十 发酵经济学.ppt

1、第十章,发酵经济学,本章内容,前言 优良菌株选育 培养基成本分析 无菌空气与通气搅拌 动力费（加热、冷却） 培养方式 后处理成本 发酵规模 市场经济信息分析及管理技术,菌株 发酵工程原理 反应过程（代谢、工艺过程及控制） 后处理 发酵经济学 发酵产品及发酵工厂设计（具体工艺、设备、效益分析）,在开发一个新的发酵产品时，应从以下几个方面考虑,菌种：应选用高产稳定、适应性强的优良生产菌株 ； 原料：来源广泛（易采购、价廉）, 利用率高；有替代品; 发酵过程：易于控制，可实现自动控制系统，以控制产品质量 培养方式: 尽量提高设备的利用率和劳动生产率，如果采用的是分批培养方式，则要尽量缩短生长周期，或

2、采用补料分批提高发酵产量。,在开发一个新的发酵产品时，应从以下几个方面考虑(续),动力费用：充分利用动力和热量，最大限度降低单位能耗 后处理：产物回收和纯化过程要简便、快速； 投资额要求：对发酵及辅助设备的投资额要尽可能低，且要求设备对不同的发酵产品有一定的通用能力； 厂房规划及设计：建筑利用率高，要考虑发展余地； 清洁（洁净）生产: 排放物的数量和浓度应小，这样 可减少物料的损失，降低废水处理的开支。,发酵产品成本的主要组成,原材料 公用设施（动力费、污水处理费）； 工资及管理费； 固定资产折旧费； 销售费用； 其它费用。,总成本费用=生产成本+销售费用+管理费用+财务费用 +销售税金及附加

3、,盈亏平衡点,产量,费用 (价值),固定成本,可变成本,总成本,销售收入,提高筛选效率很重要,分离一支有价值的菌株并不容易，通常要花费较长的时间和代价，甚至花费了大量的精力仍一无所获。,除了注意高产外，还应考虑提高发酵过程经济效益的其他性能因素,耐热性：在筛选菌体蛋白生产株时，国外曾选定了耐热放线菌，这是由于： 此菌可在生长，所以可节约冷却水； 该菌体蛋白富含甲硫氨酸，可用作强化蛋白添加剂； 该菌菌体系由菌丝构成，简单的过滤技术即可获得产品。,ICI公司选定生产scp的菌株时，考虑了几个经济技术指标： 有较高的甲醇同化效率（利用石油发酵）。 增长速率快。 连续培养中遗传性能稳定。 菌体蛋白营养

4、价值高，且不存在毒性和病原性。,Aumstrup(1977)在筛选产酶菌株时，确定了下列目标： 产酶单位高； 遗传性能稳定； 不产或少产杂酶； 能充分利用培养基。,生产菌株的改良,改良成本与改良后效益相比很小 只要突变株的青霉素生产单位数提高10%,那么对一个年产450吨的青霉素工厂来说，其一年内增加的产值可超过选育费用的三倍。 糖化酶生产株 UVB-11-1-3形态回复突变株具有发酵单位高、发酵周期短、通风量小、培养温度允许较高、酶系较纯、成本较低等优点，吨酒精的耗糖化酶成本可比使用UV-11固体曲时降低50%左右。 代谢工程育种,碳源,价格影响因素 种植面积和收获情况 市场需求量 贮存问题

5、 需建大容量仓库； 占用大量流动资金，影响资金周转； 变质的危害。 降低培养基成本的主要方法 筛选发酵单位数较高的培养基配方； 选用价格较低的C、N源组分。,碳源（续）,在确定培养基配方时，不仅要比较它们的单耗成本，而且还要考虑通风量与搅拌功率。 工业废料的利用 优点：以此作为廉价C源，主要意义在其社会效益显著，保护了环境 。 缺点：经济效益不如传统原料高。,矿物质（无机盐）,原材料中矿物质所占比重一般较小，其中价高的为磷酸盐，且要求是食用级的而不是肥料级的。 培养基用的钾、镁、锌、铁盐，应采用它们的硫酸盐而不是氯化物 。,无菌空气,加热直接灭菌空气：耗能太大，不适合工业应用。 利用压缩热进行

6、空气的热灭菌，其最经济的无菌空气生产规模为50150m3/min。 单级压缩后再经空气过滤器的最经济的生产规模为140570 m3/min。 空气过滤器的总操作费： （1）大小与动力费的关系 （2）除菌效率上考虑 （3）过滤介质的选择,通风搅拌,通风费与搅拌费相互关联，最佳的通风比和搅拌转速，应在工艺允许的范围内，以两者合计的动力费和设备维修费为最低来确定。 在分批培养的不同时期，需氧量有所不同，最适通风比与搅拌转速亦会改变，应根据工艺要求设计，使整个运转费最低。,动力费（加热、冷却）,发酵生产中，需要加热与冷却的工序大体有： 培养基的加热灭菌（或者淀粉质原料的蒸煮糊化），然后冷却到接种温度；

7、 发酵罐及辅助设备的加热灭菌与冷却； 发酵热的冷却，发酵恒温； 产物提炼与纯化过程的蒸发、蒸馏、结晶、干燥等。 节约冷却水用量的办法 采用气升式发酵罐； 选育嗜热或耐热的生产菌株； 改变原料路线，少用烃类原料。,淀粉质原料酒精发酵中的节能问题 无蒸煮发酵或低温蒸煮发酵 浓醪发酵 高温发酵 蒸馏流程中的热泵节能和汽相过塔 余热利用和废醪沼气发酵回收燃烧值,培养方式,分批培养时，在整个操作周期中的平均生产能力为： P生产能力，g cell（或产物）(Lh) Xf最终细胞浓度，（g/l）； X0初始细胞浓度，(g/l) m最大比生长率，(h1)； tL生长迟缓期的时间，(h);,提高平均生产能力的措

8、施： 增加接种量，X0值增大 ； 接种时接入处于生长旺盛期的种子，可以有效地缩短tL ; 选育m值较大的生产菌株或高产菌株 ; 辅助操作所占用时间的影响，对发酵周期较短的过程影响很大；而对长周期发酵产品则影响较小。,连续培养的主要优点是生产能力较高， 将连续培养与分批培 养的生产能力相比较，得 xm最大细胞浓度；x0起始细胞浓度； m 最大比生长速率；DC临界稀释速率； Y细胞得率系数（对限制性基质）；,一般对生长较快的菌株来说，采用连续培养是很有利的。 以后处理成本为主的发酵不适合进行连续发酵 。,后处理成本,下游工艺的优劣对产品成品的影响主要表现在： 影响着成本的最终收得率； 提取过程动力

9、费用大； 提取过程要耗用大量的溶剂、吸附剂、中和剂等辅助材料； 设备投资大，有的已占有全厂设备总投资额的80%，或是发酵设备投资额的56倍。,提取收得率是后处理中判断工艺是否优越的重要指标。 对于同一种发酵产品，提取工艺不同时，其技术经济指标的差异很大 。,发酵规模,从理论上说，规模越大越经济。 规模大小与成本的关系可用下列经验式：,n规模系数(啤酒:n=0.6;SCP:n=0.70.8),发酵规模（续）,具体确定规模时, 还要考虑以下节约性因素： 设备可获得的最大通气能力(传质); 冷却能力(传热); 制造技术水平和运输安装等问题 超大型罐的设计力求减少设备投资费和操作费，致力于提高传氧效率且结构简单。 装置的使用寿命直接影响着折旧费的大小 。 在筹建或扩建一个发酵工厂时，除了应慎重考虑设备的放大方案、市场需求和原料来源等因素外，还应注意水、电、汽的配套或供应问题。,市场经济信息分析及管理技术,及时了解原材料和产品的市场行情，并收集、分析国内外的有关经济信息，预测今后的变化趋势，及早做好应变的准备。 为了增加对原材料变动的应变能力，需有能吃其他代用原料的备用菌种或者为同一生产株筛选