發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本

如何降低發(fā)酵成本？組員：蘇佳敏、蘇桂萍、黃家偉、張瑚、陳喬喬、馮明潔、陳君洋發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁(yè)!發(fā)酵成本的控制主要方法：一、降低原料成本

①菌種改良

②發(fā)酵工藝改進(jìn)

③選用廉價(jià)原材料二、節(jié)能

①菌種和發(fā)酵工藝改良

②降低通氣成本

③通氣與攪拌的優(yōu)化組合三、提高設(shè)備利用率

①縮短非運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間

②增加菌體濃度

③加大發(fā)酵液收獲體積

發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁(yè)!降低原料成本原料成本是發(fā)酵產(chǎn)品生產(chǎn)中最大的一項(xiàng)成本，因此，我們對(duì)它的控制優(yōu)先予以考慮。戳這里→返回發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁(yè)!菌種改良以降低原材料消耗為目的的菌種改良，就是要獲得能以較少的基質(zhì)投入生產(chǎn)出更多產(chǎn)物的優(yōu)良菌株，提高基質(zhì)至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化得率發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁(yè)!結(jié)果：發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁(yè)!發(fā)酵工藝改進(jìn)發(fā)酵工藝由簡(jiǎn)單的分批發(fā)酵向流加補(bǔ)料分批發(fā)酵的改進(jìn)，對(duì)于發(fā)酵生產(chǎn)成本的降低起到了突出的作用?；|(zhì)的流加在增加發(fā)酵產(chǎn)率的同時(shí)，提高基質(zhì)的利用效率，降低消耗。發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁(yè)!基質(zhì)至產(chǎn)物的實(shí)際轉(zhuǎn)化得率，隨菌體比生長(zhǎng)率的上升而下降，因此，在滿足工藝要求，保持比生產(chǎn)率穩(wěn)定的前提下，應(yīng)當(dāng)盡可能降低菌體比生長(zhǎng)率?？刂票壬L(zhǎng)率的最有效方法是嚴(yán)格控制生長(zhǎng)限制基質(zhì)的流加補(bǔ)料速度，以碳源作為生長(zhǎng)限制基質(zhì)在經(jīng)濟(jì)上是較為合理的。注意哦返回》》》發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁(yè)!例：紅霉素發(fā)酵工藝優(yōu)化對(duì)紅霉素發(fā)酵工藝進(jìn)行優(yōu)化研究。在選用廉價(jià)的A粉和B粉代替原發(fā)酵培養(yǎng)基中的淀粉及部分葡萄糖和豆餅粉，確定了最佳發(fā)酵培養(yǎng)基配方的基礎(chǔ)上，考察了發(fā)酵溫度、pH、接種量、種齡和溶解氧等因素對(duì)紅霉素發(fā)酵的影響，確定了最佳發(fā)酵工藝。發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁(yè)!結(jié)論：發(fā)酵罐批量試驗(yàn)結(jié)果表明，采用A粉和B粉替代或部分替代原工藝中的淀粉及部分葡萄糖和豆餅粉，用于紅霉素發(fā)酵是可行的，通過(guò)工藝優(yōu)化，平均發(fā)酵單位達(dá)6819．3u／ml，比同期生產(chǎn)平均水平5882u／ml提高了15．9％，產(chǎn)品質(zhì)量全部合格，原材料消耗成本可降低26％，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁(yè)!節(jié)能發(fā)酵是一種耗能多的過(guò)程，特別是好氧。它既要使用大量蒸汽于設(shè)備和培養(yǎng)基的滅菌，又要消耗大量電源于通氣，攪拌和制冷，還要使用大量水于設(shè)備的清洗；配料和冷卻。傳送門→返回發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁(yè)!青霉素菌絲形態(tài)，在長(zhǎng)期的菌株改良中

,青霉素產(chǎn)生菌在沉沒培養(yǎng)中分化為主要呈絲狀生長(zhǎng)和結(jié)球生長(zhǎng)兩種形態(tài)。前者由于所有菌絲體都能充分和發(fā)酵液中的基質(zhì)及氧接觸,故一般比生產(chǎn)速率較高；后者則由于發(fā)酵液黏度顯著降低,使氣-液兩相間氧的傳遞速率大大提高,從而允許更多的菌絲生長(zhǎng)

(即臨界菌體濃度較高),發(fā)酵罐體積產(chǎn)率甚至高于前者。

在絲狀菌發(fā)酵中,控制菌絲形態(tài)使其保持適當(dāng)?shù)姆种Ш烷L(zhǎng)度,并避免結(jié)球

,是獲得高產(chǎn)的關(guān)鍵要素之一。而在球狀菌發(fā)酵中,使菌絲球保持適當(dāng)大小和松緊

,并盡量減少游離菌絲的含量,也是充分發(fā)揮其生產(chǎn)能力的關(guān)鍵素之一。這種形態(tài)的控制與糖和氮源的流加狀況及速率、攪拌的剪切強(qiáng)度及比生長(zhǎng)速率密切相關(guān)。返回》》》發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁(yè)!通氣與攪拌的優(yōu)化組合由化學(xué)工程理論得知，輸入發(fā)酵罐的通氣與攪拌功率，只有在適當(dāng)?shù)慕M合下才能發(fā)揮較好的氣、液傳質(zhì)效果。一般來(lái)說(shuō)，要避免采用過(guò)高的通氣量，因?yàn)槟菢訉⒃斐蓴嚢杵髟跉饬髦锌辙D(zhuǎn)，使液體得不到充分?jǐn)嚢瑁瑲怏w和液體不能有效地混合，形成所謂“氣泛”現(xiàn)象，從而顯著降低氣、液傳質(zhì)效果。返回》》》發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁(yè)!縮短非運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間發(fā)酵的非運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間，除了檢修按一定的計(jì)劃進(jìn)行外，其余各項(xiàng)操作占用的時(shí)間都可設(shè)法縮短。發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁(yè)!增加菌體濃度在一定的比生產(chǎn)率下，發(fā)酵產(chǎn)率隨菌體濃度的增加而提高，雖然這種產(chǎn)率的提高是以相應(yīng)增加原材料和攪拌、通氣、冷卻等動(dòng)力消耗為代價(jià)。但由于發(fā)酵罐負(fù)載率及與之相應(yīng)的固定成本效益的提高，發(fā)酵生產(chǎn)成本仍得以降低。返回》》》發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁(yè)!局限性：大量補(bǔ)料對(duì)發(fā)酵液造成的稀釋作用將降低發(fā)酵液中的產(chǎn)物濃度，增加回收工序的負(fù)荷和成本，故應(yīng)當(dāng)進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)核算以確定合適的補(bǔ)料率連續(xù)發(fā)酵雖然能夠進(jìn)一步提高發(fā)酵罐容積利用率和產(chǎn)率，但由于存在回收的發(fā)酵液中產(chǎn)物濃度低以及基質(zhì)至產(chǎn)物的得率低等缺點(diǎn)，故除了菌體與菌體生長(zhǎng)偶聯(lián)的產(chǎn)物這類產(chǎn)率提高幅度較大的物質(zhì)生產(chǎn)過(guò)程外，其他發(fā)酵產(chǎn)品的生產(chǎn)并不經(jīng)濟(jì)而很少采用發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁(yè)!發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁(yè)!結(jié)論：對(duì)黑曲霉菌Co827進(jìn)行復(fù)合誘變后獲得的菌株V73,其主要性能比原菌株有了很大的提高,達(dá)到了選育檸檬酸高產(chǎn)菌株的目的。在生產(chǎn)發(fā)酵工藝條件不用大的改變的前提下（風(fēng)量可以比以前更低）,生產(chǎn)周期縮短、產(chǎn)酸及轉(zhuǎn)化率提高,這不但提高了罐體有效容積的利用率,增加了產(chǎn)量,且節(jié)約了能耗,降低了生產(chǎn)成本,可見對(duì)生產(chǎn)菌種進(jìn)行改良具有重要意義。返回》》》發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁(yè)!葡萄糖流加策略對(duì)基因工程FR一008／殺念菌素衍生物CSl03補(bǔ)料分批發(fā)酵過(guò)程的影響在3．7L發(fā)酵罐上研究了CS103發(fā)酵過(guò)程的最適還原糖維持濃度，發(fā)現(xiàn)初始糖濃度20g/L，發(fā)酵過(guò)程還原糖濃度維持在10g／L時(shí)，CSl03最高產(chǎn)量相比分批發(fā)酵提高了約30％。在此基礎(chǔ)上，選擇性考察了通過(guò)脈沖補(bǔ)料、間歇流加補(bǔ)料和連續(xù)流加補(bǔ)料三種補(bǔ)料方式維持10g／L還原糖濃度對(duì)CSl03發(fā)酵水平的影響，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，連續(xù)流加補(bǔ)料在維持糖濃度的效果上最優(yōu)，CS103產(chǎn)量達(dá)到126．9μg/ml，較分批發(fā)酵和脈沖補(bǔ)料分別提高44％和14％。例：發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁(yè)!選用廉價(jià)原材料在工業(yè)發(fā)酵中，為了降低成本，應(yīng)當(dāng)在不影響產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量的前提下，盡量選用廉價(jià)原材料。一般的說(shuō)，能夠使用工業(yè)級(jí)的決不使用試劑級(jí)：能夠用粗制品時(shí)絕不用精制品發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁(yè)!方法：控制發(fā)酵培養(yǎng)基初始pH6．9、接種量15％，控制發(fā)酵前期溫度31℃～32℃、40h后29℃，控制攪拌180～240r／min、通氣量1：0．8～1．5v／v／rain，使發(fā)酵過(guò)程中溶氧保持在25％以上，并于培養(yǎng)36h后開始補(bǔ)加A粉和B粉，在10噸發(fā)酵罐上連續(xù)試生產(chǎn)6批，結(jié)果見表1。發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁(yè)!必須注意，在考慮原材料選用時(shí)，不能只看絕對(duì)價(jià)格，對(duì)碳能源來(lái)說(shuō)，只有當(dāng)價(jià)格/碳密度比或價(jià)格/能量密度比較低時(shí)，才是真正的廉價(jià)碳能源，對(duì)氮源來(lái)說(shuō)，是要知道其中的可發(fā)酵性氮含量，以價(jià)格/氮含量比低者較為經(jīng)濟(jì)。

在選用原材料時(shí)，除了注重發(fā)酵效果、價(jià)格、有效成分含量、雜質(zhì)影響等因素外，還應(yīng)當(dāng)考慮價(jià)格和供應(yīng)的穩(wěn)定性，運(yùn)輸、儲(chǔ)存、預(yù)處理費(fèi)用及安全性，溶液的流變學(xué)性質(zhì)及表面張力等。返回》》》發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁(yè)!菌種和發(fā)酵工藝改進(jìn)方法：

(1)提高基質(zhì)至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化得率，可使氧至產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率也相應(yīng)提高(2)從形態(tài)上改良菌株，也是降低發(fā)酵過(guò)程中能源消耗的一個(gè)重要途徑。發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁(yè)!降低通氣成本通氣成本一般占好氧發(fā)酵動(dòng)力成本的半數(shù)以上。選用節(jié)能型空氣壓縮機(jī)和壓力降較低的空氣過(guò)濾器，按溶氧水平在發(fā)酵的不同階段控制不同的通氣量，對(duì)降低通氣成本有一定積極意義。

小規(guī)模供氣一般選用螺旋式壓縮機(jī)較為經(jīng)濟(jì)，大型工廠應(yīng)當(dāng)采用大容量離心式壓縮機(jī)

空氣通過(guò)過(guò)濾器要產(chǎn)生壓力降，過(guò)高的壓力降影響空氣壓縮機(jī)的出力和進(jìn)入發(fā)酵罐的空氣流量，為了滿足發(fā)酵對(duì)空氣的要求，就必須降低空氣壓力降，如加上纖維膜；微孔膜過(guò)濾器或介質(zhì)薄層。但是，空氣壓力降并不是越低越經(jīng)濟(jì)，因?yàn)榻档蛪毫当仨氃黾舆^(guò)濾面積，加大設(shè)備投資成本。返回》》》發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第23頁(yè)!提高設(shè)備利用率提高設(shè)備利用率可以在增產(chǎn)的同時(shí)增加固定成本效益，減少產(chǎn)品成本中的固定成本含量，從而降低產(chǎn)品成本。對(duì)于發(fā)酵工廠來(lái)說(shuō)，設(shè)備利用率主要指發(fā)酵罐的利用率，它的提高可以通過(guò)縮短非運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、增加菌體濃度、加大放罐體積等方法來(lái)實(shí)現(xiàn)施主，回頭是岸戳這里→返回》》》發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁(yè)!主要措施有：①盡量加大放料管徑，或加裝放料泵，以加快放料流速，縮短放罐時(shí)間②發(fā)酵罐內(nèi)壁盡量拋光，清除不易清洗的死角，放罐后用高壓水槍清洗，或在一段時(shí)間內(nèi)不經(jīng)清洗即投料③培養(yǎng)基采用連續(xù)滅菌方法，可縮短發(fā)酵罐配料、滅菌、冷卻占用的時(shí)間④當(dāng)發(fā)酵過(guò)程中的產(chǎn)出/投入比未明顯下降時(shí)，可盡量延長(zhǎng)發(fā)酵周期，以縮短發(fā)酵罐總的非運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間⑤當(dāng)生產(chǎn)菌體或與菌體生長(zhǎng)偶聯(lián)的發(fā)酵產(chǎn)物時(shí)，可采用連續(xù)發(fā)酵法，使發(fā)酵罐的非運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間大大縮短返回》》》發(fā)酵工藝學(xué)降低發(fā)酵成本共27頁(yè)，您現(xiàn)在瀏覽的是第25頁(yè)!加大發(fā)酵液收獲體積發(fā)酵中間補(bǔ)料，特別是連續(xù)流加補(bǔ)料，在提高發(fā)酵單位的同時(shí)還顯著增加收獲的發(fā)酵液