1、微生物發(fā)酵的基本過程
微生物發(fā)酵的基本過程如下圖所示，主要包括如下內(nèi)容:
① 用作培養(yǎng)菌種及擴(kuò)大生產(chǎn)的發(fā)酵罐的培養(yǎng)基的配制;
② 培養(yǎng)基、發(fā)酵罐以及輔助設(shè)備的消毒滅菌;
③ 將已培養(yǎng)好的有活性的純菌株以一定量轉(zhuǎn)接到發(fā)酵罐中;
④ 將接種到發(fā)酵罐中的菌株控制在最適條件下生長并形成代謝產(chǎn)物;
⑤ 將產(chǎn)物抽提并進(jìn)行精制，以得到合格的產(chǎn)品;
⑥ 回收或處理發(fā)酵過程中產(chǎn)生的廢物和廢水。

 

2、微生物發(fā)酵產(chǎn)物的類型
微生物發(fā)酵在工業(yè)上可分為菌體作為目的產(chǎn)物、微生物產(chǎn)生的酶作為目的產(chǎn)物、微生物代謝產(chǎn)物作為目的產(chǎn)物和將添加的化學(xué)物質(zhì)通過微生物進(jìn)行化學(xué)改變或修飾后作為目的產(chǎn)物四個(gè)主要類型。
(1) 微生物菌體
主要以菌體細(xì)胞作為發(fā)酵產(chǎn)品，包括酵母，各種單細(xì)胞蛋白，作為生物防治的蘇云金桿菌及各種人、畜疾病防治用的疫苗等。此外是從菌體細(xì)胞中提取有用的發(fā)酵產(chǎn)物，如由酵母細(xì)胞提取輔酶A、核糖核酸等產(chǎn)品。有的抗生素主要存在菌絲體中，如灰黃霉素產(chǎn)生菌在發(fā)酵過程中所產(chǎn)生的灰黃霉素主要存在于菌絲體中，因此，也要從菌絲體中進(jìn)行提取。

(2) 微生物的酶
微生物的酶可以用發(fā)酵技術(shù)大量生產(chǎn)，是其最大的優(yōu)點(diǎn)。主要被用在食品工業(yè)和醫(yī)藥工業(yè)及其與之相關(guān)的工業(yè)中。酶的生產(chǎn)受到微生物的嚴(yán)格調(diào)控。為了提高酶的生產(chǎn)能力，必須改善這些調(diào)控體系。

 

在這些調(diào)控體系中，有酶的誘導(dǎo)和酶的反饋抑制等。通過向培養(yǎng)基中添加誘導(dǎo)因子或使菌種變異而改善調(diào)控體系，可使菌體的產(chǎn)酶能力大幅提高。目前，工業(yè)上使用的酶大都來自微生物發(fā)酵。

 

我國酶制劑以淀粉酶、蛋白酶、糖化酶為主，多用于食品和輕工業(yè)中，如將微生物生產(chǎn)的淀粉酶和糖化酶用于淀粉的糖化等。在醫(yī)藥生產(chǎn)和醫(yī)療檢測方面，酶的應(yīng)用也很廣。

(3) 微生物的代謝產(chǎn)物
微生物的代謝產(chǎn)物分為初級代謝產(chǎn)物和次級代謝產(chǎn)物，包括各種有機(jī)酸、有機(jī)溶劑、氨基酸、核苷酸類物質(zhì)、抗生素、多糖、維生素及甾體激素等，可以被用在各行各業(yè)。
微生物的生長發(fā)育過程分為延滯期、對數(shù)期、穩(wěn)定期和衰亡期。在對數(shù)生長期產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物如氨基酸、核酸、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)、碳水化合物等對菌體的生長繁殖是必需的物質(zhì)。這些產(chǎn)物稱為初級代謝產(chǎn)物；很多初級代謝產(chǎn)物都具有相當(dāng)?shù)慕?jīng)濟(jì)價(jià)值，被工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。由于在野生菌株中初級代謝產(chǎn)物只是菌體生長繁殖所必需的量，代謝過程存在反饋調(diào)節(jié)、反饋?zhàn)瓒舻茸饔?，不能產(chǎn)生過多。因此，工業(yè)上為了使產(chǎn)物能更有效地蓄積，采用誘變等方法使菌株變異來進(jìn)行改良或調(diào)整培養(yǎng)條件等，在得到更多的產(chǎn)物方面下工夫。

 

在菌體生長的穩(wěn)定期，有時(shí)一些菌體能合成在生長期中不能合成的，與菌的本質(zhì)代謝不直接相關(guān)的物質(zhì)，這些物質(zhì)稱為次級代謝產(chǎn)物，如抗生素、生物堿、細(xì)菌毒素、植物生長因子等。形成次級代謝產(chǎn)物的菌體生長時(shí)期叫生產(chǎn)期，這樣的次級代謝產(chǎn)物在連續(xù)發(fā)酵時(shí)，要在低稀釋率，即菌的生長非常慢甚至在幾乎認(rèn)為不生長的培養(yǎng)條件下才易生成。另外，在自然環(huán)境下，微生物生長速度比較低，由此可以想到，在自然界中，微生物在穩(wěn)定期會產(chǎn)生比對數(shù)期更復(fù)雜、種類更多的代謝產(chǎn)物。

(4) 微生物轉(zhuǎn)化
微生物可以通過酶的作用，把某些化合物轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)相似但更具經(jīng)濟(jì)價(jià)值的物質(zhì)，這種轉(zhuǎn)化一般是通過糖苷鍵反應(yīng)、羥基化、脫氫(脫水)反應(yīng)、酯化反應(yīng)、環(huán)氧化反應(yīng)、水解反應(yīng)、水合反應(yīng)、異構(gòu)化等的酶促反應(yīng)。
 

由微生物進(jìn)行的這些反應(yīng)相對于化學(xué)合成法而言，優(yōu)點(diǎn)是不使用特殊的化學(xué)藥品，不使用容易發(fā)生污染的重金屬催化劑，且在相對較低的溫度下就可進(jìn)行反應(yīng)，比如把酒精轉(zhuǎn)換為醋酸的醋就是利用微生物轉(zhuǎn)換反應(yīng)的代表。近年來，更高附加值的化學(xué)品也通過各種微生物反應(yīng)生產(chǎn)了出來，如抗生素、前列腺素等都可通過微生物化學(xué)的轉(zhuǎn)換及修飾法產(chǎn)生。
為了提高反應(yīng)的效率，用這些微生物化學(xué)的轉(zhuǎn)換及修飾法時(shí)，一般高濃度的菌體是必要的。因此，把菌體或從菌體提取分離到的酶固定，確保有其高密度的生物酶而進(jìn)行反應(yīng)，即固定化細(xì)胞或固定化酶，是其很重要的發(fā)展方向。