【正文】 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(yīng)在 30～ 60min 內(nèi)完成 )，取下容量瓶，調(diào)液溫至 20℃，然后補(bǔ)加水，使餾出液質(zhì)量為 100 .0g(此時(shí)總質(zhì)量為 十容量瓶質(zhì)量 )，混勻。 試樣餾出液 (20℃ )的相對(duì)密度按式 (4)計(jì)算： mmmmd ???122020 ????????????????????????(4) 式中： d2020 —— 試樣餾出液 (20℃ )的相對(duì)密度 (比重 )； m2 —— 密度瓶和餾出液的質(zhì)量， g ； m —— 密度瓶的質(zhì)量， g ； m1 —— 密度瓶和水的質(zhì)量， g 。 將煮沸冷卻至 15℃的水注滿恒重的密度瓶，插上帶溫度計(jì)的瓶塞 (瓶中應(yīng)無氣泡 )，立即浸于 (20177。 2 儀器 全玻璃蒸餾器： 500mL； 恒溫水?。壕?77。 所得結(jié)果應(yīng)表示至一位小數(shù)。 用標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液校正自動(dòng)電位滴定儀。 標(biāo)準(zhǔn)緩沖溶液：現(xiàn)用現(xiàn)配。 2 儀器 自動(dòng)電位滴定儀：精度177。比色測(cè)定操作須在 20min 內(nèi)完成。 4 分析步驟 蒸餾 將雙乙酰蒸餾器安裝好，加熱蒸汽發(fā)生瓶，使水至沸。由于其他聯(lián)二酮類都具有相同的反應(yīng)特性，再加上蒸餾過程中部分前驅(qū)體要轉(zhuǎn)化成聯(lián)二酮，因此上述測(cè)定結(jié)果為總聯(lián)二酮含量 (以雙乙酰表示 )。 查表得 100ml麥芽汁中麥芽糖毫克數(shù) 179。 加入 的碘酸鉀稀釋溶液，搖勻，在 30min 內(nèi)于 570nm 處測(cè)定吸光度值。 實(shí)驗(yàn)操作 取糖化的麥芽汁 （或者是其他的合適量，使稀釋后的濃度為 13mgα 氨基氮 /升），放入 100ml 的容量瓶中，稀釋到刻度，搖勻。操作時(shí)可以按比例配成 100ml）。 6 計(jì)算 根據(jù)稀釋麥芽汁在正式測(cè)定中的用量，查表得相應(yīng)麥芽糖量，再用下式計(jì)算： 總還原糖（麥芽糖， g/ml 麥汁）＝ f179。斐林溶液的校正系數(shù) f 計(jì)算如下： 式中： V—— 硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量（ ml） — — 每毫升 硫代硫酸鈉溶液相當(dāng)?shù)你~的克數(shù) —— 每毫升斐林溶液的 A 液中含有的銅的克數(shù) （ 6）次甲基藍(lán)指示液， 1% 1g 次甲基藍(lán)溶于 100ml 水中。 （ 3） %淀粉溶液 可溶性淀粉，加少量水調(diào)成糊狀，在不斷攪拌下注入 200ml 沸水中，微沸2min，冷卻，加水稀釋成 250ml。 標(biāo)定： 稱取于 120℃烘至恒重的重鉻酸鉀 克，稱準(zhǔn)至 克，置于 500ml具塞錐形瓶中，溶于 25ml 煮沸并冷卻的水中，加 2 克碘化鉀及 20ml 4N 的硫酸。 2 儀器 下端彎曲與管身成直角的滴定管。雖然在英國(guó)許多發(fā)酵工廠都建立在沿海的海岸上。 在多種處理方法能符合經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)。不論是采用焚燒、在荒蕪地上堆存，或傾倒入下水道、河流或潮水中。 Bernstein 等曾為奶酪發(fā)酵設(shè)計(jì)一個(gè)閉路循環(huán)系統(tǒng)使水完全反復(fù)利用。這種情況，才能使制造工廠獲得與其他發(fā)酵公司相似的經(jīng)濟(jì)效益。 不論產(chǎn)物是用微生物合成或是用其他方法制備的，都會(huì)受到產(chǎn)物的提取與收集的成本限制。他們強(qiáng)調(diào)要研究減少流程中的操作步驟，以盡可能地降低設(shè)備投 資和操作成本。 抗生素和其他不與菌體同時(shí)形成的產(chǎn)物的生產(chǎn)，采用分批培養(yǎng)法的生產(chǎn)效益不斷取得改善，使得生產(chǎn)廠不愿從根本上改變已經(jīng)建立 完備的方法而引用連續(xù)培養(yǎng)法。這就造成在提取和收集產(chǎn)品時(shí)需要更多的濃縮操作過程。 考慮采用連續(xù)培養(yǎng)生產(chǎn)產(chǎn)物時(shí)，必需首先了解單位體積的生產(chǎn)能力，培養(yǎng)基中價(jià)格最貴的組分的轉(zhuǎn)化產(chǎn)量以及產(chǎn)物的濃度。 第十一節(jié) 連續(xù)發(fā)酵 至今為止，大規(guī)模的連續(xù)發(fā)酵工廠仍在運(yùn)轉(zhuǎn)的為數(shù)極少，而且只限 于微生物細(xì)胞的生產(chǎn)。如用較大的接種量，即增加 X0，可以縮短全過程的時(shí)間。生產(chǎn)能力的定義是每小時(shí)每升發(fā)酵罐容積所產(chǎn)生的產(chǎn)物克數(shù)。關(guān)鍵是所設(shè)計(jì)的發(fā)酵罐要在菌體產(chǎn)生時(shí)所需的能量降至最低，但要有較高的氧傳遞能力，以保證對(duì)底物有效地利用。英國(guó)石油公司在他們的撒丁島意大利蛋白質(zhì)規(guī)劃中，用正烴為底物、發(fā)酵罐的容積達(dá) 1000M3。因此如果有效地利用碳?xì)浠衔镒鞯孜飼r(shí)，生產(chǎn)總成本增加50%以上， 而且發(fā)酵罐要具有高效的氧的傳遞能力。即 使其費(fèi)用只占生產(chǎn)總成本中一小部分，但研究人員普遍認(rèn)為氧的供應(yīng)是這類發(fā)酵的限制因素。在早期的資料中，酵母生產(chǎn)時(shí)，所需要的壓縮空氣能量支出占生產(chǎn)總成本的 10~20%。當(dāng)劇烈的厭氧發(fā)酵開始時(shí)，所產(chǎn)生的二氧化碳?xì)馀葑阋允构迌?nèi)的培養(yǎng)液翻騰，并使酵母細(xì)胞分散。同時(shí)，發(fā)酵液自動(dòng)翻騰，而不需要附加機(jī)械攪拌。 第九節(jié) 通氣和攪拌 幾乎所有的發(fā)酵都需要各種形式的混合，以保持培養(yǎng)環(huán)境的均一性；而且也需要通入空氣。用氣升式發(fā)酵罐時(shí)，由于它的比能量輸入量最小， 因而減少了冷卻的需要量。所以設(shè)計(jì)時(shí)要注意如何保存熱量和最小的 冷卻量。在工廠中還要包括更換過濾器或過濾介質(zhì)的成本和維修及勞務(wù)費(fèi)用。而對(duì)同一大小的過濾器的操作費(fèi)用，則取決于空氣通過過濾器后的壓力降。而渦輪式空氣壓縮機(jī)的最大經(jīng)濟(jì)效益的供氣范圍為707849M3。他估計(jì)處理每分鐘 283M3 的空氣，所需的熱量為每分鐘33000CHU；并且還需相同的冷卻負(fù)荷，每小時(shí)的操作費(fèi)用為 5~10 英鎊。這些堿性物質(zhì)可以引起產(chǎn)物生產(chǎn)能力明顯波動(dòng)。 無機(jī)組分只占培養(yǎng)基總成本中較小的比例。首先是作為單細(xì)胞蛋白質(zhì)生產(chǎn)時(shí)的底物。如果將價(jià)格低廉 這一因素考慮在內(nèi)，則實(shí)際上可用于工業(yè)規(guī)模的培養(yǎng)基組成的品種是有限的。 研究如何適當(dāng)組合培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)成分時(shí)，可按照前面所列舉的 6 條標(biāo)準(zhǔn)，總會(huì)取得成功的。粉末狀原料必須保存在干燥處，防止結(jié)塊或呈粘膠狀。天然物料的價(jià)格受到其他需求的競(jìng)爭(zhēng)和收獲量的影響。生產(chǎn)一噸醋酸需要49噸冷卻水、 10 噸生產(chǎn)用水、 12 噸蒸汽和 570kW 電。而丁醇丙酮發(fā)酵曾在連續(xù)使用 25 年的容器中生產(chǎn)。對(duì)一些設(shè)備成本的分解舉例見下表。雖然發(fā)酵罐基本建設(shè)費(fèi)用只占生產(chǎn)成本 45%，而操作成本占 10%，所以發(fā)酵罐的造型只影響生產(chǎn)總成本 15%。在這樣的工廠中，基本建設(shè)投資費(fèi)用只占生產(chǎn)成本的 20%。 在釀造業(yè)中，所采用圓柱形 圓錐體的容器時(shí)，其容積如大于 108M3 時(shí)，就失去了經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)越性，雖然至今仍在使用 360M3 發(fā)酵罐。許多國(guó)家在對(duì)道路運(yùn)輸時(shí)所允許的物件最大尺寸都有規(guī)定。在醋酸生產(chǎn)中，有效的通氣是極度重要的。除非利用 內(nèi)蛇管或外循環(huán)熱交換器增加冷卻能力。多種工業(yè)發(fā)酵所需的冷卻量，在前面已作過描述，在這里僅需清楚發(fā)酵罐的體積是與 r3（發(fā)酵罐的半徑）成正比。 n 是一個(gè)指數(shù)或等級(jí)因素。但在 1971 年在洗滌劑工廠的操作工人中發(fā)現(xiàn)有過敏性反應(yīng)后，就在大部分洗滌劑中不在添加酶，因而使酶的生產(chǎn)規(guī)模突然下降。這個(gè)結(jié)論是對(duì)建設(shè)單細(xì)胞蛋白質(zhì)生產(chǎn)工廠的支持。 決定增加一個(gè)化合物的產(chǎn)量前，首先要對(duì)目前的和將來的市場(chǎng)作出估計(jì)。如以 1977 年的價(jià)格為基礎(chǔ)，原油每噸為 100 美圓，而初制蔗糖為 109 美圓時(shí)，則發(fā)酵法幾乎沒有競(jìng)爭(zhēng)力，想要使發(fā)酵法具有優(yōu)勢(shì)，則必需采用每噸 75 美圓的糖蜜作原料。如采用多步驟化學(xué)合成法生產(chǎn)，則其成本是較昂貴的。大約有 100 種十分重要的有機(jī)化合物是由微生物發(fā)酵生產(chǎn)的。 第四節(jié) 市場(chǎng)潛力 市場(chǎng)的現(xiàn)狀和估計(jì)所需要的數(shù)據(jù)，雖然不是發(fā)酵工藝師的首要任務(wù)，但必需對(duì)市場(chǎng)的潛力作出估計(jì)。 Calam認(rèn)為只要為一個(gè)大學(xué)畢業(yè)生配備二名助手，就可以進(jìn)行一個(gè)或二個(gè)抗生素產(chǎn)生菌的菌種誘變研究工作，并可獲得有效進(jìn)展。如果生成規(guī)模擴(kuò)大十倍，即使也只提高 1%產(chǎn)量，增加的產(chǎn)值就是 10700 英鎊，這些收入足以支付菌種的研究費(fèi)用。 第三節(jié) 菌種改良 利用誘變和選育以改良菌種，對(duì)一個(gè)已成熟的發(fā)酵工藝過程而言，其經(jīng)濟(jì)效益是十分可觀的。Humphrey 等選育得一株嗜熱放線菌（ Thermoactinomyces），因?yàn)椋? 它的最適生長(zhǎng)溫度為 55℃，可以節(jié)省冷卻費(fèi)用； 在蛋白質(zhì)中，甲硫氨酸含量較高，可以作為飼料蛋白質(zhì)的添加劑； 菌體呈絲狀，可以簡(jiǎn)化從發(fā)酵液中獲得菌體的過濾技術(shù)。另一些公司仍然指揮他們自己所擁有的具有廣泛篩選基礎(chǔ)的工作者，其工作重點(diǎn)則并不放在抗生素上。這個(gè)政策上的變化，是由于日本的工作者有系統(tǒng)地篩 選所發(fā)現(xiàn)的新抗生素所需的時(shí)間，僅為美國(guó)工作者的 1/5到 1/10。 Merck， Sharp 和 Dohme 研究所從一萬株菌株中，只獲得一株有用的微生物， Eli Lilly 公司花了十年時(shí)間，從 40 萬株微生物中發(fā)現(xiàn)了三個(gè)新抗生素。在戰(zhàn)時(shí)，英國(guó)政府支持丁醇 丙酮和青霉素生產(chǎn)計(jì)劃，使得它們?cè)讷@得經(jīng)濟(jì)上可行性以前就能進(jìn)行生產(chǎn)。它可以運(yùn)用化學(xué)工程成本原理進(jìn)行計(jì)算，確切的發(fā)酵工業(yè)成本，幾乎是不發(fā)表的。如果原料成本占總成本的主要比例時(shí)，培養(yǎng)基和菌種的改良，將是發(fā)展工作中的主要研究任務(wù)。即使對(duì)一個(gè)成熟產(chǎn)品的發(fā)酵原料，也應(yīng)不斷地予以研究和調(diào)整； 所使用的微生物菌株的生產(chǎn)能力是最高的； 盡可能少地使用勞動(dòng)力，在適當(dāng)?shù)牟襟E中采用自動(dòng)化； 如果使用分批發(fā) 酵法，要求在最短周期中，得到最大的產(chǎn)量；并盡量發(fā)揮設(shè)備的潛力。一個(gè)成功的發(fā)酵過程，通常應(yīng)具有下列九個(gè)基本條件： 以最低的投資設(shè)置可靠的發(fā)酵罐極其附屬設(shè)備；而且能應(yīng)用于一定范圍的產(chǎn)品種類的發(fā)酵過程； 原料的價(jià)格盡可能的低，利用效率盡可能的高。 Nyiri 和 Charles 對(duì)許多發(fā)酵工藝進(jìn)行分析后認(rèn)為可將發(fā)酵過程的成本分解為四個(gè)主要成分，按其重要性的順序排列為：原料成本、維修費(fèi)用、公用 系統(tǒng)費(fèi)用和人工費(fèi)用。 考查某個(gè)發(fā)酵過程時(shí)，必需注意到投資成本和操作成本。 1980 年，歐洲共同體將碳水化合物的價(jià)格調(diào)低到只有產(chǎn)糖國(guó)所供應(yīng)的糖蜜和甘蔗汁的價(jià)格一半。如 Pfizer 公司，為了要篩選一 個(gè)廣譜抗生素而花費(fèi)了 1430000英鎊，結(jié)果只得到土霉素。至少已經(jīng)有一個(gè)美國(guó)制藥公司停止了他們的篩選計(jì)劃，轉(zhuǎn)而依賴日本的實(shí)驗(yàn)室的合同。有些公司與日本實(shí)驗(yàn)室建立合同關(guān)系。在單細(xì)胞蛋白質(zhì)的生產(chǎn)研究中，以經(jīng)濟(jì)學(xué)的觀點(diǎn)，篩選適宜的微生物。 在酵母生產(chǎn)中的菌株篩選， Aunstrup 的目標(biāo)是： 酶的產(chǎn)量高； 遺傳性穩(wěn)定； 微生物能生成酶的組成； 微生物能有效地利用培養(yǎng)基中的組成。例如有一個(gè)發(fā)酵過程，其年產(chǎn)量為 453600 公斤，每公斤產(chǎn)值為 便士，如果使產(chǎn)量增加 1%時(shí)只能增加1070 英鎊收入，因而不值得投資支持菌種選育計(jì)劃。如果將生成提高 10%，所提供的經(jīng)濟(jì)效益約為 41000 英鎊，如果將其中的 1/3 投資作為研究費(fèi)用是合理的。表中所列的數(shù)據(jù)表明，在不同的生成規(guī)模中的生成能力上的差異。只有少數(shù)產(chǎn)物的生產(chǎn)是屬于低產(chǎn)值 大體積，如溶劑、有機(jī)酸和單細(xì)胞蛋白質(zhì)。一些化學(xué)分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，或?qū)岵环€(wěn)定化合物利用微 生物發(fā)酵進(jìn)行生產(chǎn)，其全過程具有經(jīng)濟(jì)上的可行性。他認(rèn)為用發(fā)酵法生產(chǎn)乙醇與從原油合成乙醇法競(jìng)爭(zhēng)時(shí)，只有在當(dāng)?shù)啬芄?yīng)廉價(jià)碳水化合物時(shí)才有其生命力。雖然巴西政府將乙醇的銷售價(jià)格定為每 升為 1 美圓，仍高于進(jìn)口石油的價(jià)格，但減少了外匯的支出。他們估計(jì)了1980 年和 1985 年單細(xì)胞蛋白質(zhì)的產(chǎn)量，并斷言全世界所需求的高蛋白質(zhì)膳食量在 1985 年每年需求 50 萬 噸。大約在 1965 年，廣泛地在洗滌劑中添加酶，因而使微生物酶的生產(chǎn)規(guī)模大大增加。按照這個(gè)關(guān)系，隨著設(shè)備的增加， 成本也隨之增加。 關(guān)于操作規(guī)模的大小的決定，還收到許多因素的限制，如冷卻、通氣量和發(fā)酵罐的建造方法等。所以，當(dāng)發(fā)酵罐容積超過一定值以后，就難以利用其表面積作充分的熱交換以保持恒溫培養(yǎng)。發(fā)酵過程對(duì)氧的需求，限制了發(fā)酵罐無限地放大。一個(gè)很大的容器一般都是就地裝配制造。這是當(dāng)時(shí)所運(yùn)輸?shù)淖畲蟮慕M裝好的發(fā)酵罐。 Schugerl 曾對(duì)用甲醇作為底物、年產(chǎn)量為 10 萬噸的單細(xì)胞蛋白質(zhì)的生產(chǎn)工廠作過考察。能源、水、壓縮空氣和其他輔助費(fèi)用估計(jì)為生產(chǎn)成本 10%以上。其中大部分?jǐn)?shù)據(jù)可供設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)用。 Hamer 則認(rèn)為是 5 年。在一個(gè)中型的抗生素工廠中，每小時(shí)要供應(yīng) 45 噸蒸汽、 5000kw 電、 57000M3 壓縮空氣和 200 噸水。 Ratledge 曾將可以用作碳源的主要品種的年度價(jià)格和產(chǎn)量作了詳細(xì)的調(diào)查。 培養(yǎng)基的貯存、裝卸、管理和混合 也是不容忽視的。還要防止所配置的培養(yǎng)基中含團(tuán)快。如果這種改變?cè)诠に嚿鲜强尚械?，則這類額外的增加費(fèi)用必須低于改變底物所帶來的收益。 近年來，熱衷于用石油化工產(chǎn)物作為碳源的嘗試。對(duì)于工業(yè)廢棄物利用的可能性，取決于所選擇的處理方法的成本，或達(dá)到政府允許污染限度之內(nèi)的可能性。鉀、鎂、錳、鋅和鐵的氫氧化物和硫酸鹽對(duì)不銹鋼的腐蝕較氯化物小。 Richards 曾設(shè)計(jì)過利用熱對(duì)空氣進(jìn)行滅菌的方案。單級(jí)空氣壓縮機(jī)，加有過濾器，最經(jīng)濟(jì)的供氣范圍是 每分鐘 ~566M3 。過濾器的投資費(fèi)用取決于它的大小，主要是截面積。有人曾報(bào)道每分鐘供應(yīng) 8470M3 空氣，用羊毛狀樹脂濾氣罐時(shí)，需要的過濾面積為 325M2；而用質(zhì)子型石棉布作過濾介質(zhì)，過濾面積可減至 ，如用石棉紙型“絕對(duì)”過濾器時(shí)，則只需 . 操作費(fèi)用還取決于過濾器的壽命。 第八節(jié) 加熱和冷卻 理想的發(fā)酵過程是省略了加熱和冷卻，但這是不可能的。英國(guó)石油公司曾對(duì)一個(gè)用正烴或汽油作底物，年產(chǎn)量為 10 萬噸的單細(xì)胞蛋白質(zhì)工廠的冷卻量作出估計(jì)為 11 億千卡