文献综述
微生物发酵工程
1.1微生物发酵简介
微生物是一切肉眼看不见或看不清的微小生物，包括细菌、酵母菌、螺旋体、支原体、衣原体原生动物等[12]。它们是一群形体微小、构造简单的生物，遍布于土壤、水、空气各种有机物及生物体内外，通常要用光学显微镜和电子显微镜才能看清楚的生物。发酵最初是来自拉丁语 “发泡”(Ferver)，指酵母作用于果汁或发芽谷物时产生二氧化碳的现象。这是最早对与发酵学的描述。法教学之父巴斯德研讨了酒精发酵的生理学意义，认为发酵是酵母在无氧状态下的呼吸过程是“是生物获得能量的一种形式”。当前从发酵工业角度来看，发酵是借助微生物在有氧和无氧条件下的生命活动来制备为生物体本身，或其代谢产物的过程统称为发酵，有机物分解的化学反应过程[13-14]。
1.2微生物发酵工艺
微生物代谢类型很多，利用不同微生物对同一种物质进行发酵或者同一种微生物在不同条件下培养所得产物均不相同。微生物代谢产物已知的有37个大类，其中16类属于药物。在菌体对数生长期所产生的产物，如氨基酸、核并酸、蛋白质、核酸、糖类等，是菌体生长繁殖所必需的。这些产物叫做初级代谢产物，许多初级代谢产物在经济上具有相当的重要性，分别形成了各种不同的发酵工业。在菌体生长静止期，某些菌体能合成一些具有特定功能的产物，如抗生素。生物碱、细菌毒素、植物生长因子等。这些产物与菌体生长繁殖无明显关系，叫做次级代谢产物。次级代谢产物多为低分子量化合物，但其化学结构类型多种多样，据不完全统计多达47类。根据微生物对氧的需求、发酵采用的方式，发酵过程的动力学等可以将微生物发酵工艺分为不同的种类。如按照微生物对氧的需求将发酵分为好氧发酵、厌氧发酵和兼性厌氧发酵三大类。按照发酵过程的动力学中产物生成与碳源利用关系，分为I型（偶联型）、II型（混合型）和III型（非偶联型）。微生物发酵最常见的分类是按照发酵方式的不同将发酵过程分为分批发酵，连续发酵和流加发酵三种类型。
1.2.1分批发酵
分批发酵的具体操作是首先对种子罐进行高压蒸汽空罐灭菌，之后投入培养基进行高压蒸汽灭菌，然后接入用摇瓶等预先培养好的种子，进行培养。在种子罐开始培养的同时，以同样程序进行主培养罐的准备工作。对于大型发酵罐，一般不在罐内对培养基灭菌，而是利用专门的灭菌装置对培养基进行连续灭菌。种子培养达到一定菌体量时，即转移到主发酵罐中。发酵过程中要控制温度和pH，对于需氧微生物还要进行搅拌和通气。主罐发酵结束即将发酵液送往提取、精制工段进行后处理。
分批发酵的优点是操作简单、投资少；运行周期短，染菌机会减少；生产过程、产品质量较易控制。缺点是发酵初期营养物过多会抑制微生物的生长，而发酵的中后期又因为营养物减少而降低培养效率。
迄今为止，分批培养是常用的培养方法，广泛用于多种发酵过程。
1.2.2 连续发酵
连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基，同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定，微生物在稳定状态下生长。连续发酵使用的反应器可以是搅拌罐式反应器，也可以是管式反应器。在罐式反应器中，即使加入的物料中未含有菌体，只要反应器内含有一定量的菌体，在一定进料流量范围内，就可实现稳态操作。罐式连续发酵的设备与分批发酵设备无根本差别，一般可采用原有发酵罐改装。根据所用罐数，罐式连续发酵系统又可分单罐连续发酵和多罐连续发酵。
连续发酵的稳定状态可以有效地延长分批培养中的对数期。在稳定的状态下，微生物所处的环境条件，如营养物浓度、产物浓度、pH值等都能保持恒定，微生物细胞的浓度及其比生长速率也可维持不变，甚至还可以根据需要来调节生长速度。与分批发酵相比，连续发酵优点主要表现在可长期连续进行，生产能力高；缺点是操作控制要求高，投资高、杂菌污染、微生物菌种变异。
连续发酵在工业发酵中应用不多见，只应用于菌种的遗传性质比较稳定的发酵，如酒精发酵等。目前主要用于实验室进行发酵动力学研究，如发酵动力学参数的测定，过程条件的优化试验等。
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