【发酵工艺学总论】第三章_工业发酵原料与处理2(工业发酵无菌技术)
《发酵工艺学》复习大纲
《发酵工艺学》复习大纲一、基本要求：《发酵工艺学》是发酵工程专业的一门主干课程，是支撑现代食品工业的重要技术，同时也是生物技术产业化的重要手段。
这门课程的考试，主要测试考生对本课程的基础理论、基本知识、及实际操作技能掌握的程度，以及运用所学理论解决问题的能力，为考生在工作岗位上发挥自己的能力或继续从事相关研究工作奠定基础。
二、主要内容第一章绪论发酵工业的历史；微生物发酵的特点及研究对象；发酵工艺学的发展趋势。
第二章微生物代谢调控理论及其在微生物发酵中的应用初级代谢和次级代谢；代谢调节有关的酶；反馈调节；代谢调节控制的应用。
第三章发酵工艺学基础及主要设备一、微生物发酵的工艺过程：菌种活化与扩大培养；发酵原料前处理及培养基制备；发酵；产物分离、提取与后加工二、微生物发酵的动力学：分批发酵三、发酵工艺控制：温度对发酵的影响及其控制；溶解氧浓度对发酵的影响及其监控；pH值对发酵过程的影响及其控制；二氧化碳和呼吸熵；基质浓度对发酵的影响及补料控制；泡沫控制；发酵终点判断。
四、发酵的主要设备：原料处理设备；固体发酵设备；机械搅拌通风发酵罐（生物反应器）；空气净化系统；培养基灭菌系统；产物分离与提取设备。
第四章酒精发酵与酿酒一、酒精发酵：酒精发酵原料；与酒精发酵有关的微生物；酒精发酵生化机制；酒精发酵工艺；酒精蒸馏与精制。
二、啤酒酿造：啤酒种类与质量标准；啤酒酿造原料；麦芽制造；麦芽汁制备；啤酒发酵；过滤与灌装。
第五章氨基酸发酵谷氨酸生产：谷氨酸生产原料及其处理；谷氨酸产生菌；谷氨酸合成途径；谷氨酸发酵工艺；谷氨酸提取。
第六章有机酸发酵一、乳酸发酵：乳酸发酵类型及其微生物；乳酸制造；发酵乳制品；其它乳酸发酵食品。
二、醋酸发酵：醋酸发酵原料；醋酸发酵有关的微生物；醋酸发酵生化机制。
第七章酶制剂生产酶制剂的工业化生产：工业化酶制剂生产的优点；酶制剂生产的基本工艺流程；淀粉酶生产；酶应用新技术。
第八章发酵豆制品酱类与酱油酿造原料；制酱与酱油酿造的微生物；制酱与酱酒酿造的生物化学。
发酵工程原理与技术
原理二：
生物体中都存在两个以上的DNA修复基因，如果一 个DNA修复基因损伤或变异，通常仍能存活，但对能引 起DNA损伤的化合物十分敏感，易发生死亡，所以可以 利用DNA修复能力突变株筛选抗肿瘤药物。
实践中常使用大肠杆菌或枯草芽孢杆菌的重组缺 失DNA修复基因突变株和亲株作为测试菌来筛选抗肿瘤 药物。
三、发酵工业生产流程 发酵培养基的配制与灭菌 （1）目的要明确； （2）培养基的营养要协调； （3）pH要适宜。 灭菌:主要采用高压水蒸汽直接对培养基进行
加热灭菌，多采用121℃保温20-30min，然后 冷却，这样称之为实罐灭菌；也可采用连续 灭菌。
三、发酵工业生产流程
无菌空气制备
6、遗传性状稳定，菌种不易变异退化；
7、在发酵过程中产生的泡沫要少；
8、对需要添加的前体物质有耐受能力；并且不 能将这些前体物质作为一般碳源使用；
9、不是病原菌，同时在系统发育上与病原菌无 关，不产生任何有害的生物活性物质（包括抗 生素、激素和病毒）以保证安全。
（二）工业生产常用的微生物菌种
1、细菌（Bacteria）
四、发酵工程的发展历史
3、发酵工程的重大转折点 20世纪70年代，细胞融合技术、基因技术等生物技
术发展，打破了生物种间障碍，能定向地制造出新的有 用的微生物：
增加微生物体内控制代谢产物产量的基因拷贝数， 可以大幅度地提高目标产物的产量。
将动、植物或某些微生物特有产物的控制基因植入 细胞中，快速经济地大量生产这些产物。
发酵罐试验
摇瓶试验
三、发酵工业生产流程
发酵过程的操作方式
三种模式：间歇发酵、连续发酵和流加发酵 间歇发酵又称分批发酵，在发酵过程中，除气体进出外，与外
界没有其它的物料交换。分批发酵是一种操作简单并且广泛使 用的发酵方式。
第三章发酵工业原料及其处理
（3）无机盐
• 无机盐对菌体生长和产物合成有重要影响， 是发酵培养基的必须成分之一。
• 磷对微生物生长有明显促进作用； • 在青霉素和头孢菌素的发酵培养基中必须加
入硫源； • Mg、Zn、Co、Cu、Mn等微量元素是某些酶
• 发酵培养基中某些成分的加入有利于调节 产物的形成，而并不促进微生物的生长， 这些物质包括前体、促进剂和抑制剂。
前体
• 指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被
微生物在生物合成过程中结合到产物分子中去，
而其自身的结构没有多大的变化，但产物的产
量却因加入前体而有较大的提高。 • 如：在青霉素生产中加入玉米浆，青霉素产
• 优点：设备要求简单，水解时间短（20min）， 设备生产能力大
• 缺点：高温高压下进行，设备要求耐腐蚀、耐 高温、耐高压，副反应多，对原料要求严格， 淀粉颗粒不宜过大，淀粉乳浓度不能过高。
淀粉酸水解的工艺流程
中和脱色
水 淀粉
冷却
调浆
盐酸
酸水解
过滤除杂
糖液
1.酸的种类和用量：
• 盐酸：催化效能为 100 • 硫酸：催化效能为 50.35 • 草酸: 催化效能为 20.45 • 一般用盐酸，其量占干淀粉的 0.6-0.7%，
• 在酶法糖化时， -淀粉酶很难进入 老化淀粉的结晶区起作用，使淀粉 很难液化，因此，必须采取相应的 措施控制糊化淀粉的老化。
2.糖化酶的水解作用
• 糖化酶对底物作用从非还原末端开始将 -1, 4 和 -1, 6糖苷键水解，也能水解麦芽糖。
• 必须控制糖化酶的用量和液化液DE值。 • 糖化的温度和pH值决定于所用的糖化剂的性
发酵工程第三章发酵工业原料与其处理
糖类（淀粉，淀粉水解糖，糖蜜）、油脂、有机 酸、正烷烃
淀粉质原料
微生物能否直 接利用淀粉作
原料？
含淀粉较高，来源广泛，价格便宜，淀粉质 原料及水解液是发酵工业常用的碳源。
主要有工业淀粉、谷类、薯类等。
工业淀粉包括玉米淀粉、小麦淀粉、甘薯淀 粉等，谷类包括大米、高粱、大麦和小麦， 薯类则包括甘薯、马铃薯和木薯等。
3
13
31
2
14
3
灰分/%
5.7
6.5
5 8.8
18.1
16
10
发干 核物 黄酵/素%/（工mg业/kg常） 用93的.206 蛋白94.04质原料主12要55.07有3 黄豆9130..饼61 粉92、.164花生9- 5 饼
粉硫胺、素/（棉mg子/kg饼） 粉2、.4 玉米14浆.3 、蛋白5.胨0.8、8 酵母1.1膏、2鱼2 粉等- 。
济
发酵后所形成的副产物少
--纯度高
培养基的原料资源丰富，价格低廉，能保证生
产上的供应
--成本低，可靠性高
有利于产品的分离纯化，并尽可能减少“三废”
物质
--易控制，好
处理
二、工业上常用作碳源的原料
作用： 发酵培养基含量远远大于种子培养基
提供微生物合成细胞结构所需碳素，更重要的是 提供目的产物中的碳及合成产物的能源。
三、工业上常用作氮源的原料
构成菌体构成菌体细胞物质（氨基酸、蛋白质、 核酸等）和含氮产物的氮素来源。
氮源物质在发酵培养基基中的含量因发酵目的产 物不同而不同。
分为无机氮源（速效氮源）与有机氮源
无机氮源被菌体作为氮源利用后，在培养液中留下酸 性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后能形 成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸铵；若 菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生理 碱性物质，如硝酸钠。
发酵工艺技术教材
发酵工艺技术教材发酵工艺技术教材第一章引言1.1 发酵的定义和概述发酵是一种利用微生物（如细菌、真菌、酵母等）进行有机物质转化的过程。
本章将介绍发酵的定义、发酵的基本原理以及发酵在食品、药品和化工等领域的应用。
1.2 发酵工艺的基本要素发酵工艺包括基质选择、微生物菌种的选取和培养、发酵条件的控制等要素。
本节将介绍影响发酵工艺的基本要素，并讨论如何合理选择和优化这些要素。
第二章发酵基质的选择2.1 发酵基质的定义和作用发酵基质是指提供微生物生长和代谢所需的能量、碳源和营养物质的物质。
本章将介绍发酵基质的定义和作用，以及选择合适的发酵基质的方法和注意事项。
2.2 常用发酵基质的分类和特点常用的发酵基质包括碳水化合物、蛋白质和脂类等。
本节将介绍这些基质的分类、特点和适用范围，以及影响基质选择的因素。
第三章微生物菌种的选取和培养3.1 微生物菌种的分类和选择微生物菌种的选择是发酵工艺成功实施的关键。
本章将介绍微生物菌种的分类和选择原则，以及常用菌种的特点和应用。
3.2 菌种的培养和保存本节将介绍如何进行微生物菌种的培养和保存，包括菌种的培养基选择、菌液的传代和菌株的保存方法等。
第四章发酵条件的控制4.1 温度的控制温度是影响发酵过程的重要因素之一。
本章将介绍发酵过程中温度的选择和控制方法，以及温度对微生物生长和产物生成的影响。
4.2 pH值的控制pH值是另一个重要的发酵条件。
本节将介绍pH值的测定和调节方法，以及不同pH值对发酵过程的影响。
4.3 氧气的供应和控制氧气供应是某些发酵过程所必需的，而对于其他发酵过程则需进行氧气的控制。
本节将介绍氧气的供应方式和控制方法，以及氧气对发酵的影响。
第五章发酵过程的监测和分析5.1 发酵过程的监测方法本章将介绍发酵过程中常用的监测方法，包括菌体生长曲线的测定、产物浓度的测定以及副产物和废物的测定等。
5.2 发酵产物的分析方法发酵产物的分析可以帮助评估发酵过程的效果和优化工艺条件。
发酵工程 第3章 发酵工业原料及其处理
（2）成分种类：
碳源、氮源、无机盐、生长因子、水； 前体、促进剂、抑制剂。
1.碳源:
发酵培养基中的含量远大于其在种子培养基中的含量。
（1）作用
I. 提供合成细胞物质所需碳素； II. 提供目的产物中的碳； III. 合成产物的能源。
4.生长因子:
为发酵培养基必不可少的组分 对量的控制要适当，如生物素亚适量法的谷氨酸发酵。
5.前体:
概念：有些化合物被加入培养基后，能够直接在生物合成过 程中结合到产物分子中去，而自身的结构并未发生太大变化， 却能提高产物的产量，这类小分子物质被称为前体。 前体使用浓度要适当，浓度过高对菌体有毒害作用，一般采 用流加方式，减少一次加入量。
第一篇 工业微生物和发酵工业原料
第三章 发酵工业原料及其处理
第一节 发酵工业原料的种类和成分 第二节 淀粉水解糖的制备 第三节 发酵培养基灭菌
第1节 发酵工业原料的种类和成分
一、发酵培养基中各种成分的定量
1 概念: 发酵培养基是供微生物生长繁殖和合成大量产物 的培养基，用于发酵生产特定产物。 （1）要求：
淀粉质原料是发酵工业最常用的原料之一。 葡萄糖是碳源中最容易利用的单糖， 淀粉水解后可获得葡萄糖。
在工业生产上将淀粉水解为葡萄糖的过程称为 淀粉的糖化，所制得的糖液为淀粉水解糖。
凡是淀粉质原料都可用于制备淀粉水解糖。 水解方法有：酸水解法、酶水解法、酸酶结合水解法。
二、淀粉水解制糖
1、酸解法
以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高 压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。
1,4糖苷键和α -1,6糖苷键，产生β-葡萄糖。
3、酸酶结合法
发酵工艺第三篇1
第三节 空气除菌 一、空气除菌的方法 1.加热灭菌 2.静电除菌 3.介质过滤除菌 4.辐射杀菌 二、介质过滤除菌 1.机理 采用纤维介质除菌主要依靠以下几种作 用达到除菌效果： 惯性捕集、拦截捕集、扩散捕集、重力 沉降、静电吸附
2.过滤介质：棉花、活性炭、超细玻璃纤 维纸、多孔陶瓷滤器等 3.工艺流程® 第四节 无菌检查与染菌处理 一、无菌检查 1.无菌试验 2.染菌的判断 二、染菌的处理 1.染杂菌的处理 2.染噬菌体的处理 三、制服染菌的要点
二、氧在液体中的溶解特性 影响C*的主要因素： 1.温度 2.溶液的性质 3.氧分压
微生物 大肠杆菌 酵母菌 米曲霉 青霉菌 赛氏杆菌 温度/℃ 37.8 34.8 30 30 31 C临界/(mol/L) 0.0082 0.0046 0.02 0.009 0.015
三、影响微生物需氧量的因素 1.微生物种类和生长阶段
二、种子制备 种子制备：孢子或摇瓶种子接入种子罐后， 在罐中繁殖成为大量菌丝的过程。 1.种子扩大培养的目的 2.种子扩大培养的方法 i固体培养法： ii表面培养法： iii液体培养法：一般是采取放大法进行种 子扩大培养。
1.摇瓶种子制备 摇瓶进罐，常采用母瓶与子瓶两极培养。 2.种子罐种子制备 其工艺过程，因菌种不同而异，一般可 分为一级种子与多级种子，种子罐的级 数主要决定于菌种的性质和生长速度及 发酵设备的合理应用。
4.泡沫的影响 泡沫的产生将影响微生物的呼吸，可使用 适量的消泡剂。 5.空气分布器形式与发酵罐结构 现在的生产中多采用多孔环型鼓泡器 第五节 Kla的测定 一、 CL的测定 二、摄氧率γ的测定
三、 Kla的测定 1.亚硫酸盐法 利用氧化还原反应测定。 2.取样法 发酵液中的溶氧可用极谱仪来测定 3.排气法 4.直接测定法 5.动态测定法 6.覆膜氧电极法
发酵工程原理
发酵工程原理第一章绪论1.发酵（fermentation）:采用现代工程技术手段，利用天然生物体或人工改造的生物体对原料进行加工，为人类生产有用的产品，或直接把生物体应用于工业生产的过程。
【名】2.第一阶段（~1900年）：酒精、醋；第二阶段（1900~1940）：酵母面包、甘油、柠檬酸、丙酮；第三阶段（1940~1960）：青霉素、链霉素、赤霉素、氨基酸、核苷酸、酶【判、单】3.1900~1940年期间是发酵工业的第二阶段【判】4.从发霉的甜瓜中筛选“产黄青霉”菌株，使青霉素效价提高了几百倍。
【判、填】5.现代发酵工程是以基因工程的诞生为标志，以微生物工程为核心内容。
【填】6.发酵工程的6个部分：a.菌种以及确定的种子培养基和发酵培养基的组成；b.培养基、发酵罐和辅助设备的灭菌；c.大规模的有活性、纯种的种子培养物的生产；d.发酵罐中微生物最优的生长条件下产物的大规模生产；e.产物的提取、纯化；f.发酵废液的处理。
7.选育菌种的基本方法：自然选育、抗噬菌体选育、诱变育种、代谢工程育种、基因定向育种、基因组改组。
【填】8.我国已是发酵工业大国，但不是发酵强国。
【判】9.发酵产业的差距：【解】a.工业生产菌种的技术水平较差b.发酵工业相对落后。
c.产品科技含量低，产品浓度低、能耗高、污染大。
d.装备水平落后。
第二章微生物菌种制备原理与技术1.发酵工业常用的微生物主要有：细菌、放线菌、酵母菌和霉菌。
【填】细菌、放线菌偏碱7~7.5；霉菌和酵母偏酸4.5~6.2.自然界分离筛选目的菌株的一般步骤和方法：【解】a.含微生物样品的采集b.含微生物样品的富集培养c.微生物的分离d.野生型目的菌株的筛选f.野生型目的菌株的菌株鉴定3.菌种退化：生产菌种或选育过程中筛选出来的较优良菌株，由于进行移接传代或保藏之后，群体中某些生理特征和形态特性逐渐减退或完全丧失的现象。
【名】4.工业微生物菌种的保藏方法：斜面保藏法（1~3个月）、液体石蜡油保藏法、冷冻干燥保藏法、真空干燥法、液氮超低温保藏法、工程菌的保藏。
发酵工业概论知识点总结
发酵工业概论知识点总结1. 发酵工业的历史和发展发酵工业起源于古代人们在食品加工和酿酒等过程中对微生物代谢的利用，传统发酵技术逐渐形成并发展。
19世纪末至20世纪初，随着微生物学、生物化学和工程学等领域的不断进步，发酵工业取得了飞速发展，逐渐形成了现代发酵工艺。
2. 发酵工艺的基本原理发酵工艺是指利用微生物或其代谢产物进行生物转化的工艺。
其基本原理是在适宜的温度、pH值、营养条件下，微生物通过代谢过程合成目标产物。
发酵过程主要包括发酵菌种的培育、发酵培养基的制备、发酵过程的控制等环节。
3. 发酵产物的分类根据发酵产物的不同，可以将发酵产物分为食品发酵产物和工业发酵产物两大类。
食品发酵产物包括酸奶、豆豉、味精等；工业发酵产物包括抗生素、氨基酸、酶类、有机酸、聚合物等。
4. 发酵工艺的应用（1）食品发酵工业：包括酿造业、醋制品、豆制品、面食品等；（2）医药发酵工业：用于生产抗生素、激素类药物、维生素等；（3）化工发酵工业：生产醋酸、丁二酸、酶类、丙二醇、丙二酸等；（4）农业发酵工业：生物农药、饲料添加剂、微生物肥料等。
5. 发酵工业的发展趋势（1）微生物基因工程技术的应用：利用重组DNA技术改造微生物，实现高效合成目标产物；（2）发酵工艺的智能化和自动化：借助信息技术、自动化控制技术提高发酵工艺的生产效率和质量；（3）绿色发酵技术的推广应用：发展环保型、节能型的发酵工艺，减少废弃物和对环境的污染。
以上就是对发酵工业概论知识点的总结，希望能够给您带来一定的帮助。
发酵工业作为一个重要的产业，对于社会和经济发展都具有重要的意义。
发酵工业的发展不仅能够满足人们多样化的生产需求，也能够为人们带来更好的生活品质。
需要多加关注和推广。
发酵工业无菌技术应用护理课件
目 录
• 发酵工业无菌技术概述 • 无菌技术的基本原理 • 发酵工业无菌技术应用实例 • 无菌技术的质量控制和安全管
• 无菌技术的未来发展和趋势
01 发酵工业无菌技术概述
无菌技术的定义和重要性
定义
无菌技术是指在发酵工业中，通过一系列操作和控制措施， 消除或降低微生物、杂质和污染物的存在，以确保产品的质 量和安全。
应急处置
建立完善的应急处置体系，制定应急预案，配备应急设备和人员，确 保在突发事件发生时能够迅速、有效地应对。
应对突发事件的预案和演练
预案制定
根据发酵工业的特点和实际情况，制 定针对性的突发事件应对预案，明确 应对措施和责任人。
演练实施
定期组织员工进行应急演练，提高员 工应对突发事件的能力和自救互救技 能。
利用大数据和人工智能技术，对生产 过程中的数据进行分析和优化，发现 潜在问题和改进点，提高生产效率和 产品质量。
自动化生产线
通过机器人技术和自动化设备，实现 无菌生产线的自动化和智能化，减少 人工干预和误差，提高生产效率和安 全性。
无菌技术的可持续发展和环保要求
环保材料的使用
01
优先选择可降解、环保的原材料和包装材料，减少对环境的污
质量检验
对发酵工业产品进行严格的质 量检验，包括理化指标、微生 物指标等，确保产品质量合格。
安全管理的原则和措施
预防为主
将预防作为安全管理的核心，通过科学的风险评估和隐患排查，降低 事故发生的风险。
强化培训
定期对发酵工业从业人员进行安全培训和教育，提高员工的安全意识 和操作技能。
规范操作
制定严格的发酵工业操作规程和安全管理制度，确保员工按照规程进 行操作。
发酵工业原料与其处理
丝氨酸 色氨酸 蛋氨酸
甘氨酸 吲哚、氨茴酸 2-羟基-4-甲基硫代丁酸
金霉素 红霉素
氯化物 丙酸、丙醇等
异亮氨酸 苏氨酸
D-苏氨酸 高丝氨酸
灰黄霉素
氯化物
青霉素G：分子量356
苯乙酸:分子量136
使用方法
普遍采用流加方法。
前体一般都有毒性。如苯乙酸，一般仅仅添加 0.07%。 前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发 和氧化。 流加也有利于提高前体的转化率。
大量产物。
（1）孢子培养基
常用的有麸皮培养基、小米培养基、大米培养 基、玉米培养基和肉汤培养基等。 碳源、氮源含量不要太丰富，特别是有机氮源。 含有生长素和微量元素，有利于孢子大量形成。 注意培养基的pH值和湿度。
（2）种子培养基
营养相对丰富、完全，氮源和维生素含量 要高些。 要能维持稳定的pH。 最后一级种子培养基的成分应该能接近发 酵培养基。
微生物需钾量一般约为0.1g/L（以K2SO4 计）。
– 当培养基中磷盐配用1g/L K3PO4·3H2O时，同时 提供了钾，钾浓度为0.38g/L；
– 当培养基中磷盐配用1g/L Na2HPO4·12H2O时， 应另外配用KCl 0.3~0.6g/L，钾浓度为 0.35~0.7g/L。
4、生长因子（生长素）
– 无机氮源：氨水、液氨、尿素、硝酸盐、铵盐 等。
3. 无机盐
对菌体生长和产物合成都十分重要。不同 发酵对不同种类无机盐的需求不同。
4. 生长因子
发酵培养基中必不可少，但在某些发酵中 生长因子的量要控制适当。
5. 前体
某些化合物加入到发酵培养基中，能直接在生 物合成过程中结合到产物分子中去，而自身的 结构并未发生太大变化，却能提高产物的产量， 这类小分子物质称为前体。 来源：
第三章 发酵工业原料及其处理
氮素化合物
水
微量元素(无机盐类)
生长因子
第25页，本讲稿共64页
1、碳素化合物营养源对微生物生长发育的影响
（1）碳素化合物的作用
构成菌体成分的重要元素； 产生各种代谢产物和细胞内贮藏物质的主要原料； 化能异养型微生物的能量来源。
第26页，本讲稿共64页
（2）碳源种类
糖：
有些种类的发酵生产对金属离子相当敏感，因为有些金属离子 是中间代谢酶的抑制剂或激活剂。
柠檬酸发酵中铁、锰和锌离子都能明显影响产量，钙 离子对细菌淀粉酶的生产有促进作用；
钴离子对葡萄糖异构酶的发酵是必需的，这些在培养 基配制时都必须予以注意。
第24页，本讲稿共64页
三、培养基组成物质的营养与作用
第13页，本讲稿共64页
3、按用途
增殖培养基：可以配制成适合某种微生物生长而不适合其他微 生物生长，从而达到从自然界分离这种微生物的目的。
鉴别培养基：是根据微生物能否利用培养基中某种营养成分， 借助指示剂的显色反应，以鉴别不同种类的微生物。
选择培养基：是在培养基内加入某种化学物质以抑制不需要菌 的生长，而促进某种需要菌的生长。
• 在发酵中添加前体物质将有利于产物的合成和显著提高产量，如 苯乙酸及其衍生物被认为是青霉素的前体物质。
第21页，本讲稿共64页
（2）添加诱导物：
目前工业用微生物酶多数为诱导酶，如蛋白酶、淀粉酶、纤 维素酶等。
诱导物的存在能大大强化诱导酶的生物合成。
第22页，本讲稿共64页
（3）注意阻遏物或抑制剂的影响
第8页，本讲稿共64页
（2）合成培养基
是用化学成分和数量完全了解的物质配制而成的。成分精确， 重复性强，可以减少不能控制的因素。
发酵工业原料及其处理
原料预处理 培养基制备灭菌
种子罐 发酵罐
灭菌
产物别离纯化
成品
培养基根本要求：
1)都必须含有作为合成细胞组成的原料。 2)满足一般生化反响的根本条件，如碳源、氮源、 无机盐、生长因子； 3)一定的pH等条件。 4〕工业生产培养基所用的原材料必须来源丰富、价 格低廉、质量稳定。
第一节 培养基的成分及来源
在某些产物中硫是组成元素。在其生产培养基中， 需要参加硫酸钠或硫代硫酸钠等含硫化合物作硫 源。
三、 无机盐及微量元素
铁： 是细胞色素、细胞色素氧化酶和过氧化氢酶的成分，是 菌体有氧氧化必不可少的元素。 铁制发酵罐内的溶液即使不加任何含铁化合物，其铁离 子浓度已达30 ug/ml。 一些天然培养基的原料中也含有铁，所以在一般发酵培养 基中不再参加含铁化合物。
第一节 培养基的成分及来源 第二节 培养基的类型及选择 第三节 淀粉水解糖的制备 第四节 发酵培养基灭菌
第一节 培养基的成分及来源
一、碳源 二、 氮源 三、 无机盐及微量元素 四、生长因子 四、前体、促进剂和抑制剂
一、碳源
常用碳源：糖类、油脂、有机酸和低碳醇。 各种菌种对不同碳源的利用速率和效率不一 样。
一、碳源
淀粉、糊精：
淀粉在发酵工业中被普通使用，它可抑制葡萄 糖代谢过快的弊病，同时淀粉来源丰富，价格也比 较低廉。
有些微生物可直接利用玉米粉、土豆粉作碳源。
纤维素和含淀粉较多的野生植物也是今后开发 碳源的广阔天地。
需经胞外酶水解成单糖后再被吸收利用;
常用的淀粉为玉米、小麦、甘薯、马铃薯、木薯淀 粉。
无机氮源
氨水： 在发酵中除可以调节pH外，它也是一种容易 被利用的氮源，在许多抗生素的生产中得到 普遍使用。 氨水因碱性较强，因此使用时要防止局部过 碱，加强搅拌，并少量屡次地参加。 另外在氨水中还含有多种嗜碱性微生物，因
发酵工业无菌操作规程
发酵工业无菌操作规程1. 引言无菌操作在发酵工业中具有重要的意义，可以有效地避免微生物污染对发酵过程产生的不利影响。
本文档旨在为发酵工业从业人员提供一套标准的无菌操作规程，以确保生产过程的卫生和产品的质量。
2. 无菌操作的基本原则无菌操作的基本原则是防止微生物污染进入发酵系统，并保持操作环境的无菌状态。
以下是无菌操作的基本原则：•清洁：保持操作区域的清洁和整洁，包括操作台面、工具和设备等。
•消毒：对操作区域和操作工具进行定期消毒，以杀灭潜在的微生物污染源。
•空气过滤：通过高效过滤器对进入操作区域的空气进行过滤，以去除悬浮的微生物和微粒。
•无菌装备：使用经过高温高压灭菌或化学灭菌的无菌装备，避免装备本身成为微生物污染源。
•无菌技术：采用无菌技术，如消毒喷雾、火焰灼烧等，对操作区域和操作工具进行无菌处理。
3. 无菌操作步骤无菌操作主要包括以下步骤：3.1 准备工作•按照标准操作程序穿戴好个人防护装备，包括洗手消毒、佩戴帽子、口罩、手套和无菌工作服等。
•将所需的培养基、试剂和管道连接件等准备好，并进行必要的消毒处理。
•检查并确认工作区域的清洁度和无菌状态。
3.2 操作前准备•使用经过高温高压灭菌或化学灭菌的手术器械，将所需操作工具准备好。
•检查操作区域的灯光和通风设施是否正常，确保操作环境满足无菌操作的要求。
•使用消毒剂对操作台面进行消毒处理。
3.3 执行无菌操作•将培养基倒入无菌操作台面上的培养基瓶中，注意不要接触到瓶口。
•使用消毒剂擦拭培养基瓶的外表面，并将瓶口用火焰进行灼烧处理。
•采取适当的无菌技术，如消毒喷雾或火焰灼烧，对需要操作的区域进行无菌处理。
•进行无菌操作时，注意避免与空气直接接触，以防止微生物的进入。
•操作过程中如有需要，及时更换操作工具和设备，并对新的工具和设备进行无菌处理。
•操作结束后，及时清理和消毒操作区域，确保无菌操作台面的整洁。
3.4 结束工作•将已使用的无菌操作工具和废弃物进行正确的处理，避免造成二次污染。
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N0：初始活芽孢数。
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培养基中含有大量的不耐热的微生物和 相当数量的耐热性微生物时的灭菌残留 曲线
∴在 T 相同时，对数与非对数定律的灭菌 时间t不同。
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3. 灭菌温度和时间的选择
培养物质受热破坏也可看作一级反应：
dC k ' C dt
式中C：对热不稳定物质的浓度；k’：分解速度常数； k’的变化也遵循阿累尼乌斯方程：
罐压接近空气压力
夹套或蛇管中通冷水
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培养基降温到所需温度
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2. 灭菌时间的估算
升温、冷却两阶段也有一定的灭菌效果，考虑 到灭菌的可靠性主要在保温阶段进行，故可以 简单地利用式
㏑(N/N0) =-kt
来粗略估算灭菌所需时间。ຫໍສະໝຸດ 2017/7/1040
2. 灭菌时间的估算
例1：有一发酵罐内装40m3培养基，在1210C温度下实 罐灭菌，原污染程度为每1ml有2×105个耐热细菌芽孢， 已知1210C时灭菌速度常数k=1.8min-1，求灭菌失败机 率为0.001时所需时间。 解：N0=40×106×2×105=8×1012(个) Nt=0.001(个) k=1.8(min-1) ㏑(Nt/N0)=-kt t=2.303/k[lg(N0/Nt)]=2.303/1.8[lg(8×1015)] =20.34(min) 由于升温阶段就有部分菌被杀灭，特别是当培 养基加热至1000C以上，这个作用较为显著，故实际保 温阶段时间比计算值要短。
种子扩大时期染菌:
易染菌、应灭菌后除去，并对种子罐、管道进行检查和彻底灭菌。
发酵前期染菌：
应迅速重新灭菌，补充必要的营养成分，重新接种
发酵中期染菌：挽救困难，应早发现，快处理 ，处理方法应根
据各种发酵的特点和具体情况来决定 抗生素发酵
将另一罐发酵正常、单位高的发酵液的一部分输入染菌罐中，以 抑制杂菌繁殖，同时采取低通风，低流加糖量等措施
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法兰连接不当造成的“死角”
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污水
脓疱
发酵罐罐底脓疱状积垢造成“死角”
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罐底
灭菌时蒸汽不易通达的“死角”及其消除方 法
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3. 预防
培养基与设备灭菌不彻底的防治 原料性状：大颗粒的原料过筛除去。 实罐灭菌时要充分排除罐内冷空气。 灭菌过程中产生的泡沫造成染菌：添加消泡剂 防止泡沫升顶 连消 ( 连续灭菌 ) 不彻底 ：最好采用自动控制装 置 灭菌后期罐压骤变 冷却--负压 死角 操作不当造成染菌 噬菌体染菌及其防治
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采取哪些措施能够保持无菌发酵？
物料、培养基、中间补料要灭菌； 发酵设备及辅助设备（空气过滤装置、各种发
酵罐进出口连接装置）和管道要灭菌；
好气发酵通入的空气要除菌；
种子无污染；接种无菌操作过关；
为了保持发酵的长期无菌状态，需维持正压。
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三、发酵工业的无菌技术——灭菌方法
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2. 污染原因分析
从污染时间看：早期污染可能与①②④⑤→接种操作不当有关； 后期污染可能与③⑤及中间补料有关。 从杂菌种类看：
耐热芽孢杆菌：与④有关
球菌、无芽孢杆菌：与① ② ③⑤有关 浅绿色菌落的杂菌：与水有关，即冷却盘管渗漏
霉菌：与④⑤有关，即无菌室灭菌不彻底或操作问题
（二）分批灭菌（实罐灭菌）
1.灭菌工艺过程
夹套或蛇管排冷水，开启排气管阀，空气 管通蒸汽，也可夹套内通蒸汽
达70℃左右
取样管 放料管
通蒸汽
120℃，1×105Pa
保温
保温阶段，凡液面以下各管 道都应通蒸汽，液面上其余 各管道则应排蒸汽，不留死 角，维持压力、温度恒定 向罐内通无菌空气
保温结束，依次关闭 各排汽、进汽阀门
NR Ns dNR/dt=-kR NR
ND
dNs/dt =kR NR -ks Ns →Nt/N0=KR/(kR-kS) [ekst-ks/kR e-kRt]
式中NR：耐热性活芽孢数；Ns：敏感性活芽孢数
ND：死亡的芽孢数；kR：耐热性芽孢的比死亡速率； ks：敏感性芽孢的比死亡速率；
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干热灭菌法 湿热灭菌法 射线灭菌法 化学药剂灭菌法 过滤除菌法 火焰灭菌法
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四、培养基及设备灭菌
（一）湿热灭菌原理 （二）分批灭菌（实罐灭菌） （三）连续灭菌（连消） （四）分批灭菌与连续灭菌的比较
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（一）湿热灭菌原理
1. 热阻 2. 微生物热死定律：对数残留定律 3.灭菌温度和时间的选择 4. 影响培养基灭菌的其它因素
酵母菌：糖液灭菌不彻底或放置时间较长
从染菌幅度看：各个发酵罐或多数发酵罐染菌，且所污染的是同 一种杂菌，一般是空气系统问题，若个别罐连续染菌，一般是设 备问题。
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3. 预防
种子带菌的防治 灭菌彻底 接种可靠：无菌室及设备可靠，无菌操作 可靠 保藏可靠 过滤空气带菌的防治（第五节“空气除菌”） 设备的渗漏或“死角”造成的染菌及其防治
——2工业发酵无菌技术
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本部分内容
一、概念 二、发酵工业污染的防治策略 三、发酵工业的无菌技术 四、培养基及设备灭菌 五、空气除菌`
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一、概念:灭菌、消毒、除菌、防腐
灭菌(sterilization):用化学或物理方法杀死物料或设备中所有有生命 物质的过程。 消毒 (disinfection): 用物理或化学方法杀死空气、地表以及容器和器 具表面的微生物。 除菌(degermation): 用过滤方法除去空气或液体中的微生物及其孢子。 防腐(antisepsis): 用物理或化学方法杀死或抑制微生物的生长和繁殖 。
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其他表现
– 发酵液粘度异常 – 发酵过程中泡沫异常增多 – 发酵液的颜色异常 – 气味变化
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2. 污染原因分析
主要原因： ① 种子带菌 ② 无菌空气带菌 ③ 设备渗漏 ④ 灭菌不彻底 ⑤ 操作失误 ⑥ 技术管理不善
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（1）染菌对不同菌种发酵的影响
B. 霉菌 PenG ：青霉素水解酶上升， PenG 迅速破坏， 发酵一无所获。 柠檬酸： pH2.0 ，不易染菌，主要防止前期染 菌。 C. 酵母菌: 易污染细菌以及野生酵母菌 D. 疫苗：无论污染的是活菌、死菌或内外毒素， 都应全部废弃。
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1. 热阻
定义：微生物对热的抵抗力称为热阻，可用比死 亡速率常数k来表示 。
dN kN dt
k↓，热阻↑, t↑
Nt ln kt N0
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1. 热阻
当温度T一定时，k随微生物不同而不同，具体 计算时，可取细菌芽孢的k值为标准。
当 T 变化时，k有很大变化，其变化遵从阿累 尼乌斯定律 k=Aexp(- △E/RT) ∴ k与微生物活化能及T有关
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大肠杆菌在不同温度下 的残留曲线
嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢在不同 温度下的死亡曲线
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2. 微生物热死定律： (1) 对数残留定律
在一定温度下，微生物受热致死遵循分子反应速度理论， 微生物受热死亡的速率-dN/dt与任何瞬间残留的活菌数 N 成正比，即
dN kN dt
溶，发酵液粘度增加，过滤困难
处理方法：①将发酵液加热后再加助滤剂；②先加絮 凝剂使蛋白质凝聚后沉淀
杂菌分泌较多蛋白质杂质时，对发酵后处理过程中采
用溶媒萃取的提取工艺非常不利，使水相和溶媒之间 极易发生乳化
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1. 染菌的检查与判断
显微镜检查法 镜检出杂菌需要一定时间 平板划线培养或斜面培养检查法：菌落 噬菌体检查可采用双层平板法：噬菌斑 肉汤培养检查法 发酵过程的异常现象判断 DO 水平异常变化 2 pH异常变化 尾气CO 异常变化 2
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前放罐。
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（3）不同发酵时期染菌对发酵的影响
发酵后期污染 染菌量不太多，可继续发酵 污染严重，则提前放罐 杀菌剂的添加：前期无必要，增加成本 发现后加入，效果要具体评价
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（4）杂菌污染对发酵产物提取和产品质量的影响
丝状菌发酵被产酸菌污染：pH不断下降，菌丝大量自
pH ： pH6.0-8.0 ，微生物最耐热， pH<6.0 ， H+ 易渗入微生物细胞内，改变细胞的生理反应促 使其死亡。 ∴培养基pH愈低，灭菌所需时间愈短。 培养基的物理状态 泡沫：泡沫中的空气形成隔热层，对灭菌极为 不利，可加入少量消泡剂 。 培养基中的微生物数量
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E ' ) RT E k A exp( ) RT k ' A' exp(
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都与相应的活化能及T有关
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3. 灭菌温度和时间的选择
当T1 →T2
㏑(k2/k1)/㏑(k2’/k1’)=ΔE/ΔE’>1 (∵ΔE>ΔE’)