发酵条件及工艺控制
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2020/8/9
（二）固体发酵
(p28-30)
• 固体发酵（固体培养、固态发酵） • 就是利用固体培养基培养微生物的方法。
2020/8/9
1、固态发酵概述
• 固体发酵： • 也称固态培养，是利用固体培养基进行微生物
的培养。 • 应用:
• 固体培养在微生物鉴定、计数、纯化和保藏等方面 发挥着重要作用。
2020/8/9
一、液体发酵与固体发酵
• （一）液体发酵（也叫液体培养）p25 • 是指将微生物接种到液体培养基中进行培养的
过程。
• 如采用液体培养时利用的是好氧微生物则需要 培养液中有较高的溶解氧。
2020/8/9
1、实验室常见的液体发酵方式
• 实验室常见的好氧液体发酵方式： • 试管液体培养 • 浅层液体培养 • 摇瓶培养：装液量为三角瓶的10%以下，如
250mL的三角瓶装量为10～20mL培养液。 • 台式发酵罐：发酵罐的体积为几升至几十升。
2020/8/9
• 液体厌氧培养方式： • 在厌氧罐中进行。 • 在培养基中添加还原剂。 • 为满足微生物的厌氧需要采取的措施：
• 培养基中添加有机还原剂（巯基乙醇、半胱氨 酸）、无机还原剂（铁丝）。
• 使培养基的氧化还原电位在﹣429～ ﹣ 150mV 。
• 特点：固体培养使用的基本培养基原料是小麦麸皮等。灭菌后 待冷却到合适温度便可接种。固体培养基中的含水量控制在40 ％～80％之间（典型的液体培养基含水量在95％以上）。
• 细菌和酵母菌将无法忍受如此低水含量的环境，所以，固体培 养被细菌或酵母菌污染的可能性大大降低。
• 发酵形式： • 厚层：25～30cm厚的物料。如曲池、曲箱等。 • 薄层：1～2cm厚的物料。帘子、曲盘等。 • 产品： •2020麸/8/9曲、食用菌、酱油、米酒。
2020/8/9
2、工业生产中常见的液体发酵方式 p27
• 静置培养（浅盘培养）：容器中盛装浅层培养 液进行静止培养。
• 通气培养（发酵罐深层培养）：在发酵罐中加 入液体培养基，通入无菌空气并搅拌，进行微 生物发酵的方式。
• 厌氧发酵：在发酵罐中加入液体培养基不需通 入无菌空气，进行微生物发酵的方式。
2020/8/9
定义
发酵过程：即微生物细胞的生物反应过程， 是指由微生物生长繁殖所引起的生物反应 过程。
它不仅包括了以往“发酵”的全部领域，而且 还包括固定化细胞的反应过程、生物法废水处 理过程和细菌采矿等过程。
2020/8/9
为什么要研究发酵过程？
微生物发酵的生产水平不仅取决于生产菌种本身的 性能，而且要赋以合适的环境条件才能使它的生产能力 充分表达出来。
为此我们必须通过各种研究方法了解有关生产菌种 对环境条件的要求，如培养基、培养温度、pH、氧的需 求等，并深入地了解生产菌在合成产物过程中的代谢调 控机制以及可能的代谢途径，为设计合理的生产工艺提 供理论基础。
同时，为了掌握菌种在发酵过程中的代谢变化规律， 可以通过各种监测手段如取样测定随时间变化的菌体浓 度，糖、氮消耗及产物浓度，以及采用传感器测定发酵 罐中的培养温度pH、溶解氧等参数的情况，并予以有效 地控制，使生产菌种处于产物合成的优化环境之中，过 量202产0/8/9生代谢产物。
培养基表面 （3）将少量液体培养物与融化后降温至50～60℃的
固体培养基混匀，倒入培养皿中，浇注成平板。 （4）接种后的培养物直接放入培养箱中恒温培养。 这些方法适用于好氧和兼性好氧微生物的培养。
2020/8/9
3、生产中常见的固体培养
• （1）好氧固体培养
• 方法：在生产实践中，好氧真菌的固体培养方法都是将接种后 的固体基质薄薄地摊铺在容器的表面，可使菌体获得充足的氧 气，又可以将生长过程中产生的热量及时释放。
。 • 薄层，1～2cm厚的物料。帘子、曲盘等。
2020/8/9
2、实验室常见的固体培养
形式：试管斜面、培养皿平板、较大型的克氏扁瓶和 茄子瓶斜面。
用途：菌种的分离、纯化、保藏和生产种子的制备。 方法： （1）用接种环挑取原始培养物后，在固体培养基表
面划线接种 （2）用涂布棒将少量的液体培养物涂布在整个固体
• 固态发酵主要是一些传统发酵工艺。例如生产大曲 酒、麸曲酒就是典型的固态发酵。一些丝状真菌可 以进行生产规模的固体发酵。
2020/8/9
• 固态发酵的一般过程：
• 原料预处理，蒸煮灭菌，接种，固态发酵，发 酵结束及时后处理。
• 固体发酵的形式：
• 好氧、厌氧 • 厚层，25～30cm厚的物料。如曲池、曲箱等
2020/8/9
采用哪种发酵方式？（p25）
• 在微生物发酵工业生产中，究竟应该采用什么 方式进行发酵主要取决于以下几点：
• 菌种特性、原料特点、产物特色、设备状况、 技术可行性、成本核算等。
• 一般各种发酵方式往往是结合进行的。 • 现代发酵工业主要的发酵方式：好氧、液体、
深层、分批、单一纯种发酵方式结合进行的。 • 优点：p25
第六章_发酵条件及工艺控制
2020/8/9
Biblioteka Baidu
目的要求：
• 了解发酵类型及其发酵规律。 • 掌握发酵控制、产物检测的方法，以保证发酵
正常进行，获得高效产品。 • 熟悉发酵工业的逐级放大过程。 • 了解发酵过程的优化原理。
2020/8/9
几个问题
• 1、发酵的类型 • 2、发酵的规律 • 3、发酵的控制 • 4、发酵中所用的检测方法 • 5、发酵过程的逐级放大
本章内容：
•第一节 发酵工程常见的主要发酵类型 •第二节 发酵工艺的控制 •第三节 发酵的优化控制 •第四节 发酵过程的计算机控制 •第五节 发酵工业的逐级放大 •第六节 发酵过程的参数检测
2020/8/9
第一节 发酵工程常见的主要发酵类型 (p24-39)
• 一、液体发酵与固体发酵 • 二、厌氧发酵与好氧发酵 • 三、分批发酵与连续发酵 • 四、单一发酵与混合发酵 • 五、固定化发酵技术
• （2）厌氧固体发酵 • 我国传统白酒的生产采用的是大型深层地窖堆
积式的固体发酵。 • 酵母菌是兼性厌氧菌。
2020/8/9
4、固态发酵特点
• 边糖化边发酵：一般都采用比较低的温度，让糖化作用和发酵作 用同时进行；即采用边糖化边发酵的工艺。当采用20～30℃低温 时，糖化酶作用缓慢，故糖化时间要延长。
（二）固体发酵
(p28-30)
• 固体发酵（固体培养、固态发酵） • 就是利用固体培养基培养微生物的方法。
2020/8/9
1、固态发酵概述
• 固体发酵： • 也称固态培养，是利用固体培养基进行微生物
的培养。 • 应用:
• 固体培养在微生物鉴定、计数、纯化和保藏等方面 发挥着重要作用。
2020/8/9
一、液体发酵与固体发酵
• （一）液体发酵（也叫液体培养）p25 • 是指将微生物接种到液体培养基中进行培养的
过程。
• 如采用液体培养时利用的是好氧微生物则需要 培养液中有较高的溶解氧。
2020/8/9
1、实验室常见的液体发酵方式
• 实验室常见的好氧液体发酵方式： • 试管液体培养 • 浅层液体培养 • 摇瓶培养：装液量为三角瓶的10%以下，如
250mL的三角瓶装量为10～20mL培养液。 • 台式发酵罐：发酵罐的体积为几升至几十升。
2020/8/9
• 液体厌氧培养方式： • 在厌氧罐中进行。 • 在培养基中添加还原剂。 • 为满足微生物的厌氧需要采取的措施：
• 培养基中添加有机还原剂（巯基乙醇、半胱氨 酸）、无机还原剂（铁丝）。
• 使培养基的氧化还原电位在﹣429～ ﹣ 150mV 。
• 特点：固体培养使用的基本培养基原料是小麦麸皮等。灭菌后 待冷却到合适温度便可接种。固体培养基中的含水量控制在40 ％～80％之间（典型的液体培养基含水量在95％以上）。
• 细菌和酵母菌将无法忍受如此低水含量的环境，所以，固体培 养被细菌或酵母菌污染的可能性大大降低。
• 发酵形式： • 厚层：25～30cm厚的物料。如曲池、曲箱等。 • 薄层：1～2cm厚的物料。帘子、曲盘等。 • 产品： •2020麸/8/9曲、食用菌、酱油、米酒。
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2、工业生产中常见的液体发酵方式 p27
• 静置培养（浅盘培养）：容器中盛装浅层培养 液进行静止培养。
• 通气培养（发酵罐深层培养）：在发酵罐中加 入液体培养基，通入无菌空气并搅拌，进行微 生物发酵的方式。
• 厌氧发酵：在发酵罐中加入液体培养基不需通 入无菌空气，进行微生物发酵的方式。
2020/8/9
定义
发酵过程：即微生物细胞的生物反应过程， 是指由微生物生长繁殖所引起的生物反应 过程。
它不仅包括了以往“发酵”的全部领域，而且 还包括固定化细胞的反应过程、生物法废水处 理过程和细菌采矿等过程。
2020/8/9
为什么要研究发酵过程？
微生物发酵的生产水平不仅取决于生产菌种本身的 性能，而且要赋以合适的环境条件才能使它的生产能力 充分表达出来。
为此我们必须通过各种研究方法了解有关生产菌种 对环境条件的要求，如培养基、培养温度、pH、氧的需 求等，并深入地了解生产菌在合成产物过程中的代谢调 控机制以及可能的代谢途径，为设计合理的生产工艺提 供理论基础。
同时，为了掌握菌种在发酵过程中的代谢变化规律， 可以通过各种监测手段如取样测定随时间变化的菌体浓 度，糖、氮消耗及产物浓度，以及采用传感器测定发酵 罐中的培养温度pH、溶解氧等参数的情况，并予以有效 地控制，使生产菌种处于产物合成的优化环境之中，过 量202产0/8/9生代谢产物。
培养基表面 （3）将少量液体培养物与融化后降温至50～60℃的
固体培养基混匀，倒入培养皿中，浇注成平板。 （4）接种后的培养物直接放入培养箱中恒温培养。 这些方法适用于好氧和兼性好氧微生物的培养。
2020/8/9
3、生产中常见的固体培养
• （1）好氧固体培养
• 方法：在生产实践中，好氧真菌的固体培养方法都是将接种后 的固体基质薄薄地摊铺在容器的表面，可使菌体获得充足的氧 气，又可以将生长过程中产生的热量及时释放。
。 • 薄层，1～2cm厚的物料。帘子、曲盘等。
2020/8/9
2、实验室常见的固体培养
形式：试管斜面、培养皿平板、较大型的克氏扁瓶和 茄子瓶斜面。
用途：菌种的分离、纯化、保藏和生产种子的制备。 方法： （1）用接种环挑取原始培养物后，在固体培养基表
面划线接种 （2）用涂布棒将少量的液体培养物涂布在整个固体
• 固态发酵主要是一些传统发酵工艺。例如生产大曲 酒、麸曲酒就是典型的固态发酵。一些丝状真菌可 以进行生产规模的固体发酵。
2020/8/9
• 固态发酵的一般过程：
• 原料预处理，蒸煮灭菌，接种，固态发酵，发 酵结束及时后处理。
• 固体发酵的形式：
• 好氧、厌氧 • 厚层，25～30cm厚的物料。如曲池、曲箱等
2020/8/9
采用哪种发酵方式？（p25）
• 在微生物发酵工业生产中，究竟应该采用什么 方式进行发酵主要取决于以下几点：
• 菌种特性、原料特点、产物特色、设备状况、 技术可行性、成本核算等。
• 一般各种发酵方式往往是结合进行的。 • 现代发酵工业主要的发酵方式：好氧、液体、
深层、分批、单一纯种发酵方式结合进行的。 • 优点：p25
第六章_发酵条件及工艺控制
2020/8/9
Biblioteka Baidu
目的要求：
• 了解发酵类型及其发酵规律。 • 掌握发酵控制、产物检测的方法，以保证发酵
正常进行，获得高效产品。 • 熟悉发酵工业的逐级放大过程。 • 了解发酵过程的优化原理。
2020/8/9
几个问题
• 1、发酵的类型 • 2、发酵的规律 • 3、发酵的控制 • 4、发酵中所用的检测方法 • 5、发酵过程的逐级放大
本章内容：
•第一节 发酵工程常见的主要发酵类型 •第二节 发酵工艺的控制 •第三节 发酵的优化控制 •第四节 发酵过程的计算机控制 •第五节 发酵工业的逐级放大 •第六节 发酵过程的参数检测
2020/8/9
第一节 发酵工程常见的主要发酵类型 (p24-39)
• 一、液体发酵与固体发酵 • 二、厌氧发酵与好氧发酵 • 三、分批发酵与连续发酵 • 四、单一发酵与混合发酵 • 五、固定化发酵技术
• （2）厌氧固体发酵 • 我国传统白酒的生产采用的是大型深层地窖堆
积式的固体发酵。 • 酵母菌是兼性厌氧菌。
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4、固态发酵特点
• 边糖化边发酵：一般都采用比较低的温度，让糖化作用和发酵作 用同时进行；即采用边糖化边发酵的工艺。当采用20～30℃低温 时，糖化酶作用缓慢，故糖化时间要延长。