発酵工学プロセスと主要な技術の紹介

発酵プロセス特性

発酵と他の化学産業の最大の違いは、それが生物によって行われる化学反応であることです。その主な機能はaですSが続きます：

私。一般的に言えば、発酵プロセスは通常の温度と圧力の下での生化学的反応であり、安全で比較的単純な条件が必要です。

ii。 発酵に使用される原材料 通常、澱粉、糖蜜、またはその他の農業およびサイドライン製品であり、少量の有機および無機窒素源が追加されている限り、反応を実行できます。生物の種類によっては、必要な栄養素を選択的に使用できます。この特性に基づいて、廃水と廃棄物は、生物学的資源を変換するための発酵の原材料として使用できます。

iii。発酵プロセスは生物の自動調節によって完了し、反応は強い特異性を持っているため、比較的単一の代謝物を取得できます。

IV。生物自体の反応メカニズムにより、いくつかの複雑な化合物の特定の部分の酸化や還元などの化学的変換反応を特殊かつ高度に選択的な方法で実行することができ、比較的複雑なポリマー化合物を生成することもできます。

v。発酵プロセスにおける細菌の汚染を予防および制御することが非常に重要です。機器の厳密な消毒と空気ろ過に加えて、反応は無菌条件下で実行する必要があります。細菌が汚染されている場合、生産は大きな経済的損失に苦しむでしょう。バクテリオファージに感染した場合、発酵はより多くの害を引き起こすため、滅菌状態の維持は発酵の成功の鍵です。

vi。微生物株は発酵の基本要因です。突然変異とひずみスクリーニングを通じて、高収量株を取得し、生産装置を完全に利用できるため、従来の方法で生産が困難な製品を取得できます。

vii。他の産業と比較して、産業発酵は投資が少なく、迅速な効果があり、大きな経済的利益を達成できます。

上記の特性に基づいて、産業発酵はますます注目を集めています。従来の発酵技術と比較して、現代の発酵工学は、上記の特性に加えてより多くの利点があります。微生物細胞の使用に加えて、動物および植物細胞や酵素を使用することもでき、"Engineering Bacteria "の人工構造を使用して反応することもできます。反応装置は、従来の発酵槽であるだけでなく、代わりにさまざまなバイオリアクター、自動化、高度な継続性であるため、元の基準で発酵レベルが改善され、革新が行われます。

発酵タイプ

発酵の特性と微生物の酸素要件に応じて、発酵はいくつかのタイプに分けることができます。

私。発酵材料によると、糖の発酵、石油発酵、廃水発酵およびその他のタイプに分けることができます。

ii。発酵生成物によれば、アミノ酸発酵、有機酸発酵、抗生物質発酵、アルコール発酵、ビタミン発酵などに分けることができます。

iii。発酵の形態によれば、それは固体発酵、半固体発酵、液体発酵に分けられます。

IV。発酵プロセスによれば、それはバッチ発酵、連続発酵、流れ発酵に分けることができます。

v。発酵プロセスにおける酸素のさまざまなニーズによれば、それは嫌気性発酵と換気発酵に分けることができます。

vi。代謝物によれば、それは一次代謝産物発酵（アルコール発酵、アミノ酸発酵、有機酸発酵など）および二次代謝産物発酵（抗生物質発酵、色素発酵など）に分けられます。

発酵プロセス

あらゆる種類の発酵（一部の変換プロセスを除く）の場合、定義された発酵プロセスは6つのコンポーネントで構成されています。

私）。種と決定された種子培地および発酵培地。

ii）。培地、発酵槽、および補助装置の滅菌;

iii）。大規模でアクティブな純粋な種子培養生産。

iv）。発酵槽における微生物の最適な成長条件下での製品の大量生産;

v）。製品の抽出と精製;

vi）。発酵廃棄物液の処理。

したがって、発酵プロセス全体の自己効率を徐々に改善するには、継続的な研究を実施する必要があります。発酵プロセスを確立する前に、生産された製品が産業要件を満たし、利回りが経済的に価値があるように、ターゲット製品を合成するように株を分離および修正する必要があります。次に、培養における微生物の要件を決定し、対応する機器をセットアップします。同時に、製品の分離および抽出方法を決定する必要があります。さらに、全体的な研究計画には、発酵中および発酵後の微生物、媒体、抽出方法の継続的な最適化も含める必要があります。

発酵エンジニアリングキーテクノロジー

私。株の選択と繁殖技術

ひずみ選択は、生産の要件と微生物の遺伝的変異の理論に基づいています。人工的な方法は株を変異させるために使用され、その後、要件を満たすターゲット株をスクリーニングするためにさまざまなスクリーニング方法が使用されます。ひずみ繁殖の目的は、ひずみの基本的な特性を改善し、収穫量を増やし、品質を改善し、コストを削減し、技術を改革し、便利な管理と包括的な利用を行うことです。細菌の繁殖の基本的な方法には、自然繁殖、ファージ耐性の繁殖、変異誘発性繁殖、代謝工学の繁殖、遺伝子向け繁殖、ゲノムの再編成、一連の方法が含まれます。

発酵工学の初期段階と発酵工学の現代段階では、野生の微生物が発酵の本体として使用されました。発酵の現代段階では、優れた繁殖方法は、発酵工学の上流プロジェクトの重要なリンクです。第一に、新しいスクリーニングメカニズムとスクリーニング識別指標を使用して、自然から優れた株を獲得し続けます。 2つ目は、遺伝子工学、細胞工学技術を使用し、分子生物学手段と組み合わせて、代謝工学、代謝調節、OMICS、システム生物学などの原則を採用して、既存の遺伝子操作された細菌または遺伝子修飾を再構築することです。スターター株、必要な発酵産物を生産できる優れた株を得るため。

ii。純粋な文化技術

発酵産業は一般に、純粋な培養に特定の微生物株を使用して、望ましい製品を生産する目的を達成するためです。したがって、発酵プロセスは、その他の細菌汚染の条件下で実行する必要があります。微生物の不妊培養は、生産プロセスの成功または失敗に直接関係しています。不妊の問題がうまく解決されない場合、必要な製品の量と品質の低下、および後処理の難しさにつながります。重いものはすべての培地の変成を作り、大量のメディアスクラップをもたらし、深刻な経済的損失をもたらし、これは大規模な生産プロセスにより顕著です。培養プロセスの通常の進歩を確保し、細菌の発生を防ぐために、実験室の運用や工業生産を含むほとんどの微生物の培養が厳格な滅菌を実行する必要があります。発酵プロセスの滅菌には、中程度の発酵装置と発酵プロセスの換気が含まれます。

iii。発酵プロセス最適化テクノロジー

微生物細胞から微生物生化学のマクロレベルの最適化、生理学的調節、環境、反応器の特性、プロセス動作条件、および可能な限り単純化された反応器制御の複雑な相互作用、およびこれらの条件との関係との関係と反応器制御の複雑な相互作用の細胞を含む発酵プロセスの最適化最適化され、特定の発酵プロセスシステム最適化方法に最適になります。この最適化には、主に研究内容の4つの側面が含まれます。1つ目は、細胞成長プロセスの研究です。 2つ目は、微生物反応の化学量論です。 3番目は生物学的反応速度論です。 4番目はバイオリアクターエンジニアリングです。

IV。発酵プロセス増幅技術

産業規模への実験結果の普及と移行の目的を達成するためには、パイロットスケールプロセス最適化研究を行うことが一般的に必要です。困難を克服するために、特にいくつかの比較的大規模な発酵製品の場合、段階的な増幅方法が採用されています。発酵プロセス増幅方法には、発酵剤の幾何学的類似性増幅、酸素供給容量の類似性増幅、細菌代謝類似性増幅、培養条件の類似性増幅、数学モデルシミュレーション、予測増幅が含まれます。

v。発酵工学のダウンストリーム分離および精製技術

発酵産物の下流分離と精製とは、発酵ターゲット製品の抽出、濃度、精製、および最終化のプロセスを指します。発酵産物の分離と精製の重要性は、主に生物学的産物の特殊性、複雑さ、および厳密な要件に反映されており、発酵産物の生産コスト全体の分離コストと精製コストの大部分を占めています。発酵工学の下流分離および精製プロセスのコストは、通常、生産コストの50％〜70％を占めています。製造。したがって、製品の品質を改善し、生産コストを削減するための合理的な抽出および精製プロセスを設計することによってのみ、発酵製品の商業的な大規模生産を実現できます。

vi。発酵プロセスの自動監視および制御技術

ある意味では、発酵プロセスの成功または失敗は、制御された生産的な環境の維持に完全に依存します。これを達成するための最も効果的な方法は、さまざまなパラメーターの変更と生物学的プロセスの調節の直接測定によることです。数学、化学原理、電子コンピューター技術、自動制御デバイスの発酵プロセスへの適用、バイオテクノロジーパラメーターの測定、生物学的プロセスのモデリングと制御は、産業発酵プロセスの効率的な制御と管理を実現し、生産効率を改善できます。