【正文】 度為 30g/升，從一系列最大比生長(zhǎng)速率可計(jì)算出生產(chǎn)能力（見(jiàn)下表）。 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。所以在該 生產(chǎn)工藝中，通氣攪拌的費(fèi)用只占生產(chǎn)總成本極小一部分。 有關(guān)滅菌方面的經(jīng)濟(jì)問(wèn)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。他們認(rèn)為如采用往復(fù)式空氣壓縮機(jī)，其壓力為 ，不加過(guò)濾器，最經(jīng)濟(jì)的供氣范圍是每分鐘 ~?？砂凑战?jīng)濟(jì)上和第四章的原則，從中選擇。有機(jī)碳源通常是發(fā)酵成本中的主要組成。其中罐體占 510%，通氣攪拌占 510%，冷卻附件占 1015%。另一方法是更換生產(chǎn)菌株，它是能適應(yīng)較高溫度發(fā)酵的。正如工業(yè)酶市場(chǎng)的劇變。利用微生物生產(chǎn)這些化合物都比化學(xué)合成法經(jīng)濟(jì)得多。顯然，在誘變和選育工作上的時(shí)間和金錢(qián)的投資額，需視生成規(guī)模而定。在美國(guó)， 1961 年就已達(dá)到轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)期。 以上眾多的要求，表明對(duì)一個(gè)具體的工藝過(guò)程來(lái)說(shuō)，要進(jìn)行彼此間的協(xié)調(diào)，任何一個(gè)工藝過(guò)程的關(guān)鍵是成本分析，從而得到最大的節(jié)約潛力。 政府的資助或課稅，能決定許多發(fā)酵工業(yè)的生命力。 對(duì)一個(gè)已知的微生物生產(chǎn)過(guò)程，有可能設(shè)計(jì)出一個(gè)篩選方法，使篩選具有專一的目標(biāo)，淘汰不 合宜特性的菌株。 有許多公司，如 Cetus 公司， Panlab 公司都聘請(qǐng)有專門(mén)技能的專家主持菌種發(fā)展計(jì)劃，或改造菌種，使培養(yǎng)物適應(yīng)工業(yè)上的要求。 1975 年巴西推行以蔗糖作底物生產(chǎn)乙醇的計(jì)劃，目 的是減少石油的進(jìn)口。在釀造業(yè)中的 n 值， Pratten 認(rèn)定為 。在 1979年 ICI 公司第一個(gè)供單細(xì)胞蛋白質(zhì)生產(chǎn)用發(fā)酵罐的容積為 1500M3，高 80M，價(jià)值 60 萬(wàn)英鎊。 對(duì)一個(gè)工廠的使用年限，可以規(guī)劃推算。大量的含固體量較高的液體，如玉米漿和葡萄糖則需要保溫貯存以防止固化，但溫度又不能過(guò)高防止分解。如在單細(xì)胞蛋白質(zhì)生產(chǎn)中，它只占制造成本的 414%。增加過(guò)濾器的截面積，勢(shì)必增加投資費(fèi)用，用低的操作成本，勢(shì)必使空氣的表觀速度和壓力下降。按照通氣的情況，可以將發(fā)酵粗略地分為： 厭氧發(fā)酵，即在發(fā)酵時(shí)不宜有游離氧存在，如丁醇丙酮發(fā)酵； 發(fā)酵時(shí)只需要供應(yīng)少量氧氣，如乙醇發(fā)酵； 需氧發(fā)酵，發(fā)酵時(shí)需要大量氧，如抗生素、乙酸和單細(xì)胞 蛋白質(zhì)發(fā)酵。他們引用一種抗生素發(fā)酵的例子，如將攪拌的電動(dòng)機(jī)從 745 焦耳放大到1860 焦耳以增加氧的傳遞速率，即可節(jié)約通氣攪拌費(fèi)用 25%。生產(chǎn)能力還基于實(shí)驗(yàn)發(fā)酵時(shí)數(shù)，加上為下一批發(fā)酵所作的準(zhǔn)備時(shí)數(shù)。 在抗生素和其他次級(jí)代謝產(chǎn)物的生產(chǎn)中，提取和收集產(chǎn)品階段的費(fèi)用將成為生產(chǎn)成本中的主要部分。 第十三節(jié) 水的消耗和重復(fù)利用 許多發(fā)酵工廠的 水的消耗量很大（見(jiàn)下表）。另外的方法是將廢棄物直接放入下水道，而付給污水處理廠一定的費(fèi)用；或廠內(nèi)自行處理。 5 操作步驟 （ 1）取糖化試驗(yàn)的麥芽汁，稀釋至 20 倍或更合適的倍數(shù)，使其滴定量在 15～50ml 之間。 計(jì)算 游離的α 氨基氮（毫克 /升麥芽汁） =2179。 5 分析結(jié)果的表述 試樣中雙乙酰含量按式 (2)計(jì)算： ??AX ???????????????????????(2) 式中： X —— 試樣中雙乙酰的含量， mg/L ； A335 —— 試樣在 335nm波長(zhǎng)下，用 20mm比色皿測(cè)得的吸光度； —— 吸光度與雙乙酰含量的換算系數(shù)。 6 允許差 同一試樣兩次測(cè)定值之差，不得超過(guò)平均值的 4％。 (注意 保存蒸餾后的殘液，供做真正濃度用 )。 P) 或 %(m/m)表示。直至碘液呈純黃色，不變色，糖化結(jié)束； 在 10~15 分鐘內(nèi)急速冷卻到室溫； 沖洗攪拌器，擦干糖化杯外壁，加水使其內(nèi)容物準(zhǔn)確稱量為 450 克； 用玻棒攪動(dòng)糖化杯，并注于漏斗中進(jìn)行過(guò)濾； 收集約 100 ml 濾液后，將濾液返回重濾。對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的水分快速測(cè)定，可采用更高溫度下干燥 (如 120140℃ )或紅外燈下干燥，以縮短分析時(shí)間。加 l00毫升 2%鹽酸溶液，輕輕搖動(dòng)三角瓶，使試樣充分濕潤(rùn)。 定糖 預(yù)備試驗(yàn)：吸取斐林試劑甲、乙液各 5 毫升，置入 250 毫升三角瓶中，加入 V1毫升試樣稀釋液 (含葡萄糖量約為 5~15 毫克 )及適量的 %標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖溶液，搖勻，以下同標(biāo)定時(shí)操作，總耗糖量為 V2 毫升。 2H2O)100g，鎢酸鈉(NaMoO4178。 3350 酸性蛋白酶酪蛋白溶液的配制，應(yīng)加弄乳酸 2~3 滴濕潤(rùn)。 4 計(jì)算 蛋白酶活力單位定義：在 40℃， 下，每分鐘水解酪蛋白釋放 1 微克酪氨酸的酶量定義為 1 個(gè)蛋白酶單位。在暗處放置 10min 后用蒸餾水 250ml 稀釋，用此液滴定至近終點(diǎn)時(shí)，加淀粉指示液 3ml，繼續(xù)滴 定至藍(lán)色消失而顯亮綠色。 3 操作方法 待測(cè)酶液的制備 取發(fā)酵液的濾液用 醋酸鈉緩沖液適當(dāng)稀釋，供測(cè)定用。 。分別吸取 1ml 清液，加 碳酸鈉溶液，最后加入 1ml 福林 酚試劑，搖勻，于 40℃水浴中顯色 20min。 2%酪蛋白溶液 稱取干酪素 2g 加入 (必要時(shí)用小火加熱煮沸 )，然后用 乳酸 乳酸鈉緩沖 液定容至 1000mI 即成。用碳酸鈉堿化，再加入福林試劑使之發(fā)色，用分光光度計(jì)或光電比色計(jì)測(cè)定。 Cu2O+K4Fe(CN)6+H2O=K2Cu2Fe(CN)6+2KOH (淡黃色 ) 2 試劑 斐林試劑 甲液：稱取 35g 硫酸銅， 次甲基藍(lán)，用水溶解并定容至 1000ml。 20％氫氧化鈉溶液 稱取 200 克氫氧化鈉，用水溶解并稀釋至 1000 毫升。在此條件下失去的重量不僅是水分，還有微量的揮發(fā)性物質(zhì)。 P [ %(m/m)] ； Z —— 啤酒的真正濃度，176。 或用已知質(zhì)量的蒸發(fā)皿稱取試樣 ，精確至 ，于沸水浴上蒸發(fā)， 直至原體積的 1/3，取下冷卻，加水恢復(fù)至原質(zhì)量，混勻。 根據(jù)相對(duì)密度 2020d 查附錄 A，得到餾出液的酒精度， %(V/V)或 g/100mL。用水清洗電極， 并用濾紙吸干附著電極的液珠。通汽預(yù)熱后，置 25mL容量瓶于冷凝器出口接受餾出液，外加冰浴冷卻，加 2～ 4 滴消泡劑于 100mL 量筒中，再注入未經(jīng)除氣的預(yù)先冷至 5℃左右的酒樣 100mL，迅速移入已預(yù)熱的蒸餾器內(nèi)，并用少量水沖洗帶塞漏斗，蓋塞。 標(biāo)準(zhǔn)甘氨酸溶液稀釋液：取 標(biāo)準(zhǔn)溶液，在 100ml 的容量瓶中稀釋到刻度。 （ 4） 30%醋酸溶液 取 無(wú)水乙酸，用水定容至 100ml. （ 5） 斐林溶液 A. 硫 酸銅溶液 溶 克硫酸銅于水中，稀釋至 。 Pape 指出最廉價(jià)的處理方法是控制堆積量，隨后再予以焚燒，或堆放在廢棄的鹽礦中。 Atkinson 和 Mavituna（ 1983）曾提出： 1，乙醇的售價(jià)為 220 英鎊 /噸，使用當(dāng)?shù)氐奶妓衔锷a(chǎn)、培養(yǎng)液中乙醇含量在 7%（ W/V）時(shí)，提取產(chǎn)物的費(fèi)用限于 40 英鎊 /噸 以下； 2，單細(xì)胞蛋白質(zhì)的售價(jià)為 300 英鎊噸，以石油為基本底物，轉(zhuǎn)化產(chǎn)率為 3%（ W/V）時(shí)，收集產(chǎn)物的費(fèi)用限于 100 英鎊噸以下； 3，有機(jī)酸或甘油的售價(jià)為 700 英鎊 /噸，在碳水化合物培養(yǎng)基中產(chǎn)物濃度為 10%時(shí)，提取收集產(chǎn)物的費(fèi)用限于 300 英鎊 /噸以下。在細(xì)胞的生產(chǎn)過(guò)程中，有些醇類和有機(jī)酸是發(fā)酵時(shí)的主要生產(chǎn)成本，其轉(zhuǎn)化 產(chǎn)量更為重要。在 ICI 公司所用的公用系統(tǒng)費(fèi)用只占制造成本的 14%。根據(jù)六十年代的報(bào)道，青霉素發(fā)酵時(shí)，通氣量為 ~1vvm時(shí)，每小時(shí)，每 455 升培養(yǎng)基的攪拌成本為 ~ 便士。在單細(xì)胞蛋白質(zhì)生產(chǎn)工廠的投資中，冷卻設(shè)備費(fèi)用約占總投資數(shù)的 10~15%。 將壓縮空氣通過(guò)纖維或顆粒物質(zhì)的深床過(guò)濾，是最普通的空氣除菌方式。但距工業(yè)實(shí)踐還有一段距離，而甲烷和甲醇用于大規(guī)模發(fā)酵過(guò)程中是十分經(jīng)濟(jì)的。天然物料如果是季節(jié)性的，則需要貯存而大大增加了投資費(fèi)用。如采用塔式發(fā)酵罐，其主要優(yōu)點(diǎn)是節(jié)約操作成本，這是由于省略了機(jī)械攪拌，減少了冷卻水的耗用量而節(jié)省了電力和冷卻水費(fèi)用。在 1977 年最大的醋酸生產(chǎn)罐容積是 50M3。在改進(jìn)洗滌劑的生產(chǎn)工藝后，在添加酶，使酶的生產(chǎn)規(guī)模又得到恢復(fù)。抗生素、甾體、L 型氨基酸、維生素等都屬于高產(chǎn)值 小體積的范疇。如果可提高 10%產(chǎn)量，則可使產(chǎn)值增加到 107000 英鎊，這時(shí)，經(jīng)濟(jì)效益就大大超過(guò)菌種選育的費(fèi)用。 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(xué)者發(fā)現(xiàn)的。如果將占總成本比例很小的項(xiàng)目作為發(fā)展工作的主要任務(wù)是不恰當(dāng)?shù)摹? 本章中所引用的成本，只代表發(fā)表時(shí)的情況，因?yàn)榻陙?lái)，所有的價(jià)格都在急劇上漲，而且增長(zhǎng)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(gè)近似值。 Yamada 曾報(bào)道在日本發(fā)現(xiàn)了較多的抗生素，同時(shí)也表明日本的專家在進(jìn)入 70 年代后，還繼續(xù)發(fā)現(xiàn)新的、有用的抗生素。另外一個(gè)例子是，發(fā)酵工廠的年產(chǎn)量為 453600公斤，假設(shè)產(chǎn)品的銷(xiāo)售價(jià)格為每公斤 90 便 士。 Hepner 曾對(duì)大規(guī)模的乙醇發(fā)酵生產(chǎn)的可行性作過(guò)考察。 第五節(jié) 工廠與設(shè)備 一般認(rèn)為設(shè)備越打，生產(chǎn)越經(jīng)濟(jì)，然而在成本與設(shè)備大小之間有個(gè)經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。 定制一個(gè)發(fā)酵罐的容積上限，還受到運(yùn)輸?shù)南拗啤? Whitaker, Humphrey, Mateles, Rolz以及 Nyiri 和 Charles 曾對(duì)發(fā)酵工廠中的設(shè)備投資的明細(xì)項(xiàng)目作了討論。選擇具體的原料時(shí)，寧可選用當(dāng)?shù)貎r(jià)格低廉者，而不用工藝上“最佳”底物。 多種廢棄物似乎也可以作為碳源，但是因?yàn)榕c其他適當(dāng)?shù)牡孜锏膬r(jià)格上的競(jìng)爭(zhēng)，使它的應(yīng)用受到限制，在加上其他一系列的問(wèn)題如物料的波動(dòng)性、夾雜的雜質(zhì)使工藝難以正常進(jìn)行、含水量高的增加了運(yùn)輸費(fèi)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(kuò)大使用的困難。它是可供選擇的除菌方法中較為經(jīng)濟(jì)和簡(jiǎn)單的。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。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(duì) 455 升發(fā)酵液）為 ~焦耳。而通氣費(fèi)用卻占發(fā)酵公用系統(tǒng)費(fèi)用的 70%。如果是高的轉(zhuǎn)化率，并有較高的生產(chǎn)能力時(shí)，則采用連續(xù)培養(yǎng)較分批培養(yǎng)更為經(jīng)濟(jì)。 當(dāng)生產(chǎn)高產(chǎn)值的最終產(chǎn)物時(shí)，可以考慮增加助濾劑的用量，使用在過(guò)程的初期就除去少量固體。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。 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 。 取麥芽汁稀釋溶液、水、標(biāo)準(zhǔn)的甘氨酸溶液（三個(gè)）稀釋液各 ，放入比色管中，（水用于空白對(duì)照），各比色管中分別加入 的顯色劑，搖勻，在沸水中加熱 16min。然后用水封口，進(jìn)行蒸餾，直至餾 出液接近 25mL(蒸餾需在 3～ 5min 內(nèi)完成 )時(shí)取下容量瓶，達(dá)到室溫用水定容，搖勻。 吸取處理好的試樣 于燒杯中，放入校正好的電極，開(kāi)啟電磁攪拌器，用氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定，開(kāi)始每次約加 直至 pH=，然后每次滴加 直至 pH= 為其終點(diǎn) ，記錄消耗氫氧化鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液的體積。 即為啤酒試樣的酒精度， %(V/V) 或 g/100mL。 b) 試樣的測(cè)定：用密度瓶或密度計(jì)測(cè)定出殘液的相對(duì)密度。 P [ %(m/m)] ； —— 換算系數(shù)。 2 儀器與設(shè)備 （ 1）分析天平 （ 2）稱量瓶 （ 3）干燥器 （ 4）電熱恒溫干燥箱 3 測(cè)定步驟 準(zhǔn)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(shí)，取出，置入干燥器中冷卻至室溫，稱重。 1％次甲基藍(lán)溶液 稱取 1 克次甲基藍(lán)，加 100 毫升水，加熱溶解，貯存于棕色瓶中。 乙液：稱取 117g 酒石酸鉀鈉， 氫氧化鈉， 亞鐵氰化鉀，用水溶解并定容至 1000ml。藍(lán)色反應(yīng)的強(qiáng)弱，同三氯醋酸中蛋白水解產(chǎn)物的多少成正比而水解產(chǎn)物的量又是同酶活力成正比例關(guān)系。配制后應(yīng)及時(shí)使用或放入冰箱內(nèi)保存。 空白管中先加入 三氯乙酸溶液，再加 lml2%酪蛋白溶液， 15min 后用濾紙過(guò)濾。 (2)標(biāo)定：取在 120℃下干燥至恒重的標(biāo)準(zhǔn)重鉻酸鉀 ．精密稱量。 測(cè)定 于甲、乙兩支比色管中 (50ml)，分別加入 20%可溶性淀粉溶液 25m1 及 的醋酸 醋酸鈉緩沖液 5ml，搖勻， 40℃的恒溫水浴中預(yù)熱 (510min)。輕輕振搖使溶解，加 1mol/L 硫酸溶液 40m1搖勻，密塞。 見(jiàn)空白管為對(duì)照，在 680 納米波長(zhǎng)下測(cè)光密度，取其平均值。 配制酪蛋白溶液定容時(shí)，若泡沫過(guò)多，則可加 1~2 滴酒精消泡。 2 試劑 福林試劑 于 2020ml 磨口回流裝置內(nèi)加入鎢酸鈉 (Na2WO4 178。 3 儀器與設(shè)備 （ 1）三角瓶 （ 2）容量瓶 （ 3）分析天平 （ 4）干燥器 （ 5）電熱恒溫干燥箱 （ 6）滴定管 （ 7）稱量瓶 （ 8）移液管 （ 9）電爐 4 測(cè)定步驟 斐林試劑的標(biāo)定 吸取斐林試劑甲、乙液各 5 毫升，置入 250 毫升三