微生物發(fā)酵過程簡介

1、微生物發(fā)酵過程即微生物反應過程，是指由微生物在生長繁殖過程中所引起的生化反應過程。        依據(jù)微生物的種類不同（好氧、厭氧、兼性厭氧），可以分為好氧性發(fā)酵和厭氧性發(fā)酵兩大類。 （1）好氧性發(fā)酵 在發(fā)酵過程中需要不斷地通人肯定量的無菌空氣，如利用黑曲霉進行檸檬酸發(fā)酵、利用棒狀桿菌進行谷氨酸發(fā)酵、利用黃單抱菌進行多糖發(fā)酵等等。 （2）厭氧性發(fā)酵 在發(fā)酵時不需要供應空氣，如乳酸桿菌引起的乳酸發(fā)酵、梭狀芽抱桿菌引起的丙酮、丁醇發(fā)酵等。 （3）兼性發(fā)酵 酵母菌是兼性厭氧微生物，它在缺氧條件下進行厭

2、氣性發(fā)酵積累酒精，而在有氧即通氣條件下則進行好氧性發(fā)酵，大量繁殖菌體細胞。         依據(jù)設備來分，發(fā)酵又可分為敞口發(fā)酵、密閉發(fā)酵、淺盤發(fā)酵和深層發(fā)酵。         一般敞口發(fā)酵應用于繁殖快并進行好氧發(fā)酵的類型，如酵母生產(chǎn)，由于其菌體快速而大量繁殖，可抑制其他雜菌生長。所以敞口發(fā)酵設備要求簡潔。相反，密閉發(fā)酵是在密閉的設備內(nèi)進行，所以設備要求嚴格，工藝也較簡單。淺盤發(fā)酵（表面培育法）是利用淺盤僅裝一薄層培育液，接人菌種后進行表

3、面培育，在液體上面形成一層菌膜。在缺乏通氣設備時，對一些繁殖快的好氧性微生物可利用此法。深層發(fā)酵法是指在液體培育基內(nèi)部（不僅僅在表面）進行的微生物培育過程。         液體深層發(fā)酵是在青霉素等抗生素的生產(chǎn)中進展起來的技術。同其他發(fā)酵方法相比，它具有很多優(yōu)點： 1. 液體懸浮狀態(tài)是很多微生物的最適生長環(huán)境。 2. 在液體中，菌體及養(yǎng)分物、產(chǎn)物（包括熱量）易于集中，使發(fā)酵可在均質或擬均質條件下進行，便于把握，易于擴大生產(chǎn)規(guī)模。 3. 液體輸送便利，易于機械化操作。 4. 廠

4、房面積小，生產(chǎn)效率高，易進行自動化把握，產(chǎn)品質量穩(wěn)定。 5. 產(chǎn)品易于提取、精制等。因而液體深層發(fā)酵在發(fā)酵工業(yè)中被廣泛應用。   4.2.1  工業(yè)生產(chǎn)常用微生物         微生物資源格外豐富，廣布于土壤、水和空氣中，尤以土壤中為最多。有的微生物從自然界中分別出來就能夠被利用，有的需要對分別到的野生菌株進行人工誘變，得到突變株才能被利用。當前發(fā)酵工業(yè)所用菌種的總趨勢是從野生菌轉向變異菌，從自然選育轉向代謝把握育種，從誘發(fā)基因突變轉向基因重組的定向育種。工業(yè)生產(chǎn)上常用的微

5、生物主要是細菌、放線菌、酵母菌和霉菌，由于發(fā)酵工程本身的進展以及遺傳工程的介人，藻類、病毒等也正在逐步地變?yōu)楣I(yè)生產(chǎn)用的微生物。其他微生物有擔子菌、 藻類。   4.2.2 培育基 4.2.2.1  培育基的種類                           培育基是人們供應微生物生

6、長繁殖和生物合成各種代謝產(chǎn)物需要的多種養(yǎng)分物質的混合物。培育基的成分和配比，對微生物的生長、發(fā)育、代謝及產(chǎn)物積累，甚至對發(fā)酵工業(yè)的生產(chǎn)工藝都有很大的影響。依據(jù)其在生產(chǎn)中的用途，可將培育基分成抱子 培育基、種子培育基和發(fā)酵培育基等。 （1）抱子培育基 抱于培育基是供制備泡子用的。 （2）種于培育基 種子培育基是供抱子發(fā)芽和菌體生長繁殖用的。 （3）發(fā)酵培育基 發(fā)酵培育基是供菌體生長繁殖和合成大量代謝產(chǎn)物用的。   4.2.2.2 發(fā)酵培育基的組成         發(fā)酵

7、培育基的組成和配比由于菌種不同。設備和工藝不同以及原料來源和質量不同而有所差別。因此，需要依據(jù)不同要求考慮所用培育基的成分與配比。 但是綜合所用培育基的養(yǎng)分成分，不外乎是碳源（包括用作消泡劑的油類）、氮源、無機鹽類（包括微量元素）、生長因子、水、產(chǎn)物形成的誘導物、前體和促進劑等幾類。   4.2.3   發(fā)酵的一般過程         生物發(fā)酵工藝多種多樣，但基本上包括菌種制備、種子培育、發(fā)酵和提取精制等下游處理幾個過程。以下以霉菌發(fā)酵為例加以說明。   4.2.3

8、.1 菌種         在進行發(fā)酵生產(chǎn)之前，公先必需從自然界分別得到能產(chǎn)生所需產(chǎn)物的菌種，并經(jīng)分別、純化及選育后或是經(jīng)基因工程改造后的"工程菌"才能供應發(fā)酵使用。為了能保持和獲得穩(wěn)定的高產(chǎn)菌株，還需要定期進行菌種純化和育種，篩選出高產(chǎn)量和高質錄的優(yōu)良菌株。   4.2.3.2 種子擴大培育         種子擴大培育是指將保存在砂上管。冷凍干燥管或冰箱中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種，接入

9、試管斜面活化后，再經(jīng)過茄子瓶或搖瓶及種子罐逐級擴大培育而獲得肯定數(shù)量和質量的純種的過程。這些純種培育物稱為種子。         發(fā)酵產(chǎn)物的產(chǎn)量與成品的質量，與菌種性能以及抱于和種子的制備狀況親密相關。先將貯存的菌種進行生長繁殖，以獲得良好的抱子，再用所得的抱子制備足夠量的菌絲體，供發(fā)酵罐發(fā)酵使用。種子制備有不同的方式，有的從搖瓶培育開頭，將所得搖瓶種于液接入到種子罐進行逐級擴大培育，稱為菌絲進罐培育；有的將泡了百接接人種子罐進行擴大培育，稱為抱子進罐培育。接受哪種方式和多少培育級數(shù)，取決于菌種的性質。生產(chǎn)規(guī)模的人

10、小和生產(chǎn)廠藝的特點，種于制備一般使用種于罐，擴人培育級數(shù)通常為二級。對于不產(chǎn)孢子的菌種，經(jīng)試管培育直接得到菌體，再經(jīng)搖瓶培育后即可作為種子罐種子。   4.2.3.3 發(fā)酵         發(fā)酵是微生物合成大量產(chǎn)物的過程，是整個發(fā)酵工程的中心環(huán)節(jié)。它是在無菌狀態(tài)下進行純種培育的過程。因此，所用的培育基和培育設備都必需經(jīng)過滅菌，通人的空氣或中途的補料都是無菌的，轉移種子也要接受無菌接種技術。通常利用飽和蒸汽對培育基進行滅菌，滅菌條件是在120（約0.1 Mpa表壓）維持2030 min?？諝獬鷦t接受介質過濾的方法，可用定期滅菌的干燥介質來阻截流過的空氣中所含的微生物，從而制得無菌空氣。發(fā)酵罐內(nèi)部的代謝變化（菌絲形態(tài)、菌濃、糖、氮含量、pH值，溶氧濃