发酵工艺学降低发酵成本优秀课件.ppt

发酵工艺学降低发酵成本第1页，本讲稿共27页发酵成本的控制主要方法：一、降低原料成本菌种改良发酵工艺改进选用廉价原材料二、节能菌种和发酵工艺改良降低通气成本通气与搅拌的优化组合三、提高设备利用率缩短非运转时间增加菌体浓度加大发酵液收获体积第2页，本讲稿共27页降低原料成本原料成本是发酵产品生产中最大的一项成本，因此，我们对它的控制优先予以考虑。戳这里返回第3页，本讲稿共27页菌种改良以降低原材料消耗为目的的菌种改良，就是要获得能以较少的基质投入生产出更多产物的优良菌株，提高基质至产物的转化得率第4页，本讲稿共27页第5页，本讲稿共27页结果：第6页，本讲稿共27页结论：对黑曲霉菌 Co827进行复合诱变后获得的菌株V73,其主要性能比原菌株有了很大的提高,达到了选育柠檬酸高产菌株的目的。在生产发酵工艺条件不用大的改变的前提下（风量可以比以前更低）,生产周期缩短、产酸及转化率提高,这不但提高了罐体有效容积的利用率,增加了产量,且节约了能耗,降低了生产成本,可见对生产菌种进行改良具有重要意义。返回第7页，本讲稿共27页发酵工艺改进发酵工艺由简单的分批发酵向流加补料分批发酵的改进，对于发酵生产成本的降低起到了突出的作用。基质的流加在增加发酵产率的同时，提高基质的利用效率，降低消耗。第8页，本讲稿共27页葡萄糖流加策略对基因工程FR一008杀念菌素衍生物CSl03补料分批发酵过程的影响在37L发酵罐上研究了CS103发酵过程的最适还原糖维持浓度，发现初始糖浓度20g/L，发酵过程还原糖浓度维持在10gL时，CSl03最高产量相比分批发酵提高了约30。在此基础上，选择性考察了通过脉冲补料、间歇流加补料和连续流加补料三种补料方式维持10gL还原糖浓度对CSl03发酵水平的影响，通过对比发现，连续流加补料在维持糖浓度的效果上最优，CS103产量达到1269g/ml，较分批发酵和脉冲补料分别提高44和14。例：第9页，本讲稿共27页 基质至产物的实际转化得率，随菌体比生长率的上升而下降，因此，在满足工艺要求，保持比生产率稳定的前提下，应当尽可能降低菌体比生长率。控制比生长率的最有效方法是严格控制生长限制基质的流加补料速度，以碳源作为生长限制基质在经济上是较为合理的。注意哦返回第10页，本讲稿共27页选用廉价原材料在工业发酵中，为了降低成本，应当在不影响产率和产品质量的前提下，尽量选用廉价原材料。一般的说，能够使用工业级的决不使用试剂级：能够用粗制品时绝不用精制品第11页，本讲稿共27页例：红霉素发酵工艺优化对红霉素发酵工艺进行优化研究。在选用廉价的A粉和B粉代替原发酵培养基中的淀粉及部分葡萄糖和豆饼粉，确定了最佳发酵培养基配方的基础上，考察了发酵温度、pH、接种量、种龄和溶解氧等因素对红霉素发酵的影响，确定了最佳发酵工艺。第12页，本讲稿共27页方法：方法：控制发酵培养基初始pH69、接种量15，控制发酵前期温度3132、40h后29，控制搅拌180240rmin、通气量1：0815vvrain，使发酵过程中溶氧保持在25以上，并于培养36h后开始补加A粉和B粉，在10吨发酵罐上连续试生产6批，结果见表 1。第13页，本讲稿共27页结论：发酵罐批量试验结果表明，采用A粉和B粉替代或部分替代原工艺中的淀粉及部分葡萄糖和豆饼粉，用于红霉素发酵是可行的，通过工艺优化，平均发酵单位达68193uml，比同期生产平均水平5882uml提高了159，产品质量全部合格，原材料消耗成本可降低26，具有较高的经济效益和社会效益。第14页，本讲稿共27页 必须注意，在考虑原材料选用时，不能只看绝对价格，对碳能源来说，只有当价格/碳密度比或价格/能量密度比较低时，才是真正的廉价碳能源，对氮源来说，是要知道其中的可发酵性氮含量，以价格/氮含量比低者较为经济。在选用原材料时，除了注重发酵效果、价格、有效成分含量、杂质影响等因素外，还应当考虑价格和供应的稳定性，运输、储存、预处理费用及安全性，溶液的流变学性质及表面张力等。返回第15页，本讲稿共27页节能发酵是一种耗能多的过程，特别是好氧。它既要使用大量蒸汽于设备和培养基的灭菌，又要消耗大量电源于通气，搅拌和制冷，还要使用大量水于设备的清洗；配料和冷却。传送门返回第16页，本讲稿共27页菌种和发酵工艺改进方法：(1)提高基质至产物的转化得率，可使氧至产物的转化率也相应提高(2)从形态上改良菌株，也是降低发酵过程中能源消耗的一个重要途径。第17页，本讲稿共27页 青霉素菌丝形态，在长期的菌株改良中,青霉素产生菌在沉没培养中分化为主要呈丝状生长和结球生长两种形态。前者由于所有菌丝体都能充分和发酵液中的基质及氧接触,故一般比生产速率较高；后者则由于发酵液黏度显著降低,使气-液两相间氧的传递速率大大提高,从而允许更多的菌丝生长(即临界菌体浓度较高),发酵罐体积产率甚至高于前者。在丝状菌发酵中,控制菌丝形态使其保持适当的分支和长度,并避免结球,是获得高产的关键要素之一。而在球状菌发酵中,使菌丝球保持适当大小和松紧,并尽量减少游离菌丝的含量,也是充分发挥其生产能力的关键素之一。这种形态的控制与糖和氮源的流加状况及速率、搅拌的剪切强度及比生长速率密切相关。返回第18页，本讲稿共27页降低通气成本 通气成本一般占好氧发酵动力成本的半数以上。选用节能型空气压缩机和压力降较低的空气过滤器，按溶氧水平在发酵的不同阶段控制不同的通气量，对降低通气成本有一定积极意义。小规模供气一般选用螺旋式压缩机较为经济，大型工厂应当采用大容量离心式压缩机空气通过过滤器要产生压力降，过高的压力降影响空气压缩机的出力和进入发酵罐的空气流量，为了满足发酵对空气的要求，就必须降低空气压力降，如加上纤维膜；微孔膜过滤器或介质薄层。但是，空气压力降并不是越低越经济，因为降低压力降必须增加过滤面积，加大设备投资成本。返回第19页，本讲稿共27页通气与搅拌的优化组合由化学工程理论得知，输入发酵罐的通气与搅拌功率，只有在适当的组合下才能发挥较好的气、液传质效果。一般来说，要避免采用过高的通气量，因为那样将造成搅拌器在气流中空转，使液体得不到充分搅拌，气体和液体不能有效地混合，形成所谓“气泛”现象，从而显著降低气、液传质效果。返回第20页，本讲稿共27页提高设备利用率 提高设备利用率可以在增产的同时增加固定成本效益，减少产品成本中的固定成本含量，从而降低产品成本。对于发酵工厂来说，设备利用率主要指发酵罐的利用率，它的提高可以通过缩短非运转时间、增加菌体浓度、加大放罐体积等方法来实现施主，回头是岸戳这里返回第21页，本讲稿共27页缩短非运转时间发酵的非运转时间，除了检修按一定的计划进行外，其余各项操作占用的时间都可设法缩短。第22页，本讲稿共27页主要措施有：尽量加大放料管径，或加装放料泵，以加快放料流速，缩短放罐时间 发酵罐内壁尽量抛光，清除不易清洗的死角，放罐后用高压水枪清洗，或在一段时间内不经清洗即投料 培养基采用连续灭菌方法，可缩短发酵罐配料、灭菌、冷却占用的时间 当发酵过程中的产出/投入比未明显下降时，可尽量延长发酵周期，以缩短发酵罐总的非运转时间 当生产菌体或与菌体生长偶联的发酵产物时，可采用连续发酵法，使发酵罐的非运转时间大大缩短返回第23页，本讲稿共27页增加菌体浓度 在一定的比生产率下，发酵产率随菌体浓度的增加而提高，虽然这种产率的提高是以相应增加原材料和搅拌、通气、冷却等动力消耗为代价。但由于发酵罐负载率及与之相应的固定成本效益的提高，发酵生产成本仍得以降低。返回第24页，本讲稿共27页加大发酵液收获体积 发酵中间补料，特别是连续流加补料，在提高发酵单位的同时还显著增加收获的发酵液体积，使发酵产率大大提高，成本也相应降低。采用中间间歇放料的半连续发酵方法，可以加大初始发酵液体的补料率，提高发酵罐的容积利用率和产率。持续的大量补料还能起到对粘稠的发酵液进行稀释、降低其粘度的作用，有利于保持较高的氧传递水平及微生物生长与产物合成活性，又利于产物回收得率的提高。第25页，本讲稿共27页局限性：大量补料对发酵液造成的稀释作用将降低发酵液中的产物浓度，增加回收工序的负荷和成本，故应当进行综合经济核算以确定合适的补料率 连续发酵虽然能够进一步提高发酵罐容积利用率和产率，但由于存在回收的发酵液中产物浓度低以及基质至产物的得率低等缺点，故除了菌体与菌体生长偶联的产物这类产率提高幅度较大的物质生产过程外，其他发酵产品的生产并不经济而很少采用第26页，本讲稿共27页谢 谢第27页，本讲稿共27页