《现代发酵工程》PPT课件.ppt

1、现代生物技术 与 人 类 现代发酵工程,大型发酵罐群,大型发酵罐群,实验室小型发酵罐,实验室小型发酵罐,实验室小型发酵罐,实验室小型发酵罐,实验室中型发酵罐,离心机结构,转 头,中空纤维膜细胞培养系统,细胞培养系统,喷雾干燥机,喷雾干燥机工作流程,小型冷冻干燥机,小型冷冻干燥机高燥腔结构,中型冷冻干燥机,中型冷冻干燥机,水分测定仪,一：微生物生长动力学,一：发酵方式 1：罐批发酵：在灭菌培养基上接种相应微生物，然后不再加入新的培养基； 2：补料分批发酵：发酵过程不断加入营养物，但不除去旧的培养物； 3：连续发酵：不断加入新培养基，同时除去等量含微生物培养基，需通氧气，有时需加入酸或碱。,二：罐

2、批发酵微生物生长动力学特征,微生物生长分为六个典型时期： 1：延滞期：细胞适应不同环境阶段 2：加速期： 3：指数期：细胞特定生长速率保持不变 4：减速期：对数期末底物耗尽时 5：稳定期：某种关键底物耗尽或一种/几种抑制性代谢产物积累，细胞生长停止。次期细胞发生巨大变化，某些情况下合成有高商业价值的产物 6：衰亡期：能量耗尽、代谢停止。绝大多数商业发酵过程进入次期前就已停止,微生物生长的六个典型时期,延滞期,加速期,指数期,减 速 期,稳定期,衰亡期,三：补料分批发酵,静止期微生物会产生蛋白水解酶，有可能分解重组微生物产生的任何一种蛋白，利用重组微生物发酵必须阻止进入静止期。 控制操作：分为无

3、反馈操作、有反馈操作； 检测参数主要包括有机酸、pH、CO2等。一般工业发酵采用有反馈操作，添加培养基可根据实际情况修正，应用较广。,四：连续发酵,生产成本比罐批发酵低很多，原因在于： 1：设备投资少：生产同样量产物所用反应器体积小；每次收获细胞或产物量小，所需各种设备规模小； 2：单位产率高：发酵周期长、停工时间短 3：生产持续性能好：发酵周期长、细胞生理状态一致 4：易于实现生产过程自动化 5：有利于研究微生物生理、生态、反应机制等,不足之处： 1：发酵时间持续500-1000小时，培养过程中可能丢失质粒 2：长时间保持无菌状态难度较大，替代设备投资高 3：工业用培养基稳定性不理想,应用举

4、例：,1：罐批发酵： 2：补料分批发酵： 3：连续发酵：,二：发酵过程优化,一：溶氧 设计反应器时必须考虑到监测溶氧水平、供氧、使氧气有效混合、分散气泡的方法。 二：pH 绝大多数微生物在pH55-85时生长较好，发酵过程中必须对培养基pH进行监测，适当添加酸或碱，使pH保持稳定。,三：温度 发酵基本参数之一 四：搅拌混合 使细胞养分供应充分，防止有害代谢产物局部积累，有效营养混合，有效热传导。 搅拌产生剪切力可能使微生物或动物细胞产生破坏；体系温度升高；细胞活力减低。找到充分混合与细胞破坏间的平衡点。,五：灭菌 寻找营养不过度破坏、杀死微生物最佳温度和时间 六：培养基组成 1：含微生物生长和

5、蛋白产生的全部营养物，C/N 2：微生物生长培养基与产物合成培养基成分不同 3：培养基组成有利于产物分离 4：生长因子,七：重组微生物安全性 1：反应器设有故障自动停止系统 2：采用标准方法使微生物脱离反应器前被灭活 3：用过培养基保证不含活微生物细胞,三：生物反应器,一：生物反应器 基本类型与特点,完成生物催化反应的核心设备。 可分为两类： 细胞生物反应器 酶生物反应器,1：生物反应器基本类型,搅拌釜式反应器： 气泡柱式反应器； 气升式反应器； 喷射式反应器； 水平环流式反应器 。,搅拌釜式反应器,至今应用最广 优点： 操作条件灵活、易买到、气体运输效率高、可广泛用于微生物发酵,气泡柱式反应器,优点：结构简单、造价低、能耗少、操作成本低、噪音少 缺点：气泡上升过程中逐渐变大，可能造成气体分布不均匀，需在室外安装，需高压空气（可能产生气泡）,气升式反应器,二：典型大规模发酵系统举例,串联气升式反应器系统中完成两步发酵： T4DNA连接酶大规模生产,在一个反应器中进行两步发酵： 三体融合蛋白Aggal大规模生产,T4DNA连接酶大规模生产,生长阶段，30