完整的发酵工程应该包括从投入原料到获得最终产品的整个过程。发酵工程就是要研究和解决这整个过程中的工艺和设备问题,将实验室和中试成果迅速扩大到工业化生产中去。发酵生产的基本工艺和设备流程一般为:
从工程学的角度把发酵工业过程分为菌种、发酵和提炼(包括废水处理)等三个阶段,称为发酵工程的上游、中游和下游工程。
一、上游工程包括优良种株的培育,最适发酵条件(pH、温度、溶氧和营养组成)的确定,营养物的准备等。优良发酵生产菌的特点:①能在廉价原料制成的培养基上迅速生长。②培养条件易于控制。③生长速度快,产能高,发酵周期短。④菌种纯粹,抗噬菌体,非病原菌。人们一般通过化学突变、化学诱变或者紫外线照射来产生突变体,从而改良菌种、提高产量,传统的诱导突变和选择的方法在发酵生产中获得了较大的成功。多种抗生素的大量生产过程就是这种方法的成功例证。但是通过传统的方法提高产量的幅度是非常有限的,如果一个突变了的菌株某一组分合成太多,那么其他一些代谢物的合成就会受到影响,因此这反过来又会影响微生物在大规模发酵过程中的生长。传统的诱变和选择的方法过程繁琐、耗时过长、费用极高,需要筛选和检测大量的克隆。另外,用传统的方法能提高微生物一种已有的遗传性质 ,并不能赋予这种微生物以其他遗传特性。总的来说传统的改良菌种的生物技术还仅仅局限在化学工程和微生物工程的领域内。随着DNA重组技术的出现和发展,这种情况发生了根本性的改变。同时,必须掌握菌株的生理生化特性和培养特性,解决大规模种子培养以及如何将其在无菌状态下接入发酵罐等问题。上游加工中还包括原材料的物理和化学处理、培养基的配制和灭菌等问题,这里包括有物料破碎、混合和输送等多种化工单元操作以及热量传递、灭菌动力学和设备等有关工程问题。
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