工业发酵主要类型及主要控制参数(精)
发酵工程重点总结
第一章发酵：通过微生物的生长繁殖和代谢活动，产生和积累人们所需产品的生物反应过程发酵工程：利用微生物（或动植物细胞）的特定性状，通过现代工程技术，在生物反应器中生产有用物质的技术体系。
该技术体系主要包括菌种选育与保藏、菌种扩大生产、代谢产物的生物合成与分离纯化制备等技术。
发酵工业的特点？（7点）1.发酵过程一般是在常温常压下进行的生化反应，反应安全，要求条件较简单。
2.可用较廉价原料生产较高价值产品。
3.反应专一性强。
4.能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位的生物转化修饰。
5.发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。
6.菌种是关键。
7.发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件限制。
工业发酵的类型？厌氧发酵1. 按微生物对氧的不同需求需氧发酵兼性厌氧发酵液体发酵（包括液体深层发酵）2.按培养基的物理性状浅盘固体发酵深层固体发酵（机械通风制曲）分批发酵按发酵工艺流程补料分批发酵单级恒化器连续发酵连续发酵多级恒化器连续发酵带有细胞再循环的单级恒化器连续发酵发酵生产的基本工业流程？1. 用作种子扩大培养及发酵生产的各种培养基的配制；2. 培养基、发酵罐及其附属设备的消毒灭菌；3. 扩大培养出有活性的适量纯种，以一定比例接种入发酵罐中；4. 控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量的代谢产物；5. 将产物提取并精制，以得到合格的产品；6. 回收或处理发酵过程中所产生的三废物质。
工业发酵的过程的工艺流程图？第二章1、发酵工业菌种分离筛选的一般流程?调查研究（包括资料查阅）试验方案设计含微生物样品的采集（如何使样品中所含微生物的可能性大？）样品预处理（如何在后续的操作中使这种可能性实现）菌种分离根据目的菌株及其产物特点分选择性分离方法随机分离方法(定向筛选←选择压力) (用筛选方案- 检测系统进行间接分离）富集液体培养固体培养基条件培养(初筛)菌种纯化复筛菌种纯化初步工艺条件摸索再复筛生产性能测试较优菌株1-3株保藏及进一步做生产试验某些必要试验和或作为育种的出发菌株毒性试验等2、菌种选育改良的具体目标。
工业发酵主要类型及主要控制参数(精)
工业发酵主要类型及主要控制参数工业发酵是指利用微生物在一定条件下进行代谢反应，从而合成生物大分子，以达到工业生产目的的过程。
目前，工业发酵已经广泛应用于食品、医药、化工等领域。
发酵类型根据发酵生产的目的、生物种类和发酵的过程条件不同，可将工业发酵分为以下类型：食品发酵主要应用于食品加工领域。
其生物种类多为乳酸菌、酵母菌、霉菌等，包括酸奶、豆腐、酱油、味噌等。
医药发酵主要应用于药物、生物制品等的生产。
其生物种类多为细菌、真菌等微生物，包括青霉素、链霉素、胰岛素等。
纤维素酶生产发酵主要应用于制浆造纸、纤维素制品等领域。
其生物种类多为产纤维素酶的微生物，包括三级结构的真菌和细菌。
主要控制参数在工业发酵过程中，为确保发酵过程高效、稳定，需要对发酵过程中的主要参数进行精确控制。
主要参数包括：温度温度对于微生物的生长和代谢有着十分重要的影响。
在不同的发酵过程中，需要控制的最佳温度略有区别，一般在 25-45℃之间。
pH 值不同的微生物要求不同的pH 值范围，有些是弱酸耐受菌，有些是弱碱耐受菌，pH 对于发酵菌株的代谢产物的调节、酶活性等也有着重要的影响。
氧气气体浓度氧气是微生物生长和代谢过程中必须的成分，但不同的微生物对氧气的需求是不同的。
有些是厌氧生长菌，有些是需氧生长菌，而有些微生物在低氧或高氧浓度下生长更快。
因此，控制好氧气气体浓度对于发酵过程的效率和生产质量也有着重要的影响。
搅拌速度搅拌速度对于微生物的生长和代谢也有着重要的影响。
不同的发酵过程要求不同的搅拌速度，有的要求慢速、均匀搅拌，有的要求高速、强烈搅拌。
工业发酵主要类型及主要控制参数是工业发酵生产中的重要内容。
精确定义好发酵类型和控制参数，能够大幅提高生产效率，保证生产质量。
发酵与酶工程考试要点
发酵工程复习要点：1、发酵分类：按产物分：微生物菌体发酵，代谢产物发酵、微生物转化发酵按菌种营养分：好氧、厌氧和兼性厌氧按发酵方式分：批式、连续和半连续按含水量分：液态、固态发酵2、发酵的一般过程：保藏菌种→实验室培养→种子扩大培养→菌种发酵→发酵下游处理3、发酵种子的质量判断标准：形态、气味、生化特性4、微生物育种方法：自然育种、诱变育种，杂交育种、原生质体融合育种、基因工程育种5、常用的理化诱变育种方法：紫外线、快中子、亚硝基胍，亚硝酸，诱变原理6、菌种的常用保藏方法：斜面保藏，砂土管，石蜡油、冷冻干燥、超低温保藏；7、发酵培养基组成：碳源、氮源、无机盐、微量因子、水8、培养基的分类及优化：1）分类形态：固态、半固态和液态；纯度：合成和天然培养基；用途：保藏、种子和发酵培养基；2）培养基的优化：单因素优化，多因素优化，优化方法3）灭菌技术的种类：干热、湿热、射线等9、发酵周期和生长周期：10、发酵的主要参数及其控制：温度、pH、DO、泡沫；温度：非耦联生长的控温特性pH：影响和控制发酵过程pH的因素方法11、影响发酵过程中溶氧传质系数的因素：发酵罐型式及结构、搅拌器及分布器型式、通气12、发酵泡沫：产生机理、消泡方式、消泡剂种类13、发酵空气过滤的原理和一般流程：两级冷却除水、加热过滤除菌系统；14、好氧发酵设备的种类：机械搅拌罐、自吸式发酵罐、气升式发酵罐及其特点比较15、掌握青霉素、柠檬酸、维生素C和谷氨酸的一般发酵工艺特点；酶工程复习要点：1、酶工程的应用：代表性的固定化实例2、酶的催化特性；专一性，高效性，温和性3、酶的原核生物合成的调节机理：分解代谢、诱导阻遏、代谢产物阻遏；4、酶合成的四种模式：同步合成，延续合成，中期合成，滞后合成5、提高酶产量的措施；并结合酶生成动力学进行分析；6、固定化细胞、固定化原生质体发酵产酶的特点；7、动植物细胞的特点，植物细胞培养的一般过程；动物细胞培养的一般过程及其特殊性8、酶分子修饰的种类和作用9、大分子结合修饰、侧链基团修饰、氨基酸置换修饰等的原理和一般过程；10、酶的固定化方法及其特点比较；酶固定化的优势与性质变化；11、细胞固定化方法及其应用特点；12、动植物细胞的特点及固定化13、非水相酶促反应的种类14、水和有机溶剂对微水介质酶促反应的影响，酶在有机溶剂中的催化特性15、酶反应器的类型及其选择；发酵工程复习要点：1、发酵分类：按产物分：微生物菌体发酵，代谢产物发酵、微生物转化发酵按菌种营养分：好氧、厌氧和兼性厌氧按发酵方式分：批式、连续和半连续按含水量分：液态、固态发酵2、发酵的一般过程：保藏菌种→实验室培养→种子扩大培养→菌种发酵→发酵下游处理3、发酵种子的质量判断标准：形态、气味、生化特性4、微生物育种方法：自然育种、诱变育种，杂交育种、原生质体融合育种、基因工程育种5、常用的理化诱变育种方法：紫外线：DNA嘧啶二聚体和交联，导致DNA颠换，缺失，移码和GC-AT转换快中子：亚硝基胍：甲基化，高PH，导致DNA的GC-AT转换亚硝酸：A,C和G脱氨，导致DNA双向转译，缺失，AT-GC,GC-AT转换6、菌种的常用保藏方法：斜面低温保藏，砂土管，石蜡油、冷冻干燥、超低温保藏；7、发酵培养基组成：碳源、氮源、无机盐、微量因子、水8、培养基的分类及优化：1）分类形态：固态、半固态和液态；纯度：合成和天然培养基；用途：保藏、种子和发酵培养基；2）培养基的优化：单因素优化，多因素优化优化方法：正交实验设计，响应面分析，遗传算法设计等。
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。
发酵工艺原理知识点归纳
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。
发酵过程主要参数
发酵过程主要参数发酵是一种常见的生物过程，主要用于制作面包、啤酒、酸奶等食品。
在发酵过程中，存在着一些重要的参数，这些参数对于发酵的效果和产品质量有着重要的影响。
本文将从温度、pH值、发酵时间和发酵剂四个方面介绍发酵过程的主要参数。
一、温度温度是影响发酵过程的重要参数之一。
不同的发酵微生物对温度有着不同的适应性，一般来说，温度在25-35摄氏度之间是大多数微生物生长和繁殖的最适温度。
在发酵过程中，适宜的温度可以提高微生物的活性，加快发酵速度，同时也可以保证产物的质量和口感。
过高或过低的温度都会影响发酵效果，甚至导致微生物死亡。
因此，在发酵过程中，要控制好温度，保持在适宜范围内，以确保发酵效果的稳定和良好。
二、pH值pH值是指溶液的酸碱度，也是发酵过程中一个重要的参数。
不同的微生物对pH值有着不同的适应性，一般来说，大多数微生物对中性或微酸性的环境更适应。
在发酵过程中，适宜的pH值可以提供良好的生长环境，促进微生物的繁殖和代谢活动，从而加快发酵速度。
过高或过低的pH值都会抑制微生物的生长和活性，影响发酵效果。
因此，在发酵过程中，要控制好pH值，保持在适宜范围内，以保证发酵效果的良好。
三、发酵时间发酵时间是指发酵过程持续的时间。
不同的发酵过程需要不同的时间，一般来说，发酵时间越长，发酵效果越好。
在发酵过程中，发酵时间的控制是非常重要的。
过短的发酵时间会导致发酵不完全，产品质量差；过长的发酵时间会导致微生物代谢过度，产物品质下降。
因此，在发酵过程中，要根据具体的产品和发酵微生物的特性，合理控制发酵时间，以获得最佳的发酵效果。
四、发酵剂发酵剂是指在发酵过程中添加的一种物质，可以提供微生物生长和代谢所需的营养物质。
发酵剂的选择和使用对发酵效果有着重要的影响。
常见的发酵剂包括酵母、乳酸菌、酒精等。
不同的发酵剂对应不同的发酵过程和产品。
在发酵过程中，要选择适合的发酵剂，并且根据具体的发酵过程和产品要求，合理控制发酵剂的添加量，以保证发酵效果的稳定和良好。
第七章 发酵过程控制
一、初级代谢的变化 二、次级代谢的变化 三、发酵过程的主要控制参数
初级代谢变化的根本原因在于菌体的代谢活 动引起环境的变化，而环境的变化又反过来影 响菌体的代谢。 在初级代谢中，菌体生长仍显示适应期、对 数生长期、静止期和衰亡期的特征。 由于菌体的生理状态与培养条件不同，各个 时期时间长短也不尽相同，且与接种微生物的 生理状态有关。
生物热的大小随培养时间的不同而不同。 实验发现抗生素高产量批号的生物热高于低产 量批号的生物热。说明抗生素合成时微生物的新陈 代谢十分旺盛。
生物热的大小与菌体的呼吸强度有对应关系，呼 吸强度越大，所产生的生物热也越大。
在四环素发酵中，还发现 生物热和菌的呼吸强度的 变化有对应关系，特别是 在80小时以前。从此实验 中还可看到，当产生的生 物热达到高峰时，糖的利 用速度也最大。另外也有 人提出，可从菌体的耗氧 率来衡量生物热的大小。
• 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）
• 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%。
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。
影响酶的活性，当pH值抑制菌体中某些酶 的活性时，会阻碍菌体的新陈代谢；
H+或OH-在细胞内改变了胞内原有的中性状 态，影响到酶蛋白的解离度和电荷情况，从而 改变酶的结构和功能。
•
影响微生物原生质膜所带电荷的状态。改变 细胞膜的通透性，影响微生物对营养物质的吸 收和代谢产物的排泄。
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。
工业发酵主要类型及主要控制参数(精)
工业发酵主要类型及主要控制参数发酵技术是一种利用微生物代谢能力进行化学合成、生物转化及能量转换的方法，广泛应用于食品、医药、生物制品等工业领域。
发酵有许多类型，每种类型的发酵都需要特定的控制参数。
本文将对工业发酵的主要类型和主要控制参数进行探讨。
工业发酵类型1. 常温发酵常温发酵是一种不需要温度控制的发酵方法。
适用于一些微生物，如酵母菌、青霉菌等。
常见的常温发酵包括：•青霉菌发酵：青霉菌是利用微生物代谢能力制作蓝纹奶酪、碧尼龙芝士、罗克福特芝士等食品的重要菌种。
•酵母菌发酵：酵母菌可以用于制作面包、啤酒、葡萄酒等食品和饮料。
2. 温度控制发酵温度控制发酵是一种需要控制温度的发酵方式，适用于多种微生物，如霉菌、酵母菌、乳酸菌等。
常见的温度控制发酵包括：•静态发酵：在温度恒定的环境下，微生物通过代谢产生有用的产物。
静态发酵常用于制备动物生长因子、酶等。
•动态发酵：需要控制温度，搅拌速度及通氧量等因素，可用于制备化学品、抗生素、生物制品等。
3. 厌氧发酵厌氧发酵是一种在无氧条件下进行的发酵方式，适用于一些厌氧微生物，如产酸菌、产乙醇菌等。
常见的厌氧发酵包括：•乙酸菌发酵：用于乙酸、醋酸、柠檬酸等的生产。
•乙醇菌发酵：用于乙醇、辅酶A等的生产。
工业发酵主要控制参数1. 温度温度是影响发酵效率的关键因素。
对于不同的微生物和发酵类型，需要控制不同的温度。
例如，酿造啤酒的酵母菌需要在15~25℃下进行发酵，而大肠菌的培养需要在37℃下进行。
2. pH值不同的微生物和发酵类型需要不同的pH值。
例如，酵母菌需要在5.56.5的中性环境4的酸性环境下进行发酵。
下进行发酵，而柠檬酸发酵需要在pH值为23. 溶氧量溶氧量是影响发酵速率和产物质量的重要因素。
微生物需要氧气来进行代谢活动，但是过量的氧气会对微生物产生不良影响。
因此，需要控制溶氧量以保证发酵效果。
4. 搅拌速度搅拌速度可以影响微生物和介质之间的质量传递和气体分布，从而影响发酵效果。
发酵过程中与微生物相关工艺参数的调控方法资料
9、黏度 10、浊度 11、料液流量 12、产物的浓度 13、氧化还原电位 14、废气中的氧含量 15、废气中的CO 2含量 16、菌丝形态 17、菌体浓度
2.1 pH 值的控制
2.1.1 pH值对发酵的影响
1.影响培养基某些组分和中间产物的离解
2.影响酶的活性
3.影响微生物细胞膜所带电荷的状态，改变细胞膜 的通透性
2.1.1 pH值对发酵的影响
4.pH不同，往往引起菌体代谢过程不同，使代 谢产物的质量和比例发生改变。
例如：黑曲霉在pH2~3时发酵产生柠檬酸，在 pH近中性时，则产生草酸。
2.1.2发酵过程pH值的变化
pH值
培养过程中 培养液pH值 的大致变化 趋势
培养时间
在发酵过程中，随着菌种对培养基种碳、氮 源的利用，随着有机酸和氨基酸的积累，会 使pH值产生一定的变化。
生物热：产生菌在生长繁殖过程中，释放的大量热量。 搅拌热：由于搅拌器的转动引起液体的摩擦产生的热量。 蒸发热：发酵液蒸发水分带走的热量。 显热：发酵排气散发带走的热量。
辐射热：由于罐内外的温差，辐射带走的热量。
2.2.2影响发酵温度变化的因素
发酵热（Q发酵）是发酵温度变化的主要因素。
Q发酵＝Q生物＋Q搅拌－Q蒸发－Q辐射－Q显
酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精 乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶 利用真菌生产青霉素 利用微生物发酵生产药品，如人的胰岛素、
干扰素和生长激素
2.发酵工程的主要的控制参数
1、pH值（酸碱度） 2、温度 3、溶解氧浓度 4、基质含量 5、空气流量 6、压力 7、搅拌转速 8、搅拌功率
发酵过程中与微生物 相关工艺参数的调控方法
目录
1.发酵工程的定义及应用
发酵工艺过程及控制介绍课件(129页)
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）
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• 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
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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
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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
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
发酵工程原理及技术期末复习试题3套含答案(大学期末复习资料)
样卷1一、填空（每空1分，共30分）1，工业上的发酵产品分为菌体、代谢产物、微生物酶和生物转化产品四个类别。
2，从本质上来说，微生物代谢是通过酶量调节和酶活性调节两种方式来进行调节的。
3，根据对氧需求的不同可将发酵分为通风发酵和厌氧发酵两种类型。
4，根据产物合成途径，我们可将次级代谢分为与糖代谢有关的类型、与脂肪酸代谢有关的类型、与萜烯和甾体化合物有关的类型、与TCA环有关的类型和与氨基酸代谢有关的类型五种类型。
5，卡尔文循环由羧化、还原和再生三个阶段（部分）组成。
6，发酵厂用于原料除杂的方法有筛选、风选和磁力除铁。
7，种子的制备可分为实验室种子制备和车间种子制备两个阶段。
8，空气除菌的方法有加热、静电、射线和介质过滤。
10，常用的连续灭菌工艺有喷射加热、薄板换热器和喷淋冷却。
11，氢化酶是氢细菌进行无机化能营养方式生长的关键酶，在多数氢细菌中有两种氢化酶，它们是颗粒状氢化酶和可溶性氢化酶。
二、名词解释（每题4分，共20分）1，发酵工程应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。
2，无菌空气发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会。
此种空气称为“无菌空气”。
3，种子的扩大培养是指将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，在经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级放大培养而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。
4，酶合成的阻遏某些酶在微生物生长时可正常地产生，但当生化途径的终产物浓度增加时或向生长培养基加入这种终产物时，酶的合成就被阻遏。
这种低分子量的终产物(辅阻遏物)被认为是同胞内由调节基因编码的蛋白质(阻遏蛋白)结合，产生一种阻遏物，该阻遏物“关闭”对酶编码的结构基因。
这样的酶称为可受阻遏的酶。
阻遏酶合成的物质称为阻遏物。
微生物工程发酵第七章发酵中的参数检测及自动控制
7.1.1 物理参数
⑦浊度 能及时反映单细胞生长状况；
7.1.2 化学参数
① pH • 发酵过程中各种产酸，产碱生化反应的综
合结果，与菌体生长和产物合成有重要的 关系； • pH的高低与菌体生长和产物合成有着重要 的关系；
7.1.2 化学参数
② 基质浓度 • 指发酵液中糖，氮，磷与重要营养物质的
• 不常测定的参数有氧化还原电位、粘度、 尾气中的O2和CO2含量等。
• 参数测定方法有： • – 在线测定 • – 取样测定（离线测定）
7.2.1参数在线检测
• 在线检测必须用专门的传感器（也叫电极 或探头）放入发酵系统，将发酵的一些信 息传递出来，为发酵控制提供依据；
发酵用传感器及探头
发酵所用传感器的要求
• 发酵是一个较复杂的生化反应过程，大滞 后和时变性是其主要特征；
传感器 • – 不能蒸汽灭菌； • – 会和产品发生反应； • – 过分敏感；
7.3.4基本的自动控制系统(control loop)
7.3.4.1 前馈控制(feedforward control) 7.3.4.2 后（反）馈控制(feedback control ) 7.3.4.3 自适应控制(adaptive control)
动控制功能的自控系统。
7.3.2 自动化控制的优缺点
• 提高产品的得率； • 改进产品的质量； • 降低后续加工过程的损耗； • 在整个操作过程中能稳定的保持最优条件； • 提高对原料质量波动的适应性； • 减少人为因素的影响； • 提高工厂的生产效率； • 降低能耗； • 降低分析和操作成本；
7.3.3 存在的问题
化学或物理信号
电信号
放大
记录显示仪
控制器（与设定参数比较） 发出调节信号控制器动作
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《生物制药工艺技术》课程教学方案教师：苏艳
授课专业生物技术及应用、生物制药技
术
上课地点授课时间第周
学习内容项目6、发酵过程控制（2）工业发酵主要类型及主要控制
参数
课时8
教学目标知识目标 了解发酵过程中各参数：温度、pH、泡沫等对发酵过程的影响。
技能目标
能根据不同发酵过程控制发酵参数。
能处理发酵过程中出现的问题。
素质目标
培养学生理论联系实际动手操作能力、自主性、创造性、严谨的科学态度；
吃苦耐劳、团队协作精神，良好的职业素养。
教学重点难点重点：发酵过程中参数的控制。
难点：发酵过程中参数的选择。
目标群体学生在前面学习了“发酵罐及附属设备的结构”，具备了《应用微生物技术》的基础知识。
教学
环境
教室
教学
方法
理论讲授
时间
安排
教学过程设计[课型] 理论课：多媒体辅助讲授
[组织教学]
5分钟演讲，1分钟安全教育
[实施新课]
讲授：
项目6 发酵过程的控制知识目标:
•了解发酵过程中各参数对发酵过程的影响。
•掌握发酵过程中各发酵参数的控制。
能力目标:
•能根据不同发酵过程控制发酵参数。
•能处理发酵过程中出现的问题。
素质目标:
•培养学生理论联系实际动手操作能力、自主性、创造性、严谨的科学态度；
吃苦耐劳、团队协作精神。
任务1工业发酵主要类型及主要控制参数
一、概述
发酵：指在厌氧条件下葡萄糖通过酵解途径生成乳酸或乙醇等的分解代谢过程。
广义上将发酵看作是微生物把一些原料养分在合适的发酵条件下经过特定的
代谢转变成所需产物的过程。
微生物培养亦称微生物发酵，发酵生产按微生物培养工艺不同可以分为固态发酵和液态发酵两种类型。
两者在工艺过程上大体相同，主要工艺过程为：
斜面菌种培养-菌体或孢子悬浮液制备-种子扩大培养-发酵培养-发酵产物与发酵基质分离-提纯与精制-成品。
固态发酵是将微生物接种到经过处理的固体发酵基质上，或将发酵原料及菌体吸附在疏松的固体支撑物上，通过微生物的代谢活动，使发酵原料转化成发酵产品。
采用固态发酵工艺所需设备简单，不需要结构复杂的发酵堆；操作方法简单，能耗较低，不需要大量的通风和搅拌。
但是固态发酵不宜采用自动化控制，劳动强度较大，生产率较低。
液态发酵是将物料首先制备成液态，再将微生物接入进行发酵。
液态发酵容易实现自动化生产，生产效率高。
深层培养可分为分批培养、补料-分批（流加培养）培养、半连续培养（发酵液带放）、连续培养和灌注培养五种方式。
以发酵方式可分为分批发酵、补料-分批发酵和连续发酵等。
二、分批发酵
1.分批发酵的理论基础
分批发酵是指在一个密闭系统内投入有限数量的营养物质后，接入少量的微生物菌种进行培养，使微生物生长繁殖，在特定的条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。
分批培养的特点是操作简单，易于掌握，是最常见的操作方式。
分批发酵过程一般可粗分为四期：即适应期（也有称停滞期或延滞期的）、对数（指数）生长期、生长稳定期和死亡期；
也可细分为六期：即停滞期、加速期、对数期、减速期、静止期和死亡（衰亡）期
2. 重要的生长参数
⑴得率系数Y 在浓度较低的范围内，静止期的细胞浓度与初始基质浓度成正比，可用下式表示：
X＝Y（S
o 一S
t
）
式中 s
o
——初始基质浓度，g/L;
s
t
——经培养时间t时基质浓度；
Y——得率系数，g细胞/g基质
当生长停止时，s
t
等于零。
方程可用于预测用多少初始基质便能得到相应的菌量。
⑵比生长速率µ 用Monod方程可描述比生长速率和残留的限制性基质浓度之间的关系
µ＝µ
max s／（K
s
＋S）
式中µ——比生长速率，h-1；
µ
max
——最大比生长速率，h-1；
S——基质浓度，g/L;
Ks——基质利用常数，相当于µ＝µmax /2时的基质浓度，g/L，是菌对基质的亲和力的一种度量。
3.分批发酵的优缺点
优点是：周期短，培养基一次灭菌，一次投料，容易实现无菌状态；操作简单，易于操作控制，产品质量稳定；培养浓度较高，易于产品分离。
分批培养的辅助时间较多，设备生产能力低。
分批发酵不适用于测定其过程动力学，因使用复合培养基，不能简单地运用Monod方程来描述生长，存在基质抑制问题，出现二次生长现象。
对基质浓度敏感的产物，或次级代谢物，如对基质浓度敏感的产物，或次级代谢物，比如抗生素，用分批发酵不合适，因其周期较短，一般在1～2天，产率较低。
在目前国内外绝大多数发酵生产中，都是采用分批培养的方法。
三、补料（流加）分批发酵
1.补料-分批发酵理论基础
补料-分批发酵是指先将一定量的培养液装入反应器，在适宜的条件下接种细胞，进行培养，细胞不断生长，产物也不断形成。
目前国内外的酵母生产行业大多采用这种操作方法。
目前补料-分批发酵的类型很多，就补料的方式而言，有连续补料、不连续补料和多周期补料；每次补料又可分为快速补料、恒速补料、指数速度补料和变速补料；按反应器中发酵液体积区分，又有变体积和恒体积之分；从反应器数目分类又有单级和多级之分；从补加的培养基成分来分，又可分为单一组分补料和多组分补料。
补料-分批发酵的优点在于它能在这样一种系统中维持很低的基质浓度，从而避免快速利用碳源的阻遏效应和能够按设备的通气能力去维持适当的发酵条件，并且能减缓代谢有害物的不利影响。
四、半连续发酵
半连续培养又称为反复分批培养或换液培养，在补料-分批发酵的基础上加上间歇放掉部分发酵液（带放）便可称为半连续发酵。
半连续发酵也有它的不足：①放掉发酵液的同时也丢失了未利用的养分和处于生产旺盛期的菌体；②定期补充和带放使发酵液稀释，送去提炼的发酵液体积更大；
③发酵液被稀释后可能产生更多的代谢有害物，最终限制发酵产物的合成；④一些经代谢产生的前体可能丢失；⑤有利于非产生菌突变株的生长。
据此，在采用此工艺时必须考虑上述的技术上限制，不同的品种应根据具体情况具体分析。
五、连续发酵
1.单级连续发酵的理论基础
流入罐内的料液使得发酵液变稀，流量与培养液体积之比可用D来表示，称为稀释率（h-1），表示单位时间内加入的培养基体积占发酵罐内培养基体积的分率，其倒数表示培养液在发酵罐内平均停留时间。
2．多级连续培养
3．连续培养在工业生产中的应用
（1）酵母、细菌等单细胞蛋白产品
（2）酒精、啤酒、醋酸等一次代谢产物
（3）污水的生化处理
4.连续培养中存在的问题
（1）污染杂菌问题
（2）生产菌种突变问题
六、灌注培养
灌注培养是指细胞接种后进行培养，一方面新鲜培养基不断加入反应器，另一方面又将反应液连续不断地取出，但细胞留在反应器内，使细胞处于一种不断的营养状态。
七、发酵过程主要控制参数
1、温度
2、压力
3、搅拌转速
4、搅拌功率
5、空气流量
6、黏度
7、浊度
8、料液流量
9、产物的浓度
10、氧化还原电位
11、废气中的氧含量
小结：
发酵过程中需要控制的主要参数
作业1、发酵过程中需要控制的主要参数有哪些？
教学
学生兴趣高，效果良好，课堂秩序较好。
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