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发酵⼯程重点第⼀章、绪论⼀、名词解释：1．发酵：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2．发酵⼯程：主要指在最适发酵条件下，发酵罐中⼤量培养细胞和⽣产代谢产物的⼯艺技术。
3．微⽣物的纯培养：把各种微⽣物彼此分开培养成纯种微⽣物4．深层培养：（你们书上有的）5．微⽣物的⽣物转化：是利⽤⽣物细胞对⼀些化合物某⼀特定部位（基团）的作⽤，使它转变成结构相类似但具有更在经济价值的化合⼆、问题：1.发酵⼯业的基本流程是什么？①发酵原料的选择和预处理②微⽣物菌种的选育及扩⼤培养③发酵设备选择及⼯艺条件的控制④发酵产物的分离提取⑤废弃物的回收和利⽤等2.发酵⼯程有哪⼏部分组成？各部分研究⽬标是什么？- 上游⼯程- 发酵⼯程- 下游⼯程3.实现发酵产品的基本条件是什么？适宜的微⽣物、保证或控制微⽣物进⾏代谢的各种条件、进⾏微⽣物发酵的设备、精制成产品的⽅法的设备第⼆章、⼯业发酵菌种的选育⼀、名词解释：1.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，选育出优良菌种的过程2.诱变选育：利⽤物理或化学诱变剂处理均匀分散的微⽣物细胞群，促使其突变率⼤幅度提⾼，然后采⽤简便、快速和⾼效的筛选⽅法。
3.富集培养：利⽤不同种类微⽣物⽣长繁殖对环境和营养的要求不同，⼈为的控制条件，使之利于某类或某种微⽣物⽣长，⽽不利于其他种类的微⽣物的⽣存，已达到使⽬的菌种占优势⽽得以快速分离纯化的⽬的。
⼆、问题：1、微⽣物菌种选育的⽅法：⾃然选育、诱变育种、细胞⼯程育种、DNA重组技术育种2、⾃然选育的主要步骤：答案⼀：菌种—菌悬液—分离单菌落—分别测定单菌落的⽣产能⼒—筛选⾼产菌株◆答案⼆：采样-增殖培养-培养分离-筛选（初筛和复筛）（⽼师说答案2还好，⼤家可以⾃⼰再整理下）3、诱变选育的⽅法和步骤？- ⽅法和步骤：①出发菌株的选择②制备菌悬液③诱变处理④中间培养⑤突变菌株筛选- 后培养（中间培养）：由于在发⽣了突变尚未表现出来之前，有⼀个表现延迟的过程，即细胞内原有酶量的稀释过程（⽣理延迟），需3带以上的繁殖才能将突变性状表现出来。
发酵设备要求范文发酵设备是用于培养微生物并促使其发酵过程的设备。
在发酵过程中，微生物会通过分解有机物质产生各种化合物，例如乳酸、醋酸、乙醇、纤维素等。
在饮食、药品、酒精、生物燃料等行业都有广泛的应用。
发酵设备所需的要求因实际需要而异，但以下是一些常见的要求：1.温度控制：发酵过程对温度有严格的要求。
不同的微生物在不同的温度下最适合生长和发酵。
因此，发酵设备需要能够提供合适的温度范围，并能够稳定地控制和调节温度。
一般来说，发酵设备应能够在5°C至60°C的范围内进行温度调节。
2.pH控制：酸碱度对微生物的生长和发酵也有重要影响。
不同的微生物在不同的pH值下才能发挥最佳效果。
因此，发酵设备需要能够测量和调节培养液的pH值。
3.氧气供应：一些微生物需要氧气才能进行正常的发酵。
发酵设备应能够提供足够的氧气供给，以促进微生物的活动。
4.搅拌：搅拌是维持培养液均匀混合的重要手段。
搅拌有助于均匀分布营养物质、保持培养物的均匀温度和pH值，促进微生物的生长和发酵。
5.厌氧环境：一些微生物需要在无氧或低氧的环境下进行发酵。
因此，一些发酵设备可能需要提供厌氧条件，例如通过封闭设备或进气控制等方式。
6.可调节发酵容器：发酵容器应具备可调节的容量和形状，以适应不同规模的发酵过程。
容器大小应能容纳培养基、微生物和其他辅助物质，并能容纳期间产生的发酵产物。
7.卫生安全要求：发酵设备应具备良好的卫生安全要求，以防止微生物污染和外界污染物的进入。
设备应易于清洁，外壳应具备密封性，以防止细菌、病毒等的进入。
总之，发酵设备需要满足微生物生长和发酵的基本要求，如温度、pH 值、氧气供应等，并应具备良好的搅拌和卫生安全要求。
同时，根据发酵的具体需求，设备还可以通过调节容量、形状和提供厌氧环境等方式进行定制。
1、发酵工程的基本定义？发酵工程：是利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系，是生物工程与生物技术学科的重要组成部分。
发酵工程也称作微生物工程，该技术体系主要包括菌株选育与保藏、菌种的扩大生产、微生物代谢产物的发酵生产和分离纯化制备，同时也包括微生物生理功能的工业化利用。
2、提出研发一个发酵新产品的可能路线发酵生产工艺流程除某些转化过程外，典型的发酵工艺过程大致可以划分为以下6个基本过程①用作种子扩大培养及发酵生产的各种培养基的配制；②培养基、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，以一定比例将菌种接入发酵罐中；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；⑥ 回收或处理发酵过程中所产生的三废物质。
3、发酵工业的特点①常温常压下进行的生物化学反应，条件较温和②较廉价的原料生产较高价值的产品③通过生物体的自适应调节来完成，反应专一性强，可以得到较为单一的代谢产物④可以产生比较复杂的高分子化合物⑤不受地理、气候、季节等自然条件的限制，可以根据订单安排通用发酵设备来生产多种多样的发酵产品1、为什么需要进行微生物菌种改良？①提高目标产物的产量生产效率和效益！②提高目标产物的纯度，减少副产物可有效降低产物分离成本。
③改良菌种性状，改善发酵过程改变和扩大菌种所利用的原料范围、提高菌种生长速率、保持菌株生产性状稳定、提高斜面孢子产量、改善对氧的摄取条件并降低需氧量及能耗、增强耐不良环境的能力（如耐高温、耐酸碱、耐自身所积累的过量代谢产物）、改善细胞透性以提高产物的分泌能力等。
④改变生物合成途径，以获得高产的新产品2、你认为菌种筛选过程中最关键的环节是什么？筛选方法（1）平皿快速检测法肉眼可观察的变化。
显色法、变色圈法、透明圈法、生长圈法和抑制圈法…（2）形态变异的利用（3）高通量筛选(high throughput screening)3、如果尽量保持菌种不发生退化？（1）控制传代次数基因的变化往往发生在复制和繁殖过程中，繁殖越颇繁，复制的次数越多，基因发生变化的机会也就越多。
第2章发酵设备教学内容本章主要内容：1．反应器分类2．反应器设计原则3．厌氧反应器结构4．各类常见好氧发酵罐结构5．反应器的放大方法利用生物催化剂进行反应的生物技术过程，其生物反应器在整个过程中，具有中心纽带的作用，是实现生物技术产品产业化的关键设备，是连接原料和产物的桥梁。
在反应器内，生物催化剂 ( 酶或细胞 ) 作用于底物或基质合成细胞或产物，将廉价的原料升值为生化产品。
在生物反应过程中，若采用活细胞 ( 包括微生物、动物域植物细胞 ) 为生物催化剂，称为发酵过程或细胞培养过程。
采用游离或固定化酶，称为酶反应过程。
相应的反应器也分为发酵罐、动植物细胞反应器和酶反应器。
细胞反应器中的生物反应通过细胞中精确调控的酶系进行催化，所以比较复杂，经过一系列的生物反应将培养基的成分转化为新细胞或各种代谢产物。
生物反应器的设计和操作，是生物工程中非常重要的工程问题，对产品的成本和质量有很大影响。
微生物细胞反应过程，即发酵过程，以微生物的生命活动来获取各种产品，因此，发酵罐也围绕微生物的生命代谢活动展开。
这就要求细胞生物反应器必须能保证生物体的生长特性和要求，满足生物体的不同生长阶段对温度、溶解氧、pH、渗透压等的不同要求，同时考虑生物体可能受到的剪应力影响，还要求在运行中达到无菌的要求。
反应器分类及设计的原则和目标生物反应器应提供适宜生物体生长和产物形成的各种条件 ( 如维持适当的温度、溶解氧、pH 等 ) ，促迸微生物的代谢，达到低能耗、高产量的目的。
同时还应满足无菌的要求。
另外反应器的结构应尽量简单，便于清洗和灭菌。
第一节反应器分类及设计的原则和目标一、反应器的分类1．根据生物作用剂的不同，生物反应器分为：①酶催化反应器:在酶催化反应器内进行的生化反应比较简单，酶与化学催化剂相似，在反应过程中本身不变化，与一般的化学反应器无大的区别。
②细胞反应器:细胞反应器中进行的反应十分复杂，在反应的同时，细胞本身也增殖，同时为了使细胞能有效地维持催化活性，在反应过程中还必须避免受到外界各种杂菌的污染。
细胞生物反应器中的生物反应通过细胞精确调控的酶系进行催化，经过一系列的生物反应将培养基的成分转化为新的细胞个体和各种代谢产物。
2．根据细胞或组织的代谢要求等可分为：①厌氧生物反应器：发酵过程中不需要通入空气或氧气，根据菌体的厌氧程度，甚至要通入二氧化碳或氮气等惰性气体，维持发酵罐内的罐压，防止染菌，满足生物体的厌氧水平。
厌氧发酵罐常用于酒精、啤酒、丙酮丁醇的发酵生产。
②好氧生物反应器：此类反应器根据搅拌方式的不同，又可分为机械搅拌式、气升式、自吸式等。
前两者是在发酵过程中通入空气或氧气。
后者则可自行吸入空气满足生物体的需求。
机械搅拌式反应器靠搅拌器提供能量使发酵液循环、混合；气升式反应器靠通入的空气上升产生动力，带动发酵液循环、混合；而自吸式反应器是靠特殊的搅拌叶轮在搅拌过程中产生真空将空气吸入发酵罐内，不需另外供气。
好氧反应器用于氨基酸、抗生素、酶制剂等的发酵生产。
③光照生物反应器：反应器的壳体部分全部采用透明材料，保证光能照射到反应器内物料，以利于光合作用的进行。
一般配有照射光源，白天可利用日光。
多用于植物细胞和组织及光合菌的生产。
④膜生物反应器：反应器内安装适当的部件作为生物体的附着体，或采用超滤膜将细胞控制在某一区域内进行反应。
多用于基因工程菌或细胞的代谢生产。
3．根据反应器的结构特征，生物反应器可以分成罐式、管式、塔式、膜式等反应器。
二、反应器的设计目标和原则生物反应器是进行生物反应的核心设备，无论是使用微生物、酶或动植物细胞 ( 或组织 ) 作为生物催化剂，所需要的反应器都应具备:①严密的结构；②良好的液体混合性能；③较高的传质、传热性能；④结构简单，能耗低；⑤配套而又可靠的检测和控制仪表。
判断生物反应器好坏的唯一标准是该装置能否适合工艺要求以取得最大的生产效率。
生物反应器设计的主要目标是获取高质量、低成本的产品。
而做到低成本的一个重要因素是增效节能。
生物反应器设计应遵循以下一些原则:①生物反应器应具有适宜的径高比。
满足不同生物体生长代谢的溶氧和厌氧需求。
②应承受一定的压力。
满足正常工作和灭菌时的压力、温度要求，因此罐体各部件要有一定的强度，能承受一定的压力。
③有搅拌通风装置的反应器应能使气液固三相充分混合，满足物料必须的溶氧需求。
④反应器应有恰当的冷却装置和冷却面积，满足生物体生长代谢过程中的温度要求。
生物体的生长代谢会产生大量的热量，必须经过冷却将其移走。
⑤反应器应尽量减少死角，消除藏垢积污场所，保证灭菌彻底。
⑥尽量减少法兰连接，防止因设备震动和热膨胀，引起法兰连接处移位，造成污染。
⑦保证灭菌工作的顺利进行，培养系统中已灭菌部分与末灭菌部分之间不能直接连通；某些部分应能单独灭菌。
生物反应器设计和操作的限制因素主要是传质和传热。
传质问题在基质不溶的反应过程中显而易见，在高耗氧的生物反应过程中则尤为突出。
传热问题在放热的生物反应过程中尤为重要，为了保证生物反应器能在要求的温度下进行，热交换是大型的生物反应器设计的一个重要环节。
第二节微生物细胞反应器–发酵罐微生物细胞反应器即发酵罐，是发酵工厂的核心设备，必须具有适宜微生物生长和产物形成的各种条件，促进微生物的代谢，达到低能耗、高产量。
因此微生物细胞反应器必须具备微生物生长的基本条件，如维持适当的温度、不同程度的无菌条件的要求等；反应器结构应尽量简单，便于清洗和灭菌。
按微生物对氧的需求，发酵罐可分为厌氧发酵罐和好氧发酵罐，厌氧发酵罐主要用于酒精、啤酒、丙酮、丁醇和乳酸等产品的生产。
好氧发酵罐多用于氨基酸、抗生素、酶制剂等的生产。
一、密闭厌氧式发酵罐密闭厌氧式发酵罐在工业生产中主要用于啤酒和酒精的生产。
由于没有溶解氧的要求，其结构相对比较简单。
1．啤酒发酵罐①露天式锥底发酵罐:啤酒行业目前广泛采的发酵设备是圆筒体锥底发酵罐 ( 简称锥形罐 ) ，发酵罐最大容量达 1500 t 。
是 20 世纪初期瑞士的 Nathan 发明，所以又称奈坦罐。
发酵罐的冷却装置般分 2 - 4 段，根据罐体高度而定。
罐锥底部分最好也能冷却。
锥型罐的冷却形式多种多样，如扣槽钢却层内带导向板、罐外加氨管及长方形薄夹层螺旋、环形冷却带或米勒板式夹套内流动换热等。
常用隔热层材料有:聚酣胺树脂、自熄式聚苯乙烯塑料、膨胀珍珠岩和矿渣棉等。
外保护层一般采用 0.7 - 1.5 mm 厚的合金铝板或 0.5 - 0.7 mm 的不锈钢。
由于锥型罐体积大，设备清洗均采用 CIP ( cleaning in place ) 清洗系统。
锥型壤的优点是发酵速度快，易于沉淀收集酵母 ( 下面酵母 ) ，减少啤酒及其苦味物质的损失，泡沫稳定性得到改善，对啤酒工业的发展极为有利。
②联合罐:联合罐是一种在美国出现的称为 Universd 的发酵罐，是由带人孔的薄壳圆柱体、拱形顶及有足够斜度以排除酵母的锥底组成。
般圆柱部分高度和直径比为 ( 1 - l.3 ) : l ，罐璧设有冷却板，罐体基础采用钢筋混凝田柱体的形状按照壤底的斜度确定。
圆柱体与罐体之间填入坚固的水泥沙浆，罐底与沙浆间有一层空心绝缘层。
罐体耐压较小，为降低造价一般不设计成耐压罐 ( 二氧化碳的饱和是在完成罐进行，否则应考虑适当的耐压 ) 。
罐中心设有二氧化碳注射圈，高度恰好在酵母层之上。
二氧化碳注射入时，引起啤酒运动，使酵母浓聚于底部出口处，同时啤酒中的不良挥发成分被注入的二氧化碳带着逸出。
联合罐可采用机械搅拌，也可通过对罐体的精心设计达到同样的搅拌作用。
③朝日罐:朝日罐又称朝日单一酿槽，是日本朝日公司试制成功的前、后酵合一的室外大型发酵罐，，罐体为斜底圆桂形发酵罐。
高度与直径的比值为 ( 1 – 2 ) : 1 。
外都设有冷却夹套包围壤身与罐底。
内部设有带转轴的可动排液管，用来排出酒液。
酵母的分离依靠离心机来完成。
2．酒精发酵罐酒精发酵罐，结构较为简单，罐体采用圆柱形，底盖和顶盖均为碟形或锥形，如图8-4所示发酵罐宜采用密闭式，便于二氧化碳的回收。
罐预装有人孔、视镜、二氧化碳回收管、迸料管、接种管、压力表、测量仪表接口等。
罐底有排料口、排污口，罐身上下有取样口、温度计接口、冷却水迸出口等。
对于大型发酵罐，靠近罐底也装有人孔，便于维修和清洗。
发酵液的冷却，中小型发酵罐多采用罐顶喷水淋于罐外壁进行膜状冷却，对于大型发酵罐，罐内装有冷却盘管或盘管冷却与罐外喷淋联合冷却装置，罐外壁底部四周装有集水槽，避免车间积水。
发酵罐的洗涤，采用水力喷射洗涤装置。
二、好氧发酵罐大多数生化反应都是好氧的，由于氧在培养基中的溶解度很小，细胞生物反应器必须不断通气和搅拌来增加氧的溶解量，满足好氧微生物新陈代谢的需要。
同时，搅拌还可使培养液保持均匀的悬浮状态并促进发酵热的散失等。
好氧反应器分为机械搅拌式、气升式和自吸式发酵罐。
以机械搅拌通风发酵罐占主导地位，其他形式的应用较少。
(一) 机械搅拌型发酵罐机械搅拌通风发酵罐，在生物工业中使用最为广泛，以其实用性能好，适用性强，放大相对容易著称，因此又称为通用型发酵罐。
其典型的缺点是机械搅拌产生的剪切力容易使耐剪切力较差的菌体造成损伤，影响菌体的生长和代谢。
1．结构通用发酵罐的主要组成部分有罐体、搅拌装置、传热装置、通气部分、进出料口、温控测量系统和附属系统等。
罐体:大型发酵罐由圆柱体和椭圆形或碟形封头焊接而成，罐径在 l m 以下的小发酵罐封头和罐身可采用法兰连接，为便于清洗，罐顶设有清洗手孔。
为满足工艺要求，罐体应承受 130℃高温和 0.25 Mpa 以上的绝对压力。
常用的机械通风发酵罐的结构和主要几何尺寸已标准化设计，根据发酵种类、规模等在一定范围内选择。
有实验室的 l L 、3 L 、5 L 、l0 L 和 30 L 罐，中试车间的 50L 、100 L 及 500 L 罐到生产使用的 5 m3 、l0 m3 、50 m3 、100 m3 、200 m3 发酵罐等；最大达到 630 m3 。
机械通风发酵罐的几何尺寸见图8-6所示。
搅拌装置:机械搅拌器的主要功能是使罐内物料混合与传质，使通入的空气分散成气泡并与发酵液混合均匀，增加气液接触界面，提高气液间的传质速率，强化溶氧及消泡；使发酵液中的固形物料保持悬浮状态，从而维持气-液-固一相的混合传质，同时强化热量的传递。
搅拌器叶轮多采用涡轮式。
最为常用的有平叶式 ( a ) 、弯叶式 ( b ) 和箭叶式 ( c ) 圆盘涡轮搅拌器，叶片数量一般为 6 个。
此外还有推进式 ( d ) 和Lightnin 式 ( e ) 搅拌器。
8一8为有关的搅拌流型。
挡板的作用是防止液面中心产生旋涡，通常设 4 – 6 块挡板即可满足“全挡板条件”。
