發(fā)酵培訓(xùn)綜合稿課件

培訓(xùn)題綱

一、發(fā)酵歷史簡述及發(fā)酵定義二、微生物簡介及特性應(yīng)用三、發(fā)酵基礎(chǔ)知識四、發(fā)酵設(shè)備簡介五、各產(chǎn)品發(fā)酵流程六、如何做一個(gè)合格的發(fā)酵人一、發(fā)酵歷史簡述及定義1.自然發(fā)酵階段:發(fā)酵技術(shù)有著悠久的歷史，早在幾千年前，人們就開始從事釀酒、制醬、制奶酪等生產(chǎn)。2.純培養(yǎng)技術(shù)的建立。3.深層通風(fēng)培養(yǎng)技術(shù)的建立。 4.代謝控制發(fā)酵技術(shù)的建立。5.固定化酶技術(shù)、細(xì)胞工程技術(shù)、基因工程技術(shù)的建立。什么是發(fā)酵呢？工業(yè)生產(chǎn)上籠統(tǒng)地把一切依靠微生物的生命活動而實(shí)現(xiàn)的工業(yè)生產(chǎn)稱為“發(fā)酵”或者稱為“工業(yè)發(fā)酵”。發(fā)酵就是通過控制微生物的生命活動，利用微生物的代謝功能，使之達(dá)到我們生產(chǎn)目的的過程。各類微生物形態(tài)和大小的比較微生物五大特性1、體積小、面積大2、吸收多、轉(zhuǎn)化快3、生長旺、繁殖快4、適應(yīng)強(qiáng)、易變異5、分布廣、種類多1、體積小、面積大比表面積：單位體積所占有的面積（面積/體積）；隨著物體的體積縮小，其比面值隨之增大。體積小、面積大是微生物五大共性的基礎(chǔ)，由它可發(fā)展出一系列其他共性，因?yàn)橐粋€(gè)小體積大面積系統(tǒng)必然有一個(gè)巨大的營養(yǎng)物質(zhì)吸收面、代謝廢物的排泄面和環(huán)境信息的接受面。對1cm3固體三位分割后變化邊長體積總表面積比表面積近似對象1.0cm16cm26豌豆1.0mm10360cm260小藥丸1.0um10126m260000球菌2、吸收多、轉(zhuǎn)化快由于微生物有巨大的營養(yǎng)物質(zhì)吸收面和代謝廢物排泄面，因此具有吸收多、轉(zhuǎn)化快的特性。微生物的這個(gè)特性為他們的高速生長繁殖和產(chǎn)生大量代謝產(chǎn)物提供了充分的物質(zhì)基礎(chǔ)，使得微生物更好的發(fā)揮生物化學(xué)轉(zhuǎn)化能力。4、適應(yīng)強(qiáng)、易變異可以對菌體進(jìn)行誘變，進(jìn)而產(chǎn)生高產(chǎn)菌株變異經(jīng)常是有害變異，對于生產(chǎn)來說，加大了菌種選育的勞動強(qiáng)度，再者，對于無菌控制產(chǎn)生很大的影響。比如耐藥性，為了避免雜菌等產(chǎn)生耐藥性，生產(chǎn)上就要周期性進(jìn)行消毒劑的更換?？股兀嚎股兀╝ntibiotics）是由微生物（包括細(xì)菌、真菌、放線菌屬）或高等動植物在生活過程中所產(chǎn)生的具有抗病原體或其它活性的一類次級代謝產(chǎn)物，能干擾其他生活細(xì)胞發(fā)育功能的化學(xué)物質(zhì)。另一定義：抗生素為微生物在代謝過程中產(chǎn)生的一系列高分子化合物，其在較低濃度下能夠殺死或抑制病原微生物。三、生產(chǎn)常用發(fā)酵基礎(chǔ)知識發(fā)酵液單位與重量換算：產(chǎn)物重量=效價(jià)×體積/生物效價(jià)kgu/mlm3u/mg發(fā)酵水平評價(jià)參數(shù)：十億發(fā)酵指數(shù)十億：單罐十億=發(fā)酵單位×發(fā)酵液體積/1000發(fā)酵指數(shù)：發(fā)酵指數(shù)表示平均每立方米發(fā)酵罐容積每小時(shí)獲得的發(fā)酵單位數(shù)發(fā)酵指數(shù)=總億/周期/有效容積（公稱容積）培養(yǎng)基培養(yǎng)基是一種人工配制的、適合微生物生長繁殖或生產(chǎn)代謝產(chǎn)物用的混合養(yǎng)料。一般都具備衛(wèi)生所需要的六大營養(yǎng)要素，即碳源、氮源、無機(jī)鹽和微量元素、水、生長因子及特殊用途的前體和誘導(dǎo)物等。

培養(yǎng)基的成分及其功能：1、碳源：凡能提供微生物營養(yǎng)所需的碳元素的營養(yǎng)源，是微生物細(xì)胞和代謝產(chǎn)物中碳元素來源的重要培養(yǎng)基成分，也是異養(yǎng)微生物生長和代謝的主要能源。2、氮源：凡能提供微生物生長繁殖所需氮元素的營養(yǎng)源，是構(gòu)成微生物菌體細(xì)胞物質(zhì)，如氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)等和含氮代謝產(chǎn)物的重要營養(yǎng)來源。3、無機(jī)鹽和微量元素：工業(yè)發(fā)酵中應(yīng)喲個(gè)的微生物在生長繁殖和產(chǎn)物合成中都需要無機(jī)鹽和微量元素，如磷、硫、鐵、鎂、鈣、鋅、鈷、鉀、鈉、錳、氯等等，其中許多金屬離子在低濃度時(shí)能刺激微生物代謝，高濃度時(shí)表現(xiàn)出抑制作用。磷：構(gòu)成核酸、核蛋白及許多輔酶和高能磷酸鍵的成分，能促進(jìn)菌體的初級代謝。鎂、鋅、鈷：是某些酶的輔基或激活劑。鉀、鈉、鈣：微生物代謝中不可缺少的無機(jī)元素。鈉離子有維持細(xì)胞滲透壓的功能；鉀離子能影響細(xì)胞膜的通透性；鈣離子可以調(diào)節(jié)細(xì)胞通透性及培養(yǎng)基中磷酸鹽含量，并且一般以碳酸鈣形式加入到培養(yǎng)基中，起到緩沖PH變化的作用。5、生長因子和前體及誘導(dǎo)物發(fā)酵培養(yǎng)中某些成分的加入有助于調(diào)節(jié)產(chǎn)物的形成，這些添加的物質(zhì)包括生長因子、前體、產(chǎn)物抑制劑和促進(jìn)劑等等。這些物質(zhì)對產(chǎn)物合成有較好的促進(jìn)作用，一般分為內(nèi)源性和外源性，即有的菌體可以合成生長因子、前體等物質(zhì)，而有的菌體則不能合成，需要在培養(yǎng)基中進(jìn)行添加。消毒：指殺死病原微生物，并不一定能殺死細(xì)菌芽胞的方法滅菌：指用化學(xué)的或物理的方法殺滅或除掉物料及設(shè)備等中所有的有生命的有機(jī)體的技術(shù)或工藝過程。工業(yè)常用滅菌方法有化學(xué)物質(zhì)滅菌、干熱滅菌、濕熱滅菌、輻射滅菌、臭氧滅菌和過濾介質(zhì)除菌。致死溫度：殺死微生物的極限溫度（最低溫度）致死時(shí)間：在致死溫度下，殺死全部微生物所需要的時(shí)間對數(shù)殘留定律：在滅菌過程中，微生物由于受到不利環(huán)境的影響，隨時(shí)間而逐漸死亡，其減少的速率與任何一瞬間殘存的菌數(shù)成正比。這就是所謂“對數(shù)殘留定律”。dN/dt=-KN變化后得t=[2.303*log(N0/Nt)]/KN：菌殘留個(gè)數(shù)t：滅菌時(shí)間K：菌比死亡速率（反應(yīng)速度常數(shù)）dN/dt：菌瞬時(shí)變化速率N0：滅菌開始時(shí)原有菌數(shù)Nt：滅菌結(jié)束時(shí)殘留菌數(shù)（一般取0.001）滅菌方面生產(chǎn)上基本上都使用冷水進(jìn)行降溫，降溫方式有所不同，主要有以下幾種：夾套，蛇管、外半管及罐壁外噴淋夾套：一般用于容積較小的罐，如生產(chǎn)上的小罐蛇管：一般用于容積較大的罐，在罐內(nèi)成組進(jìn)行降溫，如生產(chǎn)上的中罐、大罐、料罐等外半管：配合蛇管加快罐體降溫速率，減少高溫維持時(shí)間噴淋：一般用于體積較小的罐，土霉素消沫劑罐用此種降溫方式接種方式：火焰接種，壓差接種微生物的生長分為四個(gè)階段一、延滯期（適應(yīng)期）：菌體的生長速率為零，但菌體代謝機(jī)能非?；钴S，對環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，單個(gè)細(xì)胞的體積和質(zhì)量顯著增加。二、對數(shù)生長期：菌體開始生長繁殖，生長速度迅速增加，細(xì)胞數(shù)量以幾何級數(shù)增加。菌體的生長階段車間內(nèi)管道刷漆顏色與內(nèi)容物關(guān)系紅色：蒸汽綠色：水藍(lán)色：空氣黃色：物料黑色：下水道不銹鋼管線不刷漆四、發(fā)酵設(shè)備

進(jìn)行微生物深層培養(yǎng)的設(shè)備統(tǒng)稱發(fā)酵罐，其分類根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不同，有以下幾種按照發(fā)酵罐的設(shè)備來分：機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐和非機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐微生物的生長代謝需要來分：好氣型發(fā)酵罐和厭氣型發(fā)酵罐

下面介紹一下比較常見的幾種通風(fēng)發(fā)酵罐：氣升式發(fā)酵罐機(jī)械攪拌通風(fēng)式發(fā)酵罐種子生產(chǎn)中比較關(guān)鍵的幾個(gè)問題菌種保藏：砂土的產(chǎn)生過程比較復(fù)雜我們不談這一部分。我們談一談砂土產(chǎn)生后如何保藏，能夠使一個(gè)企業(yè)長期使用下去，如何保存菌種的問題。A、菌種保藏的目的：保持種的存活、保持種的純粹、保持菌株遺傳性狀穩(wěn)定。B、菌種保藏原理：低營養(yǎng)、干燥、缺氧、低溫。C、菌種的保藏方法：我們主要使用冰箱(斜面)保藏法，液氮保藏法、冷凍干燥法。其他還有傳代保藏法，載體保藏法等，不過我們不使用，不再多說。

D、菌種的長期使用，一支砂土稱為主細(xì)胞庫，搭成斜面，再根據(jù)使用的量埋制成工作細(xì)胞庫。就這樣主細(xì)胞庫每年使用1-2次，那么就可以使用很長的時(shí)間了。種子生產(chǎn)中比較關(guān)鍵的幾個(gè)問題種子無菌的保證談到種子制備，人們就會想到無菌的概念，因?yàn)槲覀兪羌兎N培養(yǎng)，在種子制備的前期裸露工作的環(huán)節(jié)比較多，哪一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)染菌問題，那么整個(gè)生產(chǎn)就進(jìn)行不下去，為了保證純種的安全性，一般在生產(chǎn)上會采取以下幾種措施：A、設(shè)施方面：無菌室，有專門的空氣凈化系統(tǒng)和溫濕度控制系統(tǒng)，無菌室的建筑要求墻面平整光滑，耐受清洗和消毒，沒有死角，照明燈都是罩在燈罩里面。B、設(shè)備方面凈臺：即使在建筑嚴(yán)格的無菌室中，還要使用具有百級（最高級別）潔凈級別的超凈工作臺，在層流風(fēng)的保護(hù)下進(jìn)行操作。滅菌柜：種子生產(chǎn)的單位肯定會有滅菌柜。因?yàn)樯a(chǎn)使用的所有培養(yǎng)基和操作用具都要經(jīng)過消毒滅菌處理，包括進(jìn)無菌室穿著的無菌衣，擦地用的毛巾都要經(jīng)過消毒滅菌C、人員要求：人員要有較強(qiáng)的無菌意識，不僅要按標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程操作，還要有良好的個(gè)人衛(wèi)生習(xí)慣，比如：勤剪指甲，勤理發(fā)，換洗內(nèi)衣等，進(jìn)無菌室不準(zhǔn)佩戴首飾、手表。D、各種規(guī)章制度：既要符合GMP要求又要符合生產(chǎn)使用要求。比如：空氣凈化系統(tǒng)管理規(guī)定，無菌室衛(wèi)生管理規(guī)定，無菌衣清洗消毒管理規(guī)定，潔凈工具使用管理規(guī)定等等A、斜面質(zhì)量要求及影響因素質(zhì)量：①斜面種子的外觀；②斜面種子的內(nèi)在質(zhì)量。因素：①培養(yǎng)溫度；②培養(yǎng)濕度；③原材料；④滅菌條件；⑤棉塞；⑥培養(yǎng)時(shí)間等等。種子質(zhì)量控制及影響因素B、搖瓶種子的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及影響因素質(zhì)量：①菌體濃度；②菌體生長階段因素：①培養(yǎng)基組成；②搖瓶裝量；③搖床轉(zhuǎn)速和在搖床中的位置；④孢子接種量種子罐的制備工藝A、配料：較搖瓶中培養(yǎng)基豐富。B、接種：火圈接種法和壓差接種法。C、培養(yǎng)：種子罐一般都有通氣和攪拌，同時(shí)控制一定的溫度和壓力，但是pH在培養(yǎng)基配制時(shí)調(diào)到合適后，生長過程中不再進(jìn)行調(diào)整，這就要求培養(yǎng)基要有很強(qiáng)的緩沖能力。種子罐工藝種子罐種子質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)：A、代謝狀況：耗糖、耗氮B、pH變化：pH是代謝狀況的綜合反映。C、呼吸活性：呼吸代表菌的生長階段，一般由菌體釋放的二氧化碳量表示。影響種子罐種子質(zhì)量的因素：培養(yǎng)基組成、pH、滅菌條件、上一級種子的質(zhì)量、接種量、培養(yǎng)溫度、通氣量、攪拌轉(zhuǎn)速、培養(yǎng)時(shí)間等等都影響種子罐種子質(zhì)量。如何做一個(gè)合格的發(fā)酵人1、無菌意識2、誠實(shí)守信3、整體（團(tuán)隊(duì)）觀念4、廣問好學(xué)5、自主創(chuàng)新無菌意識：一、做任何工作均要將是否會對無菌造成影響作為首要考慮問題，包括管線安裝改造、工藝控制變動、設(shè)備的變動等所有工作。二、還要知道真正的無菌是不可能實(shí)現(xiàn)的，無菌只是一個(gè)相對的狀態(tài)，絕對的無菌是不可能實(shí)現(xiàn)的，其耗費(fèi)和對其它質(zhì)量的影響是現(xiàn)實(shí)工作中無法承擔(dān)的誠實(shí)守信：由于很多發(fā)酵操作無法用儀器儀表進(jìn)行測量，因此許多操作的完成程度就需要我們一線操作人員去把握，否則很多異常情況無法做出正確的分析。發(fā)酵人常說的一句話：發(fā)酵是個(gè)良心活！整體（團(tuán)體）意識：一、發(fā)酵是微生物的一個(gè)群體的生長，不能從個(gè)體來考慮。二、發(fā)酵的協(xié)作是一個(gè)整體工作的體現(xiàn)，所有地方全做好結(jié)果會好，有一個(gè)地方出現(xiàn)問題可能發(fā)現(xiàn)不了，但最終結(jié)果必然受到影響。三、發(fā)酵過程中外界環(huán)境因子太多，考慮問題時(shí)必須予以全面考慮廣問好學(xué)：

發(fā)酵本身涉及的領(lǐng)域較廣，因此作一名合格的發(fā)酵工作人員應(yīng)掌據(jù)的知識很多，要求博不要求全精，一般需了解：

微生物相關(guān)知識：如普通微生物、工藝調(diào)控等。

化學(xué)知識：有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、生物化學(xué)等。

設(shè)備機(jī)械知識：化工原理、生物工程設(shè)備、生物反應(yīng)器

物理知識：普通物理、熱力學(xué)知識、生物物理（生物流體力學(xué)、生物控制和信息論、生物物理技術(shù)）自動化儀表、儀器分析等

計(jì)算機(jī)知識、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)、生物實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等等自主創(chuàng)新：我們要總結(jié)經(jīng)驗(yàn)加強(qiáng)學(xué)習(xí)，但不能盲從于經(jīng)驗(yàn)和書本上的知識，對任何問題都要有自已的看法。在生物方面任何經(jīng)驗(yàn)或知識都是相對的，在一