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生物工程技术发酵设备的使用都有什么要求

发布时间:2018-2-1 9:04:27 来源: 浏览次数:
摘要:现代生物工程技术包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程,发酵工程是生物技术产业化的重要环节,绝大多数生物技术的目标都要通过发酵工程来实现

    上一篇我们送上的文章是发酵罐的管路和罐体为什么需要正压为了更加全面的介绍>发酵罐发酵设备食用菌发酵罐的各项性能、规格、参数等等,我们将持续发布最新知识,帮助大家了解更多的信息。

 现代生物工程技术包括基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程,发酵工程是生物技术产业化的重要环节,绝大多数生物技术的目标都要通过发酵工程来实现  2、发酵技术由两个核心部分组成:第一部分是涉及获得特殊反应或过程所需的良好的生物细胞---微生物菌种;第二部分则是选择最精良设备,开发最优技术操作,创造充分发挥微生物细胞作用的最佳环境----发酵工艺与设备  3、为实现工业化生产,就必须解决实现这些工艺的工业生产环境、设备和过程控制的工程学的问题,因此就有了“发酵工程”  4、上游工程包括优良种株的选育,最是发酵条件的确定,营养物的准备等,中游工程包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术;在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术;在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术;还有种子培养和生产培养的不同的工艺技术。下游工程是对目的产物的提取与精制。  5、下游工程这一过程是比较困难的,这是因为一方面生物反应液中的目的产物的浓度是很低微的。例如:浓度最高的乙醇仅为10%左右,氨基酸不超过8%,抗生素不超过5%,酶制剂不超过1%,胰岛素不超过0.01%,单克隆抗体不超过0.0001%;另一方面因为反应液杂质常与目的产物有相似的结构,加上一些药物或食品的产品对纯度、有害物质都有严格的要求。  6、发酵工程与化学工程非常接近,化学工程中许多单元操作在微生物工业中得到应用。国外许多学术机构把发酵工程作为化学工程的一个分支,称为生化工程。但由于微生物工业是培养和处理活的有机体,所以除了与化学工程有共性外,还有它的特殊性。例如:空气除菌系统、培养基灭菌系统等都是微生物工业中所特有的。再如化学工程中,气、液两相混合、吸收的设备,仅有通风和搅拌的作用,而通风机械搅拌发酵罐除了上述作用外,还包括复杂的氧化、还原、转化、水解、生物合成以及细胞的生长和分裂等作用,而且还有其严格无菌要求,不能简单地与气体吸收设备完全等同起来。提取部分的单元操作虽然与化工中的单元操作无明显区别;但为适应菌体与微生物产物的特点,还要采取一些特殊措施并选用合适的设备。简言之,发酵过程是将化学工程中各有关单元操作与微生物的特点一并考虑进行操作的,两者的不同点在于:①、作为生物化学反应,通常在常温常压下进行,因此没有爆炸之类的危险,各种生产设备一般不必考虑防爆问题。②、微生物发酵过程需防止杂菌污染,生产过程所需的设备、培养基和空气都需进行严格的无菌处理,一旦杂菌入侵就有可能导致发酵生产的失败。③、微生物发酵液成分较复杂,大多为非牛顿流体,其产品分离与纯化过程比化学反应过程产品复杂得多。④、制造发酵产物的微生物菌体也是发酵产物,微生物细胞富含蛋白质、核酸、维生素等有用物质。微生物发酵液一般不含对生物体有害的物质。 7、发酵工业生产水平的三个决定要素:生产菌种的性能、发酵和提取工艺条件以及生产设备。  8、代谢控制发酵是指利用生物化学和遗传学的原理,利用生物工程手段控制微生物的代谢朝人们希望的方向进行,更多地产生和积累人们需要的目的产物。  9、微生物代谢的人工控制,包括控制发酵(外因控制)和控制育种(内因控制)两个方面。外因即控制环境因素,如氧的供应、营养物的类型和浓度、表面活性剂的存在和PH值得调节等都能够控制微生物细胞的生理和代谢。内因控制即代谢控制育种则是通过遗传变异来改变微生物的正常代谢途径和方向,根据人们的需要来使其代谢产物得到形成和积累。  10、种龄指的是种子的培养时间;接种量是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。天然和合成培养基的优缺点  天然培养基是指一类成分非常复杂的天然产品,其中大部分是农副产品。其特点是营养丰富、价格便宜。缺点是每批次生产时由于天然培养基的成分含量都会不同而影响发酵。 合成培养基最大的优点是成分已知,主要用于研究菌种的代谢过程或者是动植物细胞悬浮液培养中;缺点是价格相对来说较昂贵,成分单一,不适合工业化大规模生产。 12、在碳源的选择上需要考虑以下因素:①、原料成本占生产总成本的比例,在工业生产中,利润是企业的生命,最好采用来源广泛,价格低廉的原料作为发酵培养基的碳源。②、在某些发酵过程中,必须除去碳源中的杂质。如糖蜜中除了含有微生物生长的糖分外还含有许多杂质,这些杂质对于发酵来说是有害的需要通过预处理去除掉。在柠檬酸发酵中高浓度的铁离子含量会导致异柠檬酸的生产,影响产品质量。③、对碳源的选择,往往还受到政策的影响。④、培养基的配制方法,特别是灭菌方法。  13、控制培养基中营养成分含量主要分为三个步骤来进行优化:①、根据前人的经验和培养基成分,初步确定可能的培养基成分;②、通过单因子实验最终确定出最为适宜的培养基成分;③、当培养基成分确定后,剩下的问题就是各成分最适的浓度,由于培养基成分很多,为减少实验次数常采用一些合理的实验设计方案。 14、在生产菌种接种之前要对发酵培养基、发酵罐、管路系统及空气系统和环境等方面进行灭菌,防止杂菌和噬菌体的大量繁殖  15、在生产中,为了防止杂菌或噬菌体的污染,通常采用消毒与灭菌技术,两者合称为发酵生产中的无菌技术。发酵工业中允许的染菌概率是10-3.即灭菌1000批次的发酵中只允许有一次染菌。  16、微生物对热的抵抗力用热阻来表示,微生物对热的抵抗力越大,热阻越大 17、为什么采用高温瞬时灭菌法的原因  采用高温瞬时灭菌法处理后的培养基质量较好。温度愈高,灭菌时间愈短,营养成分的破坏率愈小  18、分批灭菌的基本流程P55  19、空气净化除菌的方法包括加热灭菌、辐射灭菌、静电吸附灭菌和过滤除菌等。目前工业发酵生产过程中,过滤除菌是获得大量无菌空气最常用的除菌方法。 20、过滤除菌法就是使含菌空气通过过滤介质,以阻截空气流中所含微生物,使其与空气分离从而取得无菌空气的方法  21、无菌空气制备的首要步骤就是空气的采集和压缩 22、设备与管道的清洗与灭菌原因:①、设备和管道的洁净可使潜在的污染危险降至最小②、有助于防止设备或管道污垢的产生③、在许多工业生产过程如食品加工和制药行业中,几乎每一个国家都有相关的法规去保证其过程一定的卫生要求。生物素的调节原理  生物素是谷氨酸发酵的关键物质,当细胞内的生物素水平高时,谷氨酸不能透过细胞膜,因而得不到谷氨酸,谷氨酸发酵生产中,谷氨酸生产菌属于生物素缺陷型菌种,生物素作为脂肪酸生物合成最初反应的关键乙酰CoA羧化酶的辅酶,参与了脂肪酸的合成,进而影响磷脂的合成。当磷脂合成减少到正常量的一半左右时,细胞变形,谷氨酸向膜外漏出,积累于发酵液中。因而可以通过限量控制生物素的含量,也就是通过控制生物素亚适量,提高细胞膜的渗透性。在发酵的前期,满足细胞的生长,合成完整的细胞膜;中期生物素耗尽,细胞膜合成不完整,完成长菌型细胞向产酸性细胞的转变,细胞膜的渗透性增加,使得谷氨酸渗透到细胞外,在细胞内谷氨酸达不到引起反馈调节的程度,从而使谷氨酸能够源源不断被优先合成  32、发酵醪具有的一般特征包括:①、含水量高,一般可达90%-95%,②、产品浓度低。③、悬浮物颗粒小,密度与液体相差不大,④、固体粒子可压缩性大,⑤、液体黏度大,大多为非牛顿型流体,⑥、产物性质不稳定 33、预处理的常用方法有①、加热法②、调节悬浮液的PH,③、凝聚和絮凝④、添加助滤剂⑤、添加反应剂  34、发酵液进行提取时主要通过两个步骤来确定:①、先研究该发酵产物是属于哪一个类型,是属碱性、酸性、两性物质或它的溶媒系统,初步进行试验,可以大致确定它是属于哪一类型②、通过稳定性的研究,如将发酵物用各种不同的温度,条件及不同的PH值进行处理,来检查有效的物质稳定情况。这样可以了解该发酵产物在哪一种适合的条件下进行提取精制而不受破坏,同时在保证质量的前提下,尽可能提高其效率。


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