4 发酵工艺学-发酵工程控制-生物传感器
发酵工程第5章发酵工艺控制
缺点 如果考察的条件多，实验时间会比较长，各因 子之间可能会产生交互作用，影响的结果准确性。
数理统计学方法：运用统计学方法设计实验和
分析实验结果，得到最佳的实验条件。如正交设 计、均匀设计、响应面设计。 优点 同时进行多因子试验。用少量的实验，经 过数理分析得到单因子实验同样的结果，甚至更 准确，大大提高了实验效率。 缺点 对于生物学实验准确性要求高，因为实验 的最佳条件是经过统计学方法算出来的，如果实 验中存在较大的误差就会得出错误的结果。
厌氧发酵 需氧发酵 兼性厌氧发酵
液体发酵（包括液体深层发酵）
按培养基的物理性状
浅盘固体发酵
固体发酵
深层固体发酵（机械通风制曲）
以纯种好氧液体深层发酵为典型探讨发酵工艺控制。
一、发酵过程主要特征
（1）微生物是发酵过程的主体，是灵魂 （2）微生物反应的本质是复杂的酶催化反应 体系
（3）发酵过程是非常复杂的反应过程
带pH测控与补料控制的摇床
（2）代谢及工程参数层次研究：
一般在小型反应器规模进行试验。在摇瓶试 验的基础上，考察溶氧、搅拌等摇瓶上无法 考察的参数，以及在反应器中微生物对各种 营养成分的利用速率、生长速率、产物合成 速率及其它一些发酵过程参数的变化，找出 过程控制的最佳条件和方式。由于罐发酵中 全程参数的是连续的，所以得到的代谢情况 比较可信。
供氧、排泄废气、提高KLa 物料混合、提高KLa 反映搅拌情况、KLa 反映菌的生长、KLa 反映菌的生长情况
反映发酵代谢情况
反映供氧效率
42
参数名称
pH 基质浓度 溶解氧浓度 氧化还原电位 产物浓度 尾气氧浓度 尾气CO2浓度 菌体浓度 RNA、DNA含量 ATP、ADP、AMP NADH含量 摄氧率 呼吸强度 呼吸商
发酵工艺学
《发酵工艺学》复习题1、发酵：工业上，人们运用微生物生长和代谢性能，在有氧或无氧条件下，生产人类所需产品的过程，统称为发酵。
2、发酵工程：运用微生物生长及物质代谢规律，大量生产人们所需产品的理论及工程技术体系。
3、发酵工艺学：也称为发酵工程学，为研究和运用微生物生长及物质代谢规律，探讨提高发酵生产效率、提高产品性能及质量的工艺流程、技术条件控制等发酵各环节的理论及技术体系。
4、前体：是指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大提高的化合物。
5、促进剂：是指那些既非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。
6、克制剂：在发酵过程中，克制某些代谢途径，刺激相应其他代谢途径更加活跃以改变，从而获得更多产品的添加剂。
7、发酵生长因子：从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。
8、实罐灭菌：实罐灭菌（即分批灭菌）将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，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期间，在冷却到接种温度，这一工艺过程称为实罐灭菌，也叫间歇灭菌。
9、连消：连消也叫连续灭菌，就是将将配制好的并经预热（60～75℃）的培养基用泵连续输入由直接蒸汽加热的加热塔，使其在短时间内达成灭菌温度（126～132℃），然后进入维持罐（或维持管），使在灭菌温度下维持5～7分钟后再进入冷却管，使其冷却至接种温度并直接进入已事先灭菌（空罐灭菌）的发酵罐内的培养基灭菌方法。
其过程均涉及加热、维持和冷却等灭菌操作过程。
10、对数残留定律：在高温灭菌时，菌的死亡速率与任一瞬间残留的活菌数N 成正比。
11、生理性酸性物质：经微生物代谢等作用后能形成酸性物质使培养基pH值下降的营养物质。
12、生理性碱性物质：经菌体代谢后产生碱性物质使培养基pH值上升的营养物质。
发酵工艺学课件
按产品类型分
1、以微生物细胞为产品的发酵工业 2、以微生物代谢产物为产品的发酵工业 3、以微生物酶为产品的发酵工业 4、生物转化或修饰化合物的发酵工业 5、微生物废水处理和其他
六、发酵工业特征
发酵过程中离不开微生物的作用 1、发酵原料的选择及预处理
4.易受污染：由于发酵培养基营养丰富，各种来源的微生物 都很容易生长，发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。
5.代谢多样：由于各种各样生物体代谢方式、代谢过程的多样 化，以及生物体化学反应的高度选择性，能够专一性地和 高度选择性地对复杂的化合物进行特定部位的氧化、还原 等反应；也能容易地产生比较复杂的高分子化合物（如酶 等）。
➢ 利用微生物消除环境污染 ➢ 利用微生物发酵保持生态平衡，如生物固氮肥料，生物杀
虫剂等。 ➢ 微生物湿法冶金，如细菌浸矿，即利用细菌对矿物或矿石
中有用的金属浸出回收的过程。细菌浸出的金属有Cu、U 、Co、Ni、Mn、Zn、Pb等10余种，但大规模生产的只有 铜和铀。 ➢ 利用基因工程菌株开拓发酵工程新领域。
Protein engineering) 基因工程 ( Genetic engineering) 细胞工程 ( Cell engineering ) 2. 生物工程中其他技术产业化表达的重要手段 基因工程菌 动植物细胞培养 3. 生命科学研究的对象或载体
自相 成互 体渗 系透
➢ 基因工程 ➢ 细胞工程 ➢ 酶工程 ➢ 发酵工程
在化学工业和环境保护等方面，发酵工程能发挥独持的作用
如：利用微生物来处理工业废水或含毒废液，乃至构建超级细菌，处理大 面积的海面石油污染等。
喷洒工程菌清除石油污染
生物传感器的研发及发酵工业应用
生物传感器在发酵工业中的发展前景
总结词
随着技术的不断进步和发酵工业的快速发展，生物传感器在发酵工业中的应用前景广阔。
详细描述
生物传感器具有实时、快速、准确检测发酵过程中各种参数（如温度、pH、溶解氧浓 度、葡萄糖浓度等）的能力，有助于提高发酵效率和产品质量。未来，生物传感器技术 有望进一步优化，提高稳定性、降低交叉灵敏度，并应用于更多类型的发酵工业生产中。
生物传感器的交叉灵敏度问题
总结词
交叉灵敏度是指生物传感器对不同物质的响应，可能导致对目标物质的检测出现 误差。
详细描述
由于生物传感器的工作原理通常基于生物分子的特异性识别，因此对非目标物质 的响应可能较弱，但仍可能存在一定的交叉灵敏度，影响检测的准确性。因此， 降低或消除交叉灵敏度是提高生物传感器性能的关键。
通过对发酵产物的分析和检测，可以确保产品质量，提高产品竞 争力，满足市场需求。
发酵工业中的节能减排
能耗降低
生物传感器可以对发酵过程中的能耗进行实时监测和优化，通过改 进工艺和设备降低能耗。
资源回收
基于生物传感器的监测数据，可以实现发酵废物的资源回收和再利 用，提高资源利用率。
减少排放
通过优化发酵过程和改进工艺，可以减少废物的产生和排放，降低对 环境的负担。
利用印刷和光刻技术将生物分子印制在传感器表 面，实现大规模生产和快速检测。
生物传感器的性能优化
提高灵敏度
01
通过优化生物分子和材料的组合，提高生物传感器的响应速度
和灵敏度。
选择性增强
02
通过改进固定化技术和信号放大策略，提高生物传感器的选择
性，降低交叉反应和干扰。
稳定性提升
03
通过优化生物传感器的结构和材料，提高其长期稳定性和重复
《发酵工艺控制》课件
发酵工艺控制的应用前景
展望发酵工艺控制在未来的发展 前景，如智化控制、自动化生 产等方面的应用。
总结
发酵工艺控制的意义和 作用
发酵工艺控制对确保产品质 量、提高生产效率具有重要 意义和作用。
发酵工艺控制的局限性 和未来发展趋势
发酵工艺控制仍存在局限性， 未来发展趋势包括更加智能 化、自动化以及多参数协同 控制。
控制器的选择与应用
选择适合的控制器，如PID控制 器，用于调节发酵过程中的参 数，并实现自动化控制。
第四部分：发酵工艺控制的实践
常见发酵工艺控制模型
介绍一些常见的发酵工艺控制模 型，如批式发酵、连续发酵等， 以及相应的控制策略。
发酵工艺控制实例分析
通过实际案例分析，探讨发酵工 艺控制在不同行业的应用以及控 制效果。
3
发酵工艺参数的调节方法
通过调节发酵工艺参数如控制温度、添加营养物质等方法，来实现对发酵过程的 精确控制。
第三部分：发酵工艺控制方法
数据采集与处理
使用传感器和监测设备对发酵 过程中的参数进行实时采集和 监测，并通过数据处理方法分 析和优化发酵工艺。
传感器的应用
选择合适的传感器用于测量和 监测发酵工艺中的关键参数， 如温度传感器、pH传感器等。
《发酵工艺控制》PPT课 件
发酵工艺控制是指对发酵过程中的参数进行实时监测、调节和控制，以达到 预期的发酵效果和产品质量。
第一部分：介绍发酵工艺控制
什么是发酵工艺控制
发酵工艺控制是指对发酵过 程中的关键参数进行实时监 测和调节，以保证发酵工艺 的稳定性和产品质量。
发酵工艺控制的作用和 意义
发酵工艺控制能确保发酵过 程中各个参数得到恰当的控 制，提高产品质量，增加生 产效率，降低生产成本。
高三生物发酵工程知识点总结
高三生物发酵工程知识点总结在高三的生物学课程中，我们学习了许多有关生物发酵工程的知识。
发酵工程是一门将微生物和有机物结合起来产生有用产物的科学，涉及到了微生物学、生物化学、和工程学的多个领域。
本文将总结高三生物学中所学习的一些发酵工程的重要知识点。
1. 发酵工程的定义和应用发酵工程是利用微生物进行发酵生产的一门科学。
它可以用于食品工业、制药工业和环境工程等领域。
在食品工业中，我们通常利用微生物发酵来制作酸奶、啤酒、面包等食品。
在制药工业中，发酵可以用来生产抗生素、维生素和其他药物。
在环境工程中，发酵是处理废物和产生可再生能源的重要方法。
2. 发酵过程的基本原理发酵是一种有氧或无氧条件下的微生物代谢过程。
它通常分为三个阶段：生长阶段、发酵阶段和产物分离和纯化。
在生长阶段，微生物需要合适的温度、pH值和营养物质来进行生长。
在发酵阶段，微生物利用底物进行代谢反应，并产生所需的产物。
在产物分离和纯化阶段，通过一系列的分离和纯化步骤，得到纯净的产物。
3. 杀菌技术在发酵工程中，杀菌是一项重要的步骤。
杀菌可以去除微生物中的杂质和竞争微生物，以确保发酵过程的顺利进行。
常见的杀菌方法包括高温杀菌、紫外线辐射和滤过。
4. 发酵过程监控发酵过程的监控对于产物的得率和品质至关重要。
常用的发酵过程监控方法包括测量发酵生物体积、氧气和二氧化碳浓度、底物浓度以及产物浓度。
这些监控手段可以帮助工程师调整发酵条件，以达到最佳的产物结果。
5. 常见的发酵工程应用在生活中，我们能够接触到许多发酵工程的应用。
例如，酵母菌发酵是制作面包的基础过程。
当酵母菌在面团中进行发酵时，它们分解葡萄糖，产生二氧化碳气泡，使面团发酵膨胀。
啤酒的制作也是通过酵母菌发酵产生的。
此外，酸奶、味精、红曲米等都是通过发酵工程制造的。
6. 发酵工程的未来发展随着科学技术的进步，发酵工程在未来将有更广阔的发展前景。
例如，通过基因工程技术，可以改良微生物的代谢途径，增强产物产量和质量。
发酵工程及工艺控制思维导图
发酵工程及工艺控制微生物发酵类型及过程根据需氧状况进行分类好氧性发酵厌氧性发酵根据培养基性状进行分类液体发酵固体发酵根据终产品进行分类微生物菌体发酵微生物酶发酵微生物代谢产物发酵微生物的转化发酵生物工程细胞发酵（胰岛素、干扰素、单克隆抗体）根据发酵设备进行分类敞口发酵（酱油的制作）密闭发酵（酒精发酵）浅盘发酵（醋曲的制作）深层发酵（现代发酵罐中的发酵）液体深层发酵根据操作方式进行分类分批发酵概念:指一次投料、一次接种、一次收获的发酵方式。
优点：不容易产生污染;缺点：设备利用率低。
连续发酵概念：发酵过程中以一定的速度向发酵罐内加新鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从而使发酵罐内的液量维持恒定的发酵过程。
补料分批发酵介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术。
它是微生物分批培养过程中向生物反应器间歇或连续补加一种或一种以上的特定限制性底物，反应结束后一次排出全部培养液的操作方式。
发酵动力学发酵动力学概念发酵动力学研究内容对细胞生长、产物合成以及基质消耗的速率变化规律进行定量描述，确定他们之间的动态量化关系。
发酵动力学研究对象整个发酵体系中微生物细胞群体，包括生长、休眠以及死亡细胞等几种类型的细胞群体。
分批发酵动力学细胞生长动力学细胞比生长速率（μ)μ受到菌种特性、温度、 pH 值、培养基组成及浓度等因素的影响延迟期：细胞适应环境，未增殖，细胞数量几乎不变μ=0指数生长期：μ=μ m营养物质耗尽十 代谢产物积累→限制微生物生长衰减期：μ满足 Monod 方程S ：限制性基质浓度 Kg :底物亲和常数K 表示微生物对底物亲和力， K 越大，亲和力越小，底物利用率越慢。
衰亡期：营养物几乎耗尽，有害的代谢物大量累积μ=- a （比死亡速率）Monod 方程的应用测定对不同底物的亲和力大小确定最佳底物测定最大比生长速率基质消耗动力学基质的作用合成新的细胞物质；合成微生物代谢产物；提供微生物细胞生命活动的能量生长得率系数（表观得率）体现的是一时间段内的总体变化情况。
发酵工程知识点范文
发酵工程知识点范文发酵工程是指利用微生物或酶等生物催化剂进行发酵制药、食品加工等的工程过程。
发酵工程是生物工程的一个重要分支，涉及生物化学、微生物学、传热学、质量控制和生产管理等学科知识。
以下是发酵工程中的一些重要知识点。
1.发酵工程的基础知识：理解生物反应器的构造和功能，包括发酵罐、曝气装置、控温设备等。
了解微生物的生长和代谢特性，如酵母菌、细菌、真菌等的生存条件和对环境因素的响应。
2.发酵过程控制：掌握发酵罐中各种参数的测量和控制方法，如温度、pH、溶氧量、搅拌速度等。
了解如何利用自动控制系统对发酵过程进行监测和调节，保证产品质量和生产效率。
3.发酵产物的提取与纯化：了解发酵液中产生的目标产物的提取、分离和纯化方法。
掌握常用的萃取、过滤、蒸馏、结晶等技术，能够选择和优化适用的方法，提高产物的纯度和收率。
4.混合培养和连续培养：了解不同类型的发酵过程，如批量发酵、连续发酵和半连续发酵。
混合培养和连续培养可以提高产物的稳定性和生产效率，但也要考虑微生物的生理特性和底物的利用率。
5.发酵介质的设计与优化：理解发酵介质的组成和配比对发酵效果的影响。
掌握适当的碳源、氮源、微量元素和调节剂的选择和添加方式，提高微生物生长和产物积累的效果。
6.基因工程与代谢工程：了解基因工程技术在发酵工程中的应用，如基因的克隆、转导和表达。
掌握代谢工程的原理和方法，通过改造微生物代谢途径提高目标产物的产量和质量。
7.发酵废水处理与资源化利用：了解发酵废水的处理和回收利用方法，减少环境污染。
掌握生物脱氮、生物除磷和沉淀技术等，实现废水的无害化处理和资源化利用。
8. 质量控制与质量管理：了解药品和食品行业的相关法规和质量标准，掌握质量控制的基本方法和技术，如GMP（Good Manufacturing Practice）和HACCP（Hazard Analysis and Critical Control Points）等。
生物传感器在发酵工业中的应用
２．生物传感器在发酵工业中的应用
发酵工业中迫切需要建立各种快速分析的方法， 而传统的分析方 法以化学法为主， 常常包括一系列繁琐的操作过程， 而且周期较长， 远 不能适应实际需要， 于是生物传感器成为了一种新的选择。生物传感 器被誉为发酵工厂的眼睛， 是近十年来这个行业不可缺少的新工具。 在发酵工业中的应用也就成为了生物传感器非常重要的应用领域之 一。
生物传感器的类型和命名方法较多且不尽统一， 主要有两种分类 法： 分子识别元件分类法和器件分类法， 如图 ２ 所示。
存 在 于 食 品 中 ， Ｉｋｅｄｅ 等 人 提 出 一 种 基 于 直 接 生 物 电 子 催 化 的 电 流 型 果糖传 感 器 ， 线 性 范 围 为 ０．１— ——３０ｍｍｏｌ／ｄｌ。 在 发 酵 工 业 中 往 往 是 葡 萄糖、蔗糖、麦芽糖等多种成分共存于发酵液中， 于是现在出现了一种
的差异。Ｓｈｉｇｅｙｕｋｉ 等人将 ＮＡＤ＋分子与酶共固定在平面金电极表面， 用
此传感器可在 ２ｍｉｍ 内完成测试响应， 线性范围 １００— ——５００ｍｍｏｌ／ｌ。一
图 ２ 生物传感器分类
种 ＹＳＩ２７ 型工业分析仪能用来分析饮料中醇的浓度， 醇氧化酶膜夹在 聚 碳 酸 膜 和 醋 酸 纤 维 素 膜 之 间 ， 酶 活 半 衰 期 为 ７ｄ， 线 性 范 围 在
２００７ 年 第 ３２ 期
生物传感器在发酵工业中的应用
张 珩 陶桓齐 （ 武汉科技学院电子信息系 湖北 武汉 ４３００７３）
【摘 要】生物传感器是一个多学科交叉的高技术领域， 应用于很多领域中， 它是当前研究和工程技术领域中一个非常活跃的课题。本文简 要 介 绍 了 它 的 基 本 原 理 、组 成 结 构 以 及 在 发 酵 工 业 中 的 应 用 。
发酵工程第九章发酵过程控制
发酵工程第九章发酵过程控制发酵工程是一门应用生物学、微生物学、化学等知识与技术的交叉学科，通过对微生物在发酵过程中的代谢特点和运行规律的深入研究，从而探索在发酵生产过程中如何控制微生物的生长、代谢及产物的合成，以提高发酵产物的产量和质量。
发酵过程控制是发酵工程的核心内容，也是实现发酵过程优化的关键。
发酵过程控制主要包括微生物培养条件的优化、发酵参数的监控和调控等。
微生物培养条件的优化是指通过合理调控发酵基质、发酵条件和发酵设备等因素，为微生物提供适宜的生长和代谢环境，以达到提高产酶产物的目的。
其中，发酵基质的优化包括选用适宜的碳源、氮源、无机盐和微量元素等，以满足微生物的营养需求；发酵条件的优化包括控制培养温度、pH值、溶氧度、搅拌速度、通气量等，以提供适宜的生长环境；发酵设备的优化包括选择合适的发酵罐类型和规格，保证良好的混合效果和传质性能。
发酵参数的监控和调控是实现发酵过程可控性的重要手段。
其中，监控发酵参数主要通过测定和分析微生物生长曲线、代谢产物浓度、培养液的理化指标等来了解发酵过程的动态变化，并及时调整发酵条件；调控发酵参数主要通过采用在线控制与传感技术，实时监测并自动调节温度、pH 值、溶氧度、搅拌速度、通气量等关键参数，以实现发酵过程的自动化和精确控制。
发酵过程控制的目标是在保证微生物生长和代谢的基础上，提高发酵产物的产量和质量，实现发酵过程的高效、稳定和可控。
为此，需要通过对发酵过程的深入研究和优化设计，建立合理的发酵工艺和控制策略。
在发酵过程中，应用传统的经验法和现代的控制理论相结合，根据不同微生物和不同发酵产物的特点，制定相应的控制策略。
例如，对于需氧发酵的菌种，应充分考虑氧的供应情况，控制溶氧度在合适的范围内；对于需酸性环境的菌种，应合理调控pH值，维持在适宜的范围内；对于同时产生多种代谢产物的菌种，应选择合适的反馈控制方法，控制各种产物的生成量。
此外，还应考虑发酵过程的反应动力学和传输过程等因素对控制的影响。
生化工艺 第五章发酵过程及控制 第四节发酵过程检测和自控
第四节 发酵过程检测和自控
2．尾气分析 尾气分析能在线、即时反映生产菌的生长情况。通 风发酵尾气中pH的减少和CO2的增加是培养基中营养物质 好氧代谢的结果。这两种气体（CO2 、O2）的在线分析所 获得的耗氧率（ OUR）和CO2释放率（CER）是目前有效 的微生物代谢活性指示值。目前主要有红外CO2分析仪 (IR)、热导式气相色谱法（GC）、CO2电极法、质谱仪等。 IR和电极法较为常用。O2分析仪有顺磁氧分析仪、极谱 氧电极和质谱仪。
第四节 发酵过程检测和自控
3．发酵液成分分析 发酵液成分的分析对于认识和控制发酵过程也是十分 重要的。高效液相层析(HPLC)具有分辨率高、灵敏度好、 测量范围广、快速及系统特异性等优点。目前已成为实验 室分析的主导方法。但进行分析前必须选择适当的层析柱、 操作温度、溶剂系统、梯度等，而且样品要经过亚微米级 过滤处理。与适当的自动取样系统连接，HPLC可对发酵液 进行在线分析。
第四节 发酵过程检测和自控
由生物化学性质可得到呼吸活动及糖代谢等信息， 这对了解发酵的代谢途径是很重要的。通过计算机可确 定碳平衡的变化，运用寄存数据可得细胞产量。采用不 同的底物并将计算得到的细胞产率和有机能量产率加以 比较，可能反映出有机化合物的分解代谢机制。这些变 量之间的关系将有助于阐明发酵过程的主要代谢途径以 及发酵生产的效率。
第四节 发酵过程检测和自控
③最优控制 最优控制是指根据生产情况，随时改变某些参数给定 值，以达到生产过程的最优化控制。最优控制常用观察指 标：最高产量、最优质量、最佳经济效益等。最优化控制 时，根据生产过程的变化情况，改变其中某些参数给定值， 使产量达到最大。 使用计算机对发酵过程中的有关参数进行数据分析， 可深入了解发酵过程的物理、化学、生理和生化条件，指 导生产，调整操作参数，获取新的信息。否则这些条件或 者无从了解或者由于测定或计算费事、费时而只能在事后 才能加以测定。
河南科技大学微生物工程学课件第四章发酵工艺的控制
使pH上升。
5，最适pH的选择
原则：有利于菌体生长和产物的合成。一般根
据实验结果确定。 最适pH与菌株，培养基组成，发酵工艺有关。 应按发酵过程的不同阶段分别控制不同的pH范 围。
大多数细菌生长的最适 pH6.3～7.5
●
霉菌最适生长 pH3～6
●
●
放线菌生长最适 pH7～8
最适pH与微生物生长、产物形成的四种类型：
1，pH值对微生物的生长繁殖和产物合成的影响
• pH影响酶的活性 • pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态 • pH影响培养基某些组分和中间代谢产物的离解 • pH影响菌体代谢过程，使代谢产物的质量和比例发 生改变
2，发酵过程中pH的变化
生长阶段：pH有上升或下降趋势（相对于接种后起始
pH而言） 生成阶段：pH趋于稳定，维持在最适产物合成的范围。 自溶阶段：随着基质的耗尽，菌体蛋白酶的活跃，培 养液中氨基氮增加，致使pH上升，此时菌丝趋于自溶
第四章
发酵工艺的控制
工艺条件控制的目的：就是要为生产菌 创造一个最适的环境，使我们所需要的
代谢活动得以最充分的表达。
一、温度对发酵的影响及控制
1，影响发酵温度的因素 产热因素：生物热 搅拌热 散热因素：蒸发热 辐射热
发酵热
发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。
Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
生物。
五、 杂菌的防治
◇
纯种发酵（单菌或混菌）；菌种以外的微生物都被
视为杂菌。
◇所谓染菌，是指在发酵培养基中侵入了有碍生产的
其它微生物。 ◇ 几乎所有的发酵工业都有可能遭遇杂菌或噬菌体的 污染。染菌的结果，轻者影响产量或质量，重者可能 导致倒罐，甚至停产，造成原料、人力和设备动力的
发酵过程检测与传感器课件
用于监测发酵罐内的液位高度。
VS
详细描述
液位传感器主要用于监测发酵罐内的液位 高度，了解发酵液的体积变化。在发酵过 程中，液位高度是一个重要的控制参数， 直接关系到发酵罐的容积和物料混合效果 。通过液位传感器，可以实时监测液位高 度，并根据需要进行调整，保证发酵过程 的稳定和高效。
成分传感器
详细描述：成分传感器能够实时检测发酵产物中的各种 成分浓度，为操作人员提供准确的浓度数据，有助于了 解发酵产物的生成情况。
详细描述：通过对产物浓度的精确检测和分析，成分传 感器有助于保障发酵产物的质量符合要求，提高产品的 合格率。
详细描述：通过对产物浓度的精确检测和分析，成分传 感器有助于优化发酵工艺流程，提高发酵产物的产量和 效率。
Part
04
传感器在发酵过程中的应用案 例
温度传感器在发酵温度控制中的应用
总结词：实时监测 总结词：自动调节 总结词：预防故障
详细描述：温度传感器可以实时监测发酵过程中的温度 变化，确保温度维持在适宜的范围内，防止温度过高或 过低对发酵过程产生不利影响。
详细描述：通过与控制系统连接，温度传感器能够根据 实时监测的温度数据自动调节加热或制冷设备的运行， 实现对发酵温度的精确控制。
Part
02
传感器技术基础
传感器的定义与分类
总结词
传感器是一种能够感知被测量参数，并将其转换为可 测量电信号的装置。传感器有多种分类方式，如按工 作原理、测量参数、输出信号等进行分类。
详细描述
传感器是一种能够感知被测量参数，如温度、压力、流 量、物位等，并将其转换为可测量电信号的装置。传感 器在各个领域都有广泛的应用，如工业自动化、环境监 测、医疗诊断等。根据不同的分类方式，传感器有不同 的类型。例如，按工作原理可分为电阻式、电容式、电 感式、光电式等；按测量参数可分为温度传感器、压力 传感器、流量传感器、物位传感器等；按输出信号可分 为模拟输出和数字输出两种类型。
生物发酵相关书籍
生物发酵相关书籍
以下是关于生物发酵的一些书籍推荐：
1.《发酵生物工艺学》(Fermentation Biotechnology) - 托玛斯·范·杰恩(Thomas Van Jén)
这本书是生物发酵领域的经典教材，涵盖了发酵生物学的基本原理和应用。
2.《微生物发酵工艺学》(Microbial Fermentation Technology) - Guntur Venkata Subbarao，Pratima Bajpai
该书介绍了微生物发酵工艺学的基本概念和技术，包括发酵微生物的筛选、培养方法、发酵过程的优化等。
3.《生化工程和生物催化》(Biochemical Engineering and Biocatalysis) - Klaus Buchholz，Volker Kasche
该书全面介绍了生化工程和生物催化的基础原理和应用，包括发酵过程的工程设计和控制。
4.《生物工艺学：发酵理论与应用》(Bioprocess Engineering: Kinetics, Sustainability, and Design) - Shijie Liu
该书详细介绍了生物工艺学的基本理论和应用，包括发酵过程的动力学建模和优化方法。
5.《微生物发酵工程原理》(Principles of Microbial Fermentation Engineering) - Brian J. McNeil
该书探讨了微生物发酵工程的基本原理和应用，包括发酵过程的微观机制和宏观控制。
这些书籍都涵盖了生物发酵的基本概念、原理和应用，对于学习和研究生物发酵领域都有很大的帮助。
发酵过程检测与控制-第一章-绪论
考核方法：
• 出勤与作业（50%） • 小论文： 题目待定，字数2000~以上。
（50%）
1 绪论
1.1 发酵工艺控制基本概念 1.2 传感器 1.3 发酵过程控制概况
1.1 发酵工艺控制基本概念
• 1.1.1 发酵过程 定义：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反应过 程。
⎯物⎯料⎯质量⎯衡⎯算 →间接参数
溶氧系数（1/h）： kLa = r/(c*-c) = Na/(c*-c)
耗氧速率（g/h·L）： r = QO2x
供氧速率（g/h·L）： Na = kLa (c*-c)
物理参数测试概况
常用物理参数有： • 操作参数：温度、罐压、液位、装液量、空气流量、各
种物质添加速度、搅拌转速、搅拌功率； • 发酵液物性参数：泡沫、粘度、密度、浊度等。 • 除粘度外，有关测定物理参数的传感器已基本具备。
学工业出版社，2010. 2：赵寿经，生物反应过程检测与控制，化学工业出版
社，2014 （吉林大学出版社，2008） 参考书： （1）张嗣良·生化过程检测与控制·化学工业出版社，2001 （2）俞俊棠等·新编生物工艺学（上册）·化学工业出版社，
2003.6 （3）张先恩·生物传感器·化学工业出版社，2006.1
2.掌握主要物理参数对微生物发酵过程的影响、变化规律 及调节控制的方法。
3.掌握微生物发酵过程中主要化学参数对发酵生产的影响、 动态变化规律、影响因素及检测控制方法。
4.掌握几种典型生物传感器的原理、构成和制造方法。 5.掌握计算机控制发酵过程的基本原理。
教材与主要参考书
教材： 1：史促平·发酵过程解析、控制与检测技术(第二版)·化
第四讲发酵工艺控制演示文稿
第4页，共123页。
4.1.1 分批发酵
简单的过程，培养基中接入菌种以后，没有物料的加入 和取出，除了空气的通入和排气。整个过程中菌的浓度、 营养成分的浓度和产物浓度等参数都随时间变化。
分批培养的优缺点 • 优点: 操作简单，周期短，染菌机会少，生产过程和产品质
量容易掌握
• 缺点: 产率低，不适于测定动力学数据
• 这些代谢参数又称为状态参数，因为它们反映发酵过程中菌的生理
代谢状况，如pH，溶氧，尾气氧，尾气二氧化碳，粘度，菌 浓度等
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参数分类 按参数性质分：
物理参数：温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、 溶解氧、表观粘度、尾气氧（二氧化碳）浓度等；
化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷）、pH、 产物浓度、核酸量等；
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。
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生物热的测定与计算
根据化合物的燃烧值估算发酵过程生物热的近似值。
因为热效应决定于系统的初态和终态，而与变化途径无关 ，反应的热效应可以用燃烧值来计算，特别是有机化合物，燃 烧热可以直接测定。反应热效应等于反应物的燃烧热总和减去 生成物的燃烧热的总和。
第四讲发酵工艺控制演示文稿
第1页，共123页。
（优选）第四讲发酵工艺控制
第2页，共123页。
4.1 发酵过程的分类
• 分批培养
• 补料分批培养
• 半连续培养 • 连续培养
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典型的微生物生长曲线
• 初级代谢产物，在对数生长期初期就开始合成并积累
• 次级代谢产物，在对数生长期后期和稳定期大量合成
发酵工程中的定向名词解释
发酵工程中的定向名词解释发酵工程是一门研究利用微生物对物质进行生化转化的工程科学。
在发酵过程中，使用合适的微生物、培养基和操作条件，通过调整温度、pH值、氧气浓度等因素，使微生物进行生物化学反应，从而达到生产有机物或转化废料的目的。
在发酵工程中，我们经常遇到一些定向名词，这些名词对于理解和应用发酵工程具有重要意义。
本文将对一些常见的发酵工程定向名词进行解释，帮助读者更好地理解这一专业领域。
1. 微生物菌种微生物菌种是指用于发酵过程中的微生物种类。
微生物菌种的选择直接影响发酵工程的结果。
常用的微生物菌种包括细菌、酵母菌和真菌。
细菌常用于产生酸、醇等有机物质，酵母菌常用于发酵酒精、乳酸等产品，真菌常用于生产酶制剂等。
2. 发酵培养基发酵培养基是供给微生物生长和生化反应所必需的物质组成。
发酵培养基通常由有机物、无机盐和微量元素组成。
有机物提供能量和碳源，无机盐提供微生物所需的矿质元素，而微量元素则作为酶的辅助因子，调节微生物代谢。
发酵培养基的配方和调控对于发酵工程的效果至关重要。
3. 发酵代谢途径发酵代谢途径是指微生物在发酵过程中利用底物产生产品的途径。
不同的微生物通过不同的发酵代谢途径进行代谢过程。
常见的发酵代谢途径包括乳酸发酵、醇发酵、醋酸发酵等。
通过掌握微生物的发酵代谢途径，可以调控发酵反应，提高产品产量和纯度。
4. 发酵控制系统发酵控制系统是指对发酵过程中的温度、pH值、氧气浓度等操作条件进行监测和调节的装置和系统。
发酵控制系统通过传感器、控制器和执行器等组成，可以实时监测发酵过程的关键参数，并根据设定的控制策略进行调节。
发酵控制系统的合理设计和稳定运行对于发酵工程的成功至关重要。
5. 发酵产物回收发酵产物回收是指将发酵过程中所产生的有价值的产物从发酵液中提取和纯化的过程。
这些有价值的产物可能是有机酸、有机溶剂、生物柴油等。
发酵产物回收的过程涉及到离心、蒸馏、结晶等物理和化学技术，能够提高产品的纯度和产量，降低生产成本。
发酵工程工艺技术
发酵工程工艺技术发酵工程是一种利用微生物来制造食品、药品和化学产品的工艺技术。
它是一门复杂而有挑战性的学科，涉及微生物学、生物化学、化学工程等多个领域的知识。
发酵工艺技术的主要步骤包括培养选用的微生物菌种、培养基的配置、发酵条件的控制和微生物提取等。
首先，在发酵工程中选择合适的微生物菌种非常重要。
不同的产品需要不同的微生物菌种来发酵。
在选择菌种时，要考虑到其耐受性、产量和产物纯度等因素。
通过实验室的试验和筛选，可以找到最适合生产的菌种。
其次，培养基的配置是发酵工艺过程中的重要环节。
培养基是提供微生物生长所需的营养物质和能量源，也是微生物生成产物的基础。
培养基的配方需要考虑到微生物的营养需求和代谢途径。
要保持培养基的稳定性和适应性，适当调节pH值和温度等参数。
发酵工艺的控制是确保产品质量的关键。
通过调控发酵温度、氧气和营养物质的供应，可以控制微生物的生长和代谢过程。
在发酵过程中，通过监测微生物的生长曲线和产物浓度，可以及时调整发酵条件，以获得最佳的产量和质量。
最后，微生物的提取和精制是发酵工艺的最后一步。
通过离心、过滤、浓缩等操作，可以将微生物分离出来，并提取出产品。
然后，通过洗涤和纯化步骤，可以使产物达到所需的纯度和质量要求。
发酵工程工艺技术的应用非常广泛。
在食品工业中，通过发酵可以生产出酸奶、面包、啤酒等产品。
在药品工业中，发酵工程可用于生产抗生素、酶和抗生物质等药品。
在化学工业中，通过发酵可以生产出乳酸、丙二酸等化学品。
总之，发酵工程工艺技术是一门非常重要的科学和技术。
它通过利用微生物的能力，将自然资源转化为有用的产品，具有巨大的经济和社会效益。
随着科学技术的不断进步，发酵工程工艺技术将不断发展和创新，为我们生产更多更好的产品提供技术支持。