微生物发酵工程讲稿.doc

浙江农林大学
备课本
课程发酵工程
主讲教师林海萍、张心齐、尹良鸿
适用专业生物技术、生物制药等
绪论
第一节课程概论
一、定义
微生物发酵工程(即微生物工程)是研究利用微生物的发酵作用为工业大规模生产服务的一门工程技术学科。
二、研究的内容
总的来说,从投入原料到最终发酵产品获得的整个过程,包括很多复杂的步骤,最主要的是发酵和提纯两大部分,其中以发酵为主。
发酵部分包括菌种的特性与选育,培养基的特性、选择及其灭菌理论,发酵醪的特性,发酵机理,发酵过程动力学,空气中悬浮细菌微粒的过滤机理,氧的传递、溶解、吸收理论,连续培养和连续发酵的控制和自动化等有关内容。
提纯部分(也称后处理)包括:细胞破碎,分离,醪液输送,除杂,蒸发、蒸馏、结晶、干燥、包装等过程,以及过程的控制和自动化等有关理论。
虽然微生物工业生产以发酵为主,发酵的好坏是整个生产的关键,但后处理在发酵生产中也占有很重要的地位。往往有这样的情况:发酵产率很高,但由于后处理提纯操作和提纯设备选用不当而大大降低了总的得率,鉴于课时,这里着重给大家介绍发酵部分。
三、课程目的与任务
使学生在学过的微生物学、生物化学、物理化学、化工原理和生化技术等课程的基础上,进一步深入理解嫌气发酵和好气发酵有关的工艺原理。
1、懂得应用这些基本理论去分析和解决微生物工业生产中的具体问题,使生产过程更好地符合客观规律,进一步提高发酵产品的质量和产率。
2、同时使学生初步具有选育优良菌种,合理控制发酵条件和调节代谢途径,增加前体或抑制物,提高某些系统酶系的酶活。
3、使生产过程连续化、自动化,探求新工艺、新设备和从事微生物工程研究和设计的能力。
四、学习本课程意义
1、微生物工程的特点(与化学工程的区别)
微生物工程是直接建立在微生物工业基础上的,随着微生物工业的发展而迅速发展起来,同时也是与化学工程相结合的一个新发展。微生物工业由于本身具有很多特点,与化学工程有明显的区别。
微生物工程的发酵部分是极其复杂的生物化学反应过程,且与微生物活细胞息息相关,代谢控制发酵技术使微生物工程更具有特色。因为
(1)发酵醪包括固相、液相、气相,还含有活细胞体和菌丝体,它的液体力学性质和一般典型溶液明显不同,不服从牛顿力学规律,所以发酵醪特性的研究就更加迫切。例如发酵醪的粘度这个参数,在发酵、提纯、生产、科研、设计等方面,其影响是广泛的,它牵涉到质量传递、热量传递、动量传递等问题,对于醪中氧的传递、溶解、吸收问题,醪中营养成分的扩散吸收、代谢产物的排除和回收、醪液的冷却、培养基的灭菌处理以及醪的输送、连续生产流程的建立等等,无不发生直接或间接的关系。
(2)提纯部分的单元操作虽然与化学工业中的单元操作无明显的区别,但为了适应菌体与发酵产物的特点,还要采取一些特殊的工艺措施并选用合适的设备。例如,最终发酵液中存在有菌体,残留的糖类和蛋白质等有机体,使发酵液的过滤分离难以进行,这时就要采取一些特殊的工艺措施,如调节PH值,将发酵液适当加热使杂质凝聚,有时还需采用助滤剂等。再如,有些产品具有热敏性(如酶类、酶制剂)当加热到一定温度和经一定时间后就会钝化或失活,在进行蒸发、干燥等加热操作时,要采取避免过热以及添加保护剂等措施。
总之,微生物工程是由微生物工业发酵应用化学工程的有关理论和单元操作而发展成为具有新的特点的一门科学。
2、学习本课程的目的
也许很多同学学习本课程的目的是为了拿到这几个学分,或者更加直接一点说是为了考试,但学习本课程的最终目的是理论联系实际,也就是将一些基本理论和基本原理应用到实际生产中,从而创造出经济效益。具体包括两个方面:
(1)学会发酵工艺实验室小型试验-中间试验规模-大型生产规模比拟放大(或称模型放大)的过程。
这也正是微生物工程十分复杂而迫切需要解决的问题。不少实验室的研究表明,在扩大试验时,不能取得类似数据,甚至出入很大,其原因往往是由于忽视了模型放大的理论。实验室小型试验-中间试验规模-大型生产规模这个过程仍是目前新产品、新品种投入生产的必经之路。通过实验室小型试验和中间规模试验,要把最佳的工艺条件和操作条件都确定下来,把中小型试验得出的结果,用模拟放大的方法扩大到生产规模的设备上去,使在大生产时不致出现重大问题,并获得较好的经济效益。放大方法不是简单地按几何比例放大,而是在一定理论基础上进行的。加强模型理论的研究,不仅在扩大实验的顺序中更能取得预期的结果,而且可能简化这种扩大实验的顺序。
(举例:微生物发酵工艺比拟放大具体过程,斜面菌种-摇瓶试验-小型发酵罐—中试-大规模工业生产)
(2)懂得实践-理论-实践的道理。
微生物发酵工程是在科学实验和生产实践的基础上,积累了大量经验,通过总结归纳,逐步上升为理论,再用这些