(完整版)發(fā)酵原理及工藝

2019發(fā)酵原理與工藝紅霉素發(fā)酵題綱發(fā)酵基礎知識

發(fā)酵的影響因素及其控制紅霉素發(fā)酵工藝

第一部分發(fā)酵基礎知識PART01發(fā)酵基礎知識發(fā)酵是通過對微生物（或動植物細胞）進行大規(guī)模的生長培養(yǎng)，使之發(fā)生化學變化和生理變化，從而產(chǎn)生和積累大量人們所需要的發(fā)酵代謝產(chǎn)物過程。工業(yè)發(fā)酵：工業(yè)生產(chǎn)中把一切依靠微生物的生命活動而實現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)均稱為“發(fā)酵”?，F(xiàn)代發(fā)酵工程：除了使用微生物外，還可以用動植物細胞和酶，也可以用人工構建的“工程菌”來進行發(fā)酵；反應設備也不只是常規(guī)的發(fā)酵罐，而是各種各樣的生物反應器，自動化連續(xù)化程度高，使發(fā)酵水平在原有基礎上有所提高和創(chuàng)新。一、發(fā)酵的概念二、發(fā)酵生產(chǎn)基本流程培養(yǎng)基投料溶解移入發(fā)酵罐定容調(diào)節(jié)滅菌前pH值高壓蒸汽滅菌降溫至培養(yǎng)溫度種子液移入調(diào)節(jié)空氣流量、攪拌速度、罐頂壓至規(guī)定值，開始發(fā)酵三、發(fā)酵的幾個基本要素消毒與滅菌微生物培養(yǎng)基無菌操作（一）微生物1.微生物分類非細胞型（病毒）細胞型原核微生物（細菌、藍細菌、放線菌、衣原體、支原體、立克次體等）真核微生物（真菌、原生動物、藻類）細胞型原核微生物（細菌、藍細菌、放線菌、衣原體、支原體、立克次體等）微生物：是一類肉眼看不見，有一定形態(tài)結構，能在適

宜環(huán)境中生長繁殖的細小生物的總稱。2.菌落：由一個細菌局限于一處生長繁殖后形成的具有一定形

態(tài)特征的子細菌群落細菌菌落在固定培養(yǎng)基的培養(yǎng)特征一般從以下方面描述（1）大?。?）邊緣形狀（3）隆起度（4）表面狀態(tài)（5）表面光澤（6）表面質(zhì)地（7）表面形狀每一種細菌在一定條件下形成固定的菌落特征。不同種或同種在不同的培養(yǎng)條件下，菌落特征是不同的。這些特征對菌種識別、鑒定有一定意義。幾種細菌菌落幾種放線菌菌落A

諾爾斯氏鏈霉菌B

皮疽諾卡氏菌C

酒紅指孢囊菌D

游動放線菌E

小單孢菌F

皺雙孢馬杜拉放線菌CBAFED原生動物藻類酵母菌曲霉屬真核微生物包括真菌（霉菌、酵母菌）、藻類和原生動物D大腸桿菌噬菌體H柑橘速衰病毒A煙草花葉病毒B馬鈴薯卷葉病毒C.SARS病毒F甲流病毒G狂犬病病毒細菌的特殊形態(tài)—芽孢某些細菌生長到一定時期，由細胞脫水縮合形成的一個圓形或橢圓形、厚壁、含水量極低、抗逆性極強的休眠體，稱為芽孢（偶譯“內(nèi)生孢子”）。芽孢是生物界抗逆性最強的生命體，是否能消滅芽孢是衡量各種消毒滅菌手段的最重要指標。芽孢是細菌的休眠體，在適宜的條件下可重新轉變成營養(yǎng)態(tài)細胞；產(chǎn)芽孢細菌的保藏多用其芽孢。產(chǎn)芽孢的細菌多為桿菌，也有一些球菌。芽孢的有無、形態(tài)、大小和著生位置是細菌分類和鑒定中的重要指標。芽孢與營養(yǎng)細胞相比化學組成存在較大差異，容易在光學顯微鏡下觀察。（相差顯微鏡直接觀察；芽孢染色）細菌的一般培養(yǎng)條件一般細菌可在有氧條件下，37℃、最適pH6.5～7.5，放18～24小時生長。厭氧菌則需在無氧環(huán)境中放2～3天后生長。個別細菌如結核菌要培養(yǎng)1個月之久。放線菌的一般培養(yǎng)條件放線菌中除致病類型外，一般為需氧菌，生長的最適溫度為28-30℃，最適PH為7.5-8.0，培養(yǎng)時間一般2-3天或更長。真菌的一般培養(yǎng)條件真菌培養(yǎng)的最適溫度為28-30℃，最適PH為7.２-7.4，培養(yǎng)時間一般３-４天或更長。4.微生物的大小細菌的大小測量單位是um，需用光學顯微鏡放大才能看到1米=103毫米=106微米=109納米5.微生物的分布在人類及其它高等生物難以存活的環(huán)境中有些微生物仍可存活，土壤中最多18腸粘膜上分布的細菌皮膚、毛發(fā)中的細菌微生物既是人類的敵人，更是人類的朋友！時時刻刻與微生物“共舞”

6.是禍？是

福？鼠疫艾滋病少數(shù)微生物是人類的敵人，可以導致病害、霉變等埃博拉病毒防止或消除有害微生物微生物是自然界物質(zhì)循環(huán)的關鍵環(huán)節(jié)：固氮、分解；體內(nèi)的正常菌群是人及動物健康的基本保證幫助消化、提供必需的營養(yǎng)物質(zhì)、組成生理屏障微生物可以為我們提供很多有用的物質(zhì)

有機酸、酶、各種藥物、疫苗、奶酪、啤酒、醬油等。另外，在醫(yī)藥領域，各種抗生素的制備廣泛利用微生物的提取物作為生產(chǎn)原料基因工程為代表的現(xiàn)代生物技術充分利用有益的微生物資源微生物是人類的朋友利用預防接種方法（疫苗）防病。

狂犬病疫苗、卡介苗1901年諾貝爾獎，馮·貝林（德國）——血清療法防治白喉，破傷風。

1951年諾貝爾獎，M.蒂勒（南非）——黃熱病疫苗。抗生素應用：1928年弗萊明發(fā)現(xiàn)青霉素(或音譯盤尼西林)，1940年開始應用真菌等生物產(chǎn)生的抗生素來治療疾病。

1952年，瓦克斯曼（美國）——鏈霉素，第一種有效的結核病菌抗生素（1952年諾貝爾獎）（1945年諾貝爾獎）25（二）培養(yǎng)基1.培養(yǎng)基概念：是人工配制的，適合微生物生長繁殖或產(chǎn)生代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。

無論是以微生物為材料的研究，還是利用微生物生產(chǎn)生物制品，都必須進行培養(yǎng)基的配制，它是微生物學研究和微生物發(fā)酵生產(chǎn)的基礎。

水

是微生物生長所必不可少的。

碳源

在微生物生長過程中能為微生物提供碳素來源的物質(zhì)稱為碳源。

氮源

能被用來構成菌體物質(zhì)中或代謝產(chǎn)物中氮素來源的營養(yǎng)物質(zhì)稱為氮源。

能源

能為微生物的生命活動提供最初能量來源的營養(yǎng)物或輻射能。

無機鹽

礦質(zhì)元素也是微生物生長所不可缺少的營養(yǎng)物質(zhì)。

根據(jù)微生物對礦質(zhì)元素需要量大小可以把它分成大量元素和微量元素。

大量元素：Na、K、Mg、Ca、S、P等。

微量元素：鋅、錳、鈉、氯、鉬、硒、鈷、銅、鎢、鎳、硼等。

生長因子

通常指那些微生物生長所必需而且需要量很小，但微生物自身不能

合成的或合成量不足以滿足機體生長需要的有機化合物。2.微生物需要的營養(yǎng)物質(zhì)（培養(yǎng)基通用成份）按成分不同劃分（1）天然培養(yǎng)基——牛肉膏、蛋白胨、酵母膏、麥芽汁、玉米粉、牛奶等（2）合成培養(yǎng)基——葡萄糖銨鹽培養(yǎng)基、高氏一號培養(yǎng)基、蔡氏培養(yǎng)基（3）復合培養(yǎng)基——PDA、PSA等根據(jù)物理狀態(tài)劃分（1）固體培養(yǎng)基——凝固劑：瓊脂、明膠、硅膠（2）半固體培養(yǎng)——加少量瓊脂（3）液體培養(yǎng)基——絕大多數(shù)發(fā)酵培養(yǎng)基都采用液體培養(yǎng)基按用途劃分（1）基礎培養(yǎng)基——牛肉膏、蛋白胨培養(yǎng)基是最基礎的培養(yǎng)基（2）加富培養(yǎng)基——特殊營養(yǎng)物質(zhì)：血液、血清、酵母浸膏、動植物提取液（3）鑒別培養(yǎng)基——用于鑒別不同類型微生物的培養(yǎng)基（4）選擇培養(yǎng)基——根據(jù)微生物特殊營養(yǎng)要求而設計的培養(yǎng)基3.培養(yǎng)基的類型及應用（1）選擇適宜的營養(yǎng)物質(zhì)（2）營養(yǎng)物質(zhì)濃度及配比合適（3）物理化學條件適宜（4）經(jīng)濟節(jié)約（5）滅菌處理培養(yǎng)基的選定——培養(yǎng)基各成分的稱取——取定量蒸餾水加熱20—30min溶解——調(diào)整pH值——引流裝瓶及試管——包扎滅菌——保存4.培養(yǎng)基的配制原則及流程（三）消毒與滅菌微生物控制殺滅抑制徹底殺滅--滅菌部分殺滅--消毒抑制寄主體內(nèi)病原菌--化療溶菌殺菌抑制微生物生長--防腐滅菌——應用物理或化學技術殺死或除去物品上或環(huán)境中的所有微生物的方法。（殺死繁殖體和芽孢）消毒——應用物理或化學技術殺死物體上或環(huán)境中絕大多數(shù)微生物(特別是病原微生物)。防腐——利用某種物理、化學因素完全抑制微生物生長與繁殖的方法除菌——利用過濾等技術除去液體或空氣中存在的微生物的方法無菌——沒有具有生命力的微生物存在，描述物品的狀態(tài)溶菌——微生物死亡并溶解的現(xiàn)象化療——利用某些具有選擇毒性的化學藥物或抗生素對生物體的深部感染進

行治療，可以有效的消除寄主體內(nèi)的病原菌

滅菌方法：物理滅菌法和化學滅菌法

1）物理滅菌法熱滅菌法——干熱滅菌、濕熱滅菌輻射滅菌法——紫外線、電離輻射、微波和超聲波濾過除菌法——除菌濾器、適用物品其他：超聲波（機制：裂解細菌、主要用于粉碎細胞、提取抗原）、干燥與低溫抑菌1.滅菌方法常用的物理方法是高溫滅菌（消毒）法（1）熱滅菌法干熱滅菌巴氏消毒法——低溫62℃30min即可，如牛奶、醬油、果汁、酒干熱空氣滅菌法——加熱160—170℃,2h（玻璃器皿、陶瓷）濕熱滅菌煮沸消毒法——水煮100℃，5min，如注射器、毛巾、解剖用具間歇滅菌法——反復多次流動蒸汽間歇加熱滅菌高壓蒸汽滅菌法——最有效的濕熱滅菌法121℃，15—20min連續(xù)加壓滅菌法——加熱135—140℃,5—15s,用于大規(guī)模加工廠灼燒滅菌法——直接用火焰滅菌（如接種環(huán)、試管口、三角瓶口手提式滅菌鍋臥式滅菌鍋干熱滅菌箱干熱滅菌箱（2）過濾除菌技術過濾除菌法——是指將含菌的液體或氣體通過一個稱作細菌濾器的裝置，使雜菌受到機械阻力而留在濾器或濾板上，從而達到除去雜菌的目的。常用于不宜加熱的液體物質(zhì)，如：抗生素、血清、疫苗、毒素、維生素、糖類溶液等。優(yōu)點：不破壞液體中各種物質(zhì)的化學成分缺點：比細菌還小的病毒、支原體、衣原體仍留在液體中（3）輻射滅菌法輻射滅菌法紫外線波長：210—300nm,機理：干擾DNA的復制與轉錄特點：穿透力差，具有光復活現(xiàn)象，暗復活作用作用：空氣消毒、表面消毒、誘變育種包括：γ射線（電子束，適用薄、密度低的物料）

β射線（同位素滅菌法）機理：產(chǎn)生游離基，破壞DNA特點：穿透力強、被滅菌物體溫度變化小，適用于醫(yī)用塑料制品和食品消毒電離輻射機理：高熱導致微生物死亡，快速高效

適用于熱不穩(wěn)定者微波、超聲波2）化學消毒技術凝固蛋白消毒劑——氯化鈉、石灰酸類——鹽酸、乳酸溶解蛋白消毒劑——漂白粉、氯胺—T(氯亞明)、二氯異氰尿酸鈉、過氧乙酸、

高錳酸鉀——季銨鹽類，如新潔爾滅、消毒寧——福爾馬林、戊二醛、環(huán)氧乙烷——碘伏、洗必泰酚類——酚、來蘇兒、六氯酚，對皮膚有一定的刺激醇類——乙醇氧化蛋白類消毒劑陽離子表面活性劑烷基化消毒劑其他常用的消毒劑無菌操作目的：保證待檢物品不被環(huán)境中微生物污染；防止被檢微生物在操作中污染環(huán)境或感染操作人員。無菌操作技術：指在微生物實驗工作中，控制或防止各類微生物的污染及其干擾的一系列操作方法和有關措施。2.無菌操作（1）無菌室的結構：應有更衣間、緩沖間、操作間應有良好的通風條件，安裝空調(diào)設備及過濾設備無菌室1）無菌環(huán)境的要求與保持（2）無菌室的消毒和防污染無菌室內(nèi)空氣測試應基本達到無菌；每日（使用前）紫外線照射（1~2小時）；每周用甲醛、乳酸、過氧乙酸熏蒸（2小時）；每月用新潔爾滅擦拭地面和墻壁一次的方式進行消毒；定期作實驗室沉降菌計數(shù)，以檢查無菌室微生物生長繁殖動態(tài)。定期檢查無菌環(huán)境的空氣是否符合規(guī)定；用紫外線滅菌處理30~60min；檢查無菌器材是否完備；實驗人員進入無菌室前先用肥皂洗手，然后用75％酒精棉球將手擦干凈；緩沖室內(nèi)換上洗凈并經(jīng)紫外線燈照射過的工作衣、帽、鞋。（3）進入無菌室前的準備工作滅菌器材：玻璃器皿、培養(yǎng)基、無菌衣等；

消毒器材：接種試管、無菌室內(nèi)的凳子、試管架、天平、工作臺等；2）無菌器材準備在操作中不應有大幅度或快速的動作；使用玻璃器皿應輕取輕放；在火焰上方操作；接種用具在使用前、后都必須灼燒滅菌；在接種培養(yǎng)物時動作應輕、準。不能用嘴直接吸吹吸管；帶有菌液的吸管、玻片等器材應及時置于盛有5%來蘇爾溶液的消毒桶內(nèi)消毒。3）實驗室無菌操作要求實際生產(chǎn)中，對環(huán)境、設備、管線、物料、人員等均有控菌要求千方百計避免雜菌污染無菌操作案例1.無菌技術除了用來防止實驗室的培養(yǎng)物被其他外來微生物污染外，還有什么目的？2.請你判斷以下材料或用具是否需要消毒或滅菌。如果需要，請選擇合適的方法。（1）培養(yǎng)細菌用的培養(yǎng)基與培養(yǎng)皿（2）玻棒、試管、燒瓶和吸管（3）實驗操作者的雙手答：無菌技術還能有效避免操作者自身被微生物感染。答：（1）、（2）需要滅菌；（3）需要消毒。旁欄思考四、發(fā)酵的分類發(fā)酵原料糖類物質(zhì)發(fā)酵石油發(fā)酵廢水發(fā)酵發(fā)酵產(chǎn)物氨基酸發(fā)酵有機酸發(fā)酵抗生素發(fā)酵酒精發(fā)酵維生素發(fā)酵發(fā)酵形式固態(tài)發(fā)酵液體深層發(fā)酵發(fā)酵工藝流程分批發(fā)酵流加發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵需氧情況厭氧發(fā)酵通風發(fā)酵微生物發(fā)酵的三種主要操作方式分批發(fā)酵：準封閉式，種子接種到培養(yǎng)基后除了氣體流通外發(fā)酵液始終留在反應器內(nèi)，一次加料一次放料。補料分批發(fā)酵：在分批發(fā)酵過程中補入新鮮料液，只有輸入無輸出，又稱流加發(fā)酵。常用，紅霉素發(fā)酵用此法半連續(xù)式發(fā)酵：菌體和培養(yǎng)液一起裝入發(fā)酵罐，每隔一定時間取出部分發(fā)酵培養(yǎng)物（帶放），同時補充同等數(shù)量的新培養(yǎng)基，然后繼續(xù)培養(yǎng)至發(fā)酵結束放出全部發(fā)酵液。連續(xù)發(fā)酵：一邊補入新鮮料液，一邊以相近的流速放料，維持發(fā)酵液原來的體積。發(fā)酵方式優(yōu)點缺點適用范圍案例分批發(fā)酵周期短；產(chǎn)品易掌握；不易發(fā)生染菌；條件變化或需要生產(chǎn)新產(chǎn)品時易改變處理對策；對原料組成要求較粗放發(fā)酵前后期基質(zhì)濃度變化大，不利于細胞生長和代謝。對基質(zhì)濃度敏感的產(chǎn)物或次級代謝產(chǎn)物不適合用此法脂肪酶流加發(fā)酵避免高濃度產(chǎn)物和底物的抑制作用，同時防止后期養(yǎng)分不足而限制菌體生長；降低發(fā)酵液濃度，增加溶氧發(fā)酵液體積不斷增加，受發(fā)酵罐操作容積限制發(fā)酵周期較短的發(fā)酵過程紅霉素連續(xù)發(fā)酵產(chǎn)率、生產(chǎn)質(zhì)量、生產(chǎn)能力、穩(wěn)定性、設備利用率、易于實現(xiàn)自動化方面較好；可不斷收獲產(chǎn)物，提高菌體密度染雜菌機會多，細胞已發(fā)生變異和退化生產(chǎn)能力大，微生物變異小，酶活穩(wěn)定，產(chǎn)品需連續(xù)處理的工業(yè)體系，僅限于純培養(yǎng)要求不高的情況污水處理酒精發(fā)酵藥用酵母飼料酵母面包酵母微生物發(fā)酵產(chǎn)品的類型：1）以菌體為產(chǎn)品：如酵母、作為人類或動物的食物的微生物細胞(單細胞蛋白質(zhì))；2）以微生物的酶為產(chǎn)品：如廣泛用于食品加工、纖維脫漿、葡萄糖生產(chǎn)的淀粉酶，澄清果汁、精煉植物纖維的果膠酶，在皮革加工、飼料添加劑等方面用途廣泛的蛋白酶等；3）以微生物的代謝產(chǎn)物為產(chǎn)品：①初級代謝產(chǎn)物-微生物通過代謝活動所產(chǎn)生的、自身生長和繁殖所必需的物質(zhì)，如氨基酸、核苷酸、多糖、脂類、維生素等。不同種類微生物細胞初級代謝產(chǎn)物種類基本相同。初級代謝產(chǎn)物的合成在不停地進行著，任何一種產(chǎn)物合成發(fā)生障礙都會影響微生物正常生命活動；②次級代謝產(chǎn)物-微生物生長到一定階段才產(chǎn)生的化學結構十分復雜、對該微生物無明顯生理功能或并非是微生物生長和繁殖必需的物質(zhì)，如抗生素、毒素、激素、色素等。不同種類的微生物所產(chǎn)生的次級代謝產(chǎn)物不相同，它們可能積累在細胞內(nèi)，也可能排到外界環(huán)境中。4）將一個化合物經(jīng)過發(fā)酵改造化學結構--生物轉化過程：如將乙醇用微生物轉化成乙酸，利用生物轉化過程生產(chǎn)甾體、手性藥物、抗生素和前列腺素等。次級代謝發(fā)酵原理當微生物生長到一定階段，由于營養(yǎng)減少和有害代謝物積累，使比生長速率下降趨零。為了維持生存，微生物體觸發(fā)有關次級代謝基因，產(chǎn)生次級代謝產(chǎn)物，以取得環(huán)境競爭優(yōu)勢，保存自身。遲滯期對數(shù)期平臺期衰亡期發(fā)酵周期生長期生產(chǎn)期微生物1.分類2.菌落3.純培養(yǎng)4.大小5.分布6.禍福培養(yǎng)基1.概念2.通用成份3.類別4.配制滅菌與無菌操作1.滅菌方法2.無菌操作

第二部分發(fā)酵的影響因素及其控制PART02發(fā)酵的影響因素及其控制影響發(fā)酵過程的因素有培養(yǎng)基、菌體的質(zhì)量及濃度、溫度、pH值、溶氧量、二氧化碳、加料方式、泡沫、壓力、攪拌、產(chǎn)物濃度和發(fā)酵時間等。一、培養(yǎng)基對發(fā)酵的影響及其控制

C源、N源、礦物鹽、生長因子、促進劑、前體物質(zhì)1.碳源碳源用于提供微生物能量來源、構建細胞和形成產(chǎn)物。

碳源包括單糖、雙糖、多糖、天然復合物、油脂、低級醇烴等，如葡萄糖、蔗糖、淀粉、面粉、豆油、甘油等。

當培養(yǎng)基中碳源達到5%以上就形成高滲透壓溶液，影響發(fā)酵。同時在一定濃度下碳源會阻遏產(chǎn)物合成酶，形成碳分解代謝物阻遏（阻遏效應）。種類：葡萄糖優(yōu)點：

吸收快，利用快，能迅速參加代謝合

成菌體和產(chǎn)生能量缺點：

有些品種產(chǎn)生分解產(chǎn)物阻遏效應。迅速利用的碳源緩慢利用的碳源種類：淀粉、乳糖、蔗糖、麥芽糖、玉米油優(yōu)點：不易產(chǎn)生分解產(chǎn)物阻遏效應

有利于延長次級代謝產(chǎn)物的分泌期缺點：溶解度低，發(fā)酵液粘度大發(fā)酵工業(yè)中常采用含迅速利用的碳源和緩慢利用的碳源的混合碳源。迅速利用的碳源滿足菌體生長的消耗；緩慢利用的碳源，滿足產(chǎn)物合成，可延長合成期，提高產(chǎn)量，并可解除葡萄糖效應（阻遏效應）。在發(fā)酵過程中，補加糖類控制碳源濃度。（液糖）2.氮源氮源是微生物蛋白質(zhì)和其他含氮有機物的來源，也參與形成含氮產(chǎn)物。

氮源包括無機氮源和有機氮源，如銨鹽、硝酸鹽、玉米漿粉、蛋白胨等。

無機氮中的銨離子及有機氮通過降解得到的銨離子也有阻遏產(chǎn)物合成酶的性質(zhì)。種類：氨水、銨鹽和玉米漿優(yōu)點：易被菌體利用，明顯促進菌體生長缺點：

對于有些品種高濃度的銨離子抑制產(chǎn)

物合成迅速利用的氮源緩慢利用的氮源種類：黃豆餅粉、花生餅粉、棉子餅粉優(yōu)點：利用緩慢，有利于延長次級代謝產(chǎn)物的分泌期。防止早衰。缺點：溶解度低，發(fā)酵液粘度大。發(fā)酵工業(yè)中常采用含迅速利用的氮源和緩慢利用的氮源的混合氮源。迅速利用的氮源促進菌體生長繁殖；緩慢利用的氮源，滿足產(chǎn)物合成，可延長合成期，延緩自溶期。發(fā)酵過程中，通過控制基礎培養(yǎng)基中氮源的配比和補加氮源來調(diào)控氮源濃度。（氨水、硫酸銨）3.礦物鹽磷酸鹽、鎂鹽、鈣鹽是微生物能量代謝和生長的參與因素。

鋅、鐵、鉬、鈷等是微生物所需要的微量元素。碳酸鈣可以調(diào)節(jié)發(fā)酵液pH，但鹽濃度達到一定程度則成為生長抑制和產(chǎn)抗調(diào)節(jié)因素。一般在基礎培養(yǎng)基中采用適宜濃度

對于初級代謝產(chǎn)物，磷酸鹽濃度采用足量

對于次級代謝產(chǎn)物，磷酸鹽濃度采用生長亞適量一般磷酸鹽采用單消，防止發(fā)生沉淀反應使溶磷量達不到最適量要控制有機氮源中的磷含量，以防溶磷量超過最適量當菌體生長緩慢時，可適當補加適量的磷，促進菌體生長如：磷酸鹽的調(diào)控磷酸鹽能明顯促進產(chǎn)生菌的生長（0.32-300mM/L）對于次級代謝產(chǎn)物，高濃度的磷酸鹽能抑制產(chǎn)物合成（10mM/L以下）5.產(chǎn)物促進劑非細胞生長所必須的營養(yǎng)物，又非前體，但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。4.生長因子

許多微生物生長需要它們所不能合成的生長因子，如特殊氨基酸、維生素、生物素、嘌呤等。一般在天然復合物（如酵母粉、玉米漿）中有存在，但有時也必須單獨添加以保證需要。

促進劑提高產(chǎn)量的機制還不完全清楚，其原因是多方面的（機理不詳）。有些促進劑本身是酶的誘導物；有些促進劑是表面活性劑，可改善細胞的透性，改善細胞與氧的接觸從而促進酶的分泌與生產(chǎn)；也有人認為表面活性劑對酶的表面失活有保護作用；有些促進劑的作用是沉淀或螯合有害的重金屬離子。6.前體物質(zhì)次級代謝產(chǎn)物的合成往往需要特定化學結構物質(zhì)作為反應起始物。這些物質(zhì)雖然也能夠通過微生物代謝合成得到，但如果予以人為添加則可以有效減少限制，促進產(chǎn)物合成。

加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中的能夠直接被微生物在生物合成過程中結合到產(chǎn)物分子中去而自身結構沒有顯著變化的一類小分子物質(zhì)。

如青霉素發(fā)酵中添加苯乙酸，紅霉素發(fā)酵中添加正丙醇，達托霉素發(fā)酵中添加癸酸，雷帕霉素、環(huán)孢菌素等添加特定氨基酸，效價可以提高好幾倍。前體一般都有毒性，濃度過大對菌體的生長不利。如苯乙酸，一般基礎料中僅僅添加0.07%，癸酸必須培養(yǎng)15h后加入。前體添加過多，容易引起揮發(fā)和氧化，分解等。因此，使用過程中，常采用流加方法，有利于提高前體的轉化率。（正丙醇）

在產(chǎn)物的生物合成過程中，被菌體直接用于產(chǎn)物合成而自身結構無顯著改變的物質(zhì)。產(chǎn)品前體產(chǎn)品前體青霉素G青霉素V金霉素灰黃霉素紅霉素達托霉素苯乙酸苯氧乙酸氯化物氯化物正丙醇癸酸核黃素類胡蘿卜素L-異亮氨酸L-色氨酸L-絲氨酸西索霉素丙酸鹽β-紫羅酮

-氨基丁酸鄰氨基苯甲酸甘氨酸蛋氨酸二、培養(yǎng)條件對發(fā)酵的影響及其控制溫度、pH、溶氧、滅菌條件、剪切力1.溫度溫度影響微生物酶系的活力，這些酶分別決定微生物的初級代謝生長和次級代謝產(chǎn)抗。不同微生物菌種的生長溫度不一樣，而生長和產(chǎn)抗階段的最適溫度也有差異。發(fā)酵溫度的設計要綜合考慮能源消耗、發(fā)酵周期、穩(wěn)定培養(yǎng)和產(chǎn)率水平因素，必要時可考慮變溫培養(yǎng)。

菌名 生長溫度 發(fā)酵溫度 累積產(chǎn)物溫度鏈球乳桿菌 34 40 產(chǎn)細胞：25~30

產(chǎn)乳酸：30

紅色糖多孢菌 34 30~35 _青霉菌 30 25 20發(fā)酵液的溫度變化受生物熱、攪拌熱、蒸發(fā)熱、輻射熱和顯熱的影響用公式表示為：Q發(fā)酵＝Q生物+Q攪拌－Q蒸發(fā)－Q輻射－Q顯生物熱：是菌體在生長繁殖過程中產(chǎn)生的熱能，來自菌體的分解代謝攪拌熱：攪拌器轉動引起的液體之間和液體與設備之間的摩擦所產(chǎn)生的熱量蒸發(fā)熱：空氣進入發(fā)酵罐，與醪液充分混合，引起水分蒸所需的熱能顯熱：水分蒸發(fā)、進氣和廢氣排出因溫度差異所帶走的部分熱能輻射熱：發(fā)酵罐外壁與大氣間的溫度差異使發(fā)酵罐中的部分熱能通過罐體向大

氣輻射的熱能生產(chǎn)中，溫度的控制是采用冷卻水通入發(fā)酵罐的蛇管或夾套中熱交換保持恒溫發(fā)酵的2.pHpH對微生物的影響，主要也是作用于酶，對營養(yǎng)利用和細胞結構也有重要影響。

無控制的條件下，pH呈現(xiàn)如下變化規(guī)律：有機氮分解，形成大量NH4+NH4+消耗利用碳源消耗產(chǎn)生有機酸菌體老化，進入鳥氨酸循環(huán)形成大量NH4+菌體二次生長pH調(diào)節(jié)首要在基礎培養(yǎng)基的設計，如生理酸堿性物質(zhì)的搭配、緩沖體系的設計等。另外可以加入外源性的酸堿物質(zhì)進行調(diào)控，如鹽酸、氨水等。在流補體系中，往往通過葡萄糖和氨水的流加平衡pH，同時也兼具營養(yǎng)補充功能。同一種微生物在其不同的生長階段和不同的生理生化過程中，對pH值的要求也不同。舉例：Aspergillusniger在pH2~2.5范圍時有利于合成檸檬酸，當在pH2.5~6.5范圍內(nèi)時以菌體生長為主，而在pH7.0時，則以合成草酸為主。

丙酮丁醇梭菌在pH5.5~7.0范圍時，以菌體生長為主，而在pH4.3~5.3范圍內(nèi)才進行丙酮丁醇發(fā)酵。微生物 生長最適pH 合成抗生素最適pH灰色鏈霉菌 6.3~6.9 6.7~7.3紅霉素鏈霉菌 6.6~7.0 6.8~7.3產(chǎn)黃青霉 6.5~7.2 6.2~6.8金霉素鏈霉菌 6.1~6.6 5.9~6.3龜裂鏈霉菌 6.0~6.6 5.8~6.1灰黃青霉 6.4~7.0 6.2~6.53.溶氧工業(yè)微生物大都為好氧微生物，氧的供應和利用影響初級生長和次級代謝。氧的溶解度僅為6.4mg/L，工業(yè)發(fā)酵中，將無菌空氣通入培養(yǎng)基，通過攪拌槳分散氣體以實現(xiàn)有效利用，同時維持一定罐頂壓以增大氧的溶解度。反映氧的供給和利用情況的數(shù)值包括：DO溶解氧、OUR攝氧率、Kla氧傳遞速率等，可通過溶氧電極、發(fā)酵尾氣分析儀等獲得。生長和產(chǎn)抗往往有不同的氧需求。通過調(diào)節(jié)通氣量、攪拌速率、罐壓可以有效控制和保證氧的供給。而發(fā)酵黏度、泡沫等因素往往導致氧利用的惡化，需要警惕和控制。谷氨酸發(fā)酵時，通氣不足會積累大量乳酸和琥珀酸天氡酰胺酶發(fā)酵，前期為好氣培養(yǎng)，后期為厭氧培養(yǎng)，產(chǎn)酶能力會大大提高4.滅菌條件發(fā)酵罐和培養(yǎng)基滅菌是無菌培養(yǎng)的必要前提，同時也導致營養(yǎng)損失和毒性物質(zhì)積累。因此對于敏感菌種往往需要對部分養(yǎng)分單獨滅菌，以降低影響。但是這些影響因素往往會成為控制生長、調(diào)節(jié)微生物產(chǎn)抗的必要因素。通過滅菌溫度、時間的調(diào)整來控制微生物發(fā)酵也是常用的手段。

5.剪切力發(fā)酵生產(chǎn)培養(yǎng)中，攪拌促進氧的分散利用，但槳葉尖端末速形成的剪切力也會損傷菌體，造成菌體斷裂破碎，進而導致二次生長、黏度提高、菌種變異等情況，使發(fā)酵惡化。對于剪切，可以篩選耐剪切力菌種，提高菌種抵抗能力。在設備上也可以選擇低剪切、高分散效率的攪拌槳，如軸流推進式槳葉。三、泡沫對發(fā)酵的影響及其控制1.泡沫的性質(zhì)

泡沫是氣體被分散在少量液體中的膠體體系。

分散相是無菌空氣和代謝氣體，連續(xù)相是發(fā)酵液。分類發(fā)酵液液面上的泡沫出現(xiàn)在粘稠的菌絲發(fā)酵液當中的泡沫（又稱流態(tài)泡沫）起因由外界引進的氣流被機械地分散形成發(fā)酵過程中產(chǎn)生的氣體聚結生成（發(fā)酵泡沫）2.泡沫對發(fā)酵的影響①使發(fā)酵液的裝料系數(shù)減少，一般為0.7左右；②大量的泡沫易造成逃液，增加污染雜菌的機會；③泡沫的持久存在影響著微生物對氧的吸收，妨礙二氧化碳的排除，因而破

壞其生理代謝的正常進行；④增加了菌群的非均一性；⑤消泡劑的加入影響發(fā)酵或下游提取工作的困難。3.泡沫的消除和控制機械消泡法化學消泡法--消泡劑

消泡劑消泡機理：①消泡劑的表面張力比較低，使氣泡局部的表面張力降低，力的平衡破壞，導致泡沫破裂；②如果泡沫的表層帶有極性的表面活性物質(zhì)形成雙電層時，可以加入一種具有相反電荷的表面活性劑，以降低泡沫的機械強度；或加入某些具有強極性的物質(zhì)與發(fā)泡物質(zhì)爭奪液膜上的空間，降低液膜強度，使泡沫破碎。③如果泡沫液膜的表面粘度較大，可加些分子內(nèi)聚力較小的物質(zhì)，以降低液膜的表面粘度，使液膜的液體流失，使泡沫破碎。

常用消泡劑的種類天然油脂類（碳源）：玉米油、豆油、棉子油、米糠油、豬油、魚油等聚醚類：如聚氧丙烯甘油（GP）和聚氧乙烯氧丙稀甘油（又稱泡敵，GPE）高級醇類：最常用的是十八醇、聚二醇硅酮類：這類消泡劑主要是聚二甲基硅氧烷及其衍生物消泡劑使用的注意事項不能用量過大細密地擴散到泡沫效果好加入土溫-80具有增效作用多種消泡劑并用4.泡沫的檢測和控制最簡單的檢測是定時在發(fā)酵罐視孔上，觀察泡沫產(chǎn)生情況，發(fā)現(xiàn)泡沫持續(xù)上升時，開啟消泡劑貯罐的閥門，流加少量消泡劑，使泡沫消失即可。也可在罐內(nèi)頂部裝液位儀與控制儀表連結，用以控制消泡貯率閥門的開啟。當泡沫上升接觸探頭頂端時產(chǎn)生的信號，通過控制裝置，指令打開泵開關或閥門，自動加入消泡劑，泡沫消失，信號也隨之消失，閥門關閉。四、其他因素對發(fā)酵的影響及其控制

1.種子質(zhì)量的影響（健壯均一、足夠數(shù)量、縮短遲滯期）

2.設備的影響良好可靠的發(fā)酵設備是發(fā)酵生產(chǎn)的必要因素。設備對于發(fā)酵生產(chǎn)的負面影響表現(xiàn)如：軸封磨損、管路接頭縫隙、過濾器失效導致染菌問題；攪拌不平衡導致罐體震動，影響供氧；開關閥門動作失靈導致溫度、pH控制不穩(wěn)等等。

3.人員操作的影響人員操作是發(fā)酵生產(chǎn)控制的重要因素,對發(fā)酵生產(chǎn)各環(huán)節(jié)都有決定性影響。只有嚴格按照操作規(guī)程操作，才能避免由于粗略和錯誤的影響。

4.環(huán)境因素環(huán)境因素往往導致發(fā)酵水平的季節(jié)性波動。如環(huán)境空氣的溫濕度會使無菌空氣的溫濕度有差異，導致培養(yǎng)體積隨時間的增減，影響發(fā)酵環(huán)境。五、發(fā)酵終點的判斷1.發(fā)酵的評價指標發(fā)酵產(chǎn)率：單位體積的產(chǎn)物含量g/L

發(fā)酵總億：發(fā)酵液中產(chǎn)物總產(chǎn)量十億單位/kg

發(fā)酵系數(shù)：產(chǎn)物總產(chǎn)量/總發(fā)酵體積*總發(fā)酵時間kg/m3*h

發(fā)酵成本：發(fā)酵(原料+動力+人員+其他)成本/總產(chǎn)量元/kg

2.終點判斷標準發(fā)酵終點的判斷主要從技術和經(jīng)濟指標兩方面來衡量。技術上需要尋找發(fā)酵總億與發(fā)酵系數(shù)的平衡點。當總億增加，發(fā)酵系數(shù)卻趨低時即應考慮放罐。同時從分離角度考慮，一方面殘余營養(yǎng)物要盡量減少，另一方面菌體自溶不能大量出現(xiàn)。此外，一旦難分離雜質(zhì)組分有升高趨勢，也將影響分離得率和總的成本。從經(jīng)濟角度考慮，發(fā)酵終點應處于最低發(fā)酵成本位置，但同時也應兼顧分離提取需要。

第三部分紅霉素發(fā)酵工藝PART03制藥學訓工場01紅霉素發(fā)酵車間03阿奇霉素車間04中央控制室02紅霉素提取車間1無菌壓縮空氣的準備3補料的準備2培養(yǎng)基的準備4種子的擴大培養(yǎng)紅霉素發(fā)酵液發(fā)酵5紅霉素發(fā)酵車間紅霉素提取車間1陶瓷膜微濾3納濾膜濃縮2樹脂脫色4粗品結晶成品三合一5粗品三合一萃取成品結晶回收一、紅霉素簡介二、紅霉素發(fā)酵工藝1.無菌壓縮空氣制備2.培養(yǎng)基制備3.補料的制備4.種子擴大培養(yǎng)5.發(fā)酵一.紅霉素簡介紅霉素為大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，抗菌譜與青霉素相似但略廣。對G+菌有強大抗菌作用，百日咳桿菌對其較敏感；是1952年從紅色糖多孢菌的培養(yǎng)液中分離出來的一種抗生素，其主要成分為紅霉素A及其鹽類。紅霉素為白色或類白色的結晶或粉末；無臭，味苦；微有引濕性。在甲醇、乙醇、丙酮、醋酸丁酯中易溶，在水中極微溶解。理化性質(zhì)藥理作用

本品為大環(huán)內(nèi)酯類抗生素，抗菌譜與青霉素近似，對革蘭陽性菌，如葡萄球菌、化膿性鏈球菌、綠色鏈球菌、肺炎鏈球菌、糞鏈球菌、溶血性鏈球菌、梭狀芽孢桿菌、白喉桿菌、炭疽桿菌等有強的抑制作用。對革蘭陰性菌，如淋球菌、螺旋桿菌、百日咳桿菌、布氏桿菌、軍團菌、腦膜炎雙球菌以及流感嗜血桿菌、擬桿菌、部分痢疾桿菌及大腸桿菌等也有一定的抑制作用。

此外，對支原體、放線菌、螺旋體、立克次體、衣原體、奴卡菌、少數(shù)分枝桿菌和阿米巴原蟲有抑制作用。金黃色葡萄球菌對本品易耐藥。作用機制主要是與核糖核蛋白體的50S亞單位相結合，抑制肽?；D移酶，影響核糖核蛋白體的移位過程，妨礙肽鏈增長，抑制細菌蛋白質(zhì)的合成，系抑菌劑。適應癥

適用于支原體肺炎、沙眼衣原體引起的新生兒結膜炎、嬰兒肺炎、生殖泌尿道感染（包括非淋病性尿道炎）、軍團菌病、白喉（輔助治療）及白喉帶菌者、皮膚軟組織感染、百日咳、敏感菌（流感桿菌、肺炎球菌、溶血性鏈球菌、葡萄球菌等）引起的呼吸道感染（包括肺炎）、鏈球菌咽峽炎、李斯德菌感染、風濕熱的長期預防及心內(nèi)膜炎的預防、空腸彎曲菌腸炎，以及淋病、梅毒、痤瘡等。

臨床上主要用于耐青霉素的金黃色葡萄球菌感染及對青霉素過敏的金黃色葡萄球菌感染。亦用于溶血性鏈球菌及肺炎球菌所致的呼吸道、軍團菌肺炎、支原體肺炎、皮膚軟組織等感染，此外，對白喉病人，以本品及白喉抗毒素聯(lián)用則療效顯著。副作用

1）胃腸道反應，可有惡心、嘔吐、腹痛及腹瀉，反應與劑量大小有關。

2）過敏反應，可有蕁麻疹及藥物熱。

3）可引起肝臟損害，如血清丙氨酸氨基轉移酶升高，出現(xiàn)黃疸等。

4）靜注或靜滴乳糖酸紅霉素可引起血栓性靜脈炎，靜注發(fā)生的可能性較多。肌注局部刺激性大，可引起疼痛及硬結，因此不宜肌注。幾種代表藥品紅霉素眼藥膏羅紅霉素紅霉素紅霉素軟膏琥乙紅霉素紅霉素腸溶膠囊二.紅霉素發(fā)酵工藝紅霉素發(fā)酵定義：生理狀況穩(wěn)定、活力強、能夠迅速生長的紅色鏈霉菌、紅色鏈霉菌菌絲體、紅色鏈霉菌孢子在一定的工藝條件下，以流加發(fā)酵的方式進行發(fā)酵生產(chǎn)，最終得到產(chǎn)物紅霉素。1無菌壓縮空氣的準備3補料的準備2培養(yǎng)基的準備4種子的擴大培養(yǎng)紅霉素發(fā)酵液發(fā)酵5（1）物料攪拌：使之均勻，提高利用率（2）物料傳輸?shù)膭恿Γ嚎繅毫Σ睿?）為發(fā)酵或種子培養(yǎng)提供氧氣：經(jīng)濟實惠1.無菌壓縮空氣用途（一）無菌壓縮空氣制備2.無菌壓縮空氣制備原理潔凈壓縮空氣的制備壓縮空氣的滅菌除菌方法：加熱滅菌、電除塵滅菌、介質(zhì)過濾除菌。加熱滅菌：利用蒸汽、電和空氣壓縮機產(chǎn)生的熱量維持一段時間達到滅菌的目的；電除塵滅菌：空氣中帶有一定動能的粒子向強電場運動被電極吸附，達到除菌的目的；介質(zhì)過濾除菌：空氣經(jīng)過高溫滅菌的介質(zhì)過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質(zhì)層中，達到除菌的目的。紅霉素生產(chǎn)中空氣除菌采用加熱滅菌和介質(zhì)過濾除菌相結合的方法，其中介質(zhì)過濾除菌，必須保持過濾介質(zhì)處于干燥狀態(tài)。空氣前置高效過濾器一級壓縮一級冷卻二級壓縮絲網(wǎng)捕集器二級冷卻捕集0.5um以下的顆?；覊m及各種懸浮物總過濾器伴熱P:80KPa45℃P:220KPa30℃油水分離33-35℃壓縮空氣管網(wǎng)過濾穩(wěn)定氣壓（1）壓縮空氣制備3.無菌壓縮空氣制備工藝吹掃后更換濾芯安裝濾芯1高效過濾器中效過濾器壓縮空氣P:215KPaF:100-120Nm3/h濾芯滅菌濾芯滅菌2蒸汽過濾器蒸汽高效過濾器降溫降壓P:220KPaP:218KPaP:216KPaT:30mint:135

℃空氣滅菌P:30KPat:30-35

℃高效過濾器中效過濾器壓縮空氣空氣滅菌3（2）壓縮空氣的滅菌（除菌）4.無菌壓縮空氣制備主要設備（1）空氣過濾器（2）離心式壓縮機（3）列管式換熱器（壓縮機一級、二級冷卻器）（4）絲網(wǎng)捕集器（5）蒸汽過濾器（1）空氣過濾器組成濾芯殼體分類初效中效高效作用過濾5μm及以上粒徑的塵埃粒子捕集1-5um的顆?；覊m及各種懸浮物捕集0.5um以下的顆?；覊m及各種懸浮物材質(zhì)無紡布；尼龍網(wǎng)無紡布；玻璃纖維玻璃纖維；化纖類原理攔截慣性和擴散靜電作用化學過濾（2）離心式壓縮機離心式壓縮機是依靠動能的變化來提高氣體壓力的空氣壓縮設備原理：由葉輪帶動氣體做高速旋轉，使氣體產(chǎn)生離心力，使氣體獲得動能，氣體進入定子后，將速度能量轉換成所需的壓力。動畫操作程序及注意事項（3）列管換熱器工作過程動畫（4）絲網(wǎng)捕集器絲網(wǎng)捕集器用于分離壓縮空氣中夾帶的液滴，以保證壓縮空氣的質(zhì)量，可有效去除3--5um的霧滴。結構組成：由絲網(wǎng)、絲網(wǎng)格柵組成絲網(wǎng)塊和固定絲網(wǎng)塊的支承裝置構成，絲網(wǎng)為各種材質(zhì)的氣液過濾網(wǎng)，氣液過濾網(wǎng)是由金屬絲或非金屬絲組成。其組成結構與工作過程如下圖：（5）蒸汽過濾器

蒸汽過濾器是利用蒸汽的高溫來實現(xiàn)殺菌效果，可過濾蒸汽、空氣、水、油液等多種介質(zhì)，保證過濾后介質(zhì)的清潔性。

蒸汽過濾器具備良好的耐高溫能力、耐腐蝕能力和耐銹蝕能力。

它的濾芯是由不銹鋼粉末真空燒結而成，或由五層不銹鋼絲網(wǎng)經(jīng)疊加、真空燒結而成。具有耐高溫能力、耐腐蝕能力和耐銹蝕能力。（二）培養(yǎng)基制備培養(yǎng)基：供菌種生長、繁殖和合成產(chǎn)物之用。它既要使種子接種后能迅速生長，達到一定的菌絲濃度，又要使長好的菌體能迅速合成產(chǎn)物營養(yǎng)成分：所有發(fā)酵培養(yǎng)基都必須提供微生物生長繁殖和產(chǎn)物合成所需的碳源、氮源、無機元素、生長因子、水和氧氣等。大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)中還必須重視培養(yǎng)基原料的價格和來源。種子培養(yǎng)基：孢子發(fā)芽、生長和菌體繁殖的基礎，使細胞迅速進行分裂和菌絲快速的生長，為發(fā)酵生產(chǎn)培養(yǎng)出強壯、健康、活性高的有益發(fā)酵菌群。滿足菌體生長。必須有較完全和豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，特別需要充足的氮源和生長因子；各種營養(yǎng)物質(zhì)的濃度不能太高；成分與發(fā)酵培養(yǎng)基的主要成分相近。發(fā)酵培養(yǎng)基：發(fā)酵產(chǎn)生目標產(chǎn)物的基礎，它不僅耗用大量的原材料，而且也是決定發(fā)酵生產(chǎn)成功與否的重要因素。滿足大生產(chǎn)中大量菌體生長和繁殖以及代謝產(chǎn)物積累。提供的營養(yǎng)成分必須滿足細胞生長，代謝活動和合成產(chǎn)物所需的基本要求；除含有菌體生長所必須的營養(yǎng)物外，還要有產(chǎn)物所需的特定元素、前體物質(zhì)和促進劑等；主成分與其他成分的配比要使發(fā)酵生產(chǎn)有利于目標產(chǎn)物的產(chǎn)生。1.紅霉素種子培養(yǎng)基制備工藝項目單位參數(shù)攪拌轉速r/min

加熱溫度℃60～70pH值

5.5原料玉米漿、固體物料、液體物料固體物料玉米淀粉、葡萄糖、黃豆餅粉、氯化鈉、硫酸銨、碳酸鈣液體物料玉米油、消沫劑、一次水紅霉素種子培養(yǎng)基工藝條件工藝過程：來自槽車的玉米漿壓入玉米漿貯罐，經(jīng)離心泵打入計量罐，通過計量后加入種子培養(yǎng)基配制罐；固體物料經(jīng)稱量后加入培養(yǎng)基配制罐；液體物料經(jīng)計量后加入配制罐。在配制罐內(nèi)上述物料及一次水經(jīng)攪拌混合均勻、調(diào)節(jié)溫度和pH值等參數(shù)進行種子培養(yǎng)基的配制。配制合格的培養(yǎng)基經(jīng)離心泵打入種子罐經(jīng)實罐滅菌后用于種子培養(yǎng)。紅霉素發(fā)酵培養(yǎng)基工藝條件項目單位參數(shù)攪拌轉速r/min

加熱溫度℃60～70PH值

5.2～5.6原料玉米漿、固體物料、液體物料固體物料玉米淀粉、黃豆餅粉、硫酸銨、氯化鈷、碳酸鈣液體物料玉米油、消沫劑、一次水2.紅霉素發(fā)酵培養(yǎng)基制備工藝工藝過程：來自槽車的玉米漿壓入玉米漿貯罐內(nèi)，經(jīng)離心泵打入計量罐，通過計量后加入發(fā)酵培養(yǎng)基配制罐；固體物料經(jīng)稱量后加入培養(yǎng)基配制罐；液體物料經(jīng)計量后加入配制罐。在配制罐內(nèi)上述物料及一次水經(jīng)攪拌混合均勻、調(diào)節(jié)溫度和pH值等參數(shù)進行發(fā)酵培養(yǎng)基的配制。配制合格的培養(yǎng)基經(jīng)離心泵打入發(fā)酵罐經(jīng)實罐滅菌后用于發(fā)酵生產(chǎn)。備料種子培養(yǎng)基配置種子罐實消種子培養(yǎng)25℃60-70℃pH：5.5120-123℃p：120-130KPaT:40min固體物料：蔗糖、硫酸銨、碳酸鈣。液體物料：玉米油、消沫劑備料發(fā)酵培養(yǎng)基配置發(fā)酵罐實消發(fā)酵25℃60-70℃pH：5.2-5.6120-123℃p：120-130KPaT:40min固體物料：麩質(zhì)粉、硫酸銨、磷酸二氫鉀、氫氧化鈣、碳酸鈣。液體物料：玉米油、消沫劑種子培養(yǎng)基制備發(fā)酵培養(yǎng)基制備培養(yǎng)基和發(fā)酵設備的滅菌方法實罐滅菌（實消）空罐滅菌（空消）連續(xù)滅菌（連消）過濾器及管道滅菌3.主要設備（1）貯罐：貯存物料（2）計量罐：對物料進行有效的計量和控制（3）配制罐：配制培養(yǎng)基，不需滅菌（4）種子罐：種子培養(yǎng)（5）發(fā)酵罐：發(fā)酵（6）離心泵：物料輸送計量罐：采用液位計、超聲波檢測儀、壓力測量儀等檢測儀器測量物料在容器中高低差，計算出物料儲存量，根據(jù)生產(chǎn)工藝和技術要求，取得檢測儀器得到的物料高低位差信號，通過信號放大自動控制物料進出口執(zhí)行部件（如泵、閥等），對物料進行有效的計量和控制。發(fā)酵罐：工業(yè)上用來進行微生物發(fā)酵的裝置。主體一般用不銹鋼板制成的立式圓筒；結構嚴密，合理；能耐受蒸汽滅菌；有一定操作彈性；內(nèi)部附件盡量減少（避免死角）；物料與能量傳遞性能強；便于清洗、減少污染。1.電動機

2.減速器

3.可視鏡

4.消沫裝置5.冷卻管6.攪拌器

7.聯(lián)軸器

8.擋板

9.空氣分布器

10.夾套罐體：發(fā)酵罐的主體，罐頂接有進料管、補料管、排氣管、接種管和壓力表接管；罐身上接有冷卻水進出管、進空氣管、取樣管、溫度計管和測控儀表接口。攪拌器：打碎氣泡，使空氣與溶液接觸均勻，使氧溶解于發(fā)酵液中。罐內(nèi)壁：通常有4到6塊擋板，用來改變液流的方向，促使液體劇烈翻動，增加溶解氧?？諝夥植计鳎捍等霟o菌空氣，并使空氣均勻分布。減速器：將電動機的回轉數(shù)減速到所要的回轉數(shù)。聯(lián)軸器：對軸進行固定，防止擺動，同時又不影響轉動。消沫裝置：消除泡沫穩(wěn)定發(fā)酵的作用。夾套與冷卻管：穩(wěn)定罐內(nèi)物料溫度的裝置。攪拌裝置是反應器的關鍵部件，由攪拌軸和攪拌電機組成。物料充分混合、增強物料分子碰撞、加快反應速率、強化傳質(zhì)與傳熱效果、促進化學反應。

補料是發(fā)酵過程中補入的新鮮料液，用以克服營養(yǎng)不足而導致發(fā)酵過早結束的缺點?？梢跃S持低的基質(zhì)濃度，避免快速利用碳源的阻遏效應；通過補料控制達到最佳的生長和產(chǎn)物合成條件；穩(wěn)定最佳生產(chǎn)工藝、發(fā)酵基質(zhì)和緩沖液等。最常見的流加物料是糖等能源和碳源物質(zhì)、氨水等用來控制發(fā)酵液pH的物質(zhì)。

（三）補料的制備紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)中主要的補料五種：正丙醇溶液：實罐滅菌硫酸銨溶液：實罐滅菌消

泡

劑：實罐滅菌液

糖：系統(tǒng)空消+物料連消氨

水：系統(tǒng)空消+氨水過濾除菌正丙醇的制備無菌空氣準備1實罐滅菌2正丙醇的使用3正丙醇蒸汽正丙醇的使用正丙醇無菌計量罐P：100-150KPa;T:121℃;t:30min降溫至35℃①物料攪拌；②物料輸送。工藝過程：正丙醇在配制罐內(nèi)加水配成50％溶液，用蒸汽加熱升溫。合格正丙醇經(jīng)管道過濾器過濾后，由離心泵打入正丙醇無菌計量罐，在無菌計量罐內(nèi)經(jīng)實罐滅菌后，靠高效過濾的壓縮空氣壓入發(fā)酵罐計量杯，用于紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)。工藝條件：濃度50%、溫度60℃～70℃、無菌計量（實罐滅菌）、無菌壓縮空氣輸送用于紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)。硫酸銨的制備無菌空氣準備1實罐滅菌2硫酸銨的使用3硫酸銨蒸汽硫酸銨的使用硫酸銨無菌計量罐P：100-150KPa;T:121℃;t:30min降溫至35℃①物料攪拌；②物料輸送。工藝過程：固體硫酸銨在配制罐內(nèi)加水配成15%溶液；蒸汽加熱升溫；合格的硫銨溶液經(jīng)管道過濾器過濾后由離心泵打入硫酸銨無菌計量罐，在無菌計量罐內(nèi)經(jīng)實罐滅菌后，靠高效過濾的壓縮空氣壓入發(fā)酵罐計量杯，用于紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)。工藝條件：濃度15%、蒸汽加熱溫度：60℃～70℃、無菌計量（實罐滅菌）、無菌壓縮空氣輸送用于紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)。消泡劑的制備無菌空氣準備1實罐滅菌2消泡劑的使用3消泡劑儲罐蒸汽消泡劑的使用消泡劑無菌計量罐P：100-150KPa;T:121℃;t:40min降溫至35℃①物料攪拌；②物料輸送。工藝過程：來自槽車的玉米油壓入消沫劑貯罐，從罐口加入一定量泡敵等其它類型的化學消泡劑，制成復合型消泡劑，由離心泵打入消泡劑無菌罐，在無菌罐內(nèi)經(jīng)實罐滅菌后，靠高效過濾的壓縮空氣壓入已空消滅菌的消泡劑計量罐，計量罐內(nèi)的消泡劑依靠高效過濾的壓縮空氣壓入發(fā)酵罐控制紅霉素發(fā)酵過程中泡沫層的高度。工藝條件：原料是玉米油、泡敵等化學消泡劑；消泡劑無菌罐儲存（實罐滅菌、泵輸送）；無菌計量（實罐滅菌）、無菌壓縮空氣輸送控制紅霉素發(fā)酵過程中泡沫層的高度。液糖的制備無菌空氣準備1液糖系統(tǒng)空消滅菌2物料連續(xù)滅菌34無菌液糖使用蒸汽聯(lián)消塔維持罐消后計量罐P：200-300KPa;T:121℃;t:10minP：100-150KPa;T:121℃;t:30minP：280KPa;T:132℃;t:10min蒸汽聯(lián)消塔維持罐消后計量罐T:35-40℃液糖200-400KPa蒸汽升溫：80-90℃

工藝過程：來自槽車的液糖壓入糖貯罐，升溫后的液糖由加壓泵送入連消塔，在此與高溫蒸汽直接混合升溫后流入維持罐內(nèi)進行持續(xù)一定時間的保溫，保溫合格后輸送至已空消滅菌的液糖消后計量罐并降溫，溫度合格后靠高效過濾的壓縮空氣壓入發(fā)酵罐計量杯，用于紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)。工藝條件：儲罐蒸汽加熱溫度：80℃～90℃、連消塔滅菌：（壓力：0.4MPa～0.6MPa，蒸汽直混迅速升溫至125℃～130℃）、維持罐（時間：30分鐘；溫度：120℃）、消后計量罐（溫度：降至28℃）、無菌壓縮空氣輸送用于紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)。無菌氨水的制備無菌空氣的準備1氨水過濾34無菌氨水使用無菌計量罐及管路空消2P：100-150KPa;T:121℃;t:30min滅菌后降溫至40℃氨水貯罐P:220KPa預過濾器精過濾器無菌氨水計量罐P:180KPa①物料攪拌；②物料輸送。工藝過程：來自槽車的氨水壓入氨水貯罐內(nèi)，罐內(nèi)的氨水借助壓縮空氣的作用流入中效過濾器和高效過濾器，過濾后的氨水進入已空消滅菌的氨水無菌計量罐，合格的氨水靠高效過濾的壓縮空氣壓入發(fā)酵罐計量杯，用于紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)。工藝條件：氨水儲罐（壓縮空氣輸送）經(jīng)預過濾器和精過濾器過濾、無菌計量（實罐滅菌）、無菌壓縮空氣輸送用于紅霉素發(fā)酵生產(chǎn)。主要設備連消塔連消塔是給物料加熱升溫的作用；連續(xù)性強，快速滅菌消毒，培養(yǎng)基營養(yǎng)成分破壞少，適用于大容積發(fā)酵罐物料的連續(xù)滅菌消毒。但由于附加設備多，操作環(huán)節(jié)多，因此染菌機會增加，染菌涉及面廣。連消塔與維持罐聯(lián)合使用，維持罐是由連消塔打入高溫物料，在維持罐內(nèi)自下而上的層流，排出后進入冷卻器；這個層流的過程就是物料保溫滅菌的維持過程。維持罐在打料過程中要嚴格控制打料速度，以防止維持時間短而染菌。工藝要求：總蒸汽壓力穩(wěn)定在0.4MPa，并減少波動；打料泵無泄漏，泵的出口壓力應穩(wěn)定在0.5-0.6MPa；打料泵前的篩板過濾器無堵塞；連消塔和維持罐應定期清理焦化物，防止堵塞。維持罐1.種子制備基礎知識種子制備概念：由保藏的菌種開始，經(jīng)過不斷的擴大培養(yǎng)，使菌體數(shù)量達到能夠滿足生產(chǎn)中發(fā)酵或是實驗室搖瓶發(fā)酵接種量的需要所涉及的菌種培養(yǎng)的過程。適合于工業(yè)化發(fā)酵生產(chǎn)的菌種必須滿足條件：生長活力強，移種至發(fā)酵罐后能迅速生長，延滯期短；菌體的生理特性及生產(chǎn)能力穩(wěn)定；菌體總量及濃度能滿足發(fā)酵罐接種量的要求；無雜菌污染。（四）種子擴大培養(yǎng)1）種子制備過程固體孢子進罐：適合繁殖能力強、孢子數(shù)量多的菌種，可近同步生長菌絲進罐：適合孢子數(shù)量少的菌種，適應較快固體孢子培養(yǎng)搖瓶種子培養(yǎng)一級種子罐培養(yǎng)二級種子罐培養(yǎng)發(fā)酵罐培養(yǎng)固體孢子制備搖瓶種子制備用三角瓶等進行液體恒溫震蕩培養(yǎng)搖瓶培養(yǎng)在種子罐中用液體培養(yǎng)基攪拌培養(yǎng)；容積為發(fā)酵罐容積的10%左右種子罐種子制備孢子搖瓶種子一級種子…n級用固體培養(yǎng)基在斜面上進行培養(yǎng)發(fā)酵罐液體種子二級…n+1級發(fā)酵脫離親本后能發(fā)育成新個體的單細胞或少數(shù)細胞的繁殖體。孢子一般有休眠作用，能在惡劣的環(huán)境下保持自有的傳播能力，并再在有利條件之下才直接發(fā)育成新個體。（1）孢子制備過程菌種類別培養(yǎng)基特點培養(yǎng)條件技術要點霉菌大米、麥麩等自然培養(yǎng)基；簡單易得；比表面積大，適合霉菌孢子繁殖，得孢子數(shù)量多25-28℃4-14天4℃保存1.母斜面上的菌落要求分散，以便于挑選理想菌落；2.挑單菌落斜面時，要挑取菌落中央部位孢子；3.孢子成熟后，在真空下將水分含量抽至10%以下，密封后置4℃冰箱中保存?zhèn)溆?。孢子制備概念：將保藏的菌種接種到斜面培養(yǎng)基（固體）上，培養(yǎng)出含大量孢子或菌體的菌種。菌種類別培養(yǎng)基特點培養(yǎng)條件技術要點放線菌多用瓊脂斜面培養(yǎng)基；含有適合產(chǎn)孢子的營養(yǎng)成分，麩皮、蛋白胨和一些無機鹽類等28-37℃5-7天4℃保存1.滅菌后的培養(yǎng)基在放涼且未凝固時擺成斜面，如有不溶解的原材料，應輕輕搖勻，但不要產(chǎn)生氣泡；2.斜面凝固后置28-37℃培養(yǎng)2-3天，經(jīng)檢查無雜菌和無冷凝水后方可使用；3.第一次從沙土管或凍干管中接出的菌種往往生長緩慢，菌落稀少，因尚未從休眠中恢復，可用子斜面培養(yǎng)培養(yǎng)。菌種類別培養(yǎng)基特點培養(yǎng)條件技術要點細菌碳源限量而氮源豐富的培養(yǎng)基，牛肉膏、蛋白胨是常用的有機氮源37℃2-3天4℃保存1.滅菌后的培養(yǎng)基在放涼且未凝固時擺成斜面，如有不溶解的原材料，應輕輕搖勻，但不要產(chǎn)生氣泡；2.斜面凝固后置28-37℃培養(yǎng)2-3天，經(jīng)檢查無雜菌和無冷凝水后方可使用；3.根據(jù)菌種不同，取適量菌種直接接種在斜面上，如果要分離單菌落也可以制成菌懸液，然后再接種在斜面上。（2）搖瓶種子制備過程液體種子制備概念：將固體培養(yǎng)基上培養(yǎng)好的孢子或菌體轉入液體培養(yǎng)基中，使其繁殖成大量菌絲或菌體的過程。培養(yǎng)基和工藝條件：有利于孢子發(fā)芽和菌絲的繁殖。步驟：搖瓶種子制備→種子罐種子制備培養(yǎng)基配制斜面種子或米孢子分裝（錐形瓶）滅菌接種恒溫震蕩培養(yǎng)搖瓶種子（母瓶）搖瓶種子（子瓶）均可用于種子罐種子或搖瓶發(fā)酵試驗用種子操作步驟技術要點注意事項培養(yǎng)基配制培養(yǎng)基配方與種子罐相似，要求培養(yǎng)基成分比較豐富和完全；易被菌體分解利用；氮源豐富利于菌絲生長；不宜過濃，子瓶濃度高于母瓶1.考慮通過生理酸性和堿性物質(zhì)等保持pH穩(wěn)定；2.高壓蒸汽滅菌注意事項。接種一般采用斜面種子挖塊法或米孢子粒計數(shù)接入法如菌種對接種量較敏感，則用菌懸液接種法培養(yǎng)恒溫搖床培養(yǎng)，控制轉速，使搖瓶種子具有較合適的溶解氧為了使搖瓶中水分蒸發(fā)量保持穩(wěn)定，適當控制濕度保存應在培養(yǎng)成熟后立即使用；如暫時不用，4℃冰箱保存不超過3填經(jīng)過保存的搖瓶種子一般不用做生產(chǎn)種子，僅用于實驗搖瓶種子制備工藝要點（3）種子罐種子制備過程種子罐種子制備概念：將搖瓶種子接入種子罐內(nèi)培養(yǎng)，使其發(fā)芽、生長并繁殖成大量菌體，滿足接種發(fā)酵罐的需要。搖瓶種子一級種子二級種子三級發(fā)酵種子罐級數(shù)主要取決于菌種的性質(zhì)、生長速度和發(fā)酵罐容積生長慢菌種常采用多級