发酵工艺控制——二氧化碳
8发酵工艺控制1
（三）影响供氧的因素 N = K La . (C*-CL) 1、影响氧传递推动力的因素 (C*-CL) 是氧传递的推动力，因此只有提高 C*，降低CL 。但不符合生产现状或要求。 2、影响K La 的因素 经生产实践证明，影响K La 的主要因 素有搅拌、空气流量、发酵液的理化性质 等。可用下列经验式表示它们之间的关系：
2.氮源 影响：同样包括种类和浓度的影响。 工业生产中采用的措施： 1）混合使用 2）在发酵过程中补加氮源。
3.磷酸盐 在工业生产中，通过在基础培养基中控制磷 酸盐的亚适量，来减少磷酸盐的抑制作用。
二、基质浓度对发酵的影响及控制 1.影响： 基质浓度过低，不能满足菌体生长的需求； 基质浓度过丰富，也会影响菌体生长和产物的 合成。
8.4营养基质的影响及控制
一、营养基质种类的影响及控制 1.碳源 碳源种类的影响：速效碳源有利于菌体的快速 生长，但其分解产物有明显的阻遏作用；缓慢利用 的碳源有利于延长代谢产物的合成。 碳源浓度的影响：碳源丰富易造成繁殖过剩， 对产物合成及氧的传递造成不良的影响。 在工业上的控制，一般采用二者混合使用，并 控制一定的浓度，在发酵过程中采用补料分批发酵 的方法。
K La= K〔(P/V)α· s)β· app)-ω〕 (υ (η P/V 发酵罐搅拌功率kW/m3 υs 罐体垂直方向的空气直线速度m/h ηapp 发酵液的表观粘度Pa·s K 经验常数 α β –ω 经验常数，与搅拌器、空气分布器的形状 等有关，一般通过实验测定。 实验侧得α值在0.75～1.0， β在0.4～ 0.72，
8.9二氧化碳的影响及控制
一、二氧化碳对发酵的影响
1、发酵液中的二氧化碳对微生物的生长速 度具有刺激或抑制作用。 1）刺激作用：称之为CO2效应。 环状芽孢杆菌、大肠杆菌和链孢霉的突 变株需30%的浓度。 2） 抑制作用：酵母菌，青霉素菌丝形态 随着CO2的增加形态发生改变，如青霉菌 由丝状变为球状或酵母状细胞。
酒精发酵气制液体二氧化碳初步技术方案
酒精发酵气制液体二氧化碳初步技术方案摘要：介绍酒精发酵气气源情况，二氧化碳产品方案，选用的工艺技术流程、流程说明，以及配套的自控技术方案。
关键词：二氧化碳食品级低温精馏组自控技术1 酒精厂发酵的二氧化碳气源基础情况以淀粉质为原料生产酒精的酒精厂，co2是酒精生产发酵过程中产生的最主要副产物，有很高的利用价值。
酒精发酵生产工艺过程为淀粉经糖化、发酵获得酒精，同时产生大量的co2。
理论上每生产1吨酒精可获得约0.950吨的二氧化碳，即每生产10kt酒精，理论上可获得二氧化碳副产物的产量为9.5kt。
实际生产中，每生产10kt酒精，可回收液体二氧化碳产品6000～7000吨。
2 产品方案2.1 产品质量食品级低温液态二氧化碳，产品质量执行国家标准gb10621-2006标准。
2.2 生产规模 20kt/a食品级低温液体二氧化碳，年生产时间按8000小时计，小时产量2.5t/h。
3 工艺技术方案3.1 工艺技术方案的选择①高压法：就是将原料二氧化碳气通过压缩机提压至8.0mpa左右，经常温水冷后液化，在高压下直接充瓶销售。
该方法的优点是流程短，工艺简单，投资省。
而缺点则很明显，由于压力高，许多必备的净化设备因制作难度和费用高而难使用，杂质因压力高而溶解在产品中，产品质量低，储存运输均不方便。
产品中烃类、醛类、醇类等可燃有机物也无法除去，产品纯度低，杂质多，产品质量随气源变化而变化。
②低压深冷法：它是在高压法的基础上加以改进，配合一定的净化、干燥、高压节流至浅低压，低温氨冷，将沸点比二氧化碳低的杂质分离，产品纯度虽有很大提高，但难满足工业用途中较高纯度的要求。
③变压吸附法：利用吸附材料对不同气体在吸附量、吸附速度、吸附力等方面的差异以及吸附剂的吸附容量随压力变化而变化的特性，在加压时完成混合气体的吸附分离，在降压下完成吸附剂的再生，从而实现气体分离和吸附剂循环使用的目的。
该法的特点是气源纯度适应范围较宽，适合于从低浓co2气体中提浓co2。
啤酒发酵中二氧化碳回收技术及利用
啤酒发酵中二氧化碳回收技术及利用啤酒发酵中二氧化碳回收技术及利用侯晓芳摘要：中国啤酒行业一直存在着综合能耗大、生产成本高、吨酒利润低的问题。
其中二氧化碳作为主要副产物，是一种啤酒生产过程中重要的原料，在啤酒发酵过程中会产生大量的二氧化碳同时在啤酒成产中又会需要大量的二氧化碳做为原料，因此对其回收利用能大幅降低生产成本。
本文论述了对啤酒厂中对二氧化塔的回收技术。
关键字：二氧化碳回收技术利用一、引言众所周知，我国啤酒行业发展速度迅速，总产量已连续多年稳居世界第一，2006年达到 3150 万吨，成为全球名副其实的啤酒大国。
然而中国啤酒行业一直存在着综合能耗大、生产成本高、吨酒利润低的问题。
高投入、高消耗、低产出的特点，使我国整个啤酒行业的经济效益与环境效益非常不理想，能源短缺矛盾日益加剧，所以为增大收益，提高对啤酒副产物的利用率是相当有必要的。
二氧化碳是啤酒发酵过程中的主要副产物，同时啤酒生产中许多工序需要使用二氧化碳。
随着人们对啤酒质量的要求不断提高，二氧化碳在啤酒生产企业中的使用量也在不断增大，同时二氧化碳的采购成本较高，因而越来越多啤酒生产企业都利用二氧化碳回收装置对发酵所产生的二氧化碳进行回收来满足自身生产的需要。
二氧化碳是一种啤酒生产过程中重要的原料，在啤酒发酵过程中会产生大量的二氧化碳同时在啤酒成产中又会需要大量的二氧化碳为原料。
作为啤酒厂二氧化碳的回收和使用平衡问题是做好节约能源和循环经济工作的重要部分。
目前国内大部分啤酒企业二氧化碳回收率低、回收使用不平衡导致在啤酒发酵过程中大量的高纯度的二氧化碳气体白白的排放到大气中，不但造成了能源浪费而且给环境带来了污染，同时啤酒生产中需要购买大量的二氧化碳为啤酒生产的原材料造成了生产成本增加。
所以研究啤酒厂二氧化碳回收和使用的平衡是十分必要的。
二氧化碳同时又是一种制冷剂，编号为 R744。
二氧化碳作为制冷剂对臭氧层破坏较小，对环境的负荷是微不足道的，是一种优质、高效、环保的制冷剂。
发酵气体中二氧化碳的回收与工艺选择
试验二 :
11 浸麦 :浸麦度 44 %～45 % ,浸麦方法长断水法 ,浸麦时加强通风搅拌 ,浸麦水温 10 ℃,浸渍时间
(60～64) 小时 ,在最后一次浸麦上水时添加赤霉素 0115ppm (以大麦重计) 。
21 发芽 :发芽温度控制 14 ℃～16 ℃,发芽时间为 6 天 ,发芽室相对湿度 95 %。
试验三 :
11 浸麦 :浸麦度 44 %～45 % ,浸麦方法为长断水浸麦法 ,浸麦水温 10 ℃,浸麦时加强通风搅拌 ,浸麦
时间为 (64～66) 小时 。
21 发芽 :露头率达 80 %以上 ,浸渍好的大麦下入发芽池摊平后喷洒 0115ppm (大麦计) 溶解好的赤
霉素 ,发芽温度控制在 14 ℃～17 ℃,发芽室相对湿度 95 %以上 ,发芽时间为 6 天 。
31 酒精发酵的二氧化碳回收工艺流程 :
发酵二氧化碳气体 —→除沫器 —→吸收塔 —→贮气囊 —→四级压缩第一级压缩 ↓ 淡酒回收 制冷剂 ↓
—→冷却 —→吸附塔 —→四级压缩 (918 Mpa ) —→冷凝器 —→
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·64 · 酿 酒 199814 (总 127)
糖化力 ( W K)
415 345167406154307148396102
α- 氨基氮 ( mg/ 100g) 167110156182163125171104161152
在发芽初期添加赤霉素既补充了发芽时水份
损失 ,同时赤霉素发挥了最佳效果 ,经新疆维吾尔 自治区产品质量监督检验所检验 ,我厂生产的麦 芽符合国家 QB1686 - 93 标准的优级品要求 。通 过反复试验得出在发芽前期添加赤霉素并采用低 温发芽是提高麦芽α- 氨基氮的有效途径 。
二氧化碳对发酵的影响
★ 微生物在利用不同基质时，RQ不同。 ★ 在菌体生长、维持以及产物形成等不同阶 段，RQ不同。 ★ 实际生产测得RQ明显低于理论值，说明发 酵过程中存在着不完全氧化的中间代谢物或 除葡萄糖以外的其他碳源。
CO2浓度的测定与控制
CO2浓度的测定 • CO2的释放率（CER）
• 测定排气CO2的浓度变化，采用控制流加基 质的方法来实现对菌体生长速率和菌体量 的控制。
CO2对发酵的影响
概述
CO2既是微生物代谢的产物，同时也是某些合成代 谢的基质，它是评价细胞代谢水平的重要指标。 发酵液中溶解的CO₂对微生物生长和合成产物有促 进或抑制作用，从而对产物产量产生有利或不利影 响。
对CO₂较敏感的发酵工艺过程需要检测和控制CO₂ 浓度。
内容
CO2对发酵的影响及其原理 呼吸商和发酵的关系
CO2浓度的测定与控制
CO2对发酵的影响及其原理
CO2会影响细胞膜的结构，并且影响细胞的 形态
正常酵母细胞
CO2浓度过高时的酵母细胞
CO2影响发酵的原理 ★ CO2主要作用在细胞膜的脂肪酸核心部位
★ HCO3-影响磷脂的亲水头部带电荷的表面及细 胞膜表面上的蛋白质 ★当细胞膜的脂质相中CO2浓度达到一临界值时， 膜的流动性及表面电荷密度发生变化。这将导致 膜对许多基质的运输受阻，影响了细胞膜的运输 效率，使细胞处于“麻醉”状态，生长受抑制， 形态发生变化。
呼吸商和发酵的关系
呼吸商：
RQ CO2 产生速率 CER O2消耗速率 OUR
RQ值可以反映菌体的代谢情况，例如酵母培养过程： RQ=1 糖代谢走有氧分解代谢途径，仅供生长、无产 物形成； RQ>1.1 走EMP途径，生成乙醇； RQ=0.93 生成柠檬酸；
7发酵工艺控制(3)
种子质量
种子的质和量影响： 发酵期间菌种生长的快慢 产物合成的多寡
一般，种龄是对数生长期的后期。 太年轻的种子… 过老的种子… 不同品种、不同工艺条件的发酵，最适种龄也不尽相 同，要经多次试验而定。
种龄
常用接种量为5％～10％。
接种量是由菌的生长繁殖速度决定的。
大接种量…
接种量过大…
接种量
温度对发酵的影响
组分体现的。有些带巯基的酶对高浓度的氧敏感。
三、溶氧作为发酵异常的指示
(1)、有些操作故障或事故引起的发酵异常现象能从溶 氧的变化中得到反映。 例 1：停搅拌，未及时开搅拌或搅拌发生故障，空气 未能与液体充分混合均匀等都会使溶氧比平常低许多。
(2)、中间补料是否得当可以从溶氧的变化看出。 例如：赤霉素发酵，有时会出现‘发酸’现象。这时，
(7-35)
dc／dt为单位时间内发酵液溶氧浓度的变化，mmol02／(L· h)；
cL为发酵液中的溶氧浓度，mmol／L。
凡是使KLa和c*增加的因素都能使发酵供氧改善。
增加c*的办法 ①、提高氧分压：在通气中掺入纯氧或富氧； ②、提高罐压：但同时也会增加溶解C02的浓度，因它 的溶解度比氧高30倍，这会影响pH和菌的生理代谢，
pH的控制
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 ；常用 NaOH 或 Ca(OH)2调节pH，也需注意培养基离子强度和产物可溶性。
链霉素的发酵：采用过程通NH3控制pH，也补充了 N 源。但在通氨过程中监测溶氧浓度的变化防止 菌中毒。
养基、中间补水、添加表面活性剂等。
可明显提高产胶量约20％。
例2：四环素发酵的温度控制：0～30h，稍高温度促进生长， 缩短发酵周期；30～150h稍低温度维持较长生产期。 例3：青霉素发酵的变温控制：0~5h ，30℃； 5~40h，25℃；40~125h，20℃；125~165h ，25℃。
酵母菌发酵产生酒精和二氧化碳的简易实验
酵母菌发酵产生酒精和二氧化碳的简易实验
酵母菌发酵是古老的一种发酵工艺，在自然环境中，使用酵母菌发酵的发酵技
术生产出了众多的酒类产品，其中酒精是其中较为重要的成分。
近年来，科学家利用酒精原料，经过发酵并进行相应工艺制备出了高精度的酒精，促进了发酵工艺的进步。
酵母菌发酵产生酒精需要融合多种工艺特征，以实现有效的发酵操作。
首先，
酵母菌的活性需要通过有序的流程来调节，包括提取、离心、提炼等一系列步骤。
其次，酒原料需要清洗，使其满足发酵工艺所需要的气味、味道和分子结构。
此外，酒精发酵还需要严格控温和控pH，并使用方法适当的调味剂和催化剂来促进发酵
速度和发酵效果。
发酵反应是所有发酵工艺合成的本质，微生物发酵过程中，糖发酵产生酒精和
二氧化碳，其中二氧化碳以气态的形式排出到容器外，而酒精的半蒸气态则和气体混合排出，酒精含量可以控制在酒精工艺要求的范围内。
虽然酵母菌发酵产生酒精和二氧化碳的实验简单易行，但也存在着一定的风险，比如存在化学反应，搅拌不均匀等问题。
因此，在实验中，对酒原料的清洗、发酵温度和pH的控制，以及酵母菌的分离等尤其重要，以保证由自然酵母菌发酵产生
的饮料具有鲜美可口的口味，并具有一定的保健作用。
二氧化碳发酵回收的原理
二氧化碳发酵回收的原理二氧化碳（CO2）的发酵回收是一种将发酵过程中产生的二氧化碳进行回收利用的技术。
在生物工艺或化工生产中，发酵是一种重要的生产过程，常常会产生大量的二氧化碳。
通过将这些二氧化碳进行回收利用，不仅可以减少对环境的负面影响，还可以实现资源的有效利用。
下面我们将详细介绍二氧化碳发酵回收的原理及其应用。
首先，让我们来了解一下二氧化碳在发酵过程中的产生。
发酵是一种生物化学过程，通常是在微生物的作用下将有机物转化为其他有用的产物。
这个过程一般需要提供适宜的温度、pH值、氧气和营养物质等条件。
在这个过程中，微生物代谢有机物时会产生二氧化碳，而这些二氧化碳会随着发酵液一起释放到空气中。
传统上，这些二氧化碳被认为只是一种废气，排放到大气中会加剧温室效应，对环境产生不利影响。
为了解决这一问题，二氧化碳发酵回收技术被引入到生产中。
其原理是通过一系列的技术手段将这些排放的二氧化碳进行回收、净化和再利用。
具体的过程主要包括以下几个步骤：首先是收集阶段。
在发酵过程中产生的二氧化碳首先需要进行有效的收集，通常可以通过设置适当的收集设备来进行收集，例如在发酵罐周围设置管道，将产生的废气输送到收集设备中。
第二是净化阶段。
在收集后的二氧化碳中通常还会夹杂着其他气体、水蒸气、微生物等杂质，因此需要对二氧化碳进行净化处理。
这通常可以采用吸附剂、膜分离或其他物理化学方法进行净化，将其中的杂质去除，得到纯净的二氧化碳。
最后是再利用阶段。
净化后的二氧化碳可以被再次利用在生产过程中，特别是在一些需要二氧化碳作为原料的生产过程中。
例如，二氧化碳可以被用于植物培植、超临界流体萃取、制备碳酸饮料等工业生产。
二氧化碳的发酵回收技术具有一系列的优点。
首先，通过这种技术可以减少发酵过程中产生的废气排放，从而减少环境污染。
其次，对二氧化碳进行回收再利用可以降低生产成本，减少对化石能源的依赖。
此外，二氧化碳的再利用也有利于节约资源，发挥循环经济的作用。
第七章发酵工艺控制
如：许多抗生素和色素的发酵
第二节
一、物理参数
工业发酵过程的主要 控制参数
1、温度 与温度有关的因素： 氧在培养液中的溶解度和传递速率 菌体生长速率和产物合成速率 测量工具：铂电阻或热敏电阻
• 2、压力（Pa）
与压力高低有关的因素： 罐压高低与氧和CO2在培养液中的溶解度有关 罐压一般范围： 0.2×105～0.5×105 Pa 测量工具： 隔膜法压力表或压敏电阻压力表
1、分批发酵
概念：
分批发酵：指将微生物和营养物一次性加入发酵 罐中，经过培养生长，最后一次收获的培养方式， 中间除了空气进入和尾气排出，没有物料交换。 在分批发酵中，培养基是一次性加入，不再 补充，随着微生物的生长繁殖活跃，营养物质逐 渐消耗，有害代谢产物不断积累，因此其生长速 度将随时间发生有规律性的变化。
2.补料分批培养的优缺点 优点：与分批培养相比
① 解除底物抑制和葡萄糖的分解阻遏效应。 ② 可以避免在分批发酵中因一次投料过多造成 细胞大量生长所引起的一切影响；
③ 可用作为控制细胞质量的手段，以提高发芽 孢子的比例； ④ 可作为理论研究的手段，为自动控制和最优 控制提供实验基础。
与连续培养相比优点
④ 衰亡期
细胞死亡率增加，明显超过新生率，进入 衰亡期。多数发酵在到达衰亡期前就结束。 特点：活的细胞数目以对数速率急剧下降、 细胞裂解或自溶。衰亡期比其它期相对较 长。
分批发酵优缺点：
•
① ② ③ ④
优点：
操作简单 周期短 染菌机会少 产品质量易于控制
•
缺点：
① 生产能力不是很高 ② 非生产周期较长，使得发酵成本高
三、生物参数
1、菌体形态 菌体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。 用显微镜观察菌体形态 2、菌体浓度 概念：菌体浓度是指单位体积培养液中菌体的 含量。 根据菌体浓度的大小决定适合的补料量和供氧 量，同时可判断目的产物的产量是否达到最大量。
微生物工程--8发酵工艺控制
微生物工程--8发酵工艺控制∙工艺条件控制的目的：就是要为生产菌创造一个最适的环境，使我们所需要的代谢活动得以最充分的表达。
∙温度对发酵的影响及其调节控制温度是影响有机体生长繁殖最主要的因素之一，因为微生物的生长和产物的合成都是在各种酶催化下进行的，温度是保证酶活性的重要条件，因此在发酵系统中必须保证稳定而合适的温度环境。
∙温度对发酵的影响及控制∙温度对发酵的影响是多方面的，主要表现在对细胞生长、产物形成、发酵液的物理性质和生物合成方向等方面。
∙ 1.温度对微生物细胞生长的影响从酶动力学来看，温度升高反应速率加大，生长代谢加快，生产期提前。
• 但因酶本身很易因热而失去活性，温度越高，酶的失活也越快，表现在菌体易于衰老，发酵周期的缩短，影响产物的最终产量。
∙ 2.温度对产物形成的影响产物合成速率∙ 3.温度影响发酵液的物理性质温度除了直接影响发酵过程中各种反应速率外，还通过改变发酵液的物理性质，间接影响菌的生物合成。
∙ 4.温度影响生物合成的方向温度还会影响生物合成的方向。
例如，四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。
在低于30℃温度下，该菌种合成金霉素能力较强。
当温度提高，合成四环索的比例也提高。
在温度达35℃则只产生四环素而金霉素合成几乎停止。
∙影响发酵温度的因素∙发酵热发酵过程中，随着菌对培养基的利用，以及机械搅拌的作用，将产生一定热量，同时因罐壁散热，水分蒸发等也带走部分热量。
发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。
以[J／m3﹒h]表示，∙（1）生物热产生菌在生长繁殖过程中，本身会产生大量的热称为生物热。
培养基中碳水化合物，脂肪，蛋白质等物质被分解为CO2,NH3时释放出的大量能量。
∙（2）搅拌热定义：好气培养的发酵设备都有大功率搅拌。
搅拌带动发酵液作机械运动，造成液体之间、液体和设备之间的磨擦而产生的热。
∙（3）蒸发热（包括Q显）定义：通入发酵罐的空气，其温度和湿度随季节及控制条件的不同而有所变化。
发酵工程习题
《发酵工程》复习资料一、单项选择题1、被现代誉为微生物学鼻祖、发酵学之父的巴斯德 D。
A、首次观察到大量活着的微生物；B、建立了单种微生物的分离和纯培养技术；C、阐明了微生物产生的化学反应本质；D、首次证明酒精发酵是酵母菌所引起的。
2、关于Pirt方程π＝a + bμ，不正确的有 D 。
A、a=0、b≠0：可表示一类发酵；B、a≠0、b ≠ 0：可表示二类发酵；C、a=0、b≠0：可表示三类发酵；D、第二类发酵表明产物的形成和菌体的生长非偶联。
3、代谢参数按性质分可分 C 。
A、物理参数、化学参数和间接参数；B、中间参数和间接参数；C、物理参数、化学参数和生物参数；D、物理参数、直接参数和间接参数。
4、关于菌种低温保藏的原理正确的有 B 。
A、低于最低温度，微生物很快死亡；B、低于最低温度，微生物代谢受到很大抑制，并不马上死亡；C、高于最高温度，微生物很快死亡；D、低于最低温度，微生物胞内酶均会变性。
5、下列不是利用热冲击处理技术提高发酵甘油产量的依据的有 D 。
A、酵母在比常规发酵温度髙10~20℃的温度下经受一段时间刺激后，胞内海藻糖的含量显著增加；B、Lewis发现热冲击能提高细胞对盐渗透压的耐受力；C、Toshiro发现热冲击可使胞内3-磷酸甘油脱氢酶的活力提高15~25%，并导致甘油产量提高；D、Lewis发现热冲击可使胞内3-磷酸甘油脂酶的活力提高15~25%，并导致甘油产量提高。
6、霉菌生长pH为5左右，因此染 C 为多。
A、细菌；B、放线菌；C、酵母菌；D、噬菌体。
7、放线菌由于生长的最适pH为7左右，因此染 A 为多A、细菌；B、酵母菌；C、噬菌体；D、霉菌。
8、不是种子及发酵液无菌状况检测方法的有 D 。
A、酚红肉汤培养基检测；B、平板划线；C、显微镜观察；D、尘埃粒子检测。
9、要实现重组大肠杆菌的高密度培养，最常用和最有效的方法就是B 。
A、反复分批培养；B、分批补料流加培养法；C、连续培养法；D、反复分批流加培养法。
7发酵工艺控制(4)
装不合理，存在死角等是造成染菌的重要原因。
1、发酵罐的渗漏
冷却管的渗漏 发酵罐中最容易渗漏的部件之一 最易穿孔的是冷却列管的弯曲处；冷却水的压力通常 大于罐压，如有微孔，冷却水会进入发酵液引起染菌。 罐体的穿孔 特别是罐底。每年大修时需检查钢板减薄的程度。 有夹套的发酵罐检查罐壁有无渗漏。
2、管件的渗漏
有的放矢。
1、从染菌的规模来分析
（1）、大批发酵罐染菌 发酵罐都出现染菌而且染的是同一种菌，一般是由 空气过滤器失效造成的。对空气系统必须定期检查。 （2）、部分发酵罐(或罐组)染菌
发酵前期可能是种子带菌
中后期可能是中间补料系统或油管路发生问题
（3）、个别发酵罐连续染菌和偶然染菌 大多由设备问题造成.(如阀门的渗漏或罐体腐蚀磨 损，特别是冷却管的穿孔等。) 个别发酵罐的偶然染菌原因比较复杂。
工业发酵研究和开发的主要目标之一：建立一种能达到高 产低成本的可行过程。 达到此目标的重要工艺手段有：菌种的改良、培养基的改 进和补料等生产条件的优化等。 生物过程的控制不仅要从生物学上还要从工 程的观点考虑。由于过程的多样性，生物技 术工厂的控制是一复杂的问题。
常用发酵仪器的最方便的分类为： 就地使用的探头； 其他在线仪器、气体分析；
⑤、消泡剂有时影响发酵或给提炼带来麻烦。
发酵液理化性质对形成的泡沫起决定作用： 发酵液中细胞、蛋白质原料具有稳定泡沫的作用。 多数起泡剂是表面活性物质。蛋白质分子中除分子 引力外，在羧基和氨基之间还有引力，因而形成的液膜 比较牢固，泡沫比较稳定。 发酵液的温度、pH、浓度以及泡沫表面积对泡沫 的稳定性也有一定作用。
空气、蒸汽、水、物料、排气、排污等管及其相应的管 件和阀门。
管道的连接方式、安装方法及选用的阀门形式对防 止污染有很大的关系。 与发酵有关的管路不能同一般化工厂的 化工管路完全一样，而有其特殊要求。
6发酵工艺控制及微生物反应动力学自学习题1
6发酵⼯艺控制及微⽣物反应动⼒学⾃学习题1温度对发酵过程的影响及其控制（三组）1、说说温度和微⽣物⽣长的关系？及温度对发酵⽣产的影响有哪些？（周超）答：⼀⽅⾯随着温度的上升，细胞中依靠酶的⽣物化学反应速率加快，导致微⽣物⽣长速度加快；另⼀⽅⾯，组成细胞的物质如蛋⽩质、核酸等都对温度较敏感，随着温度的升⾼，这些物质的⽴体结构受到破坏，使得依靠酶的化学反应失活，从⽽引起微⽣物⽣长的抑制，甚⾄死亡。
因此只在⼀定的温度范围内，微⽣物的代谢活动和⽣长繁殖才随着温度的上升⽽增加。
温度上升到⼀定程度，开始对微⽣物产⽣不良影响，如果温度继续升⾼，微⽣物细胞功能急骤下降以致死亡。
温度可以影响发酵⽣产中的菌⽣长速率、呼吸强度、产物的⽣成率。
2、举例说说温度影响到微⽣物细胞的⽣物合成⽅向？（周超）答：例如，在四环类抗⽣素发酵中，⾦⾊链丝菌能同时产⽣四环素和⾦霉素，在低于30℃时，它合成⾦霉素的能⼒较强。
随着温度的提⾼，合成四环素的⽐例提⾼。
当温度超过35℃时，⾦霉素的合成⼏乎停⽌，只产⽣四环素。
3、温度可影响培养液的哪些物理性质？举例说明。
（周超）答：温度可以改变发酵液的物理性质，使其中的基质发⽣变化，在发酵⽣产中，温度对所需要的产物建⽴在发酵液上，温度偏低，影响微⽣物的繁殖；偏⾼，影响其代谢⽣长。
例如，温度对氧在发酵液中的溶解度就有很⼤的影响，随着温度的升⾼，⽓体在溶液中的溶解度减⼩，氧的传递速率也会改变。
4、说说温度对细胞内酶的影响？（周超）答：不同的酶的最适温度不同。
在低于其最适温度时，细胞内的代谢速率减慢，酶活性降低，但其基本空间结构不改变；在⾼于其最适温度时，随着温度的不断升⾼，细胞内的代谢加快，酶的供应更⼤，但酶的空间构象改变，失去其活性，可能使细胞内的某些代谢途径改变，最终死亡。
5、什么是发酵热？它由⼏部分组成？并说出它们的来源？（周超）答：发酵热即发酵过程中释放的出来的净热量。
它由五部分构成；⽣物热，即微⽣物在⽣长繁殖过程中，本⾝产⽣的⼤量热，其中微⽣物进⼊对数期以后就产⽣⼤量的⽣物热，与呼吸强度、培养基成分相关；搅拌热，顾名思义即发酵罐搅拌带动液体做机械运动，造成液体之间、液体与设备之间发⽣摩擦；蒸发热是随发酵罐排出的尾⽓带⾛的⽔蒸发的热量，其温度和湿度随控制条件和季节的不同⽽各异，⽔的蒸发以及排出的⽓体还夹带着部分显热散失到外界；显热，由于空⽓、⽔分的改变使得发酵液中的温度改变；辐射热，因罐内外温度不同，发酵液中有部分热通过罐体向外辐射，辐射热在⼀年四季是不同的，冬天影响⼤些，夏天影响⼩些。
啤酒发酵中二氧化碳回收技术及利用
啤酒发酵中二氧化碳回收技术及利用啤酒发酵中二氧化碳回收技术及利用侯晓芳摘要：中国啤酒行业一直存在着综合能耗大、生产成本高、吨酒利润低的问题。
其中二氧化碳作为主要副产物，是一种啤酒生产过程中重要的原料，在啤酒发酵过程中会产生大量的二氧化碳同时在啤酒成产中又会需要大量的二氧化碳做为原料，因此对其回收利用能大幅降低生产成本。
本文论述了对啤酒厂中对二氧化塔的回收技术。
关键字：二氧化碳回收技术利用一、引言众所周知，我国啤酒行业发展速度迅速，总产量已连续多年稳居世界第一，2006年达到 3150 万吨，成为全球名副其实的啤酒大国。
然而中国啤酒行业一直存在着综合能耗大、生产成本高、吨酒利润低的问题。
高投入、高消耗、低产出的特点，使我国整个啤酒行业的经济效益与环境效益非常不理想，能源短缺矛盾日益加剧，所以为增大收益，提高对啤酒副产物的利用率是相当有必要的。
二氧化碳是啤酒发酵过程中的主要副产物，同时啤酒生产中许多工序需要使用二氧化碳。
随着人们对啤酒质量的要求不断提高，二氧化碳在啤酒生产企业中的使用量也在不断增大，同时二氧化碳的采购成本较高，因而越来越多啤酒生产企业都利用二氧化碳回收装置对发酵所产生的二氧化碳进行回收来满足自身生产的需要。
二氧化碳是一种啤酒生产过程中重要的原料，在啤酒发酵过程中会产生大量的二氧化碳同时在啤酒成产中又会需要大量的二氧化碳为原料。
作为啤酒厂二氧化碳的回收和使用平衡问题是做好节约能源和循环经济工作的重要部分。
目前国内大部分啤酒企业二氧化碳回收率低、回收使用不平衡导致在啤酒发酵过程中大量的高纯度的二氧化碳气体白白的排放到大气中，不但造成了能源浪费而且给环境带来了污染，同时啤酒生产中需要购买大量的二氧化碳为啤酒生产的原材料造成了生产成本增加。
所以研究啤酒厂二氧化碳回收和使用的平衡是十分必要的。
二氧化碳同时又是一种制冷剂，编号为 R744。
二氧化碳作为制冷剂对臭氧层破坏较小，对环境的负荷是微不足道的，是一种优质、高效、环保的制冷剂。
第七章 发酵过程的控制
1、发酵温度
4、CO2和呼吸商的影响及控制
• 三．发酵过程中CO2的控制 • CO2浓度受到许多因素的影响，如细胞的 呼吸强度、通气搅拌程度、设备规模、罐 压大小、温度等。通气搅拌程度越大，体 系中CO2浓度越低。 • 工业发酵中，CO2的影响远比溶解氧的影 响要小得多，因此，一般不单独进行控制。
5、基质浓度的影响及补料控 制
压力法
覆膜氧电极 法
极普法
4、CO2和呼吸商的影响及控制
• 一．二氧化碳对发酵过程的影响 CO2影响发酵液的酸碱平衡，使发酵液的 pH值下降，或与其他化学物质发生化学反 应，或与生长必需金属离子形成碳酸盐沉 淀等原因，造成间接作用而影响菌体生长 和产物合成。
4、CO2和呼吸商的影响及控制
• 二．呼吸商与发酵的关系 • 微生物的耗氧速度常用单位质量的细胞(干 重)在单位时间内消耗氧的量，即呼吸商或 比耗氧速率(或呼吸强度)。单位体积培养液， 在单位时间内消耗的氧量称为摄氧率。 • Q氧气 = γ/ Cc 在菌体浓度一定的情况下，摄氧率越大， 呼吸商越大，发酵就越旺盛。
主要内容
由于发酵过程的复杂性，使得发酵过程的控制较为复杂， 目前生产中较常见的参数主要包括：温度、pH值、溶解氧、 空气流量、基质浓度、泡沫、搅拌速率、罐压、效价等。
9 发酵参数和发酵终点的监测与控制 10 发酵过程的计算机控制 设备及管道清洗与消毒的控制
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）；
发酵工艺控制培训课程
发酵的一般流程
培养基配制
种子扩大培养
空气除菌 发酵设备
培养基灭菌
发酵生产
下游处理
提纲
温度控制 pH值控制 溶氧控制 二氧化碳控制 泡沫的控制
1、温度对发酵的影响
对细胞生长的影响：温度升高，从酶反应动力学来看，生 长代谢加快，但由于酶很容易热失活，所以高温时菌体易 于衰老； 对产物形成的影响：菌体生长速率、呼吸强度和代谢产物 形成速率的最适温度往往是不同的；温度升高，一般产物 生成提前； 对生物合成的方向的影响：反馈抑制随温度变化而改变； 对发酵液物理性质及溶解氧的影响：影响氧的溶解和传递， 影响一些基质的分解，间接影响生物合成。
能是不同的； 发酵罐中氧的吸收率很低；（多数＜ 2%；通常＜ 1%） 加大通气量会引起过多泡沫； 消泡剂不利于氧的溶解。
1、氧的传递和传质方程式
①氧传递的阻力：
气相到气液界面；
气液界面；
通过液膜；
液相；
细胞或细胞团表面液膜； 固液界面；
细胞团内；
细胞壁；
反应（生化）阻力。
从空气泡到细胞内总阻力为上述阻力之和。
Q发酵=G·cw·(t1-t2)/V G—冷却水流量； Cw—水的比热； V—发酵液体积。 ②通过发酵液温度随时间上升的速率测定：
Q发酵=(M1c1+ M2c2)·S M1、c1 —发酵液质量、比热； M2、c2 —发酵罐质量、比热； S—温度上升速率。
4、最适温度选择与发酵温度控制
温度变化的一般规律与控制的一般原则
★细胞团内阻力和壁阻力，搅拌减少逆向扩散梯度； 反应阻力，培养基成分，培养条件，产物移去。
1、氧的传递和传质方程式
②气液相间的氧传递和氧传质方程式。 （氧分压和浓度变化图7-7）
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发酵工艺控制——二氧化碳对发酵的影响及控制
一、CO2对菌体生长和产物形成的影响
C02对菌体的生长有直接作用，碳水化合物的代谢及微生物的呼吸速率下降。
大量实验表明，C02对生产过程具有抑制作用。
C02会影响产黄青霉菌的形态。
研究者将产黄青霉菌接种到溶解C02浓度不同的培养基中，发现菌丝形态发生变化。
C02分压0～8％时，菌丝主要是丝状；C02分压15％～22％，则膨胀，粗短的菌丝占优势；C02为0．08X10SPa时，则出现球状或酵母状细胞，致使青霉素合成受阻，其比生产速率降低40％左右。
C02对细胞作用机制是怎样的呢?二氧化碳及HCO3-都会影响细胞膜结构，它们分别作用于细胞膜的不同位点。
C02主要作用在细胞膜的脂肪核心部位。
HCO3-则影响磷脂，亲水头部带电荷表面及细胞膜表面的蛋白质。
当细胞膜的脂质相中C02浓度达临界值时，使膜的流动性及表面电荷密度发生变化，这将导致许多基质的膜运输受阻，影响细胞膜的运输效率，使细胞处于“麻醉”状态，细胞生长受到抑制，形态发生了改变。
二、C02浓度的控制
C02在发酵液中的浓度变化不像溶氧那样，没有一定的规律。
它的大小受到许多因素的影响，如菌体的呼吸强度、发酵液流变学特性、通气搅拌程度和外界压力大小等因素。
设备规模大小也有影响，由于C02的溶解度随压力增加而增大，大发酵罐中的发酵液的静压可达1X105Pa以上，又处在正压发酵，致使罐底部压强可达1.5X105Pa。
因此C02浓度增大，如不改变搅拌转数，C02就不易排出，在罐底形成碳酸，进而影响菌体的呼吸和产物的合成。
为了控制C02的影响，必须考虑C02在培养液中的溶解度、温度和通气情况。
在发酵过程中，如遇到泡沫上升而引起“逃液”时，采用增加罐压的方法来消泡。
但这样会增加C02的溶解度，对菌体生长是不利的。
C02浓度的控制应随它对发酵的影响而定。
如果C02对产物合成有抑制作用，则应设法降低其浓度；若有促进作用，则应提高其浓度。
通气和搅拌速率的大小，不但能调节发酵液中的溶解氧，还能调节C02的溶解度，在发酵罐中不断通人空气，既可保持溶解氧在临界点以上，又可随废气排出所产生的C02，使之低于能产生抑制作用的浓度。
因而通气搅拌也是
控制C02浓度的一种方法，降低通气量和搅拌速率，有利于增加C02在发酵液中的浓度；反之就会减小C02浓度。