发酵流程

分离、提纯：
产品的 分类
代谢产物 菌体本身
如谷氨酸、酒精等。如酵母菌和细菌等。
分离、提 纯的方法
可采用蒸馏、 萃取、离子 交换等方法 进行提取。
过滤、沉淀等 方法将菌体从 培养液中分离 出来
分离提纯后的产品，还要经过质量检查合格后， 才能成为正式产品。
菌种选育：一般有诱 变育种，基因工程和 细胞工程等 培养基配制
灭菌：包括设备灭菌和培养 基灭菌
扩大培养和接种
扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同呢？ 发酵过程：随时了解发酵进程，及 混入杂菌。这是为什么呢？ 扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖， 时添加必需的培养基组分，严格控 在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争关系， 制温度、pH 、溶氧、通气量与转速 而发酵过程中的培养是为了获得代谢产物，目的 对发酵过程造成不良影响。 等发酵条件。 例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分泌 不同采用的培养条件就有可能不同。 的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡。如果在青霉素生 例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促 菌体：用过滤、沉淀方法 产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的 分离提纯 使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。 代谢产物：用蒸馏、萃取、离子 青霉素分解掉。 而在发酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件下 交换等方法
发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发酵过程中不能
影响发酵过程的因素
（1）温度 温度能影响酶的活性，也能影响生物合成的途径。温度 还会影响发酵液的物理性质，以及菌种对营养物质的分解吸收 等。 （2）pH pH能够影响酶的活性，以及细胞膜的带电荷状况。还会影 响培养基中营养物质的分解等 （3）溶解氧 在发酵过程中菌种只能利用溶解氧。因此，必须向发 酵液中连续补充大量的氧，并要不断地进行搅拌，以提高氧在 发酵液中的溶解度。 （4）泡沫 发酵过程中，通气、搅拌、微生物的代谢过程及培养基 中某些成分的分解等，都有可能产生泡沫。过多的持久性泡沫 对发酵是不利的。 （5）营养物质的浓度 发酵液中各种营养物质的浓度，特别是碳氮 比、无机盐和维生素的浓度，会直接影响菌体的生长和代谢产 物的积累。
例如：可将人工合成的人的胰岛素基因与大肠杆 菌的质粒结合，形成重组DNA，再把重组DNA导入 大肠杆菌细胞内形成工程菌。通过筛选则可培养 出能生产人的胰岛素的菌种。
2．培养基的配制：
要进行发酵生产，有了优良的菌种还 需要有与菌种相适应的培养基。在配制培 养基时应该注意哪些事情呢？
⑴根据不同的菌种，应选择不同的材料配制 培养基。配制的培养基应满足微生物在碳源、 氮源、生长因子、水、无机盐等方面的营养 要求，并为微生物提供适宜的pH。 ⑵培养基的营养要协调，以利于产物的合成。 ⑶培养基在满足微生物的营养需求的基础上应 尽量降低生产成本，以得到更高的经济效益。 例如：发酵生产常采用天然成分的液体培养 基。而且，经常用野生的植物淀粉、甘蔗渣、 秸秆水解物以及乙醇、醋酸等石化产品代替 粮食来配制培养基。
人们怎样才能得到优良的菌种呢？
基因突变、基因工程、细胞工程
如果生产的是微生物直接合成的产物，如青霉素、 谷氨酸等，则可以从自然界中先分离出相应的菌种， 再用物理或化学的方法使菌种产生突变，从突变个 体中筛选出符合生产要求的优良菌种。
如果生产的是一般微生物不能合成的产品，则可用 基因工程、细胞工程的方法对菌种的遗传特性进行 定向改造，以构建工程细胞或工程菌，从而达到生 产相应产品的目的。
哪些条件能影响菌体的发酵呢？
结论：发酵生产中温度、pH、溶氧量等 对发酵过程有重大影响。
发酵过程中为什么还要控制发酵条件呢？
影响谷氨酸代谢途径的因素 因素 代 谢 途 经
适量
pH
谷氨酰氨或乙酰谷氨酰氨
不足
过量 适量
谷氨酸
NH4
氧
＋
α—酮戊二酸
适量 缺乏
谷氨酸
适量
谷氨酰氨
乳酸或琥珀酸
不足
谷氨酸
从表中可以看出：
3．灭菌：
发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整 个发酵过程中不能混入杂菌。这是为什么呢？
在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞 争关系，对发酵过程造成不良影响。
例如：如果在谷氨酸发酵过程中混入放线菌， 则放线菌分泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状 杆菌死亡。如果在青霉素生产过程中污染了杂菌， 这些杂菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素分 解掉。
思考
哪些因素会影响发酵过程中的温度？
温度升高: 微生物分解有机物释放的能量， 一部分用于合成ATP，另一部分散发到培养基中 时，会引起发酵温度升高；机械搅拌也会产生一 部分热量引起温度升高。 温度降低:发酵罐壁散热，水分蒸发会带走部 分热量，使发酵温度降低。
那如何防止杂菌的污染呢？
要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格 的灭菌处理。 怎样才算灭菌彻底呢？
用高温、高压等方式，杀死所有杂菌的 胞体、芽孢和孢子。
4．扩大培养和接种：
工业发酵要想在较短的时间内得到大量的 发酵产物，这无疑需要大量的菌体。如何得到 发酵生产所需要的大量菌体来缩短生产周期呢？ 这就需要经过多次的扩大培养。
有了用于生产的充足的菌体，在接种时 要注意什么事项呢？ 接种过程中要注意防止杂菌污染。
整个接种过程必须无菌条件下操作
发酵过程
将菌体接种到装有培养液的发酵罐中， 是不是发酵生产就能顺利地进行呢？
还需要对发酵过程进行检测和对发酵条件进 行控制。 这又是为什么呢？ 发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。 因此，要在发酵过程中随时取样检测培养 液中细菌数目、产物浓度以了解发酵进程， 及时添加必需的培养基成分来延长菌体生 长稳定期的时间，以得到更多的发酵产物。 同时，还应对发酵条件进行严格控制。
发酵过程中氧的溶量、pH、磷酸盐等都能影响谷氨酸 代谢途径，从而影响代谢产物的合成。同时，随着代 谢的进行，产热的增加、某营养物质的消耗，以及某 些酸性和碱性物质的产生，会使温度、pH等发生变化， 这些都会对微生物的生长造成不利影响。因此，需要 对发酵过程的中温度、pH、溶氧量等发酵条件进行严 格的控制，以保证菌体生长和代谢途径朝着有利人类 的方向进行。ຫໍສະໝຸດ 如何对菌种进行扩大培养呢？
扩大培养是将培养到对数期的菌体分开， 分头进行培养，以促使菌体数量快速增加，能 在短时间里得到大量的菌体。
扩大培养与发酵生产过程中的培养有何不同呢？
扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增 殖，而发酵过程中的培养是为了获得代谢产
物，目的不同采用的培养条件就有可能不 同。 例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促 使酵母菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。 而在发酵产生酒精的过程中则必须在无氧条件 下进行以获得大量的酒精。
发酵工程主要包括了菌种的选育、培养基的 配制、灭菌、扩大培养和接种、发酵过程和 产品的分离提纯等内容。
从自然界分离的菌种 诱变育种 基因工程 细胞工程
原料
生产用菌种
接种
扩大培养
灭菌 培养基 的配制 发酵条件控制
发酵罐
微生物菌体
代谢产物
产品
1．菌种的选育： 发酵工程是利用微生物为人类生产有用 产品，因此要想通过发酵工程获得在种类、产 量和质量等方面符合人们要求的产品，最重要 的是要有优良的菌种。