发酵工程ppt韦革宏杨祥第4章4节
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可以根据Q10估算。
表5-6a 估算的芽孢不同温度大概灭菌时间
温度/℃
10 0
110
115
12 1
12 5
13 0
时 间 / m in
12 00
15 0
51
15
6. 4
2. 4
表5-6b 一些细菌芽孢的实际杀灭时间
二、培养基的灭菌
（一）培养基的灭菌方法 1. 分批灭菌
概念： 又称为间歇灭菌，就是将配制好的培养基全 部输入到发酵罐内或其它装置中，通入蒸汽 将培养基和所用设备加热 至灭菌温度后维持 一定时间，再冷却到接种温度。也称为实罐 灭菌或实消。
E
k Ae RT (5-3)
式中：
A为比例常数，s-1； △E为活化能，J/mol； R为气体常数，8.314 J/(mol·K)； T为绝对温度，K。
k 值与活化能的关系 活化能处于指数项，可见其与 k 值的变化关系密切。 高温瞬时灭菌 (HTST) 营养损失小的原理，可以从 细菌与一些营养物的不同活化能得到解释。
生物。 防腐剂：抑制体系 (主要是食品)表面和内部微
生物的生长繁殖。 注意：抑菌和杀菌甚至溶菌作用是相对的。
一、化学灭菌
常用的化学药剂
主要有石碳酸、甲醛、氯化汞、碘酒、酒精高 锰酸钾等。
共同规律：杀菌强度有别，但在低浓度时都有 促进微生物生长的刺激作用，在浓度升高后依 次表现出制菌、杀菌和溶菌的现象。
一、湿热灭菌的基本原理
微生物的热阻
热阻指在某一特定条件下 (主要是指温度和加热方 式等) 微生物细胞的致死时间，表征了不同微生物 细胞对热的相对抵抗力。
例如一些微生物的相对热阻和抵抗力如表5-1.
2. 微生物热死亡的数学规律
《发酵工程总论》ppt课件
一、发酵的定义
1、传统发酵 2、生化和生理学意义的发酵 3、工业上的发酵
1、传统发酵
• 最初发酵是用来描画酵母菌作用于果汁 或麦芽汁产生气泡的景象，或者是指酒 的消费过程。
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，或者更严厉地说，发酵是 以有机物作为电子受体的氧化复原产能反响。
History of applied microbiology
• 1973 rec DNA technology (Boyer & Cohen) • 1982 rec human insulin〔胰岛素〕 • post recombinant DNA area • since 1982 rec therapeutic agents〔治疗剂〕 • 1990 rec bakers yeast • 1992 rec chymosine 〔凝乳酶〕(from yeast)
定义：是指利用生物的生命活动产生的酶，无机 或有机原料进展酶加工，获得产品的工业。
2.获得发酵产品的条件
• 适宜的微生物 • 保证或控制微生物进展代谢的各种条件 • 进展微生物发酵的设备 • 精制成产品的方法的设备
三、发酵工业的开展历史
• 天然发酵阶段
• 纯培育技术的建立：巴斯德，科赫等。人为地 控制微生物的发酵进程。
(8) 除利用微生物外，还可以用动植物细胞 和酶，也可以用人工构建的遗传工程菌进 展反响。
六、发酵方法的类别与流程
• 1、类别： • 根据对氧的需求区分： • 厌氧和有氧发酵 • 根据培育基物理性状区分： • 液体和固体发酵 • 根据从微生物生长特性区分： • 分零售酵和延续发酵
2、发酵的流程
《发酵工程》课件
产物分离纯化的优化
分离纯化方法
常见的分离纯化方法包括过滤、离心、萃取、蒸馏、膜分离等。
优化策略
根据产物的性质和发酵液的特点，选择合适的分离纯化方法，并优化工艺参数，以提高产物的纯度和收率。
06
未来发酵工程的发展趋势
新技术应用与设备改进
生物信息学
利用生物信息学技术，对微生物基因组学、转录组学和蛋白质组学 进行深入研究，为发酵工程提供更精确的微生物代谢调控手段。
为防止发酵污染，应定期对菌种进行 纯化、复壮，严格控制培养基和设备 的灭菌温度和时间，加强发酵过程中 的监控和检测。
发酵效率的提高
影响因素
影响发酵效率的因素包括菌种特性、培养基成分、发酵温度、pH值、溶解氧浓度等。
优化方法
通过调整培养基成分、控制发酵温度、调节pH值、提高溶解氧浓度等方法，可以有效提高发酵效率。
合成生物学
利用合成生物学技术，设计和构建具有特定功能的微生物细胞工厂， 实现高效、定向的物质转化。
基因编辑技术
通过基因编辑技术，改造和优化微生物的代谢途径，提高发酵产物 的产量和品质。
可持续性与环保
1 2
节能减排
通过优化发酵工艺和设备，降低能源消耗和减少 废弃物排放，实现发酵工程的绿色可持续发展。
抗菌素
抗菌素是一类具有抗菌活性的物质，通过抑制或杀死病原微生物，达到防治病害 的目的。抗菌素在医疗、农业、食品工业等领域广泛应用。
其他发酵产物及其应用
柠檬酸
柠檬酸是发酵工程中重要的有机酸之一，主要用于食品、 化工、医药等领域。柠檬酸具有抗氧化、抗菌、提高口感 等作用。
氨基酸
氨基酸是蛋白质的基本组成单位，通过发酵工程生产出的 各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等，在食品、饲料、医药 等领域广泛应用。
发酵工程课件
因素。
05
发酵工程的未来发展
新技术应用
生物信息学
应用生物信息学技术，解析微生物基因组，发现新的代谢 途径和基因，提高发酵过程的效率和产物的质量。
01
代谢工程
通过代谢工程，改造微生物的代谢途径 ，提高目标产物的产量和纯度，降低副 产品的生成，优化发酵过程。
02
03
过程优化
利用先进的过程控制和优化技术，提 高发酵过程的稳定性和效率，减少能 源消耗和环境污染。
02
发酵工程的基本原理
微生物的代谢与生长
微生物的能量代谢
微生物通过分解底物获取能量，并合成细胞成 分。
微生物的生长
微生物在适宜的环境下生长繁殖，影响发酵过 程。
微生物的代谢产物
微生物在代谢过程中产生的有用物质。
微生物的生长环境与控制
要点一
微生物对环境条件的需求
如温度、湿度、pH值、氧气等。
要点二
发酵工程课件
目录
• 发酵工程概述 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的应用领域 • 发酵工程的研究方法 • 发酵工程的未来发展 • 发酵工程实例分析
01
发酵工程概述
发酵工程的定义与特点
发酵工程定义
发酵工程是通过利用微生物的生长和 代谢活动生产各种有用物质的过程。
发酵工程特点
发酵工程具有高效、节能、环保等优 点，可生产出许多传统化学方法无法 合成的生物活性物质，如抗生素、氨 基酸、有机酸等。
微生物生长环境的控制
通过调节环境条件，促进有益微生物的生长和抑制有害微 生物的生长。
微生物的遗传与育种
微生物遗传学基础
DNA和RNA的结构与功能，基因组与基 因表达等。
VS
微生物育种技术
05
发酵工程的未来发展
新技术应用
生物信息学
应用生物信息学技术，解析微生物基因组，发现新的代谢 途径和基因，提高发酵过程的效率和产物的质量。
01
代谢工程
通过代谢工程，改造微生物的代谢途径 ，提高目标产物的产量和纯度，降低副 产品的生成，优化发酵过程。
02
03
过程优化
利用先进的过程控制和优化技术，提 高发酵过程的稳定性和效率，减少能 源消耗和环境污染。
02
发酵工程的基本原理
微生物的代谢与生长
微生物的能量代谢
微生物通过分解底物获取能量，并合成细胞成 分。
微生物的生长
微生物在适宜的环境下生长繁殖，影响发酵过 程。
微生物的代谢产物
微生物在代谢过程中产生的有用物质。
微生物的生长环境与控制
要点一
微生物对环境条件的需求
如温度、湿度、pH值、氧气等。
要点二
发酵工程课件
目录
• 发酵工程概述 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的应用领域 • 发酵工程的研究方法 • 发酵工程的未来发展 • 发酵工程实例分析
01
发酵工程概述
发酵工程的定义与特点
发酵工程定义
发酵工程是通过利用微生物的生长和 代谢活动生产各种有用物质的过程。
发酵工程特点
发酵工程具有高效、节能、环保等优 点，可生产出许多传统化学方法无法 合成的生物活性物质，如抗生素、氨 基酸、有机酸等。
微生物生长环境的控制
通过调节环境条件，促进有益微生物的生长和抑制有害微 生物的生长。
微生物的遗传与育种
微生物遗传学基础
DNA和RNA的结构与功能，基因组与基 因表达等。
VS
微生物育种技术
发酵工程PPT教学课件
15、分解代谢：又称异化作用，是指由复杂的营养物质分 解成简单化合物的过程。
16、合成代谢：又称同化作用，是指由简单化合物合成复 杂的细胞物质的过程。
一 17、代谢控制发酵：是利用遗传学的方法或其他生物化学
、 方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，
概 述
使有用目的产物大量生成和积累的发酵。
容
稀释
表型 → 出现表型
2、发酵
（1）发酵生物反应器
二 、
① 类型 p203：搅拌式生物反应器、鼓泡式反应器、
发 气升式反应器
酵
工
② 优点：染菌率极低、发酵设备大型化、利用生物
程 的
技术提高了产量和降低了本、提高了产品的回收率和
内 质量
容
③ 要求：内壁与管道焊接部位都要求平整光滑、无
裂缝、无塌陷，便于测量器内的温度、pH值和氧气含量
一 、
有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化
概 的生物化学过程。
述
21、膜生物反应器：利用膜的阴留性能将生物催化剂限制
在膜组件的固定空间，供给所需的底物和营养物，即可在
固定空间内进行生物反应，而产生的产物造成真空膜，进
入膜的另一侧空间，脱离生物催化剂，达到了生物反应与
产物分离同时进行的目的。
始的。当时主要是以酒精发酵、甘油发酵和丙醇发酵等为
一 、
主。20世纪40年代，弗莱明发现了青霉素，开始采用深层
概 发酵法大量生产。此后，链霉素等几十种重要的抗菌素相
述 继问世，带动了抗菌素工业的诞生。发酵工业由无氧条件
下的发酵发展到了有氧发酵。
长期以来，几乎都是以碳水化合物作为发酵的原料，
而到60年代增加了正烷烃、醋酸、醇类和天然气等。发酵
发酵工程 ppt课件
4.1 主要发酵类型
微生物菌体发酵
以获得具有某种用途的菌体为目的。 例如：①酵母的生产。
②生物防治。 鳞翅目、双翅目害虫 苏云金杆菌、蜡样芽胞杆菌、 侧孢芽孢杆菌 松毛虫——白僵菌、绿僵菌
问题草莓
据中国之声《新闻纵横》报道，日前一则关于草莓的报道让不 少消费者感到担心 —— 报道说，记者随机在北京新发地农产品 批发市场、美廉美超市、昌平采摘园以及路边的草莓摊购买了 8 份草莓样品，送到北京农学院检测，结果都检出了乙草胺成分， 它被列为 b － 2 类致癌物。但对于这个结果，很多业内人士都觉 得不可思议，理论上，乙草胺不应该出现在草莓里。
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。
路易斯· 巴斯德（Louis Pasteur)
近代微生物奠基人 巴氏消毒法
每一种发酵作用都是由于一种微菌的发展。 每一种传染病都是一种微菌在生物体内的发展。
传染病的微菌，在特殊的培养之下可以减轻毒
力，病菌可以被改造成防病的疫苗。
连续发酵的优缺点
优点
能维持基质浓度 可以提高设备利用率和单位时间的产量 便于自动控制 菌种发生变异的可能性较大 要求严格的无菌条件
缺点
4.3.1.3 补料分批发酵
又称半连续发酵，是介于分批发酵和连续发 酵之间的一种发酵技术，是指在微生物分批 发酵中，以某种方式向培养系统补加一定物 料的培养技术。
进作用，也有可能有抑制作用。
4.3.2.4 CO2 对发酵的影响
CO2对菌体具有抑制作用，当排气中CO2的浓度 高于4%时，微生物的糖代谢和呼吸速率下降。 例如，发酵液中CO2的浓度达到1.6×10-1mol，就 会严重抑制酵母的生长；当进气口CO2的含量占混 合气体的80%时，酵母活力与对照相比降低20%。
《发酵工程绪论》PPT课件
h
22
一、发酵工程的特征
（p13）
1、原料：发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他 农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源 就可进行反应。可以利用废水和废物等作为发酵 的原料进行生物资源的改造和更新。
2、菌种：微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过 变异和菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使 生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规 方法难以生产的产品。
h
10
4、发酵的现代概念
• 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， 统称为发酵。
h
11
利用微生物的特点：
• 发酵工程所利用的微生物：细菌、放线菌，酵母菌和霉菌等。 • 利用微生物的特点：
(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。 (2)有极强的消化能力。 (3)有极强的繁殖能力。
h
16
（三）发酵工程产品的类型
• 酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、 干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种食品 、医疗保健药物；
• 天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用 生产资料；
• 氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素； • 单细胞蛋白等微生物菌体。 • 生物能 • 微生物冶炼 • （p3 ）
病用的疫苗等。 • 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率
最高阶段，生长稳定期产量最高。
h
30
2、微生物代谢产物发酵
• 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。 • 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢
产物。 • 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来
发酵工程 ppt课件
100%
酵母菌
单细胞真菌，具有真核细胞结构 ，有产孢子繁殖和水生、好气性 生长及醇发酵和糖发酵等类型。
80%
霉菌
丝状真菌的俗称，意即多细胞的 真菌，在自然界中广泛存在。
微生物的营养需求
水
微生物细胞的主要组成部分， 是良好的溶剂，能维持酶活性 ，参与代谢反应。
无机盐
参与细胞构成和代谢反应，对 细胞的渗透压平衡和酸碱平衡 起着重要作用。
利用发酵技术生产面包、啤酒 、酸奶等食品。
医药工业
生产抗生素、疫苗、干扰素等 生物药物。
化学工业
生产燃料、化学品、塑料等物 质。
环境治理
利用微生物处理废水、废气， 实现环境保护和治理。
02
发酵工程的基本原理
微生物的种类与特性
80%
细菌
根据形态可分为球菌、杆菌、螺 旋菌等，根据对人类的关系可分 为致病菌、条件致病菌和益生菌 。
细胞分离
通过离心、过滤等技术将菌体从发酵液中分离出 来。
产物纯化
通过一系列的分离纯化技术，如蒸馏、结晶、色 谱等，将产物纯化至所需的规格和纯度。
04
发酵工程的应用实例
酒精发酵Βιβλιοθήκη 010203
酒精发酵简介
酒精发酵是一种通过酵母 菌将糖类物质转化为乙醇 的过程，广泛应用于酒精 饮料、化工等领域。
酒精发酵工艺流程
提高产物的产量与质量
代谢工程
通过代谢工程手段，对微生物的代谢途径进行优化，提高目标产 物的产量和纯度。
过程控制
采用先进的传感器和在线监测技术，实时监测发酵过程，实现精 准控制，提高产物质量。
降低生产成本与环境污染
节能减排技术
采用新型发酵设备，提高设备利用率和能源利用效率，降低能耗和碳排放。
《发酵工程原理》课件
04
发酵工程应用实例
酒精发酵
酒精发酵简介
酒精发酵原理
酒精发酵是一种通过酵母菌将糖类物质转 化为乙醇和二氧化碳的过程，广泛应用于 酒精饮料、生物能源等领域。
酒精发酵主要基于酵母菌的厌氧代谢，通 过糖酵解途径将葡萄糖转化为乙醇和二氧 化碳。
酒精发酵工艺
酒精发酵的应用
酒精发酵工艺包括原料选择、糖化、发酵 、蒸馏和精馏等步骤，每个步骤都有严格 的操作要求。
生物农药的应用
生物农药广泛应用于农业、林 业等领域，可有效防治病虫害 ，提高农产品质量和产量。
05
发酵工程的前景与挑战
新型生物反应器的研发与应用
总结词
新型生物反应器是发酵工程的重要发 展方向，能够提高发酵效率和产物质 量。
详细描述
新型生物反应器采用先进的材料和设 计，优化了发酵过程中的氧气和营养 物质传递，减少了染菌风险，提高了 产物浓度和收率。
发酵工程通过控制微生物的生长和代谢过程，生产出包括食品、饮料、饲料、医 药品、化学品和农业用化学品等在内的各种有用物质。它具有高度洁净的生产环 境，能够实现高效转化和大规模生产，是现代生物技术的重要组成部分。
发酵工程的发展历程
总结词
发酵工程经历了自然发酵、纯培养技术、通气发酵、 酶工程和基因工程等阶段，发展至今已成为一门高度 综合性的生物工程技术。
02
微生物发酵过程
微生物发酵的类型
厌氧发酵
在无氧条件下，利用厌氧菌进行发酵，产生 乙醇、乳酸等。
兼性厌氧发酵
在有氧和无氧条件下都能进行发酵，产生酒 精、酵母等。
好氧发酵
在有氧条件下，利用好氧菌进行发酵，产生 丙酮、丁醇等。
混合发酵
同时利用多种微生物进行发酵，产生多种代 谢产物。
发酵工程 ppt课件
同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培 养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的 发酵产品。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):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。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):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。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
《发酵工程绪论》课件
《发酵工程绪论》ppt课件
目录
• 发酵工程简介 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的主要技术 • 发酵工程的应用实例 • 发酵工程的未来发展
01
发酵工程简介
发酵工程定义
01
02
03
发酵工程
利用微生物的代谢过程， 通过现代工程技术手段， 生产有用物质或直接应用 于工业生产的一种技术。
发酵工程的核心
氨基酸的生产
氨基酸简介
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，具有氨基和羧基的有机化合物。
氨基酸的生产
通过发酵工程，可以将糖类物质转化为氨基酸。不同的微生物具有不同的氨基酸合成能 力，通过选择适当的菌种和发酵条件，可以生产出各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等。
有机酸的生产
有机酸简介
有机酸是指含有羧基的化合物，具有酸味。
THANKS
感谢观看
合成生物学
结合合成生物学技术，设计和构建新型微生物， 实现特定代谢产物的优化生产。
人工智能与大数据
利用人工智能和大数据技术，对发酵过程进行实 时监控、优化和控制，提高发酵效率。
生物资源的利用与保护
要点一
微生物资源的挖掘与利用
深入挖掘各种微生物资源，利用其代谢产物，实现生物资 源的最大化利用。
要点二
乳酸发酵可以用于生产酸奶、乳酪等乳制 品，以及泡菜、酸豆角等蔬菜制品。乳酸 发酵可以提高食品的口感和品质，延长保 质期，同时还有助于维持肠道菌群平衡。
酶制剂的生产
酶制剂简介
酶是一种具有生物催化功能的蛋白质，酶制 剂则是经过加工制成的酶制品。
酶制剂的应用
酶制剂可以用于食品、饲料、纺织、造纸、 制药等领域。例如，淀粉酶可以用于淀粉加 工，提高淀粉的利用率；蛋白酶可以用于蛋 白质水解，生产氨基酸和肽类物质。
目录
• 发酵工程简介 • 发酵工程的基本原理 • 发酵工程的主要技术 • 发酵工程的应用实例 • 发酵工程的未来发展
01
发酵工程简介
发酵工程定义
01
02
03
发酵工程
利用微生物的代谢过程， 通过现代工程技术手段， 生产有用物质或直接应用 于工业生产的一种技术。
发酵工程的核心
氨基酸的生产
氨基酸简介
氨基酸是构成蛋白质的基本单位，具有氨基和羧基的有机化合物。
氨基酸的生产
通过发酵工程，可以将糖类物质转化为氨基酸。不同的微生物具有不同的氨基酸合成能 力，通过选择适当的菌种和发酵条件，可以生产出各种氨基酸，如谷氨酸、赖氨酸等。
有机酸的生产
有机酸简介
有机酸是指含有羧基的化合物，具有酸味。
THANKS
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合成生物学
结合合成生物学技术，设计和构建新型微生物， 实现特定代谢产物的优化生产。
人工智能与大数据
利用人工智能和大数据技术，对发酵过程进行实 时监控、优化和控制，提高发酵效率。
生物资源的利用与保护
要点一
微生物资源的挖掘与利用
深入挖掘各种微生物资源，利用其代谢产物，实现生物资 源的最大化利用。
要点二
乳酸发酵可以用于生产酸奶、乳酪等乳制 品，以及泡菜、酸豆角等蔬菜制品。乳酸 发酵可以提高食品的口感和品质，延长保 质期，同时还有助于维持肠道菌群平衡。
酶制剂的生产
酶制剂简介
酶是一种具有生物催化功能的蛋白质，酶制 剂则是经过加工制成的酶制品。
酶制剂的应用
酶制剂可以用于食品、饲料、纺织、造纸、 制药等领域。例如，淀粉酶可以用于淀粉加 工，提高淀粉的利用率；蛋白酶可以用于蛋 白质水解，生产氨基酸和肽类物质。
《发酵工程》PPT演示课件
应的压力降也较小。
35
36
❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
37
2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
32
❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
35
36
❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
37
2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
32
❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
发酵工程-2012-生物科学(1)
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22
球菌
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23
杆菌
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24
▪ 2.2.1.2、霉菌类 ▪ （1） 黑曲霉 ▪ （2） 米曲霉 ▪ （3） 青 霉 ▪ （4） 木 霉 ▪ （5） 根 霉 ▪ （6） 毛 霉
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25
黑曲霉的电镜观察图像
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26
黑曲霉平板生长菌落图像
▪
节约能量
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69
在发酵工业中，氧主要通过通入无菌空气的 方式来供给。
通气量与菌种、培养基性质、培养阶段有关。
通气量的大小，最好由氧溶解量的多少来决 定。而氧溶解量的多少与多种因素有关。
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70
▪ （3）提高溶解氧的方法
▪① 增加氧溶解的推动力
▪增加通气量、提高氧分压；
▪② 延长氧的停留时间：
▪ 来源：糖类；
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42
氮源 氮源也是培养基的主要成分之一（占干物质量的10%）。
主要功能：细胞、酶产物的组成； 来源：有机氮、无机氮；
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43
无机盐及微量元素 主要功能：组成、辅助因子等；来源：盐（原料、
水）； 特殊生长因子
不可缺、量微，自身不能合成或量不够。 主要功能：辅酶，电子受体； 来源： 水 水是物质溶解和生化反应的基础。 功能：
对于霉菌、放线菌，常采用孢子接种；包括孢子悬浮液的制备
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40
（1）培养基成分
A、因孢子和菌丝体不同而异； B、最后一级种子培养基应尽量与发酵培养基一致； C、配比恰当、新鲜；
（2）种龄与种量：对数期、1%-10%； （3）培养条件：温度、 pH值、溶解氧； （4）泡沫：泡沫影响氧溶解和传递； （5）染菌：染菌影响（纯、壮、量）； （6）种子罐级数：与“菌种生长特性、孢子发芽及
发酵工程韦革宏杨祥节PPT课件
三、用途不同的培养基
3. 发酵培养基 是供菌种生长繁殖和合成发酵产物的培养基。
– 特点：成分比较复杂，含有一些非营养物质。 由于发酵培养基既要能保证接种的种子的生长繁 殖，又要保证发酵产物的合成，所以其中除含有 通常培养基所含的必需营养元素外，还含有前体、 产物促进剂和抑制剂以及指示剂、消泡剂等物质。
数与氮源中的氮原子摩尔数之比。 – 影响：碳氮比 (C/N)高意味着碳源过多，容易使
氧化不彻底，形成较多的有机酸，培养基pH值会 偏酸；
二、培养基成分用量的确定
–pH值偏碱。
– 确定：不同微生物，或不同生理状态以及不同的 生产要求均不同，所以最适的碳氮比 (C/N)要通 过实验确定，一般在100 / (1～20)之间。
表4-20 一些鉴别培养基
某厂以蔗糖为主要原料发酵生产柠檬 酸的培养基配方
成分
麦芽汁 蔗糖 NH4NO3 K2HPO4 MgSO4.7H2O KCl 琼脂
斜面 麦芽汁
2%
种子罐 发酵
少量 2.5-5% 0.225% 0.03% 0.025%
20% 0.11% 0.03% 0.025% 0.015%
菌培养和保藏等
三、用途不同的培养基
实验室用培养基
1. 选择培养基 (selected medium) 是根据某种微生物的特殊营养要求或其对某种物 理化学因素的抗性而设计的用于富集的培养基。
– 特点：投其所好，取其所抗 – 应用：富集某种微生物，如富集自生固氮菌的阿
贝氏无氮培养基，富集土壤真菌的马丁氏培养基 等。
正交设计确定优化的配方
正交实验结果
结果：
碳源：乙酸钠 0. 2% 氮源：氯化铵 0.2%
酵母膏0.03% 无机盐: 复合无机盐0.05%
发酵工程制药( )ppt课件
对于酿造行业水的重要性不言而喻对于常规发酵可靠持久能提供大量成分一致清洁的55二培养基的类型液体化学成分物理性质分类依据半固体固体合成天然孢子培养基种子培养基发酵培养基工业生产观察微生物的运动鉴定菌种的分离计数分类鉴定工业生产供菌种繁殖孢子提供大量优质的菌体累积代谢产物56固体培养基半固体培养基液体培养基57基础培养基鉴别培养基选择培养基
1 0
微生物发酵生产的药物：
主要包括：抗生素类、氨基酸类、核 苷酸类、维生素类、甾体类激素、治 疗酶及酶抑制剂
1 1
5、微生物特殊机能的利用
利用微生物消除环境污染 利用微生物发酵保持生态平衡 微生物湿法冶金 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。
1 2
发酵的流程：
空气 空气净化处理
菌种选育 保藏菌种 斜面活化
实际使用时的转化率在46-90%之间
例某厂单耗为：0.337（kg/10亿青霉素） 转化率为：13.8/[(0.337/0.6)*36]=68%
大部分微生物反应器都是针对微生物悬浮在培 养基中的，统称为深层发酵罐的形式。
3 8
主要内容
（一）培养基及灭菌
1. 培养基的定义、成份
2. 培养基的类型
3. 培养条件
4. 培养基确定方法
5. 培养基的灭菌：空消、实消、连消
（二）发酵工程制药的过程与控制
1. 种子的扩大培养
定义、目的
优良的种子应具备条件
分解者或消费者 生产者
2 0
细菌的菌落：
单个或者少数细菌在固体培养基上大量 繁殖时，会形成一个肉眼可见的、具有一定 形态结构的子细胞群体。
2 1
• 特征：大小、形状、光泽度、颜色、硬度、透明 度等。
• 功能：每种细菌在一定条件下所形成的菌落，可 以作为菌种鉴定的重要依据。
1 0
微生物发酵生产的药物：
主要包括：抗生素类、氨基酸类、核 苷酸类、维生素类、甾体类激素、治 疗酶及酶抑制剂
1 1
5、微生物特殊机能的利用
利用微生物消除环境污染 利用微生物发酵保持生态平衡 微生物湿法冶金 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。
1 2
发酵的流程：
空气 空气净化处理
菌种选育 保藏菌种 斜面活化
实际使用时的转化率在46-90%之间
例某厂单耗为：0.337（kg/10亿青霉素） 转化率为：13.8/[(0.337/0.6)*36]=68%
大部分微生物反应器都是针对微生物悬浮在培 养基中的，统称为深层发酵罐的形式。
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主要内容
（一）培养基及灭菌
1. 培养基的定义、成份
2. 培养基的类型
3. 培养条件
4. 培养基确定方法
5. 培养基的灭菌：空消、实消、连消
（二）发酵工程制药的过程与控制
1. 种子的扩大培养
定义、目的
优良的种子应具备条件
分解者或消费者 生产者
2 0
细菌的菌落：
单个或者少数细菌在固体培养基上大量 繁殖时，会形成一个肉眼可见的、具有一定 形态结构的子细胞群体。
2 1
• 特征：大小、形状、光泽度、颜色、硬度、透明 度等。
• 功能：每种细菌在一定条件下所形成的菌落，可 以作为菌种鉴定的重要依据。
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四、淀粉酶水解制糖工艺
3.
水解糖液质量要求
––– –––色泽：浅黄 透光率：≥60% 糊精反应：无 DE值：≥90% pH值：4.6～4.8 其他：无杂菌、不变质、蛋白质等杂质含量合格
五、糖蜜原料培养基的制备过程
糖蜜的概念和分类
– –
–
糖蜜（waste molasses）是制糖工业的废液，是 一种黑褐色、粘稠的酸性糖液。 糖蜜根据来源的不同，分为甘蔗糖蜜（cane molasses）和甜菜糖蜜（beet molasses）以及 高级糖蜜（high test molasses）等。 糖蜜的主要成分
表4-24 酸法和酶法制糖工艺比较
比较项目 酸 法 酶 法
葡萄糖值（DE值）
淀粉原料浓度 葡萄糖含量（干重） 灰分 蛋白质 5-羟甲基糠醛 色度 淀粉转化率 工艺条件 过程耗能 副产物
91
18%～21% 86% 1.6% 0.08% 0.30% 10.0 90% 高温高压 高 多
98
34%～40% 97% 0.1% 0.1% 0.003% 0.2 98% 较温和 低 少
四、淀粉酶水解制糖工艺
1.
背景介绍
–
–
– –
历史和发展趋势 一般流程 α-淀粉酶的作用特点 糖化酶的作用特点
2.
双酶水解法的主要设备和工艺流程
见图4-3.
图4-3 双酶水解法的主要设备和工艺流程
1：调浆配料槽 2, 8：过滤器 3, 9, 14, 17：泵 4, 10：喷射加热器 5：缓冲器 6：液化层流罐 7：液化液贮罐 11：灭菌罐 12：板 式换热器 13：糖化罐 15：压滤机 16：糖化暂贮罐 18：贮糖罐 液化主要工艺参数： 糖化主要工艺参数： (1) 液化温度：88℃～90℃ (1) 糖化温度：55℃～60℃ (2) pH值：6.2～6.4 (2) pH值：4.0～4.5 (3) 淀粉浆浓度：30%～40% (3) 酶用量：80～100 活力单位 / g淀粉 2+ (4) Ca 浓度：0.01 mol/L （30%淀粉浆） (5) 酶用量：8～10 活力单位 / g淀粉 (4) 糖化时间：约24 h (6) 液化时间：10～15 min
见表4-25.
表4-25 糖蜜的主要成分
种类 成分(%) 总固形物 总糖 N 总灰分 K2O CaO SiO2 P2O5 MgO
甜菜糖蜜 78～85 48～58 0.2～2.8 4～8 2.2～4.5 0.15～0.7 0.1～0.5 0.01～0.02 0.01～0.1
甘蔗糖蜜 78～85 50～58 0.08～0.5 3.5～7.5 0.8～2.2 0.15～0.8 0.05～0.3 0.009～0.07 0.25～0.8
3.
淀粉原料在发酵工业上的应用
二、淀粉水解的原理
淀 水解反应 糊 精 粉
麦芽糖
葡萄糖
复合反应
复合二糖 低聚糖
分解反应
5-羟甲基糠醛 有机酸、有色物质
三、淀粉酸水解制糖工艺
1.
淀粉水解糖制备方法概述
–
–
–
酸解法（acid hydrolysis method）是淀粉水解 糖制备的传统方法，它是以无机酸（现在也用有 机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解为葡 萄糖的方法。 酶解法（enzyme hydrolysis method）是用专 一性很强的淀粉酶将原料淀粉水解为糊精和低聚 糖，再用糖化酶继续水解为葡萄糖的制糖工艺。 酸酶结合法（acid-enzyme hydrolysis method） 是结合了酸法和酶法的水解糖制备工艺。
生产周期
设备规模 设备生产能力 设备要求 原料要求
短
小 大 耐高温高压，耐腐蚀 较高
长
大 小 不需耐高温高压，耐腐蚀 较低
三、淀粉酸水解制糖工艺
2.
淀粉酸解法工艺流程
淀粉→过筛→调浆→加酸→进料→糖化→放料→冷却→ 中和→脱色→过滤→糖液 主要技术参数：
（1）淀粉乳浓度18%～21%； （2）盐酸用量为干淀粉的0.5%～0.8%，使淀粉乳pH值达到1.5左右； （3）进料压力0.02～0.03 MPa； （4）水解压力0.28 MPa； （5）水解时间一般15 min左右； （6）水解终点检查，一般用无水酒精检查无白色反应为止。
高级糖蜜 86～92 70～86 0.05～0.25 1.8～3.6 0.2～0.7 0.15～0.35 0.07～0.25 0.03～0.22 0.12～0.25
五、糖蜜原料培养基的制备过程
糖蜜原料的预处理流程
糖蜜原料 →稀释（1:1）→调pH值（H2SO4）至2.0→加 热（95℃～100℃）20 min →中和（15%石灰乳）→沉 淀过滤→澄清液→加入4%的纯碱→稀释到30% →80℃ 加热30 min →过滤 →糖液
第四章 发酵工业培养基及 原料处理
培养基的营养、组成和 原料处理
第四节 工业发酵中营养基质 的配制方法
淀粉原料和糖蜜原料的预处理
一、淀粉的组成和特性
1.
淀粉的概念和物理化学特性
–
–
–
淀粉的化学本质 淀粉的理化性质和糊化 直链淀粉和支链淀粉的区别
2.
植物淀粉的特性
–
不同来源植物淀粉的主要区别
颗粒大小、直链支链比例、含水量、糊化温度