第八章 发酵设备

第三节 菌种的选育和保藏
工业的生产水平取决于三个要素：生产菌种、发酵工艺和设 备。优良菌种的选育不仅为发酵工业提供高产生产菌株，还 可以提供各种类型的突变株，改善其生理生化特性，去除多 余的代谢途径和产物，有利于合成新的产物，改善发酵工艺 的条件，提高产品质量，增加经济效益。
1、菌种选育的目的
菌种选育的目的： 1.提高其生产能力： 2.选育能适应工艺条件的菌种，如能利用廉价的发酵原料、 能耐受某些化学消毒剂等。
3、酵母菌
本属中有产脂肪较好的菌种。可由 菌体提取大量脂肪。
红酵母
4、霉菌
① 根霉
能将淀粉转化为糖。根霉常 用作糖化菌种。是酿造工业 中常用糖化菌。我国最早利 用根霉糖化淀粉（即阿明诺法） 生产酒精。
4、霉菌
② 毛霉
有几种毛霉能产生较多的蛋白酶， 具有分解大豆蛋白的能力，多用于 制造酸性蛋白酶、豆腐乳和豆豉。
3、发酵的基本过程
根据不同的需要，发酵工艺可分为3类： 1.批量发酵，即一次投料发酵； 2.流加批量发酵，即在批量发酵的基础上，流加一定量的
营养，使细胞进一步生长，或得到更多的代谢产物； 3.连续发酵，不断地流加营养，并不断地取出发酵液。
3、发酵的基本过程
下游工程指从发酵液中分离和纯化产品的技术。包括: ① 固液分离技术（离心，过滤，沉淀分离等工艺） ② 细胞破壁技术（超声，高压剪切，渗透压，表面活性
第八章 发酵工程
第八章 发酵工程---第一讲
第一节 发酵工程的内容 第二节 工业上常用的微生物 第三节 菌种的选育和保藏
第一节 发酵工程的内容
1、发酵工程的产生及发展 2、发酵的定义 3、发酵的基本过程 4、发酵工程产品的类型
1、发酵工程的产生及发展

灭菌
• 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发 酵过程中不能混入杂菌。
– 在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争 关系，对发酵过程造成不良影响。
– 例如：在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分 泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡；在青 霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉 素酶，将合成的青霉素分解掉。
精选
3、气升式环流反应器 ➢类型：内环流式、外环流式
气升式发酵罐不具有任何机械搅拌系统，仅利用空气在 发酵罐内（外）循环以搅拌培养物，这一相对柔和的混 合系统适用于植物细胞和动物细胞培养。 原理基于含气量高的培养物和含气量少的培养物之间比 重的差异。在发酵罐通气过程中，含气量较低的培养基 产生一上流的推力，导致培养基的循环。
精选
（一） 发酵罐设计的原则
发酵罐的主要功能： 为菌体生长，或为某一特定的微生物混合发酵剂提供一 个便于控制的环境，以获得人们所期望的产物 。
➢发酵罐设计的原则
1、发酵器应能在无菌条件下工作数天，且应在长时间 运转过程中保持稳定；
2、通气和充分搅拌，以满足微生物代谢的需要，但不 应损伤菌体；
精选
3、尽可能低的功率消耗； 4、发酵罐上应配备有温度和pH值控制系统以及采样 装置 ； 5、发酵罐内的蒸发损失不应太多； 6、在放料、清洗和维修等操作过程中具有最低的劳 动力消耗；
精选
4、高位塔式生物反应器
是一种罐体的高与直径比值较大，利用通入培养液的无 菌空气泡上升来带动液体运动，产生混合效果的非机械 搅拌式生物反应器，适用于培养液黏度低、固体含量少 和需氧量较低的发酵培养过程。
精选
➢与机械搅拌式生物反应器相比，塔式生物反应 器不设机械搅拌桨的优点是：

• 上 口、部人有孔物和料压口力，表冷开却口水等口。，CO2和气体出
• 温度控制采用罐内蛇管和罐外壁直接水 喷淋相结合，排料管在罐的底部。
一、酒精发酵罐
酵母将糖转化为酒精高转化率条件 (1)满足酵母生长和代谢的必要工艺条件 (2)一定的生化反应时间 (3)及时移走在生化反应过程中将释放的生
物热
酒精发酵罐的结构要求
水力喷射装置
• 是由一根两头装有喷嘴的洒水管组成 • 两头喷水管弯有一定的弧度 • 喷水管上均匀地钻有一定数量的小孔 • 喷水管安装时呈水平 • 喷水管借活接头和固定供水管相连接
• 它是借喷水管两头喷嘴以一定喷出速 度而形成的反作用力，使喷水管自动 旋转。
• 对 于 120m3 的 酒 精 发 酵 耀 ， 采 用 36×3mm的喷水管，管上开有44×30 个小孔，两头喷嘴口径为9mm。
章发酵设备
第一节 发酵设备概述
• 发酵主要设备为发酵罐和种子罐，它们各自都附有 原料(培养基)调制、蒸煮、灭菌和冷却设备，通气 调节和除菌设备，以及搅拌器等。
• 种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量为目的。 • 发酵罐：承担产物的生产任务。
它必须能够提供微生物生命活动和代谢所要求 的条件，并便于操作和控制，保证工艺条件的实现， 从而获得高产。
• 发酵罐容积
• 发酵罐采用圆柱形器身，底和顶为锥形 盖，选取结构尺寸的比例关系如下：
• 由发酵罐的基本结构尺寸，可确定全罐 表面积．罐体圆柱部分表面积F1和罐底 罐顶表面积F2，F3分别为：
• 2．冷却面积和冷却装置主要结构尺寸
• 假定罐壁不包扎保温层，壁温最高可达35t，生产厂所 在地区的夏季平均温度可查阅有关资料，现假定为32℃。
用不饱和聚脂树脂、环氧树脂或其他特殊涂料 较为广泛，但还未完全符合啤酒低温发酵的防 腐要求。

2、发酵自动控制系统的硬件组成
传感器 变送器 执行机构
电磁阀、气动控制阀、电动调节阀、变速电机、 正位移泵、蠕动泵。
转换器 过程接口 监控计算机
要点

呼吸商 传感器 生物传感器 离线传感器 在线传感器 原位传感器
发酵过程检测的目的 发酵过程自动控制包括哪三方面内容 发酵过程采用的基本自控系统有那几种方式 发酵自动控制系统的硬件组成
1/2O2+H2O+e阳极上的反应是： 2OH-
Pb+2ACO-
Pb(ACO)2+2e-
阴极上失去电子后，阳极反应产生的电子流向阴 极，于是在二电极之间形成电流，将氧的信号转 变成电信号。氧浓度越高，电流越大。
化学信号转变成电信号
一般使用覆膜溶氧探头，它实际测量的是溶氧分压，
与溶氧浓度并不直接相关，故测量结果称为溶氧压 （dissolved oxygen tension，简称DOT），它以饱和 值(即与气相氧分压平衡的溶氧浓度)的百分数表示
间接参数：由直接参数经过计算得到，如摄氧率、 KLa等
3.传感器 1）传感器（电极或探头） 能感受规定的被测量并按照一定的规律将其 转换成可用信号的器件或装置，它通常由敏 感元件、转化元件及相应的机械结构和线路 组成。
2）对传感器的要求

传感器除了满足常规要求，诸如：可靠性、 准确性、精确度、响应时间、分辨能力、灵 敏度、测量范围、特异性、可维修性等，还 应当满足一些特殊要求：
p c c0 101325

cL=c*· DOT
式中 P——实际操作压力，Pa； c0*——在0.101325 MPa压力下的饱和溶氧浓度，mol／m3或mmol／L； c*——在实际操作压力P下的饱和溶氧浓度，mol／m3或mmol／L； cL——发酵液中溶氧浓度，mol／m3或mmol／L； DOT——溶氧传感器测量的溶氧压，％。