Einführung in den Fermentationstechnik und den Fermentationstechnik und die Schlüsseltechnologie

Fermentationsprozessmerkmale

Der größte Unterschied zwischen Fermentation und anderen chemischen Industrien besteht darin, dass es sich um eine chemische Reaktion handelt, die von lebenden Organismen durchgeführt wird. Die Hauptmerkmale sind as folgt:

ich. Im Allgemeinen ist der Fermentationsprozess eine biochemische Reaktion unter normaler Temperatur und Druck, die sicher ist und relativ einfache Bedingungen erfordert.

II. Das Rohstoffe, die bei der Fermentation verwendet werden sind in der Regel Stärke, Melasse oder andere landwirtschaftliche und Seitenlinienprodukte, und die Reaktion kann durchgeführt werden, bis eine geringe Menge an organischen und anorganischen Stickstoffquellen zugesetzt werden. Abhängig von der Art des Organismus kann es selektiv die Nährstoffe verwenden, die es benötigt. Basierend auf dieser Eigenschaft können Abwasser und Abfall als Rohstoffe zur Fermentation zur Transformation biologischer Ressourcen verwendet werden.

III. Der Fermentationsprozess wird durch die automatische Regulierung des Organismus abgeschlossen, und die Reaktion hat eine starke Spezifität, so dass relativ einzelne Metaboliten erhalten werden können.

iv. Aufgrund des Reaktionsmechanismus des Organismus selbst kann er chemische Transformationsreaktionen wie die Oxidation und Reduktion bestimmter Teile einiger komplexer Verbindungen auf spezialisierte und hochselektive Weise durchführen und kann auch relativ komplexe Polymerverbindungen produzieren.

v. Es ist sehr wichtig, die bakterielle Kontamination im Fermentationsprozess zu verhindern und zu kontrollieren. Zusätzlich zur strengen Desinfektion von Geräten und Luftfiltration muss die Reaktion unter sterilen Bedingungen durchgeführt werden. Wenn die Bakterien kontaminiert sind, wird die Produktion enorme wirtschaftliche Verluste erleiden. Wenn Sie mit Bakteriophagen infiziert sind, schadet die Fermentation mehr Schaden, sodass die Aufrechterhaltung steriler Bedingungen der Schlüssel zum Erfolg der Fermentation ist.

vi. Mikrobielle Stämme sind die grundlegenden Faktoren für die Fermentation. Durch Mutations- und Dehnungs-Screening können hochrangige Stämme erhalten werden und Produktionsausrüstung vollständig genutzt werden, so dass Produkte mit herkömmlichen Methoden schwer zu produzieren sind.

vii. Im Vergleich zu anderen Branchen hat die industrielle Fermentation weniger Investitionen, schnelle Auswirkungen und kann erhebliche wirtschaftliche Vorteile erzielen.

Basierend auf den oben genannten Merkmalen hat die industrielle Fermentation immer mehr Aufmerksamkeit erregt. Im Vergleich zur traditionellen Fermentationstechnologie hat das moderne Fermentationstechnik zusätzlich zu den oben genannten Merkmalen mehr Vorteile. Zusätzlich zur Verwendung von mikrobiellen Zellen können auch tierische und pflanzliche Zellen und Enzyme verwendet werden, können auch künstliche Konstruktion von "technischen Bakterien" verwenden, um zu reagieren; Die Reaktionsgeräte sind nicht nur der konventionelle Fermenter, sondern auch eine Vielzahl von Bioreaktoren, Automatisierung, ein hohes Maß an Kontinuität, so dass das Fermentationsniveau auf der ursprünglichen Basis zur Verbesserung und Innovation.

Fermentationstypen

Abhängig von den Merkmalen der Fermentation und den Sauerstoffanforderungen von Mikroorganismen kann die Fermentation in verschiedene Arten unterteilt werden:

ich. Nach Fermentationsmaterialien kann es in Saccharidfermentation, Erdölfermentation, Abwasserfermentation und andere Arten unterteilt werden.

II. Nach den Fermentationsprodukten kann es in Aminosäurefermentation, organische Säurefermentation, Antibiotika -Fermentation, Alkoholfermentation, Vitaminfermentation usw. unterteilt werden.

III. Nach der Form der Fermentation ist es in feste Fermentation, halbfeste Fermentation und flüssige Fermentation unterteilt.

iv. Nach dem Fermentationsprozess kann es in die Stapelfermentation, die kontinuierliche Fermentation und die Flussfermentation unterteilt werden.

v. Nach den unterschiedlichen Sauerstoffbedürfnissen im Fermentationsprozess kann er in die anaeroben Fermentation und Lüftungsfermentation unterteilt werden.

vi. Laut Metaboliten ist es in die primäre Metabolitenfermentation (Alkoholfermentation, Aminosäurefermentation, organische Säurefermentation usw.) und sekundäre Metabolitenfermentation (Antibiotika -Fermentation, Pigmentfermentation usw.) unterteilt.

Fermentationsprozess

Für jede Art von Fermentation (mit Ausnahme einiger Konvertierungsprozesse) besteht ein definierter Fermentationsprozess aus 6 Komponenten:

ich). Die Spezies und das entschlossene Samenmedium und Fermentationsmedium;

ii). Sterilisation von Mittel-, Fermenter- und Hilfsgeräten;

iii). Große, aktive, reine Samenkulturproduktion;

iv). Massenproduktion von Produkten unter optimalen Wachstumsbedingungen von Mikroorganismen bei Fermentern;

v). Produktextraktion und Reinigung;

vi). Behandlung von Fermentationsabfällen Flüssigkeit.

Daher ist es notwendig, kontinuierliche Forschungen durchzuführen, um die Selbsteffizienz des gesamten Fermentationsprozesses allmählich zu verbessern. Vor der Festlegung des Fermentationsprozesses sollte der Stamm isoliert und modifiziert werden, um das Zielprodukt so zu synthetisieren, so dass das produzierte Produkt den industriellen Anforderungen erfüllt und die Rendite wirtschaftlich wertvoll sein sollte. Bestimmen Sie dann die Anforderungen von Mikroorganismen in der Kultur und richten Sie die entsprechenden Geräte ein. Gleichzeitig muss die Trennungs- und Extraktionsmethode des Produkts bestimmt werden. Darüber hinaus sollte der Gesamtforschungsplan auch die kontinuierliche Optimierung von mikrobiellen Arten, Medien- und Extraktionsmethoden während und nach der Fermentation umfassen.

Schlüsseltechnologien für Fermentationstechnik

ich. Selektion und Zuchttechnologie der Belastung

Die Selektion der Stamm basiert auf den Anforderungen der Produktion und der Theorie der mikrobiellen genetischen Variation. Künstliche Methoden werden verwendet, um Stämme zu mutieren, und dann werden verschiedene Screening -Methoden verwendet, um die Zielstämme herauszufinden, die den Anforderungen entsprechen. Der Zweck der Stammzüchtung besteht darin, die grundlegenden Merkmale des Stammes zu verbessern, den Ertrag zu erhöhen, die Qualität zu verbessern, die Kosten zu verringern, die Technologie, das bequeme Management und die umfassende Nutzung zu reformieren. Zu den grundlegenden Methoden der bakteriellen Züchtung gehören natürliche Züchtung, Zuchtresistenz, Mutagenese -Züchtung, Zucht von Stoffwechsel, Zucht, Genomreorganisation und eine Reihe von Methoden.

In der frühen Phase der Fermentationstechnik und im modernen Stadium der Fermentationstechnik wurden wilde Mikroorganismen als Hauptkörper der Fermentation verwendet. In der modernen Fermentation sind hervorragende Brutmethoden immer noch ein wichtiger Zusammenhang im Upstream -Projekt der Fermentationstechnik. Zunächst erhalten wir weiterhin weiterhin hervorragende Stämme von der Natur. Die zweite besteht darin, Gentechnik, Zellentechnologie in Kombination mit molekularen Biologie zu verwenden und die Prinzipien des Stoffwechseltechnik, der Stoffwechselregulation, der Omics, der Systembiologie usw. zu übernehmen Starterstämme, um hervorragende Stämme zu erhalten, die die erforderlichen Fermentationsprodukte herstellen können.

II. Reine Kulturtechnologie

Die Fermentationsindustrie verwendet im Allgemeinen spezifische mikrobielle Stämme für die reine Kultur, um den Zweck der Herstellung der gewünschten Produkte zu erreichen. Daher sollte der Fermentationsprozess unter dem Zustand ohne verschiedene Bakterienkontamination durchgeführt werden. Die sterile Kultur der Mikroorganismen hängt direkt mit dem Erfolg oder Misserfolg des Produktionsprozesses zusammen. Wenn das Problem der Sterilität nicht gut gelöst wird, wird es zur Verringerung der Menge und Qualität der erforderlichen Produkte und zur Schwierigkeit der Nachbearbeitung führen. Heavy wird das gesamte metamorphe Kulturmedium machen, was zu Tonnen von Medienschrott führt, was zu schwerwiegenden wirtschaftlichen Verlusten führt, was für einen groß angelegten Produktionsprozess stärker wichtig ist. Um den normalen Fortschritt des Kulturprozesses zu gewährleisten und das Auftreten von Bakterien zu verhindern, muss die Kultur der meisten Mikroorganismen, einschließlich Laborbetrieb und industrieller Produktion, eine strenge Sterilisation durchführen. Die Sterilisation des Fermentationsprozesses umfasst mittelgroße Fermentationsgeräte und Beatmung des Fermentationsprozesses.

III. Fermentationsprozessoptimierungstechnologie

Optimierung der Fermentationsprozess, einschließlich mikrobieller Zellen bis zur Optimierung der mikrobiellen Biochemie und den Zellen der physiologischen Regulation, der Umgebung, der Eigenschaften des Reaktors, der Prozessbetriebsbedingungen und der Reaktorkontrollkomplexwechselwirkungen zwischen vereinfachtem und der Beziehung zwischen diesen Bedingungen und der Reaktorkontrollkomplex -Komplex -Komplexe Optimierung der Fermentationsprozess -Optimierung und der Optimierung der Fermentation und der Fermentationsprozessoptimierung. Optimiert, machen Sie am besten für eine bestimmte Optimierungsmethode für Fermentationsprozesssysteme geeignet. Diese Optimierung beinhaltet hauptsächlich vier Aspekte des Forschungsinhalts, die erste ist die Untersuchung des Zellwachstumsprozesses. Das zweite ist die Stöchiometrie mikrobieller Reaktionen; Die dritte ist die biologische Reaktionskinetik; Der vierte ist Bioreaktor Engineering.

iv. Fermentationsprozessverstärkungstechnologie

Um den Zweck der Popularisierung und des Übergangs von Laborergebnissen in die industrielle Skala zu erreichen, ist es im Allgemeinen erforderlich, die Forschung der Pilot -Skala -Prozessoptimierung durchzuführen. Um die Schwierigkeiten zu überwinden, insbesondere für einige relativ große Fermentationsprodukte, wird eine Schritt -für -Schritt -Verstärkungsmethode angewendet. Zu den Fermentationsprozessverstärkungsmethoden gehören: Verstärkung der geometrischen Ähnlichkeit der Fermenter, Ähnlichkeitsverstärkung der Sauerstoffversorgung, Ähnlichkeitsverstärkung der Bakterienstoffwechselstoffwechsel, Ähnlichkeitsverstärkung der Kulturbedingungen, mathematische Modellsimulation und Vorhersageverstärkung.

v. Nachgeschaltete Trennungs- und Reinigungstechnologie der Fermentationstechnik

Nachgeschaltete Trennung und Reinigung von Fermentationsprodukten bezieht sich auf den Prozess der Extraktion, Konzentration, Reinigung und Abschluss der Fermentationszielprodukte. Die Bedeutung der Trennung und Reinigung von Fermentationsprodukten spiegelt sich hauptsächlich in der Besonderheit, Komplexität und strengen Anforderungen biologischer Produkte wider, was zu einem großen Anteil der Trennung und Reinigungskosten der gesamten Produktionskosten für Fermentationsprodukte führt. Die Kosten für den nachgeschalteten Trennungs- und Reinigungsprozess des Fermentationstechnik machen normalerweise 50%~ 70%der Produktionskosten aus und einige sogar bis zu 90%, was häufig zum Einschränkungsfaktor für die Umsetzung des biochemischen Prozesses anstelle des chemischen Prozesses wird Produktion. Daher können nur durch die Gestaltung eines angemessenen Extraktions- und Raffinierungsverfahrens zur Verbesserung der Produktqualität und zur Reduzierung der Produktionskosten eine kommerzielle Produktion von fermentierten Produkten realisiert werden.

vi. Automatische Überwachungs- und Steuerungstechnologie des Fermentationsprozesses

In gewisser Weise hängt der Erfolg oder Misserfolg des Fermentationsprozesses vollständig von der Aufrechterhaltung einer kontrollierten und produktiven Umgebung ab. Der effektivste Weg, dies zu erreichen, besteht durch die direkte Messung verschiedener Parameteränderungen und die Regulierung biologischer Prozesse. Die Anwendung von Mathematik, chemischen Prinzipien, elektronischer Computertechnologie und automatischen Steuerelements auf den Fermentationsprozess, die Messung von Biotechnologieparametern, die Modellierung und Kontrolle des biologischen Prozesses, kann eine effiziente Kontrolle und Behandlung des industriellen Fermentationsprozesses durchführen und die Produktionseffizienz verbessern.