第二章发酵过程的工艺控制1

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发酵工艺控制实验报告

发酵工艺控制实验报告
实验目的
1. 了解发酵工艺在食品生产中的重要性；
2. 掌握发酵过程的控制方法；
3. 分析不同控制变量对发酵过程的影响；
4. 通过实验数据分析，提出合理的控制策略。

实验器材和药品
1. 发酵罐
2. 控制系统
3. 发酵液样品
4. 酵母菌
5. 葡萄糖
实验原理
发酵是一种生物过程，利用微生物的代谢活动将底物转化为更有用的产物，例如酒精、醋酸和乳酸等。

发酵过程需要控制多个变量，包括温度、pH值、反应物浓度和搅拌速度等。

合理地控制这些变量可以提高发酵效率和产物质量。

实验步骤
1. 准备工作：清洁发酵罐和控制系统，确保无杂质。

2. 酵母培养：将酵母菌接种到适当的培养基中，培养至活跃状态。

3. 发酵液配置：将适量的。

发酵工艺(1)

《发酵工程与工艺学》1 绪论一、发酵的定义1、传统发酵最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。

2、生化和生理学意义的发酵指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。

3、工业上的发酵泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程，包括：1.厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。

2.通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。

产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等二、发酵的原理：利用微生物的特点：(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。

(2)有极强的消化能力。

(3)有极强的繁殖能力。

三、发酵工程的组成上游工程：(1)对菌种加以改造，提高生产能力或者导入外源基因等以获得工程菌；(2)发酵或生物转化，是通过优化发酵条件如温度、营养、供气量等。

利用工程菌的生物合成，加工和修饰等以获得目的产物；发酵工程下游工程：是运用生物化学、物理学方法分离、纯化产品，最终将产品推向市场并获得社会或经济效益。

五、发酵工程研究内容主要指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。

(1) 有严格的无菌生长环境：包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；(2)在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；(3)种子培养和生产培养的不同的工艺技术。

(4)在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。

(5)由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。

发酵工程的发展历史发酵现象→酿造食品工业→非食品工业→青霉素→抗菌素发酵工业→氨基酸,核酸发酵（代谢控制发酵）→基因工程菌→动物细胞大规模培养→植物细胞大规模培养→藻类细胞大规模培养→转基因动物生物技术的发展基因工程、细胞工程、酶工程和发酵工程四大工程第二章菌种选育第一节微生物的特性及工业微生物的要求一、微生物的特性：1、有些微生物能在厌氧的条件下生长；2、有些微生物能够利用简单的有机物和无机物满足自身的生长；3、有些微生物能进行复杂的代谢；4、有些微生物能利用较复杂的化合物；5、有些微生物能在极端的环境下生长。

发酵工程复习题1

第一篇微生物工业菌种与培养基一、选择题2．实验室常用的培养细菌的培养基是（）A 牛肉膏蛋白胨培养基B 马铃薯培养基C 高氏一号培养基D 麦芽汁培养基3．在实验中我们所用到的淀粉水解培养基是一种（）培养基A 基础培养基B 加富培养基C 选择培养基D 鉴别培养基7．实验室常用的培养放线菌的培养基是（）A 牛肉膏蛋白胨培养基B 马铃薯培养基C 高氏一号培养基D 麦芽汁培养基8．酵母菌适宜的生长pH值为（）A 5.0-6.0B 3.0-4.0C 8.0-9.0D 7.0-7.59．细菌适宜的生长pH值为（）A 5.0-6.0B 3.0-4.0C 8.0-9.0D 7.0-7.510.培养下列哪种微生物可以得到淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、多肽类抗生素、氨基酸、维生素及丁二醇等产品。

A 枯草芽孢杆菌B 醋酸杆菌C 链霉素D 假丝酵母二、是非题1.根据透明圈的大小可以初步判断菌株利用底物的能力( )2.凡是影响微生物生长速率的营养成分均称为生长限制性基质。

（）3.在最适生长温度下，微生物生长繁殖速度最快，因此生产单细胞蛋白的发酵温度应选择最适生长温度。

（）4.液体石蜡覆盖保藏菌种中的液体石蜡的作用是提供碳源( ).5.种子的扩大培养时种子罐的级数主要取决于菌种的性质、菌体的生长速度、产物品种、生产规模等（）6.碳源对配制任何微生物的培养基都是必不可少的．（）7.亚硝基胍能使细胞发生一次或多次突变,尤其适合于诱发营养缺陷型突变株,有”超诱变剂”之称.9.参与淀粉酶法水解的酶包括淀粉酶、麦芽糖酶和纤维素酶等。

（）三、填空题1.菌种扩大培养的目的是提高菌种使用率，降低生产成本。

2.进行紫外线诱变时,要求菌悬液浓度:细菌约为 106个／ml,放线菌为 ,霉菌和酵母为 106～107个／ml. 紫外线(波长240-250nm)的作用机制主要是形成胸腺嘧啶二聚体以改变DNA生物活性，造成菌体死亡和变异。

3.培养基应具备微生物生长所需要的六大营养要素是_ 碳源___、__氮源_、__能源__、__水___、__无机盐 __和____生长因子 ___。

微生物工程课程教学大纲

微生物工程课程教学大纲课程名称：微生物工程（Microbiology Engineering)课程编码:1313073214课程类别：专业课总学时数:60课内实验时数:24学分:2.5开课单位：生命科学学院生物技术教研室适用专业：生物技术适用对象:本科(四年）一、课程的性质、类型、目的和任务微生物工程又称发酵工程，是生物技术专业的专业必修课。

发酵工程是一门综合性很强的课程，涉及到数学、化学、生物学、生物化学、微生物学、物理化学、有机化学、化工原理等多个学科,基础理论性和实践性均很强，同时要求基础理论和生产实践密切结合.在课程讲授过程中，将要按照微生物发酵生产的全过程阐明各个阶段、各种产品生产的原理和技术，讲解理论知识的同时，又重点突出生产的工艺操作和控制技术等实际问题。

因此，该课程需要在理论教学的同时，配合实验的实践环节，也要求学生建立实际生产的概念，在实践中巩固本课程的教学效果，学生利用实验、参观、实习、社会实践等机会，培养分析问题和解决问题的能力。

学生通过该课程的学习将会缩短理论与生产实践的距离,建立用理论知识分析和解决生产实际问题的概念和能力,动手能力也将有所提高。

二、本课程与其它课程的联系与分工本课程与微生物学、生物化学、高等数学、物理化学、化工原理、有机化学等课程有联系,宜在前述课程开设后开设。

三、教学内容及教学基本要求［1]表示“了解”；[2］表示“理解”或“熟悉”；［3］表示“掌握”;△表示自学内容；○表示略讲内容;第一章绪论发酵工程定义［1］;发酵工程的发展史［1];发酵工程的特点［3];发酵工程的分类及应用[2]；发酵工程与现代生物技术的关系[1］;国内外发酵工业概况及其发展趋势［1]；重点：发酵工程的特点难点:发酵工程与现代生物技术的关系教学手段:多媒体教学教学方法：讨论与讲授结合法作业：1．发酵工程的传统概念与现代意义上的概念各指什么?2．发酵工程与传统酿造、化学工程相比有什么特点？课外活动:查阅一种发酵产品的发展现状及与世界先进水平的差距。

发酵工艺重点

第一章绪论发酵的定义：通过微生物的生长和代谢活动，产生和积累人们所需代谢产物的一切微生物培养过程。

发酵工程：是指利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系。

微生物发酵产品分为（按发酵类型）：微生物菌体细胞、酶制剂和酶调节剂、微生物代谢产物（包括初级代谢产物和次级代谢产物）以及微生物转化、工程菌发酵产物等。

发酵培养方法：表面培养发酵法和深层培养发酵法。

液体深层培养法的基本工艺过程：菌种选育、孢子制备、种子制备、发酵培养、发酵液预处理、提取精制、成品检验、成品包装。

第二章菌种选育工业发酵三个技术领域：菌种选育、发酵工艺（上游工程）和分离提取工艺（下游工程）。

菌种选育在发酵生产上的目的：提高发酵产量、改进菌种性能、产生新的发酵产物、去除多余的组分。

微生物突变的修复：光修复、切补修复、重组修复、ＳＯＳ修复系统、ＤＮＡ聚合酶的校正作用。

菌种选育的方法：自然选育、诱变育种、杂交育种、基因工程育种、原生质体育种。

自然选育（natural screening）：是指利用微生物在一定条件下产生自发突变的原理，通过分离、筛选排除衰退型菌株，从中选出维持或高于原有生产菌株的过程，以达到稳定或提高生产的目的。

菌种退化：菌种在长期的传代保存过程中，由于自发突变使菌种变得不纯，生产能力下降。

原因有菌种遗传特性的改变、经诱变剂处理后的退化变异、菌种生理状况的改变（培养条件）。

自然选育的一般过程：单孢子悬浮液的制备、分离出单菌落、单菌落传斜面、摇瓶初筛、菌种保藏、摇瓶复筛、放大试验。

诱变育种（mutation breeding）是利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群体，促进其突变率大幅提高，然后采用简便、高效的筛选方法，从中选出少数具有优良性状的突变菌株。

主要包括出发菌株的选择、诱变处理和筛选突变株三个部分。

诱变育种的步骤：出发菌株的选择、悬浮液的制备、诱变处理、中间培养、突变株的分离和筛选。

发酵工艺原理知识点归纳

所学内容：1、菌种：选育、培养、保藏；2、发酵的概念、原理、参数控制；3、介绍一些产品的发酵过程第一章绪论一、发酵1、发酵的定义：培养生物细胞（包括动物细胞、植物细胞和微生物）来制得产物的过程。

2、发酵工业：根据有无风味要求分为酿造工业和发酵工业。

3、实现发酵需具备的条件：①适宜的微生物；②保证微生物进行代谢的条件（pH、营养、温度等）；③进行发酵的设备；④有提取精制产品的方法和设备二、发酵工业的沿革①天然发酵阶段：嫌气发酵、非纯种培养（靠的是经验），质量不稳定。

②纯种培养技术的建立：巴斯德认识到发酵是由微生物所进行的化学反应；柯赫建立了单种微生物的分离和纯培养技术。

——表面培养、产量少③通气搅拌发酵技术的建立：青霉素④代谢控制发酵技术：运用动态生物化学、遗传学知识，控制生物合理代谢。

⑤开拓发酵原料时期；⑥基因工程阶段三、发酵工业的范围1、微生物菌体发酵：酵母、微生物菌体蛋白（scp 单细胞蛋白）、藻类、活性乳酸菌制剂、真菌、生物杀虫剂。

2、微生物酶发酵：工业应用的酶大都来自微生物发酵。

3、微生物代谢产物发酵初级代谢产物：对数生长期所产生的产物，是菌体生长繁殖所必需的，如氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、类脂、糖类等次级代谢产物：菌体生长静止期中，某些菌体能合成在生长期中不能合成的、具有一些特性的产物，如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子等4、微生物转化发酵：利用微生物细胞的一种或多种酶把一种化合物转变成结构相关的更有经济价值的产物的生化反应，特点是特异性强，包括反应特异性、结构位置特异性和立体特异性。

最古老的生物转化就是利用菌体将乙醇转化成乙酸的醋酸发酵。

5、利用生物技术所得的生物细胞发酵①消除环境污染；②保持生态平衡；③湿法冶金；④利用生物技术所得的生物细胞发酵四、发酵工业的特征1、发酵原料的选择和预处理2、微生物菌种的选育及扩大培养3、发酵设备选择及工艺条件控制4、发酵产物的分离纯化5、发酵废弃物的回收利用五、发展趋势第二章工业微生物的生长与产物的生物合成微生物的特点：体积小、繁殖快、吸收转化快、适应性强、容易变异、分布广、种类多、代谢类型多。

发酵工程试题及答案

发酵工程试题及答案一、名称解释1、前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大的提高。

2、发酵生长因子从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子3、菌浓度的测定是衡量产生菌在整个培养过程中菌体量的变化，一般前期菌浓增长很快，中期菌浓基本恒定。

补料会引起菌浓的波动，这也是衡量补料量适合与否的一个参数。

4、搅拌热：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。

搅拌热与搅拌轴功率有关5、分批培养：简单的过程，培养基中接入菌种以后，没有物料的加入和取出，除了空气的通入和排气。

整个过程中菌的浓度、营养成分的浓度和产物浓度等参数都随时间变化。

6、接种量：接种量＝移入种子的体积/接种后培养液的体积7、比耗氧速度或呼吸强度单位时间内单位体积重量的细胞所消耗的氧气，mmol O2?g菌-1?h-18、次级代谢产物是指微生物在一定生长时期，以初级代谢产物为前体物质，合成一些对微生物的生命活动无明确功能的物质过程，这一过程的产物，即为次级代谢产物。

9、实罐灭菌实罐灭菌（即分批灭菌）将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备加热至灭菌温度后维持一定时间，在冷却到接种温度，这一工艺过程称为实罐灭菌，也叫间歇灭菌。

10、种子扩大培养：指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养,最终获得一定数量和质量的纯种过程。

这些纯种培养物称为种子。

11、初级代谢产物是指微生物从外界吸收各种营养物质，通过分解代谢和合成代谢，生成维持生命活动所需要的物质和能量的过程。

这一过程的产物即为初级代谢产物。

12、倒种：一部分种子来源于种子罐，一部分来源于发酵罐。

发酵过程优化控制-1

发酵过程控制系统
ysp
e
+y
e=ysp-y
u Feedback Controller Gc
发酵过程优化和控制 PID反馈控制器
Disturbance y
Process Gp
Gp(s) : 过程传递函数，以1阶滞后系统为例； Gc(s) : 反馈控制器的传递函数，以PID反馈控制系统为例； G(s)close-loop: 闭回路的传递函数
发酵过程优化和控制
第一节发酵过程控制系统的基本构成，
监测、控制技术。
发酵过程控制系统
发酵过程优化和控制
生物过程的状态参数，测量参数和操作参数
显示过程状态和特征的状态（测量）参数：
1) 一级（直接测定）参数：pH, DO, 电导率，粘度，电脉冲信号，电位，发酵罐进出口气体分压，发酵液的浊度或颜色，重量损耗，酸碱添加总量，菌体浓度，底物（基质）浓度，代谢产物浓度，等等。
dx Ax bu dt y cx d
（1a，1b）
Here x T [x1, x2 ,.....xn ] b T [b1, b2 ,....b. n ]
a11, a12 ,....a. 1n
A
....................
an1, an2 ,....a. nn
c [c1,c2,....c. n ]
*过程的传递函数的表现形式
简单起见，假定d（外部扰动）=0。对(1a,1b)两边取Laplace变
换，可以得到输入输出间的传递函数Gp(s)。 Gp(s)=y(s)/u(s)=c(sI-A)-1b，s表示Laplace变换所代表的复变量。这里s是Laplace变量，I表示单位矩阵，“-1”代表逆矩阵。

任务1-4-1(2)谷氨酸发酵工艺

生物素
（2）磷盐。磷在微生物细胞中含量较高，它是合成核酸、核蛋白、磷脂、各种核苷酸和辅酶的重要元素。如果培养基中不加或少加磷酸盐，则菌体生长缓慢，糖耗慢，最终菌体生长不足。如磷盐过多，糖的降解都通过EMP和 TCA，菌体增殖快。
4.发酵条件控制不当引起的发酵异常
通风量发酵前期通风量不足，影响不大；中后期供氧不足，则谷氨酸生成少。温度发酵前期、中期温度过高，细胞易衰老；温度过低，发酵周期长。 pH
7 泡沫的控制
生产上为了控制泡沫，除了在发酵罐内安装机械消泡器外，还在发酵时加入消泡剂。目前谷氨酸发酵常用的消泡剂有：花生油、豆油、玉米油、棉子油、泡敌和硅酮等。天然油脂类的消泡剂的用量较大，一般为发酵液的0.1%～0.2%(体积分数)，泡敌的用量为0.02%～0.03%(体积分数)。
2 pH的控制
一般发酵前期pH控制在7.5-8.5左右，发酵中、后期 pH控制在7.0～7.2，调低pH的目的在于提高与谷氨酸合成有关的酶的活力。谷氨酸发酵在中性和微碱性条件下可积累谷氨酸，而在酸性条件下则容易形成谷酰胺和N-乙酰谷酰胺。
尿素被谷氨酸生产菌细胞的脲酶所分解放出氨，因而发酵液的pH会上升。
发酵罐
四、发酵异常现象及处理
1.污染杂菌和感染噬菌体引起的发酵异常（1）污染杂菌污染杂菌后，OD值增长快，糖耗也快，且发酵液泡沫增多，但谷氨酸生成量少。处理：如果发酵前期发现杂菌污染，可将培养基重新灭菌，并酌加培养基成分，重新接种后再发酵。如果发酵中期发现染菌，而pH、OD值和糖耗等尚属正常，此时可加大风量，按常规继续发酵。如果发酵后期染菌，一般对发酵影响不大。
2、一级种子培养
培养基：葡萄糖 2.5 ％，尿素 0.5％，硫酸镁 0.04％，磷酸氢二钾 0.1％，玉米浆 2．5—3．5％(按质增减) 硫酸亚铁、硫酸锰各2ppm，PH 6.5—6.8 种不同酌情增减) 。 (培养基成分可因菌

发酵工程知识点

第一部分：微生物工程原理1、概论1.1 发酵工程的概念和特点1.2 发酵工业的发展简史1.3 发酵工程的应用2、生产菌种来源3、微生物代谢调节和代谢工程4、优良菌种选育5、菌种保藏6、培养基7、发酵工艺控制8、参数检测第二部分：微生物工程下游加工工程第三部分：微生物工程生产设备第四部分：微生物工程生产工艺和产品举例第一章概论掌握本章知识点：1、发酵及发酵工程的定义；2、发酵工程研究的内容；3、发酵技术的发展阶段及其技术特点；4、发酵产物类型。

1、发酵、发酵工程的概念和特点1）传统发酵：最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒的生产过程。

2）生化和生理学意义的发酵：指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。

巴斯德：发酵是酵母菌在无氧状态下的呼吸过程，即无氧呼吸，是“生物获得能量的一种方式”。

3）工业上：泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。

包括：厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。

通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。

4）发酵工程：利用微生物的生长代谢活动来生产各种有用生物化学产品的技术过程。

5）发酵工程研究的内容①一条主线：菌种，培养基，种子扩大培养，发酵过程控制，后处理；②两个重点：发酵过程优化，发酵过程放大；③三个层次：反应器水平，细胞水平，分子水平；④四个目标：高转化，高产量，高效率，低成本；6）利用发酵工程进行生产的优点：安全生产，可持续发展。

7）发酵过程存在的问题和缺陷：发酵过程会产生副产物；菌种易发生变异和退化；发酵过程的控制相当复杂；原料主要是农副产品，质量和价格波动较大；与化工过程相比，反应器的效率低；发酵废水量大，并含较高的COD和BOD；；生产过程易受杂菌污染的影响。

8）上游工程：菌种培养发酵工程：发酵罐下游工程：产物提纯2、发酵工业的发展简史1）古老的发酵工业-1900年前（白酒酿造；面包发酵、奶酪制造；酱油、泡菜）特点：多菌混合天然发酵2）早期的发酵工业1900-1940（酒精，乳酸）1680 荷兰列文虎克观察到微生物。

发酵工程试题及答案

发酵工程一、名词解释1、分批发酵：在发酵中，营养物和菌种一次加入进行培养，直到结束放出，中间除了空气进入和尾气排出外，与外部没有物料交换。

2、补料分批发酵：又称半连续发酵，是指在微生物分批发酵中，以某种方式向培养系统不加一定物料的培养技术。

3、絮凝：在某些高分子絮凝剂的作用下，溶液中的较小胶粒聚合形成较大絮凝团的过程。

二、填空1、生物发酵工艺多种多样，但基本上包括菌种制备、种子培养、发酵和提取精制等下游处理几个过程。

2、根据过滤介质截留的物质颗粒大小的不同，过滤可分为粗滤、微滤、超滤和反渗透四大类。

3、微生物的育种方法主要有三类：诱变法，细胞融合法，基因工程法。

4、发酵培养基主要由碳源，氮源，无机盐，生长因子组成。

5、青霉素发酵生产中，发酵后的处理包括：过滤、提炼，脱色，结晶。

6、利用专门的灭菌设备进行连续灭菌称为连消，用高压蒸汽进行空罐灭菌称为空消。

7、可用于生产酶的微生物有细菌、真菌、酵母菌。

常用的发酵液的预处理方法有酸化、加热、加絮凝剂。

8、根据搅拌方式的不同，好氧发酵设备可分为机械搅拌式发酵罐和通风搅拌式发酵罐两种。

9、依据培养基在生产中的用途，可将其分成孢子培养基、种子培养基、发酵培养基三种。

10、现代发酵工程不仅包括菌体生产和代谢产物的发酵生产，还包括微生物机能的利用。

11、发酵工程的主要内容包括生产菌种的选育、发酵条件的优化与控制、反应器的设计及产物的分离、提取与精制。

12、发酵类型有微生物菌体的发酵、微生物酶的发酵、微生物代谢产物的发酵、微生物转化发酵、生物工程细胞的发酵。

13、发酵工业生产上常用的微生物主要有细菌、放线菌、酵母菌、霉菌。

14、当前发酵工业所用的菌种总趋势是从野生菌转向变异菌，从自然选育转向代谢调控育种，从诱发基因突变转向基因重组的定向育种。

15、根据操作方式的不同，液体深层发酵主要有分批发酵、连续发酵、补料分批发酵。

16、分批发酵全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的培养基、接种、发酵过程、放罐和洗罐，所需的时间总和为一个发酵周期。

发酵工艺控制-生化工程(2024版)

温度改变菌体代谢产物的合成方向。如利用金霉素链霉菌NRRLB-1287进行四环素发酵过程中，发酵温度愈高，愈有利于四环素的合成。30℃以下时合成的金霉素增多，在35℃时就只产四环素，而金霉素合成几乎停止。
黄曲霉产生的多组分黄曲霉毒素，在20℃、25℃ 和30℃下发酵所产生的黄曲霉毒素(aflatoxin)G1与 B1的比例分别为3:1、1:2、1:1。又如赭曲霉在10～ 20℃发酵时，有利于合成青霉素，在28℃时则有利于合成赭曲霉毒素A。
量多次补加还可解除对产物合成的阻遏作用，提高产物产量。
溶解氧对发酵的影响与控制
厌氧发酵与好氧发酵需氧微生物只有在氧分子存在的情况下
才能完成生物氧化作用，从而使菌体生长繁殖和积累所需要的代谢产物。
底物氧化需要大量的氧。
在菌体生长期，供氧必须满足菌体呼吸的需氧量，若菌体的需氧量得不到满足，则菌体呼吸受到抑制，从而抑制菌体生长，菌体收率降低。
培养基的影响
基质浓度对培养基物理性质的影响
基质对菌体生长的影响代谢物分解阻遏多重底物的菌体生长
温度的影响
•不同的微生物有不同的适宜生长温度
大多数的工业发酵微生物是中温菌，如霉
菌、放线菌和一般细菌。它们的最适生长温度一般在20～40℃。
菌体生长的最高温度，最低生长温度，最适宜生长温度。
影响发酵温度的因素
生物热：微生物生长繁殖过程中的产热搅拌热：机械搅拌造成的摩擦热蒸发热：被通气和蒸发水分带走的热量辐射热：发酵罐罐体向外辐射的热量显热：空气流动过程夹带着的热量 Q发酵= Q生物+ Q搅拌- Q蒸发 Q通气-Q辐射
生物热(Q生物) 产生菌在生长繁殖过程中产生的热能，叫
微生物进行有氧呼吸产生的热比厌氧发酵产生的热多。

发酵1

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。

08级发酵工程复习题1

第一篇微生物工业菌种与培养基四、名词解释1.培养基:人工配置的供微生物或动植物细胞生长繁殖，代谢和合成人们所需的营养物质和原料。

2.生理酸性物质：经微生物代谢后能形成酸性物质的无机氮源。

3.次级代谢产物：由微生物产生的，与微生物生长繁殖无关的一类物质。

五、问答题1.什么是前体？前体添加的方式？6.依据不同的分类方法，培养基有哪几种类型？7、淀粉酶可以通过微生物发酵生产，为了提高酶的产量，请你设计一个实验，利用诱变育种方法，获得产生淀粉酶较多的菌株，（1）写出主要实验步骤。

（2）根据诱发突变率和诱变不定向性的特点预期实验结果。

答案：（1）主要实验步骤：将培养好的菌株分两组，一组用一定剂量的诱变剂处理，另一组不处理作对照。

配制含淀粉的培养基。

把诱变组的菌株接种于多个含淀粉的培养基上，同时接种对照组，相同条件培养。

比较两种菌株菌落大小，选出透明大的菌株。

预期实习结果：由于诱变率低，诱变组中大多数菌落周围的透明圈大小与对照组相同。

由于诱变不定向性，诱变组中极少数菌落透明圈与对照组相比变大或变小。

第二篇发酵设备三.填空题1.常用的需氧发酵罐有, , , 等,其中作为通用式发酵罐而占据主导地位.2.发酵罐中的搅拌器按液流形式可分为和两种,圆盘涡轮式搅拌器使用比较广泛,圆盘上的搅拌叶一般有, , 三种.3.酒精发酵罐一般为形,底盖和顶盖为碟形或锥形,国内外啤酒厂使用较多的是形发酵罐,4、下图为标准通用式发酵罐的几何尺寸比例图，其中H/D= ，d/D=W/D= , B/D= .四.名词解释机械搅拌发酵罐气升式发酵罐自吸式发酵罐五.简答题(见P85之1\4\6)1. 机械搅拌发酵罐中，搅拌器的搅拌作用是什么？2. 机械搅拌发酵罐的基本结构包括哪些部件？3. 判断下图分别为何种生物反应器？请简述其操作原理。

4、简述好氧发酵过程所需使用哪些设备?5、简述通风机械搅拌发酵罐的基本结构有哪些？第三篇发酵工艺过程的控制三、填空题1. 一条典型的生长曲线至少可分为_ _、__ __、__ _和__ ___四个生长时期。

发酵工程(1)

一、工业化菌种的要求:能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物能够利用有关合成产物的途径尽可能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强遗传性能要相对稳定不易感染其它种类微生物或噬菌体产生菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关）生产特性要符合工艺要求二、发酵过程pH变化的原因及其控制:原因：1、基质代谢（1）糖代谢特别是快速利用的糖，分解成小分子酸、醇，使pH下降。

糖缺乏，pH上升，是补料的标志之一（2）氮代谢当氨基酸中的-NH2被利用后pH会下降；尿素被分解成NH3，pH上升，NH3利用后pH下降，当碳源不足时氮源当碳源利用pH上升。

（3）生理酸碱性物质利用后pH会上升或下降2、产物形成某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。

如有机酸类产生使pH下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。

某些产物本身呈酸性或碱性，使发酵液pH变化。

如有机酸类产生使pH下降，红霉素、洁霉素、螺旋霉素等抗生素呈碱性，使pH上升。

3、菌体自溶，pH上升，发酵后期，pH上升。

控制方法：1、调节好基础料的pH。

基础料中若含有玉米浆，pH呈酸性，必须调节pH。

若要控制消后pH在6.0，消前pH往往要调到6.5~6.82、在基础料中加入维持pH的物质，如CaCO3 ，或具有缓冲能力的试剂，如磷酸缓冲液等3、通过补料调节pH在发酵过程中根据糖氮消耗需要进行补料。

在补料与调pH没有矛盾时采用补料调pH如（1）调节补糖速率，调节空气流量来调节pH(2)当NH2-N低，pH低时补氨水；当NH2-N低，pH高时补(NH4)2SO44、当补料与调pH发生矛盾时，加酸碱调pH三、发酵过程引起温度变化的因素在发酵过程中产生菌分解基质产生热量，机械搅拌产生热量，而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。

这各种产生的热量和各种散失的热量的代数和就叫做净热量。

发酵热引起发酵液的温度上升。

发酵热大，温度上升快，发酵热小，温度上升慢。

发酵车间操作规程 (2)

发酵车间操作规程标题：发酵车间操作规程引言概述：发酵车间是食品加工行业中一个重要的环节，操作规程的严谨性直接影响产品的质量和安全。

本文将从发酵车间操作规程的角度，详细介绍相关内容。

一、操作人员要求1.1 操作人员需接受专业培训，了解发酵车间的工作流程和操作规程。

1.2 操作人员需佩戴相关防护用具，如手套、口罩和工作服，以确保操作安全。

1.3 操作人员需具备基本的食品安全知识，严格遵守卫生规定，保持工作环境清洁。

二、设备操作规程2.1 发酵罐操作：操作人员需按照操作手册的要求，正确操作发酵罐的控制面板，调节温度、湿度和氧气浓度。

2.2 搅拌设备操作：定期检查搅拌设备的运行状态，保持设备清洁，避免发酵物料不均匀。

2.3 清洁消毒：发酵罐和设备在使用前后需进行严格的清洁消毒，防止交叉污染。

三、原料处理规程3.1 原料采购：选择优质原料，保证产品的质量和口感。

3.2 原料配比：按照配方要求进行原料配比，确保发酵过程中微生物的生长。

3.3 原料加工：对原料进行必要的加工处理，如研磨、破碎或蒸煮，以提高发酵效果。

四、发酵过程控制规程4.1 温度控制：根据产品要求设定合适的发酵温度，保持恒定。

4.2 时间控制：严格控制发酵时间，避免过度或不足发酵。

4.3 检测监控：定期对发酵过程进行检测，监控微生物的生长情况，确保产品质量。

五、成品存储规程5.1 包装封装：对发酵完成的产品进行包装封装，防止外界污染。

5.2 温湿度控制：存储环境需保持适宜的温度和湿度，避免产品受潮或变质。

5.3 货物运输：在运输过程中注意轻放，避免挤压或震动，确保产品的完整性。

结论：发酵车间操作规程的严格执行对产品的质量和安全至关重要。

只有严格按照规程操作，才能生产出优质的发酵产品，保障消费者的健康和安全。

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。

6.2发酵过程工艺控制目的和方法(1)

7.2.1 发酵过程工艺控制的目的

有一个好的菌种以后要有一个配合菌种生长的最佳条件，种生长的最佳条件，使菌种的潜能发挥出来目标是得到最大的比生产速率和最大的生产率
7.2.1 发酵过程工艺控制的目的
发挥菌种的最大生产潜力考虑之点菌种本身的代谢特点生长速率、生长速率、呼吸强度、营养要求（酶系统）、）、代谢速率强度、营养要求（酶系统）、代谢速率温度、pH、菌代谢与环境的相关性温度、pH、渗透压、离子强度、溶氧浓度、透压、离子强度、溶氧浓度、剪切力等
7.2 发酵过程工艺控制的目的和方法
7.2 发酵过程工艺控制的目的和方法
发酵过程控制是发酵的重要部分控制难点：控制难点：过程的不确定性和参数的非线性同样的菌种，同样的培养基在不同工厂，不同样的菌种，同样的培养基在不同工厂，同批次会得到不同的结果，同批次会得到不同的结果，可见发酵过程的影响因素是复杂的。影响因素是复杂的。比如设备的差别、水的差别、比如设备的差别、水的差别、培养基灭菌的差别，菌种保藏时间的长短，差别，菌种保藏时间的长短，发酵过程的细微差别都会引起微生物代谢的不同。微差别都会引起微生物代谢的不同。了解和掌握分析发酵过程的一般方法对于控制代谢是十分必要的。是十分必要的。
7.2.1 发酵过程工艺控制的目的
发酵过程受到多因素又相互交叉的影响如菌本身的遗传特性、物质运输、能量平衡、菌本身的遗传特性、物质运输、能量平衡、工程因素、环境因素等等。因此发酵过程的控制程因素、环境因素等等。具有不确定性和复杂性
7.2.2 发酵过程研究的方法和层次
1、研究方法单因子实验：对实验中要考察的因子逐个进行试验，单因子实验：对实验中要考察的因子逐个进行试验，寻找每个因子的最佳条件。寻找每个因子的最佳条件。一般用摇瓶做实验优点:一次可以进行多种条件的实验，优点:一次可以进行多种条件的实验，可以在较快时间内得到的结果。间内得到的结果。缺点:如果考察的条件多，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，各因子之间可能会产生交互作用，影响的结果准确性