发酵工程第11讲
食品11发酵工程重点整理汇总.
第一章绪论1.发酵的定义工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培养的生产过程。
2. 发酵工程（Fermentation Engineering）的定义发酵工程，是利用“生物细胞”的特定功能，通过现代工程技术手段（主要是发酵罐或生物反应器的自动化、高效化、功能多样化和大型化）生产各种特定的有用物质，或者把微生物直接用于某些工业化生产的一种生物技术体系。
3.发酵工程技术主要包括：提供高性能生产菌种的菌种技术、实现低成本大规模生产产品的发酵技术和最终获得合格产品的分离纯化技术。
4.发酵工艺过程的主要内容包括：发酵原料的选择及预处理，微生物菌种的选育及扩大培养，发酵设备选择及工艺条件控制，发酵产物的分离提取，废弃物的回收和利用等。
5.发酵工程的产品可分为以下六大类：（1）微生物菌体细胞如酵母菌、食用菌、微生物农药的生产。
（2）微生物酶类如各种酶种、酶制剂和各种曲类的生产。
（3）微生物代谢产物如初级代谢产物氨基酸、有机酸、有机溶剂、核苷酸、蛋白质、核酸和维生素等，次级代谢产物抗生素、生物碱和植物激素的生产等。
（4）微生物的转化产物利用微生物代谢过程中的某一种酶或酶系将一种化合物转化成含有特殊功能基团产物的生物化学反应。
如将甘油转化为二羟基丙酮，将葡萄糖转化为葡萄糖酸，将山梨醇转化为L-山梨糖等。
特别是甾体激素的转化受到了广泛的重视。
（5）工程菌发酵产物20世纪70年代兴起的基因工程和细胞工程，取得了飞跃的发展。
通过基因工程和细胞工程创造出许许多多的具有特殊功能的“工程菌”，用发酵技术可以生产出更多更好的产品，发挥更大的经济效益。
（6）动物、植物细胞大规模培养的产物如利用木瓜细胞大规模培养生产木瓜蛋白酶，利用植物细胞培养技术生产天然食用色素等。
6.根据发酵的特点和微生物对氧的不同需要，可以将发酵分成若干类型：(1) 按发酵原料来区分：糖类物质发酵、石油发酵及废水发酵等类型。
发酵工程全套课件451P
侧重产品的生产：
发酵是利用微生物培养来生产产物
工业 微生 物学 家
的无氧或需氧的任何过程
利用生物细胞（包括动、植物细胞）
培养来生产产物的所有过程？（需氧过程、细胞工程）
发酵现象的本质
显微镜观察：微生物
著名的巴斯德实验：微生物作用
著名的毕希纳实验：酵素（酶）的作用
2. 发酵工程概念？
－－微生物细胞加工技术过程优化与放大
生 物 化 学 家
对发酵现象的不同理解
－－两种角度（能量、产物）
生物化学家看待微生物发酵过程：
发酵是酵母无氧呼吸产生能量的过程 生 物 化 学 家 发酵是指有机化合物进行无氧代谢释放能量 的过程
厌氧发酵是厌氧菌借助氧化-还原反应释放能量的过程 需氧发酵是好氧生物在受到分子态氧短缺限制时的不 完全氧化释放能量的过程
纯培养技术的建立
Koch首先发明固体培养基，建立细菌 的纯粹培养 Petri创造一种培养皿(petri dish)用于 微生物平板分离 Winograsky和 Beijerink发明富集培 养法，分离特定的微生物 主要产品：酵母、甘油、乳酸、丙酮丁醇等
纯培养技术的建立
第一次世界大战， Weizmann 发明了丙酮丁 醇发酵，建立了真正的无杂菌发酵。 在面包酵母的生产中首先采用了分批补料培养 技术 主要特点：纯培养为主、嫌氧发酵，产品产量 质量控制水平大大提高
特点：
解决发酵原料及人畜争粮问题； 规模和自动化程度显著提高，能耗过大。
基因工程阶段（现代发酵工业新阶段）
主要标志 基因工程产品生产以及 基因工程技术应用 世界上已批准上市的 基因工程药物有几十 种，如：胰岛素、人 生长激素等。
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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
发酵工程课程总结 ppt课件
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发酵动力学模型：
发酵动力学模型，是为了描述菌体 生长、碳源利用与代谢产物形成速度 变化，以及它们相互之间的动力学关 系。目前有多种动力学分型。
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碳源利用与产物形成速度的关系动力 学分型，它将发酵过程分成了三个类型。 1）Ⅰ型——产物直接与碳源利用有关； 2）Ⅱ型——产物间接与碳源利用有关； 3）Ⅲ型——产物表面与碳源利用无关。
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代谢过程错综复杂，但受体内调 节系统严格控制，并按照顺序、协调 有效地进行，维持体内代谢平衡。
对微生物而言：
代谢过程----细胞内自我调节
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微生物代谢调节方式:
1.细胞透性调节； 2.代谢途径调节； 3.代谢流向调节； 4.代谢速度调节(酶活性或酶数量)。
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②空气流速，一般空气流速提高，可提高供 氧量，但空气流速过大，搅拌器叶轮发生 过载，即叶轮不能分散空气，此时气流形 成大气泡在轴的周围逸出。当空气流速超 过过载速度时，通气效率就不再增加，反 而增加动力消耗。
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③罐压，罐压增大，一般溶氧量增大，但也 会增大二氧化碳溶解度，影响发酵。
④空气分布器，良好分布器可增大供氧量。 ⑤温度，温度升高氧溶解量下降。 ⑥空气含氧量，富氧空气可提高溶解氧量，
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④有毒产物的形成和积累：发酵 液中二氧化碳等代谢产物如果不能及 时从培养液中排出，让其在发酵罐中 积累，就会抑制微生物的呼吸并对微 生物有毒害作用，减小氧的需求量。
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⑤消沫剂的影响：如使用消沫剂可被微 生物利用，则会增强需氧量。
⑥其它因素：发酵接种量大，微生物生 长快，菌体浓度大需氧量多；幼龄菌 体呼吸强度高，需氧量大。
1.3发酵工程及其应用 (教学课件)-高二生物人教版选择性必修三
要对温度、pH、溶解氧等发酵条件进行严格控制，使其最适合微生物的 生长繁殖，同时及时添加必要的营养组分。
思考•讨论 发酵工程基本环节分析 3任.在务产二物分离和提纯方面，发酵工程与传统发酵技术相比有哪些改进之处？
传统发酵技术：产物一般是复杂的混合物，一般不会再对产物进行分离 和提纯处理，或者仅采用简单的沉淀、过滤等方法来分离和提纯产物。
应该辩证地看待这一产品。 一方面：这类产品具有多样化的特点，能够满足一些人对独特口感的需求，或者满 足一些人的时尚追求。
另一方面：这类产品是手工作坊式生产的，存在啤酒品质不稳定，价格昂贵的问题。
1.在食品工业上的应用 (2)生产食品添加剂
添加了柠檬酸的饮料
添加剂类型
举例
酸度调节剂 L-苹果酸、柠檬酸、乳酸
菌种的选育、对原材料的处理、发酵过程的控制、产品的消毒等，都有 助于提高啤酒的产量和品质。
思考•讨论 啤酒的工业化生产流程
讨论:
➢ 现在市面上流行一种“精酿”啤酒，它的制作工艺与普通啤酒有所不同，如一般 不添加食品添加剂、不进行过滤和消毒处理等。 有人认为饮用“精酿”啤酒比饮用“工业”啤酒更健康，你怎么看待这个问题? “精酿”啤酒是小规模酿造产品，发酵时间长、产量低和价格高，却依然有着市场 需求，我们如何辩证地看待大规模生产与小规模制作?
(1)生产微生物肥料 (2)生产微生物农药 (3)生产微生物饲料
3.在农牧业上的应用
(1)生产微生物肥料 ①微生物肥料：
利用微生物在代谢过程中产生的有机酸、生物活性物 质等来增进土壤肥力、改良土壤结构、促进植株生长、 增强植物抗病性和抗逆性。
②常见微生物肥料： 根瘤菌肥、固氮菌肥
发酵工程(答案)11
发酵工程习题及思考题库一、填空题1. 淀粉水解糖的制备可分为酸解法、酶解法和酸酶结合法 三种。
2. 糖酵解途径中的三个重要的关键酶是己糖激酶、磷酸丙糖激酶、丙酮酸激酶。
3. 甘油的生物合成机制包括在酵母发酵醪中加入亚硫酸氢钠 与乙醛起加成反应和在碱性 条件下乙醛起歧化反应。
4. 微生物的吸氧量常用呼吸强度；耗氧速率两种方法来表示，二者的关系是5. 发酵热包括生物热；搅拌热；蒸发热和辐射热等几种热。
6. 发酵过程中调节pH 值的方法主要有添加碳酸钙法；氨水流加法和尿素流加法。
7. 微生物工业上消除泡沫常用的方法有化学消泡和机械消泡两种。
8. 一条典型的微生物群体生长曲线可分为迟滞期、对数期；稳定期；衰亡期四个生长时期。
9. 常用菌种保藏方法有斜面保藏法、沙土管保藏法、液体石蜡保藏法；真空冷冻保藏法等。
10. 培养基应具备微生物生长所需要的五大营养要素是碳源、氮源；无机盐；生长因子和水。
11. 提高细胞膜的谷氨酸通透性，必须从控制磷脂的合成着手或者使细胞膜受损伤。
12. 根据微生物与氧的关系，发酵可分为有（需）氧发酵；厌氧发酵两大类。
13. 工业微生物育种的基本方法有自然选育、诱变育种；代谢控制育种；基因重组和定向育种等。
14. 肠膜明串珠菌进行异型乳酸发酵时，产物为乳酸；乙醇；CO2。
15. 诱导酶指存在底物时才能产生的酶，它是转录水平上调节酶浓度的一种方式。
16. 发酵工业的发展经历了自然发酵，纯培养技术的建立，通气搅拌的好气性发酵技术的建立，人工诱变育种代谢控制发酵技术的建立，开拓新型发酵原料时期，与基因操作技术相结合的现代发酵工程技术 等六个阶段。
17. 去除代谢终产物主要是通过改变细胞的膜的通透性来实现。
18. 获得纯培养的方法有稀释法，划线法，单细胞挑选法，利用选择培养基分离法等方法。
19. 生长因子主要包括维生素，氨基酸，碱基，它们对微生物所起的作用是供给微生物自身不能合成但又是其生长必需的有机物质。
第十一章 现代发酵技术 —现代生物技术在发酵工业中应用(1)
3.市场竞争环境 国外：市场竞争激烈，但秩序较好，市场份额
多为大公司所垄断 国内：仿制与重复建设、重复生产现象非常严
3) 现代生物技术与发酵工程技术：
（1）现代生物技术70％以上的集中在生物制药 领 域 。 2000 年 全 世 界 生 物 技 术 药 物 产 值 达 1000亿美元。
（2）各国对生物技术的投资80%以上集中在医 学生物技术领域；
（3）生物技术研究开发的60～80%的力量主要 集中在医学领域
（4）总销售额超过10亿美元的生物技术产品主要 为医药生物制品；
重，出现了一哄而上的过热现象，市场恶性竞 争，无法实现规模效益。 4.产品信誉 国外：产品信誉较好 国内：产品信誉低，“出现信洋不信中，买洋 不买中”现象
5.创新与知识产权
国外：创新意识高，特别注重知识产权（主要是专 利、商标）保护
国内：创新意识低，严重缺乏自主知识产权产品， 当前，我国已产业化的几十种基因工程药物和疫 苗中只有几种拥有自主知识产权，其他均为仿制 产品。
中国生物技术药物
国产α－干扰素市场占有率已经超过进口 产品，我国首创的γ－干扰素已具备向国外 技术转让能力，新一代干扰素正在研制之中。
据有关部门预测，未来我国生物技术药物， 年增长率不低于25％，年总产值将超过30亿元 人民币以上，发展前景十分广阔。
中国生物技术药物存在的问题
1.研发投入 国外：2－3亿美元/基因药物 国内：10多年来，对生物制药的总投入仅有40 多亿元
二、现代生物技术（modern Biotechnology)
发酵工程豪华(背诵版)
第一章发酵工程第1节传统发酵技术的应用发酵工程：是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品，它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。
一、发酵与传统发酵技术1．发酵的历史：约9000年前，我们的祖先就会利用微生物将谷物、水果等发酵成含酒精的饮料。
2.1857年，法国微生物学家巴斯德通过实验证明，酒精发酵是由活的酵母菌引起的。
3.由于不同的微生物具有产生不同代谢物的能力，因此利用不同微生物，通过发酵就可以生产出人们所需要的多种产物。
（1）发酵的概念：人们利用微生物，在适宜的条件下，将原料通过微生物的代谢转化为人类所需要的产物的过程。
（2）发酵类型好氧发酵：醋酸发酵厌氧发酵：酒精发酵、乳酸发酵4.发酵原理：不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力，因此利用它们既可以生产出人们所需要的多种产物。
5.传统发酵技术的概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术一般称为传统发酵技术。
6.腐乳的制作(1)参与的微生物：多种微生物参与了豆腐的发酵，如酵母、曲霉和毛霉等，其中起主要作用的是毛霉。
(2)腐乳的特点：经过微生物的发酵，豆腐中的蛋白质被分解成小分子的肽和氨基酸，味道鲜美，易于消化吸收，便于保存。
7.传统发酵技术(1)概念：直接利用原材料中天然存在的微生物，或利用前一次发酵保存下来的面团、卤汁等发酵物中的微生物进行发酵、制作食品的技术。
(2)特点:：传统发酵以混合菌种的固体发酵及半固体发酵为主，通常是家庭式或作坊式的。
(3)发酵产品：利用传统发酵技术制作的食品有腐乳、酱、酱油、醋、泡菜和豆豉等，它们是我国传统饮食文化的重要组成部分。
8.使用酵母制作馒头属于传统发酵技术吗？不属于，使用前一次发酵保存下来的面团进行的才算；例如直接利用空气中毛霉孢子制作腐乳属于传统发酵技术，若直接接种毛霉，则不属于。
二、尝试制作传统发酵食品1.相关菌种（1）乳酸菌①分布及常见菌种：乳酸菌种类很多，在自然界中分布广泛。
发酵工程--ppt课件(2024版)
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ppt课件
Use of Microorganisms • Positive（益处）
• Biomass • Production • Conversion • Negative（危害） • Pathogens
• Spoilage
具有细胞结
细菌、放线菌 支原
原核生物
体、衣原体、 立克
由原核细胞构成的） 次氏体、兰细菌
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
ppt课件.
科赫 (Koch7 )
科赫的主要贡献
Ø 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。
Ø 创造了细菌染色方法。 Ø 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
bifidobacterium
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Spirlla （螺 旋 菌）
There are few kinds in bacteria and always pathogeni
c bacteria ; (螺旋菌在细菌中种类较少，通常是病原菌)
vibrio弧菌
spirillum螺旋菌 spirochaeta螺旋菌
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。
ppt课件.
3
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。
Ø 提出了为证明某种特定细菌 是某种特定疾病的病原菌的
发酵工程电子版
发酵工程电子版(总53页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--发酵工艺原理（发酵工程）讲义适用生物工程、生物技术、制药工程及生物科学专业用王莘第一章绪论发酵工业应用：生物生物学一、发酵定义：从工业微生物角度的发酵：利用培养微生物来获得产物的有氧或厌氧的任何过程，现在有扩大到培养生物细胞（含有动物、植物和微生物）获得产物的所有过程。
从发酵工业角度的发酵：借助微生物在有氧和无氧条件下的生命活动来制备微生物体本身，或共同直接代谢产物或次级代谢产物的过程统称为发酵。
传统发酵：酱油、醋、酒、长毛豆腐。
新兴发酵：有机酸、酶制剂、抗生素。
发酵工业的划分：食品工业（酿造工业）和非食品工业（发酵工业）发酵工业：利用生物的生命活动生产的酶对无机或有机原料进行酶加工获得产品的工业。
二、发酵工业具备的条件：①要有某种适宜的微生物。
②要保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧浓度，酸碱度等）。
③要有进行微生物发酵的设备。
④要有将菌体或代谢产物提取出来精制成产品的方法和设备。
三、发酵工业的改革1．天然发酵阶段特点：1）家庭作坊式生产；2）容易感染细菌； 3）厌氧发酵；4）非纯种培养；5）凭经验传授技术； 6）产品质量不稳定。
2．纯培养技术的建立阶段纯培养阶段特点：（1）．多为好氧产品；（2）、均为表面培养；（3）、产品生产过程简单；（4）、设备要求不高；（5）、生产规模不大。
3．通气搅拌发酵技术的建立阶段第二次世界大战爆发，1929年英国人费莱明发现青霉素，迅速形成工业大规摸生产。
1940年英国人费洛里精制分离青霉素医治战伤药物。
发酵工业新篇章：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。
发酵工程产业化发展：发酵工程技术给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力，涉及到解决人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题。
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。
第一章 发酵工程-【必背知识】(教师版)
新人教版生物学选择性必修3《生物技术与工程》知识梳理第一章 发酵工程第一节 | 传统发酵技术的应用1. 发酵与发酵技术 发酵工程：是指利用微生物的特定功能，通过现代工程技术，规模化生产对人类有用的产品，它涉及菌种的选育和培养、产物的分离和提纯等方面。
2. 发酵（1）发酵概念发酵是指人们利用_微生物_，在_适宜_的条件下，将原料通过_微生物的代谢_转化为人类所需要的产物的过程。
（2）发酵原理不同的微生物具有产生不同代谢产物的能力 ，因此利用它们既可以生产出人们所需要的多种产物。
（3）发酵类型好氧发酵：醋酸发酵厌氧发酵：酒精发酵 、乳酸发酵 3. 尝试制作传统发酵食品 （1）乳酸菌 ①代谢特点_厌氧_细菌，代谢类型为_异养厌氧型_；在_无氧_的情况下能将_葡萄糖_分解成_乳酸_； ①发酵原理（反应简式）C 6H 12O 6――→酶2C 3H 6O 3（乳酸）+能量①生产应用可用于_乳制品的发酵_、_泡菜的腌制_等 ①分布_空气_、_土壤_、植物体表_、_人或动物的肠道内_ ①常见类型_乳酸链球菌_和_乳酸杆菌_ （2）酵母菌 ①代谢特点是一类_单细胞真菌_，是_兼性厌氧_微生物；在_无氧_的条件下能进行_酒精发酵_ ①重要影响因素__温度__是影响酵母菌生长的重要因素；酿酒酵母的最适生长温度约为_28①_； ①发酵原理（反应简式）①生产应用可用于_酿酒_、_制作馒头和面包_等 ①分布在一些_含糖量较高_的_水果_、蔬菜表面_ （3）醋酸菌 ①代谢特点_好氧_细菌，代谢类型是异养需氧型 ；当_O2、糖源都充足 时，能将_糖_分解为_醋酸_； 当_缺少糖源_时则将_乙醇_转化为_乙醛_，再将_乙醛_变为_醋酸 ；多数醋酸菌的最适生长温度为_30-35①_；①发酵原理（反应简式）①生产应用醋酸菌可用于制作各种风味的_醋_探究.实践一：泡菜的制作1．发酵原理(1)菌种：乳酸菌。
(2)原理：在无氧条件下，乳酸菌将葡萄糖分解成乳酸。
发酵工程 11 发酵产物的提取与精制
的分配，萃取剂与溶质间的化学反应包括离子
交换和络合反应等。
2、双水相萃取 溶剂萃取法，一般是将水溶液中的溶质萃取到 有机溶剂中，这会使许多生物大分子在有机溶 剂中失活变性。双水相系统中多聚物的水溶液
给生物分子提供温和的环境。双水相萃取可直
接从细胞破碎匀浆中萃取蛋白质，无需分离细 胞碎片。
3、反胶束提取纯化技术 将表面活性剂溶于非极性溶剂（有机溶剂）中， 并使其浓度超过临界胶束浓度，便会在有机溶 剂内形成聚集体，这种聚集体即为反胶束。在
常用的中性盐有硫酸铵、硫酸钠、硫酸镁、 磷酸钠、磷酸钾、氯化钾、醋酸钠、硫氰 化钾等。在蛋白质的盐析中，以硫酸铵应 用最广。
盐析的操作：pH
蛋白质、酶等经过盐析沉淀分离后，产品 夹带有盐分，需脱盐处理。常用的方法有 透析法、电渗析法和葡聚糖凝胶过滤法等。
3、有机溶剂沉淀分离法 与无机沉淀剂相比，有机沉淀剂的优点在于： （1）选择性比较高，即一定浓度的有机沉淀 剂只沉淀分离某一种或某一类溶质组分；（2） 沉淀后所得产品不需脱盐，残留的沉淀剂通过 挥发而易于去除。 有机沉淀剂的缺点是对有些生物大分子如酶类 有失活作用，因而常需在低温下操作。
反 渗 透 RO ） 压 力 差 （ 2-10M P a） （ 透 析 （ DS） 浓度差
电 渗 析 ED ） 电 位 差 （
2、膜分离技术的特点 膜分离技术一般在常温下操作，不需加热，被 分离的物质能保持原来的性质，能保持生物物 质的活性。其选择性强，操作过程简单，适用
范围广。膜分离技术在分离物质过程中不涉及
一、发酵液的预处理
发酵液的特性：
①菌体细小且可压缩，其相对密度与培养
液相似；
②发酵液粘稠，大多为非牛顿流体； ③发酵产物浓度底，处理体积大。
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。
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1.4 抗震条件
我国规定在地震6度烈度或以下不设防、7度的地区需 要适当加固结构措施，将增加造价15%左右，对8度地 区，要求采取更严格的措施，包括采用框架结构，将 梁加大等，需增加造价30%左右。所以，应尽可能不在 7度或7度以上地区建厂。
1.5 气象条件
气象条件包括风向、风量、雨量和气温等，要求积累 十年以上的历史资料。对雨量和气温还应有最高、最 低和平均的历史资料。
4、交通运输条件
在建厂选址时，要考虑物料的运输方式，是陆路还 是水路，陆路涉及到铁路、公路运输，对于大型发 酵厂，如其年运输量在10万吨以上时，可考虑申请 铁路专线，亦可与邻厂合用铁路专线。公路运输可 组建车队或承包给专业的汽车运输公司，目前，后 者更被认同。除铁路、公路运输外，有条件的地区 应优先考虑水运，水运可降低成本。
2.2 空压机站 设在较洁净区域，要与锅炉房等污染区保持一定的
间距，以利空气的净化处理。同时空压站应靠近发 酵车间，以减少压缩空气的压力降。 2.3 冷冻站 应尽可能靠近耗冷量大的车间，以减少冷量的损失。 2.4 配电房 可布置在空压机站、冷冻站、生产车间附件，以减 少线路的损耗。
5、环保工作量大
包括对发酵废液、菌丝、废醪、废水等的处理等。 如生产一吨味精，需处理高浓度废水25吨左右，其 废水的COD值达到8万～10万mg/L,且处理难度相当高。
二、厂址的选择
1、自然条件 1.1 环境卫生条件 按照我国标准（GB3095—82），空气中含尘量低于 0.15mg/m3的区域为一级区域，属于高度洁净区。含尘量 低于0.30mg/m3的区域为二级区域，属于一般标准，含尘 量低于0.50mg/m3的区域为污染区域。发酵工厂应建在一 级或二级区域内。尽量远离散发大量有害气体的化工厂或 产生大量灰尘的炼钢厂、热电厂、水泥厂等。同时也应与 铁路及公路主干线保持适当距离。此外厂应建在居民区的 下风侧，并适当远离居民区。
第十三章 发酵工厂工艺设计
第一节 发酵工厂厂址的选择
一、发酵生产的特点 1、工程技术要求高 发酵是一门多学科的交叉科学，它涉及到微生物学、生物 化学、化学工程、机械、电子、仪表自动化、电气、环保 等专业知识，整个生产过程围绕着活体微生物的扩大培养、 代谢产物产生积累。发酵生产如控制不当，会引起杂菌或 噬菌体污染，危害极大。这与化工、电子、机械行业有很 大的不同。
1、生产车间
包括从种子制备和发酵配料开始到成品分装、出厂 全过程的生产车间，整个生产车间集中在一个厂房 内较为合理。其中应特别注意洁净生产区与一般生 产区的区别与划分。如果是药品的生产厂房，则应 按洁净区的要求，尽量形成独立单元，远离烟、尘、 污染区域。
2、动力保障车间
2.1 锅炉房
锅炉房应设置在全年主导风向的下风口，防止煤粉 与烟尘污染厂区。锅炉房附件的堆煤场和灰渣场宜 建在厂区边缘。这样在运输车辆无需穿过厂区而可 从边门进出。锅炉房附近不得建有易燃、易爆的化 学品仓库。
3、发酵工厂原料投入多
在发酵工厂的原料中，特别是粮食、燃料及一些化工原 料用量大。如柠檬酸生产每吨产品要消耗原料和燃料达 9.5吨，而抗生素产品这个比例更大。因此，在选址时必 须考虑运输的方便。
4、工厂周边环境要求严
发酵工厂离不开微生物，其产品中不少是医药产品 或食品，所以对工厂周围的环境有严格的要求。要 选地势干燥、空气优良、通风良好，至少300m之内 无禽畜舍，无垃圾场，无粉尘及有毒、有害气体污 染源，水源状况良好，无污染。且符合药品或食品 生产要求。
第二节 发酵工厂总图布置
发酵工厂的总平面设计包括5项内容：平面布置设计、 竖向布置设计、运输设计、管线综合设计、绿化设计。 一、平面布置设计 根据工厂建筑群的组成内容及使用功能要求,结合厂址 条件及有关技术要求,协调研究建筑物及各项设施之间 的相互空间和平面关系，正确处理建筑物、交通运输、 管路管线、绿化区域等布置问题，充分利用地形，节 约场地，使所建工厂形成布局合理、协调一致、功能 分区明确、运输管理方便，生产协调有序，人流、物 流分流明确。并与四周建筑群相互协调的有机群体。 一般来说，发酵工厂厂区包括下列项目。
5、其他件
在选址建厂时还要考虑周围的协作条件。如大型设 备零部件的加工和检修，可能需要有关机械厂的协 作。开发新产品与科研院所的协作，开发新药在进 行药理和临床试验方面与医院的合作等。
此外，厂址的选择还注意到厂区生活设施的配套条 件，一般工厂不宜建在远离城镇的地方，否则影响 职工的正常生活，也影响人才的引进，给工厂的生 产带来不利。
2、动力供应条件
发酵工厂是耗能大户，属二类负荷用电户，所以能否充分 保证电力供应对厂址的选择十分重要。此外，建厂地区水 源是否丰富，能否保证用水需要，排水畅通、还特别要注 意枯水季节保证用水的情况。
3、原料、辅料等供应条件
发酵工厂要考虑原料、燃料、辅料的配套供应，很多发酵 厂都是淀粉为主要原料，因而，把厂建在玉米产区附件， 就方便得多，可减少运输成本。也可考虑与淀粉厂就近建 发酵厂，或在发酵厂内建一淀粉分厂，则更有利。此外， 还要考虑到各种辅料的供应问题。
2、发酵工厂动力消耗大
发酵工厂对动力供应要求高，一个发酵工厂的水、电、 汽、气等公共工程的投资约占全厂总投资的三分之一。 在供电方面，发酵工厂要求不间断供电，属二类负荷用 电单位，宜采用两路电缆进线，保证发酵生产正常进行。 发酵工厂的配料、水循环保温、制冷、设备及管路的清 洗等都需大量的水，水的消耗量也很大。
1.2 地理条件
对于厂区坡度的要求，大型厂应不大于4%，中型厂不大 于6%，小型厂不大于10%。厂区内主要地段的坡度以不 大于2%为宜。考虑到排除积水，坡度一般不能小于0.5%。 此外，厂区地理位置还要考虑到洪水、塌方、滑坡和泥 石流等问题。
1.3 地质条件
应当避免熔洞、沼泽、断裂带和流沙。如地下有流沙， 流沙层应距地面大于100m深为好。地耐力对于一般厂房 的要求在10t/m2以上，工业建筑要求15 t/m2以上。高 层建筑或大型设备房等建筑应按相关的规定执行。如在 寒冷地区建厂还要注意冻土层情况。