完整的发酵工程应该包括从投入原料到获得最终产品的整个过程。发酵工程就是要研究和解决这整个过程中的工艺和设备问题，将实验室和中试成果迅速扩大到工业化生产中去。发酵生产的基本工艺和设备流程一般为：从工程学的角度把发酵工业过程分为菌种、发酵和提炼（包括废水处理）等三个阶段，称为发酵工程的上游、中游和下游工程。

   一、上游工程包括优良种株的培育，最适发酵条件（pH、温度、溶氧和营养组成）的确定，营养物的准备等。优良发酵生产菌的特点：①能在廉价原料制成的培养基上迅速生长。②培养条件易于控制。③生长速度快，产能高，发酵周期短。④菌种纯粹，抗噬菌体，非病原菌。人们一般通过化学突变、化学诱变或者紫外线照射来产生突变体，从而改良菌种、提高产量，传统的诱导突变和选择的方法在发酵生产中获得了较大的成功。多种抗生素的大量生产过程就是这种方法的成功例证。但是通过传统的方法提高产量的幅度是非常有限的，如果一个突变了的菌株某一组分合成太多，那么其他一些代谢物的合成就会受到影响，因此这反过来又会影响微生物在大规模发酵过程中的生长。传统的诱变和选择的方法过程繁琐、耗时过长、费用极高，需要筛选和检测大量的克隆。另外，用传统的方法能提高微生物一种已有的遗传性质 ，并不能赋予这种微生物以其他遗传特性。总的来说传统的改良菌种的生物技术还仅仅局限在化学工程和微生物工程的领域内。随着DNA重组技术的出现和发展，这种情况发生了根本性的改变。同时，必须掌握菌株的生理生化特性和培养特性，解决大规模种子培养以及如何将其在无菌状态下接入发酵罐等问题。上游加工中还包括原材料的物理和化学处理、培养基的配制和灭菌等问题，这里包括有物料破碎、混合和输送等多种化工单元操作以及热量传递、灭菌动力学和设备等有关工程问题。

   二、中游工程主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。这里要有严格的无菌生长环境，包括发酵开始前采用高温高压对发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；还有种子培养和生产培养的不同的工艺技术。此外，根据不同的需要，发酵工艺上还分批发酵（即一次投料发酵）、补料分批发酵（即在一次投料发酵的基础上，流加一定量的营养，使细胞进一步的生长，或得到更多的代谢产物）和连续发酵（不断地流回营养，并不怕地取出发酵液）。在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。发酵过程的优化是指最佳控制发酵过程的方案或发酵过程中主要控制的项目和方法。发酵过程优化的目的是：①条件和相互关系进行优化；②复杂关系尽可能简化。

三、下游工程是对目的产物的提取与精制。这一过程是比较困难的。这是因为一方面生物反应液中的目的产物的浓度是很低微的。例如，浓度最高的乙醇仅为10%左右，氨基酸不超过8%，抗生素不超过5%，酶制剂不超过1%，胰岛素不超过0.01%，单克隆抗体不超过0.0001%；另一方面因为反应液杂质常与目的产物有相似的结构，加上一些具有生物活性的产品对温度、酸碱度都十分敏感，一些作为药物或食品的产品对对纯度、有害物质都有严格的要求。从发酵液中分离和纯化产品的技术：包括固液分离技术（离心分离，过滤分离，沉淀分离等工艺），细胞破壁技术（超声、高压剪切、渗透压、表面活性剂和溶壁酶等），蛋白质纯化技术（沉淀法、色谱分离法和超滤法等），最后还有产品的包装处理技术（真空干燥和冷冻干燥等）。虽然发酵工业生产以发酵为主，发酵的好坏是整个生产的关键，但后处理在发酵生产中也占有很重要的地位。往往有这样的情况：发酵产率很高，但因后处理操作和设备选用不当而大大降低了总得率。所以发酵过程的完成并不等于工作的结束。完整的发酵工程应该包括从投入获得最终产品的整个过程。总之，下游加工过程步骤多，要求严，其生产费用往往占生产成本的一半以上。本文部分摘自发酵工程与设备，详细资料可参考教科书版

发酵过程：发酵罐培养基配制-发酵罐接种发酵-发酵产物产物分离精制

通过上文章可以了解发酵过程，采取科学有效的检测及控制工程技术，使发酵目标产物向着质化、量化的方向发展。取得更高的经济效益及使用价值。

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