cm2（120℃），最好是4～5kg/cm2（160℃）。當(dāng)罐內(nèi)溫度>80℃，進(jìn)蒸氣口（蒸氣閥）關(guān)掉，出蒸氣口（排氣閥）關(guān)小。打開空氣閥，蒸氣直接進(jìn)罐，121℃，20～30min。從80℃～100℃上升很快，大于100℃后溫度上升很慢，到118℃時(shí)就開始計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)25min時(shí)立即關(guān)掉蒸氣閥。關(guān)掉蒸氣閥后通入無菌空氣，使罐內(nèi)一直保持正壓（高于大氣壓，空氣不會(huì)倒灌入罐內(nèi)）。（在夾套中）立即加自來水冷卻，從下向上，使溫度盡快降到55℃左右，到37～38℃時(shí)關(guān)掉水，也有緩沖性。升溫降溫時(shí)注意緩沖性滅菌時(shí)蒸氣從夾套中進(jìn)去，如從罐中進(jìn)去，蒸氣冷凝，產(chǎn)生冷凝水、無法接種、容易污染冬天溫度低、散熱快，低于30℃需加溫。加溫時(shí)蒸氣由下進(jìn)入、從上

酒精發(fā)酵罐而出。如從25℃→30℃，加熱到28℃時(shí)即可關(guān)蒸氣閥微生物代謝發(fā)酵時(shí)產(chǎn)生大量熱，使溫度大于30℃，需考慮適當(dāng)降溫。冷卻時(shí)冷卻水由下進(jìn)入、從上而出，注意緩沖性，不要降至30℃才關(guān)小型罐50L～7T用夾套系統(tǒng)冷卻；大型罐7噸以上，用冷卻管（盤腸、列管系統(tǒng)）

發(fā)酵罐的管路和死角的消除1盡量減少管路

2發(fā)酵罐的出口越少越好

3出料口和進(jìn)氣管可以合并

4接種管、消泡管、補(bǔ)料管可以合并5排氣管不能合并，易引起交叉污消滅死角

1絲口連接處改用法蘭連接

2焊接部位：堆焊、電焊、氧焊、魚鱗焊，選用魚鱗焊3管道轉(zhuǎn)彎有弧度

4放料管、取料管的閥腔處裝小閥消滅滲漏

罐體穿孔不銹鋼

冷卻管產(chǎn)生裂縫定期更換墊圈（法蘭連接）松脫擰緊軸封滲漏軸絕對垂直焊縫滲漏

閥桿

發(fā)酵罐的管道布置

保證蒸氣在管道中暢通，有排氣口（小閥），接種管、中間補(bǔ)料管、放料管都要有排氣口（小閥）避免冷凝水排入已滅菌的罐體或空氣，加止逆閥（單向閥）滅菌后的管道用無菌空氣保壓單向閥位置正確蒸氣總管道要有分氣缸、排氣閥、減壓閥、安全閥相鄰罐不聯(lián)通接種

接種的三種方法火圈直接倒種注射器接種壓力差接種取樣

取樣閥①關(guān)緊，打開蒸氣閥②，再打開閥門③，讓蒸氣沖（消毒殺菌5～10min）；關(guān)上蒸氣閥②，打開取樣閥①，培養(yǎng)液因壓力作用流出；取樣后關(guān)閉取樣閥①，打開蒸氣閥②，通蒸氣再次消毒，關(guān)閉閥門②和③。進(jìn)料和出料

發(fā)酵罐上的人孔用于加料和維修。出料管可以和進(jìn)氣管合并。

第三章工業(yè)發(fā)酵菌種選育

重要工業(yè)微生物的分離及菌種要求

有的微生物從自然界中分離出來就能被利用，有的需要對分離到的野生菌

株進(jìn)行人工誘變，得到突變株才能被利用。

當(dāng)前發(fā)酵工業(yè)所用的菌種總趨勢是從野生菌轉(zhuǎn)向變異菌，自然選育轉(zhuǎn)向代謝育種，從誘發(fā)基工業(yè)生產(chǎn)常用的微生物：細(xì)菌枯草芽胞桿菌、醋酸桿菌、棒狀桿菌、短桿菌等，

用于生產(chǎn)淀粉酶、乳酸、醋酸、氨基酸和肌苷酸等

酵母菌單細(xì)胞真核生物，常用啤酒酵母、假絲酵母、類酵母等，

用于釀酒、制造面包、生產(chǎn)脂肪酶以及可食用、藥用和飼料用酵母菌體蛋白等

霉菌根霉、毛霉、犁頭霉、紅曲霉、曲霉、青霉等，用于生產(chǎn)多種酶制劑、抗生素、有機(jī)酸及甾體激素等

放線菌鏈霉菌屬、小單孢菌屬和諾卡氏菌屬等，能產(chǎn)生多種抗生素，如鏈霉素、紅霉素、金霉素、慶大霉素等

擔(dān)子菌通常所說菇類微生物，用于多糖、橡膠物質(zhì)和抗癌藥物的開發(fā)藻類用作人類保健食品和飼料，如螺旋藻、柵列藻；可通過藻類將CO2轉(zhuǎn)變?yōu)槭�油，或獲取氫菌種的來源

1根據(jù)資料直接向有關(guān)科研單位、高等院校、工廠或菌種保藏部門索取或購買；2從大自然中分離篩選新的微生物菌種。

工業(yè)微生物分離的程序

定方案：首先要查閱資料，了解所需菌種的生長培養(yǎng)特性。

采樣：有針對性地采集樣品。

增殖：人為地通過控制養(yǎng)分或培養(yǎng)條件，使所需菌種增殖培養(yǎng)后，在數(shù)量上占優(yōu)勢。分離：利用分離技術(shù)得到純種。

發(fā)酵性能測定：進(jìn)行生產(chǎn)性能測定。這些特性包括形態(tài)、培養(yǎng)特征、營養(yǎng)要求、生理生化特性、發(fā)酵周期、產(chǎn)品品種和產(chǎn)量、耐受最高溫度、生長和發(fā)酵最適溫度、最適pH值、提取工藝等。

工業(yè)微生物菌種的選育

1自然選育在生產(chǎn)過程中，不經(jīng)過人工誘變處理，根據(jù)菌種的自發(fā)突變而進(jìn)行菌種篩選的過程，叫做自然選育或自然分離。

2誘變育種使用誘變劑進(jìn)行人工誘變能提高突變頻率和擴(kuò)大變異譜，具有速度快、方法簡便等優(yōu)點(diǎn)，是當(dāng)前菌種選育的一種主要方法，使用普遍。

誘發(fā)突變隨機(jī)性大，必須與大規(guī)模的篩選工作相配合才能受到良好的效果。誘變育種方案包括：1突變的誘發(fā)

2突變株的篩選

3突變高產(chǎn)基因的表現(xiàn)

誘變劑的種類和選擇

物理誘變劑。各種射線，如紫外線（焦耳）、X射線（庫侖/千克）、β射線、γ射線、α射線和超聲波等

化學(xué)誘變劑。甲基磺酸乙酯（EMS）、亞硝基胍、亞硝酸、氮芥等。

誘變處理劑量的選擇是一個(gè)比較復(fù)雜的問題，一般正突變較多出現(xiàn)在偏低劑量中，而負(fù)突變則較多出現(xiàn)于偏高劑量中。

對于經(jīng)過多次誘變而提高了產(chǎn)量的菌株，在較高劑量負(fù)突變率更高。目前處理劑量已從以前采用的死亡率90～99％減低為70～80％。誘變劑的選擇主要根據(jù)已經(jīng)成功的經(jīng)驗(yàn)，與誘變劑本身特點(diǎn)、菌種的種類和出發(fā)菌株的遺傳背景等有關(guān)。與營養(yǎng)缺陷突變有關(guān)的三類遺傳型個(gè)體：營養(yǎng)缺陷型：經(jīng)誘變產(chǎn)生的一些合成能力出現(xiàn)缺陷，而必須在培養(yǎng)基內(nèi)加入相應(yīng)有機(jī)養(yǎng)分才能正常生長的變異菌株。

野生型：自然界分離到的任何微生物，在其發(fā)生營養(yǎng)缺陷突變前的原始菌株，為該微生物的野生型。原養(yǎng)型：指營養(yǎng)缺陷型突變菌株回復(fù)突變或重組后產(chǎn)生的菌株，與野生型的表型相同。

營養(yǎng)缺陷型的鑒定

①生長譜法

方法簡便，回變和污染不影響結(jié)果測定物質(zhì)可為粉末或紙片測定一般應(yīng)分兩階段：

第一階段：測定是哪類物質(zhì)的缺陷型；

第二節(jié)段：根據(jù)第一階段確定的范圍，進(jìn)一步確定是哪種具體化合物的缺陷型；

與篩選營養(yǎng)缺陷型突變株有關(guān)的三類培養(yǎng)基

基本培養(yǎng)基（MM）[-]：凡是能滿足野生型菌株?duì)I養(yǎng)要求的最低成分的合成培養(yǎng)基。完全培養(yǎng)基（CM）[+]：滿足一切營養(yǎng)缺陷型菌株生長的天然或半合成培養(yǎng)基。補(bǔ)充培養(yǎng)基（SM）[x]：在MM中有針對性地加入一或幾種營養(yǎng)成分以滿足相應(yīng)營養(yǎng)缺陷型菌株生長的合成培養(yǎng)基。

第三節(jié)工業(yè)微生物菌種的衰退、復(fù)壯與保藏一、微生物菌種的衰退

菌種的退化是由個(gè)別、少數(shù)菌體細(xì)胞衰退后逐漸導(dǎo)致整個(gè)菌株退化的一個(gè)從量變到質(zhì)變的遺傳變異過程。菌種的退化會(huì)使微生物個(gè)體和群體特征發(fā)生變化，其中最重要的使所需產(chǎn)物的生產(chǎn)產(chǎn)量下降、營養(yǎng)物質(zhì)代謝和生長繁殖能力下降、發(fā)酵周期延長、抗不良環(huán)境條件的性能減弱。

（一）菌種衰退的原因

1、菌種連續(xù)傳代導(dǎo)致自發(fā)突變或回復(fù)突變是菌種發(fā)生退化的直接原因2、菌種保藏方法不當(dāng)。

3、菌種生長的條件要求沒有得到滿足，或是遇到不利的條件，或是失去某些需要的條件。（二）、防止菌種衰退的措施1控制傳代次數(shù)

2創(chuàng)造良好的培養(yǎng)條件3利用不易衰退的細(xì)胞傳代4采用有效的菌種保藏方法二、菌種的復(fù)壯1純種分離

2通過寄主體進(jìn)行復(fù)壯

3淘汰已衰退的個(gè)體三、菌種的保藏（一）、菌種保藏的原理；菌種保藏主要是根據(jù)菌種的生理、生化特性，人工創(chuàng)造條件使菌體的代謝活動(dòng)處于休眠狀態(tài)。（三）、菌種保藏的注意事項(xiàng)

1菌種在保藏前所處的狀態(tài)2菌種保藏所用的基質(zhì)

3操作過程對細(xì)胞結(jié)構(gòu)的損害

微生物生長的測定：1個(gè)體計(jì)數(shù)

2群體重量測定

3群體生理指標(biāo)測定

在生產(chǎn)實(shí)踐中縮短延滯期的常用手段：

(1)通過遺傳學(xué)方法改變種的遺傳特性使遲緩期縮短；(2)利用對數(shù)生長期的細(xì)胞作為種子(3)盡量使接種前后所使用的培養(yǎng)基組成不要相差太大；(4)適當(dāng)擴(kuò)大接種量

對數(shù)生長期

以最大的速率生長和分裂，細(xì)菌數(shù)量呈對數(shù)增加，細(xì)菌內(nèi)各成分按比例有規(guī)律地增加，表現(xiàn)為平衡生長。對數(shù)生長期的細(xì)菌個(gè)體形態(tài)、化學(xué)組成和生理特性等均較一致，代謝旺盛、生長迅速、代時(shí)穩(wěn)定，所以是研究微生物基本代謝的良好材料。它也常在生產(chǎn)上用作種子，使微生物發(fā)酵的延滯期縮短，提高經(jīng)濟(jì)效益。

第四章發(fā)酵機(jī)制及發(fā)酵動(dòng)力學(xué)

一初級代謝及產(chǎn)物

初級代謝產(chǎn)物是指微生物通過代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的、自身生長和繁殖所必需的物質(zhì)二次級代謝及產(chǎn)物

次級代謝產(chǎn)物是指微生物生長到一定階段才產(chǎn)生的化學(xué)結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜、對該生物無明顯生理功能，或并非是微生物生長和繁殖所必需的物質(zhì)，

乳糖操縱子模型

抑制作用：調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄、合成阻遏蛋白，阻遏蛋白因其構(gòu)象能夠識別并結(jié)合到操縱基因上，因此RNA聚合酶就不能與啟動(dòng)基因結(jié)合，結(jié)構(gòu)基因的表達(dá)被抑制，結(jié)果不能轉(zhuǎn)錄和翻譯形成酶蛋白。

誘導(dǎo)作用：在乳糖存在情況下，乳糖代謝產(chǎn)生別乳糖（alloLactose），別乳糖能和調(diào)節(jié)基因產(chǎn)生的阻遏蛋白結(jié)合，使阻遏蛋白改變構(gòu)象，不能與操縱基因結(jié)合，失去阻遏作用，結(jié)果RNA聚合酶與啟動(dòng)基因結(jié)合，并使結(jié)構(gòu)基因活化，轉(zhuǎn)錄出mRNA，翻譯出酶蛋白。

負(fù)反饋：細(xì)胞質(zhì)中有了β半乳糖苷酶后，便催化分解乳糖為半乳糖和葡萄糖。乳糖被分解后，又造成了阻遏蛋白與操縱基因結(jié)合，使結(jié)構(gòu)基因關(guān)閉。2、酶活性的調(diào)節(jié)（細(xì)調(diào)）

一定數(shù)量的酶，通過其分子構(gòu)象或分子結(jié)構(gòu)的改變來調(diào)節(jié)其催化反應(yīng)的速率。酶活調(diào)節(jié)的影響因素包括：底物和產(chǎn)物的性質(zhì)和濃度、壓力、pH、離子強(qiáng)度、輔助因子以及其他酶的存在等等。特點(diǎn)是反應(yīng)快速。①酶活性的激活

前體激活：代謝途徑中后面的酶促反應(yīng)，可被該途徑中較前面的一個(gè)中間產(chǎn)物所促進(jìn)。代謝中間產(chǎn)物的反饋激活：代謝中間產(chǎn)物對該代謝途徑的前面的酶起激活作用。②酶活性的抑制：大多是反饋抑制自己看ppt（212-217）

第五章發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基及原料處理

一、培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分及用途

（一）能源功能：生長、繁殖需要

（二）碳源功能：提供能量、構(gòu)成菌體、代謝產(chǎn)物的物質(zhì)基礎(chǔ)；

（三）氮源功能：構(gòu)成菌體、含氮代謝物

（四）無機(jī)鹽功能：構(gòu)成菌體，參與酶的組成，維持酶活性，調(diào)節(jié)滲透壓，調(diào)節(jié)pH值，維持氧化還原電位；

（五）特殊生長因子：功能：酶的輔助部分，維持生命活動(dòng)（六）發(fā)酵的促進(jìn)劑與抑制劑1前體：指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中，能直接被微生物在生物合成過程中結(jié)合到產(chǎn)物分子中去，而其自身的結(jié)構(gòu)沒有多大的變化，但產(chǎn)物的產(chǎn)量卻因加入前體而有較大的提高。2促進(jìn)劑：指那些既不是營養(yǎng)物又不是前體，但卻能提高產(chǎn)量的添加劑。

3抑制劑：在發(fā)酵過程中加入抑制劑會(huì)抑制某些代謝途徑的進(jìn)行，同時(shí)會(huì)使另外一些代謝途徑活躍，從而獲得人們所需要的某種產(chǎn)物或使正常代謝的某一代謝中間物積累起來。（七）水分功能：生化反應(yīng)均在水溶液中進(jìn)行（一）、配置培養(yǎng)基的原則

1、根據(jù)不同微生物的營養(yǎng)需要配置不同的培養(yǎng)基2、注意各營養(yǎng)物質(zhì)的濃度和配比3、調(diào)節(jié)適宜的物理化學(xué)條件4、根據(jù)培養(yǎng)微生物的目的配置5、盡量使用廉價(jià)易得的原料（二）、配置培養(yǎng)基的方法1、生態(tài)模擬2、查閱文獻(xiàn)

3、借助優(yōu)選法或正交試驗(yàn)法精心設(shè)計(jì)培養(yǎng)基配方4、實(shí)驗(yàn)比較

實(shí)驗(yàn)的規(guī)模一般由定性到定量，由小到大。

發(fā)酵培養(yǎng)基的用途與要求、成分、配比經(jīng)實(shí)驗(yàn)確定，配制時(shí)兼顧原料來源、成本及工藝管理；第六章發(fā)酵工程的滅菌與空氣除菌

一常見的滅菌方法（一）化學(xué)物質(zhì)滅菌

原理：藥物與微生物細(xì)胞中的成分反應(yīng)，使蛋白質(zhì)變性酶失活。

使用范圍：器皿、雙手和實(shí)驗(yàn)室、無菌室的環(huán)境滅菌，不能用于培養(yǎng)基滅菌（二）輻射滅菌

原理：利用高能量的電磁輻射與菌體核酸的光化學(xué)反應(yīng)造成菌體死亡。常用：紫外線、X射線和γ射線。

使用范圍：用于室內(nèi)空氣及器皿表面滅菌（三）干熱滅菌

原理：利用高溫對微生物有氧化、蛋白質(zhì)變性和電解質(zhì)濃縮作用而殺滅微生物。常用方法：灼燒和電熱箱加熱，140-180℃1-2小時(shí)使用范圍：玻璃及金屬用具及沙土管滅菌（四）濕熱滅菌

原理：蒸汽冷凝放出大量潛熱，具有穿透力，且在高溫有水分條件下，蛋白質(zhì)易變性。常用方法：水煮常壓滅菌：100℃飽和蒸汽滅菌：一般121℃，30min使用范圍：培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備滅菌。（五）過濾除菌

原理：利用微生物不能透過濾膜除菌。方法:0.01~0.45m孔徑濾膜，

使用范圍：用于壓縮空氣、酶溶液及其他不耐熱化合物溶液除菌。（六）．火焰滅菌法

原理：利用火焰直接殺死微生物。

使用范圍：接種針、玻璃棒、三角瓶口

（三）培養(yǎng)基滅菌溫度的選擇

選擇即能達(dá)到滅菌要求，又保證營養(yǎng)成分不被破壞的溫度第二節(jié)培養(yǎng)基滅菌工藝一、分批滅菌（一）定義：

將配制好的培養(yǎng)基輸入發(fā)酵罐中，用蒸汽加熱，使培養(yǎng)基和設(shè)備同時(shí)滅菌的一種滅菌方式。

操作過程：

空罐準(zhǔn)備：清洗、檢修和檢測。

升溫：把培養(yǎng)基加熱到滅菌所需的溫度。

保溫維持：在滅菌溫度下保持滅菌所需時(shí)間。冷卻保壓：把培養(yǎng)基的溫度降低到接種的溫度。

發(fā)酵罐分批滅菌

三路進(jìn)汽：蒸汽從通風(fēng)、取樣和出料口進(jìn)入罐內(nèi)直接加熱，直到所規(guī)定的溫度，并維持一定的時(shí)間。這就是所謂的“三路進(jìn)氣”。

四路出汽：蒸汽從排氣、接種、進(jìn)料和消沫劑管排氣

連續(xù)滅菌

定義：將培養(yǎng)基通過專門設(shè)計(jì)的滅菌器，進(jìn)行連續(xù)流動(dòng)滅菌后，進(jìn)入預(yù)先滅過菌的發(fā)酵罐中的滅菌方式。2．流程

1)由熱交換器組成的滅菌系統(tǒng)

2)蒸汽直接噴射型的連續(xù)滅菌系統(tǒng)

3)由連消塔、維持罐和噴淋冷卻組成的滅菌系統(tǒng)三、連續(xù)滅菌與分批滅菌的比較與選

分批滅菌優(yōu)點(diǎn)：1不需附加設(shè)備2蒸汽利用率高3節(jié)約勞動(dòng)力。缺點(diǎn)1培養(yǎng)基質(zhì)量比較差2罐的利用率低3冷卻水用量大連續(xù)滅菌

優(yōu)點(diǎn)：1采用高溫快速滅菌法2可以按培養(yǎng)基性質(zhì)分開滅菌3有利于自動(dòng)控制4節(jié)省冷卻水。缺點(diǎn)1投資費(fèi)用高2對物料要求高3蒸汽用量大第三節(jié)空氣除菌

一空氣凈化的方法

各種不同的培養(yǎng)過程，鑒于其所用菌種的生長能力強(qiáng)弱、生長速率的快慢、培養(yǎng)周期的長短以及培養(yǎng)基中pH值差異，對空氣滅菌的要求也不相同。所以，對空氣滅菌的要求應(yīng)根據(jù)具體情況而定。

一般可按10－3的染菌概率，即在1000次培養(yǎng)過程中，只允許一次是由于空氣滅菌不徹底而造成染菌，致使培養(yǎng)過程失敗。

空氣凈化的方法大致有以下幾種：1熱滅菌法2靜電除菌3介質(zhì)過濾除菌法1.熱滅菌法；基于加熱后微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)（酶）熱變性而得以實(shí)現(xiàn)。

2.靜電除菌；近年來一些工廠已使用靜電除塵除去空氣中的水霧、油霧、塵埃，同時(shí)也除去了空氣中的微生物。靜電除菌時(shí)是利用靜電引力來吸附帶電粒子而達(dá)到除塵滅菌的目的。懸浮于空氣中的微生物，其孢子大多數(shù)帶有不同的電荷，沒有帶電荷的微粒進(jìn)入高壓靜電場時(shí)都會(huì)被電離成帶電顆粒。對于一些直徑很小的微粒，它所帶的電荷很小，當(dāng)產(chǎn)生的引力等于或小于微粒布朗擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的動(dòng)量時(shí)，則微粒就不能被吸附而沉降，所以靜電除塵滅菌對很小的微粒效率較低。3介質(zhì)過濾除菌法

過濾除菌法是讓含菌空氣通過過濾介質(zhì)，以阻截空氣中所含微生物，而取得無菌空氣的方法。

通過過濾除菌處理的空氣可達(dá)到無菌，并有足夠的壓力和適宜的溫度以供好氧培養(yǎng)過程之用。該法廣泛應(yīng)用，是獲得大量無菌空氣的常規(guī)方法，在生產(chǎn)中使用最多。

絕對過濾；利用微孔濾膜，其孔隙小于0.5甚至0.1μm，將空氣中的細(xì)菌濾除，從而獲得無菌空氣。

深層介質(zhì)過濾；由多種介質(zhì)組成過濾層，濾層較深，空隙較大，靠靜電、擴(kuò)散、慣性和阻

填充物按下列順序安裝：孔板鐵絲網(wǎng)麻布棉花麻布活性炭麻布棉花麻布鐵絲網(wǎng)孔板

截作用等將細(xì)菌截留在濾層中，從而獲得無菌空氣。金屬絲網(wǎng)和麻布的作用是使空氣均勻進(jìn)入棉花濾層。在充填介質(zhì)區(qū)

間的過濾器圓筒外部有裝夾套，作用為在消毒時(shí)對過濾介質(zhì)加熱，要十分小心控制，溫度過高容易使棉花焦化而局部喪失過濾效率，甚至有燒焦著火的危險(xiǎn)。空氣一般從下部圓筒切線方向通入，從上部圓筒排出，出口不宜安裝在頂蓋，以免檢修時(shí)拆裝管道困難。

（二）、幾種典型的空氣凈化流程1.兩級冷卻、加熱除菌流程

這是一個(gè)比較完善的空氣除菌流程，可適應(yīng)各種氣候條件，能充分分離油水，使空氣達(dá)到較低的相對適度下進(jìn)入過濾器，以提高過濾效率。

經(jīng)第一冷卻器冷卻后，大部分的水、油都已結(jié)成較大的霧粒(>20μm)，且霧粒濃度較大，故適宜用旋風(fēng)分離器分離。

第二冷卻器使空氣進(jìn)一步冷卻后析出較小霧粒(>1μm)，宜采用絲網(wǎng)分離器分離，這樣發(fā)揮絲網(wǎng)能夠分離較小直徑的霧粒和分離效率高的作用。

通常，第一級冷卻到30～35℃，第二級冷卻到20～25℃。

除水后，空氣的相對濕度仍是100％，須用絲網(wǎng)分離器后的加熱器將空氣中的相對濕度降低至50～60％，以保證過濾器的正常運(yùn)行。

尤其適用于潮濕地區(qū)，其他地區(qū)可根據(jù)當(dāng)?shù)氐那闆r，對流程中的設(shè)備作適當(dāng)?shù)脑鰷p。2.冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程（圖略）

第七章發(fā)酵條件及過程控制

發(fā)酵過程的主要控制參數(shù)pH值（酸堿度）溫度（℃）溶解氧濃度基質(zhì)含量空氣流量壓力

攪拌轉(zhuǎn)速攪拌功率粘度濁度料液流量產(chǎn)物濃度氧化還原電位廢氣中的氧含量廢氣中的CO2含量菌絲形態(tài)菌體濃度二、影響發(fā)酵溫度變化的因素

產(chǎn)熱因素：生物熱（Q生物）、攪拌熱（Q攪拌）散熱因素：蒸發(fā)熱（Q蒸發(fā)）、輻射熱（Q輻射）、顯熱（Q顯）發(fā)酵熱（Q發(fā)酵）是發(fā)酵溫度變化的主要因素。Q發(fā)酵＝Q生物＋Q攪拌－Q蒸發(fā)－Q輻射－Q顯

最適溫度的選擇；在生長階段，應(yīng)選擇最適生長溫度；在產(chǎn)物分泌階段，應(yīng)選擇最適生產(chǎn)溫度。發(fā)酵溫度可根據(jù)不同菌種、不同產(chǎn)品進(jìn)行選擇。

溫度的控制工業(yè)生產(chǎn)上，所用的大發(fā)酵罐在發(fā)酵過程中一般不需要加熱，因發(fā)酵中釋放了大量的發(fā)酵熱，需要冷卻的情況較多。

利用自動(dòng)控制或手動(dòng)調(diào)整的閥門，將冷卻水通入發(fā)酵罐的夾層或蛇行管中，通過熱交換來降溫，保持恒溫發(fā)酵。

如果氣溫較高（特別是我國南方的夏季氣溫），冷卻水的溫度又高，致使冷卻效果很差，達(dá)不到預(yù)定的溫度，就可采用冷凍鹽水進(jìn)行循環(huán)式降溫，以迅速降到最適溫度。因此大工廠需要建立冷凍站，提高冷卻能力，以保證在正常溫度下進(jìn)行發(fā)酵。第三節(jié)pH值對發(fā)酵的影響及其控制

一、pH值對發(fā)酵的影響

影響酶的活性，當(dāng)pH值抑制菌體中某些酶的活性時(shí)，會(huì)阻礙菌體的新陳代謝；影響微生物細(xì)胞膜所帶電荷的狀態(tài)，改變細(xì)胞膜的通透性，影響微生物對營養(yǎng)物的吸收和代謝產(chǎn)物的排泄；影響培養(yǎng)基中某些組分的解離，進(jìn)而微生物對這些成分的吸收；pH值不同，往往引起菌體代謝過程的不同，使代謝產(chǎn)物的質(zhì)量和比例發(fā)生改變。二、發(fā)酵過程pH值的變化

1、生長階段：菌體產(chǎn)生蛋白酶水解培養(yǎng)基中的蛋白質(zhì)，生成銨離子，使pH上升至堿性；隨著菌體量增多，銨離子的消耗也增多，另外糖利用過程中有機(jī)酸的積累使pH值下降。2、生產(chǎn)階段：這個(gè)階段pH值趨于穩(wěn)定。

3、自溶階段：隨著養(yǎng)分的耗盡，菌體蛋白酶的活躍，培養(yǎng)液中氨基氮增加，致使pH又上升，此時(shí)菌體趨于自溶而代謝活動(dòng)終止。

三、引起發(fā)酵液pH值異常波動(dòng)的因素1、pH下降：

①培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)。碳源過多，特別是葡萄糖過量，或者中間補(bǔ)糖過多加上溶氧不足，致使有機(jī)酸大量積累而pH下降；②消泡劑加得過多；

③生理酸性物質(zhì)的存在，銨被利用，pH下降。2、pH上升：

①培養(yǎng)基中碳、氮比例不當(dāng)。氮源過多，氨基氮釋放，使pH上升；②生理堿性物質(zhì)存在；

③中間補(bǔ)料氨水活尿素等堿性物質(zhì)加入過多。

（二）.pH值的控制

首先考慮和試驗(yàn)發(fā)酵培養(yǎng)基的基礎(chǔ)配方，使它們有個(gè)適當(dāng)?shù)呐浔�，使發(fā)酵過程中的pH值變化在合適的范圍內(nèi)。

在發(fā)酵過程中直接補(bǔ)加酸或堿和補(bǔ)料的方式來控制；補(bǔ)充生理酸性物質(zhì)（如(NH4)2SO4）和生理堿性物質(zhì)（如NaNO3）來控制。

4、出現(xiàn)溶氧明顯降低或升高的原因：

溶氧異常降低：污染好氣性雜菌菌體代謝發(fā)生異常，需氧要求增加，使溶氧下降中間補(bǔ)料時(shí)機(jī)掌握不當(dāng)或間隔過密；某些設(shè)備或工藝控制發(fā)生故障或變化，如攪拌速度變慢，或消泡劑自動(dòng)加油器失靈或人為加得太多，都會(huì)引起溶氧下降。

溶氧異常升高：菌體代謝異常，耗氧能力下降；污染厭氣性雜菌或烈性噬菌體。解氧對發(fā)酵的影響及其控制

泡沫對發(fā)酵的影響及其控制

在大多數(shù)微生物發(fā)酵過程中，通氣、攪拌以及代謝氣體的逸出，再加上培養(yǎng)基中糖、蛋白質(zhì)、代謝物等表面活性劑的存在，培養(yǎng)液中就形成了泡沫。泡沫的多少與攪拌、通風(fēng)、培養(yǎng)基性質(zhì)有關(guān)。蛋白質(zhì)原料如蛋白胨、玉米漿、黃豆粉、酵母粉等是主要的發(fā)泡劑。糊精含量多也引起泡沫的形成。當(dāng)發(fā)酵感染雜菌和噬菌體時(shí)，泡沫異常多。（一）少量泡沫

一定數(shù)量的泡沫是正�，F(xiàn)象，可以增加氣液接觸面積，導(dǎo)致氧傳遞速率增加；（二）大量的泡沫

發(fā)酵罐的裝料系數(shù)減少、氧傳遞系數(shù)減��；增加了菌群的非均一性；

造成大量逃液，增加染菌機(jī)會(huì)；

嚴(yán)重時(shí)通氣攪拌無法進(jìn)行，菌體呼吸受到阻礙，導(dǎo)致代謝異�；蚓�體自溶；

消泡劑的添加將給提取工序帶來困難。二、泡沫的消除

調(diào)整培養(yǎng)基中的成分（如少加或緩加易起泡的原料）或改變某些物理化學(xué)參數(shù)（如pH值、溫度、通氣和攪拌）或者改變發(fā)酵工藝（如采用分次投料）來控制，以減少泡沫形成的機(jī)會(huì)。采用菌種選育的方法，篩選不產(chǎn)生流態(tài)泡沫的菌種，來消除起泡的內(nèi)在因素。采用機(jī)械消泡或消泡劑來消除已形成的泡沫。

1.機(jī)械消泡

物理消泡方法，利用機(jī)械強(qiáng)烈振動(dòng)或壓力變化而使泡沫破裂。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省原料，減少染菌機(jī)會(huì)。

缺點(diǎn)：消泡效果不理想，僅可作為消泡的輔助方法。A.消泡劑的作用：

1降低泡沫液膜的機(jī)械強(qiáng)度；2降低液膜的表面黏度；

3兼有兩者的作用，達(dá)到破裂泡沫的目的。B.常用的消泡劑有4大類：1天然油脂類2脂肪酸和酯類3聚醚類

4硅酮類

以天然油脂類和聚醚類在生物發(fā)酵中最為常用。要確定一個(gè)合理的放罐時(shí)間，需要考慮下列幾個(gè)因素：一、經(jīng)濟(jì)因素

二、產(chǎn)品質(zhì)量因素三、特殊因素

第八章發(fā)酵過程染菌及其防治

發(fā)酵染菌：指在發(fā)酵過程中生產(chǎn)菌以外的其他微生物侵入了發(fā)酵系統(tǒng)，從而使發(fā)酵過程失去真正意義上的純種培養(yǎng)各種階段自己看

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