发酵工程维生素C的生产工艺

打破了日、韩对我国的生产和 市场挤压，使濒临停产的投资2.1 亿的工厂恢复生产，并在国内外市 场竞争中取胜。
代谢流迁移
酶学与代谢流 分析检验
鸟苷
细胞代谢途径
AMP
Pi 激活作用
NH4+
丙酮酸代谢 固定CO2
柠檬酸积累的 代谢调节
解除ATP 、 柠檬酸的抑制
产品
顺乌头酸酶失活： Fe2+
异柠檬酸失活: Cu2+ 0.3mg/L、
(PVs)
SUR OUR HER H+ CER PPR
必需高度重视代谢流 及其对反应器的影响
(IFB)
•产物与代谢流有关 • 不同层次反应的关联方法
数据驱动型方法
数学模型、静态和动态优化、系统识别、自适应控制、 专家系统、模糊控制、神经元网络、各种混沌现象的研究
复杂性 多容量过程 高度非线性
动态性 不可预测性
特特点征、补料策略、p H 控制、D O 三━个━水5’出平现(上p混)p进沌pG行现p综p象合合成考酶虑Ⅰ（严紧响
控空 (氨载制基酸t等R缺NA应乏) 从
应因子）
pp5G0p0p5000u0/mpup/lpm─Glp─p ─> 8200抗u/生m素l 菌丝分化
红霉素发酵单位历年增长情况
1 0000 9000 u/ml 800 0 700 0 600 0 500 0 400 0 300 0 200 0 100 0 0 国际 水平
状态变量：
生理状态
反应器流场状态 操作条件 基质、产物
重要的食品添加剂发酵生产取得突破── 呈味核苷酸二钠（鸟苷）发酵过程优化
发酵罐数据采集
多尺度相 关分析与 数学模型
验证

• 到19世纪末，L.Pasteur．P.Enrich和Von Rehiring等 陆续发明了预防或治疗各种细菌性传染性疾病的疫苗和 类毒素等。
• 此后，利用微生物生产疫苗的研究获得了蓬勃的发展。
• 1928年Fleming偶然发现了青霉素，但当时人们 认为动物试验结果不能指导人的医学实践。
• 直到l0年后，才打破了这个框框，通过动物试 验，把青霉素从细菌学家的好奇物质转变为医学 上具有活力的物质。
• 成品检验：包括性状及鉴别试验、安全试验、降压试验、热 源试验、无菌试验、酸碱度试验、效价测定、水分测定等。
• 成品包装：合格成品进行包装，为原料药。制剂由制剂车长与产物生成偶联型（coupling model），
菌体的生长与产物生成直接关联，生长期与生产期 是一致的。产物往往是初级代谢的直接产物。
• 随着细胞融合技术和基因工程的问世，为 微生物制药来源菌的获得提供了一种有效 的手段。工程菌和融合子经发酵后能生产 原来微生物所不能产生的药物或提高生产 效率。同时近年来发酵工艺及其控制方面 的研究也得到了发展，利用计算机在线控 制以及固定化细胞技术为微生物发酵制药 工业带来了新的发展空间。
• 我国微生物发酵制药工业起步较晚，建国后，在发 展原料药为主的方针指导下，于1953年5月l日在上 海第三制药厂正式投产了青霉素，1958年建设了以 生产抗生素为主的华北制药厂，投产了青霉素、链 霉素、土霉素和红霉素等品种、随着全国陆续建立 起—批微生物发酵药厂，在1957午我国开始了氨基 酸发酵的研究，其中谷氨酸的发酵于1964年获得了 成功，并投入生产。
• （2）糖类 主要有氨基糖、糖胺、核糖、环多醇和氨 基环多醇等，形成抗生素有氨基糖苷类抗 生素，如链霉素、庆大霉素、卡那霉素、 潮霉素等。它们的共同前体是葡萄糖 ，合

环类，多为酸性化合物。
3发酵制药的基本过程
菌种选育
孢子制备
实验室、种子库
种子制备
发酵工段
发酵车间
发酵控制
提炼工段
成品工段
预处理
分离提取
浓缩纯化
成品工段
提炼车间
包装车间
包装
原料药
2.2 微生物的生长特征
微生物发酵基本过程特征（批式）菌体生长与产物生成的特征，
三个阶段
❖
❖
❖
❖
❖
❖
发酵前期(fermentation prophase)
甲羟戊酸、糖类、不常见的氨基酸（如D－氨基酸、
β－氨基酸等）、环多醇和氨基环多醇等。
次级代谢产物的生物合成的基本过程
❖
次级代谢产物的合成基本过程包括构建单位
的聚合—再修饰—装配。在此过程中，次级
代谢产物的累积受合成途径中某些酶活性的
限制，这些关键酶活性大小与产量正相关。
（1）前体聚合
❖
微生物合成生源后，通过缩合反应形成聚酮体、寡肽、聚乙
菌体生长期（cell
发酵中期(fermentation metaphase)
产物合成（生产）期(product synthesis phase)
growth phase）
发酵后期(fermentation anaphase)
菌体自溶期(cell autolysis phase)
发酵前期特征
❖
❖
❖
❖
往往在静止期，加入诱导物，基因转录和产物表达，
所以产物生成速率和比速率分别为：
代谢产物的生物合成
❖
代谢（metabolism）是生物体内进行的生理生化反应的统称。

发酵工程
①一般操作条件比较温和； ②原料以淀粉、糖蜜等为主； ③过程反应以生命体的自动调节方式进
行； ④能合成复杂的化合物如酶、光学活性
体等； ⑤能进行一些特殊反应，如官能团导入； ⑥生产产品的生物体本身也是产物； ⑦生产过程中，需要防止杂菌污染； ⑧通过菌种性能的改变，从而获得新的
主要内容：发酵机理、代谢控制、发酵产物提纯
绪论
⑹酶制剂工（淀粉酶、蛋白酶等）
⑺氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等）
⑻核苷酸类物质发酵工业（肌苷酸等）
发酵工程
⑼维生素发酵工业（维生素B族等） ⑽生理活性物质发酵工业（激素、赤霉素等） ⑾微生物菌体蛋白发酵工业（酵母、SCP等） ⑿微生物环境净化工业（利用微生物处理废 绪 水、污水等） 论 ⒀生物能工业（沼气、纤维等发酵生产酒精、 乙烯等物质） ⒁微生物冶金工业（利用微生物探矿、冶金、 石油脱硫等）
发酵工 程
《发酵工程原理 与技术》的任务 和内容
任务：从微生物工 程范畴出发来阐明 厌氧性发酵与好气 性发酵过程及产品 提纯的工艺原理；
用这些基本理论去 分析、解决微生物 工业中存在的具体 问题，提高产品质 量和数量；
绪论
发酵工程
通过学习，应初步掌握： 1. 优良菌种选育； 2. 合理控制发酵条件，调节代谢途径（增加前体物质或抑制物质）； 3. 生产过程连续化、自动化； 4. 探求新工艺、新设备； 5. 从事微生物工程的研究和设计能力；
发酵工程
生物学
绪
论
发酵工程
工程学
化学
发酵工程
绪论
是应用微生物为工业规模生 产服务的一门工程技术，是 直接建立在微生物学基础上 的，随微生物工业的发展而 发展，同时也是与化学工业 相结合的一个新发展。