發(fā)酵工程總論

發(fā)酵工程總論2024-01-25匯報(bào)人：AACATALOGUE目錄發(fā)酵工程概述微生物學(xué)與發(fā)酵工程關(guān)系原料選擇與預(yù)處理技術(shù)發(fā)酵過程控制與優(yōu)化策略產(chǎn)品分離純化技術(shù)與方法設(shè)備選型與設(shè)計(jì)考慮因素環(huán)保法規(guī)遵守與廢棄物處理方案CHAPTER發(fā)酵工程概述01發(fā)酵工程是利用微生物的代謝活動(dòng)，通過特定的工藝條件，將原料轉(zhuǎn)化為有用產(chǎn)品的過程。從傳統(tǒng)的自然發(fā)酵到現(xiàn)代的純種發(fā)酵，經(jīng)歷了漫長的歷史發(fā)展過程。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，發(fā)酵工程已經(jīng)成為生物工程領(lǐng)域的重要分支。定義與發(fā)展歷程發(fā)展歷程定義食品工業(yè)醫(yī)藥工業(yè)農(nóng)業(yè)領(lǐng)域環(huán)保領(lǐng)域發(fā)酵工程應(yīng)用領(lǐng)域01020304如面包、啤酒、葡萄酒等的生產(chǎn)。如抗生素、維生素、激素等的生產(chǎn)。如生物肥料、生物農(nóng)藥等的生產(chǎn)。如廢水處理、垃圾堆肥等。123利用微生物的酶系將原料分解為小分子物質(zhì)，再通過微生物的代謝活動(dòng)將其轉(zhuǎn)化為目標(biāo)產(chǎn)物。微生物代謝通過控制溫度、pH值、溶氧等條件，為微生物生長提供適宜的環(huán)境，促進(jìn)目標(biāo)產(chǎn)物的生成。生長環(huán)境調(diào)控通過對(duì)發(fā)酵過程中各種參數(shù)的研究和優(yōu)化，提高目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)量和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。工藝優(yōu)化發(fā)酵工程基本原理CHAPTER微生物學(xué)與發(fā)酵工程關(guān)系02如乳酸菌、大腸桿菌等，用于生產(chǎn)乳酸、氨基酸等。細(xì)菌酵母菌霉菌如釀酒酵母、面包酵母等，用于生產(chǎn)酒精、面包等。如曲霉、青霉等，用于生產(chǎn)抗生素、有機(jī)酸等。030201微生物種類及其在發(fā)酵中作用包括碳源、氮源、無機(jī)鹽、生長因子等，需根據(jù)微生物種類和發(fā)酵產(chǎn)物進(jìn)行優(yōu)化。培養(yǎng)基成分包括溫度、pH值、溶氧量等，對(duì)微生物生長和產(chǎn)物合成有重要影響。培養(yǎng)條件包括基因工程改造、代謝工程優(yōu)化、發(fā)酵過程控制等，可提高微生物發(fā)酵效率和產(chǎn)物質(zhì)量。優(yōu)化策略微生物培養(yǎng)條件與優(yōu)化策略03代謝調(diào)控通過改變微生物代謝途徑中關(guān)鍵酶的活性或表達(dá)量，可調(diào)控目標(biāo)產(chǎn)物的合成和積累。01代謝途徑包括糖酵解途徑、三羧酸循環(huán)、磷酸戊糖途徑等，是微生物合成各種產(chǎn)物的基礎(chǔ)。02產(chǎn)物分析包括目標(biāo)產(chǎn)物和副產(chǎn)物的檢測(cè)與鑒定，以及產(chǎn)物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的分析，對(duì)發(fā)酵過程控制和產(chǎn)物應(yīng)用具有重要意義。微生物代謝途徑及產(chǎn)物分析CHAPTER原料選擇與預(yù)處理技術(shù)03農(nóng)產(chǎn)品類原料如玉米、小麥、薯類等，富含淀粉、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)成分，是發(fā)酵工程的主要原料。工業(yè)廢棄物類原料如廢紙漿、廢糖蜜等，具有成本低、資源豐富的優(yōu)點(diǎn)，但成分復(fù)雜，需進(jìn)行適當(dāng)處理。石油化工類原料如石蠟、石油烴等，可提供大量碳源和能源，但需關(guān)注其生物降解性和環(huán)境友好性。常用原料類型及特點(diǎn)分析包括粉碎、研磨、浸泡等，旨在改變?cè)系奈锢硇再|(zhì)，提高后續(xù)處理的效率。物理預(yù)處理采用酸堿處理、氧化劑處理等，以去除雜質(zhì)、提高原料純度或改善其生物降解性?；瘜W(xué)預(yù)處理利用微生物或酶對(duì)原料進(jìn)行降解或轉(zhuǎn)化，提高原料的可利用性。生物預(yù)處理原料預(yù)處理方法及設(shè)備介紹成分影響原料中的碳源、氮源、礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分直接影響微生物的生長和代謝產(chǎn)物的合成。雜質(zhì)影響原料中的有毒物質(zhì)或抑制物會(huì)抑制微生物的生長和代謝活動(dòng)，降低發(fā)酵效率。粒度影響原料的粒度大小會(huì)影響其與微生物和酶的接觸面積，進(jìn)而影響發(fā)酵速率和產(chǎn)物質(zhì)量。原料質(zhì)量對(duì)發(fā)酵過程影響CHAPTER發(fā)酵過程控制與優(yōu)化策略04溫度、pH值等關(guān)鍵參數(shù)控制方法溫度控制根據(jù)微生物的生長代謝特性，選擇合適的溫度范圍，通過加熱或冷卻系統(tǒng)對(duì)發(fā)酵液進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)，保持恒定的發(fā)酵溫度。pH值控制實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)發(fā)酵液的pH值變化，通過添加酸堿調(diào)節(jié)劑或緩沖液來維持適宜的pH值環(huán)境，保證微生物的正常生長和代謝。添加時(shí)機(jī)根據(jù)微生物的生長曲線和代謝需求，在適當(dāng)?shù)纳L階段添加營養(yǎng)物質(zhì)，以滿足微生物對(duì)碳源、氮源、無機(jī)鹽等的需求。添加量掌握通過試驗(yàn)確定最佳的營養(yǎng)物質(zhì)添加量，避免浪費(fèi)和污染，同時(shí)保證微生物的充分生長和代謝。營養(yǎng)物質(zhì)添加時(shí)機(jī)和量掌握技巧發(fā)酵停滯當(dāng)發(fā)酵過程出現(xiàn)停滯時(shí)，可調(diào)整溫度、pH值或營養(yǎng)物質(zhì)添加量等參數(shù)，以刺激微生物的生長和代謝，恢復(fù)發(fā)酵進(jìn)程。產(chǎn)物積累不足若發(fā)酵產(chǎn)物積累不足，可優(yōu)化培養(yǎng)基配方、提高微生物的代謝活性或延長發(fā)酵時(shí)間等措施，以提高產(chǎn)物產(chǎn)量。微生物污染一旦發(fā)現(xiàn)發(fā)酵液受到雜菌污染，應(yīng)立即停止發(fā)酵，對(duì)設(shè)備和環(huán)境進(jìn)行徹底清洗和消毒，重新進(jìn)行接種和發(fā)酵。發(fā)酵過程異常情況應(yīng)對(duì)措施CHAPTER產(chǎn)品分離純化技術(shù)與方法05萃取法利用物質(zhì)在兩種不互溶溶劑中的溶解度差異進(jìn)行分離，如液-液萃取、固-液萃取等。蒸餾法利用物質(zhì)沸點(diǎn)的差異進(jìn)行分離，如常壓蒸餾、減壓蒸餾、水蒸氣蒸餾等。沉淀法通過改變?nèi)芤簵l件使目標(biāo)產(chǎn)物沉淀析出，如鹽析、有機(jī)溶劑沉淀等。傳統(tǒng)分離純化技術(shù)回顧色譜法01利用物質(zhì)在固定相和流動(dòng)相之間的分配平衡進(jìn)行分離，如吸附色譜、分配色譜、離子交換色譜等。應(yīng)用實(shí)例：生物醫(yī)藥領(lǐng)域中的蛋白質(zhì)分離純化。電泳法02利用物質(zhì)在電場作用下的遷移速度不同進(jìn)行分離，如凝膠電泳、毛細(xì)管電泳等。應(yīng)用實(shí)例：DNA片段的分離和測(cè)序。膜分離技術(shù)03利用半透膜的選擇透過性進(jìn)行分離，如超濾、反滲透、納濾等。應(yīng)用實(shí)例：海水淡化、廢水處理等?，F(xiàn)代分離純化技術(shù)介紹及應(yīng)用實(shí)例通過比較樣品與標(biāo)準(zhǔn)品的色譜行為，計(jì)算純度。常用方法包括高效液相色譜法（HPLC）、氣相色譜法（GC）等。色譜法如紅外光譜法（IR）、紫外可見光譜法（UV-Vis）等也可用于產(chǎn)品純度的檢測(cè)。其他方法通過測(cè)量樣品的質(zhì)荷比進(jìn)行定性和定量分析，計(jì)算純度。常用方法包括質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（如LC-MS、GC-MS）等。質(zhì)譜法通過測(cè)量樣品中原子核的磁矩進(jìn)行定性和定量分析，計(jì)算純度。該方法具有高分辨率和準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)。核磁共振法（NMR）產(chǎn)品純度檢測(cè)方法和標(biāo)準(zhǔn)CHAPTER設(shè)備選型與設(shè)計(jì)考慮因素06滿足生產(chǎn)工藝要求設(shè)備性能穩(wěn)定可靠性價(jià)比高易于操作和維護(hù)設(shè)備選型原則設(shè)備選型原則及常見類型比較自吸式發(fā)酵罐機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐常見類型比較氣升式發(fā)酵罐噴射式發(fā)酵罐設(shè)備選型原則及常見類型比較010302040503設(shè)備性能參數(shù)01設(shè)計(jì)參數(shù)確定依據(jù)02生產(chǎn)工藝要求設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)確定依據(jù)和建議物料性質(zhì)設(shè)計(jì)建議環(huán)境條件設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)確定依據(jù)和建議合理選擇設(shè)備材料，確保耐腐蝕和安全性優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，提高傳質(zhì)和傳熱效率考慮設(shè)備密封性，防止物料泄漏和污染便于清洗和消毒，降低交叉污染風(fēng)險(xiǎn)01020304設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)確定依據(jù)和建議預(yù)處理去除殘留物料和雜質(zhì)清洗使用清洗劑或清水進(jìn)行沖洗設(shè)備清洗消毒操作規(guī)范檢查：確認(rèn)設(shè)備表面無殘留物和污漬消毒操作規(guī)范選擇合適的消毒劑，確保對(duì)設(shè)備無腐蝕作用設(shè)備清洗消毒操作規(guī)范按照消毒劑使用說明進(jìn)行操作，確保消毒效果消毒后使用清水沖洗干凈，避免殘留消毒劑對(duì)生產(chǎn)造成影響定期更換消毒劑品種，避免微生物產(chǎn)生耐藥性設(shè)備清洗消毒操作規(guī)范CHAPTER環(huán)保法規(guī)遵守與廢棄物處理方案07嚴(yán)格的環(huán)境保護(hù)法規(guī)對(duì)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)提出了更高的要求，企業(yè)需要采取更加環(huán)保的生產(chǎn)方式和技術(shù)。環(huán)保法規(guī)的實(shí)施促進(jìn)了發(fā)酵產(chǎn)業(yè)的技術(shù)升級(jí)和轉(zhuǎn)型，推動(dòng)了清潔生產(chǎn)和循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。環(huán)保法規(guī)的遵守成為企業(yè)社會(huì)責(zé)任的重要體現(xiàn)，提高了企業(yè)的形象和競爭力。環(huán)保法規(guī)對(duì)發(fā)酵產(chǎn)業(yè)影響分析

廢棄物減量化、資源化處理途徑探討通過改進(jìn)生產(chǎn)工藝和設(shè)備，實(shí)現(xiàn)廢棄物的源頭減量，提高資源利用效率。采用生物技術(shù)、物理化學(xué)方法等手段對(duì)廢棄物進(jìn)行無害化處理，降低對(duì)環(huán)境的污染。將廢棄物轉(zhuǎn)化