微生物发酵制药-总体工艺过程流程
发酵的工艺
发酵的工艺发酵是一种生物化学反应过程，通过微生物的作用使有机物质转化为具有特定功能的产物。
在工业生产中，发酵工艺广泛应用于食品、饲料、酒精、酶和抗生素等领域。
下面将详细介绍发酵的过程、影响因素以及在工业中的应用。
发酵过程一般包括以下几个步骤：接种、发酵、分离和提纯。
首先，在发酵过程中要选择合适的微生物菌种进行接种。
常用的微生物有酵母菌、乳酸菌、大肠杆菌等。
不同的微生物菌种会对产物的特性和品质产生影响。
然后，在接种后，菌种会利用基质中的有机物质进行生长和繁殖，释放出新的代谢产物。
这个过程中，微生物会通过代谢产物来满足其生命活动的需求。
接下来，通过控制环境中的温度、pH值、氧气供应等因素来促进微生物的生长和代谢活动。
最后，发酵液经过分离和提纯等步骤，得到想要的最终产品。
发酵过程中许多因素会影响发酵产物的质量和产量。
首先，选择适合的微生物菌种非常重要。
需要根据所需产品的特性和用途选择合适的菌种。
其次，温度是影响发酵过程的重要因素之一。
不同的微生物对温度有不同的适应范围。
在发酵过程中，要选择适当的温度来促进微生物的生长和代谢活动。
此外，pH值也是一个重要的控制因素。
微生物对不同的pH值也有一定的适应范围。
要根据微生物菌种的特性选择合适的pH值来控制发酵过程。
氧气供应也是发酵过程中需要注意的因素。
一些微生物需要氧气来进行代谢活动，而其他一些微生物则需要无氧条件下进行发酵。
因此，控制氧气供应对于促进发酵过程非常重要。
发酵工艺在工业生产中有着广泛的应用。
其中，食品工业是应用发酵工艺最为广泛的领域之一。
例如，面包、酸奶、啤酒、豆酱等食品都是通过发酵工艺制造的。
发酵能够改变食品的口感、风味和营养价值，增加产品的附加值。
此外，发酵工艺还应用于饲料加工、酒精生产和制药工业。
在饲料加工中，通过发酵可以提高动物饲料的营养价值和消化率。
在酒精工业中，发酵是生产酒精的主要方法，通过控制发酵条件可以生产出不同种类和品质的酒精产品。
微生物发酵操作规程
微生物发酵操作规程一、实验设备和试剂准备1.高压灭菌锅、培养箱、离心机、培养基培养室等设备准备就绪。
2.需要的试剂：培养基、酸碱调节液、营养添加剂、抗泡剂等。
二、细菌接种制备1.从新鲜培养基中挑取一颗菌落，转移到含有适宜培养基的烧杯中。
2.经过短暂的助培养，取适量细胞悬液，加入100毫升含有适宜培养基的培养瓶中。
3.在培养箱内以适宜温度和湿度条件下培养，促进菌体生长。
三、发酵条件控制1.调节培养基的pH值，保持在适宜的范围内。
2.控制培养温度，根据菌株的要求进行调整。
3.控制培养瓶内的搅拌速度和气体流量，以促进氧气和营养物质的供应。
4.根据需要加入抗泡剂，以减少发酵液中的泡沫产生。
四、发酵液的取样分析1.每隔一段时间，取样一次，分析发酵液中细菌生长、代谢产物等指标。
2.制备适当稀释样品，用于测定细菌数量、酶活性等。
3.进行物质的检测，如氨基酸、糖类、酸碱度等。
五、产物提取和纯化1.使用合适的方法取得目标产物，如离心沉淀、超滤、渗析等。
2.对提取的产物进行纯化处理，如柱层析、薄层层析等。
六、发酵液的处理和消毒1.停止发酵后，对发酵液进行处理，如沉淀、浓缩、干燥等。
2.对设备和周边环境进行彻底消毒，以防止交叉污染。
七、记录和数据分析1.记录每次操作的日期、时间、温度、搅拌速度等关键参数。
2.记录细菌生长情况、培养基的消耗情况、产物产率等数据。
3.对数据进行分析，评估发酵过程中的效果，并根据需要进行进一步优化。
八、安全措施1.在操作中需穿戴实验服、手套和口罩，保持良好的个人卫生习惯。
2.注意保持操作区域的卫生，及时清理和消毒。
3.使用酒精灯、高压灭菌锅等设备时，注意安全操作，避免火灾和烫伤。
通过严格遵守微生物发酵操作规程，可以提高发酵过程的可重复性和稳定性，确保所得产物的质量和产出。
同时，规程中的安全措施也能有效保护操作人员的安全。
生物发酵工艺流程
生物发酵工艺流程生物发酵工艺是一种利用微生物在一定条件下进行代谢活动的工艺，通过发酵可以生产许多重要的生物制品，例如酒精、乳酸、酱油等。
下面将介绍一种常见的生物发酵工艺流程。
首先，选择合适的微生物菌种。
不同的生物发酵过程需要不同的菌种，在选择菌种时需要考虑其适应性、活力、产量等因素。
菌种可以从自然环境中采集，也可以经过筛选和改良得到。
接下来是培养菌种。
首先制备菌种的基础培养基，包括碳源、氮源、无机盐等。
将菌液接种到培养基中，然后通过恒温、搅拌等措施提供合适的环境条件，促进菌种的繁殖和生长。
培养菌种的最终目的是获取足够多的活菌来进行发酵。
一般情况下，培养时间为24小时至72小时，根据不同的发酵工艺和菌种的生长速度来确定。
当菌种培养完成后，需要进行菌液的处理。
一般情况下，菌液中含有大量的微生物细胞、代谢产物等。
菌液可以通过离心分离、滤过等方法去除微生物细胞，得到纯净的发酵液。
根据不同的发酵工艺，接下来可能需要添加适当的营养物质和调节剂来促进发酵的进行。
这些物质可以提供额外的碳源、氮源等，也可以调节pH和温度等因素，使得发酵条件更加适宜。
发酵过程中需要控制一些重要的参数，例如温度、pH值、氧气供应等。
这些参数对于微生物的生长和产物生成都有影响。
通过合理的控制这些参数，可以提高发酵效率和产物质量。
一般情况下，发酵过程需要持续一定的时间，以充分利用底物和达到预期的产量。
发酵结束后，可以通过离心分离、滤过等方法分离出发酵产物。
产物经过一系列的处理、浓缩、纯化等步骤，最终得到所需的纯品。
最后，对废液进行处理。
发酵过程中会产生大量的废水和废气，其中可能含有一些有害物质。
需要经过处理、过滤等步骤，达到环保的要求后才能排放。
以上是一种常见的生物发酵工艺流程，当然随着科技的发展和实际需求的变化，具体的工艺流程可能会有所不同。
生物发酵工艺为我们提供了一种绿色、高效的生产方式，对于推动生物产业的发展具有重要的意义。
微生物发酵制药(上)
生产菌种的建立
诱变方案设计
出发菌种的选择：较高产，对诱变剂敏 感。 诱变剂的使用：交叉使用多种，合理组 合。中等剂量（80％致死率）。 选择压：施加一定的选择压，获得耐药菌 株。措施：添加抗生素，提高前体浓度， 增加产物浓度。
发酵制药
生产菌种的建立
诱变育种流程
出发菌种 单孢子悬液 诱变处理
高产菌株 复筛
发酵前期(fermentation prophase) 菌体生长期（cell growth phase） 发酵中期(fermentation metaphase) 产物合成（生产）期(product synthesis phase) 发酵后期(fermentation anaphase) 菌体自溶期(cell autolysis phase)
发酵制药
生产菌种的建立
1、生产菌的自然分离(2)
培养基： 选择适宜的培养基，营养和pH；添加抑制 剂。 分离方法： （1）稀释法：无菌水，生理盐水，缓冲液 （2）滤膜法：0.22 － 0.45 µm。细菌在膜上， 放线菌菌丝可穿透，进入培养基。 培养条件：温度。放线菌：25－30℃，32－ 37℃，45－50℃；7－14天至1月。
发酵制药
3、影响生长动力学的因素 （1）基质浓度对菌体生长的影响
生长与生产的关系
菌体生长过程，基质逐渐被吸收利用，浓度呈现降低。 基质浓度的减少可用基质消耗速率和比消耗速率表示：
dS rS= − dt
dS ⎛ 1 ⎞ qS = − ⎜ ⎟ dt ⎝ X ⎠
发酵制药
生长与生产的关系
限制性基质浓度与比生长速率的关系
发酵制药
发酵与制药
1、发酵概念
• 概念：通过微生物培养而获得产物的过程 • 种类：用产品说明，冠以产物名而成，如青霉素 发酵，维生素发酵 • 初级代谢产物：在初级代谢过程中形成的产物， 包括各种小分子前体、单体和多糖、蛋白质、脂 肪、核酸等。生长所必须的。几乎所有生物初级 代谢基本相同。氨基酸，核苷酸，有机酸 • 次级代谢产物：比较复杂的化合物，不是细胞生 长必需的，对生命活动有意义（抗逆境条件）。 抗生素，毒素，色素
简述微生物发酵制药的工艺流程
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微生物发酵制药工艺
3发酵制药的基本过程
菌种选育
孢子制备
实验室、种子库
种子制备
发酵工段
发酵车间
发酵控制
提炼工段
成品工段
预处理
分离提取
浓缩纯化
成品工段
提炼车间
包装车间
包装
原料药
2.2 微生物的生长特征
微生物发酵基本过程特征（批式）菌体生长与产物生成的特征，
三个阶段
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发酵前期(fermentation prophase)
甲羟戊酸、糖类、不常见的氨基酸（如D－氨基酸、
β－氨基酸等）、环多醇和氨基环多醇等。
次级代谢产物的生物合成的基本过程
❖
次级代谢产物的合成基本过程包括构建单位
的聚合—再修饰—装配。在此过程中，次级
代谢产物的累积受合成途径中某些酶活性的
限制，这些关键酶活性大小与产量正相关。
（1）前体聚合
❖
微生物合成生源后，通过缩合反应形成聚酮体、寡肽、聚乙
菌体生长期（cell
发酵中期(fermentation metaphase)
产物合成（生产）期(product synthesis phase)
growth phase）
发酵后期(fermentation anaphase)
菌体自溶期(cell autolysis phase)
发酵前期特征
❖
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❖
❖
往往在静止期，加入诱导物，基因转录和产物表达，
所以产物生成速率和比速率分别为：
代谢产物的生物合成
❖
代谢（metabolism）是生物体内进行的生理生化反应的统称。
生物制药领域中的发酵工艺
生物制药领域中的发酵工艺生物制药是指利用生物体表达和生产能产生治疗作用的药物。
发酵工艺是生物制药过程中的核心技术之一，通过生物转化将酵母菌、细菌、真菌等微生物与培养基反应，从而得到目的性的化学物质，进行后续的制药工艺处理，最终制成药品。
发酵工艺具有高效、环保、可控性好等优点，在生物医药产业中具有重要地位。
一、发酵工艺的概述发酵工艺是指利用微生物，如酵母菌、细菌、真菌等进行有机物质的生物合成，从而得到目的性的化学物质和生物制品的技术过程。
这种生物转化过程可以在液态或固态介质中进行。
发酵工艺的主要过程包括培养基的制备、微生物的接种、发酵过程的控制、发酵产物的分离纯化等。
在生物制药中，具有自然和复杂的化学结构的产物，通常通过发酵过程来制造。
二、发酵工艺在生物制药中的应用生物制药是现代医药领域的重要研究方向。
利用发酵工艺可以生产出多种生物药物，如抗体、重组蛋白、基因治疗药物、酶类药物等。
其中，重组蛋白在生物制药中具有重要地位，其制备过程主要是通过基因重组技术将人类生长因子、激素等基因植入到宿主细胞中，在培养基中进行发酵过程将产生的蛋白进行提取和纯化。
三、发酵工艺的控制发酵工艺的控制是指对发酵过程的各个环节进行调节和监控，以实现高产、高质量的目标。
发酵过程涉及到多个因素，如温度、pH、氧气供应、营养物质的供应等。
这些因素对产物的产量和质量都有重要影响。
因此，发酵工艺的控制主要包括以下几个方面：1. 培养基配方的优化。
不同的微生物需要不同的培养基成分。
通过优化培养基的成分和比例来提高产物的产量和质量。
2. 微生物的筛选和改良。
通过筛选高产、高稳定性的微生物，并进行基因工程改造，来提高产物的产量和质量。
3. 发酵过程参数的优化。
针对不同的微生物和产物特点，优化发酵过程的温度、pH、氧气供应、营养物质的供应等参数，以实现高产、高质量的目标。
4. 发酵产物的提取和纯化。
通过合理的提取和纯化工艺，来提高产物的纯度和活性。
发酵工艺流程图
发酵工艺流程图发酵是一种利用微生物作用使某些有机物发生变化的过程，它在食品加工、酿造、制药等行业中具有重要的应用价值。
下面是一个典型发酵工艺的流程图。
一、原料准备：将需要发酵的原料准备齐全，例如生姜、大豆、糖、面粉等。
原料准备的质量和数量对发酵的结果有着重要的影响。
二、清洗处理：将原料进行清洗处理，去除表面的杂质和细菌，以保证发酵过程的卫生。
三、研磨处理：将经过清洗的原料进行研磨处理，使其形成细小的颗粒或浆状物。
这样可以增加原料的比表面积，有利于微生物的附着和作用。
四、液态培养基制备：将需要发酵的原料与适量的水混合制成液态培养基，用于培养微生物。
五、发酵菌种接种：将所需的微生物菌种加入液态培养基中进行培养。
培养菌种的选择和培养条件的调控非常重要，可以根据不同的发酵需求选择不同的微生物。
六、发酵过程控制：在发酵过程中，要通过调控温度、pH值、氧气供应等参数来控制酵母菌或细菌的生长和代谢。
这样可以获得所需的发酵产物。
七、发酵产品收获：待发酵过程结束后，收获发酵产物。
根据不同的发酵需求，可以得到不同的发酵产品，例如发酵大豆可以得到豆腐，发酵面粉可以得到发酵面包等。
八、产品处理：将收获的发酵产物进行加工处理，例如豆腐可以切块、压水等，以提高产品质量。
九、包装和贮存：将加工处理后的产品进行包装，以保持其新鲜度和品质。
然后将产品进行贮存，待销售或使用。
通过上述流程，我们可以看出，发酵工艺是一个复杂但却十分重要的过程，需要在各个环节中进行精细调控和掌握。
只有当每一个步骤都得到良好的实施，才能获得高质量的发酵产品。
发酵工艺的流程图的绘制和实践运用对提高产品质量、生产效率具有重要意义。
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微生物发酵制药
-----总体工艺过程流程
工业微生物技术是可持续发展的一个重要支撑，是解决资源危机、生态环境危机和改造传统产业的根本技术依托。
工业微生物的发展使现代生物技术渗透到包括医药、农业、能源、化工、环保等几乎所有的工业领域，并扮演着重要角色。
欧美日等国已不同程度地制定了今后几十年内用生物过程取代化学过程的战略计划，可以看出工业微生物技术在未来社会发展过程中重要地位。
微生物制药技术是工业微生物技术的最主要组成部分。
微生物药物的利用是从人们熟知的抗生素开始的，抗生素一般定义为：是一种在低浓度下有选择地抑制或影响其他生物机能的微生物产物及其衍生物。
(有人曾建议将动植物来源的具有同样生理活性的这类物质如鱼素、蒜素、黄连素等也归于抗生素的范畴，但多数学者认为传统概念的抗生素仍应只限于微生物的次级代谢产物。
)近年来，由于基础生命科学的发展和各种新的生物技术的应用，报道的微生物产生的除了抗感染、抗肿瘤以外的其他生物活性物质日益增多，如特异性的酶抑制剂、免疫调节剂、受体拮抗剂和抗氧化剂等，其活性已超出了抑制某些微生物生命活动的范围。
但这些物质均为微生物次级代谢产物，其在生物合成机制、筛选研究程序及生产工艺等方面和抗生素都有共同的特点，但把它们通称为抗生素显然是不恰当的，于是不少学者就把微生物产生的这些具有生理活性（或称药理活性）的次级代谢产物统称为微生物药物。
微生物药物的生产技术就是微生物制药技术。
可以认为包括五个方面的内容：
第一方面菌种的获得
根据资料直接向有科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；从大自然中分离筛选新的微生物菌种。
1.分离思路：新菌种的分离是要从混杂的各类微生物中依照生产的要求、菌种的特性，采用各种筛选方法，快速、准确地把所需要的菌种挑选出来。
实验室或生产用菌种若不慎污染了杂菌，也必须重新进行分离纯化。
具体分离操作从以下几个方面展开。
2.定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。
3.采样：有针对性地采集样品。
4.增殖：人为地通过控制养分或培条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。
5.分离：利用分离技术得到纯种。
6.发酵性能测定：进行生产性能测定。
这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等。
第二方面高产菌株的选育
工业上生产用菌株都是经过选育过的。
工业菌种的育种是运用遗传学原理和技术对某个用于特定生物技术目的的菌株进行的多方位的改造。
通过改造，可使现存的优良性状强化，或去除不良性质或增加新的性状。
工业菌种育种的方法：诱变、基因转移、基因重组。
育种过程包括下列3个步骤：(1)在不影响菌种活力的前提下，有益基因型的引入。
(2)希望基因型的选出。
(3)改良菌种的评价(包括实验规模和工业生产规模)。
选择育种方法时需综合考虑的因素(1)待改良性状的本质及与发酵工艺的关系(例如分批或者连续发酵试验)；(2)对这一特定菌种的遗传和生物化学方面认识的明了程度；(3)经济费用。
如果对特定菌种的基本性状及其工艺知晓甚少，则多半采用随机诱变、筛选及选育等技术；如果对其遗传及生物化学方面的性状已有较深的认识，则可选择基因重组等手段进行定向育种。
工业菌种具体改良思路：(1)解除或绕过代谢途径中的限速步骤（通过增加特定基因的拷贝数或增加相应基因的表达能力来提高限速酶的含量；在代谢途径中引伸出新的代谢步骤，由此提供一个旁路代谢途径。
）(2)增加前体物的浓度。
(3)改变代谢途径，减少无用副产品的生成以及提高菌种对高浓度的有潜在毒性的底物、前体或产品的耐受力。
(4)抑制或消除产品分解酶。
(5)改进菌种外泌产品的能力。
(6)消除代谢产品的反馈抑制。
如诱导代谢产品的结构类似物抗性。
第三部分菌种保藏技术
转接培养或斜面传代保藏；
超低温或在液氮中冷冻保藏；
土壤或陶瓷珠等载体干燥保藏。
第四部分发酵工艺条件的确定
微生物的营养来源
能源，自养菌：光；氢，硫胺；亚硝酸盐，亚铁盐。
异养菌：碳水化合物等有机物，石油天然气和石油化工产品，如醋酸。
碳源，碳酸气；淀粉水解糖，糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等，石油、正构石蜡，天然气，醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品
氮源，豆饼或蚕蛹水解液，味精废液，玉米浆，酒糟水等有机氮，尿素，硫酸铵，氨水，硝酸盐等无机氮，气态氮
无机盐，磷酸盐，钾盐，镁盐，钙盐等其他矿盐，铁、锰、钴等微量元素等
特殊生长因子，硫胺素、生物素、对氨基苯甲酸、肌醇等
培养基的确定
（1）首先必须做好调查研究工作，了解菌种的来源、生活习惯、生理生化特性和一般的营养要求。
工业生产主要应用细菌、放线菌、酵母菌和霉菌四大类微生物。
它们对营养的要求既有共性，也有各自的特性，应根据不同类型微生物的生理特性考虑培养基的组成。
（2）其次，对生产菌种的培养条件，生物合成的代谢途径，代谢产物的化学性质、分子结构、一般提取方法和产品质量要求等也需要有所了解，以便在选择培养基时做到心中有数。
（3）最好先选择一种较好的化学合成培养基做基础，开始时先做一些摇瓶实验;然后进一步做小型发酵罐培养，摸索菌种对各种主要碳源和氮源的利用情况和产生代谢产物的能力。
注意培养过程中的pH变化，观察适合于菌种生长繁殖和适合于代谢产物形成的两种不同pH，不断调整配比来适应上述各种情况。
（4）注意每次只限一个变动条件。
有了初步结果以后，先确定一个培养基配比。
其次再确定各种重要的金属和非金属离子对发酵的影响，即对各种无机元素的营养要求，试验其最高、最低和最适用量。
在合成培养基上得出一定结果后，再做复合培养基试验。
最后试验各种发酵条件和培养基的关系。
培养基内pH可由添加碳酸钙来调节，其他如硝酸钠、硫酸铵也可用来调节。
（5）有些发酵产物，如抗生素等，除了配制培养基以外，还要通过中间补料法，一面对碳及氮的代谢予以适当的控制，一面间歇添加各种养料和前体类物质，引导发酵走向合成产物的途径。
(6)根据经济效益选择培并基原料
考虑经济节约，尽量少用或不用主粮，努力节约用粮，或以其他原料代粮。
糖类是主要的碳源。
碳源的代用品主要是寻找植物淀粉、纤维水解物，以废糖蜜代替淀粉、糊精和葡萄糖，以工业葡萄糖代替食用葡萄糖；石油作为碳源的微生物发酵也可以生产以粮食为碳源的发酵产品。
有机氮源的节约和代替主要为减少或代替黄豆饼粉、花生饼粉、食用蛋白胨和酵母粉等含有丰富蛋白质的原料为目标，代用的原料可以是棉籽饼粉、玉米浆、蚕蛹粉、杂鱼粉、黄浆水或麸汁、饲料酵母、石油酵母、骨胶、菌体、酒糟，以及各种食品工业下脚料等。
这些代用品大多蛋白质含量丰富，价格低廉，便于就地取材，方便运输。
培养工艺的确定：
培养条件：温度、pH值、氧、种龄、接种量、温度
工业微生物的培养法分为静置培养和通气培养两大类型。
静置培养法即将培养基盛于发酵容器中，在接种后，不通空气进行发酵，又称为厌氧性发酵。
通气培养法的生产菌种以需氧菌和兼性需氧菌居多，它们生长的环境必须供给空气，以维持一定的溶解氧水平，使菌体迅速生长和发酵，又称为好气性发酵。
在静置和通气培养两类方法中又可分为液体培养和固体培养两大类型，其中每一类型又有表面培养与深层培养之分。
关于液体深层培养：
用液体深层发酵罐从罐底部通气，送入的空气由搅拌桨叶分散成微小气泡以促进氧的溶解。
这种由罐底部通气搅拌的培养方法，相对于由气液界面靠自然扩散使氧溶解的表面培养法来讲，称为深层培养法。
特点是容易按照生产菌种对于代谢的营养要求以及不同生理时期的通气、搅拌、温度、与培养基中氢离子浓度等条件，选择最佳培养条件。
深层培养基本操作的3个控制点
①灭菌：发酵工业要求纯培养，因此在发酵开始前必须对培养基进行加热灭菌。
所以发酵罐具有蒸汽夹套，以便将培养基和发酵罐进行加热灭菌，或者将培养基由连续加热灭菌器灭菌，并连续地输送于发酵罐内。
②温度控制：培养基灭菌后，冷却至培养温度进行发酵，由于随着微生物的增殖和发酵会发热、搅拌产热等，所以为维持温度恒定，须在夹套中以冷却水循环流过。
③通气、搅拌：空气进入发酵罐前先经空气过滤器除去杂菌，制成无菌空气，而
后由罐底部进人，再通过搅拌将空气分散成微小气泡。
为了延长气泡滞留时间，可在罐内装挡板产生涡流。
搅拌的目的除了溶解氧之外，可使培养液中微生物均匀地分散在发酵罐内，促进热传递，以及为调节pH而使加入的酸和碱均匀分散等。
第五部分发酵产物的分离提取
提取方法：
过滤
离心与沉降
细胞破碎
萃取
吸附与离子交换
色谱分离
沉析（盐析、有机溶剂沉析、等电点等）
膜分离
结晶
干燥
分离提取过程的几个注意的问题：
水质
热源去除（石棉板吸滤、活性碳吸附、过离子交换柱）
溶剂回收
废物处理
生物安全性。