发酵条件及工艺控制
发酵条件及工艺控制
发酵条件及工艺控制1. 引言发酵是一种常见的食品加工方法，通过微生物对食材中的碳水化合物进行分解和转化，产生有益的化学物质。
在食品加工中，发酵被广泛应用于面包、酸奶、啤酒等产品的制造过程中。
而发酵条件及工艺的控制对于确保食品质量和口感具有重要作用。
2. 发酵条件2.1 温度发酵过程中的温度是一个非常关键的因素，它会直接影响微生物的生长和代谢速率。
不同的食品发酵过程对温度的要求不同。
例如，面包制作中酵母需要在28°C至32°C的温度下才能发酵，而制作酸奶则需要在45°C至50°C的温度下发酵。
2.2 pH值pH值是另外一个重要的发酵条件。
微生物对于不同的pH值有不同的适应性，因此在食品发酵过程中需要控制pH值以促进好菌的生长和抑制有害菌的繁殖。
例如，酸奶发酵时，需要在4.0至4.5的酸性环境下进行，以促进益生菌的生长。
2.3 湿度湿度会影响发酵过程中的水分蒸发和微生物的生长繁殖。
过高的湿度会导致食品中水分过多，影响发酵的效果；而过低的湿度则会导致水分过少，微生物生长受到抑制。
因此，在发酵过程中需要根据不同食品的要求来控制湿度。
2.4 氧气含量有些发酵过程需要氧气的存在，而有些则需要无氧条件。
例如，啤酒发酵需要较高的氧气含量，因此需要通风设备进行氧气的供应；而乳酸菌发酵需要无氧条件，因此需要密封容器来避免氧气的进入。
3. 工艺控制3.1 菌种选择与活化发酵过程中的菌种选择是非常关键的，不同的菌种有不同的发酵效果和产物。
在选择菌种时需要考虑其耐受性、耐高温能力和产物品质等因素。
此外，菌种的活化也是一项重要的工艺控制措施，通过适当的温度和培养基，可以让菌种尽快进入活跃状态。
3.2 发酵时间控制发酵时间是控制发酵过程的重要参数之一。
不同的食品发酵过程需要不同的时间，过短或过长的发酵时间都会影响食品的质量和口感。
因此，在工艺控制中需要根据食品的特性和要求来准确控制发酵时间。
发酵工程第5章发酵工艺控制
缺点 如果考察的条件多，实验时间会比较长，各因 子之间可能会产生交互作用，影响的结果准确性。
数理统计学方法：运用统计学方法设计实验和
分析实验结果，得到最佳的实验条件。如正交设 计、均匀设计、响应面设计。 优点 同时进行多因子试验。用少量的实验，经 过数理分析得到单因子实验同样的结果，甚至更 准确，大大提高了实验效率。 缺点 对于生物学实验准确性要求高，因为实验 的最佳条件是经过统计学方法算出来的，如果实 验中存在较大的误差就会得出错误的结果。
厌氧发酵 需氧发酵 兼性厌氧发酵
液体发酵（包括液体深层发酵）
按培养基的物理性状
浅盘固体发酵
固体发酵
深层固体发酵（机械通风制曲）
以纯种好氧液体深层发酵为典型探讨发酵工艺控制。
一、发酵过程主要特征
（1）微生物是发酵过程的主体，是灵魂 （2）微生物反应的本质是复杂的酶催化反应 体系
（3）发酵过程是非常复杂的反应过程
带pH测控与补料控制的摇床
（2）代谢及工程参数层次研究：
一般在小型反应器规模进行试验。在摇瓶试 验的基础上，考察溶氧、搅拌等摇瓶上无法 考察的参数，以及在反应器中微生物对各种 营养成分的利用速率、生长速率、产物合成 速率及其它一些发酵过程参数的变化，找出 过程控制的最佳条件和方式。由于罐发酵中 全程参数的是连续的，所以得到的代谢情况 比较可信。
供氧、排泄废气、提高KLa 物料混合、提高KLa 反映搅拌情况、KLa 反映菌的生长、KLa 反映菌的生长情况
反映发酵代谢情况
反映供氧效率
42
参数名称
pH 基质浓度 溶解氧浓度 氧化还原电位 产物浓度 尾气氧浓度 尾气CO2浓度 菌体浓度 RNA、DNA含量 ATP、ADP、AMP NADH含量 摄氧率 呼吸强度 呼吸商
发酵工艺过程控制
第七章发酵工艺过程控制教学目的：1、熟悉发酵过程的主要控制参数；2、掌握各因素对发酵过程的影响、过程控制方法和原理；3、熟悉几种发酵操作类型。
教学方法：讲授教学手段：使用多媒体课件教学内容：第一节发酵过程中的代谢变化与控制参数一、发酵工艺过程控制的重要性从产物形成来说，代谢变化就是反映发酵中的菌体生长、发酵参数的变化（培养基和培养条件）和产物形成速率这三者之间的关系。
二、发酵过程的代谢变化规律这里介绍分批发酵、补料分批发酵、半连续发酵及连续发酵四种类型的操作方式下的代谢特征。
1、分批发酵指在一个封闭的培养系统内含有初始限制量的基质的发酵方式。
即一次性投料，一次性收获产品的发酵方式。
在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同步的关系，将微生物产物形成动力学分为（1）生长关联型产物的生成速率与菌体生长速率成正比。
这种产物通常是微生物分解基质的直接产物，如酒精，但也有某些酶类，如脂肪酶和葡萄糖异构酶对于生长关联型产品，可采用有利于细胞生长的培养条件，延长与产物合成有关的对数生长期。
（2）非生长关联型产物的生成速率与菌体生长速率成无关，而与菌体量的多少有关。
对于非生长关联型产品，则宜缩短菌体的对数生长期，并迅速获得足够量的菌体细胞后，延长稳定期，从而提高产量。
2、补料-分批发酵是指分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法。
与传统的分批发酵相比，优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度。
低基质浓度的优点：（1）可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；（2）克服养分的不足，避免发酵过早结束。
３、半连续发酵是指在补料－分批发酵的基础上，间歇地放掉部分发酵液的培养方法。
优点：（1）可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾；（2）克服养分的不足，避免发酵过早结束；（3）缓解有害代谢产物的积累。
４、连续发酵又称连续流动培养或开放型培养，即培养基料液连续输入发酵罐，并同时放出含有产品的发酵液的培养方法。
发酵食品的制作工艺及关键控制点
发酵食品的制作工艺及关键控制点一、前言发酵食品是指通过微生物的代谢作用，将食品中的某些成分转化为具有特殊风味和营养价值的物质。
在人类食品生产中，发酵技术已经有着悠久的历史。
本文将介绍几种常见的发酵食品制作工艺及其关键控制点。
二、豆腐1. 原料准备选用优质黄豆，浸泡12小时以上，去皮去杂质，洗净沥干水分。
2. 磨浆将黄豆用水磨成浆状物，过滤出黄豆渣。
3. 煮浆将黄豆浆加热至80℃左右，持续加热30分钟左右，使黄豆蛋白质变性凝固。
4. 凝固将煮好的黄豆浆倒入容器中静置冷却，在表面覆盖一层清水或盐水促进凝固。
5. 切块待豆腐完全凝固后，切成块状。
6. 调味根据需要添加调味料。
关键控制点：黄豆的浸泡时间、磨浆的细度、煮浆的温度和时间、凝固时的温度和时间。
三、酸奶1. 原料准备选用优质牛奶，加热至85℃左右杀菌，冷却至42℃左右。
2. 添加发酵剂将适量的酸奶发酵剂加入牛奶中，搅拌均匀。
3. 发酵将发酵好的牛奶倒入保温容器中，保持在42℃左右进行发酵，一般需要6-8小时。
4. 冷藏待发酵完成后将容器放入冰箱冷藏，降低温度停止发酵。
5. 调味根据需要添加调味料。
关键控制点：杀菌温度和时间、发酵温度和时间、保温容器的保温性能。
四、面包1. 原料准备选用优质面粉、水、盐等原料，在面粉中加入干活性酵母或新鲜活性酵母。
2. 揉面将原料混合后揉成光滑柔软的面团，一般需要揉10-15分钟。
3. 发酵将揉好的面团放入发酵箱中，在温度28℃左右、湿度75%左右的环境中进行发酵，一般需要1-2小时。
4. 分割将发酵好的面团分割成适当大小的块状。
5. 成型将分割好的面团按照需要成型，放入烤盘中。
6. 烘焙将成型好的面包放入预热好的烤箱中，温度一般为200℃左右，时间根据面包大小和形状不同而异，一般需要20-30分钟。
关键控制点：揉面时间、发酵温度和湿度、烤箱温度和时间。
五、泡菜1. 原料准备选用新鲜无损伤的白菜，洗净沥干水分。
准备适量生姜、蒜头等调味料。
发酵过程的工艺控制
发酵过程的工艺控制发酵是一种利用微生物（如酵母、乳酸菌等）对物质进行转化以产生有用产物的过程。
在食品、饮料、药物和能源产业中，酵母发酵被广泛应用于生产酒精、面包、酸奶和生物燃料等产品。
在发酵过程中，工艺控制是至关重要的，它可以确保发酵过程的高效进行，并优化产物的质量和产量。
在发酵过程的工艺控制中，有几个关键方面需要考虑和管理。
首先是基质含量和组成的优化。
发酵基质是提供微生物生长和代谢所需的营养物质的载体。
通过合理的基质设计，可以最大限度地提高发酵效率和产物产量。
例如，在酿酒发酵中，酵母对葡萄糖的利用效率通常较高，因此应该控制葡萄糖的浓度，以避免过高或过低的浓度对发酵效果的影响。
其次是发酵过程的温度控制。
温度是影响微生物生长和代谢的最重要因素之一、不同的微生物对温度的要求不同，因此需要根据所采用的微生物菌株来控制发酵过程的温度。
通常情况下，发酵反应的最佳温度需要通过试验确定，以确保微生物能够在最适宜的温度下生长和活性表现。
此外，溶氧浓度的控制也是发酵过程中的重要环节。
微生物在进行发酵代谢时需要氧气作为底物，以促进细胞生长和代谢产物的形成。
因此，在发酵过程中需要保持合适的氧气供给，以防止微生物活性和产物产量的降低。
这可以通过控制搅拌速度、气泡量和气体通量等方式来实现。
此外，pH值的控制也是发酵过程中的重要方面。
微生物对酸碱度的敏感程度各不相同，因此需要根据所采用的微生物菌株来优化发酵过程的pH控制。
通常情况下，维持中性到微酸性的pH值范围对于大多数微生物来说是最适合的。
最后，发酵过程的时间控制也需要加以考虑。
不同的微生物菌株对于发酵反应的时间要求不同，因此需要根据所采用的菌株和产品要求来确定发酵时间。
过长的发酵时间可能会导致产物的质量下降，而过短的发酵时间则可能无法实现所需要的产物产量。
总之，发酵过程的工艺控制是确保发酵反应高效进行的关键要素。
通过优化基质含量和组成、温度控制、溶氧浓度控制、pH值控制和时间控制等方面，可以最大限度地提高发酵效率和产物产量，从而获得高质量的发酵产品。
发酵工艺控制
发酵工艺控制—— pH对发酵的影响及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。
一、PH对发酵的影响微生物生长和生物合成都有其最适和能够耐受的pH范围，大多数细菌生长的最适pH范围在6.3～7.5，霉菌和酵母生长的最适pH范围在3～6，放线菌生长的最适pH范围在7～8。
有的微生物生长繁殖阶段的最适pH范围与产物形成阶段的最适pH范围是一致的，但也有许多是不一致的。
表7-1列举了几种生长最适pH范围与产物形成最适pH范围不一致的例子。
pH还会影响菌体的形态。
例如，产黄青霉细胞壁的厚度随pH的增加而减小；当pH低于6时，菌丝的长度缩短，直径为2～3μm，当pH=7或>7时，直径为2～18μm，酵母状膨胀菌丝的数目增加。
pH下降后，菌丝形态又恢复正常。
pH还影响细胞膜的电荷状态，引起膜的渗透性发生改变，进而影响菌体对营养物质的吸收和代谢产物的形成。
对产物的稳定性同样有影响。
除此之外，pH对某些生物合成途径有显著影响。
例如，丙酮丁醇发酵中，细菌增殖的pH范围是5.5～7.0为好，发酵后期pH=4.3～5.3时积累丙酮丁醇，pH升高则丙酮丁醇产量减少，而丁酸、乙酸含量增加。
又如，黑曲霉在pH=2～3时产生柠檬酸，pH近中性时，积累草酸和葡萄糖酸。
谷氨酸发酵中，pH=7或微碱时形成谷氨酸，pH酸性时产生N—乙酰谷酰胺。
从以上看出，为要更有效地控制生产过程，必须充分了解微生物生长和产物形成的最适pH范围。
二、影响发酵pH的因素发酵过程中，pH的变化是微生物在发酵过程中代谢活动的综合反映，其变化的根源取决于培养基的成分和微生物的代谢特性。
发酵工艺控制
发酵工艺控制概述一. 发酵体系的主要特征1. 细胞内部结构和代谢反应的复杂性2. 细胞所处环境的复杂性3. 过程系统状态的时变性及参数的多样性和复杂性影响因素多，有的因素未知，主要影响因素变化。
发酵水平主要取决于：生产菌种的特性；对工艺条件的控制（适合程度）必须了解：菌体的生理代谢规律工艺条件对发酵过程的影响及其控制发酵过程的有关变化规律常规发酵的工艺控制参数：温度、pH、搅拌转速与功率、空气流量、罐压、液位、补料速率及补料量等。
二. 发酵过程的参数检测1.直接状态参数指能直接反映发酵过程中微生物生理代谢状况的参数包括：pH、DO、溶解CO2、尾气O2、尾气CO2 、黏度、基质和产物浓度、菌体浓度（OD、DCW、湿重）等参数的检测在线检测各种传感器：pH电极、DO电极、温度电极、液位电极、泡沫电极尾气分析仪：测尾气O2和CO2含量离线检测分光光度计、pH 计、温度计、气相色谱（GC)、液相色谱（HPLC)、色质连用（GC-MS)等2.间接状态参数指利用直接状态参数计算求得的参数包括：比生长速率μ、摄氧率OUR、CO2释放率CER、呼吸商RQ、氧的得率系数YX/O 、氧体积传质系数KLa、基质比消耗速率QS、产物比生成速率Qp等综合各种状态参数，获得代谢过程的各种信息，从而对发酵过程做出相应的调整和控制，以获得最经济的发酵生产。
三. 发酵过程的代谢调控和优化1. 代谢调控以代谢（流）的调节最重要调节酶的合成量，称为“粗调”调节酶的催化活性，称为“细调”工艺控制和过程优化的实质，就是利用各种方法和手段，使细胞的外部和内部环境最适合基质和能量流向产物合成的生物途径，以获得最大的产量。
2. 发酵过程优化的一般步骤确定反映发酵过程的各种理化参数及其检测方法研究这些参数的变化对发酵过程的影响及其机制，获得最佳的范围和最适的水平建立数学模型定量描述个参数间随时间的变化关系，为过程优化控制提供依据通过计算机实施在线自动检测和控制，验证各种控制模型的可行性及其适用范围，实现发酵过程的最优控制基质浓度对发酵的影响及其控制先进的培养基组成是充分支持高产、稳产和经济的发酵过程的关键因素之一。
7发酵工艺控制(第3节 发酵条件的影响及其控制)【发酵工程】
发酵过程中pH的变化与微生物的活动有关 ：
NH3在溶液中NH4+的形式存在，被利用成为R—NH3+后，在培养基内生 成H+；如以N03-为氮源，H+被消耗，N03-还原为R—NH3+；如以氨基酸作为氮 源，被利用后产生的H+，使pH下降。
pH改变的另一个原因是有机酸的积累，如乳酸、丙酮酸或乙酸。
pH的变化会影响各种酶活、菌对基质的利用速率和细胞的结构，从而影 响菌的生长和产物的合成。
（2）温度还通过改变发酵液的物理性质间接影响产物的合成。
例如：氧的溶解度和基质的传质速率以及菌对养分的分解和吸收 速率受温度影响。
（3）温度影响生物合成的方向。
例如：四环素发酵中金色链霉菌在低于30℃ 下，合成金霉素的能力较 强。合成四环素的比例随温度的升高而增大，在35℃下只产生四环素。
（4）近年来发现温度对代谢有调节作用。
式中：A和Ea分别为Arrennius常数和活化能；R和T分别为通用气体常 数和绝对温度。
若在半对数坐标纸上作最大比生长速率lnμm对温度T的倒数作曲线， 曲线的弯曲部分的温度大于最适温度。死亡率增加。
活化能高低的意义：
微生物生长活化能Ea在50～70kJ／mol，死亡活化能Ea’为300-~380kJ／ mol。
3、 pH的控制
控制pH在合适范围应首先从基础培养基的配方考虑，然后通过加酸 碱或中间补料来控制。如在基础培养基中加适量的CaCO3。
举例：青霉素发酵中PH的控制：
按菌的生理代谢需 要，调节加糖速率来控 制pH，比用恒速加糖 ，pH由酸碱控制可提 高青霉素的产量25％。
有些抗生素品种，如链霉素，采用过程通NH3控制pH，既调节了pH， 也补充了N源。用氨水需谨慎，过量的NH3会使微生物中毒，导致呼吸强度 急速下降。故在通氨过程中监测溶氧浓度的变化可防止菌的中毒。
发酵工艺控制操作要点及操作技能
发酵工艺控制操作要点及操作技能发酵是一种将有机物质转化为更有益于人类的物质的过程，广泛应用于食品和药品行业。
为了达到最佳的发酵效果，正确的控制和操作是至关重要的。
本文将介绍发酵工艺控制的要点和操作技能，以帮助人们更好地掌握这一关键工艺。
一、发酵工艺控制要点1. 温度控制发酵过程中，温度的变化对微生物的生长和代谢非常重要。
因此，保持适宜的发酵温度十分关键。
在控制温度时，需要根据不同的发酵物质和微生物的要求进行调整。
一般来说，温度要坚持在合适的范围内，过高或过低都会对发酵产物的质量产生负面影响。
2. pH值的控制pH值是发酵过程中影响微生物生长和代谢的重要因素之一。
不同的微生物对于pH值有不同的适应范围。
一般来说，保持适当的pH值可以促进有益菌的生长，抑制有害菌的繁殖。
在发酵过程中，通过调节发酵液的酸碱度来控制pH值。
3. 氧气供应某些微生物在发酵过程中需要充足的氧气供应，而另一些微生物则对氧气敏感。
因此，正确控制氧气供应对于发酵效果至关重要。
一般来说，发酵过程中需要保持适度的通气条件，并且可以通过控制氧气的流速和浓度来满足微生物的需求。
4. 发酵液搅拌搅拌是发酵过程中常用的操作方式之一。
通过搅拌，可以使发酵液充分接触到氧气，促进微生物的生长和代谢。
搅拌还可以均匀分布微生物和营养物质，提高发酵效果。
在进行发酵搅拌时，需要注意搅拌速度和时间的控制，以避免对微生物产生不利影响。
5. 营养物质的添加发酵过程中，营养物质的添加可以提供微生物所需的营养来源，促进微生物的繁殖和代谢。
根据发酵物质的需求和微生物的特点，合理选择并添加适当的营养物质，可以提高发酵效率和产物的质量。
二、发酵操作技能1. 先熟悉发酵工艺流程和操作规程，了解发酵物质和微生物的特性和要求。
2. 在开始发酵前，确保所有操作设备和容器都是清洁和消毒的，以避免杂质对发酵产物的污染。
3. 严格控制发酵过程中的温度，根据不同的发酵物质和微生物的需求设定合适的温度范围。
酶工程 第三章酶的发酵生产 第三节发酵工艺条件及控制
第三节 发酵工艺条件及控制
无机元素是通过添加无机盐来提供的，一般采用水溶 性的硫酸盐、磷酸盐或盐酸盐等。有时也使用硝酸盐，在 提供无机氮的同时，提供无机元素。
4．生长因素 生长因素是指细胞生长繁殖所必不可缺的微量有机化 合物主要包括各种氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素，以及动 植物生长激素等。各种氨基酸是蛋白质和酶的组分；嘌呤 和嘧啶是核酸和某些辅酶的组分；维生素主要起辅酶作用； 动植物生长激素则分别对动物细胞和植物细胞的生长、分 裂起调节作用。有的细胞能够自己合成各种生长因素，而 有的细胞则缺少合成一种或多种生长因素的能力，需由外 界供给，才能正常生长繁殖，这样的细胞称为营养缺陷型。
第三节 发酵工艺条件及控制
在酶的发酵生产中，通常在培养基中加进玉米浆、酵 母膏等，以提供各种必需的生长因素。有时，也加进纯化 的生长因素，以供细胞生长繁殖之需。
现举例几种酶发酵培养基： （1）枯草杆菌BF7658α—淀粉酶发酵培养基：玉米粉 8%，豆饼粉4%，磷酸氢二钠0.8%，硫酸铵0.4%，氧化钙 0.2%，氯化铵0.15%。 （2）枯草杆菌AS1.398中性蛋白酶发酵培养基：玉米 粉4%，豆饼粉3%，麸皮3.2%，米糠1%，磷酸氢二钠0.4%， 磷酸二氢钾0.03%。 （3）黑曲霉糖化发酵培养基：玉米粉10%，豆饼粉4%， 麸皮1%（PH4.4—5.0）。
第三节 发酵工艺条件及控制
不同细胞生长繁殖的最适PH有所不同。一般细胞和放 线菌的生长最适PH为中性或微碱性（PH6.5—8.0）；霉菌 和酵母的生长最适PH为偏酸性（PH4.0—6.0）；植物细胞 生长的最适PH为5—6。
发酵工艺的优化与控制
发酵工艺的优化与控制随着生物技术的发展，发酵工艺逐渐成为了现代工业生产的重要组成部分。
从酿造啤酒到制备乳制品，从制造生物药品到废水处理，发酵工艺的应用越来越广泛，而对其进行优化和控制也成为了生产过程中不可或缺的环节。
发酵工艺的优化包括两方面，一方面是优化工艺条件，另一方面是优化微生物品种或菌株。
优化工艺条件的目的是提高发酵效率和产量，并降低成本。
工艺条件的优化需要考虑多种因素，包括温度、pH值、氧气供应、营养物质浓度等。
这些因素对微生物生长和代谢产物的产量和质量都有重要影响。
例如，大肠杆菌的最适生长温度为37℃，而革兰氏正染色球菌则喜欢在温度较高的环境下生长。
调整温度可以提高微生物代谢产物的产量和质量，从而实现工艺条件的优化。
此外，调节营养物质浓度、控制pH值、调整溶氧浓度等也都对工艺效率和产量有影响。
另一方面，选择合适的微生物品种或菌株也是发酵工艺优化的重要环节。
不同的菌株具有不同代谢途径和代谢产物，不同的微生物有不同生长速度和代谢特性。
因此，在生物反应器中选择合适的微生物菌株非常重要。
在工业化生产过程中，已经有很多菌株被开发出来用于不同的制品的生产，例如酵母菌、大肠杆菌、腐霉菌、酸奶菌等。
选择合适的微生物品种或菌株可以提高生产效率、降低成本，并实现一个可持续的生产过程。
同时，发酵工艺的控制也是不能忽视的。
在实际生产中，正常生产过程有时会受到突发事件的影响，例如发酵速率突然下降、菌株变异等。
为了控制这些异常情况，需要制定相应的控制策略。
生产过程中，经常会利用物理、化学以及数学统计等方法，对难以直接观测的变量进行监测和控制。
例如，利用PH计、氧气传感器和流量计等仪器，对工艺条件进行实时监测；同时也需要利用数学模型对生产过程进行建模和优化。
建立一个科学的发酵工艺控制系统，可以提高生产效率、降低成本、减少废物产生，为大规模生产提供一个可靠的保障。
当然，发酵工艺的优化和控制只是发酵工艺的一部分，很多因素还需要考虑。
发酵工艺的过程控制
发酵工艺的过程控制引言发酵工艺是一种将有机物质通过微生物的作用转化为需要的产物的过程。
在发酵过程中，微生物通过吸收养分、产生代谢产物和释放能量，完成了物质的转化。
为了保证发酵过程的高效和稳定，控制发酵过程至关重要。
本文将介绍发酵工艺的过程控制，包括控制参数和控制策略。
1. 发酵过程的控制参数发酵过程的控制参数是指影响发酵过程的参数，包括温度、pH值、溶氧量、搅拌速度、发酵菌种等等。
这些控制参数对于发酵过程的高效和稳定起到了重要的作用。
1.温度：发酵过程中适宜的温度可以促进微生物的生长和代谢活动。
不同的发酵过程需要不同的温度，一般在微生物的最适生长温度附近，通常在25-42摄氏度之间。
2.pH值：发酵过程中的pH值对微生物的生长和代谢活动有重要影响。
不同的微生物对于pH值的需求不同，一般在微生物最适生长pH值的附近维持。
3.溶氧量：溶氧量是指发酵液中的氧气饱和度。
微生物在发酵过程中需要氧气进行呼吸和代谢活动。
合适的溶氧量可以提高发酵效率和产物质量。
4.搅拌速度：搅拌速度对于发酵液中的微生物的分散性和氧气气液传递有着重要影响。
适当的搅拌速度可以保证发酵液中的微生物充分接触营养物质和氧气。
5.发酵菌种：选择适宜的发酵菌种对于发酵过程的控制至关重要。
合适的发酵菌种应具备高发酵活力、产物合成能力和抗污染能力。
2. 发酵过程的控制策略为了实现对发酵过程的有效控制，需要采取相应的控制策略。
以下是几种常见的发酵过程控制策略。
1.反馈控制：反馈控制是根据实时的监测数据对发酵过程进行调节。
通过监测发酵过程中的温度、pH值、溶氧量等参数，将实际参数与设定值进行比较，根据误差进行反馈调整，以维持发酵过程的稳定性。
2.前馈控制：前馈控制是根据预期的发酵过程需求提前对控制参数进行调整。
通过事先设定好的控制策略，根据发酵过程中的状态进行预测和计算，提前对控制参数进行调整，以达到预期的控制效果。
3.比例积分控制：比例积分控制是通过调整控制器的比例参数和积分参数来改变控制器的工作方式。
发酵工艺条件的控制过程中,温度对发酵过程的影响及控制方法
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第六章 发酵条件及工艺控制详解
补糖量的控制： 动力学方法
依据μ、 qP 、 qC等动力学参数 之间的关系，计算加糖量
以次级代谢产物为例：
控制原则：
μ、
qP
、 qC之间的关系：
以维持临界生长限制基质 浓度、临界菌体浓度和临
μ
X
界比生长速率为指标的基 质流加速率与消耗速率的
qp
S
qC
平衡。
补糖的控制
把计算的加糖量，输入计算机，由计算机控制加 料装置精确控制加入的糖量。
二、氮源的影响和控制 （一）氮源的种类影响
迅速利用的氮源
缓慢利用的氮源
种类：氨水、铵盐和玉 种类：黄豆饼粉、花生
迅速利用的碳源
缓慢利用的碳源
种类：葡萄糖
种类：淀粉、乳糖、蔗
优点：
糖、麦芽糖、玉米油
吸收快，利用快，能迅 优点：
速参加代谢合成菌体和 不易产生分解产物 阻遏
产生能量
效应。
缺点：
有利于延长次级代谢产
有些品种产生分解产物 物的分泌期
阻遏效应。
缺点：溶解度低，发酵 液粘度大。
碳源种类的控制
发酵工业中常采用含迅速利用的碳源和缓慢 利用的碳源的混合碳源。
量达不到最适量。 要控制有机氮源中的磷含量，以防溶磷量超过最
适量。 当菌体生长缓慢时，可适当补加适量响及控制
影响菌体浓度的因素 菌体浓度的增加速度（生长速度）与微生物的种
类和自身的遗传特性有关
菌体浓度的增加速度（生长速度）与营养基质的 种类和浓度有关 （ μ 正比于S ）
发酵条件及工艺控制
菌体浓度的增加速度（生长速度）受环境条件的 影响
最适菌体浓度的确定
优化控制的目标：在最短的时间内产生最大量的 产物。(dP/dtMAX)
dP/dt =qP X qP=f〔 X， μ ， qO 2 qS CL〕
以青霉素发酵为例
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
温度计 温度控制器
调节阀
第三节 pH的影响及控制 一、pH对发酵的影响：
影响菌体原生质膜电荷的改变，引起膜对离子的渗透作用， 影响了营养物的吸收和代谢产物的分泌。
影响菌体生长代谢的酶活性
影响代谢产物的合成方向
在发酵过程中直接补加酸或碱
过去流加硫酸或氢氧化钠， 现采用补加氨水、尿素、硫酸铵
在发酵过程中调节补糖速度控制pH
pH的控制系统
经消毒的pH电极装入发 酵罐内定时直接测定培 养基的pH，同时还可以 与控制仪表连结，通过 回路系统控制阀门或泵 进行pH调节。
Controlled
Uncontrolled 6.5
调节阀
设定控制器 pH电极
pH
第四节 氧的供需及对发酵的影响
溶氧(DO)是需氧微生物生长所必需。在发酵过程 中有多方面的限制因素，而溶氧往往是最易成为控制因 素。
在28℃氧在发酵液中的100％的空气饱和浓度只有 0.25 mmol.L-1左右，比糖的溶解度小7000倍。在对数生 长期即使发酵液中的溶氧能达到100％空气饱和度，若 此时中止供氧，发酵液中溶氧可在几分钟之内便耗竭， 使溶氧成为限制因素。
（2）μ较宽， Qp范围较窄，或μ较窄， Qp范围较宽（难控制，应严格 控制）；
发酵工艺参数的优化与控制方法
发酵工艺参数的优化与控制方法发酵工艺参数的优化与控制方法发酵工艺是一种利用微生物在特定条件下生产有机化合物的生物过程。
发酵工艺参数（如温度、pH值、搅拌速度等）的优化与控制对于提高发酵生产效率和产品质量至关重要。
本文将介绍一些常用的发酵工艺参数优化与控制方法，以帮助提高发酵工艺的效果。
一、温度的优化与控制温度是影响发酵过程的最重要参数之一。
一般来说，微生物的生长速率随温度的升高而增加，但过高的温度可能导致微生物的死亡或产物的变性。
因此，需要对发酵过程中的温度进行优化和控制。
在发酵过程中，通过调节发酵罐中的冷却塞温度来控制温度。
使用前馈控制或反馈控制方法，根据温度传感器和控制器的反馈信号，调节冷却塞的开度，使温度保持在设定的范围内。
此外，还可以使用嵌入式感应器和自动化控制系统来监测和调节传热器和冷却系统的性能，以保持发酵温度的稳定。
在优化发酵温度方面，可以通过实验方法来确定最佳生产温度。
首先，将发酵基质分为若干等温区域，分别在不同温度下进行发酵实验。
然后，通过测量发酵产物的产量和质量，寻找最佳生产温度。
二、pH值的优化与控制pH值是指发酵基质中的酸碱性程度。
微生物的生长和产物合成受到pH值的影响，因此对发酵过程中的pH值进行控制和优化是非常重要的。
在发酵过程中，通过添加酸碱调节剂或纯化酶来控制pH值。
具体来说，可以使用酶法或电极法来测量发酵基质中的氢离子浓度，然后根据测量结果调节酸碱调节剂的加入量，以维持合适的pH值范围。
此外，还可以使用自动化控制系统来监测和调节pH探头和酸碱调节剂的性能，以保持发酵过程中pH值的稳定。
在优化发酵pH值方面，可以通过实验方法来确定最佳生产pH。
首先，在不同pH条件下进行发酵实验，测量产物的产量和质量，然后比较不同pH条件下的发酵效果，找到最佳生产pH条件。
三、搅拌速度的优化与控制搅拌速度是指在发酵过程中搅拌器的转速。
适当的搅拌可以帮助提高溶解氧和基质传质，促进微生物的生长和产物的合成。
发酵的工艺条件
发酵的工艺条件发酵是一种利用微生物（如细菌、酵母菌）对有机物进行代谢产生能量和产物的过程。
要使发酵能够顺利进行，需要具备适宜的工艺条件。
以下是发酵的一些重要工艺条件：1. 温度：发酵过程中的温度是十分重要的因素，其可影响微生物代谢和生长速率。
不同的微生物需要不同的温度条件。
一般而言，大多数细菌适宜的温度范围为25-45摄氏度，而酵母菌则适宜的温度范围为20-35摄氏度。
2. pH值：pH值是描述溶液酸碱性的指标，也对微生物的生长和代谢有较大的影响。
不同的微生物对pH值的要求有所不同。
一般而言，细菌适宜的pH范围为6-8，而酵母菌适宜的pH范围为4-6。
3. 可溶性氧含量：微生物在发酵过程中对氧的需求量也是不同的。
有些微生物需要较高的氧浓度（好氧发酵），有些则需要较低的氧浓度（厌氧发酵）。
因此，在发酵的过程中需要控制氧气供应来满足微生物的需求。
4. 酸碱度：酸碱度对于发酵过程中的微生物代谢和产物生成也有很大的影响。
适宜的酸碱度可以提供合适的环境给微生物的生长和代谢活性，有利于产物的生成与积累。
5. 营养物质：微生物在发酵过程中需要吸收和利用各种营养物质来生长和代谢。
这些营养物质包括碳源（如葡萄糖）、氮源（如氨基酸或氨）、无机盐和微量元素等。
不同的微生物对于营养物质的需求有所不同，因此，需要根据具体的微生物选取适宜的营养物质。
6. 搅拌和通气：在发酵过程中，搅拌和通气可以促进微生物与营养物质的接触，提供充足的氧气供应，并将产生的可溶性产物均匀分布于发酵液中，有利于发酵过程的进行。
7. 时间：发酵需要一定的时间来实现微生物对底物的代谢和产物的生成。
不同的发酵过程持续的时间有所不同，可以根据微生物的生长速率和代谢特性确定适宜的发酵时间。
总结起来，发酵的工艺条件包括适宜的温度、pH值、可溶性氧含量、酸碱度、营养物质、搅拌、通气和时间等。
对这些条件的科学控制和调节，在发酵产业中是非常重要的，能够提高发酵效率和产物质量。
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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
• 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
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。
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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。
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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。
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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
。 • 薄层，1～2cm厚的物料。帘子、曲盘等。
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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。
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• 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
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。
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• 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 。
• （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。
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，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。
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
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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
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（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。
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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。
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。
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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。
第六章_发酵条件及工艺控制
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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。
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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
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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。