【正文】 產(chǎn)量，則可使產(chǎn)值增加到 107000 英鎊，這時，經(jīng)濟效益就大大超過菌種選育的費用。利用誘變改良菌種，并結合培養(yǎng)基的改進，明顯增加了青霉素的產(chǎn)量，它從 1940 年 100U/ml 上升到目前的 80000U/ml 左右。 Taylon 和 Senior 曾報道 ICI 公司選用一株嗜甲烷甲烷單毛桿菌（ Methylophilus methylotrophus）作為單細胞 蛋白質的生產(chǎn)菌株。 對一個已知的微生物生產(chǎn)過程，有可能設計出一個篩選方法，使篩選具有專一的目標，淘汰不 合宜特性的菌株。 Arima 查閱了在 19291966 年間所發(fā)現(xiàn)的新抗生素和在日本作為醫(yī)療用的新抗生素目錄后，發(fā)現(xiàn)其中有 40%是日本學者發(fā)現(xiàn)的。 由于廣泛地進行土壤篩選，已發(fā)現(xiàn)了大量能合成新抗生素的微生物群體，因而從1961 年以來的抗生素篩選的成本效益和發(fā)現(xiàn)新抗生素的可能性不斷下降。 第二節(jié) 分離有工業(yè)潛在價值的微生物 從各種不同來源，特別是土壤中分離重要的工業(yè)微生物，作了許多工作。 政府的資助或課稅，能決定許多發(fā)酵工業(yè)的生命力。如果將占總成本比例很小的項目作為發(fā)展工作的主要任務是不恰當?shù)?。為達到這個目的，力爭采用分批補料發(fā)酵； 以最簡單和快速的過程進行產(chǎn)品的回收和精制； 廢棄物的排放量應是最少的； 熱和動力的利用是時分充分的； 廠房的占地面積最少，但仍留有可發(fā)展的余地。第十七章 發(fā)酵經(jīng)濟學 第一節(jié) 引言 在價格競爭的市場經(jīng)濟狀態(tài)下，用發(fā)酵方法生產(chǎn)產(chǎn)品時，則所用的微生物，其最終產(chǎn)物應是預期的產(chǎn)品，并且有經(jīng)濟上的合理性和巨大的生產(chǎn)能力。 以上眾多的要求，表明對一個具體的工藝過程來說，要進行彼此間的協(xié)調，任何一個工藝過程的關鍵是成本分析，從而得到最大的節(jié)約潛力。 本章中所引用的成本，只代表發(fā)表時的情況，因為近年來，所有的價格都在急劇上漲，而且增長的比例各不相同，所以難以據(jù)此表示現(xiàn)在的情況，所得的數(shù)據(jù)只是個近似值。例如當發(fā)酵工業(yè)在 自由經(jīng)濟中失去競爭力時，美國農(nóng)業(yè)資助規(guī)劃將谷物和馬鈴薯等以低價供應給發(fā)酵工業(yè)，使它得以繼續(xù)維持生產(chǎn)。遺憾的是這些分離計劃消耗了許多時間和十分昂貴的代價，似乎帶有一定的冒險性，尤其是篩選新抗生素。在美國， 1961 年就已達到轉折點時期。 Yamada 曾報道在日本發(fā)現(xiàn)了較多的抗生素，同時也表明日本的專家在進入 70 年代后，還繼續(xù)發(fā)現(xiàn)新的、有用的抗生素。這種類型的篩選，可以大幅度地提高投資效益和生產(chǎn)能力。因為： 它具有高度的同化甲醇作為碳源的能力； 生長速度快； 在連續(xù)培養(yǎng)時，遺傳性穩(wěn)定； 含有高營養(yǎng)價值的蛋白質，不含毒素和致病物質。顯然，在誘變和選育工作上的時間和金錢的投資額，需視生成規(guī)模而定。另外一個例子是，發(fā)酵工廠的年產(chǎn)量為 453600公斤，假設產(chǎn)品的銷售價格為每公斤 90 便 士。例如 19731976 年間， Pamlabs公司改善了產(chǎn)黃青霉的青霉素產(chǎn)量，（見下表）。 發(fā)酵產(chǎn)物生產(chǎn)可分為二大類，即低產(chǎn)值 大體積；高產(chǎn)值 小體積。利用微生物生產(chǎn)這些化合物都比化學合成法經(jīng)濟得多。 Hepner 曾對大規(guī)模的乙醇發(fā)酵生產(chǎn)的可行性作過考察。在 1977 年時乙醇的產(chǎn)量為 7 萬 M3，并期望在 1979 年時能達到 15萬 M3。 Taylor 和 Senior 對主要的單細胞蛋白質工廠作過判斷，這些工廠中，有的已經(jīng)投產(chǎn)，有的正在計劃中。正如工業(yè)酶市場的劇變。 第五節(jié) 工廠與設備 一般認為設備越打，生產(chǎn)越經(jīng)濟，然而在成本與設備大小之間有個經(jīng)驗關系。單細胞蛋白質工廠則為 或 。因此，放大容器，勢必降低表面積對容積的比值，因而降低發(fā)酵罐的夾套冷卻效率。另一方法是更換生產(chǎn)菌株，它是能適應較高溫度發(fā)酵的。 定制一個發(fā)酵罐的容積上限，還受到運輸?shù)南拗?。它是在?國制造后，在 Tees 河上用駁船拖駁，大大縮短了陸地運輸距離。 發(fā)酵罐是為了某一特定的用途而設計的，如供單細胞蛋白質生產(chǎn)用的發(fā)酵罐，要具有十分有效的氧傳遞能力，而且是非常規(guī)的、盡可能簡單的，因而也影響到基本建設投資費用和操作成本。其中罐體占 510%，通氣攪拌占 510%，冷卻附件占 1015%。 Whitaker, Humphrey, Mateles, Rolz以及 Nyiri 和 Charles 曾對發(fā)酵工廠中的設備投資的明細項目作了討論。 MacLennan 認為一個單細胞蛋白質工廠可使用的最低年限是 10 年。 發(fā)酵過程中的公用系統(tǒng)也需予以注意。有機碳源通常是發(fā)酵成本中的主要組成。選擇具體的原料時，寧可選用當?shù)貎r格低廉者，而不用工藝上“最佳”底物。對于配置培養(yǎng)基的操作人員的培訓是十分重要的。如欲取得高產(chǎn)水平，可將碳源的碳水化合物改換成其他的底物?？砂凑战?jīng)濟上和第四章的原則，從中選擇。 多種廢棄物似乎也可以作為碳源，但是因為與其他適當?shù)牡孜锏膬r格上的競爭，使它的應用受到限制，在加上其他一系列的問題如物料的波動性、夾雜的雜質使工藝難以正常進行、含水量高的增加了運輸費用、產(chǎn)地 的地理位置、產(chǎn)量的不穩(wěn)定性和季節(jié)性等，更增加其擴大使用的困難。雖然等級品比肥料級磷酸鹽的價格貴得多，但不含鐵、砷和氟化物等雜質，這些雜質的含量在制造食品和藥物時，都受到嚴格的控制。雖然又可能利用熱滅菌技術，但一般認為其全部操作費用過于昂貴。他們認為如采用往復式空氣壓縮機，其壓力為 ，不加過濾器，最經(jīng)濟的供氣范圍是每分鐘 ~。它是可供選擇的除菌方法中較為經(jīng)濟和簡單的。另一些過濾器的設計是減少過濾面積。如果壓縮空氣在進入過濾器以前，預先經(jīng)過不同程度的粗濾，以除去空氣流中的異物，可減少價格昂貴的高效過濾介質的更新。 有關滅菌方面的經(jīng)濟問題，在本章內(nèi)前已論述，而冷卻的需要量，則隨工藝的類型及大小而異。另一條減少冷卻成本的途徑，是如有可能，盡可能選用最適溫度較高的微生物。 在第一、第二種發(fā)酵中，通氣費用不是經(jīng)濟上主要考慮的問題。 在乙醇生產(chǎn)中，將酵母接入容器中以后，開始時，通入壓縮空氣或機械攪拌使酵母分散。所以在該 生產(chǎn)工藝中，通氣攪拌的費用只占生產(chǎn)總成本極小一部分。為獲得最佳發(fā)酵條件，每分鐘通氣量 ~，攪拌葉的輸入功率（對 455 升發(fā)酵液）為 ~焦耳。在單細胞蛋白質生產(chǎn)中，碳源底物生產(chǎn)系數(shù)與生理狀態(tài)有十分密切的關系，并且證實用甲烷或正烴代替碳水化合物可以獲得較高的碳源底物的生產(chǎn)系數(shù)（見下表），但是細胞在碳氫化合物中生長時，需要較高的氧的供應量。同時由于放出的熱量較多，要保持發(fā)酵溫度的恒定，需要更好的冷卻效果。 包括 ICI 公司和 Hoechst 公司在內(nèi)，在少數(shù)公司決定發(fā)展氣升式發(fā)酵罐。而通氣費用卻占發(fā)酵公用系統(tǒng)費用的 70%。所以發(fā)酵總時數(shù) t 應按下列公式計算。有許多過程，采用分批或連續(xù)補料以延長生長期或生產(chǎn)期，以提高生產(chǎn)能力。 在一個實例中，接種量為 5%（ X0/Xm=），輔助時間為 10 小時，細胞產(chǎn)量為每克底物產(chǎn)生 ，細胞的最大濃度為 30g/升，從一系列最大比生長速率可計算出生產(chǎn)能力（見下表）。如果是高的轉化率，并有較高的生產(chǎn)能力時，則采用連續(xù)培養(yǎng)較分批培養(yǎng)更為經(jīng)濟。最終產(chǎn)物的濃縮費用在很大程度上影響產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。 Stowell和 Bateson 指出一些工廠中影響這方面成本的因素有： 產(chǎn)物的損失，即使是提取收集過程中每一步中有些微小的損失； 過濾和離心設備的能量消耗和維修費用高； 在過程中是使用價格較高的熔劑和其他原料。用過濾法除去培養(yǎng)液中的細胞所消耗的能量較用離心法為小。 當生產(chǎn)高產(chǎn)值的最終產(chǎn)物時，可以考慮增加助濾劑的用量，使用在過程的初期就除去少量固體。往往由于單位體積產(chǎn)物所消耗的水太多，而使得一些生產(chǎn)工藝在成本上具有弱點。同時減少廢棄物的處理費用，改善對營養(yǎng)物的利用和整個生產(chǎn)。在英國，允許，直接倒入河流中的廢棄物必需保證在 5天內(nèi)的生物需氧量低于 20mg/升，固體含量低于 30mg/升，而廢棄物還要預先經(jīng)8 倍的稀釋。廢水的生物降解是工廠中最昂貴的處理方法，但卻是常用的方法?；蚨咄瑫r并用。緩和煮沸 10min，冷卻。同時作空白試驗校正結果。 B. 堿性酒石酸鹽溶液 溶 173 克酒石酸鉀鈉， 50 克氫氧化鈉溶于水中，稀釋至 。 （ 2） 預備實驗 取斐林溶液 A、 B 各 ，置錐形瓶中，加 10ml 水稀釋，加熱使其于 5min 內(nèi)沸騰，在沸騰狀態(tài)下用滴定管滴入稀釋麥芽汁至藍色即將消失時，加 1～ 2 滴次甲基藍指示液，繼續(xù)滴定至藍色消失，記錄所用稀釋麥芽汁的數(shù)量。 （ 2） 用硫代硫酸鈉標準溶液標定斐林溶液，標準溶液的濃度應正好 ，否則計算時應把用量換算成相當于 的用量。用時按要求稀釋。 取麥芽汁稀釋溶液、水、標準的甘氨酸溶液（三個）稀釋液各 ，放入比色管中，（水用于空白對照），各比色管中分別加入 的顯色劑，搖勻，在沸水中加熱 16min。 100179。 G179。 3 試劑和溶液 4mol/L 鹽酸溶液：按 GB/T 601 配制； l0g/L 鄰苯二胺溶液： 稱取鄰苯二胺 ，溶于 4mol/L 鹽酸溶液中，并定容至10mL，搖勻，放于暗處。然后用水封口，進行蒸餾，直至餾 出液接近 25mL(蒸餾需在 3～ 5min 內(nèi)完成 )時取下容量瓶，達到室溫用水定容，搖勻。 實驗四 總酸（電位滴定法） 1 原理 酸堿中和原理。 ℃，帶振蕩裝置。 )℃振蕩水浴中恒溫 30min，取出，冷卻至室溫。 吸取處理好的試樣 于燒杯中，放入校正好的電極，開啟電磁攪拌器，用氫氧化鈉標準溶液滴定，開始每次約加 直至 pH=，然后每次滴加 直至 pH= 為其終點 ，記錄消耗氫氧化鈉標準溶液的體積。 實驗五 酒精度 1 原理 利用在 20℃時酒精水溶液與同體積純水質量之比，求得相對密度 (以 d2020表示 )。 3 分析步驟 容量法 蒸餾 用 100mL 容量瓶準確量取試樣（ ） 100mL，置于蒸餾瓶中，用 50mL 水分三次沖洗容量瓶洗液并入蒸餾瓶中，加玻璃珠數(shù)粒，裝上蛇型冷凝管，用原 100mL容量瓶接收餾出液 (外加冰浴 )，緩緩加熱蒸餾 (冷凝管出口水溫不得超過 20℃ )，收集約 96mL 餾出液 (蒸餾應在 30～ 60min 內(nèi)完成 )，取下容量瓶，調節(jié)液溫至20℃，補加水定容，混勻，備用。用濾紙吸去溢出支管的水，立即蓋好小帽，擦干后，稱量。 即為啤酒試樣的酒精度， %(V/V) 或 g/100mL。 測量 A 和 測量 B 計算試樣餾出液 (20℃ )相對密度。 4 允許差 同一試樣兩次測定值之差不得超過平均值的 1％。 2 儀器 同實驗。 b) 試樣的測定：用密度瓶或密度計測定出殘液的相對密度。 酒精度同 。 或查附錄 B 中的表 B2，原麥汁濃度按式 (6)計算： bEAX ????2 ????????????????? (6) 式中： X —— 原麥汁濃度，176。 實驗七 真正發(fā)酵度 (實際發(fā)酵度 ) 啤酒的真正發(fā)酵度 (RDF)按式 (7)或 (8)計算： REA AR D F ?? ??? 0 6 6 0 6 6 0 0 ??????????????? (7) 式中： RDF —— 啤酒的真正發(fā)酵度， % ； A —— 啤酒的酒精度， %（ m/m）； ER —— 啤酒的真正濃度，176。 P [ %(m/m)] ； —— 換算系數(shù)。過 30 分鐘，用玻棒稍稍攪動麥糟層。 第二部分 通風發(fā)酵綜合實驗 實驗一 淀粉質原料的水分測定 水分在工業(yè)發(fā)酵中是一個極為重要的分析項目。 1 原理 樣品中的水分受熱后產(chǎn)生的蒸汽壓，高于空氣在電熱干燥箱中的分壓，水分便從樣品中揮 發(fā)出來。 2 儀器與設備 （ 1）分析天平 （ 2）稱量瓶 （ 3）干燥器 （ 4）電熱恒溫干燥箱 3 測定步驟 準確稱取約 2 克試樣，置入經(jīng) 100l05℃干燥恒重后的稱量瓶中，在 100105℃烘箱中干燥 34 小時，取出，置入干燥器中冷卻至室溫，稱重。 （ 2）測定水分時，稱量恒重指試樣連續(xù)兩次干燥后，稱量之差不超過 2mg。平時甲、乙液分別貯存，測定時甲、乙液等體積混合。 乙液：稱取 346 克酒石酸鉀鈉， 100 克氫氧化鈉，用水溶解并稀釋至 1000 毫升。 1％次甲基藍溶液 稱取 1 克次甲基藍，加 100 毫升水，加熱溶解，貯存于棕色瓶中。瓶口按上回流冷凝器或長玻璃管 (約 1 米 )，于沸水浴中回 流水解 3 小時 (圖 21)。加 2 滴 1％次甲基藍溶液繼續(xù)用 ％標準葡萄糖溶液滴定至藍色消失，此滴 定操作需在 1 分鐘內(nèi)完成。 5 計算 從附表 21 查得 10 毫升斐林試劑消耗水解糖液體積相當于 100 毫升水解糖液中所含葡萄糖量（ G），則 1 毫升水解糖液中含葡萄糖量為 G/100，再乘以斐林試劑校正值，即為 1 毫升水解糖液中實際含葡萄糖量： )(100 gfG ? %% ?????? WfG）粗淀粉（ 式中 500：試樣稀釋體積（ ml）