发酵工程第8讲
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第八章发酵工程第一讲ppt课件
第三节 菌种的选育和保藏
工业的生产水平取决于三个要素：生产菌种、发酵工艺和设 备。优良菌种的选育不仅为发酵工业提供高产生产菌株，还 可以提供各种类型的突变株，改善其生理生化特性，去除多 余的代谢途径和产物，有利于合成新的产物，改善发酵工艺 的条件，提高产品质量，增加经济效益。
1、菌种选育的目的
菌种选育的目的： 1.提高其生产能力： 2.选育能适应工艺条件的菌种，如能利用廉价的发酵原料、 能耐受某些化学消毒剂等。
3、酵母菌
本属中有产脂肪较好的菌种。可由 菌体提取大量脂肪。
红酵母
4、霉菌
① 根霉
能将淀粉转化为糖。根霉常 用作糖化菌种。是酿造工业 中常用糖化菌。我国最早利 用根霉糖化淀粉（即阿明诺法） 生产酒精。
4、霉菌
② 毛霉
有几种毛霉能产生较多的蛋白酶， 具有分解大豆蛋白的能力，多用于 制造酸性蛋白酶、豆腐乳和豆豉。
3、发酵的基本过程
根据不同的需要，发酵工艺可分为3类： 1.批量发酵，即一次投料发酵； 2.流加批量发酵，即在批量发酵的基础上，流加一定量的
营养，使细胞进一步生长，或得到更多的代谢产物； 3.连续发酵，不断地流加营养，并不断地取出发酵液。
3、发酵的基本过程
下游工程指从发酵液中分离和纯化产品的技术。包括: ① 固液分离技术（离心，过滤，沉淀分离等工艺） ② 细胞破壁技术（超声，高压剪切，渗透压，表面活性
第八章 发酵工程
第八章 发酵工程---第一讲
第一节 发酵工程的内容 第二节 工业上常用的微生物 第三节 菌种的选育和保藏
第一节 发酵工程的内容
1、发酵工程的产生及发展 2、发酵的定义 3、发酵的基本过程 4、发酵工程产品的类型
1、发酵工程的产生及发展
发酵工程基本操作[可修改版ppt]
![发酵工程基本操作[可修改版ppt]](https://img.taocdn.com/s3/m/5fc776fef111f18582d05a42.png)
• 半固体制曲和酵母生产中无菌要求不十分严格，一 般无需复杂的空所净化处理；
• 密闭的深层通气发酵需严格的纯净培养，进入发酵 罐前空气必须进行冷却、脱水、脱油和过滤除菌等 处理。
（二）发酵对空气无菌程度
的要求
• 好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，空气要 作到 绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济 的。
• 表面消毒剂是指对一切活细胞都有毒性，不能 用作活细胞内的化学治疗用的化学药剂。
• 为比较各种表面消毒剂的相对杀菌强度，常采 用在临床上最早使用的消毒剂——石炭酸作为 比较的标准，并提出了石炭酸系数这一指标。
• 所谓石炭酸系数，指在一定时间内被试药剂能 杀死全部供试菌的最高稀释度与达到同效的石 炭酸的最高稀释度的比率。一般规定处理时间 为10分钟，而供试菌定为Salmonellatyphi（伤 寒沙门氏菌）。
二、灭菌的实际操作
• （一）空罐灭菌 • 空罐灭菌也称空消。无论是种子罐、发酵罐、
还是尿素（或液氨）罐、消泡罐，当培养基 （或物料）尚未进罐前对罐进行预先灭菌，为 空罐灭菌。 • 为了杀死所有微生物特别是耐热的的芽孢，空 罐灭菌要求温度较高，灭菌时间较长，只有这 样才能杀死设备中各死角残存的杂菌或芽孢。
• 空气中的微生物种类以细菌和细菌芽胞较多， 也有酵母，霉菌和病毒。
• 这些微生物大小不一，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ般附着在空气中的灰 尘上或雾滴上，空气中微生物的含量一般为 103~104个／米3。
• 灰尘粒子的平均大小约0.6μm左右，所以空气 除菌主要是去除空气中的微粒(0.6-1μm ）
二、空气除菌
• 工业发酵对空气处理的要求随发酵产品和菌种不同 而异。
• 最后，还可以用气体灭菌剂如氧化乙烯 等对个别成分进行灭菌处理。
• 密闭的深层通气发酵需严格的纯净培养，进入发酵 罐前空气必须进行冷却、脱水、脱油和过滤除菌等 处理。
（二）发酵对空气无菌程度
的要求
• 好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，空气要 作到 绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济 的。
• 表面消毒剂是指对一切活细胞都有毒性，不能 用作活细胞内的化学治疗用的化学药剂。
• 为比较各种表面消毒剂的相对杀菌强度，常采 用在临床上最早使用的消毒剂——石炭酸作为 比较的标准，并提出了石炭酸系数这一指标。
• 所谓石炭酸系数，指在一定时间内被试药剂能 杀死全部供试菌的最高稀释度与达到同效的石 炭酸的最高稀释度的比率。一般规定处理时间 为10分钟，而供试菌定为Salmonellatyphi（伤 寒沙门氏菌）。
二、灭菌的实际操作
• （一）空罐灭菌 • 空罐灭菌也称空消。无论是种子罐、发酵罐、
还是尿素（或液氨）罐、消泡罐，当培养基 （或物料）尚未进罐前对罐进行预先灭菌，为 空罐灭菌。 • 为了杀死所有微生物特别是耐热的的芽孢，空 罐灭菌要求温度较高，灭菌时间较长，只有这 样才能杀死设备中各死角残存的杂菌或芽孢。
• 空气中的微生物种类以细菌和细菌芽胞较多， 也有酵母，霉菌和病毒。
• 这些微生物大小不一，ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ般附着在空气中的灰 尘上或雾滴上，空气中微生物的含量一般为 103~104个／米3。
• 灰尘粒子的平均大小约0.6μm左右，所以空气 除菌主要是去除空气中的微粒(0.6-1μm ）
二、空气除菌
• 工业发酵对空气处理的要求随发酵产品和菌种不同 而异。
• 最后，还可以用气体灭菌剂如氧化乙烯 等对个别成分进行灭菌处理。
发酵工程ppt章节[可修改版ppt]
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可以根据Q10估算。
表5-6a 估算的芽孢不同温度大概灭菌时间
温度/℃
10 0
110
115
12 1
12 5
13 0
时 间 / m in
12 00
15 0
51
15
6. 4
2. 4
表5-6b 一些细菌芽孢的实际杀灭时间
二、培养基的灭菌
（一）培养基的灭菌方法 1. 分批灭菌
概念： 又称为间歇灭菌，就是将配制好的培养基全 部输入到发酵罐内或其它装置中，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，再冷却到接种温度。也称为实罐 灭菌或实消。
E
k Ae RT (5-3)
式中：
A为比例常数，s-1； △E为活化能，J/mol； R为气体常数，8.314 J/(mol·K)； T为绝对温度，K。
k 值与活化能的关系 活化能处于指数项，可见其与 k 值的变化关系密切。 高温瞬时灭菌 (HTST) 营养损失小的原理，可以从 细菌与一些营养物的不同活化能得到解释。
生物。 防腐剂：抑制体系 (主要是食品)表面和内部微
生物的生长繁殖。 注意：抑菌和杀菌甚至溶菌作用是相对的。
一、化学灭菌
常用的化学药剂
主要有石碳酸、甲醛、氯化汞、碘酒、酒精高 锰酸钾等。
共同规律：杀菌强度有别，但在低浓度时都有 促进微生物生长的刺激作用，在浓度升高后依 次表现出制菌、杀菌和溶菌的现象。
一、湿热灭菌的基本原理
微生物的热阻
热阻指在某一特定条件下 (主要是指温度和加热方 式等) 微生物细胞的致死时间，表征了不同微生物 细胞对热的相对抵抗力。
例如一些微生物的相对热阻和抵抗力如表5-1.
2. 微生物热死亡的数学规律
《发酵工程总论》ppt课件
一、发酵的定义
1、传统发酵 2、生化和生理学意义的发酵 3、工业上的发酵
1、传统发酵
• 最初发酵是用来描画酵母菌作用于果汁 或麦芽汁产生气泡的景象，或者是指酒 的消费过程。
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，或者更严厉地说，发酵是 以有机物作为电子受体的氧化复原产能反响。
History of applied microbiology
• 1973 rec DNA technology (Boyer & Cohen) • 1982 rec human insulin〔胰岛素〕 • post recombinant DNA area • since 1982 rec therapeutic agents〔治疗剂〕 • 1990 rec bakers yeast • 1992 rec chymosine 〔凝乳酶〕(from yeast)
定义：是指利用生物的生命活动产生的酶，无机 或有机原料进展酶加工，获得产品的工业。
2.获得发酵产品的条件
• 适宜的微生物 • 保证或控制微生物进展代谢的各种条件 • 进展微生物发酵的设备 • 精制成产品的方法的设备
三、发酵工业的开展历史
• 天然发酵阶段
• 纯培育技术的建立：巴斯德，科赫等。人为地 控制微生物的发酵进程。
(8) 除利用微生物外，还可以用动植物细胞 和酶，也可以用人工构建的遗传工程菌进 展反响。
六、发酵方法的类别与流程
• 1、类别： • 根据对氧的需求区分： • 厌氧和有氧发酵 • 根据培育基物理性状区分： • 液体和固体发酵 • 根据从微生物生长特性区分： • 分零售酵和延续发酵
2、发酵的流程
发酵工程-各章重点ppt课件
第九章 发酵供养 一、呼吸强度、耗氧速率概念及其相互关系 二、临界氧浓度概念 三、氧的传送阻力 四、根据传质方程式分析影响氧传送的要素 五、溶氧系数的测定方法
第十念及其组成 2、温度对发酵的影响 3、最适温度控制 二、pH的控制 1、pH对菌体生长和代谢产物合成的影响 2、pH的调理控制 三、泡沫的控制 1、消泡方法 2、化学消泡剂的特点及类型 3、机械消泡类型
各章重点
绪论 一、发酵、发酵工程概念 二、新产品、新种类投入消费的必经之路 三、发酵工业的开展历史
第一章 菌种与菌种扩展培育 一、微生物工业对菌种的要求 二、菌种保藏方法及其特点 三、工业微生物的培育类型 四、影响种子质量的主要要素
第二章 培育基的制备与灭菌 一、培育基的组成成分及培育基的类型 二、淀粉水解糖的制备方法及其特点 三、糖蜜前处置的方法及其特点 四、灭菌与消毒的区别 五、灭菌方法类型、微生物热阻、致死时间、致 死
四、补料的控制 1、补料的作用 2、补料内容 3、补料原那么 五、发酵终点判别的要素 六、染菌控制 1、染菌时间对发酵的影响 2、发酵总染菌率概念 3、染菌缘由分析及其防止 4、染菌后的处置方法
一、考核方式：闭卷考试 二、试题类型 1、填空题〔30空，每空0.5分，共15分〕 2、选择题〔10题，每题2分，共20分〕 3、名词解释〔5题，每题3分，共15分〕 4、简答题〔5题，共40分〕 5、论述题〔1题，共10分〕 三、平常成果20％＋卷面成果80％
温度概念 六、湿热灭菌优缺陷 七、分批灭菌的优缺陷 八、空气除菌的方法 九、介质过滤机理
发酵机制 一、发酵机制概念 二、巴斯德效应及其机制 三、乳酸发酵类型 四、氨基酸发酵代谢调控方法 五、抗生素类型
第八章 发酵动力学 一、微生物培育方式及其特点 二、补料培育的类型 三、延续培育的类型 四、延续培育的优缺陷
发酵工程PPT教学课件
15、分解代谢：又称异化作用，是指由复杂的营养物质分 解成简单化合物的过程。
16、合成代谢：又称同化作用，是指由简单化合物合成复 杂的细胞物质的过程。
一 17、代谢控制发酵：是利用遗传学的方法或其他生物化学
、 方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，
概 述
使有用目的产物大量生成和积累的发酵。
容
稀释
表型 → 出现表型
2、发酵
（1）发酵生物反应器
二 、
① 类型 p203：搅拌式生物反应器、鼓泡式反应器、
发 气升式反应器
酵
工
② 优点：染菌率极低、发酵设备大型化、利用生物
程 的
技术提高了产量和降低了本、提高了产品的回收率和
内 质量
容
③ 要求：内壁与管道焊接部位都要求平整光滑、无
裂缝、无塌陷，便于测量器内的温度、pH值和氧气含量
一 、
有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化
概 的生物化学过程。
述
21、膜生物反应器：利用膜的阴留性能将生物催化剂限制
在膜组件的固定空间，供给所需的底物和营养物，即可在
固定空间内进行生物反应，而产生的产物造成真空膜，进
入膜的另一侧空间，脱离生物催化剂，达到了生物反应与
产物分离同时进行的目的。
始的。当时主要是以酒精发酵、甘油发酵和丙醇发酵等为
一 、
主。20世纪40年代，弗莱明发现了青霉素，开始采用深层
概 发酵法大量生产。此后，链霉素等几十种重要的抗菌素相
述 继问世，带动了抗菌素工业的诞生。发酵工业由无氧条件
下的发酵发展到了有氧发酵。
长期以来，几乎都是以碳水化合物作为发酵的原料，
而到60年代增加了正烷烃、醋酸、醇类和天然气等。发酵
《发酵工程绪论》PPT课件
h
22
一、发酵工程的特征
（p13）
1、原料：发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他 农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源 就可进行反应。可以利用废水和废物等作为发酵 的原料进行生物资源的改造和更新。
2、菌种：微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过 变异和菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使 生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规 方法难以生产的产品。
h
10
4、发酵的现代概念
• 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， 统称为发酵。
h
11
利用微生物的特点：
• 发酵工程所利用的微生物：细菌、放线菌，酵母菌和霉菌等。 • 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。
h
16
（三）发酵工程产品的类型
• 酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、 干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种食品 、医疗保健药物；
• 天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用 生产资料；
• 氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素； • 单细胞蛋白等微生物菌体。 • 生物能 • 微生物冶炼 • （p3 ）
病用的疫苗等。 • 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率
最高阶段，生长稳定期产量最高。
h
30
2、微生物代谢产物发酵
• 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。 • 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢
产物。 • 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来
发酵工程--ppt课件(2024版)
罐，中间除了空气进入和尾气排出，与外部没 有物料交换。 ➢ 传统的生物产品发酵多用此过程。
分批发酵的优缺点
➢ 优点 操作简单 操作引起染菌的概率低 不会产生菌种老化和变异问题
➢ 缺点 非生产时间较长、设备利用率低
➢ 根据不同发酵类型，每批发酵需要十 几个小时到几周时间。
➢ 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，所需时间的总和为一个发酵周期。
典型的分批发酵工艺流程图
微生物分批培养的生长曲线
1.延滞期 2.加速生长期 3.指数生长期 4.减速期 5.稳定期 6.衰亡期
4.3.1.2 连续发酵
以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基， 同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐 内的液量维持，微生物在稳定状态（恒定的基 质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定的 菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长。
4 发酵工程
【学习目的】
1. 掌握发酵工程的基本类型和基本原理。 2. 了解典型发酵产品的生产工艺。 3. 认识发酵的基本过程及常用的发酵设备。
发酵（Fermentation）
最初来自拉丁语“发泡”（fervere），是指酵 母作用于果汁或者发芽谷物产生CO2的现象。
巴斯德：酵母在无氧环境下的呼吸过程。 生物化学：微生物在无氧时的代谢过程。
草莓栽培
微生物酶发酵 酶普遍存在于动植物中，在人类生活中发挥着
非常重要的作用。
微生物代谢产物发酵 ①氨基酸、蛋白质、核酸——初级代谢产物 ②抗生素、生长因子等——次级代谢产物
微生物转化发酵 利用微生物把一种化合物转变成结构相关的更
有经济价值的产物。 葡萄糖→Grapevine
生物工程发酵 DNA重组的“工程菌”理论上可以生产出多种代 谢产物。
分批发酵的优缺点
➢ 优点 操作简单 操作引起染菌的概率低 不会产生菌种老化和变异问题
➢ 缺点 非生产时间较长、设备利用率低
➢ 根据不同发酵类型，每批发酵需要十 几个小时到几周时间。
➢ 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，所需时间的总和为一个发酵周期。
典型的分批发酵工艺流程图
微生物分批培养的生长曲线
1.延滞期 2.加速生长期 3.指数生长期 4.减速期 5.稳定期 6.衰亡期
4.3.1.2 连续发酵
以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基， 同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐 内的液量维持，微生物在稳定状态（恒定的基 质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定的 菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长。
4 发酵工程
【学习目的】
1. 掌握发酵工程的基本类型和基本原理。 2. 了解典型发酵产品的生产工艺。 3. 认识发酵的基本过程及常用的发酵设备。
发酵（Fermentation）
最初来自拉丁语“发泡”（fervere），是指酵 母作用于果汁或者发芽谷物产生CO2的现象。
巴斯德：酵母在无氧环境下的呼吸过程。 生物化学：微生物在无氧时的代谢过程。
草莓栽培
微生物酶发酵 酶普遍存在于动植物中，在人类生活中发挥着
非常重要的作用。
微生物代谢产物发酵 ①氨基酸、蛋白质、核酸——初级代谢产物 ②抗生素、生长因子等——次级代谢产物
微生物转化发酵 利用微生物把一种化合物转变成结构相关的更
有经济价值的产物。 葡萄糖→Grapevine
生物工程发酵 DNA重组的“工程菌”理论上可以生产出多种代 谢产物。
发酵工程简介-PPT课件
菌则会分泌青霉素酶，将合成的青霉素 分解掉
No Image
4. 扩大培养和接种
扩大培养是将培养到对数期的菌体分 开,分头进行培养,以促使菌体数量快速增 加,能在短时间里得到大量的菌体。
No Image
扩大培养与发酵生产过程中的培养有 何不同呢？ 扩大培养是为了让菌体在短时期内快 速增殖，而发酵过程中的培养是为了获 得代谢产物，目的不同采用的培养条件 就有可能不同。 有了用于生产的充足的菌体，在接种 时要注意什么事项呢？ 接种过程中要注意防止杂菌污染。
接种要应选择处于对数期的谷氨酸棒 状杆菌，在灭菌的培养基冷却后进行
No Image
加料口 放料口 无菌空气入口 排气口 冷却水进口 冷却水出口
PH检测及控 制装置 搅拌器
No Image
5. 培养
发酵过程中应该注意控制好哪些条件？ 温度 30-37谷氨酸棒状杆菌是 ℃ PH 7-8 好氧菌 氧气
分离提纯经过2832h培养液中就会产生大量的谷氨酸50100gl提取出谷氨酸用适量的na2co3溶液中和过滤浓缩离心味精noimage在发酵罐中是怎样进行谷氨酸发酵生产的温度3037ph78无菌空气天然液体培养基产产品品蒸气灭菌谷氨酸棒状杆菌发发酵酵罐罐控制条件产产生生氨氨基基酸酸加工提取发酵工程产品代谢产物菌体初级代谢产物次级代谢产物单细胞蛋白发酵工程发酵工程生物工程的一种
1. 菌种的选育
要想通过发酵工程获得在种类、产量
和质量等方面符合人们要求的产品，最重
要的是要有优良的菌种。
怎样才能得到优 良的菌种呢？
No Image
如果生产的是微生物直接合成的产物 可以从自然界中先分离出相应的菌种， 再用人工诱变方法使菌种产生突变，从 突变个体中筛选出符合生产要求的优良 菌种。
No Image
4. 扩大培养和接种
扩大培养是将培养到对数期的菌体分 开,分头进行培养,以促使菌体数量快速增 加,能在短时间里得到大量的菌体。
No Image
扩大培养与发酵生产过程中的培养有 何不同呢？ 扩大培养是为了让菌体在短时期内快 速增殖，而发酵过程中的培养是为了获 得代谢产物，目的不同采用的培养条件 就有可能不同。 有了用于生产的充足的菌体，在接种 时要注意什么事项呢？ 接种过程中要注意防止杂菌污染。
接种要应选择处于对数期的谷氨酸棒 状杆菌，在灭菌的培养基冷却后进行
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加料口 放料口 无菌空气入口 排气口 冷却水进口 冷却水出口
PH检测及控 制装置 搅拌器
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5. 培养
发酵过程中应该注意控制好哪些条件？ 温度 30-37谷氨酸棒状杆菌是 ℃ PH 7-8 好氧菌 氧气
分离提纯经过2832h培养液中就会产生大量的谷氨酸50100gl提取出谷氨酸用适量的na2co3溶液中和过滤浓缩离心味精noimage在发酵罐中是怎样进行谷氨酸发酵生产的温度3037ph78无菌空气天然液体培养基产产品品蒸气灭菌谷氨酸棒状杆菌发发酵酵罐罐控制条件产产生生氨氨基基酸酸加工提取发酵工程产品代谢产物菌体初级代谢产物次级代谢产物单细胞蛋白发酵工程发酵工程生物工程的一种
1. 菌种的选育
要想通过发酵工程获得在种类、产量
和质量等方面符合人们要求的产品，最重
要的是要有优良的菌种。
怎样才能得到优 良的菌种呢？
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如果生产的是微生物直接合成的产物 可以从自然界中先分离出相应的菌种， 再用人工诱变方法使菌种产生突变，从 突变个体中筛选出符合生产要求的优良 菌种。
江南大学发酵工程讲义
发酵工程（发酵工程第一章）发酵工程：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。
微生物发酵技术1857年法国化学家、微生物家巴斯德提出了著名的发酵理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结果。
”巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起作用；酒变质也是发酵，是另一类微生物在作祟；随着科学技术的发展，可以用加热处理等方法来杀死有害的微生物，防止酒发生质变。
同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的发酵产品。
利用微生物的特点Use of MicroorganismsPositive（益处）BiomassProductionConversionNegative（危害）PathogensSpoilage一、发酵的定义1、传统发酵2、生化和生理学意义的发酵3、工业上的发酵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。
如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出CO2。
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。
发酵工程 ppt课件
同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培 养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的 发酵产品。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
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科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
《发酵工程》PPT演示课件
应的压力降也较小。
35
36
❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
37
2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
32
❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
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❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
37
2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
32
❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
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1 温度：温度传热器一般用热电阻（铂电阻、铜电阻）放在插入 发酵液的金属套管中，经过仪表进行温度的测量。
2 空气流量：一般控制在0.5 ～1L/L.min，一般采用转子流量计 测量，转子的位置随气体流量的变化而升降，造成电容量的 变化，由此发出信号。（与化学参数溶氧关联） 3 罐压力：发酵罐的压力可用就地指示（压力表），也可将压力 信号转变为电信号远传，一般采用隔膜式元件（压力敏感膜）
第三节
化学参数的测定
1 pH测量
Байду номын сангаас
pH测量方法 pH试纸
pH电极
pH试纸曾经是一种广泛采用的方法
优点：方便，易操作
缺点：它主观性较强 质量差异，不同厂家不同批号的pH试纸测出的 pH值会有较大的差别，有时甚至达0.5~1。
2 溶氧的测定（相对溶氧，绝对溶氧用碘量法）
对于好氧微生物来说氧的供应十分重要，了解 发酵过程中溶氧情况是发酵控制的关键方面。现在国 内外测定溶液中的溶解氧基本上用复膜溶氧电极。 2.1电极的构造： 由半透膜和电极两部分组成，所有的薄膜要求能透过 氧分子，但不能透过电解质和水，同时要能耐高温。 一般使用聚四氟乙烯、氟化乙烯-丙烯共聚物或聚丙 烯薄膜，也可用硅橡胶膜。
复膜氧电极的结构
在阴极银（铂） 片的前面包一张 半透膜，氧可以 透过半透膜达到 阴极上进行电极 反应。该半透膜 固定在阴极表面。
2.2 复膜氧电极的工作原理
电极部分包括阳极、阴极、电解液，阴极由铂、 银、金等贵金属组成，用于还原氧分子，贵金属
起传递电子的作用。阳极由铅、锡、铝等组成 。 溶液中的氧就在阴极被还原。当产生的电流与溶 液中氧含量成正比时，此时的电极电流为饱和电 流。氧浓度与饱和电流成正比关系。
三大参数从检测手段分可分为：直接参数、间接参数
1、直接（状态）参数： 通过仪器或其它分析手段可以测得的参数，如温度、 pH、残糖等。 直接参数——在线检测参数和离线检测参数
1.1 在线检测参数 指不经取样直接从发酵罐上安装的仪表上得到的参数， 如温度、pH、搅拌转速、溶氧等。 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。 由于微生物培养过程是纯培养过程，无菌要求高，因此 对传感器有特殊要求：
在阴极表面发生的电极反应：
O2+2H2O+4e阳极上的反应是：
4OH-
Pb
Pb2+ +2e2 Pb(OH)2
电极反应： Pb+O2+2H2O
于是在二电极之间形成电流，将氧的信号转变成电信 号。氧浓度越高，电流越大。
化学信号转变成电信号
溶氧电极可分为原电池型和电解型（极谱型）。 原电池型 简单便宜，不需要外加电压就有电流产生。 电解型（极谱型 ）： 所用的参比电极（阳极:银构成）的电
第十章 微生物培养过程的参数检测
物理参数的测定 化学参数的测定 生物参数的测定
第一节
概述
物理参数：温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、 表观粘度、浊度、罐压、泡沫等。 化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷等）、pH、产 物浓度、溶氧浓度、 CO2浓度、核酸量等 生物参数：菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、呼 吸强度、基质消耗速率、关键酶活力等
谢
谢！
位比阴极(白金或金构成)的高或相等，需极化电压使之维 持在-0.6～-0.8V的氧极谱电压内。
2.3 电极的标定
一般测定中应进行以下二点标定 （1）零点标定 用饱和Na2SO3作无氧状态的溶液，将氧电极放入 该溶液中，显示仪表上可见溶氧浓度下降，待下降 稳定后，调节零点旋钮显示零值。 （2）饱和校正（满刻度） 进行简便测定时，可以采取空气饱和方式。将电 极放入培养液中，通气搅拌一段时间，显示仪上 可见溶氧上升，待上升稳定，调节满刻度旋钮至 100%即为饱和值。
插入罐内的传感器必须能经受高压蒸汽灭菌（材料、 数据） 传感器结构不能存在灭菌不透的死角，以防染菌（密 封性好） 传感器对测量参数要敏感，且能转换成电信号。（响 应快、灵敏） 传感器性能要稳定，受气泡影响小。
在线检测原理：
化学或物理信号
放大
电信号
记录显示仪（半自动） 控制器（与设定参数比较）
4 搅拌转速：通常以r/m表示，控制转速能调节溶氧、 CO2
浓度。通过控制器设定转速，加以控制。
5 黏度：黏度可以作为细胞生长或细胞形态的标志，也能反
应发酵罐中菌丝分裂的情况。目前还缺乏在罐内检测黏度 的有效系统。
6 浊度：能及时反应反应单细胞生长状况的参数，对氨基酸、
核苷酸等产品的生产极为重要，目前浊度只限于取样测定， 可用浊度计或分光光度计测定。
发出调节信号
控制器动作（全自动）
1.2 离线检测参数 指取出样后测定得到的参数，如残糖、 NH2-N、 菌体浓度。 2、间接参数： 将直接参数经过计算得到的参数，如摄氧率、 KLa等。
按性质：物理参数，化学参数，生物参数
发酵参数 在线检测
直接参数
按检测手段 间接参数
离线检测
第二节 物理参数的测定
2 空气流量：一般控制在0.5 ～1L/L.min，一般采用转子流量计 测量，转子的位置随气体流量的变化而升降，造成电容量的 变化，由此发出信号。（与化学参数溶氧关联） 3 罐压力：发酵罐的压力可用就地指示（压力表），也可将压力 信号转变为电信号远传，一般采用隔膜式元件（压力敏感膜）
第三节
化学参数的测定
1 pH测量
Байду номын сангаас
pH测量方法 pH试纸
pH电极
pH试纸曾经是一种广泛采用的方法
优点：方便，易操作
缺点：它主观性较强 质量差异，不同厂家不同批号的pH试纸测出的 pH值会有较大的差别，有时甚至达0.5~1。
2 溶氧的测定（相对溶氧，绝对溶氧用碘量法）
对于好氧微生物来说氧的供应十分重要，了解 发酵过程中溶氧情况是发酵控制的关键方面。现在国 内外测定溶液中的溶解氧基本上用复膜溶氧电极。 2.1电极的构造： 由半透膜和电极两部分组成，所有的薄膜要求能透过 氧分子，但不能透过电解质和水，同时要能耐高温。 一般使用聚四氟乙烯、氟化乙烯-丙烯共聚物或聚丙 烯薄膜，也可用硅橡胶膜。
复膜氧电极的结构
在阴极银（铂） 片的前面包一张 半透膜，氧可以 透过半透膜达到 阴极上进行电极 反应。该半透膜 固定在阴极表面。
2.2 复膜氧电极的工作原理
电极部分包括阳极、阴极、电解液，阴极由铂、 银、金等贵金属组成，用于还原氧分子，贵金属
起传递电子的作用。阳极由铅、锡、铝等组成 。 溶液中的氧就在阴极被还原。当产生的电流与溶 液中氧含量成正比时，此时的电极电流为饱和电 流。氧浓度与饱和电流成正比关系。
三大参数从检测手段分可分为：直接参数、间接参数
1、直接（状态）参数： 通过仪器或其它分析手段可以测得的参数，如温度、 pH、残糖等。 直接参数——在线检测参数和离线检测参数
1.1 在线检测参数 指不经取样直接从发酵罐上安装的仪表上得到的参数， 如温度、pH、搅拌转速、溶氧等。 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。 由于微生物培养过程是纯培养过程，无菌要求高，因此 对传感器有特殊要求：
在阴极表面发生的电极反应：
O2+2H2O+4e阳极上的反应是：
4OH-
Pb
Pb2+ +2e2 Pb(OH)2
电极反应： Pb+O2+2H2O
于是在二电极之间形成电流，将氧的信号转变成电信 号。氧浓度越高，电流越大。
化学信号转变成电信号
溶氧电极可分为原电池型和电解型（极谱型）。 原电池型 简单便宜，不需要外加电压就有电流产生。 电解型（极谱型 ）： 所用的参比电极（阳极:银构成）的电
第十章 微生物培养过程的参数检测
物理参数的测定 化学参数的测定 生物参数的测定
第一节
概述
物理参数：温度、搅拌转速、空气压力、空气流量、 表观粘度、浊度、罐压、泡沫等。 化学参数：基质浓度（包括糖、氮、磷等）、pH、产 物浓度、溶氧浓度、 CO2浓度、核酸量等 生物参数：菌丝形态、菌浓度、菌体比生长速率、呼 吸强度、基质消耗速率、关键酶活力等
谢
谢！
位比阴极(白金或金构成)的高或相等，需极化电压使之维 持在-0.6～-0.8V的氧极谱电压内。
2.3 电极的标定
一般测定中应进行以下二点标定 （1）零点标定 用饱和Na2SO3作无氧状态的溶液，将氧电极放入 该溶液中，显示仪表上可见溶氧浓度下降，待下降 稳定后，调节零点旋钮显示零值。 （2）饱和校正（满刻度） 进行简便测定时，可以采取空气饱和方式。将电 极放入培养液中，通气搅拌一段时间，显示仪上 可见溶氧上升，待上升稳定，调节满刻度旋钮至 100%即为饱和值。
插入罐内的传感器必须能经受高压蒸汽灭菌（材料、 数据） 传感器结构不能存在灭菌不透的死角，以防染菌（密 封性好） 传感器对测量参数要敏感，且能转换成电信号。（响 应快、灵敏） 传感器性能要稳定，受气泡影响小。
在线检测原理：
化学或物理信号
放大
电信号
记录显示仪（半自动） 控制器（与设定参数比较）
4 搅拌转速：通常以r/m表示，控制转速能调节溶氧、 CO2
浓度。通过控制器设定转速，加以控制。
5 黏度：黏度可以作为细胞生长或细胞形态的标志，也能反
应发酵罐中菌丝分裂的情况。目前还缺乏在罐内检测黏度 的有效系统。
6 浊度：能及时反应反应单细胞生长状况的参数，对氨基酸、
核苷酸等产品的生产极为重要，目前浊度只限于取样测定， 可用浊度计或分光光度计测定。
发出调节信号
控制器动作（全自动）
1.2 离线检测参数 指取出样后测定得到的参数，如残糖、 NH2-N、 菌体浓度。 2、间接参数： 将直接参数经过计算得到的参数，如摄氧率、 KLa等。
按性质：物理参数，化学参数，生物参数
发酵参数 在线检测
直接参数
按检测手段 间接参数
离线检测
第二节 物理参数的测定