4第四章_发酵与酿造工程学基础及主要设备
发酵与酿造工程学基础及主要设备ppt
具有涉及面广、综合性强、技术性强、应用广泛等特点，其 中微生物发酵是整个发酵与酿造工程学的核心。
发酵与酿造工程学的历史与发展
发酵与酿造工程学的起源
起源于古代酿造食品的生产，经历了漫长的经验积累和技术发展，逐渐形成 了较为完善的学科体系。
发酵与酿造工程学的近代发展
自20世纪中叶以来，随着生物化学、微生物学、化学工程、生物工程等学科 的不断发展，发酵与酿造工程学得到了迅速发展和广泛应用。
蒸煮是将浸米进一步 加热，使淀粉等物质 糊化，促进微生物发 酵。
接种是将菌种接入发 酵基质中，控制发酵 过程。
发酵过程控制
发酵过程的控制包括温度、压力、湿度等方面的控制 。
压力也是影响发酵过程的重要因素之一，适当的压力 可以促进发酵过程和提高产品质量。
温度是影响发酵过程的重要因素之一，不同发酵阶段 需要不同的温度条件。
某红酒厂的生产流程与设备
原料选择与处理
选择优质的葡萄，采用除梗、 破碎等方法进行处理。
发酵与浸提
将处理后的葡萄加入发酵罐中， 加入酵母进行发酵，同时加入果 胶酶等物质促进色素和风味物质 的浸提。
分离与陈酿
将发酵后的葡萄酒经过分离、澄清 、陈酿等工序，最终形成成品红酒 。
某酱油厂的生产流程与设备
原料选择与处理
05
发酵与酿造工程的环保与安全
环保要求与措施
污染预防
应采取措施减少发酵与酿造过程中产生的污染物 ，如废水、废气和废渣等。
废水处理
对于产生的废水，应进行必要的处理，以达到排 放标准。
废气处理
对于产生的废气，应采取有效的措施进行净化处 理，如活性炭吸附、光催化等。
安全生产与操作规范
发酵与酿造工程学基础及主要设备要点课件
包装设备
包装设备用于将酿造好的酒类进行灌装和包装，是酿酒工程中必不可少的环节。
常见的包装设备有：灌装机、贴标机、封口机等。
包装设备的性能和操作方式决定了产品的外观和保护效果，对产品的市场竞争力产 生影响。
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根据不同的微生物发酵工艺， 发酵罐可分为机械搅拌式、自 吸式、气升式等多种类型。
发酵罐的材料应具备耐腐蚀、 无毒、抗微生物侵蚀等特性， 常用的材料有不锈钢、钛、搪
瓷等。
酵母细胞培养设备
酵母细胞培养设备是用于大规模生产 酵母细胞的专用设备。
培养基制备系统用于制备酵母细胞生 长所需的培养基，通常包括配料罐、 加热装置、过滤器等。
制药工业
生产抗生素农业
提高农作物产量，生产生物农 药等。
发酵与酿造工程学的发展趋势
高效发酵技术的研发与应用
智能化与自动化技术的应用
如基因工程菌的构建与应用，提高发酵效 率和产物质量。
如物联网、大数据、人工智能等技术在发 酵和酿造过程中的集成应用，实现生产过 程的智能化和自动化。
微生物酶与代谢
介绍常见应用于发酵和酿造的微生物 种类，如细菌、酵母和霉菌，以及它 们在发酵过程中的作用。
探讨微生物酶的分类、作用机制以及 在发酵过程中的重要性。
微生物的生长与繁殖
阐述微生物的生长曲线、繁殖方式和 影响因素，以及如何控制微生物的生 长以优化发酵过程。
生物化学反应原理
糖化与酒精发酵
解释淀粉和糖类物质在微生物作用下转化为乙醇的反 应过程及原理。
发酵与酿造工程学基础及
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
主要设备要点课件
• 发酵与酿造工程学概述 • 发酵与酿造工程学基础 • 主要发酵设备 • 主要酿造设备
食品发酵与酿造工艺学
食品发酵与酿造工艺学 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】食品发酵与酿造工艺学第一章绪论1、什么是发酵和酿造，发酵与酿造有何特点？发酵是指微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备生物菌体或其代谢产物的过程；酿造是指把成分复杂、风味要求较高的辅食佐餐调味品的生产。
发酵与酿造的特点：安全简单、原料广泛、反应专一、代谢多样、易受污染和菌种选育2、发酵与酿造发展的历程（三代五个转折）第一代微生物发酵技术——纯种发酵的建立为发酵工业的第一个转折点；第二代微生物发酵技术——深层培养技术中的通气搅拌技术为发酵技术进步的第二个转折点，代谢控制发酵技术则为发酵技术发展的第三个转折点，期间还实现了微生物对化合物的转化，发酵原料的转变成了发酵技术的第四个转折期；第三代微生物发酵技术——基因工程菌的构建发展成了发酵工程的第五个转折点。
第二章菌种选育、保藏与复壮1、生产菌为什么会发生退化，如何防止2、生产菌发生退化的原因有：有关基因的自发突变，育种后未经很好的分离纯化，培养条件的改变和污染杂菌的影响防止退化的措施：（1）控制传代次数，降低自发突变的几率（2）创造良好的培养条件（3）利用不易衰退的细胞传代（4）采用有效的保藏方法（5）经常进行分离纯化2、常用的菌种保藏方法、原理及其适合的对象。
菌种保藏的要求：不死、不衰、不污染，不降低生产性能菌种保藏的基本原理：根据微生物的生理、生化特点，选用优良菌株，最好是它们的休眠体，人工地创造适合于休眠的环境条件，即干燥、低温、缺乏氧气和养料等，使微生物的代谢活动处于最低的状态但又不至于死亡，从而达到保藏的目的。
常用的菌种保藏方法：斜面冰箱保藏法，此法一般可保藏3个月左右，适合于各种菌进行保藏半固体穿刺保藏法，此法可保藏半年左右，适用于细菌、酵母的菌种保藏石蜡油可封存法，可保藏三年左右，适用于各类菌种的保藏砂土管保藏法，可保藏1至数年，适用于产生孢子的微生物的保藏冷冻干燥保藏法，一般可保藏五年以上，适合于各大类微生物的保藏第四章发酵与酿造工程学基础及设备1、种子扩大培养、对数残存定律、最适稀释率、临界稀释率、 CO2效应、菌体的生长比速、维持消耗、倍增时间、发酵热。
4第四章__发酵与酿造工程学基础及主要设备(1)
例：生产啤酒的酵母菌 一般保存在麦芽汁琼脂培养基或 培养基的斜面 一般保存在麦芽汁琼脂培养基或MYPG培养基的斜面 麦芽汁琼脂培养基 培养基 每年移种3-4次 上，4℃冰箱保存 每年移种 次。 ℃冰箱保存.每年移种 斜面菌种→ 接入含10mL麦芽汁 试管 → 25-27℃ 培养 麦芽汁试管 斜面菌种 → 接入含 麦芽汁 试管→ ℃ 培养23d→ 扩大至 三角瓶 → 25℃ 培养 → 移至含 → 扩大至三角瓶 三角瓶→ ℃ 培养2d→ 移至含5-10L麦芽汁的 麦芽汁的 麦芽汁的发酵罐。 罐→15-20℃培养 ℃培养3-5d→含100L麦芽汁的发酵罐。 → 麦芽汁的发酵罐
2．摇瓶种子制备 （菌体或菌丝体） ． 菌体或菌丝体）
孢子经摇瓶培养成菌 丝后再进罐，这就是 所谓的摇瓶（菌丝） 种子。 细菌经摇瓶扩大培养 成菌体后再进罐，这 就是所谓的种子罐（菌 体）种子。例如：谷 氨酸生产菌的扩培。
发酵接种方法: 发酵接种方法
孢子进罐法 以孢子形成的种子直接进罐。优点是工艺路线较短， 容易控制；斜面孢子易于保藏，若菌种纯度高，一次 可以制备大量孢子。可节约人力、物力和时间，并可 减少染菌机会，为稳定生产提供有利条件。 菌体、菌丝进罐法 以摇瓶形成的菌体、菌丝种子直接进罐。摇瓶种子进 罐的缺点是工艺过程长，操作过程中染菌机率较高。 摇瓶种子的质量主要以外观颜色、菌丝浓度或黏度、 效果以及糖氮代谢、pH为指标，符合要求后方可进罐。
（3）生长更慢的菌种 ） 链霉素生产菌种灰色链霉菌，一般采用三级种 链霉素生产菌种灰色链霉菌，一般采用三级种 子罐扩大培养。 子罐扩大培养。 在小型发酵罐(5-30L)进行试验时，也有采用直 进行试验时， 在小型发酵罐 进行试验时 接孢子或菌丝体接入罐中发酵，称一级发酵。 接孢子或菌丝体接入罐中发酵，称一级发酵。
发酵工程教案(打印)
发酵工程教案(打印)第一章：发酵工程的概述1.1 发酵工程的定义发酵工程的概念发酵工程的组成1.2 发酵工程的应用领域食品工业制药工业生物化工1.3 发酵工程的发展历程传统发酵技术现代发酵工程技术第二章：发酵过程的微生物学基础2.1 发酵微生物的分类与特性细菌真菌放线菌2.2 发酵微生物的培养与筛选培养基的选择与制备微生物的分离与纯化2.3 发酵微生物的代谢调控微生物的生长曲线微生物的代谢途径第三章：发酵设备的类型与选择3.1 发酵设备的类型大型发酵罐生物反应器膜分离设备3.2 发酵设备的选择原则生产规模产品特性经济效益3.3 发酵设备的运行与维护设备的启动与停止设备的清洗与消毒设备的故障处理第四章：发酵过程的控制与管理4.1 发酵过程的控制参数温度pH值溶氧量营养物质4.2 发酵过程的控制技术自动控制系统反馈控制系统计算机控制系统4.3 发酵过程的管理与优化生产计划的制定发酵条件的优化生产过程的质量控制第五章：发酵工程的案例分析5.1 乳酸菌发酵工程案例酸奶的生产泡菜的制作5.2 酵母菌发酵工程案例啤酒的生产葡萄酒的制作5.3 放线菌发酵工程案例抗生素的生产维生素的生产第六章：发酵工程的安全与环保6.1 发酵工程的安全问题微生物的危害生物安全措施发酵罐的安全操作6.2 发酵过程中的污染控制污染的来源污染的检测与控制清洁生产技术6.3 发酵工程的环保问题废水处理废气处理固体废弃物处理第七章：发酵工程的产业化应用7.1 发酵工程在食品工业的应用面包酵母的生产乳酸菌的产业化7.2 发酵工程在制药工业的应用抗生素的产业化维生素的产业化7.3 发酵工程在其他领域的应用生物燃料的生产生物材料的产业化第八章：发酵工程的研发与创新8.1 发酵工程的新技术发展重组DNA技术基因工程技术合成生物学技术8.2 发酵工程的新设备开发高通量筛选设备生物反应器的设计自动化控制系统8.3 发酵工程的产业化挑战与机遇产业化过程中的问题产业化发展的趋势产业化政策的分析第九章：发酵工程的实例分析与评价9.1 发酵工程案例分析某乳酸菌产品的生产某抗生素的生产9.2 发酵工程项目的评价技术与经济评价环境与社会影响评价风险评价9.3 发酵工程的发展前景与建议行业发展趋势技术创新方向政策与支持措施第十章：发酵工程的实验操作10.1 发酵实验的基本操作菌种的制备与保藏发酵液的制备发酵过程的监控10.2 发酵实验的设计与优化实验设计方法发酵条件的优化实验结果的分析10.3 发酵实验的操作技能培养实验操作的安全规范实验设备的操作与维护实验数据的准确记录与处理重点和难点解析重点环节一：发酵微生物的分类与特性重点掌握不同类型发酵微生物的分类、特点及应用领域。
《发酵与酿造工艺学》教学大纲
《发酵与酿造工艺学》教学大纲二、课程目的和任务《发酵与酿造工艺学》是以发酵工程、酶工程及基因工程为支撑，利用微生物细胞的特定性状，通过现代化工程技术，生产食品、保健品或添加剂的一门科学技术。
它不但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。
为此，食品科学与工程专业开设《发酵与酿造工艺学》课程，该课程为食品科学与工程专业的专业必修课之一。
《发酵与酿造工艺学》课程以发酵和酿造食品的工业化生产为主，注重现代生物技术在该领域的应用，介绍食品发酵与酿造生产的一般工艺过程及其菌种选育、保藏与复壮；微生物的代谢调控理论及其在食品发酵与酿造中的应用；发酵与酿造工程学基础；酒精发酵与酿造；氨基酸与核酸发酵；发酵豆制品；微生物性功能食品与食品添加剂；同时，对各类产品的发酵、酿造技术和食品工业废弃物的生物学处理进行了论述，为学生从事该领域的生产和科学研究提供必要的基础知识。
通过本课程的学习，学生们能够熟悉食品发酵与酿造生产的一般过程，掌握发酵与酿造食品，如酒精发酵与酿酒、氨基酸与有机酸发酵、发酵豆制品、酶制剂等生产的基本理论和技术，了解食品发酵与酿造工业的发展状况及新技术、新设备的应用情况。
为学生未来走上工作岗位从事有关发酵与酿造相关工艺的工作打下基础。
三、本课程与其它课程的关系本课程是在生物化学、微生物学、食品微生物学、食品工程原理等课程的基础上，综合应用先修课程基础知识的专业课。
四、教学内容、重点、教学进度、学时分配（一）绪论（2学时）1、基本内容食品发酵与酿造的历史；食品发酵与酿造的特点以及与现代生物技术的关系；食品发酵与酿造的研究对象；食品发酵与酿造的发展趋势。
2、重点食品发酵与酿造的特点及与现代生物技术的关系。
3、教学要求通过对食品发酵与酿造的历史沿革、食品发酵与酿造的研究对象和食品发酵发展趋势的介绍，对本课程的内容和发展动态有一个全面的了解。
掌握食品发酵与酿造的特点以及与现代生物技术的关系。
发酵与酿造的主要设备介绍
• 批发罐的主要优点是污染杂菌的比例小，操作
灵活性强，可用来进行几种不同产品的生产。 其缺点是发酵罐的非生产停留时间所占比重大 ，非稳态工艺过程的设计和操作困难。 连续发 酵的主要的优点是可连续运行几个月的时间， 非生产时间很短；缺点是容易染菌，它适用于 不易染菌的产品如丙酮、丁醇、酒精、啤酒发 酵等。连续发酵还有以下一些优点：
锤刀对物料进行冲击粉碎，广泛用于各种中 等硬度物料的中碎与细碎作业。由于各种脆 性物料的抗冲击性较差。因此，这种粉碎机 特别适用于脆性物料。
图3-1锤式粉碎机 筛网 2.轴 3.锤刀 4.冲击板 5.机壳
• 锤式粉碎机如图3-1，主轴上有钢质圆盘或方盘
转子，盘上装有可拆换的锤刀。锤刀可以自由 摆动。当主轴经800～2500r/min在密封的机壳 内旋转时，刀片在各个不同的位置上，能够以 很大的冲击力将物料粉碎。加入到粉碎机中的 物料，首先与锯齿形的冲击板撞击，已经被粉 碎的物料，通过机壳上的格栅网孔排出。未被 粉碎的物料，被筛网阻截，再次受锤力冲击粉 碎。如遇有坚硬不能粉碎的物料，由于锤刀是 活动地悬挂在盘上，可以摇动而让开，可避免 损伤机器，当然锤刀要受到较大的磨损，甚至 损坏筛网。如遇有坚硬的物料，可再次或多次 冲击粉碎。粉碎的物料，连续穿过机内的筛网 排出。为了避免堵塞，除将筛网孔做成上小下 大的锥形孔外，被粉碎的物料含水量不应超过 10%～15%。
发酵与酿造的主要设备 介绍
2024年2月1日星期四
一、原料处理设备
• (一)原料粉碎设备 • 在发酵与酿造过程中，为了加速蒸煮、糖化、
发酵的反应速度，对于使用的固体原料，常需 将其粉碎。使大块固体物料破碎成小块物料的 操作，通常称为粉碎，而使小块物料进一步粉 碎为粉末状物料，则称为磨碎或研磨。
发酵与酿造
第一章绪论传统的发酵（微生物学）:是指微生物进行的一切活动（广义发酵）。
发酵与酿造的特点:1.安全简单:发酵与酿造过程绝大数是在常温压下进行的生产过程安全所需的生产条件比较简单:2.原料广泛发酵与酿造通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品主原料，添加少量营养因子即可。
3.反应专一食品发酵与酿造过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应专一性强。
可以得到较为单一的代谢产物，避免不利或有害副产物混杂其中。
尤其是利用专一性的酶进行的发酵4.代谢多样生物体代谢方式、代谢过程的多样化。
5.易受污染发酵培养基营养丰富，各种来源的微生物都很容易生长。
发酵环境周围存在各种微生物，极易进入培养基。
发酵与酿造过程要严格控制杂菌污染，许多产品必须在密闭条件下进行发酵，设备和培养基必须灭菌，反应过程中所需空气或流加营养物必须保持无菌状态。
发酵过程避免杂菌污染是发酵成功的关键。
6.需不断进行菌种选育与复壮菌种是发酵与酿造最重要的因素。
通过各种菌种选育手段得到高产的优良菌种，是能否创造显著经济效益键。
生产过程中菌种会不断地变异，因此，要不断进行菌种的复壮、选育和优工作，以保持菌种的基本特征、优良性状、提高生产性能发酵与酿造的四个转折点:单种微生物分离和纯化培养技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
好气性发酵工程技术成为发酵与酿造技术发展的第二个转折点。
人工诱变育种和代谢控制发酵工程技术是发酵与酿造技术发展的第三个转折点。
将化学合成与微生物发酵有机地结合起来的工程技术，形成了发酵与酿造技术发展的第四个转折点。
第二章菌种选育、保藏与复壮常用的菌种保藏方法有下列几种:(一)低温定期移植保藏法适应对象：细菌、酵母菌；不适合贵重菌种和生产优良菌株优点：简便易行，对设备要求低。
缺点：菌种处于抑制状态，易退化，需3-6个月转接一次，连续转代可使生产性状丢失，易被污染(二)石蜡油低温保藏法适应对象：不产孢子，不以石蜡为碳源的菌种优点：保存时间较长，1～2年缺点：有的菌种对石蜡敏感，不适合用此法三)干燥保藏适应对象：细菌芽孢或产分生孢子的菌种（在发酵工业中常用）。
食品发酵与酿造工艺学
食品发酵与酿造工艺学第一章绪论1、什么是发酵和酿造，发酵与酿造有何特点？发酵是指微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备生物菌体或其代谢产物的过程；酿造是指把成分复杂、风味要求较高的辅食佐餐调味品的生产。
发酵与酿造的特点：安全简单、原料广泛、反应专一、代谢多样、易受污染和菌种选育2、发酵与酿造发展的历程（三代五个转折）第一代微生物发酵技术一一纯种发酵的建立为发酵工业的第一个转折点；第二代微生物发酵技术一一深层培养技术中的通气搅拌技术为发酵技术进步的第二个转折点，代谢控制发酵技术则为发酵技术发展的第三个转折点，期间还实现了微生物对化合物的转化，发酵原料的转变成了发酵技术的第四个转折期；第三代微生物发酵技术一一基因工程菌的构建发展成了发酵工程的第五个转折点。
第二章菌种选育、保藏与复壮1、生产菌为什么会发生退化，如何防止？生产菌发生退化的原因有：有关基因的自发突变，育种后未经很好的分离纯化，培养条件的改变和污染杂菌的影响防止退化的措施：（1）控制传代次数，降低自发突变的几率（2）创造良好的培养条件（3）利用不易衰退的细胞传代（4）采用有效的保藏方法（5）经常进行分离纯化2、常用的菌种保藏方法、原理及其适合的对象。
菌种保藏的要求：不死、不衰、不污染，不降低生产性能菌种保藏的基本原理：根据微生物的生理、生化特点，选用优良菌株，最好是它们的休眠体，人工地创造适合于休眠的环境条件，即干燥、低温、缺乏氧气和养料等，使微生物的代谢活动处于最低的状态但又不至于死亡，从而达到保藏的目的。
常用的菌种保藏方法：斜面冰箱保藏法，此法一般可保藏3个月左右，适合于各种菌进行保藏半固体穿刺保藏法，此法可保藏半年左右，适用于细菌、酵母的菌种保藏石蜡油可封存法，可保藏三年左右，适用于各类菌种的保藏砂土管保藏法，可保藏1至数年，适用于产生孢子的微生物的保藏冷冻干燥保藏法，一般可保藏五年以上，适合于各大类微生物的保藏第四章发酵与酿造工程学基础及设备1、种子扩大培养、对数残存定律、最适稀释率、临界稀释率、CO2效应、菌体的生长比速、维持消耗、倍增时间、发酵热。
发酵工程 ppt课件
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
第四章 发酵与酿造工程学基础 第一节
嗜碱性芽孢杆菌生产碱性蛋白酶种龄实验结果
4. 接种量
接种量：是指移入的种子液体积和接种后培养液 体积的比例。
接种量的大小决定于生产菌种在发酵罐中生长繁 殖的速度，采用较大的接种量可以缩短发酵罐中 菌丝繁殖达到高峰的时间，使产物的形成提前到 来，并可减少杂菌的生长机会。但接种量过大或 者过小，均会影响发酵。
孢 子 或 摇 瓶 菌
一 级 种 子 罐
丝
发二 酵级 罐发
酵
二 级 种 子
发三 酵级 罐发
酵
罐
种子进入发酵罐：能迅速生长， 达到一定的量，利于产物合成。
三 级 种 子 罐
发四 酵级 罐发
酵
种子罐级数的确定
种子罐级数取决于： 1.菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度； 2.所采用发酵罐的容积。 种子级数越少越好 –可简化工艺和控制，减少染菌机会 –种子级数太少，接种量小，发酵时间延长，降低
无菌试验时，如果酚红肉汤连续三次发生变色反应(由红 色变为黄色)或产生混浊，或平板（或斜面）培养连续三 次发现有异常菌落的出现，即可判断为染菌。 有时酚红肉汤培养的阳性反应不够明显，而发酵样品的各 项参数确有可疑染菌，并经镜检确认连续三次样品有相同 类型的异常菌存在，也应该判断为染菌。 酚红肉汤或培养平板（或斜面）应保存并观察至本批(罐) 放罐后12 h，确认为无杂菌后才能弃去。
放线菌类孢子制备工艺过 程为：
摇瓶种子制备
对于产孢子能力不强或孢子发芽慢的菌 种用摇瓶液体培养法。 制备摇瓶种子的目的是 ①使孢子发芽长成健壮的菌丝 ②斜面孢子的质量和无菌情况进行考察
其过程如下： 试管→三角瓶→摇床→种子罐
以孢子形成的种子直接进罐 优点： ①工艺路线较短，容易控制； ②斜面孢子易于保藏，若菌种纯度高，一次可 以制备大量孢子。可节约人力、物力和时间，并可 以减少染菌机会，为稳定生产提供有利条件。
发酵与酿造的主要设备课件
流速大，传热系数 大，降温效果较好。
加工方便，提高 传热推动力的温 差。
缺 点
传热壁较厚，冷却 水流速低，降温效 果差。
冷却水较高时，降 温困难，弯曲位置 易腐蚀。
用水量较大。
在罐外安装板式或螺旋板式热交换器，采用无菌空气使发酵液 进行循环冷却。
➢ 机械搅拌通风发酵罐的几何尺寸及体积
之机械搅拌发酵罐
• 为了防止吹管吹入的空气直接喷击罐底，加速罐 底腐蚀，在空气分布器下部罐底上加焊一块不锈钢补 强。可延长罐底寿命
之机械搅拌发酵罐
• 消泡装置
• 消泡装置就是安装在发酵罐内转动轴的上部或安装在发酵罐 排气系统上的，可将泡沫打破或将泡沫破碎分离成液态和气态两 相的装置，从而达到消泡的目的。 • 两种消泡方法: (1) 加入化学消泡剂；(2)使用机械消泡装置 • 化学消泡剂：植物油脂，如玉米油、豆油等；动物油脂，如 猪油等；高分子化合物。 • 机械消泡装置：最简单实用为耙式消泡器，此外还有涡轮消 泡器、旋风离心式和叶轮式离心消泡器、碟片式消泡器和刮板式 消泡器等。
压紧螺栓待零件构成，使旋转轴达到密封的效果。
• 端面式轴封又称机械轴封：密封作用是靠弹性元件（弹
簧、波纹等）的压力使垂直轴线的动环和静环光滑表面紧密地相
互贴合，并作相对转动而达到密封。
齿轮箱
转轴 填料压盖
传动齿轮箱
压紧螺栓
转轴
铜环
填料箱体 O形环
动环 堆焊硬质 静环
罐体
密封环
填料
搅拌轴
图2.10 填料函
耙式消泡器
旋风离心式
叶轮离心式
之机械搅拌发酵罐
碟片式消泡器
刮板式消泡器
之机械搅拌发酵罐
• 联轴器及轴承
4第四章发酵与酿造工程学基础及主要设备
（1）Monod方程式
Monod方程式是应用最普遍的微生物生长方程式，其曲线、
方程如下
·S m Ks＋S
μ
μ——比生产率，1/h
μm g/L
μ m ——最大比生产率，1/h Ks——饱和常数，g/ L S——生长限制基质浓度，
μm/2
由图可知， 饱和常数Ks是比生长率μ达最大比
(4) 衰亡期
在衰亡期，细胞的营养物质和能源储备已消 耗殆尽，不能再维持细胞的生长和代谢，因 而细胞开始死亡。
这时，以生存细胞的数目的对数对时间作半 对数图，可得一直线，这说明微生物细胞的 死亡呈指数比率增加。
在发酵工业生产中．在进入衰亡期之前应及 时将发酵液放罐处理。
2. 微生物生长动力学
(3) 稳定期
在细胞生长代谢过程中，培养基中的底物不断被 消耗，一些对微生物生长代谢有害的物质在不断 积累。受此影响，微生物的生长速率和比生长速 率就会逐渐下降，直至完全停止，这时就进入稳 定期。
处于稳定期的生物量增加十分缓慢或基本不变； 但微生物细胞的代谢还在旺盛地进行着，细胞的
组成物质还在不断变化。
（2）利用电子计算机，模拟最优化的工艺流程和 发酵工艺参数，确立发酵过程中菌体浓度、基质 浓度、温度、pH、溶氧等工艺参数的控制方案， 从而使生产控制达到最优化，
（3）在此研究基础上进行优选，为试验工厂数据 的放大、为分批发酵过渡到连续发酵提供理论依 据。
3. 相关术语
（1）得率(或产率，转化率，Y)：
μ dm /2
KdBiblioteka s三、发酵过程动力学模拟
1. 分批发酵 发酵工业中常见的分批方法是采用单罐深层培
食品专业发酵重点
第一章绪论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方式。
酿造：把成分复杂、风味要求较高诸如酒类、酱腌菜等副食佐餐调味品的生产成为酿造。
2、发酵与酿造的特点：①安全简单②原料广泛③反应专一④代谢多样⑤易受污染⑥菌种选育3、发酵与酿造的转折点:①单种微生物分离与纯种培养技术的建立②好氧性发酵工程技术③人工诱变育种和代谢控制发酵工程技术④化学合成与微生物发酵有机结合起来的工程技术。
4、发酵技术的第一核心是生物催化剂，第二核心是生物反应系统。
5.生物技术五大体系之间的关系6.按产品性质来分，食品发酵酿造的主要研究对象是什么1.生物代谢产物发酵2.酶制剂发酵3.生物转化发酵4.菌体制造第二章菌种选育、保藏与复壮1、菌种选育的理论基础：微生物遗传学和分子遗传学。
2、微生物遗传与高等生物相比的特点？（1）微生物繁殖快，生活周期短，环境因素重复影响微生物，个体易变异，并迅速繁殖形成群体，便于自然和人工选择。
（2）个体小、比表面大，环境可以直接影响细胞，易于变异。
（3）大多以无性繁殖为主，便于建立纯系，一旦变异，很快在性状上表现出来。
3、DNA的复制过程：DNA分子中的两条多核苷酸链之间的氢键断裂→双螺旋解旋和分开→每条链分别作为模板合成新链，产生互补的两条链。
新形成的两个DNA分子与原来DNA分子的碱基排列顺序完全一样。
在此过程中，每个子代分子的一条多核苷酸链来自亲代DNA，另一条链则是新合成的，又以氢键连接成新的双螺旋结构。
4、杂交育种：指将两个基因型不同的菌株经细胞的相互联接、细胞核融合，随后细胞核经减数分裂，遗传性状出现分离和重新组合的现象，产生具有各种新性状的重组体，然后经分离和筛选，获得符合要求的生产菌株。
5、菌种退化和变异的原因:①遗传基因型的分离②自发变异的产生③人工诱变导致退化变异。
6、杂交育种的目的：①、使不同菌株的遗传物质交换和重新组合，从而改变原有菌株的遗传物质基础，获得杂交菌株（重组体）②、把不同菌株的优良性状汇集重组体菌株中，提高产量和质量，甚至改变菌种特性，获得新品种。
发酵与酿造的主要设备技术培训
发酵与酿造的主要设备技术培训1. 引言发酵与酿造是一种将原料通过微生物培养和代谢过程转化为有用产品的工艺。
在发酵和酿造过程中，合理选择和运用适当的设备是至关重要的。
本文将介绍发酵与酿造的主要设备技术，并提供相应的培训。
2. 发酵设备2.1 发酵罐发酵罐是进行发酵过程的主要设备之一。
它通常由不锈钢制成，具有一定的耐腐蚀能力和良好的密封性能。
发酵罐的设计应考虑到灭菌及通风处理、温度控制、搅拌和取样等因素。
培训中将介绍发酵罐的结构原理、操作流程和常见问题的解决方法。
2.2 发酵机发酵机是进行微生物培养的主要设备之一。
它主要用于控制培养基的温度、pH 值和搅拌速度等参数，以促进微生物的生长和代谢过程。
发酵机的选择应根据不同微生物的特性和工艺要求进行。
在培训中，将介绍发酵机的类型、结构和操作方法。
3. 酿造设备3.1 酒精发酵设备酒精发酵设备主要包括酒精发酵罐、酵母培养罐和蒸馏设备等。
酒精发酵罐用于进行酒精发酵过程，酵母培养罐用于培养酵母菌株。
蒸馏设备用于提取纯净的酒精产品。
在酒精发酵设备技术培训中，将详细介绍各个设备的功能和操作流程。
3.2 醋酸发酵设备醋酸发酵设备主要包括发酵罐、醋发酵器和醋酸酸化设备等。
发酵罐用于进行醋酸发酵过程，醋发酵器用于培养醋菌。
醋酸酸化设备用于提取和处理醋酸产品。
醋酸发酵设备技术培训将介绍这些设备的原理、操作要点和常见问题解决方法。
3.3 酱油发酵设备酱油发酵设备主要包括发酵罐、酿造罐和提取设备等。
发酵罐用于进行酱油发酵过程，酿造罐用于培养枯草芽孢杆菌。
提取设备用于提取和浓缩酱油产品。
酱油发酵设备技术培训将详细介绍这些设备的结构和运行原理。
4. 培训内容安排本次发酵与酿造设备技术培训将根据不同的设备类型和工艺流程进行分类和讲解。
具体安排如下：•第一天：发酵设备技术培训–介绍发酵罐的结构原理和操作流程–介绍发酵机的类型、结构和操作方法•第二天：酒精发酵设备技术培训–介绍酒精发酵罐、酵母培养罐和蒸馏设备的功能和操作流程•第三天：醋酸发酵设备技术培训–介绍发酵罐、醋发酵器和醋酸酸化设备的原理、操作要点和常见问题解决方法•第四天：酱油发酵设备技术培训–介绍发酵罐、酿造罐和提取设备的结构和运行原理5. 培训效果评估为了确保培训的有效性，我们将进行培训效果的评估。
食品工艺学-发酵与酿造工程学基础及主要设备
一、发酵过程的生物学基础
.微生物的概念 .微生物的种类 发酵工业常用 微生物的形态特 征 .微生物的特点 .微生物与发酵
㈠微生物的概念
微生物(Microorganism, microbe)
是指一大类形体微小、结构简单 的低等生物的总称。
微生物的概念
微生物的概念
三个要点:
小：观察借助光镜；测量单位
发酵工业常用微生物的形态特征
（2）结 构
• 典型结构:
细胞壁； 细胞膜； 细胞核； 液 泡； 线粒体； 内质网； 核糖体； 微体； 微丝； 内含物
发酵工业常用微生物的形态特征
3.霉菌 ——形态
㈣微生物的特点
• 体积小； • 种类多； • 分布广； • 繁殖快； • 便于培养； • 容易发生变异； • 在生产中不易受时间、季节、地区的限制
⒉种子培养基 inoculum media
• 种子培养基是供孢子发芽、生长和大量繁 殖菌丝体，并使菌丝体长得粗壮，成为活 力强的‘种子’。
⒊发酵培养基 production media
• 发酵培养基是供菌体生长、繁殖和合成产 物之用。 要求：既要使种子接种后能迅速生长，达 到一定的菌丝浓度，又要使长好的菌体迅 速合成所需产物。
三个阶段 代谢产物形成阶段
产物再平衡阶段
㈠发酵与酿造历程
（1）大分子物质的降解阶段 特征：酶逐步降解原料
（2）代谢产物形成阶段 特征：原料降解产生代谢产物
（3）产物再平衡阶段 特征：物质相互作用的过程，主要表现在后发
酵和陈酿阶段
㈡发酵与酿造历程参与的主要微生物
细菌：芽孢杆菌为主 霉菌：曲霉和根霉为主 放线菌：链霉菌为主 酵母菌
支链淀粉（Amylopectin） ：分支点α-1，6 糖苷键 连接
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（2）搅拌热Q搅拌
在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械搅拌带动发 酵液作机械运动，造成液体之间，液体与搅拌器等设 备之间的摩擦，产生可观的热量。
（3）蒸发热Q蒸发
通气时，引起发酵液的水分蒸发，水分蒸发所需 的热量叫蒸发热。
（4）辐射热Q辐射
发酵罐内温度与环境温度不同，发酵液中有部分热通 过罐体向外辐射。辐射热的大小取决于罐温与环境的温差。 冬天大一些，夏天小一些，一般不超过发酵热的5％。
（5）产物浓度（µg（u）/ml）
检验发酵是否正常与否的重要参数，
是决定发酵周期长短的根据.
（6）废气中的氧浓度（Pa） 废气中的氧浓度与发酵微生物的摄氧率和KLa有关， 以此确定发的供氧能力。 （7）废气中的CO2浓度（%）
根据废气中的氧浓度和CO2浓度，以此计算产生菌 的呼吸商，了解产生菌的呼吸代谢规律。
还有就是根据化合物的燃烧值估算发酵过程生物 热的近似值。
（四）发酵温度的控制
发酵罐在发酵过程中一般不需加热，选用微生物能承受 稍高一些的温度进行生长和繁殖，这对生产有很大的好处， 即可减少污染杂菌的机会和夏季培养所需降温的辅助设备， 因此培养耐高温的菌种有一定的现实意义。
在发酵罐上安装夹套和蛇管，通过循环冷却水控制。 冷却介质：深井水或冷冻水 控制方式：手动控制或自动控制
罐压方面，一般来说，若培养罐深，搅拌转速大，通 气管开孔小或多，气泡在培养液内停留时间就长，氧 的溶解速度就大，而且在这些因素确定下，培养基的 粘度越小，氧的溶解速度也越大。
搅拌可以提高通气效果，但是过度地剧烈搅拌会导致 培养液大量涌泡，容易增加杂菌污染的机会，液膜表 层的酶容易氧化变性，微生物细胞也不宜剧烈搅拌。
（5）发酵热的测定
有三种发酵热测定的方法。一种是用冷却水进出 口温度差计算发酵热。在工厂里，可以通过测量冷却 水进出口的水温，再从水表上得知每小时冷却水流量 来计算发酵热。
另一种是根据罐温上升速率来计算。先自控，让 发酵液达到某一温度，然后停止加热或冷却，使罐温 自然上升或下降，根据罐温变化的速率计算出发酵热。
每种微生物对温度的要求可用最适温度、最高温度、最 低温度来表征。在最适温度下，微生物生长迅速；超过最高 温度微生物即受到抑制或死亡；在最低温度范围内微生物尚 能生长，但生长速度非常缓慢，世代时间无限延长。在最低 和最高温度之间，微生物的生长速率随温度升高而增加，超 过最适温度后，随温度升高，生长速率下降，最后停止生长， 引起死亡。 微生物受高温的伤害比低温的伤害大，即超过最高温度， 微生物很快死亡；低于最低温度，微生物代谢受到很大抑制， 并不马上死亡。这就是菌种保藏的原理。
影响；例如，谷氨酸发酵时，通气不足会积累大量乳酸
和琥珀酸； 不同微生物或同一微生物的不同生长阶段对通风量 的要求也不相同。例如，天氡酰胺酶发酵，前期为好气 培养，后期为厌氧培养，产酶能力会大大提高。
2. 发酵过程的溶氧变化
发酵前期（生长期），菌体繁殖迅速，菌体摄氧率增加，醪 液粘度上升，需氧量增加，溶氧下降。
发酵中期（静止期），需氧量在有所减少，菌体和发酵液粘 度均达到峰值；溶氧在较低水平维持一段时间后，开始上升， 菌体进入次生代谢物合成期； 发酵后期，产物大量合成，呼吸强度比较稳定，溶氧增加， 若此时补糖，可降低溶氧，否则，菌体衰老，菌体进入自溶 阶段。
发酵过程中有时会发生溶氧异常情况（异常下降或 升高） 异常下降原因可能有：污染好氧菌；或菌体向好氧 代谢途径迁移，或供氧设备发生故障等。 异常上升原因可能有：污染噬菌体，菌体完全北裂 解；或菌体向厌氧代谢途径迁移
发酵控制（小型发酵罐）
一 、温度对发酵的影响及其控制
（一）温度对发酵的影响
1.温度对生长的影响 不同微生物的生长对温度的要求不同，根据它们对 温度的要求大致可分为四类：嗜冷菌适应于0～260C生 长，嗜温菌适应于15～430C生长，嗜热菌适应于37～ 650C生长，嗜高温菌适应于650C以上生长
（3）搅拌速度（r/min）
搅拌器在发酵过程中的转动速度。
其大小影响发酵过程氧的传递速率，受醪液的流变 学性质影响，还受发酵罐的容积限制（见下表）
发酵罐容积(L) 3 10 50 200 10000 50000 搅拌转速范（r/min） 200~2000 150~1000 100~800 50~400 25~200 25~160 备注 实验室研究 实验室，小试 中试 中试或生产 生产 生产
（二）控制方式
一般检控系统包括3个部分。 1．测定元件：如温度计、压力表、电流计、pH计直 接测定发酵过程的各种参数，并输出相应信号。 2．控制部分：其功能主要是将测定元件测出的各种 参数信号与预先确定值进行比较，并且输出信号指令 执行元件进行调整控制。 3．执行元件：它接受控制部分的指令开启、或关闭有 关阀门、泵、开关等调节控制机构，使有关参数达到 预定位置。 手动控制和自动控制
2、根据培养条件选择
温度选择还要根据培养条件综合考虑，灵活选择。
通气条件差时可适当降低温度，使菌呼吸速率降低些， 溶氧浓度也可髙些。 培养基稀薄时，温度也该低些。因为温度高营养利 用快，会使菌过早自溶。
3、根据菌生长情况
菌生长快，维持在较高温度时间要短些；菌生长
慢，维持较高温度时间可长些。培养条件适宜，如营 养丰富，通气能满足，那么前期温度可髙些，以利于 菌的生长。 总的来说，温度的选择根据菌种生长阶段及培养
3. 生物参数
（1）菌丝形态
பைடு நூலகம்
菌丝形态是衡量种子质量、区分发酵阶段、控制发 酵过程的代谢变化和决定发酵周期的依据之一。
（2）菌体浓度 菌体浓度是控制微生物发酵的重要参数之一。生产 上，常常根据菌体浓度来决定补料量和供氧量，以 保证生产达到预期水平。 根据菌体浓度研究菌体比生长率，基质比消耗率等 动力学参数，以此确定最佳发酵工艺。
3. 溶氧的控制
溶氧浓度的控制可从供氧和需氧两方面着手，其中供氧时主 要的：
需氧方面：需氧量手菌体浓度，基质浓度和种类，培养条件 有关。 供氧方面：提高氧的传递推动力和液相体积氧的传递系数； 生产中常采用加大通气速率，或提高搅拌转速，或适当增加 罐压；
通气可以供给大量的氧：通气量与菌种、培养基性质、 培养阶段有关。 通气量的多少，最好按氧溶解的多少来决定。只有氧溶 解的速度大于菌体的吸氧量时，菌体才能正常地生长和 合成酶。因此随着菌体繁殖，呼吸增强，必须按菌体的 吸氧量加大通气量，以增加溶解氧的量。 搅拌则能使新鲜氧气更好地与培养液混合，保证氧的最 大限度溶解，并且搅拌有利于热交换，使培养液的温度 一致，还有利于营养物质和代谢物的分散。 此外，挡板则有助于搅拌，发酵液为湍流状态，使其效 果更好。
（1）生物热Q生物
在发酵过程中，菌体不断利用培养基中的营养物 质，将其分解氧化而产生的能量，其中一部分用于合 成高能化合物（如ATP）提供细胞合成和代谢产物合 成需要的能量，其余一部分以热的形式散发出来，这 散发出来的热就叫生物热。
培养过程中生物热的产生具有强烈的时间性。
培养初期，菌体处于适应期，菌数少，呼吸作用缓慢， 产生热量较少。 培养中期，菌体繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌体也较多， 所以产生的热量多，温度上升快，必须注意控制温度。 培养后期，菌体已基本上停止繁殖，主要靠菌体内的 酶系进行代谢作用，产生热量不多，温度变化不大，且逐渐 减弱。 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。
（4）搅拌功率（kW）
搅拌器搅拌时所消耗的功率（kW/m3），在发酵过 程中的转动速度。 其大小与液相体积氧传递系数有关。 （5）空气流量（m3空气/（m3发酵液· min）） 单位时间内单位体积发酵液里通入空气的体积，一 般控制在0.5～1.0（m3空气/（m3发酵液· ）） min
温度计 调节阀 温度控制器
二 、溶氧的影响和控制
1. 溶氧的影响 溶氧是需氧发酵控制的重要参数之一，氧的 溶解度很小，氧的溶解度仅为6.4mg /L ，只能保 证氧化8.3mg葡萄糖，仅相当于常用培养基葡萄 糖浓度的1‰。 微生物对氧的需要不同，是由于依赖获得能 量的代谢方面的差异。
溶氧大小对菌体生长和产物的性质和产量产生不同
第三节 发酵工艺控制
（一） 发酵过程的主要控制参数
1. 物理参数 （1）温度（℃） 直接影响发酵过程的酶反应速率，氧的溶解度和传 递速率，菌体生长速率和合成速率。 （2）压力（Pa） 影响发酵过程氧和CO2的溶解度，正压防止外界杂 菌污染。罐压一般控制在0.2×105～0.5×105 Pa。
三 、pH对发酵的影响及其控制
发酵过程中培养液的pH值是微生物在一定环 境条件下代谢活动的综合指标，是一项重要 的发酵参数。它对菌体的生长和产品的积累 有很大的影响。因此，必须掌握发酵过程中 pH的变化规律，及时监测并加以控制，使它 处于最佳的状态。尽管多数微生物能在3~4 个pH单位的pH范围内生长，但是在发酵工 艺中，为了达到高生长速率和最佳产物形成， 必须使pH在很窄的范围内保持恒定。
2、温度对发酵的影响： 温度会影响各种酶反应的速率，改变菌体代谢产物的 合成方向，影响微生物的代谢调控机制，影响发酵液的理 化性质，进而影响发酵的动力学特性和产物的生物合成。 发酵液的黏度、基质和氧在发酵液中的溶解度和传递 速率、某些基质的分解吸收速率等，都受温度变化的影响， 进而影响发酵动力学特性和产物的生物合成。 例如四环素产生菌金色链霉菌同时产生金霉素和四环 素，当温度低于30 ℃时，这种菌合成金霉素能力较强；温 度提高，合成四环素的比例也提高，温度达到35 ℃时，金 霉素的合成几乎停止，只产生四环素。
（6）粘度（Pa· s）