微生物工程與發(fā)酵課件

微生物制藥與發(fā)酵發(fā)酵工程張金玲10431110731.發(fā)酵的定義和種類1.1發(fā)酵：通過微生物的培養(yǎng)而獲得產(chǎn)物的過程。常常用產(chǎn)物說明，冠以某某發(fā)酵，如青霉素發(fā)酵，維生素發(fā)酵等。發(fā)酵工程按需氧分為好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵。1.2發(fā)酵的種類：1.2.1微生物菌體發(fā)酵微生物菌體發(fā)酵是以獲得微生物菌體為目的，如：面包的酵母發(fā)酵、單細(xì)胞蛋白發(fā)酵（利用各種碳源）、真菌類（各種蘑菇、冬蟲夏草）、生物防治劑（蘇云金桿菌，伴孢晶體可以毒殺鱗翅目、雙翅目害蟲）。②次級(jí)代謝產(chǎn)物：最主要的是抗生素。1.2.4微生物轉(zhuǎn)化發(fā)酵利用微生物的一種或多種酶把一種化合物轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)構(gòu)相關(guān)的更有價(jià)值的產(chǎn)物的生化反應(yīng)為轉(zhuǎn)化發(fā)酵。2.制藥微生物的種類生產(chǎn)藥物的天然微生物主要包括細(xì)菌、放線菌和絲狀真菌三大類。2.1細(xì)菌：主要生產(chǎn)環(huán)狀或鏈狀多肽類抗生素，如芽孢桿菌(Bacillus)產(chǎn)生桿菌肽（bacitracin），多黏芽孢桿菌（Bacilluspolymyxa）產(chǎn)生黏菌肽（colistin）和多黏菌素（polymyxin）。細(xì)菌還可以產(chǎn)生氨基酸和維生素，如黃色短桿菌（Brevibacteriumflarum）產(chǎn)生谷氨酸，大小菌生產(chǎn)維生素C。2.2放線菌：放線菌主要產(chǎn)生各類抗生素，以鏈霉菌屬最多，諾卡菌屬較少，還有小單孢菌屬。生產(chǎn)的抗生素主要有氨基糖苷類（鏈霉素、新霉素、卡那霉素等）、四環(huán)類（四環(huán)素、金霉素、土霉素等）、放線菌素類（放線菌素D）大環(huán)內(nèi)酯類（紅霉素、螺旋霉素、柱晶白霉素）和多烯大環(huán)內(nèi)酯類（制霉菌素、抗滴蟲霉素等）。酸性、堿性和中性，但以堿性為多。2.3真菌：真菌的曲菌屬產(chǎn)生桔霉素，青霉素菌屬產(chǎn)生青霉素和灰黃霉素等，頭孢菌屬產(chǎn)生頭孢霉素等。脂環(huán)芳香類或簡(jiǎn)單的氧雜環(huán)類，多為酸性化合物。3.1菌株選育:菌種選育使青霉素的產(chǎn)量由最初20單位提高到80000單位以上。優(yōu)良菌種應(yīng)該高產(chǎn)、性能穩(wěn)定、容易培養(yǎng)。3.2發(fā)酵:發(fā)酵階段包括孢子制備、種子制備、發(fā)酵培養(yǎng)，是生物加工工程過程。

3.3分離純化:分離純化階段包括發(fā)發(fā)酵液的預(yù)處理與過濾、提取與精制、成品檢驗(yàn)和成品包裝，是化學(xué)分離工程過程。3.3.1發(fā)酵液的預(yù)處理與過濾：使發(fā)酵液中蛋白質(zhì)和雜質(zhì)沉淀，增加過濾流速，使菌絲體從發(fā)酵液中分離出來。如制霉菌素、灰黃霉素、曲古霉素、球紅霉素藥物存在于菌絲中，要從菌體中提取。如果存在于濾液中，澄清濾液，進(jìn)一步提取。4.發(fā)酵過程的主要控制參數(shù)與檢測(cè)4.1物理因素：主要包括溫度、罐壓、攪拌速度（r/min）、空氣流量（v/(v?min)）、料液流量（L/min）等。4.1.1溫度：是指發(fā)酵中的所維持溫度，是重要的參數(shù)，由溫度計(jì)直接讀出。溫度的高低直接關(guān)系到細(xì)胞的酶活性和反應(yīng)速度、培養(yǎng)基中的溶解氧和傳遞速度、菌體的生長(zhǎng)速度和產(chǎn)物合成速度等。4.1.1罐壓：罐體內(nèi)維持正常的壓力。罐壓的測(cè)定是原位傳感，壓力計(jì)上直接讀出。發(fā)酵罐維持正壓防止雜菌侵入，罐壓影響CO2和O2的溶解度，壓力大小對(duì)細(xì)胞本身有影響。4.1.2攪拌速度（r/min）：每分鐘攪拌器的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)。影響氧等氣體在發(fā)酵液中的傳遞速度和發(fā)酵液的均勻程度。攪拌功率（kw）影響液相體積氧傳遞系數(shù)4.1.3空氣流量（v/(v?min)）：每分鐘單位體積發(fā)酵液內(nèi)通入的空氣體積，影響供氧及其他傳遞。由流量計(jì)直接讀出。4.1.4料液流量（L/min）：控制流體進(jìn)料的參數(shù)，用每分鐘進(jìn)入的體積表示。溫度計(jì)、壓力計(jì)、通氣量、攪拌轉(zhuǎn)速（測(cè)速電機(jī)）等均是原位傳感器，安裝在發(fā)酵罐內(nèi)，直接與發(fā)酵液接觸，給出連續(xù)響應(yīng)信號(hào)。4.2化學(xué)參數(shù)：主要包括pH、基質(zhì)濃度、溶解氧濃度、廢氣中氧氣濃度和二氧化碳濃度、產(chǎn)物的濃度等。4.2.1pH：產(chǎn)酸和產(chǎn)堿的生化反應(yīng)的綜合結(jié)果，與菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物合成有關(guān)。4.2.2基質(zhì)濃度：發(fā)酵液中糖、氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的濃度。它們影響細(xì)胞生長(zhǎng)和代謝過程，是提高產(chǎn)物產(chǎn)量的重要調(diào)控手段。4.2.5產(chǎn)物的濃度：在發(fā)酵液中的所含目標(biāo)產(chǎn)物的量，可以用質(zhì)量表示，也可用標(biāo)準(zhǔn)單位表示。如μg/ml,U/ml等。產(chǎn)物量的高低反映了發(fā)酵是否正常，判斷發(fā)酵周期。pH計(jì)、溶氧電極等是原位傳感測(cè)定，基質(zhì)濃度、代謝產(chǎn)物等往往需要人工取樣，離線儀器分析。4.3生