第二节_发酵罐及发酵工程应用实例
发酵工程应用实例 单细胞蛋白生产
纤维素类原料生产SCP
有三条路线： •一是预处理-酶解 •二是酸解 •三是混合发酵法
纤维素酶分解天然纤维的先决条件是酶与纤维素相互接触，形 成复合物，但天然纤维的纤维素和其它主要成分不溶于水，并 且在细胞壁中排列成紧密的复合结构，因此，必须设法使纤维 素酶分子扩散到细胞壁内，纤维素分子的表面才能使之相互接 触并进行反应。结晶度越高，纤维表面积越小，酶解越困难。 另外，纤维素原料中的木质素会阻碍酶与纤维素接触，是影响 酶反应敏感性的另一重要因素。
以木薯为原料采用深层发酵法生产SCP的流程图
➢在SCP生产中，发酵过程必须控制温度以利于菌体的大量增殖、 生长。可以通过发酵罐内部的冷却表面散发培养液的热量，当然 也可以在罐外通过热交换器来降低培养液的温度。
➢以甘薯、木薯、玉米等淀粉质原料发酵生产SCP得率一般可超 过50％，即2t原料可生产出1t多蛋白含量超过50％的产物。每 升发酵液中生物量约为37～40g。
单细胞蛋白生产
单细胞蛋白(SCP)
指适用于食品和动物饲料应用的微生物细胞，包括酵母菌、 细菌、霉菌和高等真菌。 这些微生物大多数是富含蛋白质的单细胞生物，可以认为是 单细胞蛋白质的重要来源。
应用微生物生产单细胞蛋白的优点：
（1）细胞蛋白质含量高达50%以上，含有多种氨基酸、维 生素、矿物质、粗脂肪等营养成分，易于消化吸收。 （2）微生物生长繁殖快，短时间可获得大量产品。
➢瑞典糖业有限公司在1973年便利用土豆加工的废渣以混合培 养方法生产饲料SCP。
糖蜜原料生产SCP
糖蜜是制糖工业的主要副产品。甜菜、甘蔗糖蜜中含有多 种可利用成分，是综合利用发酵生产酵母、酒精、核苷酸 等产品的宝贵资源，而且特别适用于SCP生产。
发酵罐的结构型式及发酵领域的应用
发酵罐的结构型式及发酵领域的应⽤发酵罐的结构型式及发酵领域的应⽤1.1发酵罐的结构型式及发酵领域的应⽤发酵过程可以通过固体培养和深层浸没培养完成，从⽣产分为间隙分批、半连续和连续发酵等，但是⼯业化⼤规模的发酵过程，则以通⽓纯种深层液体培养为主。
通⽓纯种培养的发酵罐型式有标准式发酵罐、⾃吸式发酵罐、⽓升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐和多孔板塔式发酵罐等。
⾃吸式发酵罐系通过发酵罐内叶轮的⾼速转动，引成真空将空⽓吸⼊罐内，由于叶轮转动产⽣的真空，其吸⼊压头和空⽓流量有⼀定限制，因⽽适⽤于对通⽓量要求不⾼的发酵品种；塔式发酵罐是将发酵液置于多层多孔塔板的细长罐体内(亦称⾼位筛板塔式)，在罐底部通⼊⽆菌空⽓，通过⽓体分散进⾏氧的传递，因⽽其供氧量受到了⼀定限制；⽓升式发酵罐、喷射式叶轮发酵罐、外循环发酵罐均是通过⽆菌空⽓在罐内中央管或通过旋转的喷射管和罐外喷射泵使发酵液按照⼀定规律运⾏，从⽽达到⽓液传质的效果，⽬前⽓升式发酵罐在培养其较稀薄，供氧量要求不太⾼的条件下(如VC发酵)得到了使⽤。
但在发酵⼯业中，仍数兼具通⽓⼜带搅拌的标准式发酵罐⽤途最为普遍，标准式发酵罐被⼴泛应⽤于抗⽣素、氨基酸、柠檬酸等各个领域。
重点介绍标准发酵罐的设计，对机械搅拌的⾃吸式发酵罐、空⽓带升环流式发酵罐和⾼位塔式发酵罐仅作简要介绍。
1.1.1机械搅拌⾃吸式发酵罐是⼀种⽆需⽓源供应空⽓的发酵罐，该发酵罐最关键部件是带有中央吸⽓⼝的搅拌器。
⽬前国内采⽤⾃吸式发酵罐中的搅拌器是带有固定导轮的三棱空⼼叶轮，叶轮直径d为罐径D的1/3，叶轮上下各有⼀块三棱形平板，在旋转⽅向的前侧夹有叶⽚，其各部件尺⼨⽐例关系见表10-1。
当叶轮向前旋转时，叶⽚与三棱形平板内空间的液体被甩出⽽形成局部真空，于是将罐外空⽓通过搅拌器中⼼的吸⼊管⽽被吸⼊罐内，并与⾼速流动的液体撞击形成细⼩的⽓泡，⽓液混合流通过导轮流⼊到发酵液主体。
导轮由16块具有⼀定曲率的翼⽚组成，排列于搅拌器的外围，翼⽚上下有固定圈予以固定。
《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。
实验二发酵罐认知及使用培训
实验二发酵罐认知及使用培训一、发酵罐的基本认知1.发酵罐的定义：发酵罐是一种专门用于食品发酵的器具，可控温、控湿、控气等，提供适宜的环境条件，促使微生物的活动和生长。
2.发酵罐的组成：发酵罐由罐体、发酵控制系统、温湿度控制系统、通风系统、氧气供应系统等多个部分组成。
二、发酵罐的使用方法1.发酵罐的准备：在使用发酵罐之前，需要进行检查和清洁，确保设备的整洁和无故障。
2.发酵罐的操作：根据具体的发酵要求，设置发酵罐的温度、湿度和氧气供应量等参数，再将发酵物质放入罐内进行发酵。
3.发酵罐的管理：在发酵过程中，需要定期检查发酵罐的工作状态，如温度、湿度、氧气供应等是否正常，同时进行必要的调整和维护。
三、发酵罐的常见问题及解决方法1.温度控制问题：如发酵罐的温度不稳定或过高过低，可以检查温度控制系统的设置和传感器是否正常，调整或维修相应部件。
2.湿度控制问题：如发酵物质过于干燥或湿度过高，可以检查湿度控制系统的工作状态，是否需要增加或减少湿度调节装置。
3.氧气供应问题：如发酵物质需要较高的氧气供应量，可考虑增加罐体通风系统或使用其他辅助设备进行氧气供应。
4.发酵过程中的异味问题：如果发酵罐产生异味，可以检查发酵过程中是否发生了不正常的反应，及时调整发酵参数或更换发酵物质。
四、发酵罐的安全注意事项1.在操作发酵罐时，需要确保罐体密封良好，并避免发生漏气或渗漏的情况。
2.发酵罐使用过程中，注意保持设备的清洁，防止发酵过程中的污染或杂质对产品质量的影响。
3.在维护发酵罐时，必要时需要切断电源或气源，以确保操作人员的安全。
4.发酵罐使用完毕后，需要进行清洁和消毒，以防止细菌滋生和交叉感染。
综上所述，通过发酵罐的认知及使用培训，可以提高操作人员对发酵罐的了解程度，正确进行操作和管理，从而保证产品的质量和安全性。
同时，还可以帮助操作人员快速解决发酵过程中出现的问题，并采取相应的应对措施，提高生产效率和降低风险。
发酵工程应用实例 青霉素生产
• 化学结构：
RCONH O
S N
CH3 CH3
COOH
CH3 _CH _C _ NH _ CH- COOH
NH2 O
CH3
• 菌种：产黄青霉 • 生产能力：达到30000-60000/mL
一、青霉素生产菌生长特性
• I期 分生孢子发芽； • II期 菌丝繁殖； • III期 形成脂肪粒，积累贮藏物； • IV期 脂肪粒减少，形成中、小空泡； • V期 形成大空泡，脂肪粒消失； • VI期 细胞内看不到颗粒，个别细胞出现自溶。
预处理:发酵液加少量絮凝剂沉淀蛋白
(2)、过滤
鼓式真空过滤机过滤： 一次滤液：pH6.2-7.2，略浑，棕黄或绿色，蛋白质含量0. 5-2.0%。
板框式过滤机过滤：硫酸调节pH4.5-5.0，加入0.07%溴代十五烷 吡啶，0.07%硅藻土为助虑剂。 二次滤液：澄清透明，用于提取（收率90％）
(3)、溶剂萃取
(5)、结晶——共沸蒸馏结晶
萃取液，再用0.5 M NaOH萃取，于pH6.4-6.8下得到钠 盐水浓缩液。
加 3-4 倍体积丁醇，16-26℃，真空（0.67-1.3KPa）下 蒸馏。水和丁醇形成共沸物而蒸出。钠盐结晶析出。
结晶经过洗涤、干燥（ 60℃真空16h ），磨粉，装桶， 得到青霉素产品。
原理：青霉素游离酸易溶于有机溶剂，而霉素盐易溶于 萃取剂：青霉素分配系数高的有机溶剂。 工业上通常用：醋酸丁酯和醋酸戊酯。 除去蛋白质：加0.05-0.1%乳化剂PPB。 萃取：2－3次。
(4)、脱色
萃取液中添加活性炭，除去色素 过滤，除去活性炭。
(5)、结晶——直接结晶
加醋酸钠－乙醇溶液反应：得到结晶钠盐。 加醋酸钾－乙醇溶液：得到青霉素钾盐。
2022年高考生物一轮考点复习 第十单元 生物技术与工程 第2课 传统发酵技术的应用与发酵工程
第2课传统发酵技术的应用与发酵工程【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。
【素养目标】1.运用结构与功能观分析和解释发酵工程相关技术的基本原理。
(生命观念)2.运用归纳法比较果酒、果醋和泡菜的制作原理和过程。
(科学思维)3.针对人类生产和生活的需求，尝试设计实验解决现实生活问题。
(科学探究)4.关注食品安全，倡导健康的生活方式。
(社会责任)一、发酵与传统发酵技术1．发酵的概念和种类：(1)发酵的概念：是指人们利用微生物，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)种类：有氧发酵和无氧发酵。
例如：醋酸发酵、谷氨酸发酵为有氧发酵；酒精发酵为无氧发酵。
2．传统发酵技术：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、制作食品的技术类型固体发酵和半固体发酵实质有氧或无氧条件下的物质氧化分解结果生产人们需要的各种发酵食品应用制作果酒、果醋、泡菜、酱油等1．发酵是利用微生物生产所需代谢产物的一种生产方式，通常说的乳酸菌发酵是厌氧发酵。
(√) 2．传统发酵食品的制作过程中，制作的发酵食品往往品质专一。
(×)提示：传统发酵食品的制作过程中，没有接种菌种，利用的天然菌种，菌种差异、杂菌情况不明和发酵过程的控制缺乏标准等，往往会造成发酵食品的品质不一。
3．家庭自酿米酒、米醋，属于传统发酵技术的应用。
(√)4．传统发酵通常是家庭式或作坊式的。
(√) 二、尝试制作传统发酵食品 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：多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。
发酵工程经典案例
发酵过程
发酵条件
酸奶发酵需要一定的温度和时间，通 常在40℃左右进行发酵，时间为2-4 小时。
在酸奶发酵过程中，乳酸菌利用牛奶 中的乳糖作为营养物质，进行生长和 代谢，产生乳酸和其他物质。
酸奶制作流程
预处理
将牛奶加热至40℃左右，加入 糖搅拌均匀。
发酵
将接种后的牛奶放入恒温箱中， 保持温度在40℃左右，进行发 酵。
酿酒工业
用于酿造葡萄酒、啤酒等酒精 饮料，提供发酵力和风味。
烘焙业
用于烘焙面包、糕点等食品， 提供发酵力和营养价值。
饲料工业
作为动物饲料添加剂，提高饲 料营养价值和动物生长性能。
药品和保健品
用于生产药品和保健品，具有 较高的生物活性和安全性。
04
抗生素发酵
抗生素的种类与作用机制
青霉素
四环素
通过抑制细菌细胞壁的合成，导致细菌细 胞壁缺损，水分由外环境不断渗入高渗的 菌体内，致细菌膨胀变形死亡。
糖化过程
在糖化罐中进行，控制温 度和pH值，使淀粉充分水 解为可发酵的糖类。
发酵过程
将酵母添加到糖化后的溶 液中，进行发酵，产生酒 精和二氧化碳。
发酵控制
控制发酵温度、时间和酵 母种类，以获得特定口感 的啤酒。
啤酒的包装与储存
过滤与灌装
将发酵完成的啤酒进行 过滤，去除杂质，然后
灌装到瓶或罐中。
包装材料
滥用和误用。
耐药性
长期使用抗生素会导致细菌产生 耐药性，因此应尽可能减少抗生 素的使用，特别是对非细菌感染
疾病。
耐药性监测
医疗机构应加强对耐药性的监测， 及时发现并控制耐药菌株的传播。
05
生物制燃料
生物燃料的种类与优势
第五章发酵罐ppt课件
填料函式轴封的结构示意图
• ②端面式轴封又称机 械轴封。密封作用是 靠弹性元件（弹簧、 波纹管等）的压力使 垂直于轴线的动环和 静环光滑表面紧密地 O形环 相互贴合，并作相对 转动而达到密封
• （3）也有采用罐外列管 式喷琳冷却
啤酒发酵罐锥底
C．C．T底部结构
第二节 需氧发酵罐
• 通风发酵罐又称好气性发酵罐，如谷氨酸、柠 檬酸、酶制剂、抗生素、酵母等发酵用的发酵 罐。好气性发酵需要将空气不断通入发酵液中， 以供微生物所消耗的氧。
• 常用通风发酵罐几种类型： • （1）机械搅拌发酵罐 • （2）气升式发酵罐 • （3）自吸式发酵罐
机械搅拌自吸式发酵罐;
溢流自吸式发酵罐(文氏管发酵罐);
喷射自吸式发酵罐。
一、机械搅拌发酵罐
（一）机械搅拌通风发酵罐的基本要求 • （1）发酵罐应具有适宜的径高比；发酵罐的高度
与直径之比一般为1.7~4倍左右，罐身越长，氧的 利用率较高 • （2）发酵罐能承受一定压力； • （3）发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合， 保证发酵液必须的溶解氧； • （4）发酵罐应具有足够的冷却面积； • （5）发酵罐内应尽量减少死角，避免藏垢积污， 灭菌能彻底，避免染菌； • （6）搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。
• 端面式轴封的优点： P59
• 端面式轴封的缺点： P60
弹簧 动环
硬质合金
静环
单端面密封
（8）发酵罐的换热装置
夹套式 竖式蛇管 竖式列管
应用
小型发酵罐；夹 套的高度比静止
发酵工程经典案例
在柠檬酸发酵过程中，需要对温度、pH、溶氧浓度等发酵条件进行严格控制。适宜的 温度能够保证菌体的正常生长和代谢，而pH的调节对于维持菌体的生长和产物合成至 关重要。溶氧浓度的控制则影响到菌体的呼吸和产物合成。通过对这些发酵条件的优化
和控制，可以提高柠檬酸的产量和纯度。
柠檬酸的提取与精制
总结词
原料选择与处理
原料选择
选用优质大豆和面粉作为主要原料， 确保蛋白质和淀粉含量丰富。
原料处理
将大豆浸泡、蒸煮、冷却，面粉加水 搅拌成浆，为发酵提供适宜的营养基 础。
米曲霉的接种与发酵
米曲霉接种
将米曲霉接种到大豆和面粉混合物中，提供发酵菌种。
发酵过程
在适当的温度和湿度条件下，米曲霉分解原料中的蛋白质和淀粉，产生氨基酸和糖类等代谢产物。
详细描述
柠檬酸的提取与精制是实现发酵产物分离和 纯化的重要步骤，通过高效分离和精制技术， 获得高纯度的柠檬酸产品。
提取与精制过程包括菌体分离、发酵液预处 理、酸提取和精制等步骤。通过离心分离、 过滤等方法将菌体从发酵液中分离出来，然 后对发酵液进行预处理，去除其中的杂质。 柠檬酸可采用钙盐法、萃取法或离子交换法 进行提取，最后通过重结晶、蒸馏等精制技 术获得高纯度的柠檬酸产品。
环境保护
案例应注重环境保护和可持 续发展，采用清洁生产技术 和节能减排措施，减少对环 境的负面影响。
02 经典案例一：啤酒生产
原料选择与预处理
原料选择
啤酒生产主要使用大麦、水、酵母、 啤酒花等原料，大麦是啤酒的主要原 料，其质量直接影响啤酒的口感和品 质。
预处理
原料进入生产前需要进行预处理，包 括除杂、破碎、浸泡、发芽等步骤， 以充分释放出大麦中的淀粉和蛋白质 等营养成分。
发酵工程及其在食品中的应用正式课件
发酵工程及其在食品中的应用正式
13
一、SCP生产菌种和原料
生产SCP的菌种： 酵母菌、细菌、霉菌和藻类等，用的较多的是 酵母菌。 如：酿酒酵母、产朊假丝酵母（或称圆酵母） 、脆壁克鲁维酵母（或称乳清酵母）。 优良的SCP生产菌株应具有的性状：无生理毒 性、菌体蛋白含量高、生长速度快、对培养条 件要求简单和产品味道好易于吸收等。
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（四）、发酵工艺流程
1、种子培养
斜面 三角瓶 10L罐 100L罐 1M3罐
10M3发酵罐
发酵工程及其在食品中的应用正式
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2、发酵培养基
碳源：葡萄糖、蔗糖或淀粉。 氮源：蛋白胨、酵母精粉、玉米浆、水解乳清粉、豆饼 粉和无机氮源等。
氮源含量高会导致黄原胶产量下降，宜采用高C/N。 无机离子和微量元素：P、S、Mg 2+ 、 Ca2+、k+等对菌 体和胶的合成起促进作用，可提高黄原胶产量或质量。 ▪表面活性剂：乳化发酵可提高黄原胶产量。
3、混合发酵
选用能较好地利用纤维素的菌株，使其与纤
维素酶配合使用。
发酵工程及其在食品中的应用正式
21
三、SCP的分离和纯化
两个关键技术： ▪ 破除菌体细胞壁 ▪ 降低SCP产品中的RNA含量
以酵母为例： 1、破碎细胞壁方法 化学法: 酸法、碱法、有机溶剂等 酶法： 自溶作用或外加酶（如蜗牛酶等） 机械法：高压匀浆、球磨研磨、超声波破碎
品外观，改进口感和增强风味等。
发酵工程及其在食品中的应用正式
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（三）、生产菌种
常用的生产菌种：黄单孢杆菌及其变异株。 美国：多数为甘蓝黑腐病黄单孢杆菌及其变
异株 我国：多数为野油菜黄单孢杆菌
（Xanthomonas Campestris）及其变异 株
1.3发酵工程及其应用_1
1.3 发酵工程及其应用自主梳理一、发酵工程的基本环节1.选育菌种性状优良的菌种可以从自然界中筛选出来，也可以通过诱变育种或基因工程育种获得。
2.扩大培养：工业发酵罐的体积很大，接入的菌种总体积也要较大，因此在发酵之前还需要对菌种进行扩大培养。
3.配制培养基：在菌种确定之后，要选择原料制备培养基。
培养基的配方要经过反复试验才能确定。
4.灭菌：发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种。
一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降。
因此，培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌。
5.接种：扩大培养的菌种和灭菌后的培养基加入发酵罐中。
大型发酵罐有计算机控制系统，能对发酵过程中的温度、pH 、溶解氧、罐压、通气量、搅拌、泡沫和营养等进行监测和控制。
新课程标准学习目标 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.举例说明发酶工程在医药、食品及其他工农业生产上有重要的应用价值表。
1. 概述发酵工程及其基本环节。
2.举例说明发酵工程在生产上有重要的应用价值。
Part1目标任务：对接课标，了解目标Part2预习导学：自主梳理+预习检测，掌握基本知识点Part3探究提升：代入情景+典例精讲，深入学习知识要点 啤酒的工业化生产流程Part4网络梳理：建立知识间的联系Part5强化训练：必刷经典试题，能力提升内容导航6.发酵罐内发酵：这是发酵工程的中心环节。
在发酵过程中，要随时检测培养液中的微生物数量、产物浓度等，以了解发酵进程。
还要及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、pH和溶解氧等发酵条件。
7.分离、提纯产物：如果发酵产品是微生物细胞本身，可在发酵结束之后，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥得到产品。
如果产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。
二、发酵工程的应用1．发酵工程的特点：生产条件温和、原料来源丰富且价格低廉、产物专一、废弃物对环境污染小和容易处理等。
实验二发酵罐认知及使用培训课件
实验二发酵罐认知及使用培训
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3.发酵罐的灭菌
❖ 1）准备
开蒸汽发生器、开空气压缩机、开水源开关、标 定电极、装罐。
❖ 2）预热（0-90℃）
开搅拌器，转速为200-300rpm；温度设为手动
❖ 11.使用发酵罐应登记，使用后由负责人检查签字。
实验二发酵二发酵罐认知及使用培训
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❖ 4）附属设备 ❖ 蒸汽发生器 ❖ 空气压缩机
实验二发酵罐认知及使用培训
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2.电极及电极标定
❖ pH电极、溶氧电极、泡沫电极、温度电极
❖ pH电极、溶氧电极使用时需标定
1.pH电极和溶氧电极在标定之前要在缓冲液中浸 泡并联机通电30min以上。
2.pH电极先标定零点（6.86），再标定斜率 （4.00）。
实验二发酵罐认知及使用培训
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❖ 2）管路 ❖ 蒸汽
一路蒸汽进发酵罐夹套 二路蒸汽进发酵罐 三路蒸汽进取样管路
❖ 空气：进罐 ❖水
一路进发酵罐夹套；电加热器、循环水泵、电磁阀 二路进排气管夹套
❖ 排气管 ❖ 排水管
实验二发酵罐认知及使用培训
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❖ 3）主机
❖ 电源开关、 显示屏、加 热指示灯、 注水开关、 搅拌开关、 补料泵、电 极线
微开排气阀、开排夹套水阀，三通阀提到上挡位， 其它阀均关，缓慢开一路蒸汽阀，蒸汽进夹套预 热
实验二发酵罐认知及使用培训
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❖ 3）加热（蒸汽进罐）90-121℃
停搅拌，开空气过滤器排冷凝水阀，开二路蒸汽 阀，至基本无冷凝水排出，关小排冷凝水阀，三 通阀放到下挡位，蒸汽进罐（调整过滤器前压力 表示数在0.12-0.16MPa之间）
发酵工程的应用举例
发酵工程的应用举例【知识归纳】1、选育菌种：①从自然界中筛选性状优良的菌种；②通过诱变育种或者基因工程2、扩大培养：因为工业中使用的发酵罐体积很大，菌种在接入发酵罐之前要进行扩大培养3、配制培养基：先确定菌种，再选择原料制备培养基，培养基的配方要经过反复试验才能确定4、灭菌：培养基和发酵设备都必须经过严格的灭菌为什么要进行灭菌：因为发酵工程中所用的菌种大多是单一菌种，一旦有杂菌污染，可能导致产量大大下降5、接种：将扩大培养后的菌种接种到发酵罐中6、发酵：发酵工程的中心环节。
在发酵过程中，要随时监测培养液中的微生物数量、产物浓度等。
及时添加必需的营养组分，要严格控制温度、PH和溶解氧等发酵条件7、分离、提纯产物：①若发酵产品是微生物细胞本身，采用过滤、沉淀等方法将菌体分离和干燥，获得到产品；②若产品是代谢物，可根据产物的性质采取适当的提取、分离和纯化措施来获得产品。
8、发酵工程的特点：①生产条件温和；②原料来源丰富；③产物专一；④废弃物对环境的污染小和容易处理9、发酵工程基本环节图解示意：10、发酵工程的应用：类别应用方向食品工业生产传统的发酵产品（如酱油等）生产各种食品添加剂（如柠檬酸、味精等）生产各种酶制剂（如果胶酶、脂肪酶等）医药工业将植物或动物的基因转移到微生物中，获得具有某种药物生产能力的微生物直接对菌种进行改造，再通过发酵技术大量生产所需要的产品。
将病原体的抗原基因转入到适当的微生物细胞，获得表达产物用来作为疫苗使用农牧业生产微生物肥料（如根瘤菌肥等）生产微生物农药（如苏云金杆菌、白僵菌等）生产微生物饲料（如单细胞蛋白等）11、单细胞蛋白是蛋白质吗？单细胞蛋白不是蛋白质，而是通过发酵获得的大量的微生物菌体，即微生物菌体本身12、传统发酵技术与现代发酵工程的比较：项目传统发酵技术现代发酵工程菌种来源原料或前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物从自然界中筛选或利用生物技术培育的是否需严格灭菌不需严格灭菌需要严格灭菌发酵条件的控制人为的控制发酵条件，没有特别严格通过计算机系统控制发酵条件，特别严格产品的分离、纯化较为简单，往往直接使用较为复杂，方法有过滤、沉淀、蒸馏、萃取等13、啤酒的工业化生产流程：发芽→焙烤→碾磨→糖化→蒸煮→发酵→消毒→终止主发酵后发酵主发酵：酵母菌的繁殖、大部分糖的分解和代谢物的生成在此阶段完成后发酵：低温、密闭的环境，形成澄清、成熟的啤酒14、典型微生物特点：谷氨酸棒状杆菌发酵条件培养基中PH值影响谷氨酸发酵中性或弱碱性：产生谷氨酸酸性：谷氨酰胺和N-乙酰谷胺酰胺培养基中C:N的比值影响谷氨酸发酵C:N=4:1时，菌体大量繁殖，谷氨酸产生量较少C:N=3:1时，菌体繁殖受抑制，谷氨酸产生量较多谷氨酸发酵常用菌种为谷氨酸棒状杆菌，与有氧呼吸有关的酶在细胞膜上15、黑曲霉的两种产物：原料主要作用的酶产物黑曲霉大豆蛋白酶酱油淀粉淀粉酶柠檬酸16、发酵罐中搅拌叶轮的作用：①机械搅拌增加培养液中的溶解氧；②使微生物与发酵液进行混合均匀，增加对营养物质的利用率17、发酵罐中温度为什么会升高？①微生物新陈代谢释放的热能；②叶轮机械搅拌产热18、进行扩大培养或者作为生产用菌的时期为：K/2时期，因为该时期的菌种代谢旺盛，生理特性比较稳定19、发酵罐中的冷却水进入口和出水口：作用：根据生产需要控制调节合适温度；原则：冷却水进水口在下，出水口在上（下进上出）（可以不是无菌水）20、空气入口：根据发酵的需要通入无菌空气。
《发酵工艺原理》综合实验小型发酵罐的使用及发酵过程中主要生化指标测定
《发酵工艺原理》综合实验小型发酵罐的使用及发酵过程中主要生化指标测定发酵工艺原理是生物技术领域中非常重要的一门学科，它涉及到微生物在合适条件下生长及代谢产物的生产。
在发酵工艺中，小型发酵罐是一个非常重要的实验设备，用于模拟工业中的发酵过程，并进行实验研究。
本文将综合介绍小型发酵罐的使用及发酵过程中主要生化指标的测定。
一、小型发酵罐的使用小型发酵罐通常由罐体、罐盖、搅拌器、控制系统等组成。
在进行发酵实验时，首先需要将发酵基质（如葡萄糖、酵母提取物等）加入到发酵罐中，然后接种适当的微生物菌种，使其在合适的温度、pH和氧气条件下进行生长和代谢产物的生产。
在发酵过程中，通过罐盖上的传感器可以监测罐内的温度、pH值及液位等重要参数，控制系统可以根据这些数据实现自动控制，保证发酵过程处于最佳状态。
适当的搅拌器可以保证罐内液体的均匀混合，使微生物菌种得到充分的氧气和养分供应。
二、发酵过程中主要生化指标的测定1.生物量测定生物量是评价发酵过程中微生物生长状况的重要指标，可以通过测定罐内微生物细胞的数量或生物体积得到。
常用的方法有干重法、湿重法、生化法等。
2.pH值测定pH值是影响微生物生长和代谢的重要因素，通常情况下微生物在不同的pH条件下的生长速率和代谢产物的产量会发生变化。
pH值的测定可以通过玻璃电极或pH试纸等方法实现。
3.温度测定温度是影响微生物生长和代谢的另一个重要因素，不同的微生物在适宜的温度下才能进行正常的生长和代谢。
通过温度传感器可以实时监测罐内的温度，保证发酵过程处于适宜的温度条件下。
4.代谢产物测定在发酵过程中，微生物会产生各种代谢产物，如酒精、乳酸、酸类等。
测定这些代谢产物的产量及种类可以评价微生物代谢途径的活性和产物含量。
常用的方法有色谱法、质谱法、比色法等。
综上所述，小型发酵罐的使用及发酵过程中主要生化指标的测定是发酵工艺研究中的重要内容，通过对这些指标的监测和分析，可以更好地了解微生物在发酵过程中的生长和代谢规律，为工业发酵生产提供重要的参考依据。
第二节_发酵罐及发酵工程应用实例
目前，国内外厂家多以酶解法为主。其流程如下：
淀粉
液化（水解）
水解液
糖化（水解）
糖化酶 60℃，24h
α－淀粉酶 糊精、低聚糖 85℃，pH = 6.0
糖化液 （葡萄糖）
【菌种扩大培养及发酵】
北京棒 杆菌
斜面培养
32℃，18-24h
一级种子培养
32℃，12h
二级种子培养
32℃，7-10h
菌种
（振荡）
当溶氧浓度过高，说明菌丝生长不良或加糖率过低，造成呼吸强度下
降，同样影响生产能力的发挥。
⑶红霉素的发酵生产 ①红霉素 红霉素是由红色链霉菌（Streptomyces erythreus ）所产生的大环内 酯（ macrolide）系的代表性的抗生素。其抗菌谱主要是部分革兰阴性杆 菌，与青霉素同属于窄谱抗生素（Narrow Spectrum Antibiotics）。 红霉素分子中含有一个大
种子制备
种子
发酵
发酵液
培养基：淀粉、(NH4)2SO4、NaCl、CaCO3、玉米浆、琼脂
孢子制备
温度：37℃
pH = 7.0 － 7.2 培养基：花生饼粉、蛋白冻、(NH4)2SO4、淀粉、葡萄糖
种子制备
温度：33 － 35℃
培养基：黄豆饼粉、玉米浆、淀粉、葡萄糖、(NH4)2SO4、CaCO3、KH2PO4 发酵 pH = 6.5 － 7.2 有氧发酵
排管传热气通式发酵罐
⑵自吸式发酵罐
自吸式发酵罐不需要空压机供 应压缩空气，它是利用搅拌器旋转
时产生的负压吸入空气。
①优点 搅拌与供空气均由机械搅拌器 完成，省去空压机。 ②缺点 吸程不高，须采用低阻力高
效空气除菌装置，对无菌要求高
小型发酵罐的应用及酵母菌发酵课件
生物燃料的研发与生产
总结词
生物燃料是一种可再生的能源，其研发与生产过程中涉 及到酵母菌的发酵。
详细描述
通过利用酵母菌将农作物废弃物、有机废弃物等转化为 生物燃料，可以实现能源的循环利用和环境保护。常见 的生物燃料包括生物柴油、生物乙醇和生物甲烷等，其 生产过程中需要解决的技术问题包括菌种选育、发酵工 艺优化、废弃物处理等。此外，生物燃料的生产和使用 也需要考虑其经济性和安全性等方面的问题。
提取纯化
通过进一步的处理，如浓缩、结晶、萃取等，提高产品的纯度和质量。
05
CATALOGUE
小型发酵罐在酵母菌发酵中的 应用
小型发酵罐的特点与优势
体积小巧，操作方便
温度、压力可控
小型发酵罐具有体积小巧、移动方便 、操作简单等优点，适用于实验室和 中试生产等规模较小的场合。
小型发酵罐可在一定范围内调节温度 和压力，为研究不同条件下的微生物 发酵提供了可能。
发酵过程的控制与优化
01
02
03
04
发酵时间
根据工艺要求，控制发酵时间 在适当的范围内。
温度控制
通过调节温度，影响发酵进程 和产品质量。
酸度控制
通过添加酸或碱，调节发酵液 的酸碱度，以利于酵母菌的生
长和代谢。
通气量控制
通过调节通气量，影响酵母菌 的生长和代谢产物合成。
产品的分离与提取
分离方法
采用适当的分离方法，如过滤、离心等，将发酵液中的产品与发酵残渣分离。
菌种筛选
在实验室中，小型发酵罐可以用于进行菌种的筛选和初步鉴定。通过比较不同菌种的发酵 效果和产物，可以初步确定具有优良性能的菌株。
工艺优化
小型发酵罐可以模拟工业化生产过程，方便研究人员对发酵工艺进行优化。通过调整不同 的工艺参数，可以找到最佳的发酵条件，提高产物的产量和质量。
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⑵谷氨酸的生产
①谷氨酸（L-GLU）
NH2
HOOC—CH2—CH2—CH—COOH 谷氨酸非必须氨基酸，是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代
谢上具有重要意义。在医学上主要用于治疗肝性昏迷；另外谷氨酸作为神
经中枢及大脑皮质的补剂，对于治疗脑震荡或神经损伤、癫痫以及对弱智 儿童均有一定疗效。 谷氨酸钠是由钠离子与谷氨酸根离子形成
种子制备
种子
发酵
发酵液
培养基：淀粉、(NH4)2SO4、NaCl、CaCO3、玉米浆、琼脂
孢子制备
温度：37℃
pH = 7.0 － 7.2 培养基：花生饼粉、蛋白、(NH4)2SO4、淀粉、葡萄糖
种子制备
温度：33 － 35℃
培养基：黄豆饼粉、玉米浆、淀粉、葡萄糖、(NH4)2SO4、CaCO3、KH2PO4 发酵 pH = 6.5 － 7.2 有氧发酵
列反应，再氧化脱羧，经α- 酮戊二酸、琥珀酸，再降解 谷氨酸发酵液 成草酰乙酸。
O HO O α－酮戊二酸 O OH 谷氨酸脱氢酶 NH4+ O O OH 谷氨酸
HO
NH2
三羧酸循环示意图
谷氨酸脱氢酶
α- 酮戊二酸 + NH4+ NADH + H+
排管传热气通式发酵罐
⑵自吸式发酵罐
自吸式发酵罐不需要空压机供 应压缩空气，它是利用搅拌器旋转
时产生的负压吸入空气。
①优点 搅拌与供空气均由机械搅拌器 完成，省去空压机。 ②缺点 吸程不高，须采用低阻力高
效空气除菌装置，对无菌要求高
的发酵不适应；由于空气在搅拌 时直接进入发酵罐，故对厌氧菌 的发酵不适应。
菌种 红色链霉菌
孢子培养
种子培养
种子
发酵
发酵液
醋酸丁酯
材料的预处理
NaOH
甲醛 ZnSO4 发酵液处理
层析
过滤液
过滤
调酸碱度
pH = 8.0
离心分离
BA萃取液 乳酸盐沉淀
H2O
过滤
湿晶体
洗涤
pH = 7-8
< 55℃
干燥
产品 （红霉素碱）
2.氨基酸的发酵生产
⑴氨基酸 氨基酸(amino acid)是指，含有“氨基”和“羧基”一类有机化合物 的通称，是蛋白质的基本组成单位，是构成动物营养所需蛋白质的基本物
N
⑵青霉素的发酵生产
①工艺流程 孢子制备
菌种 黄青霉素
发酵的上游工程
孢子培养
25℃ 6-7天
冷冻管
斜面母瓶
孢子培养
25℃ 6-7天
大米孢子
成熟孢子
种子制备 发酵罐 （一级）
13－15h
发酵
22－26℃ 40－45h
种子
种子培养
25℃
种子罐 13-15h （二级）
种子培养
25℃
种子罐 40-45h （一级）
（通气、搅拌）
★斜面培养基 蛋白胨、牛肉膏、NaCl、琼脂； pH = 7.0-7.2
发酵液
发酵
30-37℃，30h
★一级种子培养基 葡萄糖、玉米浆、尿素、KH2PO4、MgSO4、Fe2(SO4)3 及MnSO4； pH = 6.5－6.8 ★二级种子培养基 糖化液(葡萄糖)、玉米浆、尿素、KH2PO4、MgSO4、Fe2(SO4)3 及MnSO4； pH = 6.5－6.8
培养液
种子液
蛇管。培养液和种子液不断
流入发酵器进行发酵。 连续管道发酵器主要用
于厌氧发酵。
种子罐
管道发酵器
二、发酵工程应用实例
1.抗生素的发酵生产 问题：
什么是抗生(antibiosis)？什么是抗生素(antibiotics)？
资料卡片
1.抗生 抗生是生物之间的一种相互关系，即一种生物通过分泌化学物质来抑制、排 斥另一种生物的现象。此现象主要发生于微生物之间，也见于某些植物和动物。 2.抗生素 抗生素是指由微生物（包括细菌、真菌、放线菌属）或高等动植物在生活过 程中，所产生的具有抗病原体或其它活性的一类次级代谢产物，能干扰或抑制其 它生物活细胞发育功能的化学物质。
1.机械搅拌式发酵罐
机械搅拌式发酵罐可根据其搅拌形式分为，通气式发酵罐、自吸式发 酵罐等。
⑴通气式发酵罐 机械搅拌通气式发酵罐又称为通用式发酵罐，是 工业上最常用的一种微生物反应器。 ①优点 通气式发酵罐的主要优点是：发酵液的 pH 值和 温度易于控制；适合连续培养。 ②缺点 通气式发酵罐的主要缺点是：设备结构复杂，难 以清洗；在丝状菌的培养过程中，细胞易受损伤。
排料 外循环支路 空气 喷嘴 进料 排气
得多。
与气升式发酵罐比较，喷嘴环流式发酵罐 的适用氛围相对较广。
两种市售气升式发酵罐
一、光照气升式发酵罐 KRH-WQ 发酵罐系列产品
基本性能 发酵罐的控制是光照气升式反应器采用外循环，由罐体和 外挂式提升管组成，在提升管内置为冷光源的光照系统，光照 时间可根据工艺要求而定。
淀粉
北京棒 杆菌
酶解
糖化液
菌种 接种
菌种扩大培养
EMP酵解
丙酮酸
★EMP酵解 在细胞浆内所发生的，由葡萄糖 直接分解为丙酮酸的过程。该途径又 称Embden-Meyerhof-Parnus途径，简 称EMP酵解。 ★三羧酸循环
发 酵
三羧酸循环
转氨基 谷氨酸脱氢酶
由乙酰 CoA和草酰乙酸缩合成柠檬酸，柠檬酸经一系
当溶氧浓度过高，说明菌丝生长不良或加糖率过低，造成呼吸强度下
降，同样影响生产能力的发挥。
⑶红霉素的发酵生产 ①红霉素 红霉素是由红色链霉菌（Streptomyces erythreus ）所产生的大环内 酯（ macrolide）系的代表性的抗生素。其抗菌谱主要是部分革兰阴性杆 菌，与青霉素同属于窄谱抗生素（Narrow Spectrum Antibiotics）。 红霉素分子中含有一个大
鼓泡式发酵罐一般较适用于，培养液粘度
低、固含量低、需氧量较低的发酵过程。
排料
3.液体循环式发酵罐
⑴气升环流式发酵罐
气升式发酵罐与鼓泡式发酵罐相似，不设 机械搅拌，但在罐外设体外循环管，或在罐内 设导流筒（拉力筒）。 气升式发酵罐结构简单，造价低，动力消
进料
排气
空气
排料 进料
排气
耗较小，避免了机械搅拌因轴封不严带来的杂
⑴抗生素的种类 抗生素的种类繁多（目前已知天然抗生素不下万种）。从合成的角度 来看，抗生素可简单地分为天然品和人工合成品，前者由微生物代谢产生 的，后者是对天然抗生素进行结构改造获得的部分合成产品。 例如：由真菌产生的抗生素——青霉素。
O －CH2－C－NH－ O 青霉素 N S CH3 CH3 COOH O －CH－C－NH－ NH2 O 氨苄青霉素 S CH3 CH3 COOH
2.鼓泡式发酵罐
鼓泡式发酵罐是借助鼓入空气而提供混合
与传质所需的功率。 鼓泡式发酵罐的结构如右图所示，空气与 培养液由下部鼓入罐体，并以分散系通过筛板 鼓泡。 鼓泡式发酵罐结构简单，造价低，动力消
进料
排气
耗较小，避免了机械搅拌因轴封不严带来的杂
菌污染，减小了对丝状菌培养过程中的细胞易 受损伤。
进料 空气
质。例如：
NH2
NH2
α－氨基酸 R — CH — COOH 为α－氨基酸。
β－氨基酸 R — CH — CH2— COOH
在氨基酸分子中，氨基为碱性基团，羧基为酸性基团。天然氨基酸均 我们知道，生物大分子的各种蛋白质在生命活动中表现出的各种各样
生理功能，主要取决于蛋白质中氨基酸的组成。
目前，我们所知道的天然氨基酸有 300多种，其中人体所需的氨基酸 有22种。根据人体所需氨基酸的情况，常将其分为必须氨基酸和非必须氨 基酸两类。
发酵罐 （二级）
发酵
发酵的下游工程（提炼）
醋酸丁酯（BA萃取液）
浓缩、脱色 青霉素盐 萃取 放罐 pH = 5.0 滤液 萃取液 结晶、干燥 （产品） 过滤 15℃
发酵罐 （三级）
发酵液
①工艺控制 在青霉素发酵工程中，其主要工艺控制因素有基质浓度、温度、pH值 和溶氧等。 【基质浓度】 基质浓度在分批发酵过程中，常因前期基质量浓度过高，对生物合成 酶系产生阻遏（或抑制）或对菌丝生长产生抑制（如葡萄糖和钱的阻遏或
度控制，而是间接根据pH值、溶氧或C02 释放率予以调节。
【温度】 青霉素发酵的最适温度随所用菌株的不同可能稍有差别，但一般认为
应在25℃左右较好。温度过高将明显降低发酵产率，同时增加葡萄糖的维 持消耗，降低葡萄糖至青霉素的转化率。 【pH值】 青霉素发酵的最适 pH值一般认为在6.5左右较好，有时也可以略高或 略低一些，但应尽量避免pH>7.0。因为青霉素在碱性条件下不稳定，容易 加速其水解。 【溶氧】 对于好氧的青霉素发酵来说，溶氧浓度是影响发酵过程的一个重要因 素。当溶氧浓度降到30%饱和度以下时，青霉素产率急剧下降；低于10%饱 和度时，则造成不可逆的损害。
该设备配有多个发酵罐专用标准接口，如pH接口、DO接口、
温控接口、接种口、消泡报警口等。 二、气升内环流发酵罐 AIF 发酵罐系列产品 特点： 气流搅拌，剪切力小，特别适用于霉菌菌丝体和动植物细 胞等剪切敏感体系的纯培养。 无机械密封，具有可靠的抗污染密封性能。
⑶连续管道发酵器 连续管道发酵器有多种 多样，可以是直管也可以是
菌污染，减小了对丝状菌培养过程中的细胞易 受损伤。
气升式发酵罐一般较适用于，粘度低、固
含量低的培养液。
空气
排料
⑵喷嘴环流式发酵罐 喷嘴环流式发酵罐采用机械泵引射压缩空 气，在喷嘴处形成剪切力场，将射入的空气在 液相中分散为小气泡。 这些小气泡在罐内开始会积聚出较大的气 泡，通过环流后将重新分散，从而加快了传质 速率。 与机械搅拌式发酵罐相比，在同样耗能的 前提下，喷嘴环流式发酵罐的氧传质速率要高