Промышленная ферментация и биопроцессинг

Промышленная ферментация и биопроцессинг масштабируют культивирование микроорганизмов в специально разработанных биореакторах для производства широкого спектра продуктов из недорогого сырья.

Definition

Промышленная ферментация и биопроцессинг — это контролируемое, крупномасштабное культивирование микроорганизмов или их компонентов для производства продуктов, а также инженерия процессов, посредством которых эти продукты производятся и извлекаются.

Scope

Эта тема охватывает проектирование и эксплуатацию биореакторов; различие между первичными и вторичными метаболитами; периодические, подпиточные и непрерывные процессы; отбор и улучшение штаммов; контроль таких условий, как аэрация, температура и pH; а также последующее выделение и очистку продуктов. Она рассматривает микробное культивирование как инженерную дисциплину, основанную на физиологических принципах.

Core questions

• Как микробы выращиваются в промышленных масштабах?
• Что отличает производство первичных метаболитов от вторичных?
• Как контролируются условия в биореакторе для максимизации выхода?
• Как продукты извлекаются из ферментационной среды?

Key concepts

• Проектирование и эксплуатация биореакторов
• Первичные и вторичные метаболиты
• Периодическая, подпиточная и непрерывная ферментация
• Отбор и улучшение штаммов
• Последующая обработка

Mechanisms

В биореакторе такие условия, как подача питательных веществ, кислород, температура и pH, контролируются для обеспечения оптимального роста и образования продукта. Первичные метаболиты накапливаются во время активного роста, тогда как вторичные метаболиты, такие как многие антибиотики, обычно продуцируются после замедления роста. Стратегии процесса, включая подпиточное добавление субстрата, оптимизируют выход, а последующая обработка отделяет и очищает продукт от культуральной среды.

Clinical relevance

Промышленная ферментация производит антибиотики, ферменты, органические кислоты, аминокислоты, витамины и рекомбинантные белки в больших масштабах, а принципы биопроцессинга лежат в основе производства многих фармацевтических препаратов, пищевых продуктов и промышленных химикатов.

History

Крупномасштабные микробные процессы развились из традиционных ферментационных ремесел в наукоемкую индустрию в двадцатом веке, с такими вехами, как промышленная ацетоно-бутанольная ферментация и военное масштабирование производства пенициллина, установившие методы современного биопроцессинга.

Key figures

• Louis Pasteur
• Chaim Weizmann

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

Что такое вторичный метаболит?

Вторичный метаболит — это микробный продукт, не требующийся для роста, который обычно образуется после замедления активного роста. Многие антибиотики являются вторичными метаболитами, поэтому их производство при ферментации часто достигает пика на более поздних стадиях культивирования.