发酵工程课件

篇一：发酵工程

发酵工程复习资料

第一章 绪论

1、发酵过程的组成

①繁殖种子和发酵生产所用的培养基组分确定；

②培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；

③培养出有活性、适量的微生物纯种，借种入生产容器中；

④微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长；

⑤产物提取和精制；

⑥过程中派出的废弃物的处理。

2、发酵生产的条件

①某种适宜的微生物；

②保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧pH等）；

③进行微生物发酵的设备；

④提取菌体（或代谢产物）并精制成产品的方法和设备。

3、发酵产品的类型： 以菌体为产品；以微生物的酶为产品；以微生物的代谢产物为产品；生物转化过程。

第二章 发酵原料及其处理

1、发酵原料的预处理：①除铁 ②精选 ③筛选 ④粉碎

2、淀粉水-热处理的目的：淀粉原料经过水热处理，使淀粉从细胞中游离出来，并转化为溶解状态，以便淀粉酶系统进行糖化作用。

物理变化：①膨胀和溶解膨胀 ②糊化 ③溶解或液化 ④淀粉糊化醪的“反生”现象

3、淀粉的糊化：在温水中，当淀粉颗粒无限膨胀形成均一的粘稠液体的现象，称为淀粉的糊化。此时的温度称为糊化温度。

原因：淀粉从β-淀粉向α-淀粉转化的过程。这个过程需要克服氢键力，是一个吸热过程。

4、淀粉糊化醪的反生（老化）：液化后的淀粉醪在温度降低时，粘度会逐渐增加，降低到60℃时，粘度变得非常粘，到55℃以下就变成凝胶，重新产生部分结晶，这种现象称为淀粉糊化醪的反生（老化）。发酵中要避免发生该现象！

5、淀粉的酶解工艺主要包含淀粉的液化和糖化两个步骤。

淀粉

液化糊精和低聚糖糖化 葡萄糖

6、葡萄糖值：简称DE值，表示淀粉水解程度的术语。指糖化液中还原糖含量（以葡萄糖计）占干物质的百分率。

7、淀粉液化后性质变化：淀粉糊化后，如果提高温度至130℃，由于支链淀粉的全部（几乎）溶解，网状结构彻底破坏，淀粉溶液的粘度迅速下降，变为流动性较好的醪液，这种现象称为淀粉的溶解或液化。

8、液化程度的控制

? 测定DE值一般控制在10-20较好，此时含有较多糊精、低聚糖和少量的单糖。

? 液化结束后，为避免对糖化酶的影响，需要对液化酶进行灭活处理：升温至100℃保温10分钟，然后降温，以便下一步进行糖化。

第三章 培养基的灭菌

1、灭菌方法：干热灭菌、射线灭菌、化学灭菌、过滤灭菌、湿热灭菌

-12、比热死亡速率常数K（s），判断微生物受热死亡难易程度的基本依据。K值越小，微生物越耐热。同

一种生理状态的某一微生物，灭菌温度越高，比热死亡速率常数越大，表明微生物越容易死亡。

3、影响比热死亡速率常数K的因素

不同微生物和其不同的生理状态下，比热死亡速率常数不同。相对热阻是指某一微生物在某条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。它反映了微生物对热灭死的抵抗能力。以培养基灭菌时杀灭细菌芽孢作为指标。（相对热阻越大越难杀死）

4、微生物死亡活化能△E （P39）

其他条件相同时，ΔE越大，K越小，热死速率越慢。反应的ΔE越高，lnK对T的变化率越大，即T的变化对K的影响越大。反应活化能ΔE越高，受温度变化越明显。

5、灭菌动力学得出的结论：高温短时间灭菌既能快速地灭菌，又能有效地保存培养基中的一些有效成分。

6、分批灭菌的特点

优点： 缺点：

不需要其他设备； 加热和冷却时间较长；

操作简单易行； 延长发酵周期，降低发酵罐利用率；

适合极易发泡或粘度较大难以连续灭菌的培养营养成分遭到一定程度的破坏。

基。

适用对象：规模小的发酵罐。分批发酵在目前被大多数工厂采用。

7、 影响培养基灭菌的因素（小题）

①培养基成分：油脂、糖类及一定浓度的蛋白质可增加微生物的耐热；

②培养基的物理状态：培养基颗粒小（１mm） ，灭菌容易，颗粒大，灭菌难；

③培养基中微生物数量：对数残留公式计算；

④培养基中pH值：培养基pH值愈低，灭菌所需的时⑤微生物细胞内水分：水分越多，蛋白质越容易变性； ⑥微生物细胞菌龄：幼龄容易杀灭；

⑦空气排除情况：罐内空气排除不彻底，杂菌杀灭效果差；

⑧泡沫：泡沫中的空气形成隔热层，保护培养基中微生物。对易产生泡沫的培养基在灭菌时，可加入少量消泡剂；

⑨投料结束后发酵罐清洗：清洗不彻底在灭菌中形成死角。

8、连续灭菌的特点

优点： 缺点：

提高产量 对蒸汽压力要求较高（0.5MPa表压）

产品质量较容易控制 连消设备复杂

蒸汽负荷均匀，锅炉利用率高 投资大

适宜采用自动化控制

降低劳动强度

9、连续灭菌设备各部分作用

①连消塔（加热器）——培养基与蒸汽混合加热至灭菌温度的设备；

②维持罐——使加热后的培养基在维持设备中保温一段时间，达到灭菌的目的；

③喷射加热器——作用类似连消塔，加热预热后的物料至灭菌温度；

④冷却设备——将已经灭菌的培养基加以冷却的设备。

第四章 空气的处理

1、发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会。此种空气称为“无菌空气”。

2、发酵对空气的要求：不同的发酵产物对无菌空气的要求不一。一般染菌概率10计算，即1000次发酵周期所用的无菌空气只允许一次染菌。

3、空气除菌的主要方法：①辐射灭菌 ②加热灭菌 ③介质过滤 ④静电除菌

4、 介质过滤除菌的原理

①惯性捕集作用（惯性碰撞作用）——当气体流速达到一定值时，惯性碰撞是介质过滤除尘的主要因子。 ②拦截捕集作用——当气流速度在临界速度以下，在滞留区内的颗粒缓慢接近纤维，并与之接触，由于摩擦、粘着作用而被滞留。

③直接拦截——本质是一种筛分效应。

④扩散捕集作用——气流速度较低起作用。

⑤重力沉降作用——当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就沉降。对于小颗粒，只有当气流速度很低时重力沉降才起作用。

5、设计合理的空气预处理设备，高效去除压缩空气中所带的油和水。

压缩后的高温空气能引起过滤介质的炭化或燃烧，必须降温冷却降温后的空气湿度增大，会使过滤介质受潮失效。去除压缩空气中所带的油和水两类设备：

旋风分离器——利用离心力进行沉降，对于10 mm以上的微粒分离效率较高。

丝网分离器——利用惯性进行拦截，分离效率较高，能除去2-5 mm的细小颗粒。

-3

第五章 工业发酵的染菌及其防治

1、不同发酵污染时间及措施：

污染时间是指用无菌检测方法检测到的确准的污染时间，不是杂菌窜入培养液的时间。

种子培养期

染菌与挽救由于接种量较小，生产菌生长一开始不占优势，因而它防御杂菌能力低，容易污染杂菌。

措施：如在此阶段染菌，应将培养液全部废弃。发酵工业生产上一般有备种，以备不时之需。

发酵前期染菌

发酵前期最易染菌，且危害最大。

原因：发酵前期菌量不很多，与杂菌没有竞争优势；此时杂菌与生产菌争夺营养成分，干扰生产菌的繁殖和产物的形成。 措施：可以用降低培养温度，调整补料量，用酸碱调pH值，缩短培养周期等措施予以补救。如果前期染菌，且培养基养料消耗不多，可以重新灭菌，补加一些营养，重新接种再用。

发酵中期染菌

发酵中期染菌会严重干扰生产菌的繁殖和产物的生成。杂菌大量产酸，培养液pH下降；糖、氮消耗快，发酵液发粘，菌丝自溶，产物分泌减少或停止，有时甚至会使已产生的产物分解。有时也会使发酵液发臭，产生大量泡沫。

措施：降温培养，减少补料，密切注意代谢变化情况。如果发酵单位到达一定水平可以提前放罐。 发酵后期染菌

发酵后期发酵液内目标菌体浓度较高，已积累大量的产物。

措施：如果染菌不多，对生产影响不大，可继续发酵。如果染菌严重，又破坏性较大，可以提前放罐。

2、不同染菌途径对发酵的影响

? 种子带菌：种子带菌可使发酵染菌具有延续性

? 空气带菌：空气带菌也使发酵染菌具有延续性，导致染菌范围扩大至所有发酵罐(无菌检测需要时间长，难度大). ? 培养基或设备灭菌不彻底：分批发酵中一般为孤立事件，不具有延续性

? 设备渗漏：这种途径造成染菌的危害性较大

3、染菌的检查 ①染菌的检查：显微镜检查、平板划线培养、肉汤培养基检查法

②杂菌检查法的比较

? 显微镜检查方法简便、快速，能及时发现杂菌，但由于镜捡取样少，视野的观察面也小，因此不易捡出早期杂菌。此时检查结果应以平板划线和肉汤培养结果为主要根据。

? 平板划线法和肉汤培养法的缺点是需经较长时间培养（一般要过夜）才能判断结果，且操作较繁琐，但它要比显微镜能捡出更少的杂菌。

③杂菌检查中需要注意的问题

? 检查结果应以平板划线和肉汤培养结果为主要根据。

? 平板划线和肉汤培养应做三个平行样

? 要定期取样

? 酚红肉汤和平板划线培养样品应保存至放罐后12小时，确定为无菌时方可弃去。

? 还要结合发酵中耗糖、pH等生化指标验证。

4、截止阀的方向问题

一般发酵罐附近连接的的各种管道，只有在灭菌通蒸汽时，对关闭时的阀门，严密度要求较严格，因而在发酵罐临近的截止阀按规定装置的反方向安装（A面面对发酵罐）。打料、接种、加油、加糖等管道上的截止阀，在发酵过程中还需要灭菌，阀门应按正向安装（B面面对发酵罐）。

5、发酵染菌的途径和防止（小题P60）

发酵染菌的途径主要有以下几种方式：

?种子带菌?空气带菌?设备及其附件渗漏导致的染菌

?培养基和设备灭菌不彻底导致的染菌?噬菌体的污染

第六章 发酵微生物的扩大培养

1、种子扩大培养的目的：为每只发酵罐提供相当数量且代谢旺盛的种子。缩短延滞期，缩短发酵时间，提高设备利用率；减少染菌机会。

2、优质种子的标准

①纯种培养物总量适宜，保证接种量；

②菌种细胞的生命力旺盛，移种至发酵罐后能迅速生长,迟缓期短；

③菌种保持稳定的生产能力，生理状态稳定；

④无杂菌及噬菌体污染；

⑤能够保持未定的生产能力。

3、种子扩大培养的工艺流程包括：实验室种子制备阶段、生产车间种子制备阶段

4、三种深层培养方法（从发酵工艺上分）：

分批发酵（间歇发酵）、补料分批发酵（流加发酵）、连续发酵

6、种龄：是指种子罐中培养的菌丝体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。一般取菌种对数生长期为宜。

接种量：是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。通常接种量，细菌1~5%，酵母菌5~10%，霉菌7~15%，有时20~25%。

7、种子罐级数：是指制备种子需逐级扩大培养的次数。它主要取决于：①菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度；②采用发酵罐的容积

8、确定种子罐级数需注意的问题

①在满足工艺要求的前提下，种子级数越少越好，可简化工艺和控制，减少染菌机会。

②种子罐级数随产物的品种及生产规模而变化。

③种子罐级数也与所选用工艺条件有关。如改变种子罐的培养条件，加速了孢子发芽及菌体的繁殖，也可相应地减少种子罐的级数。

9、菌种保藏的原理：菌种保藏主要是根据菌种的生理生化特点人工创造条件使孢子或菌体的生长代谢活动尽量降低，以减少其变异。一般可通过保持培养基营养成分在最低水平缺氧状态，干燥和低温，使菌种处于“体眠”状态，抑制其繁殖能力。

第七章 发酵过程的动态变化规律

1、Piret按照产物生成与菌体生长是否同步将微生物产物形成动力学分为生长关联型和非生长关联型。 生长关联型：产物生成速率与菌体比生长速率和菌体浓度成正比。

非生长关联型：产物生成速率与菌体生长速率无关，菌体与浓度存在正相关

2、补料分批发酵的优、缺点

优点： 缺点：

使发酵系统中维持很低的基质浓度； 存在一定的非生产时间；

和连续发酵比、不需要严格的无菌条件； 和分批发酵比，增加了染菌的危险。

不会产生菌种老化和变异等问题。

3、连续发酵的优、缺点

优点： 缺点：

能维持低基质浓度； 菌种发生变异的可能性较大；

可以提高设备利用率和单位时间的产量； 要求严格的无菌条件。

便于自动控制。

4、D称为稀释率，等于加料流量与反应器有效体积之比（1/h）

临界稀释率（Dcri）:当流出反应器的物料基质浓度等于流入反应器的物料基质浓度时，此时的稀释率称为临界稀释率。

第八章发酵工艺条件的控制

1、影响发酵温度的因素

产热因素：生物热、搅拌热 散热因素：蒸发热、辐射热

发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射

2、发酵过程中pH变化原因（pH值的变化决定于所用的菌种、培养基的成分和培养条件）

*pH下降：

①培养基中碳、氮比例不当。碳源过多，或者中间补糖过多加上溶氧不足，致使有机酸大量积累而pH下降； ②消泡剂加得过多；

③生理酸性物质的存在。

*pH上升：

①培养基中碳、氮比例不当。氮源过多，使pH上升；

②生理碱性物质存在；

③中间补料氨水或尿素等碱性物质加入过多。

3、生理酸性物质：无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下了酸性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质。

4、pH的控制

a.调节基础培养基的配方：调节碳氮比（C/N）、添加缓冲剂如CaCO3或磷酸缓冲液

b. 补料控制：直接加酸或加碱（HCl或NaOH）、补加碳源或氮源

5、氧对发酵的影响（根据需氧不同，可将初级代谢发酵分为）：（小题）

①供氧充足条件下，产量最大；若供氧不足，合成受强烈抑制；如：谷氨酸，精氨酸，脯氨酸等(BCA,PEP)+ ②供氧充足条件下，可得最高产量；若供氧受限，产量受影响不明显；如：异亮氨酸，赖氨酸，苏氨酸等(BCA,PEP)-

③若供氧受限，细胞呼吸受抑制时，才获得最大量产物；若供氧充足，产物形成反而受抑制；如：亮氨酸，缬氨酸，苯丙氨酸等

6、比摄氧率QO2：单位质量干菌体单位时间所消耗的氧的数量。

临界氧浓度（C临）：指不影响菌体呼吸所允许的最低氧浓度，或微生物对发酵液中溶解氧浓度的最低要求。

篇二：发酵工程

第一讲 培养基的灭菌、空气除菌的工艺及设备

第一节 发酵培养基的灭菌技术及相关设备

灭菌技术(工业生产、实验室）

灭菌是指用化学或物理的方法杀灭或去除物料及设备中所有生命物质的技术或工艺过程。

工业生产上相关操作包括：1）使用的培养基和设备须经灭菌；2）好氧培养中使用的空气应经除菌处理；3）设备应严密，发酵罐维持正压环境；4）培养过程中补入的物料应经过灭菌；5）使用无污染的纯粹种子。 工业上常用灭菌方法：

干热灭菌法 湿热灭菌法 辐射（射线）灭菌法 化学药品灭菌法 过滤除菌法

1、干热灭菌法：是一种极端的手段，温度高、时间长。

原理：氧化作用是干热灭菌的主要根据。

温度系数Q10，即温度升高10℃，灭菌速度常数增加的倍数。嗜热脂肪芽孢杆菌：2.86

枯草杆菌黑色亚种：2.72

2、湿热灭菌

2.1湿热灭菌的原理：是直接用饱和蒸汽进行灭菌。蒸汽冷凝时释放大量潜热，并具有强大的穿透力，使微生物细胞中的蛋白质、酶、核酸极易发生不可逆的凝固变性，导致短时间内死亡。

由于湿热灭菌有经济快速等特点，因此发酵工业中处理大量培养基时广泛采用湿热灭菌。

嗜热脂肪芽孢杆菌Q10 ：2.86(干热)14.28(湿热)

枯草杆菌黑色亚种Q10 ：2.72 (干热) 3.71 (湿热)

2.2湿热灭菌理论灭菌时间的确定

生产上要选择合适的时间和灭菌温度，既彻底灭菌又使培养基营养成分的破坏减至最底限度。

杂菌在一定温度下，受热死亡遵循一级反应动力学的规律这就是对数残留定律。

-dN/dt=kN

N—菌的残留数（个） t—灭菌时间，

dN/dt —菌的瞬时变化速率，个/s k—菌死亡的反应速度常数，1/s

-dN/dt=kN 积分得：

t=2.303/ k（lgN 0/Ns ）

N 0—灭菌初始时培养基菌数，个/ml

Ns—灭菌一时间段后培养基菌数，一般取0.001个/ml

k 表示微生物的耐热性。

灭菌温度T与菌死亡反应速度常数K的关系：对

于一定的菌种，灭菌温度与k 的关系可用阿累尼

乌斯方程表示：k=Ae-E/RT

取耐热性芽孢杆菌的A、E值进行计算，

lgk=14847/T + 36.127

式中A—阿累尼乌斯常数，1/S

E—杀死细菌孢子的活化能，4.187J/mol

T—热力学温度，KR—气体常数，1.987×4.18J/(K.mol) e—2.71

3、工业生产培养基的灭菌

3.1 分批灭菌（实罐灭菌）

3.1.1 典型发酵罐接管图

3.1.2分批灭菌的操作过程：

a.培养基的预热：灭菌培养基需先加热到80—90℃ ，然后再导入蒸汽升温灭菌。预热目的是防止蒸汽直接导入培养基温差大，导致大量冷凝水，稀释了培养基；防止直接蒸汽导入引起泡沫急剧上升而溢料。预热方法是先

将各排气阀打开，将蒸汽引入夹套或蛇管进行预热，等罐温升到80—90℃ ，将排气阀逐渐关小。

b.将蒸汽从进气口、出料口、取样口直接导入罐内同

时开排气管排气阀、补料管排气阀、接种管排气阀、消沫剂管排气阀，各路进、排气要通畅（三进四出），罐内液体翻动要剧烈，以使物料温度均一。

c. 排气量不宜过大，以节约蒸汽用量。

d. 罐温上升到120℃—130℃ ，罐压105Pa，保温30分

e. 灭菌将要结束时，立即用无菌空气保压（注意此时罐内压力必须低于过滤器压力，否则将出现培养基倒流），再开冷却水降温待种，以防罐压迅速下降产生负压而吸入外界空气。

3.2 连续灭菌（连消）

连续灭菌即培养基在发酵罐外经过一套连续灭菌设备，以比分批灭菌高的温度和较短的时间进行快速连续加热灭菌，并快速冷却，再立即输入预先经过空罐灭菌后的发酵罐中。

3.2.1 喷淋冷却连消流程

培养液预热：待灭菌的培养液预热到60℃ —75℃ 。

连续灭菌：由连消泵送到连消塔式底，料液在此被加热到灭菌温度，由顶部流出，一般控制培养基输入连消塔的速度< 0.1m/min，温度132℃ ，在塔内的停留时间为20—30s。

维持灭菌温度：连消后料液再输入维持罐保温一定时间。在生产实际中，一般维持5—8min。

理论维持时间由 t=2.303/ k（lgN 0/Ns） 式求出。

冷却：料液经喷淋冷却器冷却到生产要求的温度。进入预先经过空罐灭菌后的发酵罐中。

3.2.2真空冷却连消流程

由于负压培养基本身产生大量二次蒸气被抽出，消耗了大量热量，醪温迅速冷却 。

3.2.3板式换热器连消流程优点：结构紧凑，传热效率高，应用范围广。

3.3 连续灭菌与实罐灭菌的比较

实罐灭菌：无需专用设备，培养基受热时间长，营养易破坏。对蒸汽的要求不是太高。

连续灭菌：营养成分破坏少，适宜大规模生产，易于自动化控制，对蒸汽的要求高。

3.4 连续灭菌的主要设备

4 影响培养基灭菌的其他因素

? 实际灭菌中，除了杂菌的种类，数量，灭菌的温度和时间外，培养基的成分，pH值，培养基中颗粒与泡沫等对培养基灭菌也有影响。

4.1 pH值

培养基中氢离子浓度直接影响灭菌的效果。培养基的酸碱度越大，所需杀灭微生物的温度越低。

4.2 培养基成分

油脂，糖类及一定浓度的蛋白质可增加微生物的耐热性，另一些物质，如高浓度的盐类，色素等可削弱其耐热性。

4.3 泡沫

4.4 培养基中的颗粒

4.5 药物的影响

添抗菌药物加湿热灭菌，是较好的方法。

因为药物能改变细菌细胞的生理反应，从而改变其耐热性。

《发酵工程》第二讲讲述的内容

? 一、无菌空气的制备

发酵工业大多数是利用好氧微生物进行纯种培养，通常以空气作为氧源，空气除菌就是除去或杀灭空气中的微生物,空气中一般有103~104个/m3

? 1 空气除菌的方法

? 1.1 加热灭菌

加热灭菌是一种有效可靠的灭菌方法，可以用蒸汽、电能、空气压缩过程产生的热量进行灭菌。但采用蒸汽或电能加热大量的空气，即不经济又不安全，不适宜于工业化大生产。

? 1.2辐射杀菌

X射线、γ射线、紫外线、超声波等从理论上都能破坏蛋白质活性而起杀菌作用。但通常用于无菌室和医院手术室等空气对流不大的环境，不适应发酵大生产使用。

? 1.3静电除菌

静电除菌是利用静电引力吸附带电粒子而达到除菌除尘目的，悬浮在空气中的微生物其孢子大多带有不同的电荷，没有带电的粒子在进入高压静电场时都会被电离变成带电微粒，在捕集区被吸附除去。该方法对很小的微粒效率较低，此外一次性投资费用较大。

1.4 过滤除菌法

深层过滤除菌是目前发酵工业生产中最常用的空气除菌方法，它采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过空气中所包含的微生物，从而获得无菌空气。

常用的介质：一类其孔隙大于微生物，故必须有一定的厚度才能达到过滤除菌的目的，另一类介质的孔隙小于微生物，称为绝对过滤介质。前者有棉花、活性炭、玻璃纤维、有机合成纤维、烧结材料（烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料）等。后者如微孔超滤膜等。

1.4.1 过滤除菌法的原理

微粒随着空气流通过过滤层时，过滤层所形成的网格阻碍气流前进，使气流无数次的改变运动速度和运动方向而绕过纤维前进，

这些改变引起微粒对滤层纤维产生惯性拦截、 重力沉降、布朗扩散、 静电吸引等作用把微粒在滞留在纤维表面。

气流的临界速度一般为：0.4m~3m/s

1.4.2 过滤介质

过滤介质是过滤除菌的关键，常用的过滤介质有棉花（未脱脂）、活性炭、玻璃纤维、超细玻璃纤维纸、化学纤维等。介质过滤效率η是K 、L的函数

η=1-e-kl

K—过滤常数L—滤层厚度，K值越大L可越小。优良的介质过滤效率η高，同时阻力降Δp越小越好，因此KL/ Δp的值是过滤介质综合评价指标。

a. 棉花（原棉）

棉花的纤维直径一般为16 ～21μm ，装填时要分层均匀，最后要压紧，装填密度以150 ～200 kg/m3为好。

b.玻璃纤维

直径一般为8 ～19μm ，纤维直径越小强度越小，装填系数不宜太大，一般在6% ～10%，其阻力损失一般比棉花小。如果采用硅硼玻璃纤维，可得直径0.3 ～0.5 μm的高强度纤维，一般制成2—3mm厚的滤材，装填过滤器，可用于去除噬菌体和所有的微生物。

c.活性炭

活性炭有非常大的比表面积，主要通过表面吸附作用吸附截留微生物。一般为直径为3mm、长5 ～10mm的圆柱状。其空气阻力较小，仅为棉花的1/12，但过滤效率比棉花低得多。目前，一般将活性炭夹装在两层棉花中使用，以降低滤层的阻力。它的用量一般为总过滤层的1/3 ～1/2。

d.超细玻璃纤维纸

超细玻璃纤维纸是利用质量较好的无碱玻璃，采用喷吹法制成的直径很小的纤维（直径为1 ～1.5 μm ）。由于其纤维直径太小，不宜散装填充，一般采用造纸的

方法将超细玻璃纤维制成0.25 ～ 1mm厚的纤维纸。目前，国内大多采用多层叠合超细玻璃纤维纸（8 ～ 10层），可增加强度但过滤效果无显著提高，因滤层间无空气重新分布的空间。传统超细玻璃纤维纸强度、抗湿

性能差，现研制出JU型除菌滤纸，可以耐油、水和蒸汽的反复加热杀菌，过滤效率更高，阻力更低。

e.石棉滤板

石棉滤板采用20%纤维小而直的蓝石棉和80%纸浆纤维混合打浆抄制而成。由于纤维比较粗，直径大， 纤维缝隙也比较大。石棉滤板较厚，但过滤效率却比较低，只适用装填分过滤器。发酵大生产很少用。

f. 烧结材料

包括烧结金属（蒙乃尔合金、青铜等）、烧结陶瓷、烧结塑料等。一般孔隙在10 ～30μm之间。

目前我国生产的蒙乃尔合金烧结板或管由钛、锰等合金粉末烧结而成。强度高，使用寿命长，耐受高温反复杀菌。孔径随粉末大小和烧结工艺情况而变化，一般为5 ～15 μm ，过滤效果中等。适用于二级分过滤器。 烧结聚合物，如聚乙烯醇（PVA）过滤板，1200C，

30min杀菌不变形，每杀菌一次可用一年。国外常用的PVA滤板，厚度0.5cm，孔径60 ～80 μm ，最高效率气流0.8m/s，过滤效率99.999%，压力损失140 ～540Pa。

g. 新型过滤介质

MiliPore公司的0.22 μm 的膜式过滤器，用可耐蒸汽杀菌的膜材PVDF（聚偏氟乙烯）和PTFE（聚四氟乙烯）制成。这种过滤器可除去全部细菌等微生物，但不能除去噬菌体。

2 无菌空气制备的工艺流程

两级冷却、两级分离的空气除菌流程

空气 粗过滤 空压机 列管冷却器旋风分离器 储气罐列管冷却器 去雾器 总过滤器 分过滤器空气进罐

工厂常用棉花、活性炭作为过滤器的介质，棉花以纤维2 ～ 3cm的原棉，填充密度130 ～150 kg/m3 ，上、下厚度各为总过滤层的1/4 ～1/3，活性炭层占1/3 ～1/2，活性炭密度为500 kg/m3 。介质的底层加下孔板，下孔板上铺一层麻布，有助于空气均匀进入棉花滤层。顶层加上孔板，过滤器顶盖加压紧装置，利用顶盖的密封螺栓压紧。

平板式纤维纸过滤器（分空气过滤器）过滤器的介质为薄板或过滤纸。一般每罐装一只。

管式过滤器（分空气过滤器）过滤面积比平板式过滤器大，但装滤纸时要特别注意。

二、 种子的制备过程

1、概述

1.1 种子的扩大培养的目的

种子的扩大培养是指将保存在沙土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种经试管斜面活化后，再经过茄子瓶或摇瓶及种子罐扩大培养而获得一定数量活力旺盛的纯种过程。

1.2 优良种子必须具备的基本条件

种子的优劣对发酵生产起关键作用。因此必须制备优良种子。

1.2.1 菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短

1.2.2 生理性状稳定，生长过程稳定

1.2.3 无杂菌污染，确保整个发酵过程正常进行

1.2.4有稳定的生产能力，产物合成持续、稳定、高产

1.3 种子制备的工艺流程

休眠孢子 母斜面活化 摇瓶种子或茄子瓶斜面细胞或固体培养基孢子 一级种子罐 二级种子罐 发酵罐

1.3.1产孢子能力不强或孢子发芽慢的菌种可以用摇瓶种液，如：用放线菌生产抗生素。

1.3.2对于不产孢子的细菌，生产上一般采用斜面培养，也可用液体摇瓶的方法。如：用细菌生产谷氨基酸。

1.3.3产孢子能力强及孢子发芽、生长繁殖快的菌种可以采用固体培养基培养孢子，孢子可直接作为种子罐的种子。如：产黄青霉生产青霉素。

2、菌种室种子的制备

2.1 放线菌类孢子的制备

放线菌类孢子的培养温度一般为28 ℃，部分为30 ℃或37 ℃，时间一般在4～7天，也有的为14天左右。一般情况下干燥和限制营养（C：约1%，N含量低于0.5%）可直接或间接诱导孢子的形成。

培养基一般选：麸皮、蛋白胨、一般用摇瓶种子接入 种子罐，也可用一、二级孢子悬液接入种子罐。

2.2 霉菌类孢子的制备

霉菌类孢子的制备多采用大米、小米、玉米、麦麸等天然农产品为培养基原料。这类培养基表面积大，可产生大量的孢子，转入种子罐中。

霉菌的培养温度一般为25 ℃ ～ 28 ℃ ，培养时间随菌种而不同，一般为4d ～ 14d。注意培养过程中翻动培养瓶。

制备好的米孢子，在4 ℃冰箱保存备用，或将大（小）米孢子在真空情况下除去水分（抽到含水量在10%以下），保存备用。

2.3 细菌的制备

制备斜面培养基多采用碳源限量而氮源丰富的配方。牛肉膏、蛋白胨是常用的氮源。细菌一般为37 ℃，少28 ℃，培养1 ～ 2天，产孢子的细菌培养5 ～ 10天。

3、 生产车间种子的制备（种子罐种子的制备）

3.1 种子罐种子的制备

3.1.1 种子罐级数的确定

种子罐是将有限的孢子或菌丝生长并繁殖成大量的菌丝体。一般应根据菌种生长特性、孢子发芽和繁殖速度以及采用的发酵罐的容积来确定种子罐的级数。

对于生长快的细菌，如谷氨酸生产采用斜面或摇瓶种子接入种子罐后直接移种到发酵罐，即二级发酵。对于生长较慢的放线菌、霉菌一般在种子制备过程中需更换一次培养基以获得大量粗壮的菌体，即经过二级种子（更换培养基、分段控制）的培养，再移种到发酵罐发酵，此为三级发酵。

工厂一般从第一级种子罐开始计算发酵级数。但也有由菌丝体培养开始计算发酵级数。

3.1.2 种龄与接种量：

种龄是指种子罐中培养的菌体开始移入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。

种龄短：菌体太少，造成发酵前期生长缓慢；种龄长：易老化，菌体自溶，生产能力下降。最终由实验结果定。

放线菌、霉菌一般40h左右，细菌一般7 ～ 10 h。

不同菌种或同一菌种工艺条件不同，最佳种龄是不一样的，一般需经过多种实验来确定。嗜碱性芽孢杆菌生产碱性蛋白酶，12小时最好。

移入种子的体积

接种量＝ ————————

接种后培养液的体积

接种量过大过小都不好，过大会引起溶氧不足，影响产物合成；而且会过多移入代谢废物，也不经济；过小会延长培养时间，降低发酵罐的生产率。最终以实践定

如大多数抗生素为7 ～ 15%。但是一般认为大一点好。具体情况应具体对待，摇瓶种子接到一级罐一般在0.1% ～ 2%，谷氨酸为1%左右。

双种：两个种子罐种子接种到一个发酵罐中。

倒种：一部分种子来源于种子罐，一部分来源于发酵罐。

3.2. 种子培养基选择的原则

在原料方面：不如实验室阶段那么精细，而是基本接近于发酵培养基，这有两个方面的原因:

一是成本二是驯化

4 种子质量的控制

种子质量是影响发酵生产水平的重要因素。种子质量的优劣主要取决于菌种的遗传特性和培养条件两方面。

篇三：发酵工程

第一章

名词解释

发酵狭义定义：是微生物在无氧条件下，通过分解代谢，降解有机物，同时积累简单的有机物并产生能量的生物氧化过程。

发酵广义定义：泛指微生物在无氧或有氧条件下，通过分解代谢或合成代谢或此生代谢等微生物代谢活动，大量积累人类所需的微生物体或微生物酶或微生物代谢产物的过程。

发酵工程技术的特点（判断）

⑴ 生产安全，条件简单

⑵ 原谅简单，不需精制

⑶ 自动调节，反应专一

⑷ 代谢类型多样，容易生产复杂化合物

⑸ 非牛顿流体型发酵醪

⑹ 严格无菌操作，防止杂菌污染

⑺ 选育优良菌种，开发高新产品

发酵工业几个发展时期及每个时期的标志（填空）

⑴ 自然发酵阶段。（1900年以前）

⑵ 纯培养技术的建立（1900-1940）标志：微生物纯培养技术

⑶ 通气搅拌好气性发酵工程技术的建立（1940-1957）标志：通气搅拌好气性发酵工程技术

⑷ 代谢调控发酵工程技术的建立（1957-1960）标志：代谢调控发酵工程技术

第二章

判断

带式、斗式、螺旋式输送机结构、工作原理、应用特点（5-6页）

筛选分离机：精选机、分级机原理（第六篇）

粉碎机：锤式粉碎机、圆盘钢磨机、辊式粉碎机应用特点（第六篇、第七篇）

问答

吸引式输送系统

特点：从几个不同的加料地点向一个卸料地点送料，不需要加料器，排料处装有封闭较好的派聊起，防止排料时发生物料反吹。短距离运输，采用真空泵，长距离运输，采用高压真空泵，功率消耗较压送式输送系统大。

工作原理：风机安装在系统的尾部，真空泵启动后，系统内的气流压力低于大气压形成负压；空气和物料通过吸嘴被吸入物料管中，经物料分离器使物料从空气中分离出来；再经旋转加料器卸入卸料斗中；与物料分离后的空气气流通过空气管进入除尘器除尘，再经真空泵抽吸通过排风管排出。

主要设备：吸嘴、输料软管、输料钢管、物料分离器、旋转加料器、排料斗、空气管、除尘器、真空泵、排风管。

压送式输送系统

特点：从一个加料地点向几个不同卸料地点送料，需要装有封闭较好的加料器防止发生物料反吹，在排料处不需要排料器，可自动卸料。短距离运输，采取低压鼓风机。长距离运输，采用高压鼓风机，功率消耗较吸引式输送系统小。

工作原理：将风机安装在系统的前端，风机启动后，系统内的气流压力高于大气压力形成正压；物料通过加料斗并经旋转加料器后，进入输料管，再经物料分离器是无聊从空气中分离出来，通过排料口卸料；空气气流通过空气出口，再经除尘器除尘后排出。

主要设备：鼓风机、输料钢管、加料斗、旋转加料器、物料分离器、排料斗、空气管、除尘器、排风管。

磁铁分离的类型（填空）

⑴ 平板式此贴分离器

⑵ 旋转式此贴分离器

精选机组成部分（填空）

振动筛选和风力吸尘

第三章

一、（填空，判断）添加前体物质，促进剂，抑制剂的目的：大幅度提高发酵生产率并降低成本。

1、 前体物质:某些化合物直接被微生物结合到产物分子，自身结构不变，但产物产量大大增加。①某些

氨基酸发酵，避免氨基酸发酵中的反馈抑制作用，增加产率。②糖液，添加腺嘌呤，直接发酵产生5’-核苷酸。③青霉素G，加入玉米浆（含苯乙胺），单位产量提高。④抗生素发酵，添加抗生素分子的前身或组成的一部分，参与合成，控制合成方向，增加产率

2、 促进剂和抑制剂：不是微生物生长必须，加入后显著提高产量。①酶制剂发酵中添加诱导物类促进剂，

酶产量大幅调高。②抗生素发酵添加促进、抑制剂，促进合成。③降低产生菌的呼吸作用，利于抗生素合成的促进剂

二、（填空，判断）大型酿造厂蒸煮设备。1、原料蒸煮目的：蛋白质适度变性，淀粉充分糊化，利于微

生物降解；杀灭原料中的微生物，防止制曲时杂菌污染。

1、常压蒸煮设备，2、加压蒸煮设备，①加压蒸料特点：时间短，原料蒸煮质量好，机械化程度高；容量大；广泛应用。

三、麦芽汁制备：⑴名词解释①煮出糖化法：将糖化醪液的一部分分批加热到沸点，与未煮沸的糖化醪液

混合，是全部醪液的温度分批升温至不同酶分解所需要的温度，最后到达糖化的终了温度。②浸出糖化法：糖化醪液自始至终不经煮沸，而是从一定温度开始缓慢升温至糖化终了温度③热凝固物：在麦

汁煮沸过程中形成的以蛋白质和多酚物质为主的复合物；高温降至60度以上时析出。④冷凝固物：也是蛋白质和多酚物质为主的复合物，60~70度时开始析出。

⑵(问答)：双醪两次煮出糖化工艺：

糖化锅糊化锅

配比：麦芽粉为原料总量的65％-75％ 辅料为原料总量的25—35％，麦芽粉为

料水比为1：4~5辅料量的20％，料水比为1：5

水中添加酸和石膏使pH为5.4-5.8 pH为5.4-5.8

浸渍阶段 35-40度 30min 50度 10min 蛋白质分解 45-55度 30-90min70度 10min 度 10min

糖化阶段63-70度 30-60min碘液反应基本完全

取约1/3醪液度

快速升温

糊精化阶段 76-78度（α-淀粉酶作用）度

过滤

① 糖化温度的控制:浸渍阶段（25-40度，30min）；蛋白质分解阶段（45-55度，30-90min）；糖化阶

段（63-70度，30-60min）；糊精阶段(76-78度)。②糖化时间控制（63-70度开始至碘液反应基本完成时间：溶解良好麦芽30min内，一般的30-60min，较差的60min以上）③糖化pH的控制：浸渍

4.6-5.6；蛋白质分解4.6-5.2；糖化5.4-5.8④糖化醪浓度的控制：过稀影响麦汁收得率，过浓酶促反应速率低，糖化时间延长（第一麦汁浓度及料水比的控制：淡色啤酒，浓度14-16％，料水比，糖化锅1：4~5，糊化锅1 ：5；浓色啤酒，18-20％，1：3~4，1：5）

四、（小题）“三锅一槽”“三锅两槽”:糖化锅，糊化锅，煮沸锅，过滤槽，（沉淀槽）

五、淀粉水解糖的制备：

1、名词解释 ①酸水解：以酸为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡萄糖。②酶水解法：淀粉在淀粉酶作用下水解为葡萄糖。③酸酶水解法:至先用稀酸将淀粉水解为短链糊精和低聚糖，再用糖化型淀粉

酶将短链糊精和低聚糖水解为葡萄糖。④酶酸水解法：先用液化型淀粉酶（α-淀粉酶）将淀粉水解为短链糊精和低聚糖，再用糖化型淀粉酶水解为葡萄糖

2、问答题，⑴酸水解法制备淀粉水解糖的工艺流程:淀粉调浆，淀粉浆液调酸，泵入水解锅，酸水解，过滤冷却，中和脱色，过滤，二次中和，泵入糖液暂贮罐。

⑵淀粉水解锅的结构：第三章99-101张课件

六、问答题，罐式连续蒸煮与糖化的工艺流程及设备配置：⑴①淀粉质原料的加水调浆②连续蒸煮糊化，③气液分离与糊化醪的冷却，④糖化，⑤糖化醪的冷却。

⑵主要设备：A粉浆罐，B蒸煮罐，C后熟罐，D气液分离器（最后一个后熟罐），E真空冷却器，F糖化设备：连续糖化罐（前段与真空冷却器相连），真空糖化罐（糊化醪的冷却和糖化一体），G喷淋冷却器

七、填空，糖蜜培养基制备主要设备：稀释设备。间歇式稀释器，连续式稀释器。

八、发酵培养基的灭菌

1、问答题，培养及加热灭菌的动力学方程及意义：第三章148-152张课件

2、实消，①名词解释，：培养基的分批式灭菌法即实消，指没批培养基分别进入发酵罐后，在罐内通入蒸汽加热至灭菌温度，维持一定时间，再冷却至接种温度。

②判断，应用范围：固体（颗粒）培养基，液体培养基中的小型发酵罐或种子罐的培养基，容易产生泡沫的消毒灭菌。

3、连消，①定义：培养基的连续式灭菌，指培养基在发酵罐外连续进行加热、维持、冷却，最后进入发酵罐。

②判断，应用范围：适用于大型发酵罐，大规模发酵生产的液体培养基的灭菌

4、填空，三大类设备系统的构成：

第四章

名词解释 ？

静止培养：指将发酵菌种接种于含有培养基的培养器中，进行不通气培养的方法，属于厌氧性微生物的培养方法。

通气培养：指将发酵菌种接种于含有培养基的培养器中，进行通气培养的方法。

固体培养：指将发酵菌种接种于固体培养基中进行培养的方法。

液体培养：指将发酵菌种接种于液体培养基中进行培养的方法，也是发酵工业中菌种培养的主要方法。 浅层培养：又称表面培养，指在三角瓶，茄子瓶，克氏瓶，蘑菇瓶，瓷盘或者曲盘中进行液体或固体培养基浅层培养的方法。

深层培养：指在种子罐，发酵罐或曲池中进行液体或固体培养基深层培养的方法。

大曲：是固态发酵法酿造大曲白酒和食醋的糖化发酵剂，是多种细菌，霉菌，酵母菌混合培养而成的微生物培养物。

小曲：是半固态发酵酿造小曲白酒和食醋的糖化发酵剂，是糖化菌和酒精发酵菌混合培养而成的微生物培养物。

麸曲：固态发酵剂酿造麸曲白酒的糖化剂，是黑曲霉或白曲霉或黑曲霉与米曲霉混合培养而成的微生物培养物。

红曲：是酿酒，酿醋，酿造红腐乳的糖化发酵剂，是红曲霉和酵母菌混合培养而成的微生物培养物。 发酵剂：指在生产发酵乳制品过程中用于接种使用的特定乳酸菌培养物。

酒母：在酿酒制醋生产中，用于接种使用的并能够利用可发酵性糖类进行酒精发酵的酵母菌培养物。 醋母：在食醋酿造中，用于接种使用的并能够氧化酒精生成醋酸的醋酸菌培养物。

填空

消泡措施：化学消泡剂，机械消泡，改进培养基成分

常用的化学消泡剂：多种天然动植物油，石油化工生产的矿物油，表面活性剂，新型化学消泡剂，有机硅聚合物

液氮超低温保藏法：菌种悬液制备，分装 焙封安瓿管，控速冻结，液氮保藏，解冻与恢复培养 真空冷冻干燥保藏法：菌种悬液制备，分装安瓿管，欲冻，升华干燥，真空焙封保藏，恢复培养 问答题

米曲霉扩大培养的工艺流程：1试管斜面固体菌种的表面培养2三角瓶固体菌种的表面培养3曲盘或竹匾固体菌种的表面培养4机械通风制曲池固体曲的深层培养4入发酵池发酵

机械通风制曲池的构造和原理：（？）

啤酒酵母扩大培养的工艺流程：①试管液体的培养② 500至1000ml三角瓶菌种的培养③ 10至20L卡氏罐液体菌种的培养④150至250L种子罐液体菌种的培养 ⑤ 2t扩大的种子罐液体菌种的培养⑥ 15t酵母繁殖槽液体菌种的培养⑦入发酵池

酵母啤酒扩大培养的基本原则：①温度控制：培养初期采用酵母菌最适生长温度25℃左右培养，之后每扩大培养一次，温度均有所降低，使酵母逐渐适应低温发酵要求②接种时间：采用对数生长末期或稳定生长初期的种子进行接种，此时作为接种的种子单位体积细胞数最高，细胞活性最高，可大大降低下一步种子培养的延迟期。③注意通风供氧：实验室阶段的扩大培养，每天定时摇动。生产现场的扩大培养，每次接种后通入无菌空气5到10分钟。④培养比例：实验室阶段的扩大培养采用1:20左右，生产现场的扩大培养，适当减小扩培比例，以减少杂菌污染，加速酵母繁殖。

影响种子培养的因素：碳氮比特点，接种量，高氮培养基，高碳培养基（出判断题）（？？？？？）

第五章 发酵动力学

一、发酵动力学的定义、模型、参数

《发酵工程课件》出自：创业找项目
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