发酵工艺学
发酵工艺学
1、发酵:广义:通过微生物的培养使某种特定代谢产物或菌体本身大量积累的过程。
狭义:厌氧微生物或兼性厌氧微生物在无氧条件下进行能量代谢并获得能量的一种方式。
2、发酵工业：（巴斯德）经纯种培养和提炼精制获得的成分单纯、无风味要求的产品的生产过程叫发酵工业。
3、酿造(b r e w i n g)：我国人们对对一些特定产品发酵生产的特殊称法，是未知的混合微生物区系参与的一种自然发酵。
4、酿造工业：经自然培养、不需提炼精制、产品由复杂成分构成并对风味有特殊要求的食品或调味品的生产过程。
5、1665年罗伯特·虎克（Robert Hooke ）1676年列文虎克（Leewenhoch）1856-1857年巴斯德(Pasteur)1870年巴斯德(Pasteur)1880年科赫（Robert Koch）1897年，Buchner（布赫纳）1928年，Fleming(弗莱明)1940年，Florery(弗洛里) and Chain (钱恩 )1945年，抗生素工业1665年，英国科学家罗伯特·虎克用他的显微镜观察到的软木片的细胞结构●列文虎克（Leewenhoch,1632-1723）荷兰业余科学家，1676年，用自磨镜片创造了一架能放大 266倍的原始显微镜一生制作了419台显微镜；巴斯德的功绩 (1.) 彻底否定了自然发生说（2）证实发酵由微生物引起（3）免疫学—预防接种（4）发明巴氏消毒法巴斯德的曲颈瓶实验结论1.发酵是由微生物进行的一种化学变化，不同类型的发酵是由形态可以区别的各种特殊的微生物所引起1870年，Pasteur发现了微生物之间有相互抑制的作用。
即拮抗作用。
2.其间1804年，法国厨师阿卑特（Appert）发明了瓶装罐头）科赫的功绩发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立证实炭疽病因—炭疽杆菌发现结核病原菌—结核杆菌科赫法则结论1880年，发现可以通过稀释把多种微生物分离开来，建立了单种微生物的分离和纯培养技术。
发酵工艺学
发酵工艺学
1 发酵工艺
发酵工艺是生物酶催化分解促进有机物质代谢转化，进而获得生
物产物的过程，它作为生物化工的一种重要的科学技术，能够深入研
究和利用有机物的获取、开发新技术新产品。
发酵技术应用于食品、
医药和农业等多个行业，是一种快速且有效的工艺方法。
2 发酵工艺的历史沿革
早在两千多年前，发酵工艺已经被开发了出来，例如中国发明发
酵制酒，发酵工艺在民间就普及了出来，发酵工艺就是以微生物或酶
为工具，将有机物质经分解反应后获得新的有机物质；而在现代，发
酵工艺的发展也是越来越快，已得到了广泛的应用。
3 发酵工艺的重要性
发酵工艺在各个行业中的应用不一而足，如在食品行业，发酵工
艺可以获得糖，酒精和酱料等；在医药行业，可以获得药物，如抗生素、抗菌药；在农业行业，可以获得肥料和植物保护液；在行业等中，可以获得生物酶和酸性抗性等等，可以看出发酵工艺的重要性。
4 发酵工艺学
发酵工艺学是研究发酵技术的科学，其研究的内容包括发酵生物
的研究、发酵技术的基本原理、发酵过程及其实验技术、发酵设备的
设计制造和实际操作等。
发酵的原理和发酵工艺的制备技术是发酵工
艺学的核心，它关注的是发酵培养液的物理化学性质，发酵循环条件的优化等。
从上面可以看出，发酵工艺和发酵工艺学把食品、医药、农业等多个行业联系到了一起，使得发酵技术成为了社会更大发展的重要保障，而发酵工艺学也变得日益重要。
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三、发酵的类型
1，按发酵原料来区分
•糖类物质发酵 •石油发酵 •废水发酵
2，按发酵形式来区分
•固态发酵 •深层液体发酵
3，按发酵产物区分
• 氨基酸发酵 • 有机酸发酵 • 抗生素发酵 • 酒精发酵 • 维生素发酵 • 酶制剂发酵
4，按发酵工艺流程区分
•分批发酵 •连续发酵 •流加发酵（半连续发酵，补料分
成的，反应的专一性强，因而可以得到较为 单一的代谢产物。 5.对杂菌污染的防治至关重要。
6.能够专一性地和高度选择性地对某些较为复 杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化 学转化反应，产生较复杂的高分子化合物。
7.通过变异和菌种筛选，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。
3，广义 “发酵”的定义（从产物的 角度）
工业微生物学 泛指利用生物细胞制造某些产品或净化
环境的过程，它包括：
厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮、丁 醇、乳酸等;
通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、 氨基酸、酶制剂等的生产。 产品即有细胞代谢产物，也包括菌体细 胞、酶等。
4，发酵工程（Fermentation Engineering）
8.工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快， 并可以取得显著的经济效益。
传统发酵工业：酿造及食品 现代发酵工业：基因工
业、抗生素、氨基酸、核苷 程药物、细胞工程药物、
酸、有机酸、饲料添加剂、 微生态制剂、生物农药、生
疫苗；替代石油工业的
物肥料等
大宗量的生物基化学品等。
传统大型发酵工 业的中央控制
10.生理活性物质发酵工业(激素、赤霉素 等)
11.微生物菌体蛋白发酵工业(酵母、单细 胞蛋白等)
发酵工艺学
发酵：微生物作用于原料形成产物的过程。
发酵食品：利用微生物作用而制得的食品。
第一章酱油的生产酱油中含有多种调味成分：酱油的特殊的香味、食盐的咸味、氨基酸钠盐的鲜味、糖及其他醇甜物质的甜味、有机酸的酸味、酪氨酸甘爽适的苦味、天然的红褐色素。
酱油的分类：1.按发酵方法：（1）按加温方法：天然晒露法、保温速酿法；（2）按成曲拌水多少：稀醪发酵法、固态发酵法；（3）按拌盐水浓度：高盐、低盐、无盐；（4）按成曲的菌种种类：单菌、多菌。
2.按成品物理状态：液态酱油、半固态酱油、固态酱油；3.按产品性质：酿造酱油、配制酱油。
酱油的原料及作用：蛋白质类原料：1.为微生物的生长繁殖提供营养物质；2.酱油的营养成分以及鲜味来源；3.部分氨基酸的进一步反应与酱油的香气形成、色素的形成有直接关系；4.酱油色香味体的形成至关重要，是酱油生产的主要原料。
淀粉质原料：1.碳源；2.香气、甜味；3.增加酱油香味；4.良好的体态；5.色素。
食盐：1.它使酱油具有适当的咸味，并与氨基酸共同给予酱油鲜味，起到调味的作用2.在酱醅发酵时食盐有抑制杂菌的作用，在成品中有防止酱油变质的作用。
曲精：将成熟的曲种经低温干燥后，分离并收集米曲霉孢子，并密封包装而成，孢子数可达200亿以上个。
厚层通风制曲工艺流程：水→加热↘豆粕→混合→润水→蒸料→冷却→接种→通风培养→成曲麸皮↗酱醪：构成曲拌入多量盐水，成为浓稠的半流动状态的混合物。
酱醅：构成曲拌入少量盐水，成为不流动状态的混合物。
固态低盐保温发酵工艺流程：水↘食盐→溶解→盐水↘成曲→粉碎→制醅→入缸（池）→保温发酵→成熟酱醅发酵温度“先中后低”型发酵：前期：蛋白酶，淀粉酶；最适温度42-45；一般需10天；后期：乳酸菌，酵母菌；适宜温度30-32:；一般需20天。
酱油的体：酱油的浓稠度，俗称酱油的体态，它使由各种可溶性固形物构成的。
浸出的工艺流程：（三套循环淋油法）加热加热加热（70-80°C）↓ 20h 80-85°C↓8-12h 60-70°C↓2h成熟酱醅→第一次浸泡→头渣→第二次浸泡→二渣→第三次浸泡→残渣↓↓↓第一次过滤第二次过滤第三次过滤↓↓↓头油二油三油加热的目的：1.灭菌和灭酶；2.调和香气；3.增加色泽；4.出去悬浮物。
发酵工艺学ppt课件
● 起免疫抑制作用的抗生素：环孢菌素A等
(2)、氨基酸 (3)、维生素：VB2、VB12、VC、VA的前体 (4)、甾体激素：可的松、泼尼松、肤轻松、确氨舒松等
(5)、生物制品：各种疫苗、类毒素等 (6)、治疗用酶：蛋白酶、核酸酶、尿激酶、SOD等 (7)、酶抑制剂：
(8)、其他：核酸类药物如：肌苷、辅酶A、AMP、ATP、FAD
2、纯培养技术的建立---第一个转折期 奠基人：安东尼.列文虎克、巴斯德、柯赫等
本时期产品：酵母、酒精、丙酮、有机酸、酶制剂等，主要 为厌氧发酵和表面术的建立---第二个转折期 1928年英国细菌学家弗莱明发现点青霉可产抑制葡萄球菌 的青霉素。1945年大规模生产，采用深层培养技术。 链霉 素、氯霉素、金霉素、土霉素、四环素等出现其他发酵产品 也相继出现 本时期产品：抗生素类、氨基酸类、酶制剂类
用于选择性分离放线菌的几种培养基 培养基 含胶态几丁质、矿物盐 基质减半的营养琼脂培养基 葡萄糖、天冬酰胺、 占优势的菌株 链霉菌属、微单孢菌属 嗜热放线菌 马杜拉放线菌、小双孢菌 含
2、分离不同产物的微生物采用不同的培养基 分离各种酶类、分离固氮菌 3、恒化式富集培养技术
三、菌种的分离 (一)、选择性压力分离法 选择性压力分离法：利用不同微生物生长繁殖对环境及营养 的要求不同，如：温度、pH、渗透压、氧气、碳源、氮源及 其他特殊条件，使其利于某类或某种微生物的生长而不利于 其他种类微生物的生存，以使目的菌占优势而得以分离出来 的方法。 1、分离不同微生物采用不同的培养基或培养条件
1960~1970
1970~1980 1980~
4、人工诱变育种、基因工程菌---第三个转折期
● 核苷酸、有机酸及部分抗生素用诱变育种的方法使产量大幅度
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• 2.2纯培养技术的建立
• 1800－1840年间，由巴斯德（Pasteur）和 科赫（Koch）建立了微生物分离纯化和纯培 养技术，人类才开始了人为地控制微生物的 发酵进程，从而使发酵的生产技术得到巨大 的改良，提高了产品的稳定性。由于采用纯 种培养于无菌操作技术，包括灭菌和使用密 闭式发酵罐，使发酵过程避免了杂菌污染， 使生产规模扩大了，使产品质量提高，从而 建立了真正的发酵工业并逐渐成为化学工业 的一部分。纯培养技术的建立是发酵技术发 展的第一个转折时期。
• 2.8与基因操作技术相结合的现代发酵工程技术阶段
3.发酵工业的特点和范围
• 3.1 发酵工业的特点 • （1）原料广
• （2） 微生物主体
• （3） 反应条件温和，易控制 • （4）产物单一，纯度高
• （5）产物无毒无害
• （6）投资少，效益好
• 3.2 发酵工业的范围 • （1） 以微生物菌体细胞为产品的发酵工业
•
• （2） 以微生物酶为产品的发酵工业
• （3）以微生物代谢产物为产品的发酵工业
• （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
• 概括起来，微生物工业所涉及 的范围大致可分为14类： • 酿酒工业、食品工业、有机溶 剂、抗生素、有机酸、酶制剂、 氨基酸、核苷酸、维生素、生 理活性物质、微生物菌体蛋白、 环境、生物能、生物冶金
• 在医药工业方面： • 发酵工程在医药工业上的应用，成效十分显著，发酵工程 能生产人们所需的常用药品和基因药品。如抗生素、胰岛 素、干扰素、生长激素、疫苗等多种医疗保健药物。其中， 抗生素是人们使用最多的药物，也是制药工业利润最高的 产品。 2009年，我国抗生素产值超过4000亿元。目前， 常用的抗生素已达一百多种，如青霉素类、头孢菌素类、 红霉素类和四环素类。
发酵工艺学重点
1、发酵及发酵工业● 广义——通过微生物的培养使某种特定代谢产物或菌体本身大量积累的过程。
● 狭义——厌氧微生物或兼性厌氧微生物在无氧条件下进行能量代谢并获得能量的一种方式。
● 发酵工业：经纯种培养和提炼精制获得的成分单纯、无风味要求的产品的生产过程叫发酵工业。
如酒精、抗生素、柠檬酸、氨基酸、酶、维生素、某些色素等。
● 酿造：我国人们对对一些特定产品发酵生产的特殊称法，是未知的混合微生物区系参与的一种自然发酵。
● 酿造工业：经自然培养、不需提炼精制、产品由复杂成分构成并对风味有特殊要求的食品或调味品的生产过程。
与化学工业相比，食品发酵与酿造的特点：安全简单、原料广泛、反应专一、代谢多样、易受污染、菌种选育发酵技术的两大核心：生物催化剂、生物反应系统一、酿酒用的葡萄葡萄酒是用葡萄汁经酵母发酵而得到的一种低酒精含量的饮料。
葡萄酒的好坏，原料葡萄的品质起到90%的决定作用，因此酿造葡萄酒，主要是原料葡萄的选择。
与酿酒用葡萄的品质有密切关系的自然条件： 1．气温 2．降水量3．土壤 二、葡萄酒的化学成分(一)葡萄酒品质的评定我们评定葡萄酒时，主要基于视觉、嗅觉、味觉和触觉等感官鉴定。
1．视觉视觉的评定主要是澄清度和色泽这两个项目：(1)澄清度 瓶中葡萄酒发生混浊，主要有以下3个原因：①酒液污染了酵母，酵母在瓶中发酵引起葡萄酒混浊，并使酒液带有不愉快气味。
②酒石析出。
③色素沉淀。
(2)色泽 氧化作用的发生，会使葡萄酒发生褐变，不仅酒液色泽变差，而且酒液失去香味，还出现乙醛臭味。
3．味觉(1)酸味 没有酸味的葡萄酒其口味就很平淡，而且酒液易受细菌污染。
(2)甜味 葡萄酒的甜味主要来自葡萄糖和果糖，其次是高级醇和丙三醇。
(3)苦、涩味 涩味主要来自单宁等酚醛化合物。
由于白葡萄酒中的单宁含量非常低，因此一般感觉不出苦、涩味；而红葡萄酒中的单宁含量特别高，所以其苦、涩味较明显。
4．触觉 低酒精含量的葡萄酒，其酒液淡而薄。
发酵工艺学
发酵工艺学发酵工艺概论发酵已经从过去简单的生产酒精类饮料，生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支，成为一个包括了微生物学，化学工程，基因工程，细胞工程，机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。
现代发酵工程不但生产酒精类饮料，醋酸和面包，而且生产各种食品添加剂：谷氨酸，柠檬酸，苹果酸，核苷酸，多糖等；医疗保健药物如胰岛素，干扰素，生长激素，抗生素和疫苗；农用生产资料：天然杀虫剂，细菌肥料，微生物除草剂；在化学工业上生产AA，酶，维生素和单细胞蛋白等。
Use of microorganisms：适应性强消化能力强繁殖能力强1857年，法国化学家，微生物学家巴斯德提出了着名的发酵理论“一切发酵工程都是微生物作用的结果”。
巴斯德认为：酿酒是发酵，是微生物在起作用。
酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟。
可用加热的方法来杀死有害微生物，也可将纯种微生物分离出，获得所需发酵产品。
一、发酵工程（fermentation engineering）1．直接利用微生物的机能将物料加工以提供产品的过程，又称微生物工程。
在最适发酵条件下，大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。
2．发酵工业简介Fermentation Industry发酵食品Fermented Foods有机酸Organic Acids氨基酸Amino Acids核酸类物质Nucleotides酶制剂Enzymes医药工业（抗生素…）Pharmaceutical (Antibiotics…)饲料工业（单细胞蛋白) Feedstuff (eg. SCP)环境工程（废物处理）Environmental Application (Waste Treatment)其它（冶金工业…）Others (eg. Metallurgical industry)二、微生物（一）为什么要利用微生物？微生物繁殖非常迅速微生物培养易于控制微生物本身也容易改造（二）抗生素、氨基酸、酶制剂等产品为什么能通过微生物发酵来生产这与微生物的生长和代谢特点有什么关系1、某些微生物因争夺生存环境或营养物，会产生抗生素将其他种类的微生物杀死。
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1.大麦的组成大麦的组织结构及生理作用:大麦主要由胚、胚乳和谷皮三部分组成。
大麦的化学组成:1.水分:11~20%,储存大麦的水分应在13%以下。
2.碳水化合物①淀粉含量:58~65%.直链淀粉:占大麦淀粉的17~24%,支链淀粉:占大麦淀粉的76~83%.②纤维素:占大麦干物质重量的3.5~7.0%③半纤维素与麦胶物质:占麦粒干物质的10~11%,④低分子碳水化合物:大麦含2%的糖类,主要是蔗糖少量棉子糖、麦芽糖、葡萄糖和果糖。
3.蛋白质:包括ⅰ麦白蛋白,ⅱ球蛋白,ⅲ醇溶蛋白,ⅳ谷蛋白4.脂肪:约占大麦干物质的2~3%,95%以上属于甘油三酸脂,5.磷酸盐:大部分为植酸钙镁,占干重的0.9%6.无机盐:其含量为干物质的2.5~3.5%,主要成分是钾、磷、硅,其次是钠、钙、镁、铁、硫等。
7.酚类物质:大麦中的酚类物质只占干物质的0.1~0.3%,如花色苷、儿茶酸等,2.什么是浸出率每100公斤原料糖化后的麦汁中,获得浸出物的百分数,即为糖化浸出物收得率,表示为: (麦汁中浸出物数量/投料量)*100%3.酒花的主要成分有哪些?各部分在啤酒酿造中的作用是什么?①酒花树脂:成分非常复杂,已经定性的有α-酸、β-酸。
α-酸具有苦味力和防腐力,极易异构化成异α-酸,异α-酸具有极强烈的苦味力,啤酒的苦味主要来自于异α-酸。
β-酸的氧化物则具有细致而强烈的苦味力,这一部分苦味可以补偿α-酸因氧化而失去的苦味度。
②酒花油:是啤酒酒花香味的主要来源.③多酚物质:它是引起啤酒浑浊的主要成分,酒花中的单宁物质易氧化,单宁及其氧化物均易与蛋白质缩合,形成不溶性的复合物而沉淀,因此对麦汁澄清起一定的作用,这是它有利的一面。
单宁能减低就得泡持性,增加啤酒色泽,并有苦涩味,这是对啤酒质量不利的一面。
6.麦芽粉碎的目的与要求?麦芽的粉碎分为干粉碎和湿粉碎二种方式.谷皮主要由纤维素组成,它不溶于水,糖化时酶对它不起作用。
谷皮有弹性,是构成麦汁过滤的自然过滤层。
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原生质体融合
• • 〖6〗渗透压： 在原生质体制备过程中保持稳定的等渗透 压至关重要，等渗透压可免除原生质体的膨胀 破裂，还有助于酶和底物的结合。 • 为使渗透压保持稳定，一般要采用渗透压 稳定剂，可作为渗透压稳定剂的物质有氯化钾、 氯化钠、蔗糖、甘露醇、山梨醇等。 • 不同微生物采用不同的稳定剂，细菌多用 蔗糖、氯化钠等；酵母多用山梨醇、甘露醇等； 霉菌中多用氯化钾和氯化钠等，其使用浓度一 般为0.3～0.8mol/L。
酶解除去细胞壁后的原生质体应具 有再生能力，即能重新长成胞壁，恢复 细胞形态，并能正常生长繁殖，这是原 生质体融合育种的必要条件。 • 原生质体对渗透压很敏感，容易破 裂，因此，再生培养基应具有与原生质 体内相同的渗透压，这就要求在培养基 中加入渗透压稳定剂。
•
• 不同微生物的原生质体要求不同成分的高 渗再生培养基。 • 一般来说，原生质体的再生率从千分之几 到百分之几十，有时可达100％。
原生质体融合
• • 〖2〗菌体生理状态： 原生质体形成好坏与菌的生理状态 有关，一般在对数生长期胞壁对酶最为 敏感，这时制备的原生质体形成率和再 生率均高。 • 注意:不同菌要求不同的生长期，如 细菌在对数生长后期，放线菌则在对数 生长期到稳定期转换时最好。
原生质体融合
• • 〖3〗酶的浓度： 不同的微生物要求用不同的酶处理，同时 酶的浓度不同也影响原生质体的制备。 • 一般说来，在一定浓度范围内，原生质体 形成率随酶浓度增加而提高，酶浓度过低不利 于原生质体形成，但酶浓度过高则导致原生质 体再生率下降。 • 以原生质体形成率和再生率之积达到最大 时的酶浓度作为最适酶浓度。如制备酵母菌原 生质体时，蜗牛酶浓度以1％～2％为佳。 • 对酶浓度的要求还与其他条件有关。
第一章 绪论02(发酵工艺学 夏焕章 第三版)
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一、发展简史
现代发酵工业阶段
20世纪70年代以后，基因工程、细胞工程等生物工程
技术的开发，使发酵工程进入了定向育种的新阶段，新产 品层出不穷。 20世纪80年代以来，随着学科之间的不断交叉和渗透， 微生物学家开始用数学、动力学、化工工程原理、计算机
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技术对发酵过程进行综合研究，使得对发酵过程的控制更
和控制。
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二、重要发酵技术的建立
发酵放大技术
20世纪60年代，发酵罐的大型化、多样化、连续化和自动化 方面有了极大发展。发酵过程的基本参数包括温度、pH、罐 压、溶 O2 、空气流量、泡沫、 CO2 含量等均可自动记录和控 制。
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二、重要发酵技术的建立
基因工程等多种技术引入发酵
绪 论
重要发酵技术
22抗生素
发酵生产的药物
酶抑制剂 免疫抑制剂 维生素 氨基酸 22
思考题
1．发酵和发酵工程的的基本含义是什么？ 2．发酵的发展过程建立了那些重要的技术？ 3．发酵生产的主要药物类型有哪些？
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1979年以后，随着基因重组技术的出现，促进了重组微生物
（工程菌）的产生，并打破了传统的生物反应器的概念。 基因工程技术，简而言之，就是采用酶学的方法，将不同来 源的 DNA 进行体外重组，再把重组 DNA设法转入受体细胞 内，并进行繁殖和遗传下去。
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第三节 发酵生产过程和方式
上游 下游
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二、重要发酵技术的建立
通气搅拌发酵技术
1941年美国和英国合作对青霉素进行生产研究，建立了深层
通气培养技术——深层培养，解决了深层培养的供氧问题。 成功建立起深层通气培养法及整套工艺，包括向发酵罐内通 入大量无菌空气、通过搅拌使空气分布均匀、培养基的灭菌 和无菌接种、通氧量、pH、培养物供给等均已解决，刺激了
发酵工艺学
常用消泡剂
醇类: 十八醇是常用的一种，它可以单 独或与载体一起使用
培养装置
•具有严密的结构 •良好的液体混和性能 •较高的传质、传热速率 •可靠的检测及控制仪表
按规模划分
• 实验室规模 • 扩试规模 • 中试规模 • 工业化规模
发酵罐
进行微生物深层培养的设备统称发酵罐 按照能量输入的方式： • 内部机械搅拌型发酵罐 • 外部液体循环式发酵罐 • 空气喷射提升式发酵罐，简称气升罐
蒸发热
通气时，引起发酵液水分蒸发，发 酵液因蒸发而被带走的热量称为蒸发热
显热
排出的气体夹带着显热
辐射热
因发酵过程温度与周围环境温度不 同，发酵液的部分热量通过罐体向外辐 射。客观存在的大小，取决于罐内外温 度差，冬天大些，夏天小些。一般不超 过5%
温度对发酵的影响
1.从动力学角度来看，T升高，反应速度 加快，生长繁殖快，产物提前合成；另 一方面，T升高，酶失活愈快，菌体易于 衰老，影响产物合成，失活愈快，周期 缩短，产物最终产量少。
机械消沫
• 消沫浆
• 罐外消泡 • 罐压加压
节省原材料,减少污染机会,但不能从根本上 消除引起稳定泡沫的因素
消沫剂消沫
化学消沫作用——当消泡剂加入到发泡 体系中，由于消泡剂的表面张力低（相 对于发泡体系），在消泡剂接触液膜面 时，成为泡膜的一部分，使液膜面扩大， 变薄，同时使泡膜局部表面张大降低， 力的平衡破坏，在力的作用下气泡破裂、 合并，最后导致泡沫破灭。
百分饱和度是氧浓度表示方法之一, 是最常用的方法,培养液被空气完全饱和 时,即为溶氧100%饱和度,室温下为7mg/L 左右
临界氧浓度
指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度
• 卷须霉素为13-23% • 头孢菌素C为7%
发酵工艺学第一章绪论
2020/8/8
FERMENTATION Process Control
FERMENTATION Process Control
2020/8/8
Fermentation engineering
上游工程
UPSTREAM PROCESSES
发酵工程组成
从广义上讲，由三部分组成： 上游工程、发酵过程、下游工程
2020/8/8
FERMENTATION Process Control
下游工程
DOWNSTREAM PROCESSES
上游工程
梭状芽孢杆菌的丙酮丁醇发酵
• 通风发酵
2020/8/8
◆ 需不断通入无菌空气 ◆ 如：利用黑曲霉发酵生产柠檬酸
利用棒杆菌发酵生产谷氨酸 利用黄单胞菌生产黄原胶 抗生素发酵生产
四、发酵工程的组成部分
2020/8/8
四部分组成 1.菌种选育及扩大培养 2.原料预处理及培养基的制备 3.发酵设备及反应条件的选择 4.产品的分离与纯化（提取和精制）
2020/8/8
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）。
6.菌种选育：菌种是进行发酵的根本因素，高产的优良菌株即 可使生产设备得到充分利用，也是创造显著经济效益的关 键，还可以获得按常规方法难以生产的产品。因此，自始 至终都要进行菌种的选育和优化工作。
发酵工艺学整理资料
发酵工艺学整理资料1、发酵工程的概念:指利用微生物的生长繁殖与代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论与工程体系。
2、发酵工程的内容:微生物菌种选育与保藏,培养基与发酵设备的灭菌技术,空气净化技术,菌种的扩大培养,代谢产物发酵生产,发酵过程中参数检测、分析与控制技术,发酵过程中补料技术,产品分离纯化技术3、巴斯德证明了酒精就是由活的酵母发酵引起的4、发酵产品的类型:A微生物菌体发酵目的:获得微生物菌体细胞例如酵母与藻类、担子菌、苏云金芽杆菌、疫苗等特点:细胞的生长与产物积累成平行关系,生长稳定期产量最高。
B微生物酶发酵目的:获得酶制剂与酶调节剂例如青霉素酰化酶、糖苷酶抑制剂特点:需要诱导作用,或遭受阻遏、抑制等调控作用的影响,在菌种选育、培养基配制以及发酵条件等方面需给予注意C微生物代谢产物发酵: 包括初级代谢产物(无种属特异性)与次级代谢产物(微量、有种属特异性、特殊活性)D微生物转化发酵生物转化:就是利用生物细胞对一些化合物某一特定部位(基团)的作用,使它转变成结构相类似但具有更在经济价值的化合物实质:利用微生物代谢过程中的某一酶或酶系将一种化合物转化成含有特殊功能集团产物的生物化学反应。
E基因工程发酵 F 动、植物细胞产物的发酵5、发酵的方法:A表面发酵培养固体表面发酵培养:投资小、设备少、简单易行、适于小型化生产B液体深层发酵培养微生物细胞在液体深层中进行纯种培养的过程6、液体深层发酵流程保藏菌种斜面活化扩大培养种子罐主发酵产物分离纯化成品7、微生物转化与发酵的区别发酵就是通过微生物的生长繁殖与代谢活动,产生人们所需产品的过程。
其核心就是微生物8、菌种选育的目的:提高发酵产量;改进菌种性能;去除多余组分;产生新的发酵产物9.菌种选育基本理论:遗传与变异;遗传与变异的物质基础;基因突变的本质10.菌种选育技术:A自然选育用途:分离、纯化、复壮菌种B诱变育种用途:发酵工业广泛应用C 原生质体融合用途:有两个合适亲本时的菌种选育D基因工程育种用途:清楚微生物的遗传背景时的菌种选育11.菌种退化与变异的原因A遗传基因型的分离要点:遗传物质的多样化,群体繁殖B 自发突变的结果可能原因:1)沙土管长期保藏2)连续传代3)新陈代谢产生的诱变物质 4)增变基因、死亡基因的存在C 经诱变剂处理后的退化变异。
发酵工艺学
第一章绪论名词解释1、发酵：利用微生物在无氧或者有氧条件下的生命活动来制备菌体本身，或其代谢产物的过程。
2、发酵工程：将微生物学、生物化学和化学工程结合起来，利用微生物的某种特性，生产人们所需的产品，或者直接将微生物用于工业生产的技术。
3、初级代谢产物：微生物自身代谢产生的，是微生物生长和繁殖所必需的物质，具有保守性。
如氨基酸、核苷酸、维生素和脂类。
4、次级代谢产物：是微生物生长发育稳定期产生的物质，来源于初级代谢产物，具有特异性。
如抗生素、色素、生物碱、细胞毒素。
5、生物转化：利用微生物的一种或多种酶，作用于一些化合物的特定部位，使之转化为化学结构相似，但具有更大经济价值的化合物的生化反应。
反应最显著的特点是特异性强。
最终产物不是微生物利用营养物质经过代谢产生的，而是微生物的酶作用于底物的特定部位，催化特定部位化学反应产生的。
填空问答1、发酵生产的条件：合适的微生物、保证或者控制微生物进行代谢生产的合适条件(适当的培养基、温度、pH、溶解氧)、用于进行微生物发酵的设备、用于分离纯化精制产品的设备2、重要发酵技术的建立：纯培养技术、通气搅拌发酵技术、代谢调控发酵技术、发酵放大技术、基因工程等多种技术引入发酵3、发酵工程的三大部分：上游工程、发酵工程、下游工程4、发酵工程的特点：1）安全简单，发酵条件简单温和，在常温常压下进行2）原料广泛，以淀粉质、糖蜜和其他农副产品为主，也可以用废水、石油、矿产资源进行发酵3）容易染菌，由于发酵培养基营养丰富，适合于许多微生物生长4）投资小，见效快、效益高5、发酵的分类：1）发酵原料分：糖类发酵、废水发酵、石油发酵 2）发酵液形态：固体发酵（浅层发酵、深层发酵）、液体发酵（表面培养法、深层培养法）3）发酵产物分类 4）发酵工艺流程：连续发酵、分批发酵、半连续发酵 5）发酵需氧：好氧发酵、厌氧发酵6、发酵工程四部分：菌种的选育与扩大培养，原料的预处理与培养基的配制，发酵设备及发酵条件的选择，产物的分离与纯化第二章微生物的代谢调控名词解释1、酶活性调节：通过改变代谢途径中一个或者几个关键酶的活性来调节代谢反应速率的调节方式，调节迅速、及时、有效和经济，是蛋白质水平上的调节。
第一章发酵工艺学概述
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。
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卜卜茶
•我有个设想把萝卜和茶这两种功效相近的天然植物结合起来做成一种饮料。
•我给它取名为卜卜茶
萝卜萝卜, 又称“菜
兼”, 属十字花科
一年生或二年生草
本植物。
萝卜是我国土生土
长、分布广、品种
多的一种普遍种值,
适于全国各地栽培
的蔬菜。
本草纲目》中称萝
卜“乃蔬中之最有
益者”。
萝卜的营养
•萝卜营养物质丰富, 含有大量的葡萄糖、果糖、蔗糖、多种氨基酸、维生素和矿物质, 特别是维生素C的含量比一般蔬菜高得多, 比梨、橘子、苹果、桃等要高一倍, 且核黄素Ca、p、Fe、的含量也比上述水果多, 还含有微量元素锌、锰、硒等。
•萝卜具有抗癌、美容减肥的作用。
茶叶的功效
•1、延缓衰老
•2、利尿解乏
•3、防治辐射
•4、抑制病菌
•5、护齿明目
•6、抑制心血管疾病和抗癌
工艺流程
萝卜：清洗切分打浆护色粗滤离心汁液备用；
绿茶：浸提浸提液澄清吸附吸滤茶汁稀释后备用；
萝卜汁、茶汁调配杀菌无菌灌装冷却成品。
制取萝卜汁操作要点
•萝卜汁制取：选取成熟萝卜，以流水洗净
其外表面，切成适当大小碎块，于高速组
织捣碎机中打成匀浆，加入护色剂，并用0.1mol/L NaOH 溶液调节PH 值。
滤去粗渣，再经离心，取汁备用。
芥子油
•萝卜中所含的辣味来自芥子油。
芥子油苷被芥子酶分解, 生成一种具有挥发性的硫化物, 放置一段时间后, 这种刺激性化合物就会发生变化, 变成带有甜味和特殊萝卜臭的甲硫醇, 它可以促进胃肠蠕动, 帮助消化, 增强食欲。
•虽然这种甲硫醇有一定的增强食欲的功用，但过多也会带来饮料气味上的麻烦，有必要时可以用活性炭吸附除去部分甲硫醇。
护色
•研究发现采用0.01%氯化锌、0.3%氯化钙对萝卜汁进行护色，并调节PH值为7.5。
经此处理的萝卜汁稳定，放置较长时间不变色。
颜色多样
•由于萝卜有多种种类且表皮颜色多样，通过不同种类的萝卜我们可以得到多种颜色的萝卜汁，例如红色、胡萝卜色、乳白色等。
对于最后制得的成品萝卜茶，
可以调配出多种款式，消费
者的选择范围跟大，市场面
占有量也会相应提高。
绿茶浸提液制备
•绿茶浸提液制备将绿茶放入85度由5%糊精和0.01%维生素C组成的浸提液中，茶叶用量为1.5%，浸提8min，过滤后弃去残渣，然后向浸提液中加入适当澄清吸附剂，按规定时间和温度进行澄清吸附后吸滤，将滤液进行适当稀释（滤液：水=2:3）后备用。
•在绿茶的浸提过程中，采用85度5%糊精溶液对茶叶进行浸泡，可抑制因温度造成的茶叶膨润，且浸提液香味、色泽优良。
浸提液中添加维生素C可防止褐变。
•这里我们主要以绿茶为例，是因为绿茶营养价值较高，且容易调配。
我们也可以选用红茶、乌龙茶等
调配•调配将上述制备
好的萝卜汁和绿茶
浸提液按比例配合，
再加适量白砂糖、
柠檬酸，充分混匀
后于130度5秒杀菌，
灌装，冷却，即为
成品。
•以制备好的萝卜汁、澄清处理后的茶汁、白砂糖、柠檬酸为因素，进行了不同配比实验，得出了最佳配方，即萝卜汁：茶汁=3:10，白砂糖7%，柠檬酸0.2%，由此调配出的萝卜茶风味独特，清凉可口。
产品质量指标
•理化指标砷<0.5mg/kg；铅<1 mg/kg •微生物指标细菌总数<100 个/ml；大肠菌
群<30个/ml；致病菌不得检出。
•感官指标本产品为多种款式，颜色样，
清亮透明，兼有绿茶特有的风
味和萝卜的特殊口感，酸甜适口。
•萝卜茶既解决萝卜难以贮藏的困难, 又弘扬了我国的茶文化，同时为消费者增添了新食品, 是人们冬夏饮品的最佳选择，定会受到人们的欢迎, 前景十分广阔。
感谢
•罗老师对我们的辛勤教导
•08级生物工程的同学给我学习上的帮助。
thanks。