【正文】 ，可以規(guī)劃推算。 Hamer 則認(rèn)為是 5 年。在英國的釀造業(yè)中還在使用 50~100 年前的設(shè)備。在一個中型的抗生素工廠中，每小時要供應(yīng) 45 噸蒸汽、 5000kw 電、 57000M3 壓縮空氣和 200 噸水。 第六節(jié) 培養(yǎng)基 生產(chǎn)培養(yǎng)基的成本，在總成本中占很大比重，可達(dá) 3873%（見下表）。 Ratledge 曾將可以用作碳源的主要品種的年度價格和產(chǎn)量作了詳細(xì)的調(diào)查。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。 培養(yǎng)基的貯存、裝卸、管理和混合 也是不容忽視的。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，但溫度又不能過高防止分解。還要防止所配置的培養(yǎng)基中含團(tuán)快。在核算成本時，必需注意培養(yǎng)基中碳源的消耗量。如果這種改變在工藝上是可行的，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。甜菜糖、蔗糖和谷物等碳水化合物是大多數(shù)培養(yǎng)基的主要碳源和能源。 近年來，熱衷于用石油化工產(chǎn)物作為碳源的嘗試。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)酵過程中是十分經(jīng)濟(jì)的。對于工業(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。如在單細(xì)胞蛋白質(zhì)生產(chǎn)中，它只占制造成本的 414%。鉀、鎂、錳、鋅和鐵的氫氧化物和硫酸鹽對不銹鋼的腐蝕較氯化物小。 第七節(jié) 空氣滅菌 供應(yīng)大量的滅菌空 氣，是需要發(fā)酵時所具有的獨(dú)特的問題。 Richards 曾設(shè)計過利用熱對空氣進(jìn)行滅菌的方案。 Stark和 Pohler 發(fā)現(xiàn)可以利用壓縮空氣的熱量對空氣進(jìn)行滅菌。單級空氣壓縮機(jī)，加有過濾器，最經(jīng)濟(jì)的供氣范圍是 每分鐘 ~566M3 。 將壓縮空氣通過纖維或顆粒物質(zhì)的深床過濾，是最普通的空氣除菌方式。過濾器的投資費(fèi)用取決于它的大小，主要是截面積。增加過濾器的截面積，勢必增加投資費(fèi)用，用低的操作成本，勢必使空氣的表觀速度和壓力下降。有人曾報道每分鐘供應(yīng) 8470M3 空氣，用羊毛狀樹脂濾氣罐時，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”過濾器時，則只需 . 操作費(fèi)用還取決于過濾器的壽命。即使過濾介質(zhì)是可以清洗后重復(fù)使用，則還有正常的損耗和破裂而應(yīng)考慮折舊費(fèi)用。 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。發(fā)酵過程包括下列加熱和冷卻步驟： 將培養(yǎng)基加熱到 100℃和 100℃以上，然后冷卻到 35℃或更低； 將發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備加熱滅菌后再冷卻； 發(fā)酵時會產(chǎn)生熱量，必須將這些熱量輸出，即用冷卻處理，使溫度保持在微生物生長的規(guī)定范圍之內(nèi)； 發(fā)酵結(jié)束后，還需加熱將產(chǎn)品中的水分除去。英國石油公司曾對一個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為 11 億千卡。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%。篩選并使用嗜熱和耐熱的微生物，能明顯地節(jié)省冷卻費(fèi)用。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)酵時不宜有游離氧存在，如丁醇丙酮發(fā)酵； 發(fā)酵時只需要供應(yīng)少量氧氣，如乙醇發(fā)酵； 需氧發(fā)酵，發(fā)酵時需要大量氧，如抗生素、乙酸和單細(xì)胞 蛋白質(zhì)發(fā)酵。在丁醇丙酮發(fā)酵時，放出二氧化碳和氫，這些氣體一旦形成，是有助于保持厭氧條件。為保持發(fā)酵罐內(nèi)部的正壓，在發(fā)酵開始時，可從另一個發(fā)酵罐中引入經(jīng)過過濾的二氧化碳和氫。當(dāng)菌體達(dá)到預(yù)定的濃度后，即停止通氣或攪拌。因而不再需要機(jī)械攪拌。 需氧量較高的發(fā)酵，必需有適當(dāng)功率的攪拌以保持均一的發(fā)酵環(huán)境，并分散引入的空氣流。根據(jù)六十年代的報道，青霉素發(fā)酵時，通氣量為 ~1vvm時，每小時，每 455 升培養(yǎng)基的攪拌成本為 ~ 便士。在這類發(fā)酵中，攪拌和氧傳遞費(fèi)用仍只占生產(chǎn)總成本的 %。他們引用一種抗生素發(fā)酵的例子，如將攪拌的電動機(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%。要產(chǎn)生同等數(shù)量的酵母，要求氧的供應(yīng)量增加三倍。用碳?xì)浠衔镒鳛榈孜锏陌l(fā)酵罐的設(shè)計更為復(fù)雜。 有幾家公司采用的發(fā)酵罐是帶有空氣分布管和機(jī)械攪拌。在瑞典的粗蛋白質(zhì)生產(chǎn)計劃，估計年產(chǎn) 10 萬噸單細(xì)胞蛋白質(zhì)時，包括通氣攪拌在內(nèi)的公用系統(tǒng)費(fèi)用只占生產(chǎn)總成本的 16%（按 1978 年的價格計算）。這類發(fā)酵罐 的主要優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)約能源和冷卻水費(fèi)用，這種發(fā)酵罐所需能量只有壓縮空氣。在 ICI 公司所用的公用系統(tǒng)費(fèi)用只占制造成本的 14%。 第十節(jié) 分批發(fā)酵的周期 分批發(fā)酵的生產(chǎn)能力取決于整個過程的周期。生產(chǎn)能力還基于實(shí)驗(yàn)發(fā)酵時數(shù)，加上為下一批發(fā)酵所作的準(zhǔn)備時數(shù)。 在這個公式中，還 可以測出操作過程的變化對總生產(chǎn)能力的影響?；盍?qiáng)的接種物，可以縮短延滯期tL；這也相當(dāng)于分離得一株生長速度快或高產(chǎn)菌株。 短周期的發(fā)酵，如面包酵母（ 12~24 小時），在二批之間的輔助時間長短，是至關(guān)重要的；而在長周期的發(fā)酵，比如青霉素（ 6~7 天），多增加幾個小時的輔助時間，對總生產(chǎn)能力的影響是很小的。對分批發(fā)酵和連續(xù)發(fā)酵的生產(chǎn)能力可利用 Wang 等的公式作出比較。從這些數(shù)據(jù)中，可以清楚地看到生長較快的微生物更適宜于連續(xù)培養(yǎng)。在細(xì)胞的生產(chǎn)過程中，有些醇類和有機(jī)酸是發(fā)酵時的主要生產(chǎn)成本，其轉(zhuǎn)化 產(chǎn)量更為重要。但是在連續(xù)培養(yǎng)過程中放出的培養(yǎng)液中，最終產(chǎn)物濃度是低于分批培養(yǎng)的。 在抗生素和其他次級代謝產(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。但要看到提取收集系統(tǒng)的操作費(fèi)用是和液體的體積成反比。 第十二節(jié) 產(chǎn)物提取和收集的成本 雖然對某些過程中產(chǎn)物的提取和收集成本作過討論，但發(fā)表的資料極少。 Atkinson 和 Mavituna 指出按照工藝流程提取檸檬酸將造成 8%的損失，芐青霉素在轉(zhuǎn)化成鉀鹽前就已經(jīng)損失 4%。 使用大型轉(zhuǎn)鼓式過濾機(jī)或離心機(jī)的工廠，其折舊、投資的回收和維修費(fèi)用共占總成本 80%以上。如加入助濾劑，即使加入的濃度達(dá)到培養(yǎng)液的 10%，其價格為每噸 9 英鎊時，仍不失為十分經(jīng)濟(jì)的方法。 Atkinson 和 Mavituna（ 1983）曾提出： 1，乙醇的售價為 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，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)的售價為 300 英鎊噸，以石油為基本底物，轉(zhuǎn)化產(chǎn)率為 3%（ W/V）時，收集產(chǎn)物的費(fèi)用限于 100 英鎊噸以下； 3，有機(jī)酸或甘油的售價為 700 英鎊 /噸，在碳水化合物培養(yǎng)基中產(chǎn)物濃度為 10%時，提取收集產(chǎn)物的費(fèi)用限于 300 英鎊 /噸以下。在萃取時所使用的有機(jī)熔劑，則交由高能耗蒸餾工廠回收。 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（見下表）?，F(xiàn)在，已對減少水的消耗具有廣泛的興趣。在大規(guī)模的單細(xì)胞蛋白質(zhì)生產(chǎn)過程中，一個年產(chǎn)量 10 萬噸的工廠，將水重復(fù)利用，可使水的消耗量降低至每天 10 萬噸。 第十四節(jié) 廢棄物的處理 大多數(shù)的發(fā)酵過程不可能將廢棄物的處理費(fèi)用降到零。 但必需為這些處理付出代價以保證環(huán)境只受到最少的污染。顯然，只有極少數(shù)的未經(jīng)處理的廢棄物是符合這個嚴(yán)格的規(guī)定。 Pape 指出最廉價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。因?yàn)樵趶U水中只含有少量的有機(jī)物，如將它分離、濃縮和焚燒，將是一筆更大的支出 / 直接想海洋傾倒廢棄 物的可能性極小。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。在某些實(shí)例中，污水處理工廠 第一部分 啤酒工藝綜合實(shí)驗(yàn) 目 錄 實(shí)驗(yàn)講義 實(shí)驗(yàn)一 還原糖的測定 3 實(shí)驗(yàn)二 α 氨基氮的測定（茚三酮法） 4 實(shí)驗(yàn)三 雙乙酰（紫外分光光度法） 5 實(shí)驗(yàn)四 總酸（電位滴定法） 6 實(shí)驗(yàn)五 酒精度 7 實(shí)驗(yàn)六 原麥汁濃度（蒸餾 —— 密度法） 9 實(shí)驗(yàn)七 真正發(fā)酵度 (實(shí)際發(fā)酵度 ) 10 實(shí)驗(yàn)八 協(xié)定法糖化和外加酶糖化法 11 第二部分 通風(fēng)發(fā)酵綜合實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)一 淀粉質(zhì)原料的水分測定 12 實(shí)驗(yàn)二 原料中粗淀粉的測定 13 實(shí)驗(yàn)三 還原糖的測定 17 實(shí)驗(yàn)四 蛋白酶活力的測定方法 19 實(shí)驗(yàn)五 糖化酶的測定方法 22 實(shí)驗(yàn)六 玉米 淀粉 液 化 及 糖化 24 實(shí)驗(yàn)七 面包酵母流加培養(yǎng)與分批培養(yǎng)試驗(yàn) 27 實(shí)驗(yàn)八 糖化酶的 發(fā)酵和提取實(shí)驗(yàn) 31 實(shí)驗(yàn)九 酸性蛋白酶固態(tài)發(fā)酵實(shí)驗(yàn) 34 第一部分 啤酒工藝綜合實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)一 還原糖的測定 1 原理 本法是利用含有自由醛基的還原糖，在堿性溶液中，能將二價銅還原成氧化亞銅的性質(zhì)進(jìn)行測定。 3 試劑 （ 1） 硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液 配制： 溶 26 克硫代硫酸鈉及 克無水碳酸鈉于 1000ml 水中。將溶液保存于棕色具塞瓶中，放置一周后過濾備用。待碘化鉀溶解后，于暗處放置 10min，加 250ml 水，用 N 硫代硫酸鈉溶液滴定，近終點(diǎn)時加 3ml %淀粉指示劑，繼續(xù)滴定至溶液由藍(lán)色轉(zhuǎn)變成亮藍(lán)綠色。硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液當(dāng)量濃度 N 按下式計算： N= G/ 式中： G—— 重鉻酸鉀的重量（克） V—— 硫代硫酸鈉溶液的用量（ ml） —— 每毫克當(dāng)量重鉻酸鉀的克數(shù) （ 2） 4N 的硫酸溶液 邊攪拌邊將 56ml 的濃硫酸小心地加入到約 350ml 蒸餾水中，并定容至 500ml。 （ 4） 30%醋酸溶液 取 無水乙酸，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 。 4 標(biāo)定： 取 斐林溶液的 A 液，加 4ml30%醋酸溶液和 3g 碘化鉀，加 25ml 煮沸后冷卻的水，使碘化鉀溶解，以 硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定溶液呈微黃色，加硫氰酸銨 2g， %淀粉溶液 3ml，攪拌后，繼續(xù)滴定至藍(lán)色消失。 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。 （ 3） 正式測定 在 200ml 錐形瓶中加入斐林溶液 A、 B 各 ，再加少于預(yù)備實(shí)驗(yàn)所用 1ml 的麥芽汁，加熱至沸后，加 1～ 2 滴次甲基藍(lán)指示液，用稀釋麥芽汁滴至終點(diǎn)，記錄用去稀釋麥芽汁的總量。 n 或 總還原糖（麥芽糖， g/100g 浸出物）＝ 式中： f—— 斐林溶液系數(shù) n—— 稀釋倍數(shù) G—— 麥芽汁中浸出物含量（ %） D—— 麥芽 汁 20℃比重 注意事項(xiàng)： （ 1） 本測定的操作條件必須嚴(yán)格控制，加熱時間、滴定速度每次測定都必須一致，由沸騰至滴定完畢必須在 3min 內(nèi)結(jié)束，否則應(yīng)重做。 實(shí)驗(yàn)二 α 氨基氮的測定（茚三酮法） 實(shí)驗(yàn)試劑 a 顯色劑 100 克磷酸氫二鈉（ ） 60 克磷酸二氫鉀（ KH2PO4） 克水合茚三酮 克果糖 用水溶液溶解后稀釋至 1 升（此溶 液在低溫下用棕色瓶可保存 2 周， pH 應(yīng)為。 b 稀釋溶液： 2 克碘酸鉀溶于 600ml 水中，再加入 96%乙醇 400ml. c 標(biāo)準(zhǔn)溶液：溶 甘氨酸于 100ml 水中， 0℃貯藏。該溶液含有 200mgα 氨基氮 /升。 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。（此時應(yīng)該準(zhǔn)備 20℃的水?。? 20℃水浴中冷卻 20min。 計算 游離的α 氨基氮（毫克 /升麥芽汁） =2179。樣品溶液吸光度值 / 標(biāo)準(zhǔn)溶液平均吸光度 查表得 100ml麥芽汁中麥芽糖毫克數(shù) 1000 f179。 n 1000179。 D 實(shí)驗(yàn)三 雙乙酰（紫外分光光度法） 1 原理 雙乙酰作為揮發(fā)性組份 從啤酒樣中蒸發(fā)出來，與鄰苯二胺反應(yīng)，生成 2， 3－二甲喹喔啉，在 335nm 波長下進(jìn)行測定。 2 儀器 帶有加熱套管的