发酵设备与代表性发酵产品工艺过程.ppt

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1、关于发酵设备和代表关于发酵设备和代表性发酵产品工艺过程性发酵产品工艺过程第一张，PPT共五十八页，创作于2022年6月本章内容本章内容n n第一节第一节 发酵设备；发酵设备；n n第二节第二节第二节第二节 代表性发酵产品工艺过程代表性发酵产品工艺过程代表性发酵产品工艺过程代表性发酵产品工艺过程第二张，PPT共五十八页，创作于2022年6月无菌室无菌室准备室准备室湿地板区湿地板区通用实验区通用实验区分析区分析区接种操作接种操作菌种培养等菌种培养等发酵发酵发酵液的分析发酵液的分析配制培养基等配制培养基等第三张，PPT共五十八页，创作于2022年6月无菌室无菌室拉门拉门更衣室更衣室缓冲间缓冲间消毒间

2、消毒间拱形顶，水滴会滑下来，拱形顶，水滴会滑下来，不会直接滴下来不会直接滴下来坡形地面，便于泻水坡形地面，便于泻水l高度：一人加一手，便于高度：一人加一手，便于消毒清扫；消毒清扫；l墙面涂上漆，最好不锈钢材墙面涂上漆，最好不锈钢材料，光滑；料，光滑；l顶上安紫外灯，高出操作台顶上安紫外灯，高出操作台30cm工作台工作台第四张，PPT共五十八页，创作于2022年6月第五张，PPT共五十八页，创作于2022年6月第六张，PPT共五十八页，创作于2022年6月超净工作台超净工作台l超净台超净台是是80年代开始问世的一种防止污染的装置。其年代开始问世的一种防止污染的装置。其主要功能是利用主要功能是利用

3、空气层流装置排除工作台面上部空气层流装置排除工作台面上部包括微包括微生物在内的生物在内的各种微小尘埃各种微小尘埃。l通过电动装置使空气通过通过电动装置使空气通过高效过滤器具高效过滤器具后进入工作台面，后进入工作台面，使台面始终保持在使台面始终保持在流动无菌空气流动无菌空气控制之下。而且在接近控制之下。而且在接近外部的一方有一道高速流动的气帘防止外部带菌空气外部的一方有一道高速流动的气帘防止外部带菌空气进入。进入。第七张，PPT共五十八页，创作于2022年6月第八张，PPT共五十八页，创作于2022年6月操作人员的穿着操作人员的穿着第九张，PPT共五十八页，创作于2022年6月准备室准备室天平、

4、灭菌锅、培养箱、天平、灭菌锅、培养箱、pH计计摇床摇床灭菌消毒：灭菌消毒：KMnO4和甲醛熏蒸，比例根据污染程度而定；和甲醛熏蒸，比例根据污染程度而定；注意安全，关好窗防止注意安全，关好窗防止MnO2跑掉。跑掉。往复式往复式供氧比较好，但培养液容易溅起、易供氧比较好，但培养液容易溅起、易污染污染旋转式旋转式溶解氧较少，培养液不容易溅起溶解氧较少，培养液不容易溅起第十张，PPT共五十八页，创作于2022年6月通用试验区通用试验区培养基的配制、细胞干重以及普通的测定（粘培养基的配制、细胞干重以及普通的测定（粘度等）度等）第十一张，PPT共五十八页，创作于2022年6月湿地板区湿地板区发酵罐、蒸馏装

5、置、灭菌设施等发酵罐、蒸馏装置、灭菌设施等地板可以承载一定的负荷地板可以承载一定的负荷第十二张，PPT共五十八页，创作于2022年6月分析区分析区气相色谱仪、液相色谱仪、分光光度计等气相色谱仪、液相色谱仪、分光光度计等避免潮湿、振动，保证读数的准确性和仪器避免潮湿、振动，保证读数的准确性和仪器的使用寿命的使用寿命第十三张，PPT共五十八页，创作于2022年6月14第一节第一节 发酵设备发酵设备发酵主要设备发酵主要设备:为为发酵罐和种子罐发酵罐和种子罐，它们各自都附有原料，它们各自都附有原料，它们各自都附有原料，它们各自都附有原料（培养基）调制、蒸煮、灭菌和冷却设备，通气调节和除（培养基）调制、

6、蒸煮、灭菌和冷却设备，通气调节和除（培养基）调制、蒸煮、灭菌和冷却设备，通气调节和除（培养基）调制、蒸煮、灭菌和冷却设备，通气调节和除菌设备，以及搅拌器等。菌设备，以及搅拌器等。菌设备，以及搅拌器等。菌设备，以及搅拌器等。种子罐种子罐种子罐种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量为目的。：以确保发酵罐培养所必需的菌体量为目的。发酵罐发酵罐发酵罐发酵罐：承担产物的生产任务。：承担产物的生产任务。：承担产物的生产任务。：承担产物的生产任务。它必须能够提供微生物生命活动和代谢所要求的条件，并便于操它必须能够提供微生物生命活动和代谢所要求的条件，并便于操作和控制，保证工艺条件的实现，从而获得高产。作和控

7、制，保证工艺条件的实现，从而获得高产。第十四张，PPT共五十八页，创作于2022年6月15一、发酵罐一、发酵罐 n发酵罐的定义发酵罐的定义：是为一个特定：是为一个特定生物化学生物化学过程的操作提供过程的操作提供良好而满意的环境的良好而满意的环境的容器容器。n对于某些工艺来说对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器，同时附带精密，发酵罐是个密闭容器，同时附带精密控制系统；控制系统；n对于另一些简单的工艺来说对于另一些简单的工艺来说，发酵罐只是个开口容器，发酵罐只是个开口容器，有时甚至简单到只要有一个开口的坑。有时甚至简单到只要有一个开口的坑。第一节第一节第一节第一节 发酵设备发酵设备发酵设备发酵设备

8、第十五张，PPT共五十八页，创作于2022年6月16发酵罐系统发酵罐系统 一个优良的一个优良的一个优良的一个优良的发酵罐装置和组成：发酵罐装置和组成：发酵罐装置和组成：发酵罐装置和组成：（1）应具有严密的结构）应具有严密的结构（2 2）良好的液体混合特性）良好的液体混合特性）良好的液体混合特性）良好的液体混合特性（3 3）好的传质相传热速率）好的传质相传热速率）好的传质相传热速率）好的传质相传热速率（4 4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表）具有配套而又可靠的检测、控制仪表第一节第一节第一节第一节 发酵设备发酵设备发酵设备发酵设备第十六张，PPT共五十八页，创作于2022年6月17发酵罐发展历

9、史发酵罐发展历史 第一阶段：第一阶段：19001900年以前，是现代发酵罐的雏形，它带有年以前，是现代发酵罐的雏形，它带有年以前，是现代发酵罐的雏形，它带有年以前，是现代发酵罐的雏形，它带有简简简简单的温度和热交换仪器单的温度和热交换仪器单的温度和热交换仪器单的温度和热交换仪器。第二阶段：第二阶段：第二阶段：第二阶段：1900-1940年，出现了年，出现了200m3的钢制发酵罐的钢制发酵罐的钢制发酵罐的钢制发酵罐，在面包酵母发酵罐中开始使用空气分布器，机械搅拌在面包酵母发酵罐中开始使用空气分布器，机械搅拌开始用在小型的发酵罐中。开始用在小型的发酵罐中。第三阶段：第三阶段：第三阶段：第三阶段：1

10、940-19601940-1960年，年，年，年，机械搅拌、通风，无菌操作和纯机械搅拌、通风，无菌操作和纯机械搅拌、通风，无菌操作和纯机械搅拌、通风，无菌操作和纯种培养种培养种培养种培养等一系列技术开始完善，发酵工艺过程的参数检测等一系列技术开始完善，发酵工艺过程的参数检测等一系列技术开始完善，发酵工艺过程的参数检测等一系列技术开始完善，发酵工艺过程的参数检测和控制方面已出现，耐蒸汽灭菌的在线连续测定的和控制方面已出现，耐蒸汽灭菌的在线连续测定的和控制方面已出现，耐蒸汽灭菌的在线连续测定的和控制方面已出现，耐蒸汽灭菌的在线连续测定的pH电极电极电极电极和溶氧电极和溶氧电极和溶氧电极和溶氧电极，

11、计算机计算机计算机计算机开始进行开始进行发酵过程的控制发酵过程的控制。发酵。发酵产品的分离和纯化设备逐步实现商品化。产品的分离和纯化设备逐步实现商品化。第一节第一节第一节第一节 发酵设备发酵设备发酵设备发酵设备第十七张，PPT共五十八页，创作于2022年6月18第四阶段：第四阶段：第四阶段：第四阶段：1960-19791960-1979年，机械搅拌通风发酵罐的容积增年，机械搅拌通风发酵罐的容积增大到大到80-150m80-150m3。由于大规模生产单细胞蛋白的需要，又。由于大规模生产单细胞蛋白的需要，又出现了出现了压力循环和压力喷射型的发酵罐压力循环和压力喷射型的发酵罐压力循环和压力喷射型的发

12、酵罐压力循环和压力喷射型的发酵罐，它可以克服，它可以克服些些些些气体交换和热交换问题气体交换和热交换问题气体交换和热交换问题气体交换和热交换问题。计算机开始在发酵工业计算机开始在发酵工业上得上得上得上得到广泛应用。到广泛应用。到广泛应用。到广泛应用。第五阶段：第五阶段：19791979年至今。生物工程和技术的迅猛发展，年至今。生物工程和技术的迅猛发展，年至今。生物工程和技术的迅猛发展，年至今。生物工程和技术的迅猛发展，给发酵工业提出了新的课题。于是，给发酵工业提出了新的课题。于是，给发酵工业提出了新的课题。于是，给发酵工业提出了新的课题。于是，大规模细胞培养发酵大规模细胞培养发酵大规模细胞培养

13、发酵大规模细胞培养发酵罐罐罐罐应运而生，应运而生，应运而生，应运而生，胰岛素，干扰素胰岛素，干扰素等基因工程的产品走上等基因工程的产品走上商品化。商品化。第一节第一节第一节第一节 发酵设备发酵设备发酵设备发酵设备第十八张，PPT共五十八页，创作于2022年6月19发酵罐的特点：发酵罐的特点：（1 1）发酵罐发酵罐与其他工业设备的突出差别是对与其他工业设备的突出差别是对纯种培纯种培纯种培纯种培养养养养的要求之高，几乎达到十分苛刻的程度。因此，发酵的要求之高，几乎达到十分苛刻的程度。因此，发酵罐的罐的严密性，运行的高度可靠性严密性，运行的高度可靠性是发酵工业的是发酵工业的显著特点显著特点。（2 2

14、）现代发酵工业为了获取更大的经济利益，）现代发酵工业为了获取更大的经济利益，发酵发酵罐罐更加更加趋向大型化和自动化趋向大型化和自动化发展。发展。第一节第一节第一节第一节 发酵设备发酵设备发酵设备发酵设备第十九张，PPT共五十八页，创作于2022年6月20发酵罐的类型：发酵罐的类型：好气发酵罐：好气发酵罐：抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素等产品是在等产品是在等产品是在等产品是在好气发酵罐好气发酵罐好气发酵罐好气发酵罐中进行的；需要强烈的通风搅拌，目的是提高中进行的；需要强烈的通风搅拌，目的是提高中进行的；需要强烈的通风搅拌，目的是提高中进行的；需要强烈的通

15、风搅拌，目的是提高氧在发酵液中的传质系数；氧在发酵液中的传质系数；氧在发酵液中的传质系数；氧在发酵液中的传质系数；厌气发酵罐：厌气发酵罐：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用等采用厌气发酵罐厌气发酵罐。不需。不需。不需。不需要通气。要通气。要通气。要通气。1按微生物生长代谢需要分类：按微生物生长代谢需要分类：第一节第一节第一节第一节 发酵设备发酵设备发酵设备发酵设备第二十张，PPT共五十八页，创作于2022年6月21机械搅拌通风发酵罐机械搅拌通风发酵罐机械搅拌通风发酵罐机械搅拌通风发酵罐：包括通风式发酵罐和：包括通风式发酵罐和自吸式自吸式自吸式自吸式发酵发酵罐等。罐等。非

16、机械搅拌通风发酵罐非机械搅拌通风发酵罐：包括：包括鼓泡式发酵罐鼓泡式发酵罐鼓泡式发酵罐鼓泡式发酵罐、液体循环液体循环液体循环液体循环式发酵罐式发酵罐式发酵罐式发酵罐。这两类发酵罐是采用不同的手段使发酵罐内的这两类发酵罐是采用不同的手段使发酵罐内的这两类发酵罐是采用不同的手段使发酵罐内的这两类发酵罐是采用不同的手段使发酵罐内的气、固、气、固、液三相充分混合液三相充分混合，从而满足微生物生长和产物形成对氧的，从而满足微生物生长和产物形成对氧的，从而满足微生物生长和产物形成对氧的，从而满足微生物生长和产物形成对氧的需求。需求。需求。需求。2.按照发酵罐设备特点分类：按照发酵罐设备特点分类：第一节第一

17、节第一节第一节 发酵设备发酵设备发酵设备发酵设备第二十一张，PPT共五十八页，创作于2022年6月固体发酵固体发酵量少量少 浅盘，帘子浅盘，帘子量多量多 厚层通风发酵设备厚层通风发酵设备液体发酵液体发酵厌氧发酵厌氧发酵好氧发酵好氧发酵机械搅拌机械搅拌风搅风搅非循环式非循环式通用式机械搅拌发酵罐、通用式机械搅拌发酵罐、自吸式自吸式循环式循环式伍氏（内循环）、伍氏（内循环）、泵循环、文氏管循环（外循环）泵循环、文氏管循环（外循环）非循环式非循环式循环式循环式空气带升式空气带升式喷射式喷射式排管式排管式三、按发酵基质状态分类三、按发酵基质状态分类第二十二张，PPT共五十八页，创作于2022年6月排管

18、传热气通式发酵罐排管传热气通式发酵罐 机械搅拌通气式发酵罐又称为通用式发酵罐机械搅拌通气式发酵罐又称为通用式发酵罐，是工业上最常用的一种微生物反应器。，是工业上最常用的一种微生物反应器。优点是：发酵液的优点是：发酵液的 pH pH 值和温度易于控制；值和温度易于控制；适合连续培养。适合连续培养。优点优点缺点缺点通气式发酵罐通气式发酵罐 主要缺点是：主要缺点是：设备结构复杂，难以清洗；在设备结构复杂，难以清洗；在丝状菌的培养过程中，细胞易受损伤。丝状菌的培养过程中，细胞易受损伤。1 1、机械搅拌通风发酵罐、机械搅拌通风发酵罐、机械搅拌通风发酵罐、机械搅拌通风发酵罐第二十三张，PPT共五十八页，创

19、作于2022年6月通用式机械搅拌发酵罐结构通用式机械搅拌发酵罐结构n n 设备主要部件包括：设备主要部件包括：设备主要部件包括：设备主要部件包括：n n罐身罐身罐身罐身n n电机电机电机电机n n搅拌轴搅拌轴搅拌轴搅拌轴n n轴封轴封轴封轴封n n消泡器消泡器消泡器消泡器n n搅拌器搅拌器搅拌器搅拌器n n联轴器联轴器联轴器联轴器n n中间轴承中间轴承中间轴承中间轴承n n空气吹泡管（或空气喷射器）空气吹泡管（或空气喷射器）空气吹泡管（或空气喷射器）空气吹泡管（或空气喷射器）n n挡板挡板挡板挡板n n冷却（传热）装置冷却（传热）装置冷却（传热）装置冷却（传热）装置n n人孔以及视镜人孔以及视

20、镜人孔以及视镜人孔以及视镜n n其它其它其它其它第二十四张，PPT共五十八页，创作于2022年6月自吸式发酵罐自吸式发酵罐 不需要空压机供应压缩空气，不需要空压机供应压缩空气，它是利用它是利用搅拌器旋转时搅拌器旋转时产生的产生的负压吸入空气。负压吸入空气。搅拌与供空气均由机械搅拌与供空气均由机械搅拌器完成，搅拌器完成，省去空压机省去空压机。优点优点 吸程不高，须采用吸程不高，须采用低阻力高低阻力高效空气除菌装置效空气除菌装置，对无菌要求高，对无菌要求高的发酵不适应；由于空气在搅拌的发酵不适应；由于空气在搅拌时直接进入发酵罐，故对时直接进入发酵罐，故对厌氧菌厌氧菌的发酵不适应的发酵不适应。缺点缺

21、点第二十五张，PPT共五十八页，创作于2022年6月2.2.鼓泡式发酵罐鼓泡式发酵罐 鼓泡式发酵罐是借助鼓入空气而提供混合鼓泡式发酵罐是借助鼓入空气而提供混合与传质所需的功率。与传质所需的功率。排气排气排料排料进料进料进料进料空气空气 鼓泡式发酵罐的结构如右图所示，鼓泡式发酵罐的结构如右图所示，空气与空气与培养液由下部鼓入罐体培养液由下部鼓入罐体，并以分散系通过筛板，并以分散系通过筛板鼓泡。鼓泡。鼓泡式发酵罐结构简单，造价低，动力消鼓泡式发酵罐结构简单，造价低，动力消耗较小，避免了耗较小，避免了机械搅拌因轴封不严带来的杂机械搅拌因轴封不严带来的杂菌污染菌污染，减小了对丝状菌培养过程中的细胞易，

22、减小了对丝状菌培养过程中的细胞易受损伤。受损伤。鼓泡式发酵罐一般较适用于，鼓泡式发酵罐一般较适用于，培养液粘度培养液粘度低、固含量低、需氧量较低低、固含量低、需氧量较低的发酵过程。的发酵过程。第二十六张，PPT共五十八页，创作于2022年6月3.3.液体循环式发酵罐液体循环式发酵罐 与鼓泡式发酵罐相似，不设机械搅拌，但与鼓泡式发酵罐相似，不设机械搅拌，但在在罐外设体外循环管罐外设体外循环管，或在罐内设导流筒（拉，或在罐内设导流筒（拉力筒）。力筒）。气升式发酵罐结构简单，造价低，动力消气升式发酵罐结构简单，造价低，动力消耗较小，避免了机械搅拌因轴封不严带来的杂耗较小，避免了机械搅拌因轴封不严带来

23、的杂菌污染，减小了对丝状菌培养过程中的细胞易菌污染，减小了对丝状菌培养过程中的细胞易受损伤。受损伤。气升式发酵罐一般较适用于，气升式发酵罐一般较适用于，粘度低、固粘度低、固含量低的培养液含量低的培养液。气升环流式发酵罐气升环流式发酵罐排气排气排料排料进料进料空气空气排气排气排料排料进料进料空气空气第二十七张，PPT共五十八页，创作于2022年6月喷嘴环流式发酵罐喷嘴环流式发酵罐采用机械泵引射压缩空气，在喷嘴处形成剪切采用机械泵引射压缩空气，在喷嘴处形成剪切力场，将力场，将射入的空气在液相中分散为小气泡射入的空气在液相中分散为小气泡。这些小气泡在罐内开始会积聚出较大的气这些小气泡在罐内开始会积聚

24、出较大的气泡，通过环流后将重新分散，从而加快了传质泡，通过环流后将重新分散，从而加快了传质速率。速率。与机械搅拌式发酵罐相比，在同样耗能的与机械搅拌式发酵罐相比，在同样耗能的前提下，前提下，喷嘴环流式发酵罐的喷嘴环流式发酵罐的氧传质速率要高氧传质速率要高得多得多。与气升式发酵罐比较，与气升式发酵罐比较，喷嘴环流式发酵罐喷嘴环流式发酵罐的适用氛围相对较广。的适用氛围相对较广。排气排气排料排料进料进料空气空气外循环支路外循环支路喷嘴喷嘴第二十八张，PPT共五十八页，创作于2022年6月连续管道发酵器连续管道发酵器 连续管道发酵器有连续管道发酵器有多种多样，可以是多种多样，可以是直管直管也可以是也可

25、以是蛇管蛇管。培养液。培养液和种子液不断流入发酵和种子液不断流入发酵器进行发酵。器进行发酵。连续管道发酵器主连续管道发酵器主要用于要用于厌氧发酵厌氧发酵。种子罐种子罐管道发酵器管道发酵器培养液培养液种子液种子液第二十九张，PPT共五十八页，创作于2022年6月30一般认为一般认为一般认为一般认为50L50L以下的是实验室发酵罐；以下的是实验室发酵罐；以下的是实验室发酵罐；以下的是实验室发酵罐；50-5000L是中试发酵罐；是中试发酵罐；是中试发酵罐；是中试发酵罐；5000L以上是以上是生产规模生产规模的发酵罐。的发酵罐。3按容积分类：按容积分类：第一节第一节第一节第一节 发酵设备发酵设备发酵设

26、备发酵设备第三十张，PPT共五十八页，创作于2022年6月小试机械搅拌通气式发酵罐（实验室用，小试机械搅拌通气式发酵罐（实验室用，1L-50L）第三十一张，PPT共五十八页，创作于2022年6月中中试试机机械械搅搅拌拌通通气气式式发发酵酵罐罐（50L-5000L）第三十二张，PPT共五十八页，创作于2022年6月第三十三张，PPT共五十八页，创作于2022年6月青霉素青霉素又被称为又被称为青霉素青霉素G、青霉素钠、青霉素钠、苄青霉素苄青霉素钠、青霉素钾、苄青钠、青霉素钾、苄青霉素钾等。霉素钾等。青霉素青霉素CHCH2 2C CNHNHO OO ON NCOOHCOOHCHCH3 3CHCH3

27、3S S氨苄青霉素氨苄青霉素CHCHC CNHNHO OO ON NCOOHCOOHCHCH3 3CHCH3 3S SNHNH2 2第二节第二节 代表性发酵产品生产工艺过程代表性发酵产品生产工艺过程第三十四张，PPT共五十八页，创作于2022年6月青霉素的理化性质青霉素的理化性质1、稳定性、稳定性 固体青霉素盐的稳定性与其含水量和纯度有很大的关系固体青霉素盐的稳定性与其含水量和纯度有很大的关系.2、溶解度、溶解度 青霉素游离酸在水中溶解度很小，易溶于有机溶剂如青霉素游离酸在水中溶解度很小，易溶于有机溶剂如醋酸乙酯、醋酸乙酯、苯、氯仿、丙酮和乙醚苯、氯仿、丙酮和乙醚中，而其钾盐、钠盐易溶于水和甲

28、醇，可溶于中，而其钾盐、钠盐易溶于水和甲醇，可溶于乙醇。乙醇。3、降解反应、降解反应 青霉素是很不稳定的化合物，遇酸碱或加热易分解而失去活性，并青霉素是很不稳定的化合物，遇酸碱或加热易分解而失去活性，并发生分子重排。发生分子重排。4、紫外吸收、紫外吸收5、过敏反应、过敏反应第三十五张，PPT共五十八页，创作于2022年6月青霉素发酵工艺青霉素发酵工艺1.发酵工艺流程发酵工艺流程第三十六张，PPT共五十八页，创作于2022年6月（1）菌种）菌种（a）最早发现的产生青霉素的原始菌种是）最早发现的产生青霉素的原始菌种是点青霉菌点青霉菌，生产能力很低，不能，生产能力很低，不能满足工业生产要求，所以被淘

29、汰。现在主要采用的是满足工业生产要求，所以被淘汰。现在主要采用的是产黄青霉菌产黄青霉菌。（b）为了提高产黄青霉的青霉素产量使用的诱变剂如：）为了提高产黄青霉的青霉素产量使用的诱变剂如：二环氧丁烷、二环氧丁烷、甲磺酸乙酯、乙烯亚胺、亚硝酸、甲磺酸乙酯、乙烯亚胺、亚硝酸、X射线射线等。等。（2）孢子制备）孢子制备 将沙土孢子先在用将沙土孢子先在用甘油、葡萄糖、蛋白胨甘油、葡萄糖、蛋白胨组成的培养基进行斜面培组成的培养基进行斜面培养，经传代活化。最适生长温度养，经传代活化。最适生长温度2526C，培养，培养68天，得单菌落，再天，得单菌落，再传斜面，培养传斜面，培养7天，制得天，制得斜面孢子。斜面孢

30、子。再移植到优质小米或大米固体培再移植到优质小米或大米固体培养基上，养基上，25C，相对湿度，相对湿度45%-50%，生长，生长7天，制得天，制得小米孢子。小米孢子。孢子成孢子成熟后进行真空干燥，低温保存备用。熟后进行真空干燥，低温保存备用。第三十七张，PPT共五十八页，创作于2022年6月（3）种子罐培养工艺）种子罐培养工艺一级种子发酵：一级种子发酵：发芽罐，孢子萌发，形成菌丝。发芽罐，孢子萌发，形成菌丝。培养基培养基：葡萄糖，玉米浆，碳酸钙，玉米油：葡萄糖，玉米浆，碳酸钙，玉米油,消沫剂等；消沫剂等；接种量：接种量：200亿孢子亿孢子/t培养基培养基空气流量：空气流量：1：3（m3/m3m

31、in）；）；搅拌转速：搅拌转速：300-350r/min；pH：自然；自然；温度：温度：271；时间：时间：40h。第三十八张，PPT共五十八页，创作于2022年6月二级种子罐：二级种子罐：繁殖罐，大量繁殖。繁殖罐，大量繁殖。培养基：葡萄糖、玉米浆，玉米油，消沫剂等；培养基：葡萄糖、玉米浆，玉米油，消沫剂等；接种量：接种量：10；空气流量：空气流量：1:1-1.5（m3/m3min）；）；搅拌转速：搅拌转速：250-280r/min；pH：自然；：自然；温度：温度：251；时间：时间：10-14h；第三十九张，PPT共五十八页，创作于2022年6月（4）生产罐培养工艺）生产罐培养工艺三级罐：三

32、级罐：生产罐；生产罐；培养基：培养基：花生饼粉，葡萄糖，尿素，硝酸铵，花生饼粉，葡萄糖，尿素，硝酸铵，硫代硫酸钠，苯乙酰胺，硫代硫酸钠，苯乙酰胺，CaCO3,玉米油，硅玉米油，硅油油.第四十张，PPT共五十八页，创作于2022年6月温度控制温度控制变温控制：不同阶段不同温度。变温控制：不同阶段不同温度。生长阶段：生长阶段：较高温度，缩短生长时间；较高温度，缩短生长时间；生产阶段生产阶段适当降低温度，适当降低温度，以利于青霉素合成。前期控制以利于青霉素合成。前期控制26左右，后期降温控制左右，后期降温控制22。pH控制控制合成适宜合成适宜pH6.46.6左右，避免超过左右，避免超过7.0直接加酸

33、或碱：直接加酸或碱：自动控制流加葡萄糖：自动控制流加葡萄糖：恒速；变速，依赖恒速；变速，依赖pH变化快慢。变化快慢。pH下降：下降：补加补加CaCO3、通氨、尿素或提高通气量、通氨、尿素或提高通气量pH上升：上升：补加糖、生理酸性物质（硫酸铵、油脂）恒速补糖，用酸或补加糖、生理酸性物质（硫酸铵、油脂）恒速补糖，用酸或碱控制方式。碱控制方式。根据根据pH补糖变温控制：补糖变温控制：第四十一张，PPT共五十八页，创作于2022年6月溶氧控制溶氧控制30饱和度，产率急剧下降；饱和度，产率急剧下降；10，造成不可逆的损害。，造成不可逆的损害。临界溶氧浓度：临界溶氧浓度：30。通气比：通气比：1:0.8

34、1.5 vvm。适宜的搅拌速度：保证气液混合，提高溶氧。适宜的搅拌速度：保证气液混合，提高溶氧。第四十二张，PPT共五十八页，创作于2022年6月菌丝生长速度与形态、浓度菌丝生长速度与形态、浓度发酵稳定期，湿菌浓度可达发酵稳定期，湿菌浓度可达15%20%，丝状菌干重约，丝状菌干重约3%，球状菌，球状菌干重在干重在5%左右。在发酵中后期一般每天放一次，每次放掉总发酵液左右。在发酵中后期一般每天放一次，每次放掉总发酵液的的10%左右。左右。消泡消泡天然油脂：天然油脂：玉米油；玉米油；化学消沫剂化学消沫剂：泡敌。：泡敌。前期：前期：主间歇搅拌，少加油主间歇搅拌，少加油中期中期：搅拌、加油、稍微降低通

35、气量（必要时）：搅拌、加油、稍微降低通气量（必要时）策略策略：少量多次。：少量多次。后期：后期：尽量少加消沫剂。尽量少加消沫剂。第四十三张，PPT共五十八页，创作于2022年6月二、提炼工艺过程二、提炼工艺过程在提炼过程中要遵循下面四个原则：在提炼过程中要遵循下面四个原则：1、时间短、时间短2、温度低、温度低3、pH适中适中4、勤清洗消毒、勤清洗消毒第四十四张，PPT共五十八页，创作于2022年6月（1）预处理）预处理青霉素的存在部位：青霉素的存在部位：发酵液发酵液浓度较低：浓度较低：1030Kg/m3含有大量杂质：含有大量杂质：菌体细胞、核酸、杂蛋白质、细胞壁多糖等、菌体细胞、核酸、杂蛋白质

36、、细胞壁多糖等、残留的培养基、色素、盐离子、代谢产物等残留的培养基、色素、盐离子、代谢产物等目的：目的：浓缩目的产物，去除大部分杂质，改变发酵液的流变浓缩目的产物，去除大部分杂质，改变发酵液的流变学特征，利于后续的分离纯化过程。学特征，利于后续的分离纯化过程。预处理：预处理：发酵液加少量絮凝剂沉淀蛋白。发酵液加少量絮凝剂沉淀蛋白。第四十五张，PPT共五十八页，创作于2022年6月（2）过滤）过滤鼓式真空过滤机过滤：鼓式真空过滤机过滤：一次滤液：一次滤液：pH6.2-7.2，略浑，棕黄或绿色，蛋白质含量，略浑，棕黄或绿色，蛋白质含量0.5-2.0%。板框式过滤机过滤：板框式过滤机过滤：硫酸调节硫

37、酸调节pH4.5-5.0，加入，加入0.07%溴代十五溴代十五烷吡啶，烷吡啶，0.07%硅藻土为助虑剂。硅藻土为助虑剂。二次滤液：二次滤液：澄清透明，用于提取（收率澄清透明，用于提取（收率90）第四十六张，PPT共五十八页，创作于2022年6月（3）溶剂萃取）溶剂萃取原理：原理：青霉素游离酸易溶于有机溶剂，而青霉素盐易溶于水。青霉素游离酸易溶于有机溶剂，而青霉素盐易溶于水。萃取剂：萃取剂：青霉素分配系数高的有机溶剂。青霉素分配系数高的有机溶剂。工业上通常用：工业上通常用：醋酸丁酯和醋酸戊酯。醋酸丁酯和醋酸戊酯。除去蛋白质：加除去蛋白质：加0.05-0.1%去乳化剂去乳化剂PPB。萃取：萃取：2

38、3次。次。多级逆流萃取方式多级逆流萃取方式第四十七张，PPT共五十八页，创作于2022年6月（4）脱色和去热原质）脱色和去热原质1.萃取液中添加活性炭，除去萃取液中添加活性炭，除去色素。色素。2.过滤，除去活性炭。过滤，除去活性炭。第四十八张，PPT共五十八页，创作于2022年6月（5）结晶）结晶直接结晶直接结晶加醋酸钠乙醇溶液反应：得到结晶钠盐。加醋酸钠乙醇溶液反应：得到结晶钠盐。加醋酸钾乙醇溶液：得到加醋酸钾乙醇溶液：得到青霉素钾盐青霉素钾盐薄膜蒸发工艺图薄膜蒸发工艺图第四十九张，PPT共五十八页，创作于2022年6月(2)谷氨酸的发酵工艺谷氨酸的发酵工艺第五十张，PPT共五十八页，创作于

39、2022年6月 谷氨酸谷氨酸非必须氨基酸，非必须氨基酸，是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义。在医学上谢上具有重要意义。在医学上主要用于治疗肝性昏迷；另外谷氨酸作为神主要用于治疗肝性昏迷；另外谷氨酸作为神经中枢及大脑皮质的补剂，对于治疗脑震荡或神经损伤、癫痫以及对弱智经中枢及大脑皮质的补剂，对于治疗脑震荡或神经损伤、癫痫以及对弱智儿童均有一定疗效儿童均有一定疗效。谷氨酸（谷氨酸（L-GLUL-GLU）HOOCHOOCCHCH2 2CHCH2 2CHCHCOOHCOOHNHNH2 2 谷氨酸钠谷氨酸钠是由钠离子与谷氨酸根离子形成是由钠离

40、子与谷氨酸根离子形成的盐，是食品工业调味料味精的主要成分，也的盐，是食品工业调味料味精的主要成分，也是鸡精的重要成分。是鸡精的重要成分。HOOCHOOCCHCH2 2CHCH2 2CHCHCOONaCOONaNHNH2 2谷氨酸钠晶体谷氨酸钠晶体第五十一张，PPT共五十八页，创作于2022年6月淀粉淀粉液化（水解）液化（水解）淀粉酶淀粉酶水解液水解液糊精、低聚糖糊精、低聚糖糖化（水解）糖化（水解）糖化酶糖化酶糖化液糖化液（葡萄糖）（葡萄糖）发酵法生产谷氨酸一般采用淀粉或糖蜜，我国大多数厂家是采用淀粉发酵法生产谷氨酸一般采用淀粉或糖蜜，我国大多数厂家是采用淀粉为原材料。为原材料。在发酵法工艺中，

41、几乎所有的氨基酸产生菌都不能直接利用淀粉或糊在发酵法工艺中，几乎所有的氨基酸产生菌都不能直接利用淀粉或糊精，需对淀粉进行水解处理。淀粉的水解可采用酸解法或酶解法。精，需对淀粉进行水解处理。淀粉的水解可采用酸解法或酶解法。目前，国内外厂家多以酶解法为主。其流程如下：目前，国内外厂家多以酶解法为主。其流程如下：【淀粉的糖化淀粉的糖化】8585，pH=6.0pH=6.06060，24h24h 过去氨基酸都是从蛋白质水解液中分离提取。自过去氨基酸都是从蛋白质水解液中分离提取。自19651965年日本采用发酵年日本采用发酵法生产谷氨酸后，发酵法生产氨基酸逐步取代了传统的水解法工艺，使得法生产谷氨酸后，发

42、酵法生产氨基酸逐步取代了传统的水解法工艺，使得发酵法在氨基酸生产中占主导的地位。发酵法在氨基酸生产中占主导的地位。生产工艺流程生产工艺流程第五十二张，PPT共五十八页，创作于2022年6月【菌种扩大培养及发酵菌种扩大培养及发酵】发酵发酵30-3730-37，30h30h发酵液发酵液北京棒北京棒杆菌杆菌斜面培养斜面培养3232，18-24h18-24h菌种菌种一级种子培养一级种子培养3232，12h12h二级种子培养二级种子培养3232，7-10h7-10h斜面培养基斜面培养基 蛋白胨、牛肉膏、蛋白胨、牛肉膏、NaClNaCl、琼脂；、琼脂；pH=7.0-7.2pH=7.0-7.2一级种子培养基

43、一级种子培养基 葡萄糖、玉米浆、尿素、葡萄糖、玉米浆、尿素、KHKH2 2POPO4 4、MgSOMgSO4 4、FeFe2 2(SO(SO4 4)3 3 及及MnSOMnSO4 4；pH=6.5pH=6.56.86.8二级种子培养基二级种子培养基 糖化液糖化液(葡萄糖葡萄糖)、玉米浆、尿素、玉米浆、尿素、KHKH2 2POPO4 4、MgSOMgSO4 4、FeFe2 2(SO(SO4 4)3 3 及及MnSOMnSO4 4；pH=6.5pH=6.56.86.8（振荡）（振荡）（通气、搅拌）（通气、搅拌）第五十三张，PPT共五十八页，创作于2022年6月谷氨酸发酵液谷氨酸发酵液丙酮酸丙酮酸北

44、京棒北京棒杆菌杆菌菌种扩大培养菌种扩大培养淀粉淀粉酶解酶解糖化液糖化液EMPEMP酵解酵解菌种菌种接种接种三羧酸循环三羧酸循环谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶转氨基转氨基发发酵酵EMPEMP酵解酵解 在细胞浆内所发生的，由葡萄糖在细胞浆内所发生的，由葡萄糖直接分解为丙酮酸的过程。该途径又直接分解为丙酮酸的过程。该途径又称称Embden-Meyerhof-ParnusEmbden-Meyerhof-Parnus途径，简途径，简称称EMPEMP酵解。酵解。三羧酸循环三羧酸循环 由乙酰由乙酰 CoACoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸，柠檬酸经一系和草酰乙酸缩合成柠檬酸，柠檬酸经一系列反应，再氧化脱羧，经列反应，再

45、氧化脱羧，经-酮戊二酸、琥珀酸，再降解酮戊二酸、琥珀酸，再降解成草酰乙酸。成草酰乙酸。HOHOO OO OO OOHOH酮戊二酸酮戊二酸HOHOO OO OOHOHNHNH2 2谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NHNH4 4+谷氨酸谷氨酸第五十四张，PPT共五十八页，创作于2022年6月三羧酸循环示意图三羧酸循环示意图-酮戊二酸酮戊二酸 +NH+NH4 4+谷氨酸谷氨酸谷氨酸脱氢酶谷氨酸脱氢酶NADH+H+NADH+H+NAD+NAD+第五十五张，PPT共五十八页，创作于2022年6月【谷氨酸的提取谷氨酸的提取】过滤过滤谷氨酸发酵液谷氨酸发酵液滤液滤液等电点沉淀等电点沉淀酸化酸化pH=4-4.5pH=

46、4-4.5HClHClpH=3.22pH=3.22HClHCl离心分离离心分离溶解、脱色溶解、脱色沉淀物沉淀物产品产品（L-L-谷氨酸）谷氨酸）结晶结晶谷氨酸纳谷氨酸纳（味精）（味精）送制剂送制剂 谷氨酸的提取可采用等谷氨酸的提取可采用等电点法或离子交换法。电点法或离子交换法。等电点法操作简单，收等电点法操作简单，收率率6060，周期长，占地面积，周期长，占地面积大；大；离子交换法的收率相对离子交换法的收率相对较高，可达较高，可达80809090。第五十六张，PPT共五十八页，创作于2022年6月【生物素生物素】作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙酰作为催化脂肪酸生物合成最初反应的关键酶乙

47、酰 CoACoA的辅酶，参与脂的辅酶，参与脂肪酸的生物合成，进而影响磷酯的合成。肪酸的生物合成，进而影响磷酯的合成。发酵的控制发酵的控制【种龄和种量种龄和种量】一级种子控制在一级种子控制在11-12h11-12h，二级控制在，二级控制在 7-8h7-8h。接种量为。接种量为1 1。过多，菌。过多，菌体娇嫩，不强壮，提前衰老自溶，后期产酸量不高。体娇嫩，不强壮，提前衰老自溶，后期产酸量不高。【pHpH值值】发酵前期，幼龄细胞对发酵前期，幼龄细胞对pHpH较敏感，较敏感，pHpH过低，菌体生长旺盛，营养成分过低，菌体生长旺盛，营养成分消耗大，转入正常发酵慢，长菌不长酸。消耗大，转入正常发酵慢，长菌

48、不长酸。谷氨酸脱氢酶最适谷氨酸脱氢酶最适 pHpH为为7.0-7.27.0-7.2，转氨酶最适，转氨酶最适pH 7.2-7.4pH 7.2-7.4。在发酵中。在发酵中后期，保持后期，保持pHpH不变。过高转为谷氨酰胺，过低氨离子不足。不变。过高转为谷氨酰胺，过低氨离子不足。【通风量通风量】不同种龄、种量，培养基成分，发酵阶段及发酵罐大小要求通风量不不同种龄、种量，培养基成分，发酵阶段及发酵罐大小要求通风量不同。在长菌体阶段，通风过大，生物素缺乏，抑制菌体生长；在发酵产酸同。在长菌体阶段，通风过大，生物素缺乏，抑制菌体生长；在发酵产酸阶段，需要大量通风供氧，以防过量生成乳酸和琥珀酸，但通风过大，则阶段，需要大量通风供氧，以防过量生成乳酸和琥珀酸，但通风过大，则大量积累大量积累a-a-酮戊二酸。酮戊二酸。第五十七张，PPT共五十八页，创作于2022年6月感感谢谢大大家家观观看看第五十八张，PPT共五十八页，创作于2022年6月