生物化工工艺学--第8章--发酵过程的工艺控制
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发酵⼯程章节复习资料第⼀章绪论1、发酵及发酵⼯程的概念1、传统发酵最初发酵是⽤来描述酵母菌作⽤于果汁或麦芽汁产⽣⽓泡的现象,或者是指酒的⽣产过程。
2、⽣化和⽣理学意义的发酵指微⽣物在⽆氧条件下,分解各种有机物质产⽣能量的⼀种⽅式,或者更严格地说,发酵是以有机物作为电⼦受体的氧化还原产能反应。
如葡萄糖在⽆氧条件下被微⽣物利⽤产⽣酒精并放出CO2。
3、⼯业上的发酵泛指利⽤微⽣物制造或⽣产某些产品的过程包括:1. 厌氧培养的⽣产过程,如酒精,乳酸等。
2. 通⽓(有氧)培养的⽣产过程,如抗⽣素、氨基酸、酶制剂等。
产品有细胞代谢产物,也包括菌体细胞、酶等。
发酵⼯程(Fermentation Biotechnology): 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。
2、发酵⼯程技术的发展⼤致可分为哪⼏个阶段,每段的技术特点是什么?1. ⾃然发酵时期:嫌⽓性发酵⽤于酒类酿造,好⽓性发酵⽤于酿醋、制曲。
2. 纯培养技术的建⽴:⼈⼯控制环境条件使发酵效率迅速提⾼。
3.通⽓搅拌好⽓发酵过程技术的建⽴:从分解代谢转为⽣物合成代谢,可以利⽤微⽣物合成积累⼤量有⽤的代谢产物。
4.⼈⼯诱变育种与代谢控制发酵⼯程技术的建⽴:遗传⽔平上控制微⽣物代谢。
5. 发酵动⼒学、发酵⼯程连续化、⾃动化⼯程:以数学、动⼒学、化⼯原理等为基础,通过计算机实现发酵过程的⾃动化控制的研究,使发酵过程的⼯艺控制更为合理。
6. 微⽣物酶反应⽣物合成与化学合成反应结合⼯程技术:可⽣产许多过去不能⽣产的有⽤物质。
3、发酵⼯业的应⽤范围1. 酿酒⼯业(啤酒、葡萄酒、⽩酒)2. ⾷品⼯业(酱、酱油、⾷醋、腐乳、⾯包、乳酸)3. 抗⽣素⼯业(青霉素、链霉素、⼟霉素)4. 有机酸⼯业(柠檬酸、葡萄糖酸)5. 酶制剂⼯业(淀粉酶、蛋⽩酶)6. 氨基酸⼯业(⾕氨酸、赖氨酸)7. 核苷酸发酵⼯业(肌苷酸、肌苷)8. 有机溶剂⼯业(酒精、丙酮)9. 维⽣素⼯业(VB2、VB12)10.⽣物能源⼯业(沼⽓、⽣物柴油)11.环境保护产业(废⽔⽣物处理)12.⽣理活性物质发酵⼯业(激素)13. 冶⾦⼯业(微⽣物探矿、⽯油脱硫)14.微⽣物菌体蛋⽩发酵⼯业(酵母、单细胞蛋⽩)4、发酵⼯业的特点与化学⼯程相⽐,发酵⼯程具有以下特点:1、发酵过程是极其复杂的⽣物化学反应,与微⽣物细胞息息相关2、通常在常温常压下进⾏,反应安全,需求条件也⽐较简单3、发酵醪(包括固相、液相、⽓相,还含有活细胞体或菌丝体),属⾮⽜顿流体,其特性影响因素很多,对发酵⼯程都有关联4、具有严格的灭菌系统,以防⽌杂菌污染如空⽓除菌系统、培养基灭菌系统、设备的冲洗灭菌等5、反应以⽣命体的⾃动调节⽅式进⾏,因此数⼗个反应过程能够像单⼀反应⼀样,在同⼀发酵罐内进⾏6、后处理阶段,为了适应菌体与发酵产物的特点,需采取⼀些特殊的⼯艺措施并选⽤合适的设备。
微生物工程课程教学大纲课程名称:微生物工程(Microbiology Engineering)课程编码:1313073214课程类别:专业课总学时数:60课内实验时数:24学分:2.5开课单位:生命科学学院生物技术教研室适用专业:生物技术适用对象:本科(四年)一、课程的性质、类型、目的和任务微生物工程又称发酵工程,是生物技术专业的专业必修课。
发酵工程是一门综合性很强的课程,涉及到数学、化学、生物学、生物化学、微生物学、物理化学、有机化学、化工原理等多个学科,基础理论性和实践性均很强,同时要求基础理论和生产实践密切结合.在课程讲授过程中,将要按照微生物发酵生产的全过程阐明各个阶段、各种产品生产的原理和技术,讲解理论知识的同时,又重点突出生产的工艺操作和控制技术等实际问题。
因此,该课程需要在理论教学的同时,配合实验的实践环节,也要求学生建立实际生产的概念,在实践中巩固本课程的教学效果,学生利用实验、参观、实习、社会实践等机会,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。
二、本课程与其它课程的联系与分工本课程与微生物学、生物化学、高等数学、物理化学、化工原理、有机化学等课程有联系,宜在前述课程开设后开设。
三、教学内容及教学基本要求[1]表示“了解”;[2]表示“理解”或“熟悉”;[3]表示“掌握”;△表示自学内容;○表示略讲内容;第一章绪论发酵工程定义[1];发酵工程的发展史[1];发酵工程的特点[3];发酵工程的分类及应用[2];发酵工程与现代生物技术的关系[1];国内外发酵工业概况及其发展趋势[1];重点:发酵工程的特点难点:发酵工程与现代生物技术的关系教学手段:多媒体教学教学方法:讨论与讲授结合法作业:1.发酵工程的传统概念与现代意义上的概念各指什么?2.发酵工程与传统酿造、化学工程相比有什么特点?课外活动:查阅一种发酵产品的发展现状及与世界先进水平的差距。
微生物发酵工艺及其控制简述罗宗学(云南大学生命科学学院云南昆明 650091)摘要:根据操作方式不同,发酵工艺分为间歇发酵,连续发酵和流加发酵三种类型,其中流加发酵在生产和科研上应用最为广泛。
在发酵工艺中反映发酵过程变化的参数分为物理参数、化学参数和生物学参数三大类,这些参数的变化直接影响到发酵工业的生产率和产物品质。
本文从对发酵工艺过程影响较大的发酵温度、pH值、溶解氧、泡沫、菌体浓度和基质、发酵时间等6个方面阐述如何进行发酵工艺的控制,为实现发酵产业的经济效益最大化提供必要的理论依据。
关键字:发酵工艺变化参数影响和控制发酵是指通过微生物(或动植物细胞)的生长培养和化学变化,大量产生和积累专门的代谢产物的过程。
早在2000多年前,我国就有了酿酒、制醋的发酵技术,那时候发酵完全属于天然发酵。
20 世纪40年代中期,美国抗菌素工业兴起,大规模生产青霉素,建立了深层通气发酵技术。
1957年,日本微生物生产谷氨酸盐(味精)发酵成功,大大推动了发酵工程的发展。
70年代开始,随着基因工程、细胞工程等生物过程技术的开发,以石油为原料生产单细胞蛋白,使发酵工程从单一依靠碳水化合物(淀粉)向非碳水化合物过渡,从单纯依靠农产品发展到利用矿产资源,如天然气、烷烃等原料的开发。
80年代,随着学科之间的不断交叉和渗透,微生物学家开始用数学、动力学、化工工程原理、计算机技术对发酵过程进行综合研究,人们能按需要设计和培育各种工程菌,在大大提高发酵工程的产品质量的同时,节约能源,降低成本,使发酵技术实现新的革命。
发酵过程中,为了能对生产过程进行必要的控制,需要对有关工艺参数进行定期取样测定或进行连续测量。
影响发酵过程发的因素很多,包括物理的(如温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、表观粘度、浊度、料液流量等),化学的(如质浓度、pH、产物浓度、溶解氧浓度、氧化还原电位、废气中氧及二氧化碳浓度、核酸量等)和生物的(如菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、基质消耗速率、关键酶活力等)三大类。
发酵工程知识点总结一、发酵工程的基本概念发酵工程是利用微生物、酶等生物体对有机物进行代谢的技术和工艺。
通过对微生物的培养、发酵过程的调控和产物的提取等一系列工艺步骤,实现对特定有机物的高效生产。
发酵工程是一门综合国家的学科,涉及生物学、化学工程、微生物学、工艺学等多个学科的知识。
二、发酵工程的发展历史发酵工程的起源可以追溯到几千年前,人类早在古代就已经开始利用自然界中的微生物进行发酵生产,如制酒、酿酒、发酵豆腐等工艺。
随着科学技术的发展,特别是现代微生物学、生物技术和生物化工技术的兴起,发酵工程逐渐成为一门独立的学科,并得到了迅速的发展。
三、发酵工程的基本原理发酵过程是一种微生物或酶对有机物进行代谢的过程。
微生物在合适的温度、pH值、氧气供应等条件下,利用有机物作为碳源进行代谢,产生新的有机化合物。
该过程分为静态发酵和动态发酵两种方式。
在发酵工程中,需要控制好微生物的生长条件,确保发酵产物的质量和产量。
四、发酵工程的主要微生物种类发酵工程中常用的微生物包括细菌、真菌、酵母等。
常见的细菌有大肠杆菌、乳酸菌等,真菌有曲霉、酵母菌等。
不同的微生物对有机物的代谢方式有所差异,因此在不同的发酵工程中需要选择合适的微生物种类。
五、发酵工程的工艺流程发酵工程的工艺流程主要包括微生物的培养、发酵过程的控制和产物的提取三个阶段。
微生物的培养是指通过预处理、接种和发酵基质制备等步骤,使得微生物得到最佳的生长繁殖条件。
发酵过程的控制是指通过对温度、pH值、氧气供应等因素的调控,使得微生物产生出期望的产物。
产物的提取则是指将发酵产物从培养基中分离出来,并经过精制处理得到最终的产品。
六、发酵工程中的发酵罐发酵罐是发酵工程中最为重要的设备之一,它是用来进行微生物培养和发酵过程控制的容器。
根据不同的发酵工艺要求,发酵罐可以分为批次式发酵罐、连续式发酵罐等多种类型。
在发酵罐中,需要控制好温度、pH值、氧气供应等因素,以确保微生物的生长和代谢过程。
《现代生物技术概论》课程论文论文题目:现代生物技术——发酵技术学生姓名:贺猛学生学号:专业班级:粉体材料科学与工程1202班学院名称:粉末冶金研究院2014年4月20日现代生物技术——发酵技术摘要发酵工程是指采用工程技术手段,利用生物(主要是微生物)和有活性的离体酶的某些功能,为人类生产有用的生物产品,或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。
人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精,乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶,利用真菌大规模生产青霉素等都是这方面的例子。
随着科学技术的进步,发酵技术也有了很大的发展,并且已经进入能够人为控制和改造微生物,使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。
现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分,具有广阔的应用前景。
例如,用基因工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其产量;利用微生物发酵生产药品,如人的胰岛素、干扰素和生长激素等。
关键词:发酵技术;发酵方法;份额;生活应用;发展前景;目录一、绪论 (1)二、发酵方法的说明…………………………………………………………(一)发酵技术的基本介绍……………………………………………………(二)操作对象和操作者……………………………………………………(三)发酵技术的发展……………………………………………………三、发酵的过程……………………………………………………………………四、发酵技术与社会……………………………………………………………(一)发酵在生活中应用……………………………………………………(二)发酵技术的发展前景……………………………………………………五、总结…………………………………………………………………………参考文献……………………………………………………………………………一、绪论(一)论文研究背景目的发酵技术在我们生活中的应用越来越多,对于发酵产品,我们的态度应该是什么样子的。
我们对于这种对我们的生活有着很大的影响的技术应该有怎样的认识呢?对于现在食品安全的问题越发成为问题的现在,我们是不是应该去更加清楚的认识和了解这种技术以及这种技术以后的发展。
第一部分:微生物工程原理1、概论1.1 发酵工程的概念和特点1.2 发酵工业的发展简史1.3 发酵工程的应用2、生产菌种来源3、微生物代谢调节和代谢工程4、优良菌种选育5、菌种保藏6、培养基7、发酵工艺控制8、参数检测第二部分:微生物工程下游加工工程第三部分:微生物工程生产设备第四部分:微生物工程生产工艺和产品举例第一章概论掌握本章知识点:1、发酵及发酵工程的定义;2、发酵工程研究的内容;3、发酵技术的发展阶段及其技术特点;4、发酵产物类型。
1、发酵、发酵工程的概念和特点1)传统发酵:最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象,或者是指酒的生产过程。
2)生化和生理学意义的发酵:指微生物在无氧条件下,分解各种有机物质产生能量的一种方式,或者更严格地说,发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。
巴斯德:发酵是酵母菌在无氧状态下的呼吸过程,即无氧呼吸,是“生物获得能量的一种方式”。
3)工业上:泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。
包括:厌氧培养的生产过程,如酒精,乳酸等。
通气(有氧)培养的生产过程,如抗生素、氨基酸、酶制剂等。
4)发酵工程:利用微生物的生长代谢活动来生产各种有用生物化学产品的技术过程。
5)发酵工程研究的内容①一条主线:菌种,培养基,种子扩大培养,发酵过程控制,后处理;②两个重点:发酵过程优化,发酵过程放大;③三个层次:反应器水平,细胞水平,分子水平;④四个目标:高转化,高产量,高效率,低成本;6)利用发酵工程进行生产的优点:安全生产,可持续发展。
7)发酵过程存在的问题和缺陷:发酵过程会产生副产物;菌种易发生变异和退化;发酵过程的控制相当复杂;原料主要是农副产品,质量和价格波动较大;与化工过程相比,反应器的效率低;发酵废水量大,并含较高的COD和BOD;;生产过程易受杂菌污染的影响。
8)上游工程:菌种培养发酵工程:发酵罐下游工程:产物提纯2、发酵工业的发展简史1)古老的发酵工业-1900年前(白酒酿造;面包发酵、奶酪制造;酱油、泡菜)特点:多菌混合天然发酵2)早期的发酵工业1900-1940(酒精,乳酸)1680 荷兰列文虎克观察到微生物。
发酵工程一、名词解释1、分批发酵:在发酵中,营养物和菌种一次加入进行培养,直到结束放出,中间除了空气进入和尾气排出外,与外部没有物料交换。
2、补料分批发酵:又称半连续发酵,是指在微生物分批发酵中,以某种方式向培养系统不加一定物料的培养技术。
3、絮凝:在某些高分子絮凝剂的作用下,溶液中的较小胶粒聚合形成较大絮凝团的过程。
二、填空1、生物发酵工艺多种多样,但基本上包括菌种制备、种子培养、发酵和提取精制等下游处理几个过程。
2、根据过滤介质截留的物质颗粒大小的不同,过滤可分为粗滤、微滤、超滤和反渗透四大类。
3、微生物的育种方法主要有三类:诱变法,细胞融合法,基因工程法。
4、发酵培养基主要由碳源,氮源,无机盐,生长因子组成。
5、青霉素发酵生产中,发酵后的处理包括:过滤、提炼,脱色,结晶。
6、利用专门的灭菌设备进行连续灭菌称为连消,用高压蒸汽进行空罐灭菌称为空消。
7、可用于生产酶的微生物有细菌、真菌、酵母菌。
常用的发酵液的预处理方法有酸化、加热、加絮凝剂。
8、根据搅拌方式的不同,好氧发酵设备可分为机械搅拌式发酵罐和通风搅拌式发酵罐两种。
9、依据培养基在生产中的用途,可将其分成孢子培养基、种子培养基、发酵培养基三种。
10、现代发酵工程不仅包括菌体生产和代谢产物的发酵生产,还包括微生物机能的利用。
11、发酵工程的主要内容包括生产菌种的选育、发酵条件的优化与控制、反应器的设计及产物的分离、提取与精制。
12、发酵类型有微生物菌体的发酵、微生物酶的发酵、微生物代谢产物的发酵、微生物转化发酵、生物工程细胞的发酵。
13、发酵工业生产上常用的微生物主要有细菌、放线菌、酵母菌、霉菌。
14、当前发酵工业所用的菌种总趋势是从野生菌转向变异菌,从自然选育转向代谢调控育种,从诱发基因突变转向基因重组的定向育种。
15、根据操作方式的不同,液体深层发酵主要有分批发酵、连续发酵、补料分批发酵。
16、分批发酵全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的培养基、接种、发酵过程、放罐和洗罐,所需的时间总和为一个发酵周期。
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:(),(),(),()。