发酵工艺学课件第9章 发酵过程的放大
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发酵工艺课件word版
第Ⅰ部分典型厌氧固体发酵生产工艺¡ª¡ª白酒和黄酒的酿造（酵母菌发酵产品）第Ⅱ部分典型厌氧液体深层发酵生产工艺¡ª¡ª啤酒和葡萄酒的酿造（酵母菌发酵产品）第Ⅲ部分典型好氧固体发酵生产工艺¡ª¡ª酱油、食醋的酿造和食用菌的发酵生产（分别为霉菌、细菌、食用真菌发酵产品）第Ⅳ部分典型好氧液体深层发酵生产工艺¡ª¡ª高活性干酵母、柠檬酸、谷氨酸、抗生素的发酵生产（分别为酵母菌、霉菌、细菌、放线菌发酵产品）第Ⅴ部分典型耐氧液体深层发酵生产工艺¡ª¡ª发酵乳及其饮料的发酵生产（乳酸细菌发酵产品）第I部分典型厌氧固体发酵生产工艺第Ⅰ部分典型厌氧固体发酵生产工艺第一章白酒酿造第一节概述第二节白酒酿造的原辅料第三节白酒酿造中的微生物及各种糖化发酵剂（酒曲）的制备第四节白酒的传统酿造工艺第五节白酒酿造的新工艺新技术简介第六节白酒的质量与评价第一节概述第一节概述（二）中国白酒的起源我国蒸馏酒（白酒）的起源产生于酿造酒（黄酒）的蒸馏，所以，白酒的起源应从酿造酒和酒曲的起源开始。
●我国酿造酒的起源：在《世本》中，有¡°仪狄造酒¡±的记载；而在《事物纪原》中有¡°杜康造酒¡±的记载。
因此，我国酿造酒的历史约有5000年。
●我国酒曲的起源¡ª¡ª酒曲的发展分为：天然酒曲和人工酒曲两个阶段，距今也有约5000年的历史。
¡ª¡ª酒曲的发明是我国劳动人民对世界的伟大贡献，被称为除四大发明之外的第五大发明。
●我国白酒的起源¡ª¡ª我国蒸馏酒（白酒）是在酿造酒（黄酒）的基础上，随着甑桶蒸馏技术的发明而出现的。
发酵工艺基本原理课件
发酵过程的控制
温度控制
温度是影响微生物生长和代谢的重要 因素，通过调节温度可以控制发酵过 程。
pH控制
pH对微生物的生长和产物合成有重 要影响，通过添加酸或碱来调节pH 。
溶氧控制
某些微生物在发酵过程中需要充足的 溶氧，通过控制通气速率和搅拌速率 来满足。
泡沫控制
通过添加消泡剂或调节搅拌速率来控 制发酵过程中的泡沫。
03
02
医药工业
用于生产抗生素、维生素等药品。
环境治理
用于处理废水、废气等污染物，实 现环保和资源化利用。
04
02
发酵微生物
发酵微生物的种类
01
02
03
细菌
如乳酸菌、醋酸菌等，是 发酵工业中应用最早、最 广泛的微生物。
霉菌
如曲霉、根霉等，能够产 生丰富赤酵母等 ，主要用于酒精发酵和面 包制作。
发酵产物的提取和精制
提取
根据发酵产物的性质和溶解度，采用 不同的提取方法，如溶剂萃取、沉淀 法、吸附法等。
精制
通过物理或化学的方法，去除杂质， 提高发酵产物的纯度和质量。常见的 精制方法有结晶、离子交换、色谱分 离等。
发酵产物的应用
食品工业
如酒精饮料、面包、酸奶 等食品的制造。
农业
如植物生长调节剂、生物 农药等的生产。
厌氧发酵罐
专为厌氧发酵设计，具有严格密封和搅拌装 置，以维持厌氧环境。
发酵设备的选择
根据发酵工艺要求
不同的发酵工艺需要不同类型的设备，选择 时应考虑工艺的特殊要求。
设备材质与耐腐蚀性
选择耐腐蚀、耐高温、耐压的材质，以确保 设备的长期稳定运行。
设备容量与生产规模相适应
确保设备容量与生产规模相匹配，避免浪费 或不足。
发酵工程 ppt课件
4.1 主要发酵类型
微生物菌体发酵
以获得具有某种用途的菌体为目的。 例如：①酵母的生产。
②生物防治。 鳞翅目、双翅目害虫 苏云金杆菌、蜡样芽胞杆菌、 侧孢芽孢杆菌 松毛虫——白僵菌、绿僵菌
问题草莓
据中国之声《新闻纵横》报道，日前一则关于草莓的报道让不 少消费者感到担心 —— 报道说，记者随机在北京新发地农产品 批发市场、美廉美超市、昌平采摘园以及路边的草莓摊购买了 8 份草莓样品，送到北京农学院检测，结果都检出了乙草胺成分， 它被列为 b － 2 类致癌物。但对于这个结果，很多业内人士都觉 得不可思议，理论上，乙草胺不应该出现在草莓里。
利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来 制备微生物菌体或其代谢产物的过程。
路易斯· 巴斯德（Louis Pasteur)
近代微生物奠基人 巴氏消毒法
每一种发酵作用都是由于一种微菌的发展。 每一种传染病都是一种微菌在生物体内的发展。
传染病的微菌，在特殊的培养之下可以减轻毒
力，病菌可以被改造成防病的疫苗。
连续发酵的优缺点
优点
能维持基质浓度 可以提高设备利用率和单位时间的产量 便于自动控制 菌种发生变异的可能性较大 要求严格的无菌条件
缺点
4.3.1.3 补料分批发酵
又称半连续发酵，是介于分批发酵和连续发 酵之间的一种发酵技术，是指在微生物分批 发酵中，以某种方式向培养系统补加一定物 料的培养技术。
进作用，也有可能有抑制作用。
4.3.2.4 CO2 对发酵的影响
CO2对菌体具有抑制作用，当排气中CO2的浓度 高于4%时，微生物的糖代谢和呼吸速率下降。 例如，发酵液中CO2的浓度达到1.6×10-1mol，就 会严重抑制酵母的生长；当进气口CO2的含量占混 合气体的80%时，酵母活力与对照相比降低20%。
发酵工艺学课件第9章 发酵过程的放大
其他的比拟放大方法
（二）恒混合时间 混合时间的定义是把少许具有与搅拌罐内的 液体相同物性的液体注入搅拌罐内，两者达 到分子水平的均匀混合所需要的时间。 混合时间主要与发酵液的粘度有关，通常， 低粘度的液体混合时间要少于高粘度的液体。 另外，放大罐的体积越大，混合时间就越长。
其他的比拟放大方法
由此可以看出，比拟放大虽然必须以理性知 识为基础，但也离不开丰富的实际运转经验， 特别是对于非牛顿流体发酵系统尤其如此。 直到最近，比拟放大的现状仍然如此。
比拟缩小的原理、方法与比拟放大相同。
值得注意的是， Po/V与传质系数之间的确 存在着重要的关系，但Po/V相等并不意味着 kLa相等。二者之间没有必然的联系。
其他的比拟放大方法
（一）恒周线速度
丝状菌发酵受剪率、特别是搅拌叶轮尖端线速度的影 响较为明显。如果仅仅保持kLa相等或Po/V相等，可能 会导致严重的失误。在Po/V相等的条件下，D/T比越小， 造成的剪率越大，也有利于菌丝团的破碎和气泡的分 散，这对于产物抑制的发酵有重要意义。所以，对于 这类发酵体系，搅拌涡轮周线速度也被认为是比拟放 大的基准之一。
以kLa为基准的比拟放大法
有的菌种在深层发酵时耗氧速率很快，因此 溶氧速率能否与之平衡就可能成为生产的限 制性因素。耗氧速率可以用实验法测定。在 小型试验发酵罐里进行发酵过程，用适当的 仪器记录发酵液中的溶氧浓度。
以Po/V相等为准则的比拟放大
对于溶氧速率控制的非牛顿发酵液系统，把 Po/V相等作为比拟放大的准则就非常方便， 同时也避免了微生物参与所带来的计算kLa的 困难。
生物反应器的放大原则（二）
（三）恒定传氧系数kLa放大 这个方法抓住了传氧这一关键因素，目前应用很 多。具体应用中要注意几个问题。 1.小试中要测得准确的kLa值，选择合适的计算公 式。 2.注意各计算kLa公式在放大中参数的变化及适用 范围。 3.按照计算P0/Pg选择通气比，计算Vs求kL来计算
9 微生物工程 第九章 发酵罐的设计与放大
④ 使不均匀的另一液相均匀悬浮或充分乳化；
⑤ 强化相间的传质；
⑥ 强化传热。
发酵罐的组成：
主要包括
釜体
搅拌装置
传热装置 轴封装置
其他的附件：
各种接管（为了便于检修内件及加料、排料）、 温度计、压力表、视镜、安全泄放装置等。
釜体：由筒体和两个封头组成。 作用：为物料进行化学反应提供一定的空间。 搅拌装置：由传动装置、搅拌轴和搅拌器组成。
④ 固定化发酵罐：
圆筒形的容器中填充固定化酶或固定 化微生物进行生物催化反应的的装置。
生物利用率高。
⑤ 自吸式发酵罐：
特点：不需其他气源提供压缩空气，搅拌器带有中
央吸气口。搅拌过程中自吸入过滤空气，适用于需
氧低的发酵。
与通用发酵罐的主要区别
① 特殊的搅拌器（由转子和定子组成）；
② 没有通气管。
叶尖端线速度
n1d 1 n 2d 2
n2 d 1 n1 d 2
放大方法
经验
放大法
量纲 分析法
时间 常数法
数学模型 放大法
某一变量与变化率之比
经验放大法
几何相似放大法
非几何相似法
(1)几何相似放大法：
放大后发酵罐的空气流量、搅拌转速和 消耗功率——操作参数的放大。
空气流
几何尺寸 的确定
右图为改进的 旋风式消泡器， 它可以和消泡 剂盒配合使用， 并根据发酵罐 内的泡沫情况 自动添加消泡 剂。
（5） 空气分布器
作用：吹入无菌空气，并使空气均匀分布。
形式：单管；环形管
空气由分布管喷出上升时，被搅拌器打碎成小气
泡，并与发酵液充分混合，增加了气液传质效果。
第八章 发酵过程的放大
第八章 发酵过程的放大
“发酵放大是一门艺术，而不是一门科学” —— A.E.Humphrey
就目前为止，生化放大过程一直是一 个难题。
虽然很难用理论分析，但是并不是放大 问题没解决就不能放大，反应器的不足 可以通过工艺及控制手段来弥补，工艺 的欠缺也可以通过改善反应器型式来修 正。
主要内容
2、接种方式不同，摇瓶是吸管加入，发酵罐是火焰 直接接种（当然有其他的接种方式），要考虑接种时 的菌株损失和菌种的适应性等。
3、空气的通气方式不同，摇瓶是表面 直接接触。发酵罐是和空气混合接触， 考虑二氧化碳的浓度和氧气的融解情况。
4、蒸发量不同，摇瓶的蒸发量不好控 制，湿度控制好的话，蒸发量会少。发 酵罐蒸发量大，但是可以通过补料解决 的。
➢ 第一节 发酵放大的原则及方法 ➢ 第二节 以摇瓶取得数据为依据进行发酵过程和发
酵罐放大 ➢ 第三节 小型罐到大型罐的放大
工业发酵过程的放大
第一阶段 实验室规模，进行菌种的筛选和培养基的研究
第二阶段 中试工厂规模，确定菌种培养的最佳操作条件
第三阶段 工厂大规模生产
第一节 发酵放大的原则及方法
2.供氧方面的阻力
于氧：是k1气难1 膜溶；气体：，气所k12 液以界面即；液膜：处液1的膜k13阻；力是：主发要酵k14阻液力；来由
源；
k3
3.耗氧方面的阻力
传递k：；18 胞k15 外：液为膜耗；氧方：面k菌6、的k1k丝67 阻丛力；主要：来细源k1胞7 ；膜另；外
：胞内 受菌
体生理及培k养8 基成分如pH不适、代谢产物积累等影响。
以kLa为基准的比拟放大法
有的菌种在深层发酵时耗氧速率很快， 因此溶氧速率能否与之平衡就可能成为 生产的限制性因素。耗氧速率可以用实 验法测定。在小型试验发酵罐里进行发 酵过程，用适当的仪器记录发酵液中的 溶氧浓度。
“发酵放大是一门艺术，而不是一门科学” —— A.E.Humphrey
就目前为止，生化放大过程一直是一 个难题。
虽然很难用理论分析，但是并不是放大 问题没解决就不能放大，反应器的不足 可以通过工艺及控制手段来弥补，工艺 的欠缺也可以通过改善反应器型式来修 正。
主要内容
2、接种方式不同，摇瓶是吸管加入，发酵罐是火焰 直接接种（当然有其他的接种方式），要考虑接种时 的菌株损失和菌种的适应性等。
3、空气的通气方式不同，摇瓶是表面 直接接触。发酵罐是和空气混合接触， 考虑二氧化碳的浓度和氧气的融解情况。
4、蒸发量不同，摇瓶的蒸发量不好控 制，湿度控制好的话，蒸发量会少。发 酵罐蒸发量大，但是可以通过补料解决 的。
➢ 第一节 发酵放大的原则及方法 ➢ 第二节 以摇瓶取得数据为依据进行发酵过程和发
酵罐放大 ➢ 第三节 小型罐到大型罐的放大
工业发酵过程的放大
第一阶段 实验室规模，进行菌种的筛选和培养基的研究
第二阶段 中试工厂规模，确定菌种培养的最佳操作条件
第三阶段 工厂大规模生产
第一节 发酵放大的原则及方法
2.供氧方面的阻力
于氧：是k1气难1 膜溶；气体：，气所k12 液以界面即；液膜：处液1的膜k13阻；力是：主发要酵k14阻液力；来由
源；
k3
3.耗氧方面的阻力
传递k：；18 胞k15 外：液为膜耗；氧方：面k菌6、的k1k丝67 阻丛力；主要：来细源k1胞7 ；膜另；外
：胞内 受菌
体生理及培k养8 基成分如pH不适、代谢产物积累等影响。
以kLa为基准的比拟放大法
有的菌种在深层发酵时耗氧速率很快， 因此溶氧速率能否与之平衡就可能成为 生产的限制性因素。耗氧速率可以用实 验法测定。在小型试验发酵罐里进行发 酵过程，用适当的仪器记录发酵液中的 溶氧浓度。
发酵工程 ppt课件
100%
酵母菌
单细胞真菌，具有真核细胞结构 ，有产孢子繁殖和水生、好气性 生长及醇发酵和糖发酵等类型。
80%
霉菌
丝状真菌的俗称，意即多细胞的 真菌，在自然界中广泛存在。
微生物的营养需求
水
微生物细胞的主要组成部分， 是良好的溶剂，能维持酶活性 ，参与代谢反应。
无机盐
参与细胞构成和代谢反应，对 细胞的渗透压平衡和酸碱平衡 起着重要作用。
利用发酵技术生产面包、啤酒 、酸奶等食品。
医药工业
生产抗生素、疫苗、干扰素等 生物药物。
化学工业
生产燃料、化学品、塑料等物 质。
环境治理
利用微生物处理废水、废气， 实现环境保护和治理。
02
发酵工程的基本原理
微生物的种类与特性
80%
细菌
根据形态可分为球菌、杆菌、螺 旋菌等，根据对人类的关系可分 为致病菌、条件致病菌和益生菌 。
细胞分离
通过离心、过滤等技术将菌体从发酵液中分离出 来。
产物纯化
通过一系列的分离纯化技术，如蒸馏、结晶、色 谱等，将产物纯化至所需的规格和纯度。
04
发酵工程的应用实例
酒精发酵Βιβλιοθήκη 010203
酒精发酵简介
酒精发酵是一种通过酵母 菌将糖类物质转化为乙醇 的过程，广泛应用于酒精 饮料、化工等领域。
酒精发酵工艺流程
提高产物的产量与质量
代谢工程
通过代谢工程手段，对微生物的代谢途径进行优化，提高目标产 物的产量和纯度。
过程控制
采用先进的传感器和在线监测技术，实时监测发酵过程，实现精 准控制，提高产物质量。
降低生产成本与环境污染
节能减排技术
采用新型发酵设备，提高设备利用率和能源利用效率，降低能耗和碳排放。
食品发酵工艺学PPT课件
第9页/共49页
5）易受污染
由于发酵培养基营养丰富，各种来源的微 生物都很容易生长，发酵与酿造过程要严格控制 杂菌污染，有许多产品必须在密闭条件下进行发 酵，在接种前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）菌种选育
发酵与酿造最重要的因素是菌种，通过各 种菌种选育手段得到高产的优良菌种，是能否创 造显著经济效益的关键。另外，生产过程中菌种 会不断地变异，因此，自始至终都要进行菌种的 选育和优化工作，以保持菌种的基本特征和优良 性状。
第29页/共49页
3.分子生物学发展阶段（成熟期）
J.D.Waston, H.F.C.Crick 发现DNA双螺旋模型
第30页/共49页
Watson 和 Crick
❖1956年，Watson 和 Crick发现DNA
双螺旋结构，为微生 物遗传学及育种技术 的研究带来极大发展。
第31页/共49页
三、发酵工业的工程技术发展史
第17页/共49页
巴斯德的功绩：
彻底否定了自然发生说 证实发酵由微生物引起 免疫学—预防接种 发明巴氏消毒法
第18页/共49页
巴斯德的曲颈瓶实验
第19页/共49页
曲颈瓶试验装置
42-43oC下培养 的老龄炭疽菌
37oC下培养 的新鲜炭疽菌
几星期后 获免疫力
巴斯德发现免疫现象
第20页/共49页
科
第15页/共49页
Leeuwenhoek 1684年寄 给皇家协会信的部分内容
Anthnoy van Leeuwenhoek与他的显微镜
第16页/共49页
2.微生物生理学发展阶段
生理学发展阶段代表人物和重要事：
5）易受污染
由于发酵培养基营养丰富，各种来源的微 生物都很容易生长，发酵与酿造过程要严格控制 杂菌污染，有许多产品必须在密闭条件下进行发 酵，在接种前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）菌种选育
发酵与酿造最重要的因素是菌种，通过各 种菌种选育手段得到高产的优良菌种，是能否创 造显著经济效益的关键。另外，生产过程中菌种 会不断地变异，因此，自始至终都要进行菌种的 选育和优化工作，以保持菌种的基本特征和优良 性状。
第29页/共49页
3.分子生物学发展阶段（成熟期）
J.D.Waston, H.F.C.Crick 发现DNA双螺旋模型
第30页/共49页
Watson 和 Crick
❖1956年，Watson 和 Crick发现DNA
双螺旋结构，为微生 物遗传学及育种技术 的研究带来极大发展。
第31页/共49页
三、发酵工业的工程技术发展史
第17页/共49页
巴斯德的功绩：
彻底否定了自然发生说 证实发酵由微生物引起 免疫学—预防接种 发明巴氏消毒法
第18页/共49页
巴斯德的曲颈瓶实验
第19页/共49页
曲颈瓶试验装置
42-43oC下培养 的老龄炭疽菌
37oC下培养 的新鲜炭疽菌
几星期后 获免疫力
巴斯德发现免疫现象
第20页/共49页
科
第15页/共49页
Leeuwenhoek 1684年寄 给皇家协会信的部分内容
Anthnoy van Leeuwenhoek与他的显微镜
第16页/共49页
2.微生物生理学发展阶段
生理学发展阶段代表人物和重要事：
第9章 微生物发酵技术
第九章 微生物发酵技术
第一节 微生物发酵概论 第二节 工业发酵的工艺流程 第三节 工业发酵的主要产品
发酵工程是一门具有悠久历史，又融合了现代 科学的技术，是现代生物技术的组成部分。本 章主要介绍发酵工程的基本内容和基本原理， 重点介绍了工业发酵的工艺流程,还介绍了典型 产品的发酵生产工艺，如青霉素，谷氨酸和维 生素C的生产。
青霉素是最早发现并用于临床的—种抗生素，1928年为英国人 A . Fleming发现，40年代投入工业生产。在二战期间立刻大显身 手，它能有效控制伤口的细菌感染，挽救了数百万战争中受伤者 的性命。我们就以青霉素为例简单介绍抗生素的发酵生产过程。
(一)青霉素发酵生产菌株
最初由弗莱明分离的点青霉，只能产生2 U／ml的青霉素。 目前全世界用于生产青霉素的高产菌株，大都由菌株Wis Q l76(一种产黄青霉)经不同改良途径得到。70年代前育种采用 诱变和随机筛选方法，后来由于原生质体融合技术、基因克 隆技术等现代育种技术的应用，青霉素工业发酵生产水平已 达85 000U／ml以上。青霉素生产菌株一般在真空冷冻干燥状 态下保存其分生孢子，也可以用甘油或乳糖溶剂作悬浮剂， 在－70度冰箱或液氮中保存孢子悬浮液和营养菌丝体。
三、微生物发酵工业所用菌种
优良的微生物菌种是发酵工业的基础和关键，微生物资源非常 丰富，广泛分布于土壤、水和空气中，尤以土壤中为最多
1.从微生物分类学的角度把所需菌种分为：细菌类如短杆菌、枯 草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、梭状芽孢杆 菌等；酵母菌如啤酒酵母、酒精酵母、汉逊酵母和假丝酵母 等；霉菌如黄曲霉、红曲霉、青霉菌和赤霉菌等；放线菌如 各种抗生素，链、庆大等。
(3)脱色 在二次B A提取液中加活性炭150 一300g／10亿单位， 脱色、过滤。
第一节 微生物发酵概论 第二节 工业发酵的工艺流程 第三节 工业发酵的主要产品
发酵工程是一门具有悠久历史，又融合了现代 科学的技术，是现代生物技术的组成部分。本 章主要介绍发酵工程的基本内容和基本原理， 重点介绍了工业发酵的工艺流程,还介绍了典型 产品的发酵生产工艺，如青霉素，谷氨酸和维 生素C的生产。
青霉素是最早发现并用于临床的—种抗生素，1928年为英国人 A . Fleming发现，40年代投入工业生产。在二战期间立刻大显身 手，它能有效控制伤口的细菌感染，挽救了数百万战争中受伤者 的性命。我们就以青霉素为例简单介绍抗生素的发酵生产过程。
(一)青霉素发酵生产菌株
最初由弗莱明分离的点青霉，只能产生2 U／ml的青霉素。 目前全世界用于生产青霉素的高产菌株，大都由菌株Wis Q l76(一种产黄青霉)经不同改良途径得到。70年代前育种采用 诱变和随机筛选方法，后来由于原生质体融合技术、基因克 隆技术等现代育种技术的应用，青霉素工业发酵生产水平已 达85 000U／ml以上。青霉素生产菌株一般在真空冷冻干燥状 态下保存其分生孢子，也可以用甘油或乳糖溶剂作悬浮剂， 在－70度冰箱或液氮中保存孢子悬浮液和营养菌丝体。
三、微生物发酵工业所用菌种
优良的微生物菌种是发酵工业的基础和关键，微生物资源非常 丰富，广泛分布于土壤、水和空气中，尤以土壤中为最多
1.从微生物分类学的角度把所需菌种分为：细菌类如短杆菌、枯 草芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌、梭状芽孢杆 菌等；酵母菌如啤酒酵母、酒精酵母、汉逊酵母和假丝酵母 等；霉菌如黄曲霉、红曲霉、青霉菌和赤霉菌等；放线菌如 各种抗生素，链、庆大等。
(3)脱色 在二次B A提取液中加活性炭150 一300g／10亿单位， 脱色、过滤。
《发酵工艺原理》课件
详细描述
发酵是通过微生物或酶的代谢活动，将有机物质转化为更简单的化合物或能量的生物化学过程。在发酵过程中， 微生物或酶可以将底物转化为有用的产品，如酒精、乳酸、醋酸等。根据产物的不同，发酵可以分为多种类型， 如酒精发酵、乳酸发酵、醋酸发酵等。
发酵技术的发展历程
总结词
发酵技术的发展经历了漫长的历程，从古代酿酒到现代工业发酵，技术的不断改进和创 新推动了发酵工业的快速发展。
04 发酵工艺流程与设的基本流程，包括原料准备、菌种制备、发酵过
程、产物提取等阶段。
发酵工艺分类
02
根据发酵原料、菌种和产物不同，对发酵工艺进行分类，如酒
精发酵、乳酸发酵等。
发酵工艺应用
03
介绍发酵工艺在食品、医药、化工等领域的应用，以及其发展
前景。
详细描述
发酵技术的发展历程可以追溯到古代酿酒技术，人们通过控制微生物的生长和代谢，将 粮食转化为酒精。随着科技的不断进步，现代工业发酵技术得到了迅速发展，人们开始 利用微生物或酶进行大规模的工业化生产，如氨基酸、抗生素、酶制剂等。技术的不断
改进和创新使得发酵工业的生产效率和质量得到了显著提高。
发酵工业的应用领域
要点一
总结词
发酵工业的应用领域非常广泛，涉及到食品、医药、农业 、环保等多个领域。
要点二
详细描述
发酵工业的应用领域非常广泛，其中最常见的是食品工业 中的应用，如面包、啤酒、酸奶等产品的生产。此外，发 酵技术还在医药领域中发挥着重要作用，如抗生素、疫苗 、生长因子等的生产。在农业领域中，发酵技术可以用于 生产植物生长调节剂、杀虫剂等。此外，在环保领域中， 发酵技术可以用于废水的处理和有机废物的资源化利用。
提取方法
发酵产物可以通过不同的提取方法进 行分离，如沉淀法、离心法、萃取法 等。这些方法的选择取决于产物的性 质和所需的纯度。
发酵是通过微生物或酶的代谢活动，将有机物质转化为更简单的化合物或能量的生物化学过程。在发酵过程中， 微生物或酶可以将底物转化为有用的产品，如酒精、乳酸、醋酸等。根据产物的不同，发酵可以分为多种类型， 如酒精发酵、乳酸发酵、醋酸发酵等。
发酵技术的发展历程
总结词
发酵技术的发展经历了漫长的历程，从古代酿酒到现代工业发酵，技术的不断改进和创 新推动了发酵工业的快速发展。
04 发酵工艺流程与设的基本流程，包括原料准备、菌种制备、发酵过
程、产物提取等阶段。
发酵工艺分类
02
根据发酵原料、菌种和产物不同，对发酵工艺进行分类，如酒
精发酵、乳酸发酵等。
发酵工艺应用
03
介绍发酵工艺在食品、医药、化工等领域的应用，以及其发展
前景。
详细描述
发酵技术的发展历程可以追溯到古代酿酒技术，人们通过控制微生物的生长和代谢，将 粮食转化为酒精。随着科技的不断进步，现代工业发酵技术得到了迅速发展，人们开始 利用微生物或酶进行大规模的工业化生产，如氨基酸、抗生素、酶制剂等。技术的不断
改进和创新使得发酵工业的生产效率和质量得到了显著提高。
发酵工业的应用领域
要点一
总结词
发酵工业的应用领域非常广泛，涉及到食品、医药、农业 、环保等多个领域。
要点二
详细描述
发酵工业的应用领域非常广泛，其中最常见的是食品工业 中的应用，如面包、啤酒、酸奶等产品的生产。此外，发 酵技术还在医药领域中发挥着重要作用，如抗生素、疫苗 、生长因子等的生产。在农业领域中，发酵技术可以用于 生产植物生长调节剂、杀虫剂等。此外，在环保领域中， 发酵技术可以用于废水的处理和有机废物的资源化利用。
提取方法
发酵产物可以通过不同的提取方法进 行分离，如沉淀法、离心法、萃取法 等。这些方法的选择取决于产物的性 质和所需的纯度。
发酵工艺过程及控制介绍课件(129页)
1、影响发酵温度的因素
产热因素：生物热 搅拌热 散热因素：蒸发热 辐射热
27
发酵热
发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。 Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
28
✓ 生物热：生物热是生产菌在生长繁殖时产 生的大量热量。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。
• 蒸发热的计算： Q蒸发=G（I2-I1） G：空气流量，按干重计算，kg/h I1 、 I2 ：进出发酵罐的空气的热焓量，J/kg （干空气）
33
• 辐射热：由于发酵罐内外温度差，通过罐体 向外辐射的热量。
• 辐射热可通过罐内外的温差求得，一般不超 过发酵热的5%。
34
发酵热的测定
（1）通过测定一定时间内冷却水的流量和冷 却水进出口温度，由下式求得这段时间内的 发酵热。
22
2、连续发酵的优缺点
• 优点
– 能维持低基质浓度； – 可以提高设备利用率和单位时间的产量； – 便于自动控制。
• 缺点
– 菌种发生变异的可能性较大； – 要求严格的无菌条件。
23
3、连续发酵的类型
• 恒化培养
– 使培养基中限制性基质的浓度保持恒定
• 恒浊培养
– 使培养基中菌体的浓度保持恒定
43
1、pH值对微生物的生长繁殖和产物合成的影响
• pH影响酶的活性 • pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态 • pH影响培养基某些组分和中间代谢产物的离
解 • pH不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使
代谢产物的质量和比例发生改变
44
2、发酵过程中pH的变化
❖生长阶段 ❖生成阶段 ❖自溶阶段
45
这节介绍分批发酵、补料分批发酵及连续发酵三种
产热因素：生物热 搅拌热 散热因素：蒸发热 辐射热
27
发酵热
发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。 Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射
28
✓ 生物热：生物热是生产菌在生长繁殖时产 生的大量热量。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。
• 蒸发热的计算： Q蒸发=G（I2-I1） G：空气流量，按干重计算，kg/h I1 、 I2 ：进出发酵罐的空气的热焓量，J/kg （干空气）
33
• 辐射热：由于发酵罐内外温度差，通过罐体 向外辐射的热量。
• 辐射热可通过罐内外的温差求得，一般不超 过发酵热的5%。
34
发酵热的测定
（1）通过测定一定时间内冷却水的流量和冷 却水进出口温度，由下式求得这段时间内的 发酵热。
22
2、连续发酵的优缺点
• 优点
– 能维持低基质浓度； – 可以提高设备利用率和单位时间的产量； – 便于自动控制。
• 缺点
– 菌种发生变异的可能性较大； – 要求严格的无菌条件。
23
3、连续发酵的类型
• 恒化培养
– 使培养基中限制性基质的浓度保持恒定
• 恒浊培养
– 使培养基中菌体的浓度保持恒定
43
1、pH值对微生物的生长繁殖和产物合成的影响
• pH影响酶的活性 • pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态 • pH影响培养基某些组分和中间代谢产物的离
解 • pH不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使
代谢产物的质量和比例发生改变
44
2、发酵过程中pH的变化
❖生长阶段 ❖生成阶段 ❖自溶阶段
45
这节介绍分批发酵、补料分批发酵及连续发酵三种
8第八章 发酵过程的放大
3.菌丝受机械损伤的差异
摇瓶培养：菌体只受液体的冲击或沿着 瓶壁滑动影响——机械损伤很轻； 发酵罐培养：受搅拌叶的剪切力、搅拌 时间的长短等——机械损伤程度远远大 于摇瓶培养。
搅拌增加菌体受损伤的程度
菌体内核酸类物质的漏出率与搅拌转速、 搅拌持续时间、搅拌叶的叶尖线速度、 培养液单位体积吸收的功率及Kla值成 正比关系
一、从摇瓶取得发酵罐放大有用参数的方法及原 理 二、 以摇瓶取得数据为依据进行发酵过程和发酵 罐放大 三、 小型罐到大型罐的放大
工业发酵过程的放大
第一阶段
实验室规模，进行菌种的筛选和培养基的研究
第二阶段 中试工厂规模，确定菌种培养的最佳操作条件
第三阶段 工厂大规模生产
第一节、从摇瓶取得发酵罐放大有用参数 的方法及原理
上式称为流变性方程，其图解形式叫做流变图。 生物反应醪液多属与时间无关的粘性流体范围（表 5-1）。
f ( )
表5-1 与时间无关的纯粘性流体的流变特性
类别 牛顿型 流变性方程 表观粘度a 恒定不变 a 示 例
假塑型 K n ,0 n 1 随剪切率的增加而 减少 a K n1 (幂律) 膨胀型 (幂律) 平汉塑型
₰ 丝状菌发酵中，高粘度发酵液的表观粘度明显 随剪切速率的不同而变化。 ₰ 同一反应器中，离搅拌器远近位置的不同，流动 特性明显不同。 ₰ 一般丝状菌的发酵液呈假塑性流体、胀塑性流 体等非牛顿性流体特性，并且发酵液的流动特性 还随时间而变化。 ₰ 微小颗粒悬浮液的粘度是多种因素的函数，除 依赖菌体颗粒的浓度外，还受颗粒的形状、大小、 颗粒的变形度、表面特性等因素影响。霉菌或放 线菌等的发酵中，发酵液的流动特性常出现大幅 度变化。
发酵过程的试验室研究中试和放大课件
23
摇瓶研究的主要内容
1.确定培养基的组成 2.考察通气强度、种子类型、种子菌龄、接
种量、发酵周期对研究结果的影响
24
三、最优化实验的设计
常采用统计设计学的方法来进行最优化条件的 考察实验
作少量次数的实验，就可求得各个参数之间的 数量关系
正交设计法：均匀分散、整齐可比
用正交表来安排少量的实验，从多个因素中分析出 哪些是主要的，哪些是次要的，以及它们对实验的影 响规律，从而找出较优的工艺条件。
十一章 发酵过程的实 验室研究、中试和放大
1
本章重点
一、工业发酵过程研究的阶段及各阶段的 研究内容
二、实验室研究的目的及主要内容 三、了解最优化实验设计的方法 四、发酵规模缩小与放大的准则及方法
2
一、工业发酵过程研究 的三个规模（阶段）
实验室规模： 进行菌种的筛选和培养基的研究；
中试生产规模： 确定菌种培养的最佳操作条件；
正交表是正交试验设计中安排实验和分析实验的工 具，用正交表安排的实验方案有代表性，能够比较全 面地反映各水平对指标影响的大致情况
25
正交实验设计步骤：
1 )明确实验目的，确定考核指标。 2 )挑因素，选位级，确定因素位级表。 3 )选择适宜的正交表。 4 )因素位级上正交表，确定试验方案，并
按实验方案进行试验。 5 )试验结果分析。
DO/菌浓/产物浓度
4.比表面积的影响
装液量改变，引起比表面积改变。装液 量减少，瓶中的比表面积增加，氧传递速 率增加。通过实验求得培养基的最适装入量。
21
摇瓶实验中，摇床的回转速度和偏心距不要发生 变化
停机对发酵结果也会产生影响
22
实验室研究的目的
1.研究菌种的保藏 2.研究菌株在固体培养基上培养和繁殖条件 3.考察培养基最适组成 4.实验室规模的培养技术
摇瓶研究的主要内容
1.确定培养基的组成 2.考察通气强度、种子类型、种子菌龄、接
种量、发酵周期对研究结果的影响
24
三、最优化实验的设计
常采用统计设计学的方法来进行最优化条件的 考察实验
作少量次数的实验，就可求得各个参数之间的 数量关系
正交设计法：均匀分散、整齐可比
用正交表来安排少量的实验，从多个因素中分析出 哪些是主要的，哪些是次要的，以及它们对实验的影 响规律，从而找出较优的工艺条件。
十一章 发酵过程的实 验室研究、中试和放大
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本章重点
一、工业发酵过程研究的阶段及各阶段的 研究内容
二、实验室研究的目的及主要内容 三、了解最优化实验设计的方法 四、发酵规模缩小与放大的准则及方法
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一、工业发酵过程研究 的三个规模（阶段）
实验室规模： 进行菌种的筛选和培养基的研究；
中试生产规模： 确定菌种培养的最佳操作条件；
正交表是正交试验设计中安排实验和分析实验的工 具，用正交表安排的实验方案有代表性，能够比较全 面地反映各水平对指标影响的大致情况
25
正交实验设计步骤：
1 )明确实验目的，确定考核指标。 2 )挑因素，选位级，确定因素位级表。 3 )选择适宜的正交表。 4 )因素位级上正交表，确定试验方案，并
按实验方案进行试验。 5 )试验结果分析。
DO/菌浓/产物浓度
4.比表面积的影响
装液量改变，引起比表面积改变。装液 量减少，瓶中的比表面积增加，氧传递速 率增加。通过实验求得培养基的最适装入量。
21
摇瓶实验中，摇床的回转速度和偏心距不要发生 变化
停机对发酵结果也会产生影响
22
实验室研究的目的
1.研究菌种的保藏 2.研究菌株在固体培养基上培养和繁殖条件 3.考察培养基最适组成 4.实验室规模的培养技术
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其他的比拟放大方法
（二）恒混合时间 混合时间的定义是把少许具有与搅拌罐内的 液体相同物性的液体注入搅拌罐内，两者达 到分子水平的均匀混合所需要的时间。 混合时间主要与发酵液的粘度有关，通常， 低粘度的液体混合时间要少于高粘度的液体。 另外，放大罐的体积越大，混合时间就越长。
其他的比拟放大方法
由此可以看出，比拟放大虽然必须以理性知 识为基础，但也离不开丰富的实际运转经验， 特别是对于非牛顿流体发酵系统尤其如此。 直到最近，比拟放大的现状仍然如此。
生物反应器的放大原则（三）
（四）恒定剪切力恒定叶端速度放大 剪切力与搅拌桨叶端速度成正比，在恒定体 积功率放大时一般维持n3d2不变（n为搅拌桨 转速、d为搅拌桨直径）
生物反应器的放大方法
生物反应器的比拟放大，要对具体情 况做具体分析。根据不同的需要来确定放大 准则，再选取合适的方法。具体的放大方法 主要有以下几种：
生物反应器的放大原则（二）
（三）恒定传氧系数kLa放大 这个方法抓住了传氧这一关键因素，目前应用很 多。具体应用中要注意几个问题。 1.小试中要测得准确的kLa值，选择合适的计算公 式。 2.注意各计算kLa公式在放大中参数的变化及适用 范围。 3.按照计算P0/Pg选择通气比，计算Vs求kL来计算
值得注意的是， Po/V与传质系数之间的确 存在着重要的关系，但Po/V相等并不意味着 kLa相等。二者之间没有必然的联系。
其他的比拟放大方法
（一）恒周线速度
丝状菌发酵受剪率、特别是搅拌叶轮尖端线速度的影 响较为明显。如果仅仅保持kLa相等或Po/V相等，可能 会导致严重的失误。在Po/V相等的条件下，D/T比越小， 造成的剪率越大，也有利于菌丝团的破碎和气泡的分 散，这对于产物抑制的发酵有重要意义。所以，对于 这类发酵体系，搅拌涡轮周线速度也被认为是比拟放 大的基准之一。
涉及研究结果的放大。
生物反应器的放大原则（一）
生物反应器的类型很多，所适用的体系也各异， 因此生物反应器的放大是比较复杂的。一些放大准 则：
（1） 即按小的与大的装置各部分几何尺寸比例大 致相同放大。但是，为了避免设备直径过大，大设 备的高径比往往大一些。
（2）恒定等体积功率放大。由Pg/V恒定而确定搅 拌转速。
第十章 发酵过程的实验室研究、 中试和放大
工业发酵过程研究，一般分为三种规模或三种阶段： 1、实验室研究：主要是进行菌种筛选和培养条件的 研究，包括培养基的配方，温度、pH，前体（诱导 剂）、金属离子等的优化研究。 2、中试工厂规模：确定菌种培养的最佳操作条件。 3、工厂生产规模：进行大规模生产，取得经济时耗氧速率很快，因此 溶氧速率能否与之平衡就可能成为生产的限 制性因素。耗氧速率可以用实验法测定。在 小型试验发酵罐里进行发酵过程，用适当的 仪器记录发酵液中的溶氧浓度。
以Po/V相等为准则的比拟放大
对于溶氧速率控制的非牛顿发酵液系统，把 Po/V相等作为比拟放大的准则就非常方便， 同时也避免了微生物参与所带来的计算kLa的 困难。
发酵罐的比拟缩小
在不少情况下，大型的生产规模的发酵罐是已有的， 而用实验室的摇瓶去筛选生产用菌株。但有的时候，摇 瓶中的环境条件与大型发酵罐有很大的不同，这就导致 很多生产与实验中的不符合。
比拟缩小就是将现有的生产规模发酵罐比拟缩小至实 验室规模。目的就是在实验室规模中实现大型反应器的 微生物生长活动的环境条件。这就为现有的生产规模提 供了优良的菌种筛选和选育的场所，也为工艺条件的优 化提供服务。
比拟缩小的原理、方法与比拟放大相同。