发酵复习重点
第一章绪论
1.名词解释：发酵工程
现代发酵工程：采用现代工程技术手段，利用生物细胞的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程中的一种新技术。
2.发酵过程中包括哪些环节？
发酵工程的内容包括了以下的基本步骤：
1.菌种的选育
2.培养基的配置
3.灭菌
4.种子扩大培养和接种
5.发酵过程控制
6.发酵动力学及代谢机理
7.发酵过程的比拟放大
8.分离提纯
3.简述发酵工程的发展历史。
? 1.传统发酵工业：
●从人类出现到19世纪中期
? 2.近代发酵工业建立时期
●19世纪50年代到20世纪40年代
? 3.近代发酵工业全盛时期
●从20世纪40年代初到70年代末
? 4.现代发酵工业建立和发展
●20世纪70年代末至今
4.发酵工业的研究范围包括哪几个方面？
? 1.微生物菌体发酵
? 2.微生物酶发酵
? 3.微生物代谢产物发酵
? 4.微生物转化发酵
? 5.生物技术的生物细胞发酵
5.简述发酵工程的主要前沿进展。
主要研究：人工选育和改良菌种
?高等动植物细胞培养
?固定化技术广泛应用
?开发大型节能高效的发酵装置
?强调代谢机理与调控研究
?将生物技术广泛地用于环境工程
?混合菌发酵
前沿进展：
?过程优化技术
?多尺度生物反应器优化控制技术
?生物炼制
第二章菌种选育
1.发酵工业对菌种的要求有哪些，菌种的来源有哪些？
?原料廉价，生长迅速，目的产物产量高；
?培养条件易于控制，发酵周期较短；
?抗噬菌体及杂菌污染的能力强；
?菌种不易变异退化；
?对放大设备的适应性强；
?菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素。
●从自然界筛选
●菌种保藏机构
●从发酵制品中分离
2.常见的菌种选育方法有哪些？
经典育种：自然选育，诱变育种，有一定盲目性。
定向育种：杂交育种，分子育种(DNA重组技术)
如碱基类似物、5—氟尿嘧啶、烷化剂等
4.菌种保藏有哪些主要方法？
?1、斜面低温保藏
?2、液体石蜡覆盖保藏
?3、沙土管保藏法
?4、悬液保藏法
?5、真空冷冻干燥保藏法
?6、低温保藏法
?7、液氮超低温保藏法
第三章微生物培养基
1.组成工业培养基的主要成分有哪些，各成分来自哪些资源？
一、碳源
种类：
?糖：单糖中的己糖，寡糖中的蔗糖、麦芽糖、棉子糖，多糖中的淀粉、纤维素、半
纤维素、甲壳质和果胶质等，其中淀粉是大多数微生物都能利用的碳源。
?有机酸如糖酸、柠檬酸、反丁烯二酸、琥珀酸、苹果酸、丙酮酸、酒石酸等。
?醇类中甘露醇、甘油、低浓度的乙醇。
?脂肪酸如甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等低级脂肪酸都可用作碳源。油酸和亚油酸等高
级脂肪酸可被不少放线菌和真菌作为碳源和能源利用，低浓度的高级脂肪酸可刺激细菌生长，但浓度较高时往往有毒害作用。
?正烷烃：一般是指从石油裂得到的14C至18C的直链烷烃混合物。
①葡萄糖②糖蜜（糖蜜是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。）③淀粉、糊精
二、氮源
1、无机氮源
种类：氨盐、硝酸盐和氨水
2、有机氮源
来源：工业上常用的有机氮源都是一些廉价的原料，花生饼粉、黄豆饼粉、棉子饼粉、玉米浆、玉米蛋白粉、蛋白胨、酵母粉、鱼粉、蚕蛹粉、尿素、废菌丝体和酒糟。
三、无机盐及微量元素
五、生长因子、前体和产物促进剂
五、水
2.培养基有哪些类型？
按纯度
1) 天然培养基
(2) 合成培养基
(3) 半合成培养基
按状态
(4) 固体培养基（琼脂）
(5) 半固体培养基
(6) 液体培养基
按用途
7) 孢子（斜面）培养基
(8) 种子培养基
(9) 发酵培养基
按作用
(10) 基本培养基 (11) 鉴别培养基 (12) 增殖培养基 (13) 选择培养基
3.影响培养基质量的因素有哪些？
? 原料及设备的预处理 ? 原材料的质量 ? 发酵特性的影响 ? 灭菌
? 水质的影响 ? 其他影响因素
第四章 灭菌
1.
2
ln T R E
dT
K d ??=
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。
∵ΔE>ΔE’， ∴随着T 上升，菌死亡速率增加倍数大于培养基成分分解速率增加倍数，故一般选择高温快速灭菌 。
由于杀死微生物的活化能ΔE 大于营养成分破坏的活化能ΔE’ ，温度升高，灭菌反应速率常数（比死亡速率）增加的倍数大于营养成分破坏反应速度常数增加的倍数，因而在较高的温度下可以缩短灭菌时间而保留较多的营养物质。 2.为什么湿热灭菌比干热灭菌温度低时间短？
1、热蒸汽对细胞成分的破坏作用更强。水分子的存在有助于破坏维持蛋白质三维结构的氢键和其他相互作用弱键，更易使蛋白质变性。蛋白质含水量与其凝固温度成反比。
2、热蒸汽比热空气穿透力强，能更加有效地杀灭微生物：
3、蒸汽存在潜热．当气体转变为液体时可放出大量热量，故可迅速提高灭菌物体的温度。
①蛋白质凝固所需的温度与其含水量有关，含水量愈大，发生凝固所需的温度愈低。湿热灭菌的菌体蛋白质吸收水分，因较大同一温度的干热空气中易于凝固。②湿热的穿透力比干热大，使深部也能达到灭菌温度，故湿热比干热收效好。③温热灭菌过程中蒸气放出大量潜热，加速提高湿度。因而湿热灭菌比干热所要温度低，如在同一温度下，则湿热灭菌所需时间比干热短。
3.培养基灭菌的方法？
1. 热灭菌法
2. 化学灭菌法
3. 辐射灭菌法
4. 过滤除菌法
5. 臭氧除菌法 （一）分批灭菌:
将配好的培养基放在发酵罐和其他容器中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起灭菌
8(l g 8
.1303
.2?
=
的操作过程，也称实罐灭菌。
（二）连续灭菌
培养基在发酵罐外经过一套灭菌设备连续加热灭菌冷却后送入已灭菌的发酵罐内的灭菌工艺过程成为连续灭菌，又称连消。
连续灭菌工艺流程：
●1、蒸汽直接加热连续灭菌
喷淋冷却连续灭菌流程
喷射加热连续灭菌流程
●2、蒸汽间接加热连续灭菌
薄板式换热器连续灭菌流程
4.连续灭菌的优缺点有哪些？
发酵罐体积越大，其分批灭菌的升温时间长，就更应考虑升温段的灭菌作用，其保温时间应更短。
发酵罐体积越大，培养基在高温下持续时间也越长，遭受破坏也越严重。这正是大体积培养基灭菌常选用连续灭菌的原因。
特点：连续灭菌以“高温、快速”为特征。
优点：
? 1.可采用高温短时灭菌，营养成分破坏少，有利于提高发酵产率；
? 2.发酵罐利用率高；
? 3.蒸汽负荷均衡，操作方便；
? 4.采用板式换热器时，可节约大量能量；
? 5.适宜采用自动控制，劳动强度小。
缺点：
● 1.不适合用于粘度大或固形物含量高的培养基；
● 2.增加一套连续灭菌设备，增加操作环节，增加染菌概率。
5.空气灭菌的方法？
●加热灭菌、
●静电除菌、
●过滤介质除菌、
●辐射除菌、
●化学灭菌等。
第五章菌种的扩大培养
1、种子必须具备的条件
●①菌种细胞的生长活力强，接种后在发酵罐中能迅速生长
●②生理性状稳定
●③菌体总量和浓度能满足大容量发酵罐的要求
●④无杂菌污染（不带杂菌）
●⑤生产能力稳定
2、种子扩大培养定义、流程
定义：是指将保藏的菌种，即砂土管、冷冻干燥管、斜面试管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化，再经过扁瓶或摇瓶和种子罐，逐级扩大培养后达到一定的数量和质量的纯种培养过程。这些纯种的培养物称为种子。
●种子制备过程可分为两个阶段：
一、实验室种子制备
二、生产车间种子制备
3、影响种子质量的因素
原材料质量
原材料质量波动的主要原因：无机离子含量不同（微量元素Mg2+、Cu2+、Ba2+能刺激孢子的形成，磷含量太多或太少也会影响孢子的质量）。
培养温度
温度过低，菌种生长发育缓慢
温度过高会使菌丝过早自溶
湿度
相对湿度影响孢子生长速度、数量、质量。
通气与搅拌
足够的通气量，以保证菌种代谢正常，提高种子的质量。搅拌可提高通气效果，促进生长繁殖，过度搅拌导致培养液大量涌泡，液膜表面的酶易氧化变性，泡沫过多增加染菌机会，增加能耗。
斜面冷藏时间
对孢子的生产能力有较大影响
冷藏时间越长，生产能力下降越多
培养基
pH
选择最适种子培养pH的原则是获得最大比生长速率和适当的菌量
种龄
大量地接入培养成熟的菌种可缩短生长过程的延缓期，因而缩短了发酵周期，提高了设备利用率节约发酵培养的动力消耗有利于减少染菌机会。
接种量
接种量过多，菌丝生长过快、溶氧不足，衰老细胞增加等，发酵后劲不足
接种量过少延长发酵周期，形成异常形态，而且易造成染菌
以生产菌种在发酵罐中的繁殖速度为依据
接种量的大小直接影响发酵周期。
第六章发酵设备
1.原料处理设备和固体物料输送设备的类型
?一、生物质原料筛选与分级
（1）筛选设备
磁力除铁器①永磁溜管②永磁滚筒
例：
平板式磁分离器、旋转式磁分离器
（2）精选机①滚筒式精选机
（3）筛选分级设备①振动筛②转筒筛
?二、生物质原料的粉碎
①锤式粉碎机
②盘磨机
③球磨机
④辊式粉碎机
三、生物质原料固体间的混合
（1）回转型混合机①水平圆筒型混合机②倾斜圆筒型混合机
（2）固定型混合机①搅拌槽式混合机：螺旋带状搅拌器，中心两端搅拌。②回转圆盘型混合机：高速旋转的圆板离心力作用。③锥形混合机
固体物料输送设备
一、斗式提升机
二、带式输送机
三、螺旋输送机
四、气力输送系统
2.通用式发酵罐的主要部件及其作用
?皮带轮转轴
? 轴封作用：使罐顶或罐底与轴之间的缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌。
种类：①填料函式轴封②端面式轴封
? 消泡器(未显示)作用：将泡沫打破。
种类：锯齿式、梳状式及孔板式
? 搅拌器作用：打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于醪液中。
种类：①轴向式（桨叶式、螺旋桨式）②径向式（涡轮式）
? 联轴器作用：用联轴器使几段搅拌轴上下成牢固的刚性联接。
形式：鼓形及夹壳形两种
? 中间轴承
? 挡板作用：
a、改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体激烈翻动，增加溶解氧。
b、防止搅拌过程中漩涡的产生，而导致搅拌器露在料液以上，起不到搅拌作用。
? 空气分布管作用：吹入无菌空气，使空气分布均匀。
? 换热装置
种类：①夹套式换热装置②竖式蛇管换热装置
? 人孔以及管路等
3. 气升式、自吸式、伍式和文式管发酵罐的结构和工作原理
气升式发酵罐分为内循环和外循环两种，其主要结构包括：罐体、上升管、空气喷嘴等部分。循环管高度是影响循环效率的主要因素，实践证明不应少于4m。
气升环流式反应器是在反应器内没有搅拌器，其中央有一个导流筒，将发酵醪液分为上升区（导流筒内）和下降区（导流筒外），在上升区的下部安装了空气喷嘴，或环型空气分布管，空气分布管的下方有许多喷孔。加压的无菌空气通过喷嘴或喷孔喷射进发酵液中，从空气喷嘴喷入的气速可达250~300（米/秒），无菌空气高速喷入上升管，通过气液混合物的湍流作用而使空气泡分割细碎，与导流筒内的发酵液密切接触，供给发酵液溶解氧。由于导流筒内形成的气液混合物密度降低，加上压缩空气的喷流动能，因此使导流筒内的液体向上运动；到达反应器上部液面后，一部分气生泡破碎，二氧化碳排出到反应器上部空间，而排出部分气体的发酵液从导流筒上边向导流筒外流动，导流筒外的发酵液因气含率小，密度增大，发酵液则下降，再次进入上升管，形成循环流动，实现混合与溶氧传质。
自吸式发酵罐的充气原理：
叶轮旋转时叶片不断排开周围的液体使其背侧形成真空，由导气管吸入罐外空气。吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立即通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，均匀分布。
自吸式发酵罐的结构特点：
自吸式发酵罐罐体的结构大致上与通用式发酵罐相同，主要区别在于搅拌器的外形和结构不同。自吸式发酵罐使用的是带中心吸气口的搅拌器。搅拌器由从罐底向上伸入的主轴带动，叶轮旋转时叶片不断排开附近的液体使其背侧形成真空，于是将罐外空气通过搅拌器中央的吸气管而吸入罐内，吸入的空气与发酵液充分混合后在叶轮末端排出，并立刻通过导轮向罐壁分散，经挡板折流涌向液面，平均分布。空气吸入管通常用一端面轴封与叶轮连接，确保不漏气。
伍式发酵罐的主要部件是套筒、搅拌器。
伍式发酵罐工作原理
搅拌时液体沿着套筒外向上升至液面，然后由套筒内返回罐底，搅拌器是用六根弯曲的空气管子焊于圆盘上，兼作空气分配器。空气由空心轴导入经过搅拌器的空心管吹出，与被搅拌器甩出的液体相混合，发酵液在套筒外侧上升，由套筒内部下降，形成循环。
文式管发酵罐原理
用泵将发酵液压入文氏管中，由于文氏管的收缩段中液体的流速增加，形成真空将空气吸入，并使气泡分散与液体混合，增加发酵液中的溶解氧。
4.识别不同类型发酵罐结构图
第七章发酵工艺控制
1.发酵过程监控的主要指标
（1）物理检测指标：温度；气体流速；搅拌转速；泡沫；压力；功耗；粘度等。
（2）化学检测指标：pH；糖含量；溶解氧；氧化还原电位；溶CO2；基质、前体、产物含量等。
（3）生物检测指标：菌体浓度；中间代谢产物；ATP；各种酶活力。
2.发酵过程主要参数对发酵过程的影响和控制方法（温度、pH、溶氧、二氧化碳、补料、泡沫、染菌）
①温度
（1）影响发酵液的物理性质
粘度、基质和氧的溶解度和传递速率
（2）影响细胞的各种代谢过程，酶反应的速率和蛋白质的性质
1. 能改变菌体代谢产物的合成方向，
如金色链霉菌>35℃时，合成四环素；<30℃时，合成金霉素。
2. 影响碳源基质转化为细胞的得率。
3. 几乎所有微生物的脂质成分均随生长温度变化。
温度的控制：理论上，应该根据发酵的不同阶段，选择不同的培养温度。
影响发酵温度变化的因素：生物热、搅拌热、蒸发(汽化)热和辐射热等。
②pH
（1）影响酶的活性。影响酶活性中心上有关基团的解离；影响底物（培养基成分）的解离，从而影响酶——底物的结合。
（2）影响细胞膜电荷，膜的透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的排泄。（3）引起菌体的代谢过程不同。
pH的控制：
1. 调节好基料的pH；
2. 通过补料调节pH；
3. 当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH；
4. 选择合适的pH调节剂；
5. 发酵的不同阶段采取不同的pH值。
（1）调节好基础料的pH 基础料中若含有玉米浆，PH呈酸性，必须调节PH。若要控制灭菌后PH在6.0，灭菌前PH往往要调到6.5-6.8。
（2）在基础料中加入维持PH的物质如CaCO3,或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等。
（3）通过补料调节PH
（4）当补料与调PH发生矛盾时，加酸碱调节PH
③溶氧
（1）溶氧对菌体生长的影响
（2）溶氧对产物合成的影响
溶氧控制：
④CO2
（1）对微生物生长的影响
CO2对微生物生长和发酵具有刺激或抑制作用，此现象称为CO2效应。
CO2受限制可能导致适应(停滞)期的延长；菌丝形态随CO2含量不同而改变。
（2）对产物合成的影响
CO2对某些发酵也有促进
如牛链球菌发酵生产多糖，最重要的发酵条件是提供的空气中要含5%的CO2。
CO2对某些发酵的抑制
如对肌苷、异亮氨酸、组氨酸、抗生素等发酵的抑制。
（3）影响发酵液的酸碱平衡
CO2的控制：
浓度大小受到菌体的呼吸强度、发酵液流变学特性、通气搅拌程度和外界压力
CO
大小等许多因素影响。
分压是液体深度的函数，CO2的溶解度随压力增加而增大。
罐内的CO
的产生与补料工艺控制密切相关。补糖会增加排气中CO2的浓度和降低培养液
CO
的pH。
⑤补料
(1) 补料的策略
优化补料速率要根据微生物对养分的消耗速率及所设定的发酵液中最低维持浓度而定。
(2) 补料的依据
菌的形态，
比生长速率，
发酵液中糖浓度，
溶氧浓度，
尾气中的氧和CO2含量，
摄氧率或呼吸商的变化。
⑥泡沫
泡沫给发酵带来的副作用：
①降低了发酵罐的装料系数
②增加了菌群的非均一性
③增加了污染杂菌的机会
④大量起泡，会引起逃液
⑤影响通气搅拌，菌体呼吸受到阻碍
⑥消泡剂的加入有时会影响发酵或给提炼工序带来麻烦。
泡沫的控制：
①采用机械消沫；
②消泡剂消沫；
③调整培养基中的成分，或改变某些物理化学参数，或者改变发酵工艺；
④从生产菌种本身的特性着手，预防泡沫的形成。
⑦染菌
1.生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降。
2.杂菌也会产生代谢产物，使产物的提取更加困难，造成得率降低，产品质量下降。
3.有些杂菌会分解产物，使生产失败。
4.杂菌大量繁殖后，会改变反应液的pH值，使反应异常。
5.如果发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解，使生产失败。
染菌的控制：
●物料、培养基、中间补料要灭菌；
●发酵设备及辅助设备（空气过滤装置、各种发酵罐进出口连接装置）和管道要灭菌；
●好气发酵通入的空气要除菌；
●种子无污染；接种无菌操作过关；
●为了保持发酵的长期无菌状态，需维持正压。
3.发酵终点判断需考虑的因素
最低成本获得最大生产能力的时间。要确定一个合理的放罐时间，须要考虑下列几
个因素：
1. 考虑经济因素
以最低的成本来获得最大生产能力
2. 产品质量因素
发酵时间长短对后续工艺和产品质量有很大影响
3．特殊因素
异常情况；加糖、补料或消沫剂确定放罐的指标：产物的产量、过滤速度、氨基氮的含量、菌丝形态、pH值、溶氧(DO)、发酵液的粘度和外观等。
发酵复习重点 第一章绪论 1.名词解释：发酵工程 现代发酵工程：采用现代工程技术手段，利用生物细胞的某些特定功能，为人类生产有用的产品，或直接把微生物应用于工业生产过程中的一种新技术。 2.发酵过程中包括哪些环节？ 发酵工程的内容包括了以下的基本步骤： 1.菌种的选育 2.培养基的配置 3.灭菌 4.种子扩大培养和接种 5.发酵过程控制 6.发酵动力学及代谢机理 7.发酵过程的比拟放大 8.分离提纯 3.简述发酵工程的发展历史。 ? 1.传统发酵工业： ●从人类出现到19世纪中期 ? 2.近代发酵工业建立时期 ●19世纪50年代到20世纪40年代 ? 3.近代发酵工业全盛时期 ●从20世纪40年代初到70年代末 ? 4.现代发酵工业建立和发展 ●20世纪70年代末至今 4.发酵工业的研究范围包括哪几个方面？ ? 1.微生物菌体发酵 ? 2.微生物酶发酵 ? 3.微生物代谢产物发酵 ? 4.微生物转化发酵 ? 5.生物技术的生物细胞发酵 5.简述发酵工程的主要前沿进展。 主要研究：人工选育和改良菌种 ?高等动植物细胞培养 ?固定化技术广泛应用 ?开发大型节能高效的发酵装置 ?强调代谢机理与调控研究 ?将生物技术广泛地用于环境工程 ?混合菌发酵 前沿进展： ?过程优化技术 ?多尺度生物反应器优化控制技术 ?生物炼制
第二章菌种选育 1.发酵工业对菌种的要求有哪些，菌种的来源有哪些？ ?原料廉价，生长迅速，目的产物产量高； ?培养条件易于控制，发酵周期较短； ?抗噬菌体及杂菌污染的能力强； ?菌种不易变异退化； ?对放大设备的适应性强； ?菌种不是病原菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素。 ●从自然界筛选 ●菌种保藏机构 ●从发酵制品中分离 2.常见的菌种选育方法有哪些？ 经典育种：自然选育，诱变育种，有一定盲目性。 定向育种：杂交育种，分子育种(DNA重组技术) 如碱基类似物、5—氟尿嘧啶、烷化剂等 4.菌种保藏有哪些主要方法？
●发酵工程：以微生物、动植物细胞为生物作用剂进行工业化生产的工程，包括发酵工艺和发酵设备。 ●主要研究内容：菌种选育与构建、大规模培养基和空气的灭菌、大规模细胞培养过程、细胞生长和产物形成动力学、生物反应器的优化设计和操作、发酵产品的分离纯化过程中的技术问题等。 ●发酵工程原理：指导发酵产品研究与开发，发酵工厂设计与建设以及发酵生产实践的理论。 ●初级代谢：是许多生物都具有的生物化学反应，蛋白质、核酸的合成等，均称为初级代谢。 ●初级代谢产物：指微生物通过代谢活动所产生的、自身生长和繁殖所必需的物质，如氨基酸、多糖等。 ●次级代谢：微生物以初级代谢产物为前提合成的对微生物本身的生命活动没有明确功能的物质的过程。 ●自然选育：不经过人工处理，利用菌种的自然突变而进行菌种筛选的过程。 ●杂交育种：将两个基因型不同的菌株经吻合使遗传物质重新组合，分离和筛选具有新性状的菌株。 ●诱变育种：利用物理、化学等诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，在促进其突变率显着提高的基础上，采用简便、高效的筛选方法，从中挑选出少数符合目的
的突变株，以供科学实验或生产实践使用。 ●原生质体融合育种：两个亲本的原生质体在高渗条件下混合，由聚乙二醇作为助融剂，使它们互相凝集，发生细胞融合，接着两个亲本基因组由接触到交换，从而实现遗传重组。 ●前体：某些化合物加入发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物中去，而自身结构并没有明显变化，产物的产量却因前体的加入而有较大的提高。 ●抑制剂：某些化合物可以抑制特定代谢途径的进行，使另一种代谢途径活跃，获得人们所需产物的积累。 如生产甘油加抑制剂亚硫酸钠，它与代谢过程中的乙醛生成加成物。这样使乙醇代谢途径中的乙醛不能成为NADH 2(还原型辅酶I)的受氢体，而使NADH 2在细胞中积累， 从而激活α－磷酸甘油脱氢酶的活性，使磷酸二羟基丙酮取代乙醛作为NADH 2的受氢体而还原为α－磷酸甘油，其水解后即形成甘油。 ●促进剂：指那些既不是营养物质又不是前体，但却能提高产量的添加剂，如加巴比妥盐能使利福霉素单位增加，并能使链霉菌推迟自溶，延长分泌期。 ●灭菌：用化学或物理的方法杀灭或除掉物料及其器皿中所有的生命体。消毒是指杀死病原微生物的过程。 ●分批灭菌：培养基置于发酵罐中加热，达到预定温度后维持一段时间，再冷却到发酵所需温度的灭菌。
发酵罐的结构系统及使用.txt28 生活是一位睿智的长者，生活是一位博学的老师，它常常春风化雨，润物无声地为我们指点迷津，给我们人生的启迪。不要吝惜自己的爱，敞开自己的胸怀，多多给予，你会发现，你也已经沐浴在了爱河里。实验十五发酵罐的结构系统及使用方法一、实验目的： 1 ．了解发酵罐（气升式、搅拌式）的几大系统组成，即空气系统、蒸汽系统、补料系统、进出料系统、温度系统、在线控制系统。2．掌握发酵罐空消的具体方法及步骤3．掌握发酵罐进料及实消的具体方法及步骤4．掌握发酵罐各系统的控制操作方法 二、实验原理： 1．蒸汽系统：三路进汽——空气管路、补料管路、罐体） 2．温度系统： （1）夹套升温：蒸汽通入夹套。 （2）夹套降温：冷水通入夹套，下进水，上出水。 （3）发酵过程自动控温系统：热电偶控温，马达循环，只能加热，发酵设定温度低于室温时，由夹套进冷水降温。 3．空气系统： 取气口T空压机：往复式油泵获得高脉冲的压缩空气 粗过滤器：由沙布包裹棉花压实成块状叠加制得，作用是去除部分细菌及大部分灰尘 （贮气罐）：空压机压缩使气体温度升高，经贮气使气体保温杀菌；压缩空气中有油污、水滴，且压力不稳，有一定的脉冲作用，会冲翻后面的过滤介质，贮气后可使油滴重力沉降，减小脉冲。 冷却塔）：有降温并稳定作用，同时经旋风分离器进行气液分离 （丝网分离器）：通过附着作用，逐步累积沉降而分离5 微米以上的微粒其作用介质为铜丝网 （加温器）：对压缩空气升温，除湿，使湿度达50%-60% 总过滤器：纱布包裹棉花加活性炭颗粒，逐层压紧而成。 分过滤器：平板式纤维，中间为玻璃纤维或丝棉，下面放水阀应适时打开放出油、水，再用压缩空气控干。
微生物生物技术重点 第一章 1 发酵的概念 传统概念：指酵母作用于果汁或发芽谷物，进行酒精发酵时产生CO2的现象。 生物学概念：发酵是指微生物在无氧条件下分解代谢有机物质释放能量的过程。（生化）工业生物学家概念：利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程 现代概念：培养生物细胞（含动植物和微生物）来制取产物的所有过程 2 生物工程（Microbial engineering ）是利用微生物的特定性状和功能，通过现代化工程技术生产有用物质或直接应用于工业化生产的技术体系；是将传统发酵与现代DNA重组、细胞融合、分子修饰和改造等新技术结合并发展起来的现代发酵技术。 发酵工程的发展简史 1、传统的发酵时期——天然发几千年 酒（古埃及龙山文化）啤酒、黄酒、酱油、泡菜等 特点 多数产品为嫌气性发酵 非纯种培养 单凭经验传授技术，使产品质量不稳定 （不了解微生物与发酵的关系） 2、近代发酵工程时期——纯培养技术 1665 英国物理学家Robert Hooke（罗伯特·胡克）细胞壁 1680 荷兰列文·虎克(Antonie vanLeeuwenhoek) 活细胞人类认识到微生物的存在 特点 多数产品为嫌气性发酵 非纯种培养 单凭经验传授技术，使产品质量不稳定 （不了解微生物与发酵的关系） 由天然发酵阶段转向纯培养发酵（第一次转折 过程特点 产品的生产过程较为简单，对生产要求不高，规模不大 3、近代发酵工程时期——深层培养技术 出现于20世纪40年代，以抗生素的生产为标志青霉素的发现与大量需求 表面培养法(surface culture) 效价40U/mL，纯度20%，收率30% 二战期间，青霉素发酵生产成功 青霉素发酵生产的成功，给发酵工业带来两大功绩： 开拓了以青霉素为先锋的庞大抗生素发酵工业 建立深层培养法（submerged fermentation），把通气搅拌技术引入发酵工业。它使得需氧菌的发酵生产从此走上了大规模工业化生产途径。通气搅拌液体深层发酵技术是现代发酵工业最主要的生产方式 机械搅拌通气发酵技术的建立是第二次转折 4、近代发酵工程时期——代谢控制发酵技术 定义：以动态生物化学和微生物遗传学为基础，将微生物进行人工诱变，得到适合于生产某种产品的突变株，再在人工控制的条件下培养，即能选择性地大量生产人们所需要的物
生料酿酒工艺 实验目的：掌握、熟练发酵工程中涉及的一些基本技术、基本方法。 实验原理：所谓生料酿酒(也称为生料发酵)就是微生物直接利用生淀粉进行生长繁殖、代谢的生产酒精的过程。这种无蒸煮原料酿酒技术的关键在于生淀粉的糖化，此糖化过程不仅要有高转化率的糖化酶，而且要有能直接利用生淀粉进行液化、糖化的酶类。为了使淀粉能充分参与，以使淀粉分子被充分的暴露出来，被淀粉糖化酶分解为葡萄糖，为了提高原料的利用率，糖化过程中可加入少量的纤维素酶分解纤维素，进一步提高葡萄糖的产率。 实验材料:大米发酵容器电炉 3-5千毫升烧瓶电磁搅拌器酸度计恒温水浴分光光度计 实验方法： 生料酿酒工艺流程：生料+曲→发酵→蒸馏→成品酒。 免蒸煮生料酿酒技术 试验开始，按下列顺序操作 1、原料1000克，除大米以外均要打碎，过40目筛孔，称量后放入发酵容器内。 2、称曲种6克加入发酵容器内。 3、加入发酵容器冷水3000毫升。 4、用木竹棒或其他工具搅拌充分，若是用玻璃瓶作发酵容器，不用搅拌，可用手摇晃玻璃瓶即可。 5、加盖。投料完并搅拌后，发酵容器应加盖，如盖不能密封者，要用塑料膜盖上并用绳索拴牢，以防漏气。 三、发酵期中的管理室温（发酵温度）应在20度以上，最佳发酵温度为25-30度发酵的关键是温度，因此要随时掌握和了解温度的变化情况，最好随时保证发酵处于最佳温度25-30度，如温度降到20度以下时，即应采取保温措施，例如将发酵容器用火烤，用太阳光晒等。 1、搅拌，发酵开始后，每天要搅拌一次，目的是使所有原料都能得到均匀的充争发酵，使所有淀粉，糖分都能全都发酵成为酒精，不搅拌就不能使原料得到
完全，彻底发酵，从而影响到出酒率。 2、空气，酒精是采用厌氧发酵，大量空气进入，会使发酵感染菌而变酸，因此，要随时检查，因此，要随时检查发酵池盖是否漏气？塑料薄膜破损，没有栓紧而漏气等等。 3、随时观察原料发酵过程中的变化情况。整个发酵过程分为四个阶段即：发酵开始→发酵旺盛→发酵衰退→发酵完毕。 原料在发酵四个阶段都有不同的物理和生化变化，观察和掌握好这些不同变化，即能掌握发酵好坏的整个过程。现将原料在发酵中的物理变化以文字说明。（1）发酵开始，发酵末开始时，原料和水（总称为发酵醪）处于静止状态，没有动静如死水一般；醪液也是清彻透明的。发酵开始后，醪液面有小泡，但数量不多。2）发酵旺盛。液面小泡变大泡，而且数量很多；发酵醪在翻滚，好似水开沸腾；二氧化碳强烈，旺盛冲鼻，发酵醪液由清变为浑浊，有酒香味。（3）发酵衰退。泡沫减弱，二氧化碳味减弱，最大特点是原料由发酵容器底浮在液面，其数量约有总量的1/5（4）发酵完毕。漂浮于液面的原料又沉入下去，发酵液由浑浊变清，整个发酵醪又处于静止状态，这证明已经彻底发酵完毕，这种现象就叫作发酵完毕的标志。 4、检查发酵酵醪液的酒精含量。 发酵完毕后应检查醪液的酒精含量多少，以确定本次发酵情况的好坏，以便找出原因，供下次调整和改进，小试时量少也可不检查。 5、检查发酵醪酒精含量的方法是：取发酵醪200毫升+冷水200毫升共400毫升，放入玻璃蒸馏瓶内用电炉和玻璃冷凝器蒸馏出200毫升来，然后插入酒精表 （1-50度）和温度表，读酒精表和温度表的刻度并记下，然后换算酒精度，酒精度与温度的换算可采用简单换算法：即温度表以20度为标准，每高于20度每度-0.33酒度；每低于20度者，每度+0.33酒度。 检测方法： 总酸的测定（电位滴定法） 分析步骤
一、名词解释 1传统发酵工程：通过微生物生长的繁殖和代谢活动，产 的生物反应过程。 将DNA重组细胞融合技术、酶工程技 综合对 发酵过程控制、优化及放大 指迄今所采用的微生物培养分离及培养 微生物。（特别是极端微生物） 4富集培养主要方法：是利用不同种类的微生物其生长繁 求不同，如温度、PH、培养基C/N 等，是目的微生物在最适条件下迅速生长繁殖，数量增加， 成为人工环境下 的优势种。方法：⑴控制培养基的营养成 消毒仅仅是杀死生物体或非生物体表 死营养细胞，而不能杀死细菌芽孢和 真菌孢子等，特别适合与发酵车间的环境和发酵设备、器 具的灭菌处理。灭菌杀灭所 有的生命体，因此灭菌特别适 的灭菌处理。 法及其区别：湿热灭菌法：指将物品置 高压饱和蒸汽、过热水喷淋等手段使微生 物菌体中的蛋白质、核酸发生变性而杀灭微生物的方法。 该法灭菌能力强，为热力灭菌中最有效、应用最广泛的灭 菌方法。药品、容器、培养基、无菌衣、胶塞以及其他遇 高温和潮湿不发生变化或损坏的物品，均可采用本法灭 菌。干热灭菌法：指将物品置于干热灭菌柜、隧道灭菌器 等设备中，利用干热空气达到杀灭微生物或消除热原物质 的方法。适用于耐高温但不宜用湿热灭菌法灭菌的物品灭 菌，如玻璃器具、金 属制容器、纤维制品、固体试药、液 用本法灭菌。 即在规定温度下杀死一定比例的微生物所用 8致死温度：杀死微生物的极限温 在致死 微生物所需要对 的致死时间。 制好的培养基放入发酵罐或其他装置中， 基和所用设备一起（实罐灭菌）进 行灭菌 10连续灭菌：将配制好的培养基向发酵罐等培养装置输 热、保温盒冷却等灭菌操作过程。 是指将 冷冻干燥管，沙土管中处于休眠 状 入试管斜面活化后，再经过摇瓶及种子罐 逐级扩大培养而和质量的纯种的过程 纯培养物称为种是指种子的 龄：是指种子始移入下一级 的培养是指移入的种子液体积和 影响呼吸所能允许的最低溶氧浓 13稀释度D：单位时间内连续连续流入发酵罐中的新鲜 的培养总体积的比值。 把导致菌体开始从系统中洗出时的稀 发酵过程中，引起温度变化的原因是由 于 生的净物在生长 繁殖过程中，本身产生的耗氧培养 的 发酵罐都有一定功率的做机械 运动，造成液体之间、液体与设备之间的摩擦，由此产生 。 依靠无菌压缩空气作为液体的提升力， 翻动实现混合和传质传热过程。其 特点是结构简单，无轴封，不易污染，氧传质效率高，能 耗低，安装维修方便。缺点：不适合高粘度或含大量固体 感菌体的生产。 培养基中某些成分的加入有助于 生长因子、前体。产物抑制和促进剂。 微生物生长不可缺少的微量的有机物质，不是 必需。 18前体：指加入到发酵培养基中能直接被微生物在生 物 到产物分子中去，其自身的结构并没有多 大变化，但是产物的产量却因其加入而有较大提高的一类 那些细胞生长非必需的，但加入 量的一些物质，常以添加剂的形式 20 分批发酵（序批式发酵）：指一次性投料、接种直到发 留在发酵罐内。 在发酵过程中，连续向发酵罐流加培养基， 培养液。 搅拌器输入搅拌液体的功率，具 用以客服介质阻力所需用的功 率。 23供氧：指空气中的氧气从空气泡里通过气膜、气液 界 液体主指氧气从液体主流通 内。 生产菌种或选育过程中筛选出来的优良 传代和保藏之后，群体中某些生理特 征和形态特征逐渐减退或完全丧失的 现象。 25氨基酸发酵：指合成菌体蛋白质的氨基酸脱离其正 常 是对产品 使污染物 产生量、流失量和治理量达到最小，使资源充分利用。② 末端治理：把环境责任放在保护研究、管理等人员身上， 产生的污染物的 处理上，总是处于一种被动的、消极的地位。③因为工业 生产无法完全避免污染的产生，推行清洁生产的同时还需 要末端治理。 二、选择填空 1染菌概率：在实际生产过程中，要实现每批次发酵都 完 染几乎是不可能的，一般采用“染菌概率” 一般 为10-3 ①细菌②放线菌③酵母菌④霉菌⑤未培养 采集样品→样品预处理→目的菌富 酵性能鉴定→菌 种保藏 层的微生物数量最多，秋季采土样 物理方法、化学方法、诱饵法。 因突变；直接原因：连续 传 菌种保藏方法：①斜面低温保藏法②砂土管保藏法 ③冷 液保藏法⑥液体 石蜡保藏据微生物生理、生化特点，人为地 于不活泼、生长繁殖受抑制的 持菌种存活率②减少变异③保 持 优良性状 7液氮超低温保藏法：原理：在超低温（-130℃）状态下 延续，且不发生 加保护剂（甘油等）制成菌悬液封于安瓿管内 温速度的冻结后，贮藏在-150～-190℃液氮冰箱内；特 点：适合各类微生物①适合各类微生物②保存时间长③需 特殊设备④操作较复杂 8培养基成分： ①碳源（糖类，导致PH下降；油和脂肪， ，导致PH上升）②氮源（有机、无 量元素④水⑤生长调节物质。 ⑴一般首先是通过单因子实验确定培养基成 因子实验确定培养基个组分及其适宜的浓 度；⑵响应面分析法对培养基进行优化①最陡爬坡实验 10检测染菌方法：镜检查法 ②平板划线培养检 法④发酵过程异常现象观察法(溶 CO 2、粘度）。 种子带菌②过滤空气带菌③设备的 培养基霉菌不彻底⑤操作不当⑥噬 干热灭菌法，湿热灭菌法，射线灭菌法， 除菌法，火焰灭菌法 13空气除菌方法：辐射杀菌，加热杀菌，静电除菌，过 乙醇发酵；部分相关型，中间 复杂发酵类型：抗生 15DO值只是发酵与 配合起OUR： CER：CO2 的 产品的质量和经济效 式、固定化、 指在一定的搅拌转速下，在搅拌罐中增 加而漩涡基本消 18发酵罐构件：搅拌器，挡板，空气分布器，换热装置。 罐的基本体积上升，单位发酵液 清洁生产过程，清洁产品和 理，改进生产工艺，废 20工艺技术改革方式：改变原料，改进生产设备，改革 经济效益，环境效益，社会效 ，反应过程，后 23总成本费用=成本+销售费用+管理费用+财务费用 ①气泡与包围着气泡的液体之 间 体分子处于层流状态，氧气以 浓度差方式透过双膜，任何一点的氧浓度 氧分压相等；② 在双膜之间的界面上，氧分压与溶于液体中的氧浓度处于 平衡状态；③氧传递过程处于稳定状态时，传递途径上各 间而变化。 为了提高分离效率，通常富集培养课增加 数量。 是为了获得大量的活力强的种子，以便 中尽可能的缩短延迟期，种子最好 是在对数生长期接种。 27. S0 为底物初始St为发酵时间为t时底物的 残留 小。 、传热及混合效 30发酵罐放大极限为100级 成本的20% ~30% 32酒精发酵原料：淀粉质原料、糖质原料、纤维质原料。 三、简答 1影响微生物耗氧因素：①微生物本身遗传特征的影响 菌龄④发酵条件⑤代谢类 影响③碳氮比对菌体代谢调节的重要性④ PH对不同 3发酵工艺过程：①用作种子扩大培养及发酵生产的各 种 基、发酵罐及其附属设备的灭菌； ③扩大培养有活性的适量纯种，以一定比例形成大量的代 谢产物；④控制最适的发酵条件使微生物生长并形成大量 的代谢产物；⑤将产物提取并精制，以得到合格的产品； 酵过程中所产生的三废物质。（P8图） ①能在廉价原料制成的培养基上生长，且 生 量高、易于回收；②生长较快，发酵周期 短；③培养条件易于控制；④抗噬菌体及杂菌污染的能力 强；⑤菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的 稳定；⑥对放大设备的适应性强；⑦菌种不是病原菌，不 性物质和毒素。 必须提供合成微生物细胞和发酵产 少培养基原料的单耗，即提高 单位营养物质的转化率。③有利于提高产物的浓度， 以提 高单位容积发酵罐的生产能力。④有利于提高产物的合成 速度，缩短发酵周期。⑤尽量减少副产物的形成，便于产 物的分离纯化，并尽可能减少“三废”物质。⑥原料价格 低廉，质量稳定，取材容易。⑦所用原料尽可能减少对发 酵过程中通气搅拌的影响，利于提高氧的利用率，降低能 ①原材料质量：生产过程中经常 其主要原因在于原材料质量 波动；②培养温度：温度对多数微生物的斜面孢子质量有 显著影响；③湿度：斜面孢子培养基的湿度对孢子的数量 和质量都有较大影响。湿度低，孢子生长快；湿度高，孢 子生长慢；④通气与搅拌：在种子罐中培养的种子除保证 供给易于利用的营养物质外，应有足够的通气量，以保证 菌种代谢的正常，提高种子的质量；⑤斜面冷藏时间：斜 面冷藏时间对孢子的生产能力有较大影响，通常冷藏时间 越长，生产能 力降低越多；⑥培养基：一般来说，种子罐 是培养菌体的，培养基的糖分要少而对微生物生长起主导 作用的氮源要多，而且其中无机氮源所占比例要大些；⑦ pH：各种微生物都有自己生长和合成酶的最适pH，为了 达到微生物的打了繁殖和酶合成的目的，培养基必须要保 ①能在廉价原料制成的培养基上生长，且 生 量高、易于回收；②生长较快，发酵周期 短；③培养条件易于控制；④抗噬菌体及杂菌污染的能力 强；⑤菌种不易变异退化，以保证发酵生产和产品质量的 稳定；⑥对放大设备的适应性强；⑦菌种不是病原菌，不 性物质和毒素。 ①分批作业操作简单，周期短，染菌 程产品质量易控制；②不利于测定其 过程动力学，存在底物限制或抑制问题，出现底物分解阻 遏效应以及二次生长现象；③对底物类型及初始浓度敏感 的次级代谢产物如一些抗生素等就不适合采用分批发酵； ④营养层分很快耗竭，无法维持微生物继续生长和生产； ①添加新鲜培养基，克服养分不足所 延长对数期生长期，增加生物量 等；②长时间发酵，菌种易变异，易染菌；③操作不当， 新加入的培养基与原有培养基不易完 全混合。 10补料分批发酵优缺点：①可以解除底物的抑制，产 物 应；③避免在分批发酵中因 一次性投糖过多造成细胞大量生长，耗氧量过多，以致通 风搅拌设备不能匹配的状况；③菌体可被控制在一 续的过度态阶段，可用来作为控制细胞质量的手段 ①无菌要求低；②菌体变异 11分批补料发酵的应用：①消除分解阻遏作用，保障通 浓度培养基的抑制作用并延 配置合适的培养基，调节培养基初始 使其具有很好的缓冲能力；②培养过程 中加入非营养物质的酸碱调节剂；③培养过程中加入基质 性酸碱调节剂；④加入生理酸性或碱性盐基质；⑤将pH 控制与代谢结合起来，通过补料来控制pH。 13搅拌式、气升式结构特征及其应用：①搅拌式： 带有 机 械搅拌的作用是使发酵液充分混合，保持液体中的固性物 料呈悬浮状态，并能打破空气气泡以提高气液间的传氧速 率。较适合对剪切力生长，不适于高粘度或 含大量固体的培依靠无菌压缩空气作为 液体的提升力，下翻动实现混合和传 质传热过程，特点是结构简单、无轴封、不易污染、氧传 质效率高、能耗低、安装维修方便。 14清洁生产与末端治理 的比较：①清洁生产：是对产品 使污染物 量和治理量达到最小，使资源充分利用。② 把环境责任放在保护研究、管理等人员身上， 产生的污染物的 处理上，总是处于一种被动的、消极的地位。③因为工业 生产无法完全避免污染的产生，推行清洁生产的同时还需 15味精清洁生产工艺优点：①取消离子交换工艺，减少 温结晶，节约大量冷冻 耗电；③因为采用闭路循环工艺，除了副产品中夹带少量 目标产物外，没有其他损失，故产品得率高；④实现物料 主体闭路循环，达到经济、环境和社会效应的三统一；⑤ 冷凝水可循环作为工艺用水，实现废水零排放。
一、工程简介： 工程内容为4只480 M3不锈钢发酵罐制作、安装。480 M3不锈钢发酵罐直径为Φ5700 mm,总高度达23m,总重量约为38.5吨，不但体积庞大，且单重重，运输困难。为此，总体上考虑封头、锥体、夹套等部件成型安排在厂内制造，分件运至建设单位厂内罐区现场组焊，筒体在建设单位现场卷制。 二、施工依据及技术质量标准： 1、合同； 2、设计图纸； 3、《压力容器安全技术监察规程》; 4、GB150-98《钢制压力容器》； 5、HG20584-98《钢制化工容器制造技术规定》； 6、GB3274-88《碳素钢和低全金钢热轧中厚钢板和钢带》； 7、JB4729-95《旋转压封头》； 8、GB/T14976-94《流体输送用不锈钢无缝钢管》； 9、JISG4303《不锈钢热轧钢板》； 10、GB/14957-94《熔化焊用钢丝》； 11、GB4242-84《焊接用不锈钢丝》； 12、GB/T983-95《不锈钢焊条》； 13、GB4842-84《氩气》； 14、JB3223-83《焊条质量管理规程》； 15、《锅炉压力容器压力管道焊工考试与管理规则》（国质检锅（2002）109号）； 16、JB4730-94《压力容器无损检测》； 三、施工工艺技术措施和质量控制： 1、投产前准备工作： 1.1、组织工艺技术人员认真阅读，分析其结构特点，召开技术交底会，充分理解设计意图，做到心中有数，并做好审图记录。 1.2、编制指导生产的制造工艺和焊接工艺，重点交待清楚夹套蜂窝塞焊焊缝的焊接工艺. 1.3、采购质量可靠的SUS304钢板等主材，并选择合格的钢材供应商。 1.4、选择技术过硬的专业施工队伍，配备足够数量的技术熟练的工人，焊工必须是经考试合格的并具有相应资格的有效持证焊工。 2、制造工序流程： 3、工艺过程及质量控制： 3.1、编制指导生产的工艺：技术工艺人员根据设计图纸、技术标准及现场情况编制指导生产的专业制造、焊接工艺过程卡及检验工艺文件。 3.2、检验人员对钢板和焊材进行入库前的检验和标志移植，确认合格后方可投放生产使用。 3.3、划线下料：对筒节用料钢板进行四边直线度和垂直度检查，若边与边不垂直必须划垂线切割，保证边与边的相互垂直。并严格掌握筒节坯板的下料长度准确以利环焊缝组装错边量的控制。 3.4、成型：封头坯板下料后，拼接焊缝采用埋弧自动焊。焊缝检验合格后压制之前，对处于压制面焊缝的余高，应打磨至母材齐平，并对外圆周切割边缘的棱角打磨成过渡小圆弧，防止压制过程中撕裂。采用先进的旋压成型工艺使封头旋压成型、平边，对拼接焊缝进行1 00%RT检查并应符合III级要求，合格后运送至现场。 锥体采用分片成型后拼接成整体的工艺方法，但与筒节结合的上部轴向过渡园弧，也要旋压成型，以保证质量，工艺上预先安排锥体分为三部分，需旋压部分高度掌握在1m左右（旋
第一章，绪论 一、填空： 微生物工程可分为发酵和提纯两部分，其中以发酵为主。 化学工程与发酵工程的本质区别在于化学工程利用非生物催化剂，发酵工程利用生物催化剂---酶。 二、判断： 发酵产品是经微生物厌氧生物氧化过程获得的。错 三、课后思考题： 1、发酵的定义：利用微生物的新陈代谢作用，把底物（有机物）转化成中间产物，从而获得某种工业产品。（工业上定义、广义、有氧无氧均可） 2、发酵流程： 3、比拟放大的基本过程：斜面菌种－摇瓶试验(培养基、温度、起始pH值、需氧量、发酵时间)－小型发酵罐－中试－大规模工业生产 4、发酵工程的发展经历了哪几个阶段？ 1.）自然发酵时期 2）纯培养技术建立(第一个转折期) 3）通气搅拌的好气性发酵工程技术建立(第二个转折期) 4）人工诱变育种与代谢控制发酵工程技术建立(第三个转折期) 5）发酵动力学、连续化、自动化工程技术的建立(第四个转折期) 6）生物合成和化学合成相结合工程技术建立(第五个转折期) 5、微生物工业发展趋势 1）、几个转变 分解代谢→合成代谢 自然发酵→人工控制的突变型发酵→代谢控制发酵→通过遗传因子的人工支配建立的发酵（如工程菌） 2）、化学合成与生物合成相结合 3）、大型、连续化、自动化发酵 发酵罐的容量可达500t，常用的也达20-30t。 4）、人工诱变育种和代谢控制发酵
微生物潜力进一步挖掘，新菌株、新产品层出不穷。 5）、原料范围不断扩大 石油、植物淀粉、天然气、空气、纤维素、木质素等 6、举例说明微生物工业的范围 酿酒工业（啤酒、葡萄酒、白酒） 食品工业（酱、酱油、食醋、腐乳、面包、酸乳） 有机溶剂发酵工业（酒精、丙酮、丁醇） 抗生素发酵工业（青霉素、链霉素、土霉素等） 有机酸发酵工业（柠檬酸、葡萄糖酸等） 酶制剂发酵工业（淀粉酶、蛋白酶等） 氨基酸发酵工业（谷氨酸、赖氨酸等） 核苷酸类物质发酵工业（肌苷酸、肌苷等） 维生素发酵工业（维生素B12、维生素B2等） 生理活性物质发酵工业（激素、赤霉素等） 名贵医药产品发酵工业（干扰素、白介素等） 微生物菌体蛋白发酵工业（酵母、单细胞蛋白） 微生物环境净化工业（利用微生物处理废水等） 生物能工业（沼气、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等能源物质） 微生物治金工业（微生物探矿、治金、石油脱硫等） 第二章发酵基础知识 1、写出生产以下产品的主要菌种： 啤酒（啤酒酵母）、黄酒（霉菌（根霉、曲霉）、酵母菌、细菌）、味精（谷氨酸棒杆菌、黄色短杆菌）、柠檬酸（黑曲霉）、食醋（霉菌、酵母菌、醋酸菌）、酸奶（乳酸菌（保加利亚乳杆菌、嗜热链球菌、乳酸链球菌）） 2、发酵工艺控制中，主要应监控温度、pH值、溶解氧、 泡沫、氧化还原电位等。 3、概念：单菌发酵: 现代发酵工业中最常见，传统发酵工业中很难实现。 混合菌发酵: 自然发酵和人工接种发酵 液态发酵: 发酵基质呈流动状态，如啤酒发酵、柠檬酸发酵等。 固态发酵: 发酵基质呈不流动状态。如固态酱油发酵、米醋发酵、大曲酒（白酒）发酵等。半固态发酵: 发酵基质呈半流动状态，如黄酒发酵、传统稀醪酱油发酵等。 4、发酵产品主要类型 微生物菌体、代谢产物、酶 5、如何理解：传统工艺，原料决定菌种；现代工艺，菌种决定原料？ 传统工艺，原料决定菌种：传统工艺中，发酵原料是一种选择培养基。 传统工艺就是利用这种选择作用，把自然界带入的各种野生菌，在发酵基质上进行选择富集培养，这些微生物生长和代谢的结果可生产出有特殊风味的食品。 现代工艺，菌种决定原料：在使用纯种发酵剂前，我们必须对原料进行灭菌，以防止其他杂菌对发酵的干扰。 6、发酵产品主要有哪些附加值 1）发酵有利于食品保藏食品发酵后，改变了食品的渗透压、酸度、水的活性等，从而抑制了腐败微生物的生长，有利于食品保藏。 2）发酵产品有保健作用有些食品经过微生物发酵后，不仅能产生酸类和醇类等，还能产生某些抗菌素可抑制致病菌和肠内腐败菌。
好氧发酵产物特性及利用 1 产物特性 污泥好氧发酵通过微生物的生物代谢作用，使污泥中的有机物转化成稳定的腐殖质，实现污泥稳定化、无害化和资源化。从表观上看，好氧发酵产物的温度与环境温度趋于一致，一般不再明显变化；应具有土壤气味，而没有令人不悦的气味；颜色应为棕褐色；含水率在35%~45%之间，含水率过高会增加运输费用并引起臭味，含水率过低则会引起粉尘。 腐熟度和稳定性是衡量好氧发酵产物质量的尺度，两者既存在关联，又各有侧重。腐熟度指好氧发酵中的有机物经过矿化、腐殖化过程最后达到稳定的程度，侧重于产物施用对植物生长的影响，未完全腐熟的好氧发酵产物会产生有机酸抑制种子发芽，当在土壤中分解时，会消耗氮从而争夺氮源，抑制植物生长。稳定性是反映有机物降解的一种状态，侧重于产物施用对周围环境的影响，根据微生物的活动（如微生物呼吸和能量释放）来判断稳定性，主要可从产物表观、O2消耗速率、CO2释放速率、NO3-N含量变化以及病原菌数量变化等方面进行评价。我国对于污泥好氧发酵产物的稳定指标及其限值可参考现行行业标准《城镇污水处理厂污泥处理稳定标准》CJ/T 510的有关规定。 耗氧速率反映了好氧发酵过程中微生物活性变化，是好氧发酵产物稳定程度的重要指标，一次发酵结束时，产物耗氧速率应小于0.2~0.3（O2%）/min；二次发酵结束时，耗氧速率应为0.1（O2%）/min以下。国外相关标准规范采用不同的计量单位，如美国Design of Municipal Wastewater Treatment Plants提出3mgCO2/g.d 的有机碳呼吸速率表明发酵产物不会散发腐臭味，也不会造成植物毒性；加拿大Guidelines for Compost Quality则规定发酵产物稳定或腐熟的必要条件是呼吸速率≤400mgO2/kgVS·h，或二氧化碳释放率≤4mgCO2/gVS·d。 种子发芽指数是评价好氧发酵产物腐熟度最具说服力的方法，通过发芽率和根系长度的测定值与在水培中的背景参照物的测量值进行对比，并以百分比表示。我国污泥处置泥质标准对于种子发芽指数要求达到60%~70%以上，也有研究表明种子发芽指数达到80%~85%以上才达到完全腐熟。需要注意的是，不同植物
目录 前言 (1) 第一章、概述 (2) 1.1、柠檬酸 (2) 1.2、柠檬酸的生产工艺 (2) 1.3、机械搅拌通风发酵罐 (3) 1.3.1、通用型发酵罐的几何尺寸比例 (3) 1.3.2、罐体 (3) 1.3.3、搅拌器和挡板 (3) 1.3.4、消泡器 (4) 1.3.5、联轴器及轴承 (4) 1.2.6、变速装置 (4) 1.3.7、通气装置 (4) 1.3.8、轴封 (5) 1.3.9、附属设备 (5) 第二章、设备的设计计算与选型 (5) 2.1、发酵罐的主要尺寸计算 (5) 2.1.1、圆筒体的内径、高度与封头的高度 (5) 2.1.2、圆筒体的壁厚 (7) 2.1.3、封头的壁厚 (7) 2.2、搅拌装置设计 (8) 2.2.1、搅拌器 (8) 2.2.2、搅拌轴设计 (8) 2.2.3、电机功率 (10) 2.3、冷却装置设计 (10) 2.3.1、冷却方式 (10) 2.3.2、冷却水耗量 (10) 2.3.3、冷却管组数和管径 (12) 2.4零部件 (13) 2.4.1 人孔和视镜 (13) 2.4.2 接管口 (13) 2.4.3、梯子 (15) 2.5发酵罐体重 (15) 2.6支座的选型 (16) 第三章、计算结果的总结 (16) 设计总结 (17) 附录 (18) 符号的总结 (18) 参考文献 (19)
生物工程设备课程设计任务书 一、课程设计题目 “1000m3的机械搅拌发酵罐”的设计。 二、课程设计内容 1、设备所担负的工艺操作任务和工作性质，工作参数的确定。 2、容积的计算，主要尺寸的确定，传热方式的选择及传热面积的确定。 3、动力消耗、设备结构的工艺设计。 三、课程设计的要求 课程设计的规模不同，其具体的设计项目也有所差别，但其基本内容是大体相同，主要基本内容及要求如下： 1、工艺设计和计算 根据选定的方案和规定的任务进行物料衡算，热量衡算，主体设备工艺尺寸计算和简单的机械设计计算，汇总工艺计算结果。主要包括： （1）工艺设计 ①设备结构及主要尺寸的确定（D，H，H L ，V，V L ，Di等） ②通风量的计算 ③搅拌功率计算及电机选择 ④传热面积及冷却水用量的计算 （2）设备设计 ①壁厚设计（包括筒体、封头和夹套） ②搅拌器及搅拌轴的设计 ③局部尺寸的确定（包括挡板、人孔及进出口接管等） ④冷却装置的设计(包括冷却面积、列管规格、总长及布置等) 2、设计说明书的编制 设计说明书应包括设计任务书，目录、前言、设计方案论述，工艺设计和计算，设计结果汇总、符号说明，设计结果的自我总结评价和参考资料等。 3、绘制设备图一张 4、设备图绘制，应标明设备的主要结构与尺寸。
发酵工程复习资料重 点
发酵工程（Fermentation Engineering）的定义 应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会服务的一门科学。 淀粉质原料进行蒸煮的目的是使植物组织和细胞膜彻底破裂，淀粉成为溶解状态进行液化；同时对进料进行灭菌；排除原料中的一些不良成分及气味。 为了实现这些目的，蒸煮设备必须达到下列要求： (1)能使淀粉细胞完全破裂，淀粉溶解成均匀的糊状物； (2)尽量减少淀粉和糖分的损耗，避免产生其它不必要的有害的化学变 化； (3)节省蒸汽，减少热损失； (4)设备能承受较高的压力，具有耐磨性，能使物料在锅内充分翻动，受 热均匀； (5)结构简单，操作方便，投资少。 连续蒸煮有低温长时间的罐式连续蒸煮，中温的柱式连续蒸煮和高温短时间的管式连续蒸煮 后熟器 在连续蒸煮中，后熟器是利用经加热器或蒸煮锅(罐)加热后的料液余热，在一定压力和温度下维持一定时间的继续蒸煮，因此，后熟器又称维持器。对后熟器的要求是，料液在后熟器中的整个截面上均匀地由下向上推动，力求做到先进先出。
真空冷却指的是醪液在一定的真空度下（即醪液进入负压状态）醪液本身产生大量蒸气（二次蒸气），并被抽出，这样便消耗了醪液大量的热量，因而醪液很快冷到与真空度相应的温度，这种醪液冷却法就称为真空冷却 糖化设备主要是糖化罐，其容积按1m3的糖化醪需要的1.3m3容积来计算。其旋转方向与冷却水在蛇管中水流的方向相反 ?连续糖化罐的作用是连续地把糊化醪与水稀释，并与液体曲或麸曲乳混 合，在一定温度下维持一定时间，保持流动状态，以利于酶的活动。二级真空冷却的连续糖化法。对蒸煮醪的前冷却和后冷却均采用真空冷却的糖化工艺，叫二级真空冷却糖化法 发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。 ?1．按微生物生长代谢需要分类： ?好气：抗生素、酶制剂、酵母、氨基酸，维生素等产品是在好气发酵罐 中进行的；需要强烈的通风搅拌，目的是提高氧在发酵液中的传质系 数； ?厌气：丙酮丁醇、酒精、啤酒、乳酸等采用厌气发酵罐。不需要通气。 ? 2. 按照发酵罐设备特点分类： ?机械搅拌通风发酵罐：包括循环式，如伍式发酵罐，文氏管发酵罐，以 及非循环式的通风式发酵罐和自吸式发酵罐等。
黄酒酿造工??一级?论文 黄酒发酵过程中乳酸杆菌的功与过 傅国祥 浙江古越龙山绍兴酒股份有限公司 二○一一年八月三十日
目录 前言 (1) 一、乳酸杆菌参与黄酒的发酵作用 (3) （一）黄酒中大部分有机酸(乳酸)是在发酵过程主要由细菌(乳酸杆菌)产生 (3) （二）黄酒中大部分乳酸是在发酵过程中主要由乳酸菌(乳酸杆菌)产生 (5) （三）黄酒发酵过程中微生物的拴酬 (8) （四）与日本清酒中有机酸含量的比较 (9) （五）乳酸杆菌的来源 (10) （六）乳酸杆菌的安全性 (11) 二、乳酸杆菌的功 (11) 三、乳酸杆菌的过 (13) 四、综述 (13) 五、讨论 (14) [参考文献] (15)
黄酒发酵过程中乳酸杆菌的功与过 傅国祥 （浙江古越龙山绍兴酒股份有限公司，绍兴 312000） 摘要：阐述了黄酒中大部分有机酸(乳酸)是在发酵过程中主要由乳酸杆菌发酵产生，乳酸杆菌与酵母共同参与黄酒的发酵作用。分析了乳酸杆菌在黄酒发酵过程中的功远大于过：提出了我们要正确认识乳酸杆菌。 关键词：黄酒；发酵过程；乳酸；乳酸杆菌；作用 前言 乳酸菌(乳酸细菌的简称．下同)是一类能利用可发酵糖产生大量乳酸的细菌通称。乳酸菌具有复杂的营养要求，它的生长需要碳水化合物、氨基酸、肽类、脂肪酸脂类、盐类、核酸衍生物和维生素类；乳酸菌包括球状菌和杆状菌[1]。绝大部分乳酸球菌在pH值低于4.5就停止生长[1]。正常黄酒发酵醪PH值是在4.2以下发酵的[2]。 下面着重讨论乳酸杆菌：乳酸杆菌发酵糖产生乳酸，或除乳酸以外，还有乙酸、甲酸、丙酸等其他有机酸，发酵主要产物为乳酸。乳酸杆菌在PH值3.3—3.5能生长、发酵，最低可达pH值2.0能存活；而
1发酵:把利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程统称为发酵。 2发酵工程：应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学 酶活性调节：是指一定数量的酶，通过其分子构象或分子结构的改变来调节其催化反应的速率。3为什么要采用高浓度微生物的培养？微生物液体发酵大都采用分批培养，这 种培养方式的缺点 是：发酵液中最终细 胞浓度不高。如果通 过改进工艺技术，使 发酵液中微生物细 胞增殖到很高的浓 度，那么，高浓度的 细胞将会产生高浓 度的发酵产物，这样 就可以大大提高发 酵设备的利用率，降 低生产成本。基于这 种目的，人们开始研 究微生物高细胞浓 度的培养技术。采用 高细胞浓度培养技 术，发酵液中菌体浓 度比分批式培养可 高10倍以上 高浓度细胞培养的 方法:1流加培养2 高细胞浓度连续培 养3菌体循环利用等 4四大工程:发酵工 程 ( Fermentation )2 酶工程 (蛋白质工 程) 3基因工程 4细 胞工程 5菌种：用于发酵过 程作为活细胞催化 剂的微生物，包括细 菌、放线菌、酵母菌 和霉菌四大类。 6具有生产价值的发 酵类型有五种：①微 生物菌体发酵；②微 生物酶发酵；③微生 物代谢产物发酵；④ 微生物的转化发酵； ⑤生物工程细胞的 发酵 7初级代谢产物：在
菌体对数生长期所产生的产物，是菌体生长繁殖所必需的。8液体深层发酵优点：①液体悬浮状态是很多微生物的最适生长环境。②在液体中，菌体及营养物、产物（包括热量）易于扩散，使发酵可在均质或拟均质条件下进行，便于控制，易于扩大生产规模。③液体输送方便，易于机械化操作。④厂房面积小、生产效率高，易进行自动化控制，产品质量稳定。⑤产品易于提取、精制等。因而液体深层发酵在发酵工业中被广泛应用。 9自然选育在生产过 程中，不经过人工处 理，利用菌种的自发 突变而进行菌种筛 选的过程 10诱变育种：就是人 为地利用物理或化 学等因素，使诱变对 象细胞内的遗传物 质发生变化，引起突 变，并通过筛选获得 符合要求的变异菌 株的一种育种方法。 11表型迟延现象：突 变基因的出现并不 等于突变表型的出 现，表性的改变落后 于基因型改变的现 象成为表型延迟现 象。 12原料：从工艺角度 来看，凡是能被生物 细胞利用并转化成 所需的代谢产物或 菌体的物料，都可作 为发酵工业生产的 原料。 13培养基灭菌的定 义：是指从培养基中 杀灭有生活能力的 细菌营养体及其孢 子，或从中将其除 去。工业规模的液体 培养基灭菌，杀灭杂 菌比除去杂菌更为 常用。 14灭菌与消毒的区 别：灭菌：用物理或 化学方法杀死或除 去环境中所有微生 物，包括营养细胞、 细菌芽孢和孢子。 消毒：用物理或化学
一、电控箱面板上按钮和指示灯说明 电控柜面板图 在电控箱面板上有以下按钮和指示灯：进料阀开、进料阀关、排料阀开，排料阀关，系统运行和系统停止以及急停。具体的使用说明如下： 1、进料阀开/关：当按下进料阀开按钮时，进料电动阀打开，当阀门全部打开后， 进料阀开的按钮上的绿色指示灯亮，同时进料泵自动启动，当按下进料阀关时，进料阀关闭，同时进料泵停，当进料阀完全关闭后，进料阀关的按钮上的红色指示灯亮。 2、排料阀开/关：当按下排料阀开按钮时，排料电动阀打开，当阀门全部打开后， 排料阀开的按钮上的绿色指示灯亮；当按下排料阀关时，排料阀关闭，当排料阀完全关闭后，排料阀关的按钮上的红色指示灯亮。
3、排料阀开/关：当按下系统运行按钮后，整个系统按照设定的参数自动运行， 同时系统运行指示灯亮；当按系统停止按钮后，系统停止运行，同时系统停止运行指示灯亮。 4、急停按钮：出现紧急情况时可以按下急停按钮，使整个系统停机。 二、触摸屏上相应的参数设定说明 主画面 1、系统上电后，触摸屏自动进入主画面，此画面中显示发酵罐内 当前的温度，压力以及搅拌的转速和热水罐的温度以及液位状态；进出料状态也在此画面中显示。按下参数设定键进入参数设定画面。
参数设定一 2、在此画面中设定热水罐和发酵罐的工作参数，说明如下：（参数 都在系统运行时生效） 1）热水罐加热器启动/停止温度：当热水管内温度低于启动温度时，并且热水罐内的水位超过了中液位时，电加热器自动启动，加热到设定的停止温度后，电加热器自动停止运行。注意：停 止温度应大于启动温度。 2）发酵罐加热泵启动/停止温度：当发酵罐内的温度低于启动温度时，并且热水罐内的水位超过了中液位时，加热泵启动循环， 给发酵罐加热，当温度到停止温度时，加热泵停止。注意：停 止温度应大于启动温度。 3）发酵罐排气阀开/关压力：当发酵罐内的压力大于开阀压力时，排气电磁阀自动打开，当发酵罐内压力降到关阀压力时，排气 电磁阀自动关闭。注意：开阀压力应大于关阀压力。 4）搅拌器转速设定：通过此参数来设定变频器的频率。从而设定发酵罐搅拌器的转速。 按下一页进入参数设定二画面，按返回，回到主画面。