Introduction au processus d'ingénierie de fermentation et à la technologie clé

Caractéristiques du processus de fermentation

La plus grande différence entre la fermentation et d'autres industries chimiques est qu'il s'agit d'une réaction chimique réalisée par les organismes vivants. Ses principales caractéristiques sont unS suit:

je. D'une manière générale, le processus de fermentation est une réaction biochimique sous température et pression normales, ce qui est sûr et nécessite des conditions relativement simples.

ii La matières premières utilisées en fermentation sont généralement l'amidon, la mélasse ou d'autres produits agricoles et de touche, et la réaction peut être effectuée tant qu'une petite quantité de sources d'azote organiques et inorganiques est ajoutée. Selon le type d'organisme, il peut utiliser sélectivement les nutriments dont il a besoin. Sur la base de cette caractéristique, les eaux usées et les déchets peuvent être utilisées comme matières premières pour la fermentation pour transformer les ressources biologiques.

iii. Le processus de fermentation est achevé par la régulation automatique de l'organisme, et la réaction a une forte spécificité, de sorte que des métabolites relativement uniques peuvent être obtenus.

iv. En raison du mécanisme de réaction de l'organisme lui-même, il peut effectuer des réactions de transformation chimique telles que l'oxydation et la réduction de parties spécifiques de certains composés complexes d'une manière spécialisée et hautement sélective, et peut également produire des composés polymères relativement complexes.

v. Il est très important de prévenir et de contrôler la contamination bactérienne dans le processus de fermentation. En plus de la désinfection stricte de l'équipement et de la filtration de l'air, la réaction doit être effectuée dans des conditions stériles. Si les bactéries sont contaminées, la production subira d'énormes pertes économiques. S'il est infecté par le bactériophage, la fermentation causera plus de mal, donc le maintien des conditions stériles est la clé du succès de la fermentation.

vi. Les souches microbiennes sont les facteurs fondamentaux de la fermentation. Grâce à la mutation et au dépistage des souches, des souches à haut rendement peuvent être obtenues et l'équipement de production peut être entièrement utilisé, de sorte que les produits difficiles à produire par des méthodes conventionnels peuvent être obtenus.

vii. Par rapport aux autres industries, la fermentation industrielle a moins d'investissement, d'effet rapide et peut réaliser des avantages économiques importants.

Sur la base des caractéristiques ci-dessus, la fermentation industrielle a attiré de plus en plus d'attention. Par rapport à la technologie de fermentation traditionnelle, l'ingénierie de fermentation moderne présente plus d'avantages en plus des caractéristiques ci-dessus. Comme en plus de l'utilisation de cellules microbiennes, peut également utiliser des cellules et des enzymes animales et végétales, peut également utiliser la construction artificielle de "bactéries d'ingénierie " pour réagir; L'équipement de réaction n'est pas seulement le fermenteur conventionnel, mais une variété de bioréacteurs à la place, l'automatisation, le haut degré de continuité, de sorte que le niveau de fermentation sur la base d'origine et l'innovation.

Types de fermentation

Selon les caractéristiques de la fermentation et les besoins en oxygène des micro-organismes, la fermentation peut être divisée en plusieurs types:

je. Selon les matériaux de fermentation, il peut être divisé en fermentation du saccharide, fermentation du pétrole, fermentation des eaux usées et d'autres types.

ii Selon les produits de fermentation, il peut être divisé en fermentation des acides aminés, fermentation des acides organiques, fermentation des antibiotiques, fermentation de l'alcool, fermentation de la vitamine, etc.

iii. Selon la forme de fermentation, elle est divisée en fermentation solide, fermentation semi-solide et fermentation liquide.

iv. Selon le processus de fermentation, il peut être divisé en fermentation par lots, fermentation continue et fermentation du débit.

v. Selon les différents besoins de l'oxygène dans le processus de fermentation, il peut être divisé en fermentation anaérobie et fermentation de ventilation.

vi. Selon les métabolites, il est divisé en fermentation primaire des métabolites (fermentation de l'alcool, fermentation des acides aminés, fermentation des acides organiques, etc.) et fermentation des métabolites secondaires (fermentation antibiotique, fermentation des pigments, etc.).

Processus de fermentation

Pour tout type de fermentation (à l'exception de certains processus de conversion), un processus de fermentation défini se compose de 6 composants:

je). L'espèce et le milieu de graines déterminé et le milieu de fermentation;

ii). Stérilisation des équipements moyens, fermenteurs et auxiliaires;

iii). Production de culture de semences active, active et pure;

iv). Production de masse de produits dans des conditions de croissance optimales des micro-organismes chez les fermenteurs;

v). Extraction et purification des produits;

vi). Traitement des déchets de fermentation liquide.

Par conséquent, il est nécessaire d'effectuer des recherches continues pour améliorer progressivement l'efficacité de l'auto-efficacité de l'ensemble du processus de fermentation. Avant d'établir le processus de fermentation, la souche doit être isolée et modifiée pour synthétiser le produit cible afin que le produit produit répond aux exigences industrielles et que le rendement soit précieux économiquement. Déterminez ensuite les exigences des micro-organismes en culture et configurez l'équipement correspondant. Dans le même temps, la méthode de séparation et d'extraction du produit doit être déterminée. De plus, le plan de recherche global devrait également inclure une optimisation continue des espèces microbiennes, des milieux et des méthodes d'extraction pendant et après la fermentation.

Ingénierie de fermentation Technologies clés

je. Sélection des tensions et technologie de reproduction

La sélection des déformations est basée sur les exigences de production et la théorie de la variation génétique microbienne. Des méthodes artificielles sont utilisées pour muter les souches, puis diverses méthodes de dépistage sont utilisées pour filtrer les souches cibles qui répondent aux exigences. Le but de l'élevage de la souche est d'améliorer les caractéristiques de base de la souche, d'augmenter le rendement, d'améliorer la qualité, de réduire le coût, de réformer la technologie, de gestion pratique et d'utilisation complète. Les méthodes de base de l'élevage bactérienne comprennent la reproduction naturelle, la reproduction de la résistance aux phages, l'élevage de mutagenèse, l'élevage d'ingénierie métabolique, la reproduction dirigée par les gènes, la réorganisation du génome et une série de méthodes.

Au début de l'ingénierie de la fermentation et le stade moderne de l'ingénierie de la fermentation, les micro-organismes sauvages ont été utilisés comme corps principal de fermentation. Au stade moderne de la fermentation, les excellentes méthodes de reproduction sont toujours un lien important dans le projet en amont de l'ingénierie de fermentation. Premièrement, en utilisant un nouveau mécanisme de dépistage et des indicateurs d'identification de dépistage, nous continuons à obtenir d'excellentes souches de la nature. La seconde consiste à utiliser le génie génétique, la technologie d'ingénierie cellulaire, combinée avec des moyennes de biologie moléculaire et d'adopter les principes de l'ingénierie métabolique, de la régulation métabolique, de l'omique, de la biologie des systèmes, etc., pour reconstruire les bactéries génétiquement modifiées ou la modification génétique de la modification génétique de l'existant existant souches de démarrage, afin d'obtenir d'excellentes souches capables de produire les produits de fermentation requis.

ii Technologie de culture pure

L'industrie de la fermentation utilise généralement des souches microbiennes spécifiques pour la culture pure, afin d'atteindre le but de produire les produits souhaités. Par conséquent, le processus de fermentation doit être effectué sous la condition de contamination des bactéries diverses. La culture stérile des micro-organismes est directement liée au succès ou à l'échec du processus de production. Si le problème de la stérilité n'est pas bien résolu, il entraînera la réduction de la quantité et de la qualité des produits requis et de la difficulté de post-traitement. Heavy rendra tous les moyens de culture métamorphiques, ce qui entraînera des tonnes de ferraille médiatique, entraînant de graves pertes économiques, ce qui est plus important pour le processus de production à grande échelle. Afin d'assurer le progrès normal du processus de culture et de prévenir la survenue de bactéries, la culture de la plupart des micro-organismes, y compris le fonctionnement en laboratoire et la production industrielle, doit effectuer une stérilisation stricte. La stérilisation du processus de fermentation implique un moyen, un équipement de fermentation et une ventilation du processus de fermentation.

iii. Technologie d'optimisation du processus de fermentation

Optimisation du processus de fermentation, y compris des cellules microbiennes à l'optimisation du niveau macro de la biochimie microbienne, et les cellules de régulation physiologique, l'environnement, les caractéristiques du réacteur, les conditions de fonctionnement du processus et les interactions complexes de contrôle des réacteurs entre simplifiés dans la mesure du possible, et la relation entre ces conditions et Optimisé, faites le plus adapté à une méthode d'optimisation du système de processus de fermentation particulier. Cette optimisation implique principalement quatre aspects du contenu de la recherche, le premier est l'étude du processus de croissance cellulaire; Le second est la stoechiométrie des réactions microbiennes; Le troisième est la cinétique de réaction biologique; Le quatrième est l'ingénierie de Bioreactor.

iv. Technologie d'amplification du processus de fermentation

Afin d'atteindre le but de la vulgarisation et de la transition des résultats de laboratoire à l'échelle industrielle, il est généralement nécessaire de passer par la recherche d'optimisation du processus d'échelle pilote. Afin de surmonter les difficultés, en particulier pour certains produits de fermentation relativement à grande échelle, une méthode d'amplification étape par étape est adoptée. Les méthodes d'amplification du processus de fermentation comprennent: l'amplification de la similitude géométrique du fermenteur, l'amplification de similitude de la capacité d'approvisionnement en oxygène, l'amplification de la similitude de la similitude du métabolisme des bactéries, l'amplification de similitude des conditions de culture, la simulation du modèle mathématique et l'amplification de la prédiction.

v. Technologie de séparation et de purification en aval de l'ingénierie de fermentation

La séparation en aval et la purification des produits de fermentation se réfèrent au processus d'extraction, de concentration, de purification et de finalisation des produits cibles de fermentation. L'importance de la séparation et de la purification des produits de fermentation se reflète principalement dans la particularité, la complexité et les exigences strictes des produits biologiques, ce qui conduit à une grande proportion de coût de séparation et de purification de l'ensemble du coût de production des produits de fermentation. Le coût du processus de séparation et de purification en aval de l'ingénierie de fermentation représente généralement 50% ~ 70% du coût de production, et certains même à 90%, ce qui devient souvent le facteur de restriction pour la mise en œuvre d'un processus biochimique au lieu d'un processus chimique production. Par conséquent, ce n'est qu'en concevant un processus d'extraction et de raffinage raisonnable pour améliorer la qualité des produits et réduire le coût de production que la production commerciale à grande échelle de produits fermentés est réalisée.

vi. Technologie de surveillance et de contrôle automatique du processus de fermentation

Dans un sens, le succès ou l'échec du processus de fermentation dépend entièrement du maintien d'un environnement contrôlé et productif. Le moyen le plus efficace d'y parvenir est la mesure directe de divers changements de paramètres et la régulation des processus biologiques. L'application des mathématiques, des principes chimiques, de la technologie informatique électronique et des dispositifs de contrôle automatique au processus de fermentation, la mesure des paramètres de biotechnologie, la modélisation et le contrôle du processus biologique, peuvent effectuer un contrôle et une gestion efficaces du processus de fermentation industrielle et améliorer l'efficacité de la production.