二微生物工程的定義.ppt

1、三、微生物工程的研究?jī)?nèi)容,菌種的特性與選育 培養(yǎng)基的配制、選擇及其滅菌理論,發(fā)酵醪的特性 發(fā)酵機(jī)理 發(fā)酵過(guò)程動(dòng)力學(xué) 空氣除菌 微生物對(duì)氧的吸收與利用 微生物的培養(yǎng)方式及自動(dòng)化控制等,上游工程,發(fā)酵工程,下游工程,發(fā)酵液預(yù)處理 初步純化（即提?。?高度純化（即精制） 成品加工,微生物過(guò)程廢棄物的處理,發(fā)酵的流程,空氣,空氣凈化處理,保藏菌種,斜面活化,擴(kuò)大培養(yǎng),種子罐,主發(fā)酵,碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì),滅菌,產(chǎn)物分離純化,成品,1天然發(fā)酵期：只知其然而不知其所以然的時(shí)期,2奠基期：純培養(yǎng)技術(shù)的建立是第一代微生物發(fā)酵技術(shù),3發(fā)展期：一系列新技術(shù)的建立，使微生物發(fā)酵技術(shù)得到快速發(fā)展,4. 第三代

2、微生物發(fā)酵技術(shù) 一微生物工程,一、微生物工程在醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用,二、微生物工程在食品工業(yè)中的應(yīng)用,三、微生物工程在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用,四、微生物工程在化工能源領(lǐng)域中的應(yīng)用,五、微生物工程在環(huán)保領(lǐng)域的應(yīng)用,六、微生物工程在冶金領(lǐng)域的應(yīng)用,七、微生物工程在高新技術(shù)研究中的應(yīng)用,第五節(jié) 微生物工程的發(fā)展趨勢(shì),（1） 與微生物生態(tài)學(xué)相結(jié)合，研究傳統(tǒng)釀造工業(yè),（2） 與遺傳學(xué)相結(jié)合，改良菌種，生產(chǎn)出更多更好的產(chǎn)品,（3） 與化學(xué)工程結(jié)合，使生產(chǎn)向大型化連續(xù)化方向發(fā)展,（4） 與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)結(jié)合，使生產(chǎn)向自動(dòng)化方向的發(fā)展,體積小、面積大，,吸收快、轉(zhuǎn)化快，,生長(zhǎng)旺、繁殖快，,易變異、適應(yīng)性強(qiáng)，,種類多、分布廣

3、,一、微生物的特性,第一節(jié) 微生物工程對(duì)菌種的要求,1，能夠利用廉價(jià)的原料來(lái)高效地合成產(chǎn)物。 2，菌種遺傳性能要相對(duì)穩(wěn)定。 3，菌種改造的可操作性要強(qiáng)。 4，不易感染噬菌體。 5，產(chǎn)生菌及其產(chǎn)物應(yīng)該無(wú)毒。 6，生產(chǎn)特性要符合工藝要求。,二、工業(yè)化對(duì)菌種的要求,二、分離思路,新菌種的分離是要從混雜的各類微生物中依照生產(chǎn)的要求、菌種的特性，采用各種篩選方法，快速、準(zhǔn)確地把所需要的菌種挑選出來(lái)。,(1)認(rèn)真考慮它所需產(chǎn)品的特征和生產(chǎn)過(guò)程； (2)制訂初步的篩選標(biāo)準(zhǔn)； (3)將生態(tài)學(xué)方法運(yùn)用到分離和篩選過(guò)程。,三、新種分離與篩選的步驟,定方案,采 樣,增 殖,分 離,發(fā)酵性能測(cè)定,第四節(jié) 生產(chǎn)用菌種的

4、選育,工業(yè)菌種的選育： 是運(yùn)用遺傳學(xué)原理和技術(shù)對(duì)某個(gè)用于特定生物技術(shù)目的的菌株進(jìn)行的多方位的改造。通過(guò)改造，可使現(xiàn)存的優(yōu)良性狀強(qiáng)化，或去除不良性質(zhì)或增加新的性狀。,基因突變：,自然選育、誘變育種,基因重組：,雜交、原生質(zhì)體融合、基因工程,基因的直接進(jìn)化：,點(diǎn)突變、易錯(cuò)PCR、同序法 DNA Shuffling等,菌株選育方法,工業(yè)菌種改良方法,(1)解除或繞過(guò)代謝途徑中的限速步驟,(2)增加前體物的濃度,(3)改變代謝途徑，減少無(wú)用副產(chǎn)品的生成以及提高菌種對(duì)高濃度的有潛在毒性的底物、前體或產(chǎn)品的耐受力。,(4)抑制或消除產(chǎn)品分解酶。,(5)改進(jìn)菌種外泌產(chǎn)品的能力。,(6)消除代謝產(chǎn)品的反饋抑制

5、。如誘導(dǎo)代謝產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)類似物抗性。,自然選育操作步驟：,一般習(xí)慣上將自然選育稱為菌種的分離純化。,單細(xì)胞(孢子)懸液的制備,平板分離,挑選單菌落(注意形態(tài)的觀察),發(fā)酵試驗(yàn),一、自然選育,營(yíng)養(yǎng)缺陷型的選育,營(yíng)養(yǎng)缺陷型是指通過(guò)誘變而產(chǎn)生的缺乏合成某些營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如氨基酸、維生素和堿基等的能力，必須在其基本培養(yǎng)基中加入相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)成分才能正常生長(zhǎng)的變異株。 與營(yíng)養(yǎng)缺陷型對(duì)應(yīng)的是野生型。,專題,篩選營(yíng)養(yǎng)缺陷型的步驟,誘變 淘汰野生型 抗生素法、菌絲過(guò)濾、高溫殺菌 檢出缺陷型 點(diǎn)植法、影印、限量補(bǔ)充培養(yǎng) 確定生長(zhǎng)譜 缺陷菌株對(duì)生長(zhǎng)因子的需求情況（維生素、氨基酸、堿基）,宿主細(xì)胞必須符合以下條件：,、對(duì)載體的

6、復(fù)制和擴(kuò)增沒(méi)有嚴(yán)格的限制； 、不存在特異的內(nèi)切酶體系降解外源DNA； 、重組DNA增殖過(guò)程中，不會(huì)對(duì)它進(jìn)行修飾； 、重組缺陷型，不會(huì)產(chǎn)生體內(nèi)重組； 、容易導(dǎo)入重組DNA分子； 、符合重組DNA操作的安全標(biāo)準(zhǔn)。,一、理想的菌種保藏方法應(yīng)具備的條件,長(zhǎng)期保持菌種原有的優(yōu)良性狀，簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)。,二、菌種保藏基本原理,菌種保藏一般采取降低培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分、低溫、干燥和真空等方法。,三、微生物菌種保藏技術(shù), 斜面保藏法和礦物油保藏法 沙土管干燥保藏法 真空冷凍干燥保藏法 液氮保藏法 低溫保藏法 懸液保藏法,第一節(jié) 微生物的代謝類型,代謝（metabolism）：,細(xì)胞內(nèi)發(fā)生的各種化學(xué)反應(yīng)的總稱,復(fù)雜分子

7、（有機(jī)物）,分解代謝,合成代謝,簡(jiǎn)單小分子,ATP,H,分解代謝和合成代謝間的聯(lián)系,中間代謝產(chǎn)物的重要性,微生物糖代謝的途徑,EMP途徑，又稱糖酵解途徑或已糖二磷酸途徑,HMP途徑（Hexose monophosphate pathway ）， 又稱PPP途徑或己糖-磷酸途徑,ED途徑（Entner-Doudoroff pathway）， 又稱2-酮-3-脫氧-6-磷酸葡萄糖酸裂解途徑或KDPG途徑,TCA循環(huán)（tricarboxylic acide cycle） ，即三羧酸循環(huán),EMP途徑的生理功能：,供應(yīng)ATP形式的能量和NADH2形式的還原力； 是連接其它幾個(gè)重要代謝途徑的橋梁，包括三羧

8、酸循環(huán)(TCA)、HMP途徑和ED途徑等； 為生物合成提供多種中間代謝物； 通過(guò)逆向反應(yīng)可進(jìn)行多糖的合成。,HMP途徑在生命活動(dòng)中的意義：,供應(yīng)合成原料，提供多種形式的C架；,產(chǎn)生大量的還原力NADPH+H+；,是光能和化能自養(yǎng)微生物固定CO2的重要中介；,擴(kuò)大碳源利用范圍，為微生物利用C3C7多種碳源提供了必要的代謝途徑；,連接EMP途徑，可為生物合成提供更多的戊糖。,ED途徑的特點(diǎn)： 具有一特征性反應(yīng)KDPG裂解為丙酮酸和3磷酸甘油醛； 存在一特征性酶KDPG醛縮酶； 其終產(chǎn)物2分子丙酮酸的來(lái)歷不同，即一個(gè)由KDPG裂解而來(lái)，另一個(gè)由EMP途徑轉(zhuǎn)化而來(lái)。,TCA循環(huán)的特點(diǎn)：,氧雖不直接參與

9、反應(yīng)，但必須在有氧的條件下運(yùn)轉(zhuǎn)（因NAD和FAD再生時(shí)需氧）； 產(chǎn)能效率極高； TCA位于一切分解代謝和合成代謝中的樞紐地位，為微生物的生物合成提供各種碳架原料。,EMP、HMP和TCA循環(huán)是重要的兼用代謝途徑,在兼用代謝途徑中，合成途徑并非分解途徑的完全逆轉(zhuǎn)；在分解與合成代謝途徑中，在相應(yīng)的代謝步驟中，往往還包含了完全不同的中間代謝物。,代謝物回補(bǔ)順序：又稱補(bǔ)償途徑或添補(bǔ)途徑，就是指能補(bǔ)充兼用代謝途徑中因合成代謝而消耗的中間代謝物的反應(yīng)。,乙醛酸循環(huán),微生物細(xì)胞的代謝調(diào)節(jié)主要類型,4，代謝速度的調(diào)控,酶活性調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的是已有酶分子的活性。,酶合成的調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)的是酶分子的合成量。,在酶化學(xué)水平

10、上發(fā)生的,在遺傳學(xué)水平上發(fā)生的,4.1 酶合成的調(diào)節(jié),根據(jù)酶合成的方式，細(xì)胞內(nèi)的酶可分為兩大類：一類是組成酶；另一類是誘導(dǎo)酶。,粗調(diào),凡能促進(jìn)酶生物合成的現(xiàn)象，稱為誘導(dǎo)。 能阻礙酶生物合成的現(xiàn)象，則稱為阻遏。,以酶的合成系統(tǒng)為基礎(chǔ)的酶量調(diào)節(jié)，包括底物對(duì)酶合成系統(tǒng)的誘導(dǎo)作用和產(chǎn)物對(duì)酶合成系統(tǒng)的阻遏作用。,酶合成的調(diào)節(jié),與調(diào)節(jié)酶活性的反饋抑制等相比，調(diào)節(jié)酶的合成（即產(chǎn)酶量）而實(shí)現(xiàn)代謝調(diào)節(jié)的方式是一類較間接而緩慢的調(diào)節(jié)方式。,優(yōu)點(diǎn)：通過(guò)阻止酶的過(guò)量合成，有利于節(jié)約生物合成的原料和能量。,在正常代謝途徑中，酶活性調(diào)節(jié)和酶合成調(diào)節(jié)兩者是同時(shí)存在且密切配合、協(xié)調(diào)進(jìn)行的。,4.2 酶活性的調(diào)節(jié),概 念 酶活

11、性調(diào)節(jié)是指一定數(shù)量的酶，通過(guò)其分子構(gòu)象或分子結(jié)構(gòu)的改變來(lái)調(diào)節(jié)其催化反應(yīng)的速率。,影響因素 底物和產(chǎn)物的性質(zhì)和濃度 環(huán)境因子(如壓力、pH、離子強(qiáng)度和輔助因子等) 其他的酶的存在,調(diào)節(jié)方式 激活已有酶的活性 抑制已有酶的活性,細(xì)調(diào),初級(jí)代謝和次級(jí)代謝,一般將微生物通過(guò)代謝活動(dòng)所產(chǎn)生的自身繁殖所必需的物質(zhì)和能量的過(guò)程，稱為初級(jí)代謝,該過(guò)程所產(chǎn)生的產(chǎn)物即為初級(jí)代謝產(chǎn)物，如氨基酸、核苷類，以及酶或輔酶等。 次級(jí)代謝是指微生物在一定的生長(zhǎng)時(shí)期，以初級(jí)代謝產(chǎn)物為前體，合成一些對(duì)于該微生物沒(méi)有明顯的生理功能且非其生長(zhǎng)和繁殖所必需的物質(zhì)的過(guò)程。這一過(guò)程的產(chǎn)物，即為次級(jí)代謝產(chǎn)物，如抗生素、激素、生物堿、毒素及維

12、生素等。,二、 初級(jí)代謝的調(diào)節(jié),產(chǎn)能代謝的調(diào)節(jié)：能荷調(diào)節(jié)(Energy Charge Regulation) 核蛋白體合成的調(diào)節(jié)（Regulation of Ribosome Synthesis） 氨基酸、核苷酸合成代謝的調(diào)節(jié)（Regulation of amino acids and nucleotide metabolism）,三、次級(jí)代謝的調(diào)節(jié),初級(jí)代謝對(duì)次級(jí)代謝的調(diào)節(jié) 碳代謝物的調(diào)節(jié)作用 氮代謝物的調(diào)節(jié)作用 磷酸鹽的調(diào)節(jié)作用 次級(jí)代謝中的誘導(dǎo)作用及產(chǎn)物的反饋?zhàn)饔?次級(jí)代謝中細(xì)胞膜透性調(diào)節(jié),一、微生物代謝產(chǎn)物的利用 利用微生物代謝過(guò)程中產(chǎn)生的眾多代謝產(chǎn)物生產(chǎn)各種發(fā)酵產(chǎn)品。 按照積累產(chǎn)物類

13、型： 初級(jí)代謝產(chǎn)物，如氨基酸、核苷類，以及酶或輔酶； 次級(jí)代謝產(chǎn)物，抗生素、激素、生物堿、毒素及維生 素等。 按照發(fā)酵類型： 自然發(fā)酵：酒精、乳酸等， 代謝控制發(fā)酵：終端產(chǎn)物，賴氨酸、鳥(niǎo)苷酸、腺苷酸等； 中間產(chǎn)物，檸檬酸、-酮戊二酸、琥珀酸、 高絲氨酸、肌苷酸、黃苷酸等；,第三節(jié) 微生物的代謝調(diào)控和代謝工程,第四章 發(fā)酵工藝條件的確定,第一節(jié) 培養(yǎng)基的選擇和確定 第二節(jié) 溫度對(duì)發(fā)酵的影響及控制 第三節(jié) 發(fā)酵過(guò)程的pH控制 第四節(jié) 氧、二氧化碳和泡沫對(duì)發(fā)酵的 影 響與控制 第五節(jié) 微生物培養(yǎng)過(guò)程的參數(shù)檢測(cè),第一節(jié) 培養(yǎng)基的選擇和確定,一、培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)成分 二、培養(yǎng)基的用途 三、發(fā)酵培養(yǎng)基的選擇

14、四、發(fā)酵培養(yǎng)基成分的營(yíng)養(yǎng)與作用 五、發(fā)酵培養(yǎng)基確定方法,二、培養(yǎng)基的用途,篩選菌種 保藏菌種 檢驗(yàn)雜菌 培養(yǎng)種子 發(fā)酵生產(chǎn),（一）、培養(yǎng)基的分類 （二）、發(fā)酵生產(chǎn)中的培養(yǎng)基類型,（一）、培養(yǎng)基的分類,（1）按培養(yǎng)基組成物質(zhì)的化學(xué)成分,（2）按物理性質(zhì),（3）按用途,合成培養(yǎng)基、天然培養(yǎng)基,固體培養(yǎng)基，液體培養(yǎng)基,選擇性培養(yǎng)基、鑒別培養(yǎng)基、富集培養(yǎng)基等,五、培養(yǎng)基確定方法,（1）首先必須做好調(diào)查研究工作，了解菌種的來(lái)源、生活習(xí)性、生理生化特性和一般的營(yíng)養(yǎng)要求。,（2）其次，對(duì)生產(chǎn)菌種的培養(yǎng)條件，生物合成的代謝途徑，代謝產(chǎn)物的化學(xué)性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)、一般提煉方法和產(chǎn)品質(zhì)量要求等也需要有所了解，以便在選

15、擇培養(yǎng)基時(shí)做到心中有數(shù)。,第二節(jié) 溫度對(duì)發(fā)酵的影響及控制,在生物學(xué)范圍內(nèi)通常每升高10，生長(zhǎng)速度就加快一倍，所以溫度直接影響酶反應(yīng)，對(duì)于微生物來(lái)說(shuō)，溫度直接影響其生長(zhǎng)和合成酶。,微生物可生長(zhǎng)的溫度范圍較廣:-10-95。 任何微生物的生長(zhǎng)都需要有最適的生長(zhǎng)溫度，在此溫度范圍內(nèi)微生物生長(zhǎng)繁殖最快。,二、溫度的影響與控制,（一）溫度對(duì)發(fā)酵的影響,1、溫度影響反應(yīng)速率,發(fā)酵過(guò)程的反應(yīng)速率實(shí)際是酶反應(yīng)速率，酶反應(yīng)有一個(gè)最適溫度。 從阿累尼烏斯方程式可以看到 dlnKr/dt=E/RT2 積分得 E=,E活化能,Kr速率常數(shù),2、溫度影響發(fā)酵方向,3、溫度還影響基質(zhì)溶解度，同時(shí)氧在發(fā)酵液中的溶解度也影響

16、菌對(duì)某些基質(zhì)的分解吸收。 因此對(duì)發(fā)酵過(guò)程中的溫度要嚴(yán)格控制。,溫度變化及其控制,溫度對(duì)發(fā)酵的影響： 溫度影響反應(yīng)速率 溫度影響發(fā)酵方向,最適溫度的選擇,根據(jù)菌種 生長(zhǎng)階段選擇 根據(jù)培養(yǎng)條件選擇 菌種的生長(zhǎng)情況,發(fā)酵過(guò)程引起溫度變化的因素 發(fā)酵熱是引起發(fā)酵過(guò)程溫度變化的原因 Q發(fā)酵Q生物Q攪拌Q蒸發(fā)Q輻射,小 結(jié),小 結(jié),發(fā)酵過(guò)程pH會(huì)發(fā)生變化,變化原因,基質(zhì)代謝,產(chǎn)物形成,菌體自溶,發(fā)酵過(guò)程的pH控制,2、溶氧對(duì)發(fā)酵的影響,由此可知，只有使溶氧濃度高于其臨界值，才能維持菌體的最大比攝氧率，得到最大的菌體合成量。如果溶氧濃度低于臨界值，則菌體代謝受到干擾。,氧是制約發(fā)酵進(jìn)行的重要因素,根據(jù)需氧不

17、同，可將初級(jí)代謝發(fā)酵分為： a. 供氧充足條件下，產(chǎn)量最大；若供氧不足，合成受強(qiáng)烈抑制；如：谷氨酸，精氨酸，脯氨酸等；,b.供氧充足條件下，可得最高產(chǎn)量；若供氧受限，產(chǎn)量受影響不明顯；如：異亮氨酸，賴氨酸，蘇氨酸等；,c.若供氧受限，細(xì)胞呼吸受抑制時(shí)，才獲得最大量產(chǎn)物；若供氧充足，產(chǎn)物形成反而受抑制；如：亮氨酸，纈氨酸，苯丙氨酸等。,（二）起泡的危害,降低發(fā)酵設(shè)備的利用率 增加了菌群的非均一性 增加了染菌的機(jī)會(huì) 導(dǎo)致產(chǎn)物的損失 消泡劑會(huì)給后提取工序帶來(lái)困難,3、對(duì)消泡劑的要求,（1）在起泡液中不溶或難溶,（2）表面張力低于起泡液,（3）與起泡液有一定程度的親和性,（4）與起泡液不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),

18、（5）揮發(fā)性小，作用時(shí)間長(zhǎng),4、常用消泡劑的種類和性能,（1）天然油脂,（2）聚醚類消泡劑,（3）高碳醇,（4）硅酮類,對(duì)數(shù)期：t = 0+ t,-比生長(zhǎng)速率,-菌體濃度,延滯期、加速期、對(duì)數(shù)期、減速期、靜止期和死亡期,max,微生物生長(zhǎng)分為四個(gè)時(shí)期,化學(xué)參數(shù)：基質(zhì)濃度（包括糖、氮、磷）、pH、產(chǎn)物濃度、核酸量等。,代謝參數(shù)按性質(zhì)分可分三類：,物理參數(shù)：溫度、攪拌轉(zhuǎn)速、空氣壓力、空氣 流量、溶解氧、表觀粘度、排氣氧（二氧化碳）濃度等。,生物參數(shù)：菌絲形態(tài)、菌濃度、菌體比生長(zhǎng)速率、呼吸強(qiáng)度、基質(zhì)消耗速率、關(guān)鍵酶活力等。,第五章 微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué),研究各種環(huán)境因素與微生物代謝活動(dòng)之間相互作用隨時(shí)間

19、而變化的規(guī)律。,微生物反應(yīng)是非常復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程。,一、微生物反應(yīng)過(guò)程的主要特征 微生物是該反應(yīng)過(guò)程的主體。 微生物反應(yīng)的本質(zhì)是復(fù)雜的酶催化反應(yīng)體系,（1）反應(yīng)體系中有細(xì)胞的生長(zhǎng)，基質(zhì)的消耗和產(chǎn)物的生成，有各自的最佳反應(yīng)條件。,（2）微生物反應(yīng)有多種代謝途徑。,（3）微生物反應(yīng)過(guò)程中，細(xì)胞形態(tài)、組成要經(jīng)歷生長(zhǎng)、繁殖、維持、死亡等若干階段，不同菌齡有不同的活性。,二、微生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)的描述方法,細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué),反應(yīng)基質(zhì)消耗動(dòng)力學(xué),代謝產(chǎn)物生成動(dòng)力學(xué),二、培養(yǎng)基滅菌 1，在發(fā)酵過(guò)程中夾雜其它雜菌造成的后果：,生產(chǎn)菌和雜菌同時(shí)生長(zhǎng)，生產(chǎn)菌喪失生產(chǎn)能力；,雜菌及其產(chǎn)生的物質(zhì)，使提取精制發(fā)生困難；,雜菌會(huì)

20、污染最終產(chǎn)品；,發(fā)酵時(shí)如污染噬菌體，可使生產(chǎn)菌發(fā)生溶菌現(xiàn)象。,四、連續(xù)滅菌與分批滅菌,1，連續(xù)滅菌 保留較多的營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量；蒸汽負(fù)荷均勻；較易自動(dòng)控制；容易放大；縮短滅菌周期；發(fā)酵罐利用率高。但是設(shè)備比較復(fù)雜，投資較大。,2，分批滅菌,設(shè)備投資較少；染菌的危險(xiǎn)性較??；人工操作較方便；對(duì)培養(yǎng)基中固體物質(zhì)含量較多時(shí)更為適宜。滅菌過(guò)程中蒸汽用量變化大，造成鍋爐負(fù)荷波動(dòng)大，一般只限于中小型發(fā)酵裝置。,三、連續(xù)滅菌 1，連續(xù)滅菌的流程,1，兩級(jí)冷卻、分離、加熱的空氣過(guò)濾除菌流程,特點(diǎn)是：兩次冷卻，兩次分離， 適當(dāng)加熱。,二、空氣過(guò)濾除菌流程的分析,2，冷熱空氣直接混合式空氣過(guò)濾除菌流程,可省第二冷卻分離設(shè)備

21、和空氣再加熱設(shè)備，流程比較簡(jiǎn)單，冷卻水用量較少，利用壓縮空氣的熱量來(lái)提高空氣溫度。,3，高效前置過(guò)濾除菌流程,特點(diǎn)：無(wú)菌程度高,典型發(fā)酵設(shè)備,種子制備設(shè)備 主發(fā)酵設(shè)備 輔助設(shè)備(無(wú)菌空氣和培養(yǎng)基的制備) 發(fā)酵液預(yù)處理設(shè)備 粗產(chǎn)品的提取設(shè)備 產(chǎn)品精制與干燥設(shè)備 流出物回收、利用和處理設(shè)備等。,三、發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu),1、罐體,2、攪拌器和擋板,3、消泡器,4、聯(lián)軸器及軸承,5、變速裝置,6、空氣分布裝置,7、軸封,8、冷卻裝置,圓筒體錐底發(fā)酵罐的優(yōu)點(diǎn),加速發(fā)酵；廠房投資節(jié)省，冷耗節(jié)??；C.C.T 發(fā)酵可依賴CIP自動(dòng)程序清洗消毒，工藝衛(wèi)生更易得到保證。,圓筒體錐底發(fā)酵罐的缺點(diǎn),酵母沉降層厚度大，酵母泥

22、使用代數(shù)一般比傳統(tǒng)低；貯酒時(shí)，澄清比較困難，過(guò)濾必須強(qiáng)化；若采用單釀發(fā)酵，罐壁溫度和罐中心溫度一致，一般要57d以上，短期貯酒不能保證溫度一致。,1 自吸式發(fā)酵罐 2 氣泡塔式發(fā)酵罐 3 伍式發(fā)酵罐（循環(huán)機(jī)械攪拌） 4 氣升式發(fā)酵罐（循環(huán)通氣攪拌） 4 液提式發(fā)酵罐 5 氣提式發(fā)酵罐,一、其它通氣發(fā)酵罐,二、發(fā)酵輔助設(shè)備,發(fā)酵輔助設(shè)備主要包括：無(wú)菌空氣系統(tǒng)，培養(yǎng)基配制和滅菌系統(tǒng)、發(fā)酵車間的管道及閥門等。,三、管道及閥門,生物反應(yīng)器過(guò)程的多尺度理論 發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化與放大基礎(chǔ),第八章 發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化與放大,發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化控制中的方法和手段,發(fā)酵過(guò)程優(yōu)化控制舉例,生物反應(yīng)器過(guò)程的多尺度理論,生命所特有的信

23、息流、物質(zhì)流、能量流 具有“變化著的結(jié)構(gòu)” 不僅是線性或動(dòng)力學(xué)因素 跨尺度測(cè)量與控制 往往以各自研究的技術(shù)背景從單一尺度去理解和分析研究生物過(guò)程的特點(diǎn),轉(zhuǎn)速，氣泡，氣液接觸表面積，KLa，OTROUR，DO,理化相關(guān) 攪拌轉(zhuǎn)速、通氣流量、罐壓力 溶解氧 DO,rpm,DO,ECO2,EO2,加糖,加糖,ECO2,ECO2,ECO2,EO2,EO2,EO2,DO,DO,DO,rpm,rpm,rpm,h,h,h,h,非碳源限制，臨界氧濃度以下（變化不顯著）,碳源限制，臨界氧濃度以下（變化顯著）,非碳源限制，臨界氧濃度以上（EO2變化不顯著）,碳源限制，臨界氧濃度以上（EO2變化顯著）,生物相關(guān)：排氣氧濃度與溶解氧濃度的對(duì)應(yīng)關(guān)系 不同發(fā)酵周期的EO2濃度與DO的幾種對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種不同的對(duì)應(yīng)關(guān)系是與不同操作條件和菌體呼吸強(qiáng)度有關(guān)的。,OUR,DO,rpm,加糖,DO和OUR之間的動(dòng)力學(xué)特征,O2消耗與過(guò)程傳遞的物質(zhì)平衡,時(shí)間(h),生物相關(guān)：OUR與DO的基本相關(guān)特征,OUR:單位體積發(fā)酵液每小時(shí)的耗氧量,1