发酵工程综述

发酵工程的内容是跟着科学技巧的成长而赓续扩大年夜和充分的。现代的发酵工程不仅包含菌体临盆和代谢产品的发酵临盆，还包含微生物机能的应用。其重要内容包含临盆菌种的选育，发酵前提的优化与操纵，反响器的设计及产品的分别、提取与精制等。

1 发酵类型

今朝已知具有临盆价值的发酵类型有以下五种： 1.1 微生物菌体发酵

这是以获得具有某种用处的菌体为目标的发酵。比较传统的菌体发酵工业，有效于面包制造的酵母发酵及用于人类食物或动物饲料的微生物菌体蛋白发酵两种类型。新的菌体发酵可用来临盆一些药用真菌，如喷鼻菇类、依附虫蛹而生计的冬虫夏草菌、与天麻共生的密环菌、以及从多孔菌科的茯苓菌获得的宝贵中药茯苓和担子菌的灵芝等。这些药用真菌能够经由过程发酵培养的手段来产生与天然产品具有一致疗效的产品。有的微生物菌体还可用作生物防治剂，可制成新型的微生物杀虫剂，并用于农业临盆中。是以菌体发酵工业还包含微生物杀虫剂的发酵。

1.2 微生物酶发酵

酶广泛存在于动物、植物和微生物中。最初，人们差不多上从动、植物组织中提取酶，但今朝工业应用的酶大年夜多来自微生物发酵，因为微生物具有种类多、产酶品种多、临盆轻易和成本低等特点。微生物酶制剂有广泛的用处，多用于食物工业和轻工业中，如微生物临盆的淀粉酶和糖化酶用于临盆葡萄糖，氨基酰化酶用于拆分D、L-氨基酸等。 1.3 微生物代谢产品发酵

微生物代谢产品的种类专门多，已知的有37个大年夜类。在菌体对数生经久所产生的产品，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、糖类等，是菌体进展滋长所必须的，这些产品叫做初级代谢产品。专门多初级代谢产品在经济上具有相当的重要性，分别形成了各类不合的发酵工业。在菌体进展静止期，某些菌体能合成一些具有特定功能的产品，如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物进展因子等。这些产品与菌体进展滋长无明显关系，叫做次级代谢产品。次级代谢产品多为低分子量化合物，但其化学构造类型多种多样，据不完全统计多达47类。个中抗生素按其构造类型类似性，可分为14类。因为抗生素不仅具有广泛的抗菌感化，同时还有抗病毒、抗癌和其贰心理活性，因而获得了大年夜力成长，已成为发酵工业的重要支柱。 1.4 微生物的转化发酵

微生物转化是应用微生物细胞的一种或多种酶，把一种化合物改变成构造相干的更有经济价值的产品。可进行的转化反响包含：脱氢反响、氧化反响、脱水反响、缩合反响、脱羧反响、氨化反响、脱氨反响和异构化反响等。最古老的生物转化，确实是应用菌体将乙醇转化成乙酸的醋酸发酵。生物转化还可用于把异丙醇转化成丙醇；甘油转化成二羟基丙酮；葡萄糖转化成葡萄糖酸，进而转化成2—酮基葡萄糖酸或5—酮基葡萄糖酸；以及将山梨醇改变成L—山梨糖等。此外，微生物转化发酵还包含甾类转化。 1.5 生物工程细胞的发酵

这是指应用生物工程技巧所获得的细胞，如DNA重组的“工程菌”以及细胞融合所得的“杂交”细胞等进行培养的新型发酵，其产品多种多样。用基因工程菌临盆的有胰岛素、干扰素、青霉素酰化酶等，用杂交瘤细胞临盆的用于治疗和诊断的各类单克隆抗体等。

2 发酵技巧的特点

微生物种类繁多、滋长速度快、代谢才能强，轻易经由过程人工诱变获得有益的突变株；微生物酶的种类专门多，能催化各类生物化学反响；微生物能够或许应用有机物、无机物等各类养分源；能够用简略单纯的设备来临盆多种多样的产品；不受气候、季候等天然前提的等长处。因此源于酒、酱、醋等酿造技巧的发酵技巧成长专门灵敏，并具有以下特点：①发酵过程以生命体的主动调剂方法进行，数十个反响过程能够或许在发酵设备中一次完成；②反响平日在常温常压下进行，前提平和，能耗少，设备较简单；③原料平日以糖蜜、淀粉等碳水化合物为主，可因此农副产品、工业废水或可再生资本(如植物秸秆、木屑等)，微生物本身能有选择地摄取所需物质；④轻易临盆复杂的高分子化合物，能高度选择地在复杂化合物的特定部位进行氧化、还原、官能团引入或去除等反响；⑤发酵过程中须要防止杂菌污染，大年夜多情形下设备须要进行严格的冲刷、灭菌，空气须要过滤等。

3 发酵技巧的应用

发酵过程的上述特点表现了发酵工程的各种长处。在今朝能源、资本重要，人口、粮食及污染问题日益严峻的情形下，发酵工程作为现代生物技巧的重要构成部分之一，获得越来越广泛的应用：①医药工业，用于临盆抗生素、维生素等常用药物和人胰岛素、乙肝疫苗、干扰素、透亮质酸等新药；②食物工业，用于微生物蛋白、氨基酸、新糖源、饮料、酒类和一些食物添加剂(柠檬酸、乳酸、天然色素等)的临盆；③能源工业，经由过程微生物发酵，可将绿色植物的秸秆、木屑以及工农业临盆中的纤维素、半纤维素、木质素等舍弃物转化为液体或气体燃料(酒精或沼气)，还可应用微生物采油、产氢以及制成微生物电池；④化学工业，用于临盆可降解的生物塑料、化工原料(乙醇、丙酮、丁醇、癸二酸等)和一些生物别处活性剂及生物凝集剂；⑤冶金工业，微生物可用于黄金开采和铜、铀等金属的浸提；⑥农业，用于生物固氮和临盆生物杀虫剂及微生物饲料，为农业和畜牧业的增产发挥了庞大年夜感化；⑦情形爱护，可用微生物来净化有毒的高分子化合物，降解海上浮油，清除有毒气体和恶臭物质以及处理有机废水、废渣等等。

4 微生物发酵过程

微生物发酵过程即微生物反响过程，是指由微生物在进展滋长过程中所引起的牛化反响的过程。

依照微生物的种类不合(好氧、厌氧、兼性厌氧)，微生物发酵过程能够分为好氧性发酵过程和厌氧性发酵过程两大年夜类。

(1)好氧性发酵 在发酵过程中须要赓续地通人必定量的无菌空气，如应用黑曲霉进行的柠檬酸发酵，应用棒状杆菌进行的谷氨酸发酵，应用黄单孢菌进行的多糖发酵等。

(2)厌氧性发酵 在发酵时不须要供给空气，如乳酸杆菌引起的乳酸发酵，梭

状芽孢杆菌引起的丙酮、丁醇发酵等。

此外，酵母菌是兼性厌氧微生物，它在缺氧前提下进行厌氧性发酵积聚酒精而在有氧即通气前提下则进行好氧性发酵，大年夜量滋长菌体细胞，是以称为兼性发酵。

依照培养基状况的不合(固体或液体)，微生物发酵可分为固体发酵和液体发酵。

假如按照发酵设备来分，又可分为敞口发酵、密闭发酵、浅盘发酵和深层发酵。个中深层发酵法是指在液体培养基内部(不仅仅在别处)进行的微生物培养过程。

液体深层发酵是在青霉素等抗生素的临盆中成长起来的技巧。同其他发酵方法比拟，它具有专门多长处：①液体悬浮状况是专门多微生物的最适进展情形；②在液体中，菌体及养分物、产品(包含热量)易于扩散，使发酵可在均质或拟均质前提下进行，便于操纵，易于扩大年夜临盆范畴；③液体输送便利，易于机械化操作；④厂房面积小，临盆效力高，易进行主动化操纵，产品德量稳固；⑤产品易于提取、精制等。因而液体深层发酵在发酵工业中被广泛应用。 4.1 发酵工业中的常用微生物

微生物质源专门丰富，广布于泥土、水和空气中，尤以泥土中为多。有的微生物从天然界平分别出来就能够或许被应用，有的须要对分别到的野生菌株进行人工诱变，获得突变株才能被应用。当前发酵工业所用菌种的总趋势是从野生菌转向变异菌，从天然选育转向代谢操纵育种，从诱发基因突变转向基因重组的定向育种。发酵工业临盆上常用的微生物主假如细菌、放线菌、酵母菌和霉菌，因为发酵工程本身的成长以及遗传工程的介入，藻类、病毒等也正在慢慢地成为发酵工业中采取的微生物。 4.2 培养基

4.2.1 培养基的种类

培养基是人们供给微生物进展滋长和生物合成各类代谢产品须要的多种养分物质的混淆物。培养基的成分和配比，对微生物的进展、发育、代谢及产品积聚，甚至对发酵工业的临盆工艺都有专门大年夜的阻碍。依照其在临盆中的用处，可将培养基分成孢子培养基、种子培养基和发酵培养基等。 4.2.2 发酵培养基的构成

发酵培养基的构成和配比因为菌种不合、设备和工艺不合以及原料来源和质量不合而有所差别。是以，须要依照不合要求推敲所用培养基的成分与配比。然则综合所用培养基的养分成分，只是乎是碳源(包含用作消泡剂的油类)、氮源、无机盐类(包含微量元素)、进展因子等几类。 4.2.3 菌种

在进行发酵临盆之前，必须从天然界分别获得能产生所需产品的菌种，并经分别、纯化及选育后或是经基因工程改革后“工程菌”，才能供给发酵应用。为了能保持和获得稳固的高产菌株，还须要按期进行菌种纯化和育种，选择出高产量和高质量的优良菌株。 4.2.4 种子扩大年夜培养

将储存在砂土管、冷冻干燥管或冰箱中处于休眠状况的临盆菌种接人试管斜面培养基上活化后，再经由茄子瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大年夜培养，获得必定命量和质量的纯种，那个全过程称为种子扩大年夜培养，这些纯种培养物称为种子。

发酵产品的产量与成品的质量，与菌种机能以及孢子和种子的制备情形紧密相干。先将储存的菌种进行进展滋长，以获得优胜的孢子，再用所得的孢子制备足够量的菌丝体，供发酵罐发酵应用。种子制备有不合的方法，有的从摇瓶培养开端，将所得摇瓶种子液接人到种子罐进行逐级扩大年夜培养，称为菌丝进罐培养；有的将孢子直截了当接人种子罐进行扩大年夜培养，称为孢子进罐培养。采取哪种方法和若干培养级数，取决于菌种的性质、临盆范畴的大年夜小和临盆工艺的特点。种子制备一样应用种子罐，扩大年夜培养级数平日为二级。关于不产孢子的菌种，经试管培养直截了当获得菌体，再经摇瓶培养后即可作为种子罐种子。

4.2.5 发酵

发酵是在无菌状况下对微生物进行纯种培养，本时期微生物合成大年夜量的产品是全部发酵工程的中间环节。是以，所用的培养基和培养设备都必须经由灭菌，通人的空气或半途的补料差不多上无菌的，转移种子也要采取无菌接种技巧。平日应用饱和蒸汽对培养基进行灭菌，灭菌前提是在120℃(约0．1 MPa表压)保持20～30 min。空气除菌则采取介质过滤的方法，可用按期灭菌的干燥介质来阻截流过的空气中所含的微生物，从而制得无菌空气。发酵罐内部的代谢变更(菌丝形状、菌浓度、糖含量、氮含量、pH、溶氧浓度和产品浓度等)是比较复杂的，专门是次级代谢产品发酵就更为复杂，受专门多身分操纵。 4.2.6 下流处理

发酵停止后，要对发酵液或微生物细胞进行分别和提取精制，将发酵产品制成相符要求的成品。

5 液体深层发酵

5.1 发酵的操作方法

依照操作方法的不合，液体深层发酵重要有分批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类型。 5.2 分批发酵

养分物和菌种一次参加进行培养，直到停止放罐，中心除了空气进入和尾气排出，与外部没有物料交换。传统的生物产品发酵多用此过程，它除了操纵温度和pH及通气以外，不进行任何其他操纵，操作简单。但从细胞所处的情形来看，则有明显改变，发酵初期养分物过多，可能克制微生物的进展，而发酵的中后期又可能因为养分物削减而降低培养效力；从细胞的增殖来说，初期细胞浓度低，增长慢，后期细胞浓度虽高，但养分物浓度过低也进展不快，总的临盆才能不是专门高。迄今为止，分批发酵仍是常用的发酵方法，广泛用于多种发酵过程。 5.3 连续发酵

所谓连续发酵，是指以必定的速度向发酵罐内添加新奇培养基，同时以雷同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量保持恒定，微生物在稳固状况下进展。稳固状况能够有效地延长分批培养中的对数期。在稳固的状况下，微生物所处的情形前提，如养分物浓度、产品浓度、pH等都能保持相对恒定，微生物细胞的浓度及其比进展速度也可保持不变，甚至还能够依照须要来调剂进展速度。

与分批发酵比拟，连续发酵有着较多长处，但今朝重要用于研究工作中，如发酵动力学参数的测定，过程前提的优化实验等。而在工业临盆中的应用还不多，今朝重要用于面包酵母和饲料酵母的临盆，以及有机废水的活性污泥处理等。别的，酒精连续发酵临盆技巧在前苏联也已获获成功的应用。而新近成长的一种培

养方轨则是把固定化细胞技巧和连续培养方法结合起来，用于临盆丙酮、丁醇、正丁醇、异丙醇等重要工业溶剂。 5.4 补料分批发酵

补料分批发酵又称半连续发酵，是介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技巧，是指在微生物分批发酵中，以某种方法向培养体系补加必定物料的培养技巧。经由过程向培养体系中补偿物料，能够使培养液中的养分物浓度较长时刻地保持在必定范畴内，既包管微生物的进展须要，又不造成晦气阻碍，从而达到进步产率的目标。补料在发酵过程中的应用，是发酵技巧上一个划时代的进步。补料技巧本身也由少次多量、少量多次，慢慢改为流加，近年又实现了流加补料的微机操纵。然则，发酵过程中的补料量或补料率，今朝在临盆中还只是凭体会确信，或者依照一、两个一次检测的静态参数(如基质残留量、pH、消融氧浓度等)设定操纵点，带有必定的盲目性，专门难同步地知足微生物进展和产品合成的须要，也弗成能完全幸免基质的反响。因而现在的研究重点在于若何实现补料的优化操纵。

补料分批发酵能够分为两种类型：单一补料分批发酵和反复补料分批发酵。补料分批发酵作为分批发酵向连续发酵的过渡，兼有两者之长处，同时克服了两者之缺点。同传统的分批发酵比拟，补料分批发酵的优胜性是明显的。起首，它能够解除养分物基质的克制、产品反馈克制和葡萄糖分化隔绝效应。其次，关于好氧发酵，它能够幸免在分批发酵中因一次性投入糖过多造成细胞大年夜量进展，耗氧过多，以至通风搅拌设备不克不及匹配的状况。第三，它还能够在某些情形下削减菌体生成量，进步有效产品的转化率。在真菌培养中，菌丝的削减能够降低发酵液的黏度，便于物料输送及后处理。与连续发酵比拟，它可不能产生菌种老化和变异问题，事实上用范畴也比连续发酵广。

今朝，应用补料分批发酵技巧进行临盆和研究的范畴十分广泛，包含单细胞蛋白、氨基酸、进展激素、抗生素、维生素、酶制剂、有机溶剂、有机酸、核苷酸、高聚物等，几乎普及全部发酵行业。它不仅被广泛用于液体发酵中，在固体发酵及混淆培养中也有应用。跟着研究工作的深刻及微机在发酵过程主动操纵中的应用，补料分批发酵技巧将日益发挥出其庞大年夜的优势。

6 发酵工艺操纵

发酵过程中，为了能对临盆过程进行须要的操纵，须要对有关工艺参数进行按期取样测定或进行连续测量。反应发酵过程变更的参数能够分为两类。一类是能够直截了当采取特定的传感器检测的参数，它们包含反应物理情形和化学情形变更的参数，如温度、压力、搅拌功率、转速、泡沫、发酵液黏度、浊度、pH、离子浓度、消融氧、基质浓度等，称为直截了当参数。另一类是至今尚难于用传感器来检测的参数，包含细胞进展速度、产品合成速度和呼吸商等。这些参数须要在一些直截了当参数的差不多上，借助于电脑运算和特定的数学模型才能获得，是以被称为间接参数。上述参数中，对发酵过程阻碍较大年夜的有温度、pH、消融氧浓度等。 6.1温度

温度对发酵过程的阻碍是多方面的，它会阻碍各类酶反响的速度，改变菌体代谢产品的合成偏向，阻碍微生物的代谢机制。除这些直截了当阻碍外，温度还对发酵液的理化性质产生阻碍，如发酵液的黏度、基质和氧在发酵液中的消融度和传递速度、某些基质的分化和接收速度等，进而阻碍发酵的动力学特点和

产品的生物合成。

最适发酵温度是既合适菌体的进展，又合适代谢产品合成的温度，它随菌种、培养基成分、培养前提和菌体进展时期不合而改变。理论上，全部发酵过程中不该只选一个培养温度，而应依照发酵的不合时期，选择不合的培养温度。但实际临盆中，因为发酵液的体积专门大年夜，起落温度都比较困难，因此在全部发酵过程中，往往采取一个比较合适的培养温度，使获得的产品产量最高，或者在可能的前提下进行恰当的调剂。发酵温度可经由过程温度计或主动记录外表进行检测，经由过程向发酵罐的夹套或蛇形管中通人冷水、热水或蒸汽进行调剂。工业临盆上，所用的大年夜发酵罐在发酵过程中一样不须要加热，因为发酵中会开释大年夜量的发酵热，在这种情形下平日还须要加以冷却，应用主动操纵或手动调剂的阀门，将冷却水通人夹套或蛇形管中，经由过程热交换来降温，保持恒温发酵。 6.2 pH

pH对微生物的进展滋长和产品合成的阻碍有以下几个方面：①阻碍酶的活性，当pH克制菌体中某些酶的活性时，会阻碍菌体的新陈代谢；②阻碍微生物细胞膜所带电荷的状况，改变细胞膜的通透性，阻碍微生物对养分物质的接收及代谢产品的渗出；③阻碍培养基中某些组分和中心代谢产品的解离，从而阻碍微生物对这些物质的应用；④PH不合，往往引起菌体代谢过程的不合，使代谢产品的质量和比例产生改变。别的，pH还会阻碍某些霉菌的形状。

发酵过程中，pH的变更取决于所用的菌种、培养基的成分和培养前提。培养基中的养分物质的代谢，是引起pH变更的重要缘故，发酵液的pH变更乃是菌体产酸和产碱的代谢反响的综合成果。每一类微生物都有其最适的和能耐受的pH范畴，大年夜多半细菌进展的最适pH为6．3～7．5，霉菌和酵母菌为3～6，放线菌为 7～8。同时微生物进展时期和产品合成时期的最适pH往往不一样，须要依照实验成果来确信。为了确保发酵的顺利进行，必须使其各个时期经常处于最适pH范畴之内，这就须要在发酵过程中赓续地调剂和操纵pH。起首须要推敲和实验发酵培养基的差不多配方，使它们有个恰当的配比，使发酵过程中的pH变更在合适的范畴内。假如达不到要求，还可在发酵过程中补加酸或碱。往常是直截了当参加酸(如 H2SO4)或碱(如NalOH)来操纵，现在常用的是以心理酸性物质如(NH4)2SO4和心理碱性物质如氨水来操纵，它们不仅能够调剂pH，还能够补偿氮源。此外，用补料的方法来调剂pH也比较有效。最成功的例子确实是青霉素发酵的补料工艺，应用操纵葡萄糖的补加快率来操纵pH，其青霉素产量比用恒定的加糖速度和加酸或碱来操纵PH的产量高25％。今朝已试制成功合适于发酵过程监测pH的电极，能连续测定并记录pH的变更，将旌旗灯号输入pH操纵器来指令加糖、加酸或加碱，使发酵液的pH操纵在预定的数值。 6.3消融氧浓度

关于好氧发酵，消融氧浓度是最重要的参数之一。好氧性微生物在进行深层培养时，须要适量的消融氧以保持其呼吸代谢和某些产品的合成，氧的不足会造成代谢专门，产量降低。

现在可采取复膜氧电极来检测发酵液中的消融氧浓度。

要保持必定的溶氧程度，需从供氧和需氧两方面着手。在供氧方面，主假如设左进步氧传递的推动力和氧传递系数，能够经由过程调剂搅拌转速或通气速度来操纵司时要有恰当的工艺前提来操纵需氧量，使菌体的进展和产品形成对氧的需求量不跨过设备的供氧才能。已知发酵液的需氧量，受菌体浓度、基质的种类

和浓度以受培养前提等身分的阻碍，个中以菌浓的阻碍最为明显。发酵液的摄氧率随菌浓曾大年夜而增大年夜，但氧的传递速度随菌浓的对数关系削减。是以能够操纵合适的菌体在度，使得产品的比临盆速度保持在最大年夜值，又可不能导致需氧大年夜于供氧。这能够经由过程操纵基质的浓度来实现，如操纵补糖速度。除操纵补料速度外，在工业上，还可采取调剂温度(降低培养温度可进步溶氧浓度)、液化培养基、中心补水、添加别处活性剂等工艺方法，来改良溶氧程度。

发酵过程中各参数的操纵专门重要，今朝发酵工艺操纵的偏向是转向主动化操纵，因而欲望能开创出更多更有效的传感器用于过程参数的检测。此外，关于发酵终点的确信也同样重要。临盆不克不及只纯真寻求高临盆力，而掉落臂及产品的成本，必须把二者结合起来。合理的放罐时刻是经由过程实验来确信的，确实是依照不合的发酵时刻所得的产品产量运算动身酵罐的临盆力和产品成本，采取临盆力高而成本又低的时刻，作为放罐时刻。确信放罐的指标有：发酵产品的产量，发酵液的过滤速度，发酵液中氨基氮的含量，菌丝的形状，发酵液的PH、外不雅和黏度等。发酵终点切实事实上定，须要综合推敲这些身分。

7 发酵设备

进行微生物深层培养的设备统称发酵罐。一个优良的发酵装配应具有严密的构造，优胜的液体混和机能，较高的传质、传热速度，同时还应具有配套而又靠得住的检测及操纵外表。因为微生物有好氧与厌氧之分，因此其培养装配也响应地分为好氧发酵设备与厌氧发酵设备。 7.1 好氧发酵设备

关于好氧微生物，发酵罐平日采取通气和搅拌来增长氧的消融，以知足其代谢须要。依照搅拌方法的不合，好氧发酵设备又可分为机械搅拌式发酵罐和通风搅拌式发酵罐。

7.1.1 机械搅拌式发酵罐

机械搅拌式发酵罐是发酵工厂常用的类型之一。它是应用机械搅拌器的感化，使空气和发酵液充分混淆，促进氧的消融，以包管供给微生物进展滋长和代谢所需的消融氧。比较典范的是通用式发酵罐和自吸式发酵罐。 7.1.2 通风搅拌式发酵罐

在通风搅拌式发酵罐中，通风的目标不仅是供给微生物所须要的氧，同时还应用通人发酵罐的空气，代替搅拌器使发酵液平均混淆。常用的有轮回式通风发酵罐和高位塔式发酵罐。 7.2厌氧发酵设备

厌氧发酵也称静止培养，因其不需供氧，因此设备和工艺都较好氧发酵简单。严格的厌氧液体深层发酵的重要特点是清除发酵罐中的氧。罐内的发酵液应尽量装满，以便削减上层相的阻碍，有时还需充人无氧气体。发酵罐的排气口要安装水封装配，培养基应预先还原。此外，厌氧发酵需应用大年夜剂量接种(一样接种量为总操作体积的10％-20％)，使菌体灵敏进展，削减其对外部氧渗人的敏锐性。酒精、丙酮、丁醇、乳酸和啤酒等差不多上采取液体厌氧发酵工艺临盆的。具有代表性的厌氧发酵设备如酒精发酵罐和用于啤酒临盆的锥底立式发酵罐。

8 下流加工过程

从发酵液平分别、精制有关产品的过程称为发酵临盆的下流加工过程。发酵液是含有细胞、代谢产品和残剩培养基等多组分的多相体系，黏度平日专门大年

夜，从平分别固体物质专门困难；发酵产品在发酵液中浓度专门低，且经常与代谢产品、养分物质等大年夜量杂质共存于细胞内或细胞外，形成复杂的混淆物；欲提取的产品平日专门不稳固，遇热、极端pH、有机溶剂会分化或掉活；别的，因为发酵是分批操作，生物变异性大年夜，各批发酵液不尽雷同，这就要求下流加工有必定弹性，专门是对染菌的批号也要能够或许处理。发酵的最后产品纯度要求较高，上述各种缘故使得下流加工过程成为专门多发酵临盆中最重要、成本费用最高的环节，如抗生素、乙醇、柠檬酸等的分别和精制占全部工厂投资的60％阁下，同时还有连续增长的趋势。发酵临盆中因缺乏合适的、经济的下流处理方法而不克不及投入临盆的例子是专门多的。是以下流加工技巧愈来愈引起人们的看重。

下流加工过程由专门多化工单位操作构成，平日可分为发酵液预处理和固液分别、提取、精制以及成品加工四个时期。发酵液性质，以利于固液分别，常用酸化、加热、加絮凝剂等方法。固液分别则常用到过滤、离心等方法。假如欲提取的产品存在于细胞内，还需先对细胞进行破裂，细胞破裂方法有机械、生物和化学法，大年夜范畴临盆中常用高压匀浆器和球磨机。细胞碎片的分别平日用离心、两水相萃取等方法。 8.1提取

经上述步调剂理后，活性物质存在于滤液或离心上清液中，液体的体积专门大年夜，浓度专门低。接下来要进行提取，提取的目标主假如浓缩，也有一些纯化感化。常用的方法有吸附法、离子交换法、沉淀法、萃取法、超滤法 8.2精制

经提取过程初步纯化后，液体的体积大年夜大年夜缩小，但纯度进步不多，须要进一步精制。初步纯化中的某些操作，如沉淀、超滤等也可应用于精制。大年夜分子(蛋白质)精制依附于层析分别，层析分别是应用物质在固定相和移动相间分派情形不合，进而在层析柱中的活动速度不合，而达到分别的目标。依照分派机制的不合，分为凝胶层析、离子交换层析、聚焦层析、疏水层析、亲和层析等几种类型。层析分别中的重要困难之一是层析介质的机械强度差，研究临盆优质层析介质是下流加工的重要义务之一。小分子物质的精制则可应用结晶操作。

9 成品加工

经提取和精制后，依照产品应用要求，有时还须要浓缩、无菌过滤和去热原、干燥、加稳固剂等加工步调。浓缩可采取升膜或降膜式的薄膜蒸发或者采取膜过滤的方法，对热敏性物质可用离心薄膜蒸发进行浓缩，对大年夜分子溶液可用超滤膜过滤、小分子溶液可用反渗入渗出膜过滤进行浓缩。用截断相对分子质量10000的超滤膜可除去相对分子质量在1000以内的产品中的热原，同时也达到了过滤除菌的目标。假如最后要求的是结晶性产品，则上述浓缩、无菌过滤等步调应放于结晶之前，而干燥则平日是固体产品加工的最后一道工序。干燥方法依照物料性质、物料状况及本地具体前提而定，可选用真空干燥、红外线干燥、沸腾干燥、气流干燥、喷雾干燥和冷冻干燥等方法。

10 固体发酵

某些微生物进展需水专门少，可应用松散而含有必须养分物的固体培养基进行发酵临盆，称为固体发酵。我国传统的酿酒、制酱等临盆等均为固体发酵。别的，固体发酵还用于蘑菇的临盆、奶酪和泡菜的制造以及动植物废料的堆肥等。

固体发酵所用原料一样为经济易得、富含养分物质的工农业中的副、废产品，如麸皮、薯粉、大年夜豆饼粉、高粱、玉米粉等。依照须要有的会对原料进行破裂摧残、蒸煮等预加工以促进养分物接收，改良发酵临盆前提，有的需参加尿素、硫酸铵及一些无机酸、碱等辅料。

固体发酵一样差不多上开放式的，因而不是纯培养，无菌要求不高，它的一样过程为：将原料预加工后再经蒸煮灭菌，然后制成含必定水分的固体物料，接人预先培养好的菌种，进行发酵。发酵成熟后要合时出料，并进行恰当处理，或进行产品的提取。依照培养基的厚薄可分为薄层和厚层发酵，用到的设备有帘子、曲盘和曲箱等。薄层固体发酵是应用木盘或苇帘，在上面铺1～2cm厚的物料，接种后在曲室内进行发酵；厚层固体发酵是应用深槽(或池)，在其上部架设竹帘，帘上铺一尺多厚的物料，接种后在深槽下部通气进行发酵。

固体发酵所需设备简单，操作轻易，并可因陋就简、随机应变地应用一些来源丰富的工农业副产品，是以至今仍在某些产品的临盆上不合程度地沿用着。然则这种方法有专门多缺点，如劳动强度大年夜，不便于机械化操作，微生物品种少、进展慢，产品有限等，因此今朝重要的发酵临盆多为液体发酵。

小结

发酵工程是一门具有悠长汗青，又融合了现代科学的技巧，是现代生物技巧的构成部分。现代的发酵工程不仅包含菌体临盆和代谢产品的发酵临盆，还包含微生物机能的应用，其重要内容为临盆菌种的选育，发酵前提的优化与操纵，反响器的设计及产品的分别、提取与精制等。工业临盆上常用的微生物包含细菌、放线菌、霉菌和酵母等，依照微生物的种类不合，能够分为好氧性发酵和厌氧性发酵两大年夜类；按照设备来分，发酵又可分为敞口发酵、密闭发酵、浅盘发酵和深层发酵，液体深层发酵在发酵工业中被广泛应用。依照操作方法的不合，液体深层发酵过程重要有分批发酵、连续发酵和补料分批发酵三种类型，它们有着各自的特点和应用范畴。发酵过程中，为了能对临盆过程进行须要的操纵，须要对有关工艺参数进行按期取样测定或进行连续测量，这些参数包含温度、pH和消融氧浓度等。用于微生物深层培养的设备称为发酵罐，包含多种类型，它应具有严密的构造，优胜的液体混淆机能，较高的传质、传热速度，同时还应具有靠得住的检测及操纵外表。