《微生物制药》PPT课件 (2)
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液体深层发酵的优点： 1、液体为悬浮状态为许多微生物提供最适合生长环境，菌体生长快，发酵产 率高，发酵周期短； 2、在液体中，菌体、底物、产物以及发酵产生的热量易于扩散，使发酵可在 均质条件下进行，易于控制，便于扩大生产规模； 3、厂房面积小，生产效率高，易进行自动控制，产品质量稳定； 4、产品易于提取和精制。 但液体深层发酵消耗能源多，设备复杂，需要较大的投资，有废物排除等缺 点。
现代微生物发酵及技术教程
4.微生物发酵工程概述
4.微生物发酵工程概述
4.1 微生物发酵的类型 4.2 原料的选择和处理 4.3 灭菌和空气净化工程 4.5 菌种的培养 4.6 发酵过程的分析检验
4.7 发酵培养方法
2
发酵工程是利用微生物细胞的代谢过程生产有用的各种产物的过程， 它由三个核心部分组成：一、生产特定产物的微生物菌种的选育；二、利用 适当的设备和技术为菌种提供最佳条件，充分发挥菌种的生产能力；三、将 发酵产生的产物经分离、纯化，以提高收率获得质量合格的产品。
微生物发酵工业以发酵为主，发酵水平的好坏是整个生产的关键，但后 处理在发酵生产中也占有重要的地位。完整的微生物发酵工程应该包括从原 料到获得终产品的过程，即菌种是基础，发酵是关键，分离纯化是保障。
3
4.1 微生物发酵的类型
按照微生物对氧气的要求、发酵采用的方式、发酵产物的特性，将发酵分 为不同的类型： 4.1.1 按照微生物对氧气的要求分类 1、好氧发酵：指发酵产物形成时需要充足的氧气。如柠檬酸发酵、草酸发酵、谷氨 酸发酵以及各种抗生素发酵等。 2、厌氧发酵：指发酵时不需要提供氧气，如丙酮-丁醇发酵、乳酸发酵、丙酸发酵、 丁酸发酵等。 3、兼性厌氧发酵：产生酒精的酵母菌是一种兼性厌氧微生物，在缺氧条件下进行酒 精发酵，积累酒精，在大量通气条件下则进行好氧发酵，产生大量酵母细胞。
处理； 供氧由气体扩散或间接通风完成，能耗
低； 能在一定程度上解除产物抑制，可获得
较高的次级代谢产物。
6
缺点： 厂房面积大； 生物反应器设计不够完善； 难以准确测定含水量、菌体量和二氧化
碳生成量等发酵参数； 微生物生长速度缓慢，容易污染； 只适合用于耐低活性水的菌等的发酵。
7
2.液体发酵
液体发酵的方式： 1、将培养基放在瓷盘内，进行静止培 养，称浅盘发酵（表面发酵）。该法存在 不少的缺点，如劳动强度大，占地面积大， 产量小，易染杂菌等，因此迅速被液体深 层发酵所取代。 2、将培养液放入不锈钢制成的发酵罐， 在罐内进行深层发酵。
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4.1.3 发酵的一般工艺过程
微生物发酵产物虽然多种多样，发酵类型不一，但总体上的工艺流程是相 似的，包括以下过程：
1、原料的处理和灭菌； 2、空气的净化除菌； 3、菌种的扩大培养； 4、发酵的条件控制； 5、产品的提取精制等阶段。
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4.2 原料的选择及处理
培养基是微生物生长繁殖需要的营养环境。培养基成分包括碳源、氮源、 无机盐、微量元素和水等。 4.2.1 选择合适的原料 标准： 1、原料中碳的可利用率高； 2、发酵率高，而且尽可能使发酵残余物少； 3、原料质量好，成分稳定，污染变质少，易灭菌； 4、廉价，来源方便，易于保藏。
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4.2.2 淀粉水解糖的制备
淀粉是由葡萄糖组成的生物大分子，除少数霉菌可以直接利用淀粉外，目 前大多数微生物都不能直接利用淀粉，如氨基酸产生菌、酒精酵母、抗生素产 生菌等。因此在氨基酸、抗生素有机酸等的生产中，都要求先对淀粉或淀粉原 料进行糖化，制成淀粉水解糖后使用。
将淀粉水解为葡萄糖的过程称为糖化，制得的糖溶液叫淀粉水解糖。
淀粉
12
蓝糊精
红糊精
无色糊精 麦芽糖
（C6H10O5)n+nH2O
酸或酶 n C6H12O6
葡萄糖
葡萄糖值---DE值
工业上用DE值（也称G值）表示淀粉糖的糖组成。糖 化液中的还原糖含量（以G计算）占干物质的百分率称为。
还原糖含量
DE值 =
100%
干物质含量
一、淀粉水解糖的制备方法
用于制备淀粉的原料主要有薯类、玉米、小麦、 大米等富含淀粉的农产品。根据原料淀粉的性质及采 用的催化剂不同，淀粉水解为葡萄糖的方法有酸解法、 酶解法以及酸酶结合法等三种。
优• 点
4.用酶解法制得的糖液较纯净、颜色浅、无苦味、质量高，有利于糖液的 充分利用。
16
酶解法反应时间较长，设备要求较多，且酶是蛋 白质，易引起糖液过滤困难。当然，随着酶制剂生产及应用技 术的提高，酶解法制糖将逐渐取代酸解法制糖。
缺点
17
3酸酶结合法
酸酶结合法是集中了酸解法和酶解法制糖的优点而采用的生产方法，它又可 分为： A、酸酶法：是先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶将其水解成 葡萄糖的工艺。一般采用将淀粉先用酸水解到DE值达10-15，在降温中和后，用 糖化酶进行糖化。
13
1、酸解法 又称酸糖化法，它是以酸为催化剂在高温下将淀粉水解转化为葡萄糖的方
法。 优点：生产方便，设备简单，水解时间短，设备生产能力大； 缺点：a反应在高温高压及酸条件下进行，对设备有耐腐蚀、耐高温和耐高压的要求；
b发生副反应，葡萄糖损失，淀粉的转化率低； c对原料要求严格。
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2、酶解法
酶解法是利用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的方法。 酶解法可分为两步： 第一步，利用α-淀粉酶将淀粉液化； 第二步，利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解转化为葡萄糖。生产上这两步分别 称为液化和糖化。由于在该过程中淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下进行的。因 此酶解法又称为双酶法或多酶法。
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• 1.酶解法பைடு நூலகம்在酶的作用下进行的，反应条件较温和，不需要耐高温高压或
耐酸腐蚀的设备；
• 2.酶作为催化剂的特点是专一性强，副反应少，故水解糖液纯度高，淀粉
转化率高；
• 3.可在较高的淀粉乳浓度下水解。如酸解法一般使用含18%--20%淀粉的淀
粉乳，而酶解法可用含34%--40%淀粉的淀粉乳，并且可以采用粗原料。
4
4.1.2 按微生物发酵采用的培养基状态分类
1、固体发酵 固态发酵是指没有或几乎没有自由
水存在下，在有一定湿度下的固态基质中， 用一种或多种微生物的一个生物反应过程。
5
固体发酵的优点： 操作简便、发酵过程容易控制、对无菌
要求相对较低、不易发生大面积的污染； 基质含水量低，生物反应器的体积小； 发酵的副产物可以综合利用，不需废水
液体深层发酵的优点： 1、液体为悬浮状态为许多微生物提供最适合生长环境，菌体生长快，发酵产 率高，发酵周期短； 2、在液体中，菌体、底物、产物以及发酵产生的热量易于扩散，使发酵可在 均质条件下进行，易于控制，便于扩大生产规模； 3、厂房面积小，生产效率高，易进行自动控制，产品质量稳定； 4、产品易于提取和精制。 但液体深层发酵消耗能源多，设备复杂，需要较大的投资，有废物排除等缺 点。
现代微生物发酵及技术教程
4.微生物发酵工程概述
4.微生物发酵工程概述
4.1 微生物发酵的类型 4.2 原料的选择和处理 4.3 灭菌和空气净化工程 4.5 菌种的培养 4.6 发酵过程的分析检验
4.7 发酵培养方法
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发酵工程是利用微生物细胞的代谢过程生产有用的各种产物的过程， 它由三个核心部分组成：一、生产特定产物的微生物菌种的选育；二、利用 适当的设备和技术为菌种提供最佳条件，充分发挥菌种的生产能力；三、将 发酵产生的产物经分离、纯化，以提高收率获得质量合格的产品。
微生物发酵工业以发酵为主，发酵水平的好坏是整个生产的关键，但后 处理在发酵生产中也占有重要的地位。完整的微生物发酵工程应该包括从原 料到获得终产品的过程，即菌种是基础，发酵是关键，分离纯化是保障。
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4.1 微生物发酵的类型
按照微生物对氧气的要求、发酵采用的方式、发酵产物的特性，将发酵分 为不同的类型： 4.1.1 按照微生物对氧气的要求分类 1、好氧发酵：指发酵产物形成时需要充足的氧气。如柠檬酸发酵、草酸发酵、谷氨 酸发酵以及各种抗生素发酵等。 2、厌氧发酵：指发酵时不需要提供氧气，如丙酮-丁醇发酵、乳酸发酵、丙酸发酵、 丁酸发酵等。 3、兼性厌氧发酵：产生酒精的酵母菌是一种兼性厌氧微生物，在缺氧条件下进行酒 精发酵，积累酒精，在大量通气条件下则进行好氧发酵，产生大量酵母细胞。
处理； 供氧由气体扩散或间接通风完成，能耗
低； 能在一定程度上解除产物抑制，可获得
较高的次级代谢产物。
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缺点： 厂房面积大； 生物反应器设计不够完善； 难以准确测定含水量、菌体量和二氧化
碳生成量等发酵参数； 微生物生长速度缓慢，容易污染； 只适合用于耐低活性水的菌等的发酵。
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2.液体发酵
液体发酵的方式： 1、将培养基放在瓷盘内，进行静止培 养，称浅盘发酵（表面发酵）。该法存在 不少的缺点，如劳动强度大，占地面积大， 产量小，易染杂菌等，因此迅速被液体深 层发酵所取代。 2、将培养液放入不锈钢制成的发酵罐， 在罐内进行深层发酵。
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4.1.3 发酵的一般工艺过程
微生物发酵产物虽然多种多样，发酵类型不一，但总体上的工艺流程是相 似的，包括以下过程：
1、原料的处理和灭菌； 2、空气的净化除菌； 3、菌种的扩大培养； 4、发酵的条件控制； 5、产品的提取精制等阶段。
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4.2 原料的选择及处理
培养基是微生物生长繁殖需要的营养环境。培养基成分包括碳源、氮源、 无机盐、微量元素和水等。 4.2.1 选择合适的原料 标准： 1、原料中碳的可利用率高； 2、发酵率高，而且尽可能使发酵残余物少； 3、原料质量好，成分稳定，污染变质少，易灭菌； 4、廉价，来源方便，易于保藏。
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4.2.2 淀粉水解糖的制备
淀粉是由葡萄糖组成的生物大分子，除少数霉菌可以直接利用淀粉外，目 前大多数微生物都不能直接利用淀粉，如氨基酸产生菌、酒精酵母、抗生素产 生菌等。因此在氨基酸、抗生素有机酸等的生产中，都要求先对淀粉或淀粉原 料进行糖化，制成淀粉水解糖后使用。
将淀粉水解为葡萄糖的过程称为糖化，制得的糖溶液叫淀粉水解糖。
淀粉
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蓝糊精
红糊精
无色糊精 麦芽糖
（C6H10O5)n+nH2O
酸或酶 n C6H12O6
葡萄糖
葡萄糖值---DE值
工业上用DE值（也称G值）表示淀粉糖的糖组成。糖 化液中的还原糖含量（以G计算）占干物质的百分率称为。
还原糖含量
DE值 =
100%
干物质含量
一、淀粉水解糖的制备方法
用于制备淀粉的原料主要有薯类、玉米、小麦、 大米等富含淀粉的农产品。根据原料淀粉的性质及采 用的催化剂不同，淀粉水解为葡萄糖的方法有酸解法、 酶解法以及酸酶结合法等三种。
优• 点
4.用酶解法制得的糖液较纯净、颜色浅、无苦味、质量高，有利于糖液的 充分利用。
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酶解法反应时间较长，设备要求较多，且酶是蛋 白质，易引起糖液过滤困难。当然，随着酶制剂生产及应用技 术的提高，酶解法制糖将逐渐取代酸解法制糖。
缺点
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3酸酶结合法
酸酶结合法是集中了酸解法和酶解法制糖的优点而采用的生产方法，它又可 分为： A、酸酶法：是先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖，然后再用糖化酶将其水解成 葡萄糖的工艺。一般采用将淀粉先用酸水解到DE值达10-15，在降温中和后，用 糖化酶进行糖化。
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1、酸解法 又称酸糖化法，它是以酸为催化剂在高温下将淀粉水解转化为葡萄糖的方
法。 优点：生产方便，设备简单，水解时间短，设备生产能力大； 缺点：a反应在高温高压及酸条件下进行，对设备有耐腐蚀、耐高温和耐高压的要求；
b发生副反应，葡萄糖损失，淀粉的转化率低； c对原料要求严格。
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2、酶解法
酶解法是利用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的方法。 酶解法可分为两步： 第一步，利用α-淀粉酶将淀粉液化； 第二步，利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解转化为葡萄糖。生产上这两步分别 称为液化和糖化。由于在该过程中淀粉的液化和糖化都是在酶的作用下进行的。因 此酶解法又称为双酶法或多酶法。
15
• 1.酶解法பைடு நூலகம்在酶的作用下进行的，反应条件较温和，不需要耐高温高压或
耐酸腐蚀的设备；
• 2.酶作为催化剂的特点是专一性强，副反应少，故水解糖液纯度高，淀粉
转化率高；
• 3.可在较高的淀粉乳浓度下水解。如酸解法一般使用含18%--20%淀粉的淀
粉乳，而酶解法可用含34%--40%淀粉的淀粉乳，并且可以采用粗原料。
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4.1.2 按微生物发酵采用的培养基状态分类
1、固体发酵 固态发酵是指没有或几乎没有自由
水存在下，在有一定湿度下的固态基质中， 用一种或多种微生物的一个生物反应过程。
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固体发酵的优点： 操作简便、发酵过程容易控制、对无菌
要求相对较低、不易发生大面积的污染； 基质含水量低，生物反应器的体积小； 发酵的副产物可以综合利用，不需废水