发酵工程单元操作-精
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第十二章发酵工程下游工程技术第一节发酵液的预处理与固-液分离1.1 概述发酵产物的提取与精制属于发酵工程的下游加工技术。
下游加工亦称发酵后处理,是指从发酵液或酶反应中分离纯化目的产物并加工成成品的过程。
在多数情况下是从稀的发酵液中回收目的产物,整个过程有多项单元操作组成,其中有许多是经典的化工单元操作。
上游加工下游加工一、下游加工过程的重要性1.获得商业产品的关键环节。
2.促进发酵工程上游加工技术或工艺的改进。
3.拥有市场竞争力的重要保证。
二、下游加工过程的特点1. 发酵液是复杂的多相系统,属非牛顿液体,从中分离所需产品困难大。
2. 发酵产品在培养液中具有浓度低,稳定性差,对酸碱等外界环境十分敏感,容易失活。
3. 下游加工过程代价昂贵,产品回收率不是很高。
4. 发酵过程复杂,要求下游加工工艺应具有相当的适应性,以确保最终产品的纯度和质量。
三、下游加工的原则和要求原则:1)短时间内处理2)分离时尽量低温3)选择生物物质稳定的pH4)要程序化进行清洗,消毒,包括厂房,设备,管路要求:1)达到所需的纯度2)成本要低,得率高3)工艺过程要简便,对分离物质特性清楚4)废弃物要易处理,能够做到综合利用(零排放;清洁生产)5)实验室产品能够放大生产四、下游加工工程的一般流程1. 粗分离阶段(1)发酵液的预处理和固-液分离。
(2)产物的初分离。
2.纯化精制阶段(3)产物的高度纯化。
(4)成品加工。
1.2 发酵液的预处理与固-液分离一、发酵液的一般特征1. 含水量高,一般可达90%~99%,处理体积大。
2. 产品浓度低。
3. 悬浮物颗粒小,密度与液体相差不大。
4. 固体粒子可压缩性大,一压缩就变形。
5. 液体黏度大,大多为非牛顿型流体。
易吸附在滤布上。
6. 产物性质不稳定,不耐热、酸碱敏感、易被氧化、易被微生物污染及酶分解。
二、发酵液预处理的目的和要求1.预处理的目的(1)改变发酵液的物理性质,促进悬浮液中分离固形物的速度,提高固液分离器的效率;(2)尽可能使产物转入便于后处理的某一相中(多数是液体);(3)去除发酵液中部分杂质,以利于后续各步操作。
09116发酵工程教学大纲《发酵工程》课程(09116)教学大纲一、课程基本信息课程中文名称:发酵工程课程代码:09116学分与学时:4学分,76学时(理论课2.5学分,52学时;实验课1.5学分,24学时)课程性质:专业必修授课对象:生物工程二、课程教学目标与任务《发酵工程》是生物工程专业的一门专业必修课,发酵工程是生物技术的基础和重要组成部分,是生物技术产业化的重要环节,是工业生物技术的核心。
发酵工程是利用微生物的特定性状和技能,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一种技术体系。
通过本课程的学习,使学时掌握微生物产品生产的基本理论,能进行发酵的工艺设计和解决产品生产过程中出现的主要问题,并为从事生物新产品和工艺的研究与开发打好应用的理论基础。
三、学时分配课程内容与学时分配表四、课程教学内容与基本要求发酵过程一般包括培养基制备、无菌空气供应、菌种及种子扩大培养、发酵过程及控制、发酵产品下游加工过程和发酵过程废弃物处理等几大部分。
基于《生物工程设备》、《发酵工程》、《生物分离工程》三个组成部分集体分工和侧重点不同,《发酵工程》部分着重阐明、并要求学生熟练掌握培养基制备、无菌空气工艺、菌种及种子扩大培养、发酵过程及控制、染菌和防治等几个单元操作的基本原理和方法,对于其它部分将在后续的课程中深入讲解。
发酵过程是一门综合性很强的课程,涉及到化工原理、生物化学、微生物学、物理化学等多个学科,基础理论性和实践性均很强,要求基础理论和生产实践密切结合。
因此,该课程需啊哟在理论教学的同时,配合生产见习和实验的实践环节,要求学生建立实际生产的概念,在参观实习和实验实践中巩固本课程的教学效果,培养分析问题和解决问题的能力。
学生通过该课程的学习将会缩短理论与生产实践的距离,建立用理论知识分析和解决生产实际问题的概念和能力,动手能力也将有所提高。
第一章发酵工程概论教学目的:从总体上让学生对发酵工程有个整体的认识。
第1课时 传统发酵技术的应用、发酵工程及其应用 课标要求 1.举例说明日常生活中的某些食品是运用传统发酵技术生产的。
2.阐明发酵工程利用现代工程技术及微生物的特定功能,工业化生产人类所需产品。
3.举例说明发酵工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值。
考点一 传统发酵技术的应用一、发酵与传统发酵技术1.发酵的概念 发酵是人们利用微生物,在适宜的条件下,将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
2.传统发酵技术二、传统发酵食品的制作1.腐乳制作(1)原理:蛋白质―――→蛋白酶小分子的肽和氨基酸。
脂肪―――→脂肪酶甘油和脂肪酸。
(2)腐乳制作过程中参与的微生物:毛霉是一种丝状真菌,其繁殖方式为孢子生殖,代谢类型是异养需氧型。
2.泡菜的制作(1)乳酸菌发酵制作泡菜的原理:C 6H 12O 6――→酶2C 3H 6O 3(乳酸)+能量。
(2)制作泡菜的方法步骤(3)泡菜腌制中乳酸菌、乳酸和亚硝酸盐的变化发酵时期乳酸菌乳酸亚硝酸盐发酵初期少(有O2,乳酸菌活动受抑制)少增加(硝酸盐还原菌的作用)发酵中期最多(乳酸抑制其他菌活动)积累、增多、pH下降下降(硝酸盐还原菌受抑制,部分亚硝酸盐被分解)发酵后期减少(乳酸继续积累,pH继续下降,抑制其活动)继续增多,pH继续下降下降至相对稳定(硝酸盐还原菌被完全抑制)变化曲线注意亚硝酸盐是硝酸盐还原菌促进硝酸盐还原形成的,而不是硝化细菌氧化氨形成的深度思考①在泡菜制作过程中营造“无氧环境”的3项措施是什么?提示a.选择的泡菜坛要密封性好。
b.加入蔬菜后要注入煮沸冷却的盐水,使盐水没过全部菜料。
c.盖上坛盖后要在坛盖边沿的水槽中注满清水。
②为什么泡菜坛只能装八成满?提示在泡菜发酵初期,由蔬菜表面带入的大肠杆菌、酵母菌等较为活跃,它们可进行发酵,发酵产物中有较多的CO2,如果泡菜坛装得太满,发酵液可能会溢出坛外。
另外,泡菜坛装得太满,会使盐水不太容易完全淹没菜料,从而导致坛内菜料变质腐烂。
第一章发酵工程—2022-2023学年高二生物学人教版(2019)选择性必修三大单元复习第一步:单元学习目标整合第二步:单元思维导图回顾知识第三步:单元重难知识易混易错(一)传统发酵技术1.发酵:利用微生物,在适宜的条件下,将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程2.实例:腐乳制作(1)参与微生物:毛霉、酵母、曲霉等(2)原理:豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸,味道鲜美,易于消化吸收3.传统发酵技术(1)概念:直接利用原材料中天然存在的微生物,或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术(2)形式:以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主,通过是家庭式或作坊式的(3)产物:腐乳、酱油、醋、泡菜、豆豉、酱等(二)尝试制作传统发酵食品1.泡菜制作的原理(1)菌种:乳酸菌。
a.分布:广泛分布在空气、土壤、植物体表、人或动物的肠道等处。
b.代谢类型:异养厌氧型。
c.常见种类:乳酸链球菌和乳酸杆菌。
其中乳酸杆菌常用于生产酸奶。
(2)发酵原理:乳酸菌在无氧条件下,将葡萄糖分解为乳酸。
2.泡菜制作的实验设计a.制作流程b.准备材料①选择泡菜坛:选用火候好、无裂纹、无砂眼、坛沿深、盖子吻合好的泡菜坛。
①选择原料:质地鲜嫩,肉丰富,无虫咬,无烂痕,无斑点。
c.制作过程①原料处理:将鲜菜修整、清洗、阳光下晾晒到菜表皮萎蔫时收起,切成条状或片状。
①配制盐水:按照清水与盐的质量比为4①1的比例配制盐水,并将盐水煮沸冷却。
①装坛:将经过预处理的新鲜蔬菜混合均匀,装入泡菜坛中,装至半坛时放入香辛料,继续装到八成满,再徐徐注入配制好的盐水,使盐水没过全部菜料,盖好坛盖。
①封坛发酵:向坛盖边沿的水槽中注满水,以保证坛内乳酸菌发酵所需的无氧环境。
要注意经常补充水槽中的水。
①成品:将封好的坛子,放在室温环境中约15天,便可制成清脆爽口的泡菜。
d.腌制条件在腌制过程中,要控制腌制的时间、温度和食盐的用量。
1、发酵过程工艺控制中物理参数包括:温度、压力、搅拌转速和质量等。
2、介质过滤除菌机理主要有:惯性碰撞,拦截作用,静电吸引,布朗运动和重力沉降等。
3、液体发酵反应器种类主要包括:酒精发酵罐;啤酒发酵罐;机械搅拌通气式发酵罐;自吸式发酵罐;循环式发酵罐和排管式发酵罐等。
4、实验室使用的发酵系统基本组成可分解为:罐体系统,包括罐体等装置;灭菌系统,包括:蒸汽发生器等装置;温度控制系统,包括:罐内温度传感器等装置;无菌空气制备系统,包括:空气压缩机等装置;控制系统,包括:电源开关等装置。
1.灭菌方法主要有()A.干热灭菌法B.湿热灭菌法C.射线灭菌法D.化学药品灭菌法E.过滤除菌法2.能影响发酵过程中温度变化的因素是()A.微生物分解有机物释放的能量B.机械搅拌C.水分蒸发D.发酵罐散热E.菌体自溶3. 发酵过程中污染杂菌的途径可能有()A.种子带菌B.无菌空气带菌C.设备渗漏D.培养基和设备灭菌不彻底E.操作不当4.影响培养基灭菌效果的因素有()A.温度B.时间C.pH值D.培养基成分和颗粒物质E.泡沫5. 补料有利于控制微生物的中间代谢,补料的内容有()A.能源和碳源B.氮源C.消泡剂D.微量元素或无机盐E.诱导酶的底物1.下列不是微生物生长、繁殖所必需的物质的是()A 激素B 核苷酸C 维生素D 色素E 抗生素2.高温对培养基成分的有害影响,表现在()A 形成沉淀B 破坏营养C 提高色泽D 改变培养基的pH值E 降低培养基浓度3.微生物的次级代谢产物,()A 是微生物生长繁殖所必需的物质B 对微生物无明显的生理功能C 在细胞内积累D 具有菌株特异性E 是以初级代谢产物为前体衍生而来4. 近代发酵工业具有以下特点()A 由自然发酵转为代谢控制发酵和人工支配遗传因子的发酵B 微生物酶反应生物合成和化学合成相结合C 向大型发酵和连续化、自动化方向发展D 微生物工业涉及国民经济的各个领域E 从糖质原料转到利用石油、天然气及纤维素资源5. 目前发酵过程已经实现在线测量和控制的参数是()A 温度B pH值C 溶解氧浓度D 消泡E 流量5.发酵完毕后,目标产物提取前,要对发酵液进行预处理,其内容包括:(),(),(),()。
单体车间发酵岗位工艺操作规程1.目的及适用范围1.1 本规定的目的是严格工艺操作,提高工作质量,保证安全文明生产。
1.2本规定适用于发酵工序消毒、接种、移种、温度控制、压力通气量控制、冷冻、取样、加热放罐、输送的过程控制。
2.相关文件:无3.发酵岗位使用专业术语3.1 延滞期:培养基接种以后,细胞并不立即生长繁殖,其细胞数在一定时期内无明显增加,这一阶段称为延滞期。
延滞期是细胞在环境改变后表现出来的一个适应阶段,这是一个静态到动态的过程,须缓慢控制,即用低转速来控制好溶氧。
3.2 对数生长期:细胞经过延滞期后适应了新环境,生理状态也较为活跃,细胞开始迅速繁殖,由于细胞以分裂方式繁殖,细胞数目呈几何级数增加,故称对数生长期。
进入对数生长期可提高转速满足菌种对氧的高呼吸要求。
3.3 稳定期:随着细胞的生长繁殖,培养基中营养物质渐趋耗尽,而代谢产物的逐渐增多,以及菌生长引起周围环境条件(如PH值、温度等)的变化,使的细胞的繁殖速度逐渐降低,当细胞的繁殖速率与死亡速率相等时,细胞生长进入稳定期,细胞浓度达到最大。
3.4 衰亡期:培养基中营养成分耗尽,代谢产物大量堆积,这时能够继续繁殖的细胞数越来越少直至为零,而死亡的细胞则越来越多,即活细胞数显著下降,故此时期称为衰亡期。
3.5 球状菌:球状菌又可细分为单球菌、双球菌、四连球菌、八叠球菌、链球菌、葡萄球菌。
3.6 杆状菌:3.6.1 按菌的长短细分为长杆菌和短杆菌。
3.6.2 按菌的粗细细分为粗杆菌和细杆菌。
3.6.3 按菌的相连个数细分为单杆菌、双杆菌、链杆菌。
3.7 螺旋状菌:螺旋状菌又可细分为弧菌和螺旋菌。
注:芽孢菌(又称内生孢子)不具有分类学上的意义,其只是细菌(一般为杆菌,球菌也有)在生长过程中细胞内部产生了一些圆状或椭圆状的空心,以抵抗不良环境对其的影响。
4.职责:4.1 认真执行本公司各项管理规定和规章制度。
4.2 严格按单体操作规程和设备操作规程操作,严禁超温、超压,违章操作。
第一章1发酵和发酵工程的概念发酵狭义: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。
广义:凡是培养细胞(动、植物和微生物细胞)来制得产品的过程。
发酵工程研究发酵工业生产过程中,各个单元操作的工艺和设备的一门科学5、分批发酵,分批补料发酵分批发酵(batch-process):在生物反应器内投入限量培养基后,接入微生物菌种进行培养,完成一个生长周期,获得产品的微生物培养方法。
是目前传统发酵工业所采用的主要发酵形式。
在分批补料发酵:发酵的开始投入一定量的培养基,在发酵过程的适当时期,开始连续补加碳或(和)氮源或(和)其他必需基质,直至发酵液体积达到发酵罐最大操作容积后,将发酵液一次放出,这种操作方式称为补料分批发酵。
这种发酵方式能保持较高的活菌体浓度,目前,基因工程菌发酵常采用此方法3、诱变育种和分子育种的定义。
诱变育种的含义应用微生物遗传和变异理论,用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群, 促进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, 从中挑选少数符合育种目的的突变株, 以供生产实践或科学研究用分子育种的含义分子育种(分子克隆、基因工程)是分子水平上的育种方法。
根据需要,用人工的方法取得供体DNA上的基因,在体外重组于载体DNA上,再转移到受体细胞使其复制、转录和翻译,表达出供体基因原有的遗传形状。
3、初级代谢产物和次级代谢产物的定义。
1初级代谢产物的定义:微生物代谢产生的,并且是微生物生长与繁殖所必需的代谢产物初级代谢产物种类:有机酸、氨基酸、核苷酸、蛋白质(包括酶)、多糖、核酸等2次级代谢产物的定义:微生物代谢产生的,与微生物生长与繁殖无明确关系的代谢产物;种类包括:抗生素、激素、毒素、色素、信息素、生物碱等。
2、发酵工程研究的内容※发酵工业用生产菌种的选育:◆自然选育◆诱变育种◆基因工程育种※发酵条件的优化与控制※生物反应器的设计※发酵产物的分离、提取和精制3、发酵类型1 按发酵产品的类型划分2 按发酵工艺是否需氧划分※厌氧发酵:如酒类发酵、酒精发酵、丙酮丁醇发酵、乳酸发酵和甲烷发酵※通风发酵:如酵母菌生产、抗生素发酵、有机酸发酵、氨基酸发酵和酶制剂生产等3 按发酵工艺培养基的状态划分※固态发酵:主要应用于传统酿造业。