Lên men công nghiệp và Công nghệ sinh học

Lên men công nghiệp và công nghệ sinh học mở rộng quy mô nuôi cấy vi sinh vật trong các lò phản ứng sinh học được thiết kế để sản xuất nhiều loại sản phẩm từ nguyên liệu thô không đắt tiền.

Definition

Lên men công nghiệp và công nghệ sinh học là quá trình nuôi cấy vi sinh vật hoặc các thành phần của chúng ở quy mô lớn, có kiểm soát để sản xuất sản phẩm và kỹ thuật các quy trình mà qua đó các sản phẩm đó được tạo ra và thu hồi.

Scope

Chủ đề này bao gồm thiết kế và vận hành lò phản ứng sinh học; sự khác biệt giữa các chất chuyển hóa sơ cấp và thứ cấp; các quy trình theo mẻ, theo mẻ có bổ sung, và liên tục; lựa chọn và cải thiện chủng; kiểm soát các điều kiện như sục khí, nhiệt độ và độ pH; và thu hồi và tinh chế sản phẩm ở công đoạn sau. Nó coi việc nuôi cấy vi sinh vật là một ngành kỹ thuật được xây dựng trên các nguyên tắc sinh lý học.

Core questions

• Vi sinh vật được nuôi cấy ở quy mô công nghiệp như thế nào?
• Điều gì phân biệt sản xuất chất chuyển hóa sơ cấp với chất chuyển hóa thứ cấp?
• Các điều kiện của lò phản ứng sinh học được kiểm soát như thế nào để tối đa hóa năng suất?
• Sản phẩm được thu hồi từ quá trình lên men như thế nào?

Key concepts

• Thiết kế và vận hành lò phản ứng sinh học
• Chất chuyển hóa sơ cấp so với chất chuyển hóa thứ cấp
• Lên men theo mẻ, theo mẻ có bổ sung và liên tục
• Lựa chọn và cải thiện chủng
• Xử lý ở công đoạn sau

Mechanisms

Trong lò phản ứng sinh học, các điều kiện như cung cấp chất dinh dưỡng, oxy, nhiệt độ và độ pH được kiểm soát để ưu tiên sự phát triển và hình thành sản phẩm. Các chất chuyển hóa sơ cấp tích lũy trong quá trình tăng trưởng tích cực, trong khi các chất chuyển hóa thứ cấp, chẳng hạn như nhiều loại kháng sinh, thường được sản xuất sau khi tốc độ tăng trưởng chậm lại. Các chiến lược quy trình, bao gồm bổ sung cơ chất theo mẻ có bổ sung, tối ưu hóa năng suất, và xử lý ở công đoạn sau tách và tinh chế sản phẩm khỏi môi trường nuôi cấy.

Clinical relevance

Lên men công nghiệp sản xuất kháng sinh, enzyme, axit hữu cơ, axit amin, vitamin và protein tái tổ hợp ở quy mô lớn, và các nguyên tắc của công nghệ sinh học làm nền tảng cho việc sản xuất nhiều loại dược phẩm, thực phẩm và hóa chất công nghiệp.

History

Các quy trình vi sinh vật quy mô lớn đã phát triển từ các nghề thủ công lên men truyền thống thành một ngành công nghiệp dựa trên khoa học vào thế kỷ XX, với các cột mốc như lên men acetone-butanol công nghiệp và mở rộng quy mô sản xuất penicillin trong thời chiến đã thiết lập các phương pháp của công nghệ sinh học hiện đại.

Key figures

• Louis Pasteur
• Chaim Weizmann

Seminal works

• madigan2018
• willey2020

Frequently asked questions

Chất chuyển hóa thứ cấp là gì?

Chất chuyển hóa thứ cấp là một sản phẩm vi sinh vật không cần thiết cho sự phát triển mà thường được tạo ra sau khi tốc độ tăng trưởng tích cực chậm lại. Nhiều loại kháng sinh là chất chuyển hóa thứ cấp, đó là lý do tại sao việc sản xuất chúng trong quá trình lên men thường đạt đỉnh vào các giai đoạn sau của quá trình nuôi cấy.