发酵工程综述

发酵工程综述发酵工程的内容是随着科学技术的发展而不断扩大和充实的。现代的发酵工程不仅包括菌体生产和代谢产物的发酵生产，还包括微生物机能的利用。其主要内容包括生产菌种的选育，发酵条件的优化与控制，反应器的设计及产物的分离、提取与精制等。1发酵类型目前已知具有生产价值的发酵类型有以下五种：1.1微生物菌体发酵这是以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。比较传统的菌体发酵工业，有用于面包制作的酵母发酵及用于人类食品或动物饲料的微生物菌体蛋白发酵两种类型。新的菌体发酵可用来生产一些药用真菌，如香菇类、依赖虫蛹而生存的冬虫夏草菌、与天麻共生的密环菌、以及从多孔菌科的茯苓菌获得的名贵中药茯苓和担子菌的灵芝等。这些药用真菌可以通过发酵培养的手段来产生与天然产品具有同等疗效的产物。有的微生物菌体还可用作生物防治剂，可制成新型的微生物杀虫剂，并用于农业生产中。因此菌体发酵工业还包括微生物杀虫剂的发酵。1.2微生物酶发酵酶普遍存在于动物、植物和微生物中。最初，人们都是从动、植物组织中提取酶，但目前工业应用的酶大多来自微生物发酵，因为微生物具有种类多、产酶品种多、生产容易和成本低等特点。微生物酶制剂有广泛的用途，多用于食品工业和轻工业中，如微生物生产的淀粉酶和糖化酶用于生产葡萄糖，氨基酰化酶用于拆分D、L-氨基酸等。1.3微生物代谢产物发酵微生物代谢产物的种类很多，已知的有37个大类。在菌体对数生长期所产生的产物，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、糖类等，是菌体生长繁殖所必需的，这些产物叫做初级代谢产物。许多初级代谢产物在经济上具有相当的重要性，分别形成了各种不同的发酵工业。在菌体生长静止期，某些菌体能合成一些具有特定功能的产物，如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等。这些产物与菌体生长繁殖无明显关系，叫做次级代谢产物。次级代谢产物多为低分子量化合物，但其化学结构类型多种多样，据不完全统计多达47类。其中抗生素按其结构类型相似性，可分为14类。由于抗生素不仅具有广泛的抗菌作用，而且还有抗病毒、抗癌和其他生理活性，因而得到了大力发展，已成为发酵工业的重要支柱。1.4微生物的转化发酵微生物转化是利用微生物细胞的一种或多种酶，把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物。可进行的转化反应包括：脱氢反应、氧化反应、脱水反应、缩合反应、脱羧反应、氨化反应、脱氨反应和异构化反应等。最古老的生物转化，就是利用菌体将乙醇转化成乙酸的醋酸发酵。生物转化还可用于把异丙醇转化成丙醇；甘油转化成二羟基丙酮；葡萄糖转化成葡萄糖酸，进而转化成2—酮基葡萄糖酸或5—酮基葡萄糖酸；以及将山梨醇转变成L—山梨糖等。此外，微生物转化发酵还包括甾类转化。1.5生物工程细胞的发酵这是指利用生物工程技术所获得的细胞，如DNA重组的“工程菌”以及细胞融合所得的“杂交”细胞等进行培养的新型发酵，其产物多种多样。用基因工程菌生产的有胰岛素、干扰素、青霉素酰化酶等，用杂交瘤细胞生产的用于治疗和诊断的各种单克隆抗体等。2发酵技术的特点微生物种类繁多、繁殖速度快、代谢能力强，容易通过人工诱变获得有益的突变株；微生物酶的种类很多，能催化各种生物化学反应；微生物能够利用有机物、无机物等各种营养源；可以用简易的设备来生产多种多样的产品；不受气候、季节等自然条件的限制等优点。所以源于酒、酱、醋等酿造技术的发酵技术发展非常迅速，并具有以下特点：①发酵过程以生命体的自动调节方式进行，数十个反应过程能够在发酵设备中一次完成；②反应通常在常温常压下进行，条件温和，能耗少，设备较简单；③原料通常以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，可以是农副产品、工业废水或可再生资源(如植物秸秆、木屑等)，微生物本身能有选择地摄取所需物质；④容易生产复杂的高分子化合物，能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团引入或去除等反应；⑤发酵过程中需要防止杂菌污染，大多情况下设备需要进行严格的冲洗、灭菌，空气需要过滤等。3发酵技术的应用发酵过程的上述特点体现了发酵工程的种种优点。在目前能源、资源紧张，人口、粮食及污染问题日益严重的情况下，发酵工程作为现代生物技术的重要组成部分之一，得到越来越广泛的应用：①医药工业，用于生产抗生素、维生素等常用药物和人胰岛素、乙肝疫苗、干扰素、透明质酸等新药；②食品工业，用于微生物蛋白、氨基酸、新糖源、饮料、酒类和一些食品添加剂(柠檬酸、乳酸、天然色素等)的生产；③能源工业，通过微生物发酵，可将绿色植物的秸秆、木屑以及工农业生产中的纤维素、半纤维素、木质素等废弃物转化为液体或气体燃料(酒精或沼气)，还可利用微生物采油、产氢以及制成微生物电池；④化学工业，用于生产可降解的生物塑料、化工原料(乙醇、丙酮、丁醇、癸二酸等)和一些生物表面活性剂及生物凝集剂；⑤冶金工业，微生物可用于黄金开采和铜、铀等金属的浸提；⑥农业，用于生物固氮和生产生物杀虫剂及微生物饲料，为农业和畜牧业的增产发挥了巨大作用；⑦环境保护，可用微生物来净化有毒的高分子化合物，降解海上浮油，清除有毒气体和恶臭物质以及处理有机废水、废渣等等。盘4狱傻微生物发酵缺过程宝微生物发酵桨过程即微生饥物反应过程眉，是指由微曾生物在生长壶繁殖过程中乓所引起的牛絮化反应的过杏程。狐根据微生物泪的种类不同猛(好氧、厌除氧、兼性厌槽氧)，微生跑物发酵过程涛可以分为好世氧性发酵过友程和厌氧性商发酵过程两姨大类。摘(1)好氧埋性发酵在烧发酵过程中政需要不断地肝通人一定量剂的无菌空气奉，如利用黑润曲霉进行的稳柠檬酸发酵检，利用棒状记杆菌进行的月谷氨酸发酵制，利用黄单揉孢菌进行的脏多糖发酵等雨。争(2)厌氧柳性发酵在揭发酵时不需规要供给空气岩，如乳酸杆衰菌引起的乳筹酸发酵，梭仰状芽孢杆菌怨引起的丙酮扩、丁醇发酵愧等。摇此外，酵母假菌是兼性厌炸氧微生物，雅它在缺氧条右件下进行厌哭氧性发酵积舍累酒精而在寺有氧即通气品条件下则进蛾行好氧性发披酵，大量繁傲殖菌体细胞长，因此称为封兼性发酵。帅根据培养基该状态的不同哥(固体或液鸦体)，微生乓物发酵可分闪为固体发酵磨和液体发酵多。慨如果按照发简酵设备来分每，又可分为瘦敞口发酵、翅密闭发酵、柴浅盘发酵和柏深层发酵妥。其中晚深层发酵法剑是指在液体园培养基内部扮(不仅仅在姐表面)进行奶的微生物培签养过程。喷液体深层发漫酵是在青霉限素等抗生素渣的生产中发击展起来的技父术。同其他必发酵方法相则比，它具有余很多优点：绣①病液体悬浮状台态是很多微划生物的最适沉生长环境；党②厦在液体中，演菌体及营养那物、产物(透包括热量)茅易于扩散，陷使发酵可在秘均质或拟均束质条件下进家行，便于控源制，易于扩匙大生产规模丢；呼③祸液体输送方龄便，易于机忌械化操作；伐④伸厂房面积小浸，生产效率患高，易进行努自动化控制雅，产品质量较稳定；乏⑤富产品易于提额取、精制等妥。因而液体拖深层发酵在殖发酵工业中疮被广泛应用霜。灵4.1发乞酵工业中的风常用微生物骄微生物资源扩非常丰富，落广布于土壤匹、水和空气大中，尤以土勇壤中为多。虚有的微生物铅从自然界中坟分离出来就滥能够被利用现，有的需要拦对分离到的息野生菌株进傍行人工诱变诊，得到突变极株才能被利巧用。当前发疾酵工业所用议菌种的总趋别势是从野生恩菌转向变异啊菌，从自然舰选育转向代亲谢控制育种劣，从诱发基哀因突变转向建基因重组的跃定向育种。才发酵工业生润产上常用的填微生物主要却是细菌、放衰线菌、酵母顾菌和霉菌，啦由于发酵工娃程本身的发鹊展以及遗传叨工程的介入夸，藻类、病凑毒等也正在塑逐步地成为齐发酵工业中偿采用的微生证物。街4眨.勇2培养基赖4洗.凭2克.屈1庄培养基的扰种类敬培养基是人从们提供微生仅物生长繁殖俘和生物合成断各种代谢产召物需要的多狠种营养物质榆的混合物。小培养基的成京分和配比，奏对微生物的醋生长、发育碧、代谢及产纳物积累，甚燕至对发酵工催业的生产工秀艺都有很大舱的影响。依乡据其在生产俩中的用途，躬可将培养基阅分成孢子培捡养基、种子孕培养基和发谅酵培养基等葬。拴4扒.毯2躲.2降发酵培养沉基的组成兆发酵培养基水的组成和配惨比由于菌种井不同、设备独和工艺不同扭以及原料来友源和质量不剪同而有所差伸别。因此，璃需要根据不仿同要求考虑样所用培养基弱的成分与配碗比。但是综舌合所用培养个基的营养成胆分，不外乎瘦是碳源(包心括用作消泡瓦剂的油类)宁、氮源、无杆机盐类(包恢括微量元素咸)、生长因代子等几类。西4本.茎2感.烂3丙菌种裙在进行发酵落生产之前，同必须从自然舟界分离得到往能产生所需笋产物的菌种柿，并经分离委、纯化及选留育后或是经样基因工程改汇造后“工程丈菌”，才能膀供给发酵使鞋用。为了能呢保持和获得苦稳定的高产偏菌株，还需委要定期进行登菌种纯化和错育种，筛选拴出高产量和守高质量的优筝良菌株。俊4止.书2鬼.累4甘种子扩大膏培养术将保存在砂辅土管、冷冻济干燥管或冰荐箱中处于休烤眠状态的生子产菌种接人晋试管斜面培岛养基上活化谁后，再经过波茄子瓶或摇恒瓶及种子罐恰逐级扩大培环养，获得一野定数量和质芳量的纯种，验这个全过程枕称为种子扩蛾大培养，这玻些纯种培养晓物称为种子许。绒发酵产物的恶产量与成品观的质量，与录菌种性能以挪及孢子和种吧子的制备情哀况密切相关鹅。先将储存发的菌种进行蜂生长繁殖，谊以获得良好多的孢子，再痰用所得的孢敏子制备足够范量的菌丝体阿，供发酵罐痰发酵使用。洞种子制备有羞不同的方式谱，有的从摇驶瓶培养开始范，将所得摇类瓶种子液接勾人到种子罐劝进行逐级扩勾大培养，称些为菌丝进罐栽培养；有的出将孢子直接庸接人种子罐翁进行扩大培割养，称为孢改子进罐培养宿。采用哪种师方式和多少瞒培养级数，邮取决于菌种却的性质、生匪产规模的大取小和生产工蛋艺的特点。勤种子制备一诉般使用种子悦罐，扩大培零养级数通常划为二级。对税于不产孢子狡的菌种，经欧试管培养直贝接得到菌体戴，再经摇瓶誉培养后即可暴作为种子罐员种子。惹4赚.员2饭.孕5撞拢发酵乔发酵是在无队菌状态下对悉微生物进行射纯种培养，脆本阶段微生送物合成大量撒的产物是整御个发酵工程查的中心环节页。因此，所靠用的培养基体和培养设备仙都必须经过性灭菌，通人蚕的空气或中雪途的补料都贪是无菌的，回转移种子也淘要采用无菌塌接种技术。句通常利用饱存和蒸汽对培怠养基进行灭怒菌，灭菌条彼件是在畜120每℃烂(约0．1蹲MPa表发压)维持2搁0～30慧min。空编气除菌则采疲用介质过滤啊的方法，可包用定期灭菌勾的干燥介质局来阻截流过候的空气中所惭含的微生物众，从而制得芒无菌空气。幕发酵罐内部弦的代谢变化健(菌丝形态凳、菌浓度、苗糖含量、氮中含量、pH教、溶氧浓度筝和产物浓度陕等)是比较德复杂的，特有别是次级代傅谢产物发酵帅就更为复杂婶，受许多因延素控制。艇4纷.军2兴.6颜持下游处理责发酵结束后车，要对发酵欲液或微生物碑细胞进行分正离和提取精耗制，将发酵探产物制成符惹合要求的成舌品。齿5榨览液体深层发下酵疾5鞠.夏1退安发酵的操作测方式保根据操作方粪式的不同，屠液体深层发己酵主要有分馆批发酵、连桥续发酵和补负料分批发酵涨三种类型。鼠5.2涌膨分批发酵塘营养物和菌运种一次加入题进行培养，受直到结束放锹罐，中间除季了空气进入白和尾气排出数，与外部没团有物料交换姥。传统的生扣物产品发酵盼多用此过程谢，它除了控狮制温度和p挤H及通气以姓外，不进行例任何其他控深制，操作简物单。但从细豆胞所处的环锅境来看，则剧有明显改变父，发酵初期赶营养物过多烤，可能抑制涂微生物的生险长，而发酵买的中后期又佩可能因为营愈养物减少而膛降低培养效送率；从细胞侄的增殖来说眼，初期细胞伏浓度低，增帝长慢，后期胳细胞浓度虽暂高，但营养减物浓度过低谷也生长不快酱，总的生产梦能力不是很炒高。迄今为准止，分批发泽酵仍是常用嗓的发酵方法石，广泛用于墨多种发酵过怠程。趋5广.薄3栋乌连续发酵榨所谓连续发罢酵，是指以廊一定的速度府向发酵罐内葡添加新鲜培谜养基，同时答以相同的速渡度流出培养笑液，从而使佛发酵罐内的猪液量维持恒问定，微生物辽在稳定状态蚂下生长。稳淋定状态可以泼有效地延长沫分批培养中溜的对数期。献在稳定的状烤态下，微生东物所处的环妈境条件，如诚营养物浓度鞠、产物浓度滤、pH等都涌能保持相对催恒定，微生猛物细胞的浓夏度及其比生窗长速率也可杆维持不变，话甚至还可以河根据需要来旺调节生长速狡度。某与分批发酵扬相比，连续宽发酵玻有着较多客优点避，但判目前主要用等于研究工作吹中，如发酵盾动力学参数蜂的测定，过压程条件的优模化试验等。祸而在工业生劫产中的应用摩还不多，目勒前主要用于块面包酵母和时饲料酵母的比生产，以及扎有机废水的晃活性污泥处盏理等。另外怒，酒精连续字发酵生产技戒术在前苏联而也已获得成宿功的应用。膛而新近发展演的一种培养竖方法则是把驼固定化细胞川技术和连续宝培养方法结篇合起来，用应于生产丙酮旱、丁醇、正承丁醇、异丙头醇等重要工仔业溶剂。圈5绣.4省补料分批发拨酵纵补料分批发宅酵又称半连丢续发酵，是黄介于分批发钳酵和连续发渡酵之间的一牧种发酵技术灿，是指在微抱生物分批发辞酵中，以某燃种方式向培肿养系统补加拨一定物料的税培养技术。察通过向培养费系统中补充饲物料，可以团使培养液中立的营养物浓混度较长时间执地保持在一殊定范围内，阔既保证微生坚物的生长需丙要，又不造肺成不利影响虚，从而达到朗提高产率的而目的。补料盲在发酵过程村中的应用，矛是发酵技术娱上一个划时润代的进步。素补料技术本纲身也由少次方多量、少量帜多次，逐步祥改为流加，源近年又实现狠了流加补料艳的微机控制绘。但是，发梳酵过程中的肉补料量或补赵料率，目前意在生产中还宿只是凭经验诸确定，或者回根据一、两战个一次检测网的静态参数职(如基质残颜留量姻、路pH侮、形溶解氧浓度方等)设定控岛制点，带有康一定的盲目罪性，很难同缓步地满足微筹生物生长和荷产物合成的百需要，也不阔可能完全避志免基质的调珠控反应。因贼而现在的研辆究重点在于楚如何实现补即料的优化控暂制。盐补料分批发帮酵可以分为下两种类型：捏单一补料分贺批发酵和反循复补料分批涝发酵。补料您分批发酵作叨为分批发酵手向连续发酵晃的过渡，兼裙有两者之优畅点，而且克子服了两者之节缺点。同传已统的分批发傍酵相比，补绪料分批发酵赛的优越性是派明显的。首拘先，它可以芽解除营养物烂基质的抑制茫、产物反馈扭抑制和葡萄间糖分解阻遏疲效应。其次叹，对于好氧命发酵，它可董以避免在分碍批发酵中因识一次性投入缎糖过多造成平细胞大量生轮长，耗氧过夸多，以至通没风搅拌设备坡不能匹配的谋状况。第三物，它还可以追在某些情况额下减少菌体姿生成量，提喊高有用产物越的转化率。政在真菌培养毅中，菌丝的碗减少可以降嘉低发酵液的委黏度，便于勉物料输送及乌后处理。与于连续发酵相子比，它不会节产生菌种老磁化和变异问捎题，其适用究范围也比连源续发酵广。丛目前，运用某补料分批发涝酵技术进行脖生产和研究焦的范围十分贯广泛，包括宴单细胞蛋白萄、氨基酸、童生长激素、梅抗生素、维上生素、酶制敏剂、有机溶英剂、有机酸击、核苷酸、狂高聚物等，胖几乎遍及整翻个发酵行业姑。它不仅被遵广泛用于液拳体发酵中，启在固体发酵坐及混合培养玩中也有应用扮。随着研究推工作的深入苍及微机在发鲁酵过程自动辫控制中的应馅用，补料分灯批发酵技术睁将日益发挥全出其巨大的爆优势。丽6垂拨发酵工艺控流制均发酵过程中芬，为了能对巡生产过程进风行必要的控定制，需要对船有关工艺参第数进行定期逗取样测定或伪进行连续测孟量。反映发惨酵过程变化根的参数可以滤分为两类。尺一类是可以沿直接采用特所定的传感器爪检测的参数冠，它们包括街反映物理环旷境和化学环肃境变化的参诚数，如温度军、压力、搅晃拌功率、转拔速、泡沫、疼发酵液黏度旨、浊度、p赖H、离子浓蚕度、溶解氧踏、基质浓度泳等，称为直周接参数。另披一类是至今升尚难于用传畅感器来检测川的参数，包伤括细胞生长况速率、产物歼合成速率和委呼吸商等。凑这些参数需玉要在一些直绞接参数的基饱础上，借助堆于电脑计算龙和特定的数紫学模型才能插得到，因此汽被称为间接舱参数。上述陵参数中，对硬发酵过程影围响较大的有不温度、pH生、溶解氧浓换度等。6.1温度荐温度对发酵因过程的影响衡是多方面的辉，它会影响鞠各种酶反应症的速率，改粒变菌体代谢邪产物的合成即方向，影响晓微生物的代辜谢调控机制李。除这些直梦接影响外，陡温度还对发钞酵液的理化凉性质产生影虫响，如发酵戏液的黏度、田基质和氧在敢发酵液中的朱溶解度和传虑递速率、某肃些基质的分巴解和吸收速符率等，进而欣影响发酵的搞动力学特性爽和产物的生月物合成。纽最适发酵温银度是既适合旱菌体的生长炕，又适合代搂谢产物合成混的温度，它索随菌种、培砌养基成分、床培养条件和杯菌体生长阶潮段不同而改茶变。理论上信，整个发酵亩过程中不应歌只选一个培牙养温度，而握应根据发酵骑的不同阶段潮，选择不同墙的培养温度饰。但实际生愉产中，由于积发酵液的体柳积很大，升辟降温度都比总较困难，所哥以在整个发赛酵过程中，妥往往采用一播个比较适合否的培养温度掘，使得到的钩产物产量最馒高，或者在吊可能的条件条下进行适当甲的调整。发蜘酵温度可通饱过温度计或抢自动记录仪蝴表进行检测静，通过向发磁酵罐的夹套颂或蛇形管中孤通人冷水、傲热水或蒸汽假进行调节。杂工业生产上克，所用的大撑发酵罐在发刃酵过程中一志般不需要加冤热，因为发粪酵中会释放淡大量的发酵树热，在这种蹈情况下通常顶还需要加以披冷却，利用行自动控制或僵手动调整的祖阀门，将冷版却水通人夹阴套或蛇形管躺中，通过热享交换来降温谷，保持恒温护发酵。枣6.2p筋H播pH对微生收物的生长繁拖殖和产物合工成的影响有宪以下几个方劲面：菠①翁影响酶的活虎性，当pH堂抑制菌体中惹某些酶的活穗性时，会阻栽碍菌体的新恐陈代谢；送②源影响微生物折细胞膜所带追电荷的状态祸，改变细胞裤膜的通透性贤，影响微生黑物对营养物调质的吸收及粱代谢产物的偿排泄；见③艰影响培养基雾中某些组分国和中间代谢欠产物的解离帆，从而影响脑微生物对这听些物质的利公用；哀④申PH不同，尸往往引起菌颜体代谢过程碧的不同，使设代谢产物的株质量和比例沉发生改变。继另外，pH可还会影响某擦些霉菌的形糖态。家发酵过程中机，pH的变副化取决于所谦用的菌种、伶培养基的成伞分和培养条逢件。培养基总中的营养物膨质的代谢，爪是引起pH垒变化的重要起原因，发酵树液的pH变乖化乃是菌体尽产酸和产碱充的代谢反应茫的综合结果膊。每一类微答生物都有其誓最适的和能洪耐受的pH赵范围，大多垃数细菌生长边的最适pH窑为6．3～登7．5，霉童菌和酵母菌的为3～6，砍放线菌为典7～8。而针且微生物生扭长阶段和产中物合成阶段抛的最适pH团往往不一样优，需要根据济实验结果来坝确定。为了婆确保发酵的盼顺利进行，捆必须使其各斜个阶段经常乓处于最适p猾H范围之内饲，这就需要考在发酵过程女中不断地调裹节和控制p俗H。首先需扁要考虑和试稍验发酵培养你基的基础配坐方，使它们胳有个适当的科配比，使发锄酵过程中的沟pH变化在极合适的范围以内。如果达乞不到要求，竞还可在发酵纪过程中补加岗酸或碱。过夸去是直接加雾入酸(如飘H2菊SO4)或界碱(如Na尾lOH)来梢控制，现在领常用的是以伴生理酸性物论质如(NH号4)2SO宪4和生理碱五性物质如氨员水来控制，积它们不仅可顷以调节pH筛，还可以补塘充氮源。此削外，用补料真的方式来调第节pH也比科较有效。最执成功的例子色就是青霉素脸发酵的补料救工艺，利用拼控制葡萄糖鼓的补加速率低来控制pH思，其青霉素演产量比用恒姻定的加糖速孕率和加酸或惭碱来控制P河H的产量高挂25％。目断前已试制成旗功适合于发歇酵过程监测单pH的电极电，能连续测低定并记录p附H的变化，肤将信号输入括pH控制器明来指令加糖许、加酸或加针碱，使发酵师液的pH控复制在预定的恼数值。爪6.3溶解较氧岛浓度具对于好氧发维酵，溶解氧集浓度是最重涌要的参数之家一。好氧性农微生物在进笨行深层培养俘时，需要适库量的溶解氧牧以维持其呼企吸代谢和某半些产物的合巩成，氧的不甲足会造成代茶谢异常，产川量降低。读现在可采用砌复膜氧电极婶来检测发酵葬液中的溶解躺氧浓度。忽要维持一定污的溶氧水平剪，需从供氧源和需氧两方巨面着手。在石供氧方面，蛮主要是设左早提高氧传递虫的推动力和裁氧传递系数眠，可以通过幼调节搅拌转袜速或通气速肤率来控制司伶时要有适当背的工艺条件狱来控制需氧腾量，使菌体针的生长和产骑物形成对氧煎的需求量不鼠超过设备的矿供氧能力。旗已知发酵液腐的需氧量，陈受菌体浓度楚、基质的种柱类和浓度以晋受培养条件指等因素的影往响，其中以吐菌浓的影响可最为明显。跑发酵液的摄爬氧率随菌浓协曾大而增大饼，但氧的传键递速率随菌向浓的对数关码系减少。因电此可以控制括合适的菌体贸在度，使得薪产物的比生析产速率维持住在最大值，客又不会导致应需氧大于供观氧。这可以宋通过控制基彻质的浓度来左实现，如控饥制补糖速率干。除控制补弊料速度外，插在工业上，拢还可采用调私节温度(降棋低培养温度异可提高溶氧宜浓度)、液静化培养基、哥中间补水、悟添加表面活渠性剂等工艺旗措施，来改所善溶氧水平运。梢发酵过程中总各参数的控弹制很重要，避目前发酵工逃艺控制的方虑向是转向自疫动化控制，当因而希望能奸开发出更多确更有效的传降感器用于过遵程参数的检亮测。此外，隐对于发酵终菌点的判断也阴同样重要。译生产不能只曾单纯追求高握生产力，而段不顾及产品乒的成本，必寻须把二者结少合起来。合条理的放罐时雁间是通过实狼验来确定的玻，就是根据层不同的发酵贼时间所得的扁产物产量计醉算出发酵罐有的生产力和攀产品成本，雹采用生产力分高而成本又委低的时间，删作为放罐时仗间。确定放拐罐的指标有祝：发酵产物般的产量，发翁酵液的过滤闸速度，发酵其液中氨基氮来的含量，菌房丝的形态，淹发酵液的P唱H、外观和御黏度等。发菠酵终点的确影定，需要综膀合考虑这些托因素。赢7剂表发酵设备歪进行微生物欧深层培养的血设备统称发啦酵罐。一个支优良的发酵虎装置应具有沟严密的结构球，良好的液灭体混和性能悲，较高的传钩质、传热速援率，同时还权应具有配套尝而又可靠的巡检测及控制补仪表。由于熟微生物有好翁氧与厌氧之出分，所以其犹培养装置也姿相应地分为四好氧发酵设泥备与厌氧发赞酵设备。铺7.扬1好割氧发酵设备葱镰对于好氧微种生物，发酵要罐通常采用丧通气和搅拌泄来增加氧的贴溶解，以满伞足其代谢需民要。根据搅鼠拌方式的不携同，好氧发棚酵设备又可处分为机械搅富拌式发酵罐侮和通风搅拌须式发酵罐。奖飞猾鱼机械搅拌式弱发酵罐牙机械搅拌式胶发酵罐是发啄酵工厂常用裂的类型之一革。它是利用禽机械搅拌器霞的作用，使终空气和发酵断液充分混合舱，促进氧的未溶解，以保税证供给微生忘物生长繁殖佳和代谢所需僻的溶解氧。沾比较典型的缓是通用式发捷酵罐和自吸论式发酵罐。胞7.1僻.2谨饿通风搅拌式蹈发酵罐脖在通风搅拌跳式发酵罐中他，通风的目浪的不仅是供温给微生物所秧需要的氧，礼同时还利用之通人发酵罐胁的空气，代殖替搅拌器使肾发酵液均匀恳混合。常用呀的有循环式接通风发酵罐趣和高位塔式喘发酵罐。仍7.2厌氧侵发酵设备责厌氧发酵也圣称静止培养拌，因其不需衔供氧，所以壮设备和工艺匹都较好氧发梁酵简单。严功格的厌氧液糊体深层发酵更的主要特色众是排除发酵类罐中的氧。情罐内的发酵旦液应尽量装虹满，以便减电少上层相的唇影响，有时炭还需充人无陈氧气体。发谎酵罐的排气透口要安装水存封装置，培笑养基应预先违还原。此外嗓，厌氧发酵视需使用大剂虎量接种(一渡般接种量为崇总操作体积至的10％见-教20％)，飞使菌体迅速罢生长，减少卧其对外部氧袋渗人的敏感泛性。酒精、念丙酮、丁醇惰、乳酸和啤忠酒等都是采化用液体厌氧弟发酵工艺生匙产的。具有凡代表性的厌哀氧发酵设备询如酒精发酵六罐和用于啤驾酒生产的锥贱底立式发酵释罐。牵8仇鹊下游加工过钟程消从发酵液中叙分离、精制剪有关产品的何过程称为发泼酵生产的下杨游加工过程宁。发酵液是枝含有细胞、敞代谢产物和兔剩余培养基穿等多组分的惨多相系统，新黏度通常很屈大，从中分念离固体物质备很困难；发谎酵产品在发骆酵液中浓度轻很低，且常猜常与代谢产朗物、营养物迷质等大量杂知质共存于细脑胞内或细胞为外，形成复照杂的混合物吉；欲提取的膜产品通常很释不稳定，遇蹄热、极端p咸H、有机溶底剂会分解或废失活；另外寒，由于发酵楚是分批操作藏，生物变异边性大，各批工发酵液不尽痛相同，这就燕要求下游加职工有一定弹习性，特别是低对染菌的批数号也要能够芝处理。发酵傍的最后产品俗纯度要求较锯高，上述种伟种原因使得时下游加工过拆程成为许多失发酵生产中旅最重要、成旨本费用最高喘的环节，如弯抗生素、乙牲醇、柠檬酸搞等的分离和佣精制占整个连工厂投资的纪60％左右掌，而且还有尚继续增加的忆趋势。发酵汽生产中因缺剥乏合适的、载经济的下游享处理方法而忍不能投入生觉产的例子是桨很多的。因占此下游加工烟技术愈来愈民引起人们的滨重视。投下游加工过霉程由许多化雀工单元操作暖组成，通常蒸可分为发酵微液预处理和最固液分离、砌提取、精制毁以及成品加脾工四个阶段钢。发酵液性充质，以利于本固液分离，塌常用酸化、料加热、加絮撕凝剂等方法封。固液分离晃则常用到过得滤、离心等男方法。如果役欲提取的产待物存在于细镇胞内，还需具先对细胞进庸行破碎，细炸胞破碎方法便有机械、生琴物和化学法舰，大规模生维产中常用高花压匀浆器和诞球磨机。细顷胞碎片的分拿离通常用离邮心、两水相斯萃取等方法稼。8.1提取炊经上述步骤裹处理后，活行性物质存在贺于滤液或离饱心上清液中朴，液体的体已积很大，浓扯度很低。接谨下来要马进行提取，夕提取的目的曲主要是浓缩猫，也有一些虫纯化作用。辩常用的方法引有献吸附法凶、蹈离子交换法肝、宴沉淀法休、颠萃取法沾、端超滤法8.2精制珍经提取过程歪初步纯化后肚，液体的体肌积大大缩小筋，但纯度提挤高不多，需迈要进一步精拨制。初步纯孙化中的某些访操作，如沉持淀、超滤等女也可应用于讯精制。大分棚子(蛋白质谎)精制依赖仆于层析分离坚，层析分离往是利用物质装在固定相和猾移动相间分培配情况不同宽，进而在层踢析柱中的运雾动速度不同椒，而达到分拢离的目的。乔根据分配机绣制的不同，胆分为凝胶层圾析、离子交远换层析、聚锈焦层析、疏悦水层析、亲娘和层析等几葬种类型。层挺析分离中的惭主要困难之富一是层析介若质的机械强判度差，研究万生产优质层涉析介质是下蒸游加工的重课要任务之一钳。小分子物懂质的精制则伤可利用结晶跳操作。校9点事成品加工事经提取和精及制后，根据池产品应用要里求，有时还圣需要浓缩、英无菌过滤和抓去热原、干就燥、加稳定斯剂等加工步挑骤。浓缩可搁采用升膜或骆降膜式的薄捎膜蒸发或者榆采用膜过滤赢的方法，对镇热敏性物质岸可用离心薄瓣膜蒸发进行咱浓缩，对大辅分子溶液可焰用超滤役膜过滤、小未分子溶液可友用反渗透膜借过滤进行浓阶缩。用截断屯相对分子质坚量10国000的超奋滤膜可除去志相对分子质重量在100晒0以内的产租品中的热原鬼，同时也达累到了过滤除恒菌的目的。次如果最后要管求的是结晶弓性产品，则物上述浓缩、凉无菌过滤等班步骤应放于覆结晶之前，职而干燥则通略常是固体产眠品加工的最樱后一道工序相。干燥方法产根据物料性熟质、物料状妈况及当地具崇体条件而定族，可选用真汗空干燥、红裙外线干燥、您沸