发酵工程要点总结

第一章绪论

发酵：通过微生物、动物细胞和植物细胞的培养，大量生成和积累特定的代谢产物或菌体的过程。

发酵工程：是发酵原理和工程学的结合，是研究由生物细胞（包括微生物、动植物细胞）参与的工艺过程的原理的科学，是研究利用生物材料生产有用物质，服务于人类的一门综合性科学技术。这里所指的生物材料包括来自自然界微生物、基因重组微生物等以及各种来源的动物细胞和植物细胞。

发酵工程组成从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程

第二章发酵设备

固体发酵

液体发酵（厌氧发酵，好氧发酵）

厌氧发酵：酒精发酵罐

好氧发酵：通风搅拌发酵罐

通风搅拌发酵罐设备主要部件包括：

1罐身

酒精发酵罐2电机

3搅拌器

4轴封

5消泡器

6联轴器

7中间轴承

8空气吹泡管（或空气喷射器）

9挡板

10冷却装置

1.罐体：罐体由圆柱体或碟形封头焊接而成，材料为碳钢或不锈钢，大型发酵罐可用衬不锈钢或复合不锈钢制成，为了满足工艺要求，罐需要承受一定压力，罐壁厚度决定于罐径及罐压的大小。罐体上的管路越少越好

2.搅拌作用：打碎空气气泡，增加气液接触界面以提高气液间的传质效率使发酵液充分混和。3挡板的作用：防止液面中央产生漩涡，促使液体激烈翻动，提高溶解氧。竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用；

4消泡器：利用机械的方法打碎气泡

5仪表：测量相关参数

为什么压力表不用直管：会有培养基冲入，污染压力表；起不到缓冲作用；灭菌冷却后有冷凝水（含菌）掉入罐内，污染菌种，弯管液封，上面的杂菌不会掉入下面管道中。

6罐体各部分的尺寸有一定比例，高/径比约为2.5～4。

发酵罐的灭菌

（在夹套中）关好空气阀，蒸气上进下出，冲蒸气，压力大于2 kg/cm2（120℃），最好是4～5 kg/cm2（160℃）。当罐内温度>80℃，进蒸气口（蒸气阀）关掉，出蒸气口（排气阀）关小。打开空气阀，蒸气直接进罐，121℃，20～30min。从80℃～100℃上升很快，大于100℃后温度上升很慢，到118℃时就开始计时，计时25min时立即关掉蒸气阀。关掉蒸气阀后通入无菌空气，使罐内一直保持正压（高于大气压，空气不会倒灌入罐内）。（在夹套中）立即加自来水冷却，从下向上，使温度尽快降到55℃左右，到37～38℃时关掉水，也有缓冲性。升温降温时注意缓冲性灭菌时蒸气从夹套中进去，如从罐中进去，蒸气冷凝，产生冷凝水、无法接种、容易污染冬天温度低、散热快，低于30℃需加温。加温时蒸气由下进入、从上

而出。如从25℃→30℃，加热到28℃时即可关蒸气阀微生物代谢发酵时产生大量热，使温度大于30℃，需考虑适当降温。冷却时冷却水由下进入、从上而出，注意缓冲性，不要降至30℃才关小型罐50L～7T用夹套系统冷却；大型罐7吨以上，用冷却管（盘肠、列管系统）

发酵罐的管路和死角的消除

1尽量减少管路

2发酵罐的出口越少越好

3出料口和进气管可以合并

4接种管、消泡管、补料管可以合并

5排气管不能合并，易引起交叉污

消灭死角

1丝口连接处改用法兰连接

2焊接部位：堆焊、电焊、氧焊、鱼鳞焊，选用鱼鳞焊

3管道转弯有弧度

4放料管、取料管的阀腔处装小阀

消灭渗漏

罐体穿孔——不锈钢

冷却管产生裂缝——定期更换

垫圈（法兰连接）松脱——拧紧

轴封渗漏——轴绝对垂直

焊缝渗漏

阀杆

发酵罐的管道布置

保证蒸气在管道中畅通，有排气口（小阀），接种管、中间补料管、放料管都要有排气口（小阀）避免冷凝水排入已灭菌的罐体或空气，加止逆阀（单向阀）灭菌后的管道用无菌空气保压单向阀位置正确蒸气总管道要有分气缸、排气阀、减压阀、安全阀相邻罐不联通

接种

接种的三种方法

火圈直接倒种

注射器接种

压力差接种

取样

取样阀①关紧，打开蒸气阀②，再打开阀门③，让蒸气冲（消毒杀菌5～10min）；

关上蒸气阀②，打开取样阀①，培养液因压力作用流出；取样后关闭取样

阀①，打开蒸气阀②，通蒸气再次消毒，关闭阀门②和③。

进料和出料

发酵罐上的人孔用于加料和维修。出料管可以和进气管合并。

第三章工业发酵菌种选育

重要工业微生物的分离及菌种要求

有的微生物从自然界中分离出来就能被利用，有的需要对分离到的野生菌

株进行人工诱变，得到突变株才能被利用。

当前发酵工业所用的菌种总趋势是从野生菌转向变异菌，自然选育转向代谢育种，从诱发基工业生产常用的微生物：

细菌枯草芽胞杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等，

用于生产淀粉酶、乳酸、醋酸、氨基酸和肌苷酸等

酵母菌单细胞真核生物，常用啤酒酵母、假丝酵母、类酵母等，

用于酿酒、制造面包、生产脂肪酶以及可食用、药用和饲料用酵母菌体蛋白等

霉菌根霉、毛霉、犁头霉、红曲霉、曲霉、青霉等，用于生产多种酶制剂、抗生素、有机酸及甾体激素等

放线菌链霉菌属、小单孢菌属和诺卡氏菌属等，能产生多种抗生素，如链霉素、红霉素、金霉素、庆大霉素等

担子菌通常所说菇类微生物，用于多糖、橡胶物质和抗癌药物的开发

藻类用作人类保健食品和饲料，如螺旋藻、栅列藻；

可通过藻类将CO2转变为石油，或获取氢

菌种的来源

1根据资料直接向有关科研单位、高等院校、工厂或菌种保藏部门索取或购买；2从大自然中分离筛选新的微生物菌种。

工业微生物分离的程序

定方案：首先要查阅资料，了解所需菌种的生长培养特性。

采样：有针对性地采集样品。

增殖：人为地通过控制养分或培养条件，使所需菌种增殖培养后，在数量上占优势。

分离：利用分离技术得到纯种。

发酵性能测定：进行生产性能测定。这些特性包括形态、培养特征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH值、提取工艺等。

工业微生物菌种的选育

1自然选育在生产过程中，不经过人工诱变处理，根据菌种的自发突变而进行菌种筛选的过程，叫做自然选育或自然分离。

2诱变育种使用诱变剂进行人工诱变能提高突变频率和扩大变异谱，具有速度快、方法简便等优点，是当前菌种选育的一种主要方法，使用普遍。

诱发突变随机性大，必须与大规模的筛选工作相配合才能受到良好的效果。

诱变育种方案包括：

1突变的诱发

2突变株的筛选

3突变高产基因的表现

诱变剂的种类和选择

物理诱变剂。各种射线，如紫外线（焦耳）、X射线（库仑/千克）、β射线、γ射线、α射线和超声波等

化学诱变剂。甲基磺酸乙酯（EMS）、亚硝基胍、亚硝酸、氮芥等。

诱变处理剂量的选择是一个比较复杂的问题，一般正突变较多出现在偏低剂量中，而负突变则较多出现于偏高剂量中。

对于经过多次诱变而提高了产量的菌株，在较高剂量负突变率更高。目前处理剂量已从以前采用的死亡率90～99％减低为70～80％。诱变剂的选择主要根据已经成功的经验，与诱变剂本身特点、菌种的种类和出发菌株的遗传背景等有关。

与营养缺陷突变有关的三类遗传型个体：

营养缺陷型：经诱变产生的一些合成能力出现缺陷，而必须在培养基内加入相应有机养分才