《发酵工艺的控制》PPT课件

（一）分批发酵（p31-33）
1、分批发酵的定义 • 是指在一封闭系统内将细胞和培养液一次性装入反
应器内，进行培养，细胞不断生长，产物不断形成， 经过一段时间后将整个反应物取出的发酵方式。
• 在这一过程中，除了氧气、消泡剂及控制pH的酸或碱外， 不再加入任何其它物质。
• 发酵过程中培养基成分减少，微生物得到繁殖。 • 它是发酵工业中常见的一种方法。
250mL的三角瓶装量为10～20mL培养液。 • 台式发酵罐：发酵罐的体积为几升至几十升。
• 液体厌氧培养方式： • 在厌氧罐中进行。 • 在培养基中添加还原剂。 • 为满足微生物的厌氧需要采取的措施： • 培养基中添加有机还原剂（巯基乙醇、半胱氨
酸）、无机还原剂（铁丝）。
• 使培养基的氧化还原电位在﹣429～ ﹣ 150mV。
• 其他控制措施：另一方面为了调整淀粉浓度，增加 疏松性，调节酸度，以利于微生物的生长繁殖，保 持水分，在固态发酵时常常加入填充料、如谷壳等。
二、厌氧发酵与好氧发酵 (p30)
• 厌氧培养： • 深层培养 • 好氧培养： • 液体表面培养、固体培养、通氧深层
培养
（一）厌氧液态发酵
• 厌氧发酵也称静置培养：是利用厌氧微生物在液体 状态下进行的发酵。
• 优点 – 使发酵系统中维持很低的基质浓度，可以解除底物抑制、产物抑 制和葡萄糖的分解阻遏效应；（可以除去快速利用碳源的阻遏效 应、避免培养基积累有毒代谢物。） – 和连续发酵比、不需要严格的无菌条件； – 不会产生菌种老化和变异等问题。 – 维持适当的菌体浓度，减少通风设备的压力，避免分批发酵初始 阶段供需氧量大的问题。
• 酵母菌是兼性厌氧菌。
4、固态发酵特点
• 边糖化边发酵：一般都采用比较低的温度，让糖化作用和发酵作 用同时进行；即采用边糖化边发酵的工艺。当采用20～30℃低温 时，糖化酶作用缓慢，故糖化时间要延长。

在线分析仪
通过分析发酵液体的成分，间接 评估泡沫对发酵过程的影响。
泡沫控制的方法和策略
物理方法
通过调节搅拌速度、通气量、 温度等物理参数，控制泡沫产生。
化学方法
添加消泡剂或表面活性剂，降 低泡沫的稳定性，使其破裂或 减少。
工艺参数优化
通过优化培养基配方、接种量、 发酵温度等工艺参数，减少泡 沫产生。
发酵过程的原理和步骤
总结词
发酵过程通常包括菌种选择、种子扩大培养、发酵罐接种、发酵过程控制和产物提取等步骤。其原理是利用微生 物的代谢活动，将底物转化为产物。
详细描述
在发酵过程中，首先需要选择适合的菌种，并进行种子扩大培养，使菌种数量达到一定规模。然后，将种子接种 到发酵罐中，在适宜的条件下进行发酵。发酵过程中，需要控制温度、pH、溶氧等参数，以确保微生物的正常 代谢活动。最后，通过提取和分离等方法，获得所需的产物。
总结词
发酵是一种生物化学过程，通过微生物或酶的作用将有机物 质转化为更简单的物质或产生新的物质。根据发酵产物的不 同，可以分为酒精发酵、乳酸发酵、醋酸发酵等类型。
详细描述
发酵是一种古老的生物化学过程，广泛应用于食品、饮料、 化工、制药等领域。通过发酵，人们可以将有机物质转化为 酒精、乳酸、醋酸等物质，也可以产生新的物质，如抗生素、 酶等。
溶氧浓度过高则可能导致微生物 死亡或产生副产物。
因此，对溶氧浓度的检测和控制 是实现高效、稳定发酵的关键。
溶氧浓度检测的方法和设备
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溶氧浓度的检测方法包括电极 法、荧光法、光纤传感器法等。
电极法是最常用的方法，通过 测量溶解氧通过电解膜时的电
流来计算溶氧浓度。
荧光法利用荧光物质与溶解氧 的相互作用产生荧光，通过测 量荧光强度来计算溶氧浓度。

第一节 发酵方式
一、概述
发酵：指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇 等的分解代谢过程。
广义发酵：微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经过 特定的代谢转变成所需产物的过程。
微生物培养：亦称微生物发酵，发酵生产按微生物培养工艺 不同可以分为固态发酵和液态发酵两种类型。两者在工艺过 程上大体相同，主要工艺过程为： 斜面菌种培养～菌体或孢子悬浮液制备～种子扩大培养～ 发酵培养～发酵产物与发酵基质分离～提纯与精制～成品。
分批培养的特点是操作简单，易于掌握，是最常见的操作方 式。
分批发酵过程一般可粗分为四期：即适应期（也有称停滞期 或延滞期的）、对数（指数）生长期、生长稳定期和死亡期；
也可细分为六期：即停滞期、加速期、对数期、减速期、静 止期和死亡（衰亡）期
分批培养中的微生物的典型生长曲线
停滞期（Ⅰ）
停滞期（Ⅰ）： 刚接种后的一段时间内，细胞不生长，细胞 数目和菌量基本不变。
第五章 发酵过程及控制
学习目标
知识目标 能陈述发酵过程的影响因素（温度、溶氧、pH等）； 能陈述不同发酵方式的理论及异同及优劣； 掌握发酵动力学的有关原理、发酵器的分类及发展趋势。 能力目标 能够找出发酵最适宜条件，并采取相应控制措施； 能够进行发酵终点判断； 能够进行发酵过程重要检测；
三、产物形成动力学
产物形成与生长的关系 细胞生长与代谢产物形成之间的动力学关系决定
于细胞代谢中间产物所起的作用。描述这种关系的 模式有三种，即生长联系型模式、非生长联系型模 式和复合型模式。 （1）生长联系型模式 （2）非生长联系型模式 （3）复合模式
四、生长得率与产物得率
1.生长得率和产物得率的定义 生长得率：消耗每单位数量的基质所得到的菌体，

适用人群
食品科学与工程专业的学生 食品工业的研发人员 食品生产一线的技术人员 对发酵工艺感兴趣的爱好者
课件结构
引言：介绍《发酵工艺学第六》 的背景和意义
主要内容：介绍《发酵工艺学第 六》的主要章节和内容
教学方法：介绍《发酵工艺学第 六》的教学方法和手段
实践操作：介绍《发酵工艺学第 六》的实践操作和实验
自我评估与反馈
回顾学习内容， 总结知识点
思考题：针对知 识点进行自我测 试
反馈：对自我测 试结果进行分析 ，找出薄弱环节
制定改进计划， 提高学习效果
下一步学习计划
复习重点：掌握发酵工艺学的基本原理和关键技术 思考题：针对实际生产问题，提出解决方案 学习资料：查阅相关文献和资料，了解最新研究成果 实践操作：参与实验室实验，提高实际操作能力
主要设备介绍
发酵罐：用于微生物发 酵的主要设备，具有保 温、控温、搅拌等功能
空气过滤器：用于过滤 空气中的杂质，保证发 酵罐内的空气清洁
冷却器：用于控制发酵 罐内的温度，保证微生 物发酵的最佳温度
搅拌器：用于搅拌发酵 罐内的物料，保证微生 物发酵的均匀性
控制系统：用于控制发 酵罐内的温度、湿度、 压力等参数，保证微生 物发酵的最佳条件
学习目标
掌握发酵工艺学的基本概念和原理 理解发酵工艺在食品、医药、化工等领域的应用 学会如何设计和优化发酵工艺流程 提高对发酵工艺在实际生产中的认识和应用能力
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发酵工艺流程及设备
发酵工艺流程
原料准备：选择合适的原料，如糖、淀粉、蛋白质等 菌种培养：选择合适的菌种，如酵母、乳酸菌、醋酸菌等 发酵过程：将原料和菌种混合，进行发酵，产生发酵产物 发酵产物分离：将发酵产物与原料分离，得到纯化的发酵产物 发酵产物纯化：对发酵产物进行纯化，得到高纯度的发酵产物 发酵产物包装：将发酵产物进行包装，得到成品

3项
知识目标
2项
素质目标
生产操 作技能
能进行培养基配制及灭菌操作 能按照工艺配方正确计算出原料、辅料的投料量 能按照发酵过程控制标准操作规程进行生产和设备操作 能识别发酵生产异常情况并处理
技能 目标
设备操 作技能
能进行本岗位的主要设备与管路的使用维护 能进行常用发酵设备仪器仪表的使用和维护 能识别常见设备异常情况并处理
队 积极与他人合
合 作完成工作任
社作
务
会
能 力 考 核
责 任 感
爱护设备、教 学设施、节约
耗材
3
12
分
安 全 意 识
水电气安全操 作，注意环境
保护
3
理化 检测
能够合理分析发酵液参数，快速 检测发酵液副产物，比如乙醇的含量， 10
以及目标产物酵母菌的浓度。
数据 记录
数据记录规范、完整，真实可靠
5
初产品 质量
发酵产品生产 （小试、中试、 扩试）
发酵技术学习、 就业（毕业后即 上岗）
一 条 线
校内条件
实训室名称
主要功能
校企共建，中央财政支持 国家级食品生物基地 图书中心 资料中心 多媒体网络机房
工业发酵酿
生物发酵反应 发酵中游生产、中试生产、
车间
自动化发酵监测等。
合计 考核项目总合得分
考核项目权重 考核项目综合得分
总分
情境一
学生成绩总考核表
学号
过程与能力考核
情境二
情境三
情境四
情境五
职业资格考核
知识
操作
10%
15%
20%
25%
30%
30%

• 四环素发酵中, • <30℃,产生金霉素 • 金色链霉菌 • > 35℃,只产生四环素
•温度升高，气体在溶液中的溶解度减小，氧
传递速率改变，影响基质的分解速率. •温度升高,生长快,反应速度快,酶失活快,菌 体衰老快,发酵提前结束.
（二）影响发酵温度变化的因素
发酵热（Q发酵）是发酵温度变化的主要因素,即发酵 过程中释放出来的净热量,以J/(m3 •h)为单位。
Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射
产热因素：生物热（Q生物）、搅拌热（Q搅拌） 散热因素：蒸发热（Q蒸发）、辐射热（Q辐射）
由于Q生物和Q蒸发，特别是Q生物在发酵过程中随时间变 化，因此发酵热在整个发酵过程中也随时间变化，引 起发酵温度发生波动。
为了使发酵能在一定温度下进行，要设法进行控制。
• 生物热----微生物在生长繁殖过程中,本身产生的大 量热. 培养基成分越丰富,营养被利用的速度越快.
2、根据培养条件选择 温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。 通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低 些，溶氧浓度也可髙些。
培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利
用快，会使菌过早自溶。
3、根据菌生长情况
菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长慢，
维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营养丰富，
培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性
生物的大小与呼吸作用强弱有关 在培养初期，菌体处于适应期，菌数少，呼吸作用缓 慢，产生热量较少。 菌体在对数生长期时，菌体繁殖迅速，呼吸作用激烈， 菌体也较多，所以产生的热量多，温度上升快，必须注 意控制温度。 培养后期，菌体已基本上停止繁殖，主要靠菌体内的 酶系进行代谢作用，产生热量不多，温度变化不大，且 逐渐减弱。 如果培养前期温度上升缓慢，说明菌体代谢缓慢，发 酵不正常。如果发酵前期温度上升剧烈，有可能染菌， 此外培养基营养越丰富，生物热也越大。

四、半连续发酵
半连续培养又称为反复分批培养或换液培养，在补 料-分批发酵的基础上加上间歇放掉部分发酵液（带 放）便可称为半连续发酵。
半连续发酵也有它的不足：①放掉发酵液的同时也 丢失了未利用的养分和处于生产旺盛期的菌体；② 定期补充和带放使发酵液稀释，送去提炼的发酵液 体积更大；③发酵液被稀释后可能产生更多的代谢 有害物，最终限制发酵产物的合成；④一些经代谢 产生的前体可能丢失；⑤有利于非产生菌突变株的 生长。据此，在采用此工艺时必须考虑上述的技术 上限制，不同的品种应根据具体情况具体分析。
Xt——经过培养时间t的菌体浓度。
减速期（Ⅳ）
减速期（Ⅳ）：在指数生长期，随着细胞的大 量繁殖，培养基中养分的迅速减少，有害代谢 物的逐渐积累，细胞的比生长速率逐渐下降， 即进入减速期（Ⅳ）。
减速期的长短取决于菌对限制性基质的亲和力 （Ks值），亲和力高，即Ks值小，则减速期 短。
静止期（V）
第一节 发酵方式
一、概述
发酵：指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇 等的分解代谢过程。
广义发酵：微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经过 特定的代谢转变成所需产物的过程。
微生物培养：亦称微生物发酵，发酵生产按微生物培养工艺 不同可以分为固态发酵和液态发酵两种类型。两者在工艺过 程上大体相同，主要工艺过程为： 斜面菌种培养～菌体或孢子悬浮液制备～种子扩大培养～ 发酵培养～发酵产物与发酵基质分离～提纯与精制～成品。
中间发酵型。 Ⅲ型为非生长联系型，又称复杂发酵型 Deindoerfer根据发酵的进程，将发酵分为五类，即
单一型、并进型、连贯型、分段型和复合型。
二、微生物生长动力学
1.生长速率 在微生物的培养过程中，菌体浓度的增加速率与菌体浓度、基质浓度和

一、温度对发酵的影响 1.影响反应速率 2.影响发酵方向
另外，还影响发酵液的粘度、溶氧和酵温度是既适合菌体的生长又适合 代谢产物合成的温度。
随菌种、培养基成分、培养条件和菌体生 长阶段不同而改变。
三、发酵过程引起温度变化的因素——发酵热
Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐
射
四、温度的控制
一般不需加热，因 释放了大量的发酵热， 需要冷却的情况多。
用夹套或蛇形管， 通冷却水。
第三节 pH变化及其控制
一、pH变化的原因
1.基质代谢
（1）糖代谢 糖分解成小分子酸、醇，使pH下降。 糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一。
（2）氮代谢 氨基酸中的-NH2被利用，pH下降； 尿素被分解成NH3，pH上升。
生长的最适pH值与发酵的最适pH值
举例：Aspergillus niger在pH2~2.5范围时有利于合 成柠檬酸，当在pH2.5~6.5范围内时以菌体生长为主， 而在pH7.0时，则以合成草酸为主。
2.pH的控制
(1)调节好基础培养基的pH。
若控制消后pH在6.0，消前pH往往要调到6.56.8。 (2)通过加酸碱和中间补料来控制。
罐内消泡: 靠罐内消泡浆打碎泡沫。 罐外消泡：靠喷嘴的加速作用消除泡沫。
2.消泡剂消泡
机理: 降低液膜的机械强度 降低液膜的表面粘度
（1）天然油脂类：豆油、玉米油、棉子油、菜 籽油（还可作为碳源），用量大，0.1% 0.2%。 （2）聚醚类：又称泡敌，消泡能力为豆油的 1020倍，用量少，0.02%-0.03%。
第六节 发酵染菌及其防治
一、染菌的检查、判断
（一）观察法
1. 菌体浓度（OD值）异常（OD:optical density） 2. 溶解氧（DO）异常 3. pH值异常 4. 泡沫过多