发酵工程设备

发酵工程与设备什么是发酵工程发酵工程是一种利用微生物、酶和其他生物技术生产化学和生物制品的过程。

这种技术十分通用，适用于许多行业，如食品、制药、石油等。

发酵工程已成为现代工业中不可缺少的部分。

随着技术的进步和知识的增加，发酵工程变得越来越重要。

发酵工程的应用1.食品工业：发酵工艺已广泛应用于生产酸奶、面包、啤酒、酒精、味增等食品。

2.制药工业：发酵工艺已应用于生产大量的抗生素、激素、酶和蛋白质制品。

3.石油工业：通过发酵工艺可生产出一些高附加值的产物，如甘油、单体和聚合物等。

在这些行业中，发酵工程所涉及的组成部分包括微生物、培养基、发酵设备、控制系统等。

发酵设备发酵设备是用于生产中发酵过程的特定设备，包括发酵罐、离心机、培养箱、灭菌器、分离机等。

为了满足不同的生产需求，不同的发酵设备需要不同的设计和制造。

在发酵设备的选择上，需要考虑以下因素：1.安全性：发酵过程可以产生许多危险物质，因此设备必须安全可靠，具有充分的安全措施和预防措施。

2.耐用性：发酵设备必须经过长时间的使用和多次的清洗和消毒，所以它必须足够耐用。

3.易于清洗和维护：发酵设备必须易于清洗和维护，以充分消除杂质和其他污染物，从而确保生产的干净和纯度。

在发酵设备的选择中，不同的制造商和供应商之间存在着很大的差异。

为了确保选择的设备是合适的和符合要求的，需要了解所需设备的细节以及必需的规格和功能。

发酵的控制发酵工程中的控制是必不可少的，其目的是确保发酵过程中的操作符合预期，以达到预期的产量和质量。

主要的控制参数包括：1.温度：温度控制是发酵过程中最重要的因素之一。

不同的微生物和反应需要在不同的温度下进行。

因此，在研究和生产中必须选择适当的温度来控制发酵过程。

2.PH值：微生物和酶的活性与PH值密切相关。

因此，在发酵过程中对PH值的控制至关重要。

3.氧气供应：氧气是微生物需要的重要元素之一。

在发酵过程中，需要适当的氧气供应来维持产率和生长。

《发酵工程及设备》实验指导书（适用专业：食品科学与工程）2007年9月实验一摇床培养确定酵母菌体培养和营养条件一．实验目的：掌握微生物斜面培养基、种子培养基及发酵培养基确定方法，学会对已确定菌种确定实验室发酵工艺。

二．实验原理生物量的测定方法有比浊法和直接称重法等。

由于酵母在液体深层通气发酵过程中是以均一混浊液的状态存在的，所以可以采用直接比色法进行测定。

三．仪器与试剂1．仪器设备全恒温振荡培养箱，分光光度计、电热恒温水浴槽、天平、电炉。

2．试剂（1）葡萄糖标准溶液：准确称取100 mg分析纯葡萄糖（预先在105℃烘至恒重），置于小烧杯中，用少量蒸馏水溶解后，定量转移到100 ml的容量瓶中，以蒸馏水定容，冰箱中保存备用。

（2）3, 5－二硝基水杨酸试剂（DNS试剂）：甲液：溶解g苯酚于ml 10％氢氧化钠中，并稀释至69 ml，在此溶液中加入g亚硫酸氢钠。

乙液：称取g酒石酸钾钠，加到300 ml 10％氢氧化钠溶液中，再加入880 ml1％的3、5－二硝基水杨酸溶液。

将甲液与乙液相混合即得黄色试剂，贮于棕色试剂瓶中，放置7－10天以后使用。

（3）37％甲醛溶液（4）mol/L氢氧化钠溶液：称取2 g氢氧化钠，溶于水并稀释至1000 ml。

四．实验方法（1）培养基的配制(见表1,2)表1 正交表试验设计因素水平葡萄糖蔗糖酵母膏KH2PO4123表2 正交表实验方案编号葡萄糖(A) 蔗糖(B)酵母膏(C)KH2PO4（D）生物量（OD）0h 12h 24h 36h 48h 60h1 (1) (1) (1) (1)2 (1) (2) (2) (2)3 (1) (3) (3) (3)4 (2) (1) (2) (3)5 (2) (2) (3) (1)6 (2) (3) (1) (2)7 (3) (1) (3) (2)8 (3) (2) (1) (3)30 min，冷却。

（3）冷却后接种（接种量为5％），置于28℃培养箱进行培养。

《发酵工程设备》课程补考试卷（A）一、选择题: (每题1分，共5分)1、无菌空气在机械搅拌发酵罐生产中的主要作用是______。

A.给培养微生物提供氧气，并可促进菌体在培养基中不断混合B.主要起搅拌作用C.打碎泡沫，防止逃液D.防止产生涡流2、罐式连续蒸煮糖化设备中，为了使真空冷却器达到一定的真空度，除了________之外都可以选用。

A.真空泵B.蒸汽喷射泵C.水力喷射泵D.高压水泵3、空气过滤系统中旋风分离器的作用是______________。

A.分离油雾和水滴B.分离全部杂菌C.分离二氧化碳D.分离部分杂菌4、目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用______________。

A.圆盘平直叶涡轮搅拌器B.螺旋浆式搅拌器C.无搅拌器D.锚式搅拌器5、管道式光培养反应器最适合______________细胞培养。

A.酵母菌B.长春花细胞C.Hela细胞D.海藻细胞。

二、判断题（对的打“√”，错的打“×”每题1分，共5分）1、辊式粉碎机主要利用冲击力将物料粉碎。

2、空气过滤系统中空气加热器的作用是杀灭杂菌。

3、生产操作过程中，始终要保持发酵罐内的罐压为正压。

4、弱碱性阳离子交换树脂交换能力不受溶液pH的影响。

5、立式结晶锅多采用螺旋式搅拌器。

三、填空题（共14空，每空1分，共14分）1、自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此应该用________轴封。

2、动物细胞培养时，悬浮培养适用于型动物细胞，贴壁培养适用于贴壁依赖型细胞。

除此之外还有一种培养对两类细胞都适用。

3、啤酒厂生产麦芽汁多采用四器组合，四器为、、和。

4、空气过滤除菌中常用的介质材料有__________ __ 、_____________、________________等。

5、啤酒发酵罐中发酵液的对流主要是依靠其中的作用,另外冷却操作时啤酒的变化也会引起罐的内容物的对流循环。

6、转鼓直径小，转速高,一般为15000r/min,分离因数大,可达50000,因此分离强度高,可用于液-液分离和微粒较小的悬浮液的澄清。

第1章绪论1、什么是发酵：（工业微生物学家对发酵的定义）通过微生物的生长繁殖和代谢活动，产生和积累人们所需产品（微生物菌体或其代谢产物）的生物反应过程，包括无氧过程和有氧过程，同时涉及分解代谢和合成代谢。

2、发酵工程：指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技术体系，是生物工程与生物技术学科的重要组成部分，主要包括菌种选育和保藏，菌种的扩大培养，微生物代谢产物的发酵生产和分离纯化等。

3、上游生物技术：基因工程和细胞工程主要是从源头上改良生物遗传特性以获得具有优良生物加工和生物转化能力的生物新品种（或品系），通常称为上游生物技术。

4、发酵工程可使生物的优良遗传性状通过微生物大量繁殖得到高效表达，生产所需的产物，包括菌体和代谢产物（如酶制剂、有机酸、氨基酸，抗生素等等）；生化工程则作为实验室所取得的生物技术成果进行产业化的技术支撑，主要内容涉及生物反应及分离纯化过程的放大技术及其设备。

因此，发酵工程和生化工程通常合称为中下游生物技术，是现代生物技术试验成果产业化的关键技术，发酵工程更具有连接生物技术上、下游得纽带作用，成为生物技术中的关键环节，其学科地位显而易见。

5、初级代谢产物：一般将微生物与外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动的物质和能量的过程，称为初级代谢，这一过程的产物为初级代谢产物。

如：糖类物质，氨基酸，脂肪酸，核苷酸等。

6、次级代谢产物：一般认为，次级代谢是指微生物在一定的生长时期，以初级代谢产物为前体，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质的过程。

这一过程的产物，即为次级代谢产物。

如：抗生素、毒素，激素和色素等。

7、发酵的本质发酵的本质就是由微生物的生命活动所产生的酶的生物催化作用所致。

8、发酵工程发展史的六个阶段：（1）自然发酵阶段：特点：家庭式或者作坊式的手工生产；这一阶段的多数产品（如酒精、醋、酸乳、啤酒等）属于厌氧发酵，且非纯种培养；凭经验传授技术，产品质量不稳定。

《发酵工程与设备》期末复习题1、工业发酵的发展经历了哪几个阶段？（6个阶段）答:①自然发酵阶段；②纯培养技术的建立；③通气搅拌发酵技术的建立；④诱变技术与代谢控制发酵的建立；⑤开拓新的发酵原料时期；⑥基因工程阶段(现代发酵工业新阶段)。

2、发酵工程发展过程中的三个转折点什么？答: 纯培养技术的建立是第一个转折点，通气搅拌发酵技术的建立是第二个转折点，代谢控制发酵技术的建立是第三个转折点。

3、根据不同的分类原则，工业发酵可分为若干类型。

按发酵形式、发酵培养基的物理性状、按发酵工艺流程来、按发酵过程中对氧的不同需求来区分，各有哪些？答:①发酵形式：细菌发酵、放线菌发酵、霉菌发酵、酵母发酵②发酵培养基的物理性状：固体发酵、液体发酵、半固体发酵③工艺流程：分批发酵、补料分批发酵、连续发酵④对氧的需求：厌氧发酵、好氧发酵、兼性厌氧发酵4、固体发酵、发酵热、通风比、罐压、临界氧浓度、前体、分批灭菌、种子罐级数、全挡板条件、接种龄、产物合成促进剂、连续灭菌、种子培养、、接种量、轴功率、清洁生产等概念。

固体发酵：又称固态发酵,是指微生物在湿的固体培养基上生长、繁殖、代谢的发酵过程。

发酵热：习惯上将产生的热能减去散失的热能所得的净热量称为发酵热。

通风比：罐压：临界氧浓度：各种微生物对发酵液中溶解氧浓度有一个最低要求，这一溶解氧浓度叫做临界氧浓度，以C浓度表示。

前体：指加入到发酵培养基中，能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高的一类化合物。

分批灭菌：将配制好的培养基输入发酵罐内，直接用蒸汽加热，达到灭菌要求的温度和压力后维持一定时间，再冷却至发酵要求的温度，这一工艺称为分批灭菌或实罐灭菌。

种子罐级数：制备种子需逐级扩大培养的次数全挡板条件：是指达到消除液面旋涡的最低条件，在一定转速下面增加罐内附件而轴功率仍保持不变。

接种龄：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产物合成促进剂：是指那些细胞生长非必需的，但加入后却能显著提高产量的物质。

发酵设备简述生物反应器是为微生物发酵或细胞培养（发酵）或酶反应提供良好的生化反应环境以完成生物催化反应的核心设备，常称为发酵罐或多酶反应器，承担产物的生产任务。

发酵工程主要指在最合适的发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。

这里要有严格的无菌生长环境，包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；还有种子培养和生产培养的不同的工艺技术。

此外，根据不同的需要，发酵工艺上还分类批量发酵：即一次投料发酵；流加批量发酵：即在一次投料发酵的基础上，流加一定量的营养，使细胞进一步的生长，或得到更多的代谢产物；连续发酵：不断地流加营养，并不断地取出发酵液。

在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。

由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。

它的结构、操作方式和操作条件对生物过程产品的质量、转化率及能耗有着密切的关系。

一个优良的培养装置应具有严密的结构，良好的液体混合性能，较高的传质传热速率，同时还应具有配套而又可靠的检测及控制仪表。

判断培养装置好坏的唯一标准应是:该装置是否适合工艺的要求，发酵过程中不发生污染，以获得最大的生产率。

大多数的生化反应都是需氧的，故通风发酵设备是需氧生化反应的核心和基础，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，也不管其目的产物是抗生素、酵母、有机酸或者是酶，所需的通风发酵设备均应具有良好的传质和传热性能，结构严密，防杂菌污染，培养基流动与混合良好，良好的检测与控制。

常用的通风发酵罐有机械搅拌、气升环流式、鼓泡式和自吸式，其中机械搅拌通风发酵罐占主导地位。

通风发酵设备部分1.机械搅拌发酵罐的基本条件①发酵罐应具有适宜的高径比H/D为 1.7-4，罐身越高，氧的利用率较高；②发酵罐能承受一定的压力0.25M Pa(绝压)；③要保证发酵液必须的溶解氧。

④发酵罐应具有足够的冷却面积（夹套、蛇管、列管）；⑤发酵罐内部结构应可能简单，尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌；⑥搅拌器的轴封应严密，减少泄漏，减少染菌机会。

2.控制发酵液中溶解氧的工艺手段？①增大通风量（低通风量下，增大通风量对提高溶氧有显著的效果，副作用：泡沫的形成，水分的蒸发）；②改变搅拌转速；③改变气体中的氧分压；④改变罐压；⑤改变发酵液的性质：补加无菌水，改变培养基的成分。

3.好氧发酵常采用的发酵罐类型有几种？好氧发酵常采用的发酵罐类型有：机械搅拌通风发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐和文氏管发酵罐。

发酵食品部分1.按生产工艺，按糖化发酵剂，按香型，白酒分为哪几种？①按生产工艺：固态法白酒、半固态法白酒、液态法白酒、勾兑白酒；②按糖化发酵剂：大曲酒、小曲酒、麸曲酒、混曲法白酒、其它糖化发酵法白酒；③按香型：酱香型白酒、浓香型白酒、清香型白酒、米香型白酒、其它香型白酒。

2.名词解释：大曲酒、小曲酒、麸曲酒、啤酒①大曲酒：以高粱为原料，大曲为糖化发酵剂，经固态发酵、蒸馏、贮存（陈酿）和勾兑而成。

②小曲酒：以大米、玉米、高粱等为原料，小曲为糖化发酵剂，采用固态或半固态发酵，再经蒸馏并勾兑而成。

③麸曲酒：以纯培养的曲霉菌及纯培养的酒母作为糖化、发酵剂。

④啤酒：啤酒是以麦芽为主要原料，先制成麦汁，添加酒花，在用啤酒酵母发酵而制成的一种酿造酒。

3.白酒生产中，稻壳的作用稻壳质地疏松，吸水性强，用量少而使发酵界面增大的特点，可用作填充剂；含有多缩戊糖和果胶质，在酿酒过程中生成糠醛和甲醇等物质。

使用前必须清蒸20-30分钟，以除去异杂味和减少在酿酒中可能产生的有害物质；稻壳是酿制大曲酒的主要辅料，是一种优良的填充剂。

《发酵工程设备》课程考试试卷（A）答案一、单项选择题: (每题1分)1、A2、C3、D4、D5、D6、C7、D8、D9、D 10、C二、判断题（对的打“√”，错的打“×”）（1×10=10分）1、×2、√3、×4、√5、√6、√ 7√、 8、× 9、× 10、×三、填空题（共22空，每空1分，共22分）1、GadenI型，偶联2、97 m3、、77.5-77.6%3、分布器4、真空煮晶锅5、辊式、干6、糖蜜与水等由于挡板的作用不停地改变方向，实现混合。

7、蒸发水分、凝固蛋白质、煮出酒花中有效成分8、混合罐、超高速碟片式离心机或管式离心机9、助滤剂、过滤介质10、隔膜式压力表、铂电阻温度计、酶电极（生物传感器）11、冷凝水、空气12、斗式提升机四、简答题（共6小题，每小题6分，共36分）1、答：2：进风管：进无菌空气；4：转子：转动形成负压，吸入无菌空气；7：轴封：轴与罐体密封连接；9：定子，导向并使气体均匀分布；10：冷却蛇管：冷却；11：消沫器：消除泡沫a值与一般微2、答：植物细胞的特点：一般来说，植物细胞培养的需氧量及kL和光照。

对于低或中等需氧系统，生物培养相比要低得多。

对剪切力敏感需CO2气体搅拌通常比机械搅拌更为有效。

且非机械搅拌式反应器所产生的剪切力较小，结构简单。

无需轴封。

缺点：往往因搅拌强度过低而使培养物混合不均。

过量通气易于驱除培养液中的CO和乙烯。

过高的溶氧对合成次级代谢产物不利。

23、小分子物质透过膜，而大分子或固体粒子被阻挡。

当溶液从膜的一侧流过时，溶剂与小分子物质透过膜，大分子的溶质在靠近膜面处被截留。

并不断返回至溶液主流中，当这一速度低于大分子溶质在膜面聚集的速度时，则会在膜的一侧形成高浓度的溶质层，这就是浓差极化。

为了减少浓差极化，通常采取错流操作或加大流速等措施。

4、答：这种设备的优点在于能缩短发酵时间,而且具有生产上的灵活性，适合于生产各种类型啤酒的要求。

现代发酵工程名词解释
现代发酵工程是一门研究微生物发酵过程及其应用的科学,涉及到微生物的遗传、生理、代谢和调控等方面,是现代生物学和工程学的重要分支之一。

以下是现代发酵工程中的一些重要名词解释:
1. 发酵罐:发酵罐是一种用于发酵过程的设备,通常由一个或多个圆柱形容器和一个出口端组成。

容器内部通常填充有惰性气体,如氮气或二氧化碳,以保持微生物的生长和发酵过程的稳定性。

2. 发酵剂:发酵剂是指用于发酵过程的微生物或其代谢产物。

常见的发酵剂包括酵母、细菌、霉菌、代谢产物等。

3. 发酵条件:发酵条件是指影响发酵过程的因素,如温度、pH值、氧气浓度、营养物质种类和浓度、代谢产物种类和浓度等。

4. 发酵过程中的控制:发酵过程中的控制包括温度、pH值、氧气浓度、营养物质种类和浓度、代谢产物种类和浓度等的控制。

5. 基因组学:基因组学是指研究生物体基因组的结构和功能的科学。

通过对生物体的基因组进行深入研究,可以更好地了解其遗传信息和控制机制。

6. 代谢组学:代谢组学是指研究微生物代谢途径和代谢产物组成的科学。

通过对微生物的代谢途径和代谢产物进行深入研究,可以更好地了解微生物的代谢能力和代谢产物的功能。

7. 发酵技术:发酵技术是指应用发酵原理和设备进行发酵生产的方法和技术,包括微生物培养、发酵条件控制、代谢产物分离和纯化、发酵产品合成等。

除了上述名词解释外,现代发酵工程还涉及到其他许多重要的概念和领域,如代谢工程、基因工程、蛋白质工程、发酵药物开发等。

随着科技的不断进步和
发展,现代发酵工程将会在各个领域发挥越来越重要的作用。