第十二章微生物發(fā)酵ppt

1、l第一節(jié)第一節(jié) 微生物發(fā)酵概論微生物發(fā)酵概論l第二節(jié)第二節(jié) 工業(yè)發(fā)酵的工藝流程工業(yè)發(fā)酵的工藝流程l第三節(jié)第三節(jié) 工業(yè)發(fā)酵的主要產(chǎn)品工業(yè)發(fā)酵的主要產(chǎn)品 發(fā)酵工程是一門具有悠久歷史，又融合了現(xiàn)代發(fā)酵工程是一門具有悠久歷史，又融合了現(xiàn)代科學的技術，是現(xiàn)代生物技術的組成部分。本科學的技術，是現(xiàn)代生物技術的組成部分。本章主要介紹發(fā)酵工程的基本內(nèi)容和基本原理，章主要介紹發(fā)酵工程的基本內(nèi)容和基本原理，重點介紹了工業(yè)發(fā)酵的工藝流程重點介紹了工業(yè)發(fā)酵的工藝流程, ,還介紹了典型還介紹了典型產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)工藝，如青霉素，谷氨酸和維產(chǎn)品的發(fā)酵生產(chǎn)工藝，如青霉素，谷氨酸和維生素生素C C的生產(chǎn)。的生產(chǎn)。v1857年巴

2、斯德提出著名發(fā)酵理論：年巴斯德提出著名發(fā)酵理論：“一一 切發(fā)酵過程都是微生物作用的結果。切發(fā)酵過程都是微生物作用的結果。” v1929年年Flemming爵士發(fā)現(xiàn)了青霉素，增加一大類新產(chǎn)品爵士發(fā)現(xiàn)了青霉素，增加一大類新產(chǎn)品-抗生素?？股?。v20世紀世紀40年代，以獲取細菌的次生代謝產(chǎn)物年代，以獲取細菌的次生代謝產(chǎn)物-抗生素為主要特征的抗生素工業(yè)成為微抗生素為主要特征的抗生素工業(yè)成為微生物發(fā)酵工業(yè)技術的支柱產(chǎn)業(yè)。生物發(fā)酵工業(yè)技術的支柱產(chǎn)業(yè)。v20世紀世紀50年代，氨基酸發(fā)酵工業(yè)又成為微生物技術產(chǎn)業(yè)的又一個成員，實現(xiàn)了對微年代，氨基酸發(fā)酵工業(yè)又成為微生物技術產(chǎn)業(yè)的又一個成員，實現(xiàn)了對微生物的代謝

3、進行人工調(diào)節(jié)，這又使微生物技術進了一步。生物的代謝進行人工調(diào)節(jié)，這又使微生物技術進了一步。v20世紀世紀60年代，微生物技術產(chǎn)業(yè)又增加了酶制劑工業(yè)這一成員。年代，微生物技術產(chǎn)業(yè)又增加了酶制劑工業(yè)這一成員。v20世紀世紀70年代，為了解決由于人迅速增長而帶來的糧食短缺問題，進行了非碳水化年代，為了解決由于人迅速增長而帶來的糧食短缺問題，進行了非碳水化合物代替碳水化合物的發(fā)酵，如利用石油化工原料進行發(fā)酵生產(chǎn)，培養(yǎng)單細胞蛋白，合物代替碳水化合物的發(fā)酵，如利用石油化工原料進行發(fā)酵生產(chǎn)，培養(yǎng)單細胞蛋白，進行污水處理，能源開發(fā)等。進行污水處理，能源開發(fā)等。v80年代以來，隨著重組年代以來，隨著重組DNA技

4、術的發(fā)展，可以按人類社會的需要，定向培養(yǎng)出有用技術的發(fā)展，可以按人類社會的需要，定向培養(yǎng)出有用的菌株，這為微生物發(fā)酵技術引入了遺傳工程的技術，使微生物技術進入了一個新的菌株，這為微生物發(fā)酵技術引入了遺傳工程的技術，使微生物技術進入了一個新的階段。的階段。 目前，人們把利用微生物在有氧或無氧狀態(tài)下生命活動來制備微生物菌體或其它目前，人們把利用微生物在有氧或無氧狀態(tài)下生命活動來制備微生物菌體或其它代謝產(chǎn)物的過程統(tǒng)稱為發(fā)酵。代謝產(chǎn)物的過程統(tǒng)稱為發(fā)酵。 一、微生物發(fā)酵的概念及發(fā)展史一、微生物發(fā)酵的概念及發(fā)展史1.1.微生物菌體發(fā)酵微生物菌體發(fā)酵 是以獲得具有某種用途的菌體為目的的發(fā)酵。用于面包制作的酵

5、母發(fā)酵及是以獲得具有某種用途的菌體為目的的發(fā)酵。用于面包制作的酵母發(fā)酵及用于人類或動物食品的微生物菌體蛋白發(fā)酵是比較傳統(tǒng)的菌體發(fā)酵工業(yè)。用于人類或動物食品的微生物菌體蛋白發(fā)酵是比較傳統(tǒng)的菌體發(fā)酵工業(yè)。新的菌體發(fā)酵可用來生產(chǎn)藥用真菌，如香菇菌、依賴蟲蛹而生存的冬蟲新的菌體發(fā)酵可用來生產(chǎn)藥用真菌，如香菇菌、依賴蟲蛹而生存的冬蟲夏草菌、與天麻共存的密環(huán)菌等藥用菌。夏草菌、與天麻共存的密環(huán)菌等藥用菌。2.2.微生物酶發(fā)酵微生物酶發(fā)酵 酶普遍存在于動物、植物和微生物中。因為微生物種類多、產(chǎn)酶的品種多、酶普遍存在于動物、植物和微生物中。因為微生物種類多、產(chǎn)酶的品種多、生產(chǎn)容易和成本低等特點，所以目前工業(yè)應

6、用的酶大多來自微生物發(fā)酵。生產(chǎn)容易和成本低等特點，所以目前工業(yè)應用的酶大多來自微生物發(fā)酵。3.3.微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵微生物代謝產(chǎn)物發(fā)酵 微生物代謝產(chǎn)物很多。在菌體對數(shù)生長期所產(chǎn)生的產(chǎn)物，如氨基酸、核苷微生物代謝產(chǎn)物很多。在菌體對數(shù)生長期所產(chǎn)生的產(chǎn)物，如氨基酸、核苷酸、蛋白質(zhì)和糖類等是菌體生長繁殖所必需的，這些產(chǎn)物叫做初級代謝酸、蛋白質(zhì)和糖類等是菌體生長繁殖所必需的，這些產(chǎn)物叫做初級代謝產(chǎn)物。在菌體生長靜止期，某些菌體能合成一些具有特定功能的產(chǎn)物，產(chǎn)物。在菌體生長靜止期，某些菌體能合成一些具有特定功能的產(chǎn)物，如抗生素、生物堿、植物生長因子等。這些產(chǎn)物與菌體生長繁殖無明顯如抗生素、生物堿、植物生長

7、因子等。這些產(chǎn)物與菌體生長繁殖無明顯關系，叫做次級代謝產(chǎn)物。關系，叫做次級代謝產(chǎn)物。 二、微生物發(fā)酵的類型二、微生物發(fā)酵的類型4.4.微生物的轉化發(fā)酵微生物的轉化發(fā)酵 微生物的轉化是利用微生物細胞的一種或多種酶，把一種化合物轉微生物的轉化是利用微生物細胞的一種或多種酶，把一種化合物轉變成結構相關的更有經(jīng)濟價值的產(chǎn)物?？蛇M行的轉化反應包括：變成結構相關的更有經(jīng)濟價值的產(chǎn)物?？蛇M行的轉化反應包括：脫氫反應、氧化反應、脫水反應、縮合反應、氨化反應、脫氨反脫氫反應、氧化反應、脫水反應、縮合反應、氨化反應、脫氨反應等。應等。 5.5.生物工程細胞的發(fā)酵生物工程細胞的發(fā)酵 是指利用生物工程技術所獲得的細胞

8、，如是指利用生物工程技術所獲得的細胞，如DNADNA重組的重組的“工程菌工程菌”，細，細胞融合所得的胞融合所得的“雜交雜交”細胞等進行培養(yǎng)的新型發(fā)酵。此類發(fā)酵的細胞等進行培養(yǎng)的新型發(fā)酵。此類發(fā)酵的產(chǎn)物多種多樣，如用基因工程菌生產(chǎn)胰島素、干擾素等。產(chǎn)物多種多樣，如用基因工程菌生產(chǎn)胰島素、干擾素等。優(yōu)良的微生物菌種是發(fā)酵工業(yè)的基礎和關鍵，微生物資源非常優(yōu)良的微生物菌種是發(fā)酵工業(yè)的基礎和關鍵，微生物資源非常豐富，廣泛分布于土壤、水和空氣中，尤以土壤中為最多豐富，廣泛分布于土壤、水和空氣中，尤以土壤中為最多1.從微生物分類學的角度把所需菌種分為：從微生物分類學的角度把所需菌種分為：細菌類如短桿菌、枯細

9、菌類如短桿菌、枯草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、蘇云金芽孢桿菌、梭狀芽孢桿草芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌、蘇云金芽孢桿菌、梭狀芽孢桿菌等；酵母菌如啤酒酵母、酒精酵母、漢遜酵母和假絲酵母菌等；酵母菌如啤酒酵母、酒精酵母、漢遜酵母和假絲酵母等；霉菌如黃曲霉、紅曲霉、青霉菌和赤霉菌等；放線菌如等；霉菌如黃曲霉、紅曲霉、青霉菌和赤霉菌等；放線菌如各種抗生素，鏈、慶大等。各種抗生素，鏈、慶大等。2.作為工業(yè)微生物發(fā)酵使用的菌種，通常有以下特點作為工業(yè)微生物發(fā)酵使用的菌種，通常有以下特點：(1)(1)具有具有穩(wěn)定的遺傳學特性。穩(wěn)定的遺傳學特性。(2)(2)微生物生長和產(chǎn)物的合成對于基質(zhì)沒微生物生長和產(chǎn)物的合成對于基質(zhì)

10、沒有嚴格的要求。有嚴格的要求。 (3)(3)生長條件易于滿足。生長條件易于滿足。(4)(4)具有較高的各種具有較高的各種酶活力。（酶活力。（5 5）對于包含體，要求在細胞破碎是不易破碎，而）對于包含體，要求在細胞破碎是不易破碎，而在目的產(chǎn)物的分離提出時，則易破碎。在目的產(chǎn)物的分離提出時，則易破碎。三、微生物發(fā)酵工業(yè)所用菌種三、微生物發(fā)酵工業(yè)所用菌種1.1.微生物發(fā)酵過程是一個典型的化工過程。微生物發(fā)酵過程是一個典型的化工過程。2.2.微生物發(fā)酵過程是一個典型的代謝控制發(fā)酵。微生物發(fā)酵過程是一個典型的代謝控制發(fā)酵。3.3.微生物發(fā)酵工業(yè)又是一個有別于化工過程的一個工業(yè)。微生物發(fā)酵工業(yè)又是一個有別

11、于化工過程的一個工業(yè)。微生物發(fā)酵主要有以下幾個特征：微生物發(fā)酵主要有以下幾個特征：（1 1）反應條件溫和。通常由于微生物的生理特性，要求溫）反應條件溫和。通常由于微生物的生理特性，要求溫度為度為30304040、pHpH值中性偏酸性如酵母、霉菌、放線值中性偏酸性如酵母、霉菌、放線菌的發(fā)酵和菌的發(fā)酵和pHpH值中性偏堿性如細菌的發(fā)酵。值中性偏堿性如細菌的發(fā)酵。（2 2）無菌發(fā)酵，整個反應過程要求無菌。培養(yǎng)基無菌、空）無菌發(fā)酵，整個反應過程要求無菌。培養(yǎng)基無菌、空氣無菌、補料和取樣要求無菌操作、某些工程菌，其尾氣無菌、補料和取樣要求無菌操作、某些工程菌，其尾氣也要求進行無菌處理。氣也要求進行無菌處

12、理。（3 3）非連續(xù)性生產(chǎn)。微生物的生理特性決定了發(fā)酵過程的）非連續(xù)性生產(chǎn)。微生物的生理特性決定了發(fā)酵過程的非連續(xù)性，大部分的工業(yè)發(fā)酵是以間歇操作為基礎進行非連續(xù)性，大部分的工業(yè)發(fā)酵是以間歇操作為基礎進行的，目前可以實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)的是啤酒的連續(xù)化生產(chǎn)。的，目前可以實現(xiàn)連續(xù)化生產(chǎn)的是啤酒的連續(xù)化生產(chǎn)。四、微生物發(fā)酵的基本特征四、微生物發(fā)酵的基本特征 生物發(fā)酵工藝多種多樣，但基本上包括菌種的選育、菌種培生物發(fā)酵工藝多種多樣，但基本上包括菌種的選育、菌種培養(yǎng)基的配制、擴大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程下游處理即分離提養(yǎng)基的配制、擴大培養(yǎng)和接種、發(fā)酵過程下游處理即分離提純等幾個過程。純等幾個過程。找到合適的菌種

13、是發(fā)酵工程的前提。人們最初是從自然界尋找到合適的菌種是發(fā)酵工程的前提。人們最初是從自然界尋找所需要的菌種，如谷氨酸發(fā)酵時常用菌有谷氨酸棒狀桿菌找所需要的菌種，如谷氨酸發(fā)酵時常用菌有谷氨酸棒狀桿菌等。但這種方法得到的菌種，產(chǎn)量一般都比較低。等。但這種方法得到的菌種，產(chǎn)量一般都比較低。2020世紀世紀4040年代，微生物學家開始用紫外線、激光、化學誘變劑等處理年代，微生物學家開始用紫外線、激光、化學誘變劑等處理菌種，使菌種產(chǎn)生突變，以篩選出符合要求的優(yōu)良菌種。菌種，使菌種產(chǎn)生突變，以篩選出符合要求的優(yōu)良菌種。隨隨著細胞工程、基因工程等技術的日益成熟，科學家開始構建著細胞工程、基因工程等技術的日益成

14、熟，科學家開始構建工程細胞或工程菌，用它們進行發(fā)酵，甚至能生產(chǎn)出一般微工程細胞或工程菌，用它們進行發(fā)酵，甚至能生產(chǎn)出一般微生物所不能生產(chǎn)的產(chǎn)品。生物所不能生產(chǎn)的產(chǎn)品。 一、菌種的選育一、菌種的選育在大規(guī)模的發(fā)酵生產(chǎn)中，需要將選育出的優(yōu)良菌種經(jīng)過多次擴在大規(guī)模的發(fā)酵生產(chǎn)中，需要將選育出的優(yōu)良菌種經(jīng)過多次擴大培養(yǎng)，讓它們達到一定數(shù)量以后，再進行接種。大培養(yǎng)，讓它們達到一定數(shù)量以后，再進行接種。二、菌種培養(yǎng)基的配制二、菌種培養(yǎng)基的配制培養(yǎng)基是選擇出的菌種生活的環(huán)境，對菌種有多方面的影響，培養(yǎng)基是選擇出的菌種生活的環(huán)境，對菌種有多方面的影響，所以至關重要。一般來說，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復的實驗才所以至

15、關重要。一般來說，培養(yǎng)基的配方要經(jīng)過反復的實驗才能確定。另外，發(fā)酵工程中所用的菌種多要求是純培養(yǎng)的，即能確定。另外，發(fā)酵工程中所用的菌種多要求是純培養(yǎng)的，即整個發(fā)酵過程不能混有雜菌，否則將導致產(chǎn)量大大下降，甚至整個發(fā)酵過程不能混有雜菌，否則將導致產(chǎn)量大大下降，甚至得不到產(chǎn)品。例如，如果青霉素生產(chǎn)過程中污染了雜菌，這些得不到產(chǎn)品。例如，如果青霉素生產(chǎn)過程中污染了雜菌，這些雜菌會分泌青霉素酶，將形成的青霉素分解掉。因此，培養(yǎng)基雜菌會分泌青霉素酶，將形成的青霉素分解掉。因此，培養(yǎng)基和發(fā)酵設備都必須經(jīng)過嚴格的滅菌。和發(fā)酵設備都必須經(jīng)過嚴格的滅菌。三、擴大培養(yǎng)和接種三、擴大培養(yǎng)和接種發(fā)酵過程一般是在發(fā)酵

16、罐內(nèi)進行的，發(fā)酵罐是一種圓柱形發(fā)酵過程一般是在發(fā)酵罐內(nèi)進行的，發(fā)酵罐是一種圓柱形的容器，容量從幾升到幾百萬升，罐上除有通氣、攪拌、的容器，容量從幾升到幾百萬升，罐上除有通氣、攪拌、接種、加料、冷卻等裝置外，還有對溫度、接種、加料、冷卻等裝置外，還有對溫度、pHpH、通氣量與、通氣量與轉速等發(fā)酵條件進行檢測和控制的裝置。轉速等發(fā)酵條件進行檢測和控制的裝置。 發(fā)酵過程中環(huán)境條件的變化，不僅會影響菌種的發(fā)酵過程中環(huán)境條件的變化，不僅會影響菌種的生長繁殖，而且會影響菌種代謝產(chǎn)物的形成。為了使發(fā)酵生長繁殖，而且會影響菌種代謝產(chǎn)物的形成。為了使發(fā)酵過程能順利進行，要隨時取樣，檢測培養(yǎng)液中的細菌數(shù)目、過程能

17、順利進行，要隨時取樣，檢測培養(yǎng)液中的細菌數(shù)目、產(chǎn)物濃度，同時還要及時為發(fā)酵菌提供必需的營養(yǎng)，并嚴產(chǎn)物濃度，同時還要及時為發(fā)酵菌提供必需的營養(yǎng)，并嚴格控制溫度、格控制溫度、pHpH、溶氧、通氣量與轉速等發(fā)酵條件。、溶氧、通氣量與轉速等發(fā)酵條件。四、發(fā)酵過程四、發(fā)酵過程 發(fā)酵結束后，要對發(fā)酵液或生物細胞進行分離和提取精發(fā)酵結束后，要對發(fā)酵液或生物細胞進行分離和提取精制，將發(fā)酵產(chǎn)物制成合乎要求的產(chǎn)品。對發(fā)酵產(chǎn)品的制，將發(fā)酵產(chǎn)物制成合乎要求的產(chǎn)品。對發(fā)酵產(chǎn)品的要求不同，分離提純的方法也相應有些區(qū)別。利用發(fā)要求不同，分離提純的方法也相應有些區(qū)別。利用發(fā)酵工程生產(chǎn)的產(chǎn)品有菌種代謝產(chǎn)物和菌種本身（如酵酵工程

18、生產(chǎn)的產(chǎn)品有菌種代謝產(chǎn)物和菌種本身（如酵母菌和細菌）兩大類，如果產(chǎn)品是菌種，分離方法一母菌和細菌）兩大類，如果產(chǎn)品是菌種，分離方法一般是通過過濾、沉淀從培養(yǎng)液中分離出；如果產(chǎn)品是般是通過過濾、沉淀從培養(yǎng)液中分離出；如果產(chǎn)品是代謝產(chǎn)物，則采用蒸餾、萃取、離子交換等方法提取。代謝產(chǎn)物，則采用蒸餾、萃取、離子交換等方法提取。分離提純后的產(chǎn)品，還要經(jīng)過質(zhì)量檢查合格后，才能分離提純后的產(chǎn)品，還要經(jīng)過質(zhì)量檢查合格后，才能成為正式產(chǎn)品。成為正式產(chǎn)品。 五、分離提純五、分離提純 一、抗生素發(fā)酵生產(chǎn)一、抗生素發(fā)酵生產(chǎn) 抗生素是生物體在生命活動中產(chǎn)生的一種次級代謝產(chǎn)物。這類抗生素是生物體在生命活動中產(chǎn)生的一種次級

19、代謝產(chǎn)物。這類有機物質(zhì)能在低濃度下抑制或殺滅活細胞，這種作用又有很強的有機物質(zhì)能在低濃度下抑制或殺滅活細胞，這種作用又有很強的選擇性。抗生素主要用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)，少數(shù)抗生素也可用化選擇性。抗生素主要用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)，少數(shù)抗生素也可用化學方法合成，人們還對天然得到的抗牛素進行生化或化學改造，學方法合成，人們還對天然得到的抗牛素進行生化或化學改造，使其具有更優(yōu)越的性能，這樣得到的抗生素叫半合成抗生素，其使其具有更優(yōu)越的性能，這樣得到的抗生素叫半合成抗生素，其數(shù)目已達到兩萬多種?？股夭粌H廣泛用于臨床醫(yī)療，而且已經(jīng)數(shù)目已達到兩萬多種?？股夭粌H廣泛用于臨床醫(yī)療，而且已經(jīng)用于農(nóng)業(yè)、畜牧及環(huán)保等領域

20、。用于農(nóng)業(yè)、畜牧及環(huán)保等領域。 青霉素是最早發(fā)現(xiàn)并用于臨床的青霉素是最早發(fā)現(xiàn)并用于臨床的種抗生素，種抗生素，19281928年為英國人年為英國人A . FlemingA . Fleming發(fā)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)，4040年代投入工業(yè)生產(chǎn)。在二戰(zhàn)期間立刻大顯身年代投入工業(yè)生產(chǎn)。在二戰(zhàn)期間立刻大顯身手，它能有效控制傷口的細菌感染，挽救了數(shù)百萬戰(zhàn)爭中受傷者手，它能有效控制傷口的細菌感染，挽救了數(shù)百萬戰(zhàn)爭中受傷者的性命。我們就以青霉素為例簡單介紹抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)過程。的性命。我們就以青霉素為例簡單介紹抗生素的發(fā)酵生產(chǎn)過程。 ( (一一) )青霉素發(fā)酵生產(chǎn)菌株青霉素發(fā)酵生產(chǎn)菌株 最初由弗萊明分離的點青霉，只能產(chǎn)生最

21、初由弗萊明分離的點青霉，只能產(chǎn)生2 U2 Umlml的青霉素。的青霉素。目前全世界用于生產(chǎn)青霉素的高產(chǎn)菌株，大都由菌株目前全世界用于生產(chǎn)青霉素的高產(chǎn)菌株，大都由菌株WisWis Q Q l76(l76(一種產(chǎn)黃青霉一種產(chǎn)黃青霉) )經(jīng)不同改良途徑得到。經(jīng)不同改良途徑得到。7070年代前育種采用年代前育種采用誘變和隨機篩選方法，后來由于原生質(zhì)體融合技術、基因克誘變和隨機篩選方法，后來由于原生質(zhì)體融合技術、基因克隆技術等現(xiàn)代育種技術的應用，青霉素工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)水平已隆技術等現(xiàn)代育種技術的應用，青霉素工業(yè)發(fā)酵生產(chǎn)水平已達達85 000U85 000Umlml以上。青霉素生產(chǎn)菌株一般在真空冷凍干燥狀以上

22、。青霉素生產(chǎn)菌株一般在真空冷凍干燥狀態(tài)下保存其分生孢子，也可以用甘油或乳糖溶劑作懸浮劑，態(tài)下保存其分生孢子，也可以用甘油或乳糖溶劑作懸浮劑，在在7070度冰箱或液氮中保存孢子懸浮液和營養(yǎng)菌絲體。度冰箱或液氮中保存孢子懸浮液和營養(yǎng)菌絲體。( (二二) )青霉素發(fā)酵生產(chǎn)培養(yǎng)基青霉素發(fā)酵生產(chǎn)培養(yǎng)基l1、碳源目前普遍采用淀粉經(jīng)酶水解的葡萄糖糖化液、碳源目前普遍采用淀粉經(jīng)酶水解的葡萄糖糖化液進行流加。進行流加。 l2、氮源可選用玉米漿、花生餅粉、精制棉籽餅粉或、氮源可選用玉米漿、花生餅粉、精制棉籽餅粉或麩質(zhì)粉，并補加無機氮源。麩質(zhì)粉，并補加無機氮源。l 3、前體苯乙酸或苯乙酰胺，由于它們對青霉菌有一、前

23、體苯乙酸或苯乙酰胺，由于它們對青霉菌有一定毒性，故一次加入量不能大于定毒性，故一次加入量不能大于01，并采用多次，并采用多次加入方式。加入方式。l 4、無機鹽、無機鹽 包括硫、磷、鈣、鎂、鉀等鹽類，鐵離子包括硫、磷、鈣、鎂、鉀等鹽類，鐵離子對青霉菌有毒害作用，應嚴格控制發(fā)酵波中鐵含量在對青霉菌有毒害作用，應嚴格控制發(fā)酵波中鐵含量在30ugml以下。以下。( (三三) )青霉素發(fā)酵工藝青霉素發(fā)酵工藝1.1.種子制備種子制備 種子制備階段以生產(chǎn)豐富的孢子（斜面和大米孢種子制備階段以生產(chǎn)豐富的孢子（斜面和大米孢子培養(yǎng)）或大量健壯的菌絲體（種子罐）為目的。子培養(yǎng)）或大量健壯的菌絲體（種子罐）為目的。

24、2.2.發(fā)酵培養(yǎng)發(fā)酵培養(yǎng) 影響青霉素發(fā)酵產(chǎn)率的因素有環(huán)境因素，如影響青霉素發(fā)酵產(chǎn)率的因素有環(huán)境因素，如pH值、溫度、溶氧飽合度、碳氮組份含量等；有生理變量因值、溫度、溶氧飽合度、碳氮組份含量等；有生理變量因素，包括菌絲濃度、菌絲生長速度、菌絲形態(tài)等，對它們素，包括菌絲濃度、菌絲生長速度、菌絲形態(tài)等，對它們都要進行嚴格控制。都要進行嚴格控制。3.3.發(fā)酵后處理發(fā)酵后處理(1)(1)過濾：采用鼓式真空過濾器，過濾前加去乳化劑并降溫過濾：采用鼓式真空過濾器，過濾前加去乳化劑并降溫(2)(2)提煉提煉用溶媒萃取法。將發(fā)酵濾液酸化至用溶媒萃取法。將發(fā)酵濾液酸化至pH 2，加，加1/3體積的體積的醋酸丁酯

25、，混合后以碟片式離心機分離，得一次醋酸丁酯，混合后以碟片式離心機分離，得一次BA提取液。提取液。然后以然后以1.3 % 1.9 %NaHCO3在在pH 6.8 7.1條件下將青條件下將青霉素從霉素從BA中提取到緩沖液中。再調(diào)中提取到緩沖液中。再調(diào)pH至至2.0，將青霉素從，將青霉素從緩沖液再次轉入到緩沖液再次轉入到BA中，方法同上，二次中，方法同上，二次BA提取液。提取液。(3)(3)脫色脫色 在二次在二次B AB A提取液中加活性炭提取液中加活性炭150 150 一一300g300g1010億單位，億單位，脫色、過濾。脫色、過濾。(4)(4)結晶結晶 用丁醇共沸結晶法。將二次用丁醇共沸結晶法

26、。將二次BABA萃取以萃取以0.5 mol/L 0.5 mol/L NaOHNaOH 液萃取，調(diào)液萃取，調(diào)pHpH至至6.4 6.4 6.86.8，得青霉素鈉鹽水濃縮液。，得青霉素鈉鹽水濃縮液。加加3 34 4倍體積的丁醇，在倍體積的丁醇，在16162626，5 510 mmHg10 mmHg下真空蒸餾，下真空蒸餾，將水與丁醇共沸物蒸出，并隨時補加丁醇。當濃縮到原來水將水與丁醇共沸物蒸出，并隨時補加丁醇。當濃縮到原來水濃縮體積，蒸出餾分中含水達濃縮體積，蒸出餾分中含水達2 2 4 4 時，即停止蒸餾。時，即停止蒸餾。 青霉素鈉鹽結晶析出，過濾，將晶體洗滌后進行干燥得青霉素鈉鹽結晶析出，過濾，將

27、晶體洗滌后進行干燥得成品。可在成品?？稍?060，20mmHg20mmHg真空中烘真空中烘16 h16 h，然后磨粉、裝桶。，然后磨粉、裝桶。氨基酸是構成蛋白質(zhì)的基本單位，是人體及動物的重要營養(yǎng)物氨基酸是構成蛋白質(zhì)的基本單位，是人體及動物的重要營養(yǎng)物質(zhì)。谷氨酸是一種重要的氨基酸。我們就以谷氨酸的發(fā)酵生質(zhì)。谷氨酸是一種重要的氨基酸。我們就以谷氨酸的發(fā)酵生產(chǎn)為例簡單介紹一下氨基酸的發(fā)酵生產(chǎn)。產(chǎn)為例簡單介紹一下氨基酸的發(fā)酵生產(chǎn)。( (一一) )谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)的菌種谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)的菌種 谷氨酸酵生產(chǎn)菌種主要有棒狀桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬谷氨酸酵生產(chǎn)菌種主要有棒狀桿菌屬、短桿菌屬、小桿菌屬及節(jié)桿菌屬的

28、細菌。除節(jié)桿菌外，其他三屬中有許多菌種適及節(jié)桿菌屬的細菌。除節(jié)桿菌外，其他三屬中有許多菌種適用于糖質(zhì)原料的谷氨酸發(fā)酵。這些細菌都是需氧微生物，都用于糖質(zhì)原料的谷氨酸發(fā)酵。這些細菌都是需氧微生物，都需要以生物素為生長因子。我國谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)所用菌種有需要以生物素為生長因子。我國谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)所用菌種有北京棒狀桿菌北京棒狀桿菌AS1299AS1299、鈍齒棒狀桿菌、鈍齒棒狀桿菌AS1542AS1542、HU7251HU7251及及73387338、B9B9等。這些菌株的斜面培養(yǎng)一般采用由蛋白胨、牛肉膏、氯等。這些菌株的斜面培養(yǎng)一般采用由蛋白胨、牛肉膏、氯化鈉等組成，化鈉等組成，pHpH為為7.0

29、7.0 7.27.2的瓊脂培養(yǎng)基，的瓊脂培養(yǎng)基，32 32 培養(yǎng)培養(yǎng)24 24 h h，冰箱保存?zhèn)溆?。，冰箱保存?zhèn)溆?。二、氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)二、氨基酸發(fā)酵生產(chǎn)( (二二) )谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)的原料制備谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)的原料制備 谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)以淀粉水解糖為原料。淀粉水解糖的制備一谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)以淀粉水解糖為原料。淀粉水解糖的制備一般有酸水解法和酶水解法兩種。國內(nèi)常用的是淀粉酸水解工般有酸水解法和酶水解法兩種。國內(nèi)常用的是淀粉酸水解工藝藝 。( (三三) )菌種擴大培養(yǎng)菌種擴大培養(yǎng)l（1）一級種子培養(yǎng)采用液體培養(yǎng)基，由葡萄糖、玉米）一級種子培養(yǎng)采用液體培養(yǎng)基，由葡萄糖、玉米漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、

30、硫酸鐵及硫酸錳等組成，漿、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、硫酸鐵及硫酸錳等組成，pH為為6.5 6.8；三角瓶內(nèi)；三角瓶內(nèi)32 振蕩培養(yǎng)振蕩培養(yǎng)12h，貯于，貯于4 冰箱冰箱備用。備用。l（2）二級種子培養(yǎng)培養(yǎng)基除用水解糖代替葡萄糖外，）二級種子培養(yǎng)培養(yǎng)基除用水解糖代替葡萄糖外，其他與一級種子培養(yǎng)基相仿。種子罐內(nèi)其他與一級種子培養(yǎng)基相仿。種子罐內(nèi)32 通氣攪拌培養(yǎng)通氣攪拌培養(yǎng)7 10 h，即可移種或冷卻至，即可移種或冷卻至10 備用。備用。( (四四) )谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn)谷氨酸發(fā)酵生產(chǎn) 發(fā)酵初期，菌體生長遲滯，約發(fā)酵初期，菌體生長遲滯，約2 2 4 h4 h后即進入對數(shù)生長期，后即進入對數(shù)生長期，代謝

31、旺盛，糖耗快，這時必須流加尿素以供給氮源并調(diào)節(jié)培養(yǎng)代謝旺盛，糖耗快，這時必須流加尿素以供給氮源并調(diào)節(jié)培養(yǎng)液的液的pH pH 值至值至7.5 7.5 8.08.0，同時保持溫度為，同時保持溫度為30 30 32 32 。本階。本階段主要是菌體生長，幾乎不產(chǎn)酸，菌體內(nèi)生物素含量由豐富轉段主要是菌體生長，幾乎不產(chǎn)酸，菌體內(nèi)生物素含量由豐富轉為貧乏，時間約為貧乏，時間約12 h12 h。隨后轉入谷氨酸合成階段，此時菌體濃。隨后轉入谷氨酸合成階段，此時菌體濃度基本不變，糖與尿素分解后產(chǎn)生的度基本不變，糖與尿素分解后產(chǎn)生的- - 酮戊二酸和氨主要用酮戊二酸和氨主要用來合成谷氨酸。這一階段應及時流加尿素以提供氨及維持谷氨來合成谷氨酸。這一階段應及時流加尿素以提供氨及維持谷氨酸合成最適酸合成最適pH 7.2 pH 7.2 7.47.4，需大量通氣，并將溫度提高到谷氨，需大量通氣，并將溫度提高到谷氨酸合成最適溫度酸合成最適溫度34 34 37 37 。發(fā)酵后期，菌體衰老，糖耗慢，。發(fā)酵后期，菌體衰老，糖耗慢，殘?zhí)堑停铚p少流加尿素量。當營養(yǎng)物質(zhì)耗盡，谷氨酸濃度不殘?zhí)堑?，需減少流加尿素量。當營養(yǎng)物質(zhì)耗盡，谷氨酸濃度不再增加時，及時放罐，發(fā)酵周期約為再增加時，及時放罐，發(fā)酵周期約為30 h30 h。( (五五) )谷氨酸提取谷氨酸提取 谷氨酸提取有等電點法、離