發(fā)酵過程簡(jiǎn)介和發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室的建立

1、發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)酵過程簡(jiǎn)介和發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室的建立 發(fā)酵的基本內(nèi)容 發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室的基本條件 發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室的公用設(shè)施 生物反應(yīng)器及附屬設(shè)備 發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室的安全性發(fā)酵的基本內(nèi)容 發(fā)酵過程的范圍 發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展過程 發(fā)酵過程的組成部分發(fā)酵過程的范圍 1、微生物物質(zhì) 把生物細(xì)胞或微生物物質(zhì)作為最終產(chǎn)品的發(fā)酵過程（ 如面包酵母） 2、微生物酶 微生物代謝體系中酶的發(fā)酵過程（如淀粉酶、蛋白酶） 3、微生物的中間代謝物 把微生物的代謝產(chǎn)物作為產(chǎn)品的發(fā)酵過程 （如乙醇 谷氨酸 4、轉(zhuǎn)化過程 利用微生物對(duì)某中物質(zhì)進(jìn)行特定修飾的發(fā)酵過程（生產(chǎn)抗生素、類固醇）發(fā)酵工業(yè)的發(fā)展過程發(fā)展階段主要產(chǎn)品容器過程控制培養(yǎng)方法質(zhì)量控制中試

2、設(shè)備菌種篩選第一階段1900年前酒精、醋生產(chǎn)能力達(dá)1500桶的木制容器使用溫度計(jì)、比重計(jì)和熱交換器分批沒有沒有在Carlsberg釀造廠使用純酵母培養(yǎng)物(1896),用優(yōu)質(zhì)醋接種發(fā)酵第二階段19001940年面包酵母，甘油，檸檬酸和丙酮丁醇生產(chǎn)丙酮丁醇能力達(dá)2*105L的鐵質(zhì)容器。用于面包酵母生產(chǎn)的空氣噴霧器。在小型容器中應(yīng)用機(jī)械攪拌PH電極用于離線控制，溫度控制分批和補(bǔ)料系統(tǒng)沒有沒有應(yīng)用純培養(yǎng)技術(shù)第三階段1940年至今青霉素，鏈霉素，其他抗生素，赤霉素，氨基酸，核苷酸，轉(zhuǎn)化作用機(jī)械通氣容器，無菌操作真正的發(fā)酵罐可滅菌的PH和溶氧電極，后被計(jì)算機(jī)化得循環(huán)控制分批和補(bǔ)料分批很常用，連續(xù)培養(yǎng)被引入

3、釀造和一些初級(jí)代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)過程非常重要普遍應(yīng)用突變和篩選程序非常重要第四階段1960年至今用傾和別的儲(chǔ)存物生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白質(zhì)開發(fā)出壓力循環(huán)和壓力噴射容器以克服氣和熱交換問題使用計(jì)算機(jī)連用控制循環(huán)連續(xù)培養(yǎng)+培養(yǎng)基再循環(huán)非常重要非常重要生產(chǎn)菌株的遺傳工程技術(shù)第五階段1979年至今通常微生物不產(chǎn)生的異質(zhì)化合物，如胰島素，干擾素在第3階段和第4階段開發(fā)出來的發(fā)酵罐在第3階段和第4階段發(fā)展起來的控制手段和感應(yīng)器可以是分批，補(bǔ)料分批或連續(xù)非常重要非常重要用基因工程技術(shù)將外源基因引入微生物宿主發(fā)酵過程組成部分種子（斜面） 搖瓶 種子罐 發(fā)酵罐 培養(yǎng)液 細(xì)胞分離 培養(yǎng)基滅菌 無細(xì)胞上清液 產(chǎn)物提取 培養(yǎng)基配置

4、 廢液處理 產(chǎn)物純化 培養(yǎng)基原料 產(chǎn)品包裝發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室的基本條件 建立發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室需要考慮的因素 發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室建立發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室需要考慮的因素 1、運(yùn)行規(guī)模 2、發(fā)酵罐的類型 3、發(fā)酵罐的數(shù)量 4、發(fā)酵過程的特點(diǎn)發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵工程實(shí)驗(yàn)室主要是安裝了一些先進(jìn)裝裝置的微生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室，應(yīng)該設(shè)計(jì)成維持高安全標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)具有最大效率的實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室提供舒適的研究環(huán)境，具有設(shè)計(jì)合理的操作區(qū)。實(shí)驗(yàn)室一般分為三個(gè)區(qū)1、濕地區(qū) 這里安裝所有的發(fā)酵罐、整流裝置、高壓滅菌鍋2、通用實(shí)驗(yàn)室 用于培養(yǎng)基的配置、細(xì)胞干重以及粘度的測(cè)定等操作3、分析區(qū) 用于發(fā)酵液的分析，在一個(gè)裝備良好的實(shí)驗(yàn)室中，分析區(qū)應(yīng)具備如液相色譜（HPL

5、C）、氣相色譜（GLC）、分光光度計(jì)等。分析區(qū)應(yīng)遠(yuǎn)離濕地板區(qū)，以防損壞精密的分析儀器。發(fā)酵區(qū)產(chǎn)生的濕度會(huì)嚴(yán)重影響分析儀器，導(dǎo)致測(cè)量的不準(zhǔn)確甚至完全失靈。發(fā)酵罐和離心機(jī)的振動(dòng)，也可能引起讀數(shù)不準(zhǔn)確，這對(duì)于天平尤為明顯。發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室的公用設(shè)施1、空氣發(fā)酵過程需要向發(fā)酵罐中不斷供給無雜質(zhì)無菌的潔凈空氣，因此需要的空氣壓縮機(jī)必須是無油裝置2、蒸汽發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室中需用蒸汽來對(duì)發(fā)酵罐進(jìn)行滅菌、控制大型發(fā)酵罐的溫度，對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行高溫高壓滅菌等。3、水發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室需用恒定供水，用于維持發(fā)酵罐的運(yùn)行、發(fā)酵產(chǎn)品的下游處理高壓滅菌鍋操作以及樣品的分析等。4、電實(shí)驗(yàn)室需用電來照明和向各種機(jī)械裝置及設(shè)備提供能量。5、氣如果條件

6、允許，天然氣供應(yīng)可通到實(shí)驗(yàn)室，用于一般操作。如二氧化碳、氧氣和校準(zhǔn)氣等專用氣體，通常以壓縮瓶的形式提供。要注意安全，使用時(shí)要帶一些保護(hù)措施。生物反應(yīng)器及附屬設(shè)備 一、發(fā)酵罐 二、附屬設(shè)備一、發(fā)酵罐二、附屬設(shè)備1、高壓滅菌鍋 （臺(tái)式或便攜式滅菌鍋、標(biāo)準(zhǔn)滅菌鍋模式垂直或頂部及前面裝料、大型滅菌鍋）2、一般培養(yǎng)箱、軌道式培養(yǎng)箱、振蕩器3、烘箱（熱空氣烘箱、微波爐）4、泵（微型泵具有固定速度如添加酸、堿、消泡劑，較大泵用于連續(xù)培養(yǎng)或補(bǔ)料分批培養(yǎng)）5、泵管（硅膠管常用、氯丁橡膠用于厭氧）6、連接管及夾子（連接管一般使用硅橡膠管，夾子可以使用各種）7、過濾器 （從空氣中除去顆粒物質(zhì)）8、培養(yǎng)基儲(chǔ)罐9、氣流

7、裝置（氣體的測(cè)量及調(diào)節(jié)、質(zhì)量流量控制器）10、O形環(huán)發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室的安全性發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室的安全工作極為重要，不安全的操作不僅會(huì)出現(xiàn)安全事故，也會(huì)打亂正常的實(shí)驗(yàn)進(jìn)程。因此，實(shí)驗(yàn)室的所以工作人員需要知道并堅(jiān)守良好的實(shí)驗(yàn)室操作規(guī)則，尤其應(yīng)建立定期清洗并檢查裝置的操作規(guī)程。發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室的危險(xiǎn)在某些方面類似于其他實(shí)驗(yàn)室，但許多潛在危險(xiǎn)的程度卻相差很大。發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室的安全性主要有如下幾個(gè)方面一、電的安全性二、化學(xué)的安全性三、微生物的安全性一、電的安全性 發(fā)酵實(shí)驗(yàn)室存在大量的用電設(shè)備，因而存在觸電和失火的危險(xiǎn)。實(shí)驗(yàn)操作人員由于接近水、發(fā)酵液及電力設(shè)備而具有潛在危險(xiǎn)。需要專業(yè)人員定期檢修電力設(shè)備、接地線、插座、電線等，以

8、使實(shí)驗(yàn)室潛在的危險(xiǎn)降低到最低程度。二、化學(xué)的安全性 這涉及多種潛在的或?qū)嶋H的危險(xiǎn)，如苯乙酸、苯氧基乙酸等有毒營(yíng)養(yǎng)成分。實(shí)際操作人員需要知道如何安全低儲(chǔ)存、操作和處置所用的化學(xué)藥品。 另一個(gè)較為普遍的情況與發(fā)酵有關(guān)的是酸或堿液及其他腐蝕性試劑，使用酸堿的時(shí)候要戴手套及安全眼睛。 使用高壓滅菌鍋的時(shí)候，勿將儲(chǔ)罐裝的過滿（不超過總?cè)莘e的2/3）。鍋內(nèi)有腐蝕性材料時(shí)，要及時(shí)通知高壓滅菌鍋操作人員。三、微生物的安全性 多數(shù)情況下，對(duì)微生物進(jìn)行操作時(shí)，微生物對(duì)實(shí)驗(yàn)人員或環(huán)境產(chǎn)生的危害并不大，應(yīng)堅(jiān)守標(biāo)準(zhǔn)的微生物操作。具體為： 1、限制實(shí)驗(yàn)室人員的進(jìn)出 2、每天對(duì)工作區(qū)進(jìn)行消毒，尤其是當(dāng)任何液體噴濺時(shí) 3、對(duì)

9、所有的生物廢水進(jìn)行滅菌 4、使用移液管時(shí)不要用嘴進(jìn)行吸液 5、在試驗(yàn)區(qū)不準(zhǔn)吃、喝、吸煙或用化妝品，不要在實(shí)驗(yàn)室的櫥柜或冰箱里儲(chǔ)存食物等 6、在處理具有毒性的藥劑后或離開實(shí)驗(yàn)室前，要用殺菌肥皂洗手 7轉(zhuǎn)移培養(yǎng)基等時(shí)要盡量減少氣溶膠的形成 8需穿實(shí)驗(yàn)服或微生物工作的專業(yè)服 對(duì)于具有高風(fēng)險(xiǎn)的微生物，操作時(shí)u更需要謹(jǐn)慎。在最終的試驗(yàn)結(jié)果分析中，發(fā)酵罐運(yùn)行人員有責(zé)任查明具有風(fēng)險(xiǎn)的微生物種類，以便在開始工作之前就準(zhǔn)備好合適的安全性措施。切記進(jìn)行微生物的大容積培養(yǎng)時(shí)，會(huì)增加潛在的危險(xiǎn)。 通常發(fā)酵罐需要進(jìn)行通氣及攪拌，這會(huì)形成大量的氣溶膠，因此需要在排氣口安裝一個(gè)防細(xì)菌擴(kuò)散的過濾器。發(fā)酵罐頂部空間正壓運(yùn)行時(shí)，可能迫使微生物從任何泄漏點(diǎn)向外擴(kuò)散。為此，應(yīng)檢查包括管路在內(nèi)的所有發(fā)酵裝置，定期檢查損壞、磨損、破裂及明顯泄漏，并進(jìn)行修理或替換