第八章发酵工程第二讲
合集下载
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 第八章 发酵设备与反应器 ppt课件
生物反应器应具有适宜的径高比 应承受一定的压力 有搅拌通风装置的反应器应能使气液固三相充分混合，
满足物料必须的溶氧需求 反应器应有恰当的冷却装置和冷却面积，满足生物体
生长代谢过程中的温度要求
9
发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
反应器应尽量减少死角，消除藏垢积污场所，保证灭菌彻 底
尽量减少法兰连接，防止因设备震动和热膨胀，引起法兰 连接处移位，造成污染
13
发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
罐体圆柱形，罐顶为椭圆封头，罐底为圆锥形。 筒体直径(D)和筒体高度(H)是主要特性参数。D：H＝1：
1.5-6。增加H有利于加速发酵，降低H有利于啤酒的自然澄 清。 发酵罐锥底角一般为60-130°考虑到发酵中酵母自然沉降 最有利，以70°为好。
14
发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
罐顶：进料管，补料管， 排气管和压力表管等。
罐底：出料管，进气管 等。
罐身：冷却水进出管， 进空气管，温度计管和 测控仪表接口。
35
发酵工程 第八章 发酵设备与反应 器
（1）搅拌器的主要作用：混合和传质 溶氧：使通入的空气分散成小气泡并与发酵液充分混合，使气
40
发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
因为气体不是直接被搅拌器剪碎而分散的，而是首先在浆 叶的背面形成稳定的气穴，而后气穴在尾部破裂，这些小 气泡在离心力的作用下被甩出而分散至液体内。气穴的存 在使得Rushton涡轮的效率降低，特别在高气速下，有时 整个搅拌器被气穴包围，搅拌器近似空转，效率很低，气 体穿过搅拌器直接上升到液面。
加速发酵，C.C.T发酵和传统发酵相比，由于发酵基质(麦 汁)和酵母对流获得强化，可加速发酵。
满足物料必须的溶氧需求 反应器应有恰当的冷却装置和冷却面积，满足生物体
生长代谢过程中的温度要求
9
发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
反应器应尽量减少死角，消除藏垢积污场所，保证灭菌彻 底
尽量减少法兰连接，防止因设备震动和热膨胀，引起法兰 连接处移位，造成污染
13
发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
罐体圆柱形，罐顶为椭圆封头，罐底为圆锥形。 筒体直径(D)和筒体高度(H)是主要特性参数。D：H＝1：
1.5-6。增加H有利于加速发酵，降低H有利于啤酒的自然澄 清。 发酵罐锥底角一般为60-130°考虑到发酵中酵母自然沉降 最有利，以70°为好。
14
发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
罐顶：进料管，补料管， 排气管和压力表管等。
罐底：出料管，进气管 等。
罐身：冷却水进出管， 进空气管，温度计管和 测控仪表接口。
35
发酵工程 第八章 发酵设备与反应 器
（1）搅拌器的主要作用：混合和传质 溶氧：使通入的空气分散成小气泡并与发酵液充分混合，使气
40
发酵工程 第八章 发酵设备与反应器
因为气体不是直接被搅拌器剪碎而分散的，而是首先在浆 叶的背面形成稳定的气穴，而后气穴在尾部破裂，这些小 气泡在离心力的作用下被甩出而分散至液体内。气穴的存 在使得Rushton涡轮的效率降低，特别在高气速下，有时 整个搅拌器被气穴包围，搅拌器近似空转，效率很低，气 体穿过搅拌器直接上升到液面。
加速发酵，C.C.T发酵和传统发酵相比，由于发酵基质(麦 汁)和酵母对流获得强化，可加速发酵。
发酵工程第2讲(2011.2)
电离变成带电微粒，在捕集区被吸附除去。该方法对 很小的微粒效率较低，此外一次性投资费用较大。 。
1.4
过滤除菌法
深层过滤除菌是目前发酵工业生产中最常用的空气除 菌方法，它采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过空气 中所包含的微生物，从而获得无菌空气。 常用的介质：一类其孔隙大于微生物，故必须有一定
的厚度才能达到过滤除菌的目的，另一类介质的孔隙
的生长范围Aw：0.998~0.6，设计培养基时应考虑
到Aw, G-生长的最小水分活度一般比G+高，表明通常 G+比G-有较高的内部渗透压，酵母与 G+类似，丝状
真菌范围大。
1.3.3 氧化还原电势Eh：好氧微生物生长Eh为：
+0.3 ~0.4V，兼性厌氧微生物为：>0.1V，厌氧微生
物为：< 0.1V。 1.4 根据培养微生物的目的配制：产物是菌体：N源含 量比较高。产物是某种代谢产物：考虑代谢产物的 化学组成。
作用：前体有助于提高产量和组份 用量：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有个转化 率的问题
实际使用时的转化率在46-90%之间
用法：前体使用时普遍采用流加的方法 前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利 苯乙酸，一般基础料中仅仅添加0.07% 前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化， 流加也有利于提高前提的转化率。
塔的速度< 0.1m/min，温度132℃ ，在塔内的停留时
间为20—30s。
维持灭菌温度：连消后料液再输入维持罐保温一定时间。 在生产实际中，一般维持5—8min。 理论维持时间由 t=2.303/ k（lgN 0/Ns） 式求出。 冷却：料液经喷淋冷却器冷却到生产要求的温度。进 入预先经过空罐灭菌后的发酵罐中。
1.4
过滤除菌法
深层过滤除菌是目前发酵工业生产中最常用的空气除 菌方法，它采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过空气 中所包含的微生物，从而获得无菌空气。 常用的介质：一类其孔隙大于微生物，故必须有一定
的厚度才能达到过滤除菌的目的，另一类介质的孔隙
的生长范围Aw：0.998~0.6，设计培养基时应考虑
到Aw, G-生长的最小水分活度一般比G+高，表明通常 G+比G-有较高的内部渗透压，酵母与 G+类似，丝状
真菌范围大。
1.3.3 氧化还原电势Eh：好氧微生物生长Eh为：
+0.3 ~0.4V，兼性厌氧微生物为：>0.1V，厌氧微生
物为：< 0.1V。 1.4 根据培养微生物的目的配制：产物是菌体：N源含 量比较高。产物是某种代谢产物：考虑代谢产物的 化学组成。
作用：前体有助于提高产量和组份 用量：前体的用量可以按分子量衡算，具体使用有个转化 率的问题
实际使用时的转化率在46-90%之间
用法：前体使用时普遍采用流加的方法 前体一般都有毒性，浓度过大对菌体的生长不利 苯乙酸，一般基础料中仅仅添加0.07% 前体相对价格较高，添加过多，容易引起挥发和氧化， 流加也有利于提高前提的转化率。
塔的速度< 0.1m/min，温度132℃ ，在塔内的停留时
间为20—30s。
维持灭菌温度：连消后料液再输入维持罐保温一定时间。 在生产实际中，一般维持5—8min。 理论维持时间由 t=2.303/ k（lgN 0/Ns） 式求出。 冷却：料液经喷淋冷却器冷却到生产要求的温度。进 入预先经过空罐灭菌后的发酵罐中。
《发酵工程及其应用》 讲义
《发酵工程及其应用》讲义一、发酵工程的定义与发展历程发酵工程，简单来说，就是通过微生物的生长和代谢活动来生产有用物质的技术。
它是生物技术的重要组成部分，对人类的生产和生活产生了深远的影响。
发酵工程的历史可以追溯到几千年前，古代人类就已经学会利用发酵来制作食品和饮料，比如酿酒、制作酸奶和面包等。
然而，真正意义上的现代发酵工程始于 19 世纪中叶，当时法国科学家巴斯德揭示了发酵的本质是微生物的作用。
20 世纪初，随着微生物纯培养技术的建立，发酵工程开始进入工业化生产阶段。
在第一次世界大战期间，丙酮和丁醇的发酵生产为战争提供了重要的化工原料。
此后，抗生素的大规模发酵生产使得发酵工程在医药领域取得了巨大的成功。
20 世纪中叶以来，随着基因工程、细胞工程等生物技术的发展，发酵工程不断融合新的技术和理念，实现了从传统发酵到现代发酵的跨越。
如今，发酵工程已经广泛应用于医药、食品、农业、化工、环保等多个领域，成为推动经济发展和社会进步的重要力量。
二、发酵工程的基本原理发酵工程的基本原理是利用微生物的代谢能力，将原料转化为目标产物。
微生物在生长和代谢过程中，会产生一系列的酶，这些酶能够催化各种化学反应，从而实现物质的转化。
微生物的代谢类型多种多样，包括有氧呼吸、无氧呼吸和发酵等。
不同的微生物和代谢方式适用于不同的发酵过程。
例如，酵母菌在无氧条件下进行酒精发酵，而醋酸菌在有氧条件下将乙醇氧化为醋酸。
在发酵过程中，需要为微生物提供适宜的生长环境，包括营养物质、温度、pH 值、溶氧等。
通过控制这些条件，可以调节微生物的生长和代谢，提高发酵效率和产物质量。
此外，发酵过程还涉及到微生物的选育和改造。
通过基因工程等技术手段，可以获得具有优良性状的微生物菌株，提高发酵性能和产物产量。
三、发酵工程的基本流程发酵工程通常包括以下几个基本流程：1、菌种选育这是发酵工程的起点，需要从自然界中筛选或通过基因工程等手段构建具有特定性能的微生物菌种。
发酵工程2
提高氧的传质效率
• 使发酵液充分混合，液体中的固形物质保持 悬浮状态
• 使液体产生轴向流动和径向流动，对于发酵 而言，希望以径向液流为主
• 在搅拌轴上配置多个搅拌器 • 轴的位置
5. 档板 • 克服搅拌器运转时液体产生的涡流，将径向
流动改变为轴向流动，促使液体激烈翻动， 增加溶氧速率
• 从液面至灌底 • 与罐壁之间的距离为1/5~1/8W，避免形成死
5）1979~今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、干扰素等基 因工程产品商业化发酵罐更加趋向大型化和自动化发展
• 6.4.2. 发酵设备的类型
1). 按微生物生长：厌氧和好氧发酵设备
2). 按发酵罐设备特点： (1)机械搅拌通风发酵罐 循环式：伍式、文氏管式发酵罐 非循环式：通风式、自吸式发酵罐 (2)非机械搅拌通风发酵 循环式：气提式、液提式发酵罐 非循环式：排管式、喷射式发酵罐
• 1.标准发酵罐的几何尺寸
•
H/D=1.7~4
•
d/D=1/2~1/3
•
W/D=1/8~1/12
•
B/D=0.8~1.0
•
(s/d)2=1.5~2.5
•
(s/d)3=1~2
2. 罐体： 培养微生物的巨大容器，密闭式的，
在发酵过程中要保持一定的罐压，通常灭 菌的压力约为2.5×105Pa
形状，圆柱形，两端椭圆形, 受力均匀， 减少死角，物料容易排除，
度而形成的反作用力，使喷水管自动 旋转。
• 对于120m3的酒精发酵罐，采用 36×3mm的喷水管，管上开有 44×30个小孔，两头喷嘴口径为9mm。
6.4.3 厌氧发酵设备
• 啤酒发酵设 备向大型、 室外、联合 的方向发展， 迄今为止， 使用的大型 发酵罐容量 已达1500吨。
• 使发酵液充分混合，液体中的固形物质保持 悬浮状态
• 使液体产生轴向流动和径向流动，对于发酵 而言，希望以径向液流为主
• 在搅拌轴上配置多个搅拌器 • 轴的位置
5. 档板 • 克服搅拌器运转时液体产生的涡流，将径向
流动改变为轴向流动，促使液体激烈翻动， 增加溶氧速率
• 从液面至灌底 • 与罐壁之间的距离为1/5~1/8W，避免形成死
5）1979~今，大规模细胞培养发酵罐，胰岛素、干扰素等基 因工程产品商业化发酵罐更加趋向大型化和自动化发展
• 6.4.2. 发酵设备的类型
1). 按微生物生长：厌氧和好氧发酵设备
2). 按发酵罐设备特点： (1)机械搅拌通风发酵罐 循环式：伍式、文氏管式发酵罐 非循环式：通风式、自吸式发酵罐 (2)非机械搅拌通风发酵 循环式：气提式、液提式发酵罐 非循环式：排管式、喷射式发酵罐
• 1.标准发酵罐的几何尺寸
•
H/D=1.7~4
•
d/D=1/2~1/3
•
W/D=1/8~1/12
•
B/D=0.8~1.0
•
(s/d)2=1.5~2.5
•
(s/d)3=1~2
2. 罐体： 培养微生物的巨大容器，密闭式的，
在发酵过程中要保持一定的罐压，通常灭 菌的压力约为2.5×105Pa
形状，圆柱形，两端椭圆形, 受力均匀， 减少死角，物料容易排除，
度而形成的反作用力，使喷水管自动 旋转。
• 对于120m3的酒精发酵罐，采用 36×3mm的喷水管，管上开有 44×30个小孔，两头喷嘴口径为9mm。
6.4.3 厌氧发酵设备
• 啤酒发酵设 备向大型、 室外、联合 的方向发展， 迄今为止， 使用的大型 发酵罐容量 已达1500吨。
发酵工程2发酵工业菌种应用护理课件
基因敲除与突变
通过基因敲除或突变技术，改变 菌种的遗传物质，提高其性能或 产生新的性状。
01 02 03 04
产物合成能力分析
通过检测发酵液中的产物浓度， 了解菌种的产物合成能力，并优 化发酵条件以提高产物的产量。
响应面法优化
通过实验设计，优化发酵条件， 提高菌种的性能和产物产量。
04
工业菌种应用中的问题与解决 方案
乳酸菌
能产生乳酸，主要应用于酸奶、乳酪等乳制品发酵。
酵母菌
能进行有氧和无氧呼吸，常用于面包、酒类等食品发 酵。
霉菌
能产生多种酶和有机酸，常用于食品、饲料等发酵。
工业菌种的选择与培育
根据生产需求选择适当的菌种
根据产品特性和生产工艺要求，选择具有优良发酵性能的菌 种。
菌种培育
通过适当的培养基和培养条件，对菌种进行筛选、纯化、复 壮等操作，以保证菌种的活力和稳定性。
酵产物的产量和品质。
菌种应用
将驯化后的菌种应用于生产过程中， 通过优化发酵条件和工艺参数，实现
高效、低成本的发酵生产。
菌种护理
定期对菌种进行检测和维护，确保菌 种性能稳定和发酵生产的连续性。
某实验室菌种保藏与复苏实验
菌种保藏
采用低温、干燥、缺氧等方法， 将菌种长期保存于稳定的条件下 ，以备不时之需。
发酵工程2-发酵工业菌种应用护 理课件
目录
• 发酵工程简介 • 工业菌种在发酵工程中的应用 • 工业菌种的护理与保存 • 工业菌种应用中的问题与解决方案 • 案例分析
01
发酵工程ห้องสมุดไป่ตู้介
Chapter
发酵工程定义
01
发酵工程是通过操纵微生物的生命活动来生产有用物质的一门技术，涉及化学工 程、微生物学、生物化学等领域。
通过基因敲除或突变技术，改变 菌种的遗传物质，提高其性能或 产生新的性状。
01 02 03 04
产物合成能力分析
通过检测发酵液中的产物浓度， 了解菌种的产物合成能力，并优 化发酵条件以提高产物的产量。
响应面法优化
通过实验设计，优化发酵条件， 提高菌种的性能和产物产量。
04
工业菌种应用中的问题与解决 方案
乳酸菌
能产生乳酸，主要应用于酸奶、乳酪等乳制品发酵。
酵母菌
能进行有氧和无氧呼吸，常用于面包、酒类等食品发 酵。
霉菌
能产生多种酶和有机酸，常用于食品、饲料等发酵。
工业菌种的选择与培育
根据生产需求选择适当的菌种
根据产品特性和生产工艺要求，选择具有优良发酵性能的菌 种。
菌种培育
通过适当的培养基和培养条件，对菌种进行筛选、纯化、复 壮等操作，以保证菌种的活力和稳定性。
酵产物的产量和品质。
菌种应用
将驯化后的菌种应用于生产过程中， 通过优化发酵条件和工艺参数，实现
高效、低成本的发酵生产。
菌种护理
定期对菌种进行检测和维护，确保菌 种性能稳定和发酵生产的连续性。
某实验室菌种保藏与复苏实验
菌种保藏
采用低温、干燥、缺氧等方法， 将菌种长期保存于稳定的条件下 ，以备不时之需。
发酵工程2-发酵工业菌种应用护 理课件
目录
• 发酵工程简介 • 工业菌种在发酵工程中的应用 • 工业菌种的护理与保存 • 工业菌种应用中的问题与解决方案 • 案例分析
01
发酵工程ห้องสมุดไป่ตู้介
Chapter
发酵工程定义
01
发酵工程是通过操纵微生物的生命活动来生产有用物质的一门技术，涉及化学工 程、微生物学、生物化学等领域。
发酵工程与设备第八章第二讲发酵过程控制
● 温度除了直接影响发酵过程中各种反应速率外，还通过改 变发酵液的物理性质，间接影响菌的生物合成。
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
2）温度可能会影响终产物的质量
例如： 苏云金杆菌的发酵，一般在30-31℃进行，这样形成的晶体
毒力强。若发酵温度提高到37℃以上，虽然菌体生长繁殖较快， 最终含菌数也较高，但生物毒力较低，直接影响产品的质量。
K值可由下式求得： K = (MCp)发酵液 + (MCp)容器 + (MCp)附件 M — 以每升发酵液计的发酵液、容器、附件的重量 Cp — 代表各自的比热
一般微生物发酵过程中的最大发酵热约为 4.186× (3000～8000) kJ / m3 ·h
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
三、温度与发酵的关系
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
A 温度；B 开始时机；C 冲击时间
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
A比B好
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
五、温度的控制
方法： 罐壁调温
夹层调温 罐内调温
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
变温培养的正交设计
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
结论：前60h按31℃控制，缩短了适应期使发酵提前转入
生产阶段，同时菌丝体已有相当量的积累，为大量分泌抗 生素提供了物质基础 60小时后将罐温降至3O℃使与抗生素合成有关的酶的活性 增强，抗生素分泌量有所增加，同时因分泌期的延长有利 于进一步积累抗生素 发酵进入后期罐温再回升至31℃ 使生产菌在生命的最后阶 段最大限度的合成和排出次级代谢产物。
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
2）温度可能会影响终产物的质量
例如： 苏云金杆菌的发酵，一般在30-31℃进行，这样形成的晶体
毒力强。若发酵温度提高到37℃以上，虽然菌体生长繁殖较快， 最终含菌数也较高，但生物毒力较低，直接影响产品的质量。
K值可由下式求得： K = (MCp)发酵液 + (MCp)容器 + (MCp)附件 M — 以每升发酵液计的发酵液、容器、附件的重量 Cp — 代表各自的比热
一般微生物发酵过程中的最大发酵热约为 4.186× (3000～8000) kJ / m3 ·h
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
三、温度与发酵的关系
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
A 温度；B 开始时机；C 冲击时间
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
A比B好
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
五、温度的控制
方法： 罐壁调温
夹层调温 罐内调温
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
变温培养的正交设计
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
发酵工程与设备第八章第二讲发酵 过程控制
结论：前60h按31℃控制，缩短了适应期使发酵提前转入
生产阶段，同时菌丝体已有相当量的积累，为大量分泌抗 生素提供了物质基础 60小时后将罐温降至3O℃使与抗生素合成有关的酶的活性 增强，抗生素分泌量有所增加，同时因分泌期的延长有利 于进一步积累抗生素 发酵进入后期罐温再回升至31℃ 使生产菌在生命的最后阶 段最大限度的合成和排出次级代谢产物。
《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。
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。
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第八章发酵工程第二讲
① 分批发酵
分批发酵应根据产物的不同，掌握不同的工艺重点。 ⑴ 细胞本身: 应采用能维持最高生长产量的培养条件； ⑵ 初级代谢产物: 延长与产物生产相关联的对数生长期； ⑶ 次级代谢产物: 可缩短对数生长期，延长生产期，或降低
对数期的生长速率，从而使次级代谢产物更早形成。
第八章发酵工程第二讲
第八章 发酵工程
第八章发酵工程第二讲
第八章 发酵工程---第二讲
第一节：发酵工艺 第二节：下游加工过程 第三节：生化反应器
第八章发酵工程第二讲
第一节：发酵工艺
1、种子扩大培养 2、发酵方式 3、发酵过程控制
第八章发酵工程第二讲
1、种子扩大培养
种子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，再经过扁瓶或摇 瓶及种子罐逐渐扩大培养而获得一定是数量和质量的纯种 的过程。
半连续发酵也有她的不足： ⑴ 放掉发酵液的同时也丢失了未利用养分和处于生产旺盛期的
菌体； ⑵ 定期补充和放出使发酵液稀释，送去提炼的发酵液体积更大。 ⑶ 发酵罐被稀释后可能产生更多的代谢有害物，最终限制发酵
的产物合成； ⑷ 一些经代谢产生的前体可能丢失； ⑸ 有利于非生产菌突变株的生长。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ第八章发酵工程第二讲
第八章发酵工程第二讲
3、发酵过程控制
发酵过程控制：除了满足生产菌种的营养需要之外，还要为 生产菌创造一个最适宜的环境，使人们所需要的代谢活动得 以最充分的表达。
① 温度：各种酶催化反应中，温度是保证酶活性的重要条件。 温度对细胞的酶结果与组成有较大的影响，它关系到代谢 途径和代谢产物的生物合成。最适合于菌体生长的温度未 必最适合于微生物的生物合成；反之亦然，要特别注意发 酵过程中的菌体生长与代谢产物积累两个阶段的最适温度 的控制。
第八章发酵工程第二讲
② 补料—分批发酵
优点 在这样一种系统中可以维持低的基质浓度， 避免快速利用碳源的阻遏效应；减缓代谢有害物的 不利影响；可以通过补料控制达到最佳的生长和产 物合成条件；还可以利用计算机控制合理的补料速 率，稳定最佳生产工艺。
缺点 由于没有物料取出，产物的积累最终导 致比生产速率的下降。由于有物料的加入增加了 染菌机会
④ 连续发酵
连续培养是在发酵过程中，一边流加新鲜的料液，一般以相 同的流速放料，维持发酵液原来的体积。在稳定条件下可通 过补料速率来控制比生长速率不变。流入罐内的料液使得基 质浓度上升、菌体浓度变稀，细胞生长将导致菌体浓度变浓、 基质浓度下降。连续发酵达到稳态时，放出发酵液中的细胞 量等于生成细胞量。
第八章发酵工程第二讲
3、发酵过程控制
③ 通气与搅拌：通气程度对微生物生长繁殖影响很大。微生 物在发酵中能利用的氧必须溶解于培养基中的溶解氧（DO）。
临界氧浓度：不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。如酵母 在在20度时的临界氧浓度为0.0037纳摩尔/L。 生物合成最适氧浓度：指溶氧浓度对生物合成 的最适 宜范 围，低了固然不好，但过高未必有利，不仅造成浪费 ，甚 至可能改变代谢途径。
第八章发酵工程第二讲
③ 半连续发酵
在补料—分批发酵的基础上，间歇放出部分发酵液送到 产物提纯工段，被称为半连续发酵。
由于有害代谢产物的不断积累，产物合成最终难免受到 阻遏。放掉部分发酵液再补加适当料液不仅补充养分和 前体，而且代谢有害产物被稀释，从而有利于产物继续 合成。
第八章发酵工程第二讲
③ 半连续发酵
第八章发酵工程第二讲
④ 连续发酵
多级连续培养可以在每个罐中控制不同的反应条件，以满足 微生物各个阶段生长的不同要求。培养液中的营养成分也能 较充分地利用。最后流出的发酵液中，细胞和产物的浓度较 高。
第八章发酵工程第二讲
④ 连续发酵
有效延长对初期到稳定期的阶段的持续时间，使微生物的 生长速率、代谢活动始终处于恒定状态，发酵产量高、质 量稳定，从而提高发酵设备利用率。这主要是因为连续培 养持续的时间长，发生杂菌污染的机会多，菌种不稳定的 话，长期连续培养会引起菌种退化 。
① 分批发酵
优点 操作简单，周期短，染菌机会少，生产过程 和产品质量容易掌握 缺点 产率低
第八章发酵工程第二讲
② 补料—分批发酵
在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服营养不 足而导致的发酵过早结束的缺点。 在此过程中只有料液的加入没有料液的取出，所以 发酵结束时发酵液体积比发酵开始时有所增加。在 工厂的实际生产中采用这种方法很多。
第八章发酵工程第二讲
第八章发酵工程第二讲
第二节：下游加工过程
1、发酵液的预处理、固液分离和细胞破碎 2、初步纯化 3、高度纯化 4、成品加工和发酵废液排放
第八章发酵工程第二讲
第二节：下游加工过程
一般说来，下游加工过程可分为4 个阶段： ① 培养液的预处理和固液分离； ② 初步纯化（提取）； ③ 高度纯化（精制）； ④ 成品加工。
第八章发酵工程第二讲
2、发酵方式
微生物发酵可以分为： ① 分批 ② 补料—分批 ③ 半连续 ④ 连续
第八章发酵工程第二讲
① 分批发酵
又称间歇式发酵罐，是一种准封闭式系统，种子接种到培 养基后除了气体流通外发酵液始终留在生物反应器内。
分批发酵过程可细分为6期 Ⅰ: 停滞期： Ⅱ：加速期： Ⅲ：对数期： Ⅳ：减速期： Ⅴ：静止期： Ⅵ：死亡期：
第八章发酵工程第二讲
1、种子扩大培养
作为种子的准则是： ① 菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，
迟缓期短； ② 生理性状稳定； ③ 菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求； ④ 无杂菌污染； ⑤ 保持稳定生产能力。
第八章发酵工程第二讲
1、种子扩大培养
种子制备的工艺流程如下： 砂土（冷冻干燥管）管孢子→斜面→摇瓶液体（菌丝体） 或茄型瓶斜面或固体→种子罐→发酵罐.
第八章发酵工程第二讲
3、发酵过程控制
② pH：pH环境影响微生物的正常生长、代谢途径和产物的 性质。微生物在其生命活动中，会改变外界环境的pH。 在微生物的培养过程中，及时调节合适的pH很有必要。 pH值过低时，可加NaOH、Na2CO3、氮源等等或提高 通气量；pH值过高时，加 H2SO4、HCl、碳源等或降低 通气量。
① 分批发酵
分批发酵应根据产物的不同，掌握不同的工艺重点。 ⑴ 细胞本身: 应采用能维持最高生长产量的培养条件； ⑵ 初级代谢产物: 延长与产物生产相关联的对数生长期； ⑶ 次级代谢产物: 可缩短对数生长期，延长生产期，或降低
对数期的生长速率，从而使次级代谢产物更早形成。
第八章发酵工程第二讲
第八章 发酵工程
第八章发酵工程第二讲
第八章 发酵工程---第二讲
第一节：发酵工艺 第二节：下游加工过程 第三节：生化反应器
第八章发酵工程第二讲
第一节：发酵工艺
1、种子扩大培养 2、发酵方式 3、发酵过程控制
第八章发酵工程第二讲
1、种子扩大培养
种子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，再经过扁瓶或摇 瓶及种子罐逐渐扩大培养而获得一定是数量和质量的纯种 的过程。
半连续发酵也有她的不足： ⑴ 放掉发酵液的同时也丢失了未利用养分和处于生产旺盛期的
菌体； ⑵ 定期补充和放出使发酵液稀释，送去提炼的发酵液体积更大。 ⑶ 发酵罐被稀释后可能产生更多的代谢有害物，最终限制发酵
的产物合成； ⑷ 一些经代谢产生的前体可能丢失； ⑸ 有利于非生产菌突变株的生长。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ第八章发酵工程第二讲
第八章发酵工程第二讲
3、发酵过程控制
发酵过程控制：除了满足生产菌种的营养需要之外，还要为 生产菌创造一个最适宜的环境，使人们所需要的代谢活动得 以最充分的表达。
① 温度：各种酶催化反应中，温度是保证酶活性的重要条件。 温度对细胞的酶结果与组成有较大的影响，它关系到代谢 途径和代谢产物的生物合成。最适合于菌体生长的温度未 必最适合于微生物的生物合成；反之亦然，要特别注意发 酵过程中的菌体生长与代谢产物积累两个阶段的最适温度 的控制。
第八章发酵工程第二讲
② 补料—分批发酵
优点 在这样一种系统中可以维持低的基质浓度， 避免快速利用碳源的阻遏效应；减缓代谢有害物的 不利影响；可以通过补料控制达到最佳的生长和产 物合成条件；还可以利用计算机控制合理的补料速 率，稳定最佳生产工艺。
缺点 由于没有物料取出，产物的积累最终导 致比生产速率的下降。由于有物料的加入增加了 染菌机会
④ 连续发酵
连续培养是在发酵过程中，一边流加新鲜的料液，一般以相 同的流速放料，维持发酵液原来的体积。在稳定条件下可通 过补料速率来控制比生长速率不变。流入罐内的料液使得基 质浓度上升、菌体浓度变稀，细胞生长将导致菌体浓度变浓、 基质浓度下降。连续发酵达到稳态时，放出发酵液中的细胞 量等于生成细胞量。
第八章发酵工程第二讲
3、发酵过程控制
③ 通气与搅拌：通气程度对微生物生长繁殖影响很大。微生 物在发酵中能利用的氧必须溶解于培养基中的溶解氧（DO）。
临界氧浓度：不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。如酵母 在在20度时的临界氧浓度为0.0037纳摩尔/L。 生物合成最适氧浓度：指溶氧浓度对生物合成 的最适 宜范 围，低了固然不好，但过高未必有利，不仅造成浪费 ，甚 至可能改变代谢途径。
第八章发酵工程第二讲
③ 半连续发酵
在补料—分批发酵的基础上，间歇放出部分发酵液送到 产物提纯工段，被称为半连续发酵。
由于有害代谢产物的不断积累，产物合成最终难免受到 阻遏。放掉部分发酵液再补加适当料液不仅补充养分和 前体，而且代谢有害产物被稀释，从而有利于产物继续 合成。
第八章发酵工程第二讲
③ 半连续发酵
第八章发酵工程第二讲
④ 连续发酵
多级连续培养可以在每个罐中控制不同的反应条件，以满足 微生物各个阶段生长的不同要求。培养液中的营养成分也能 较充分地利用。最后流出的发酵液中，细胞和产物的浓度较 高。
第八章发酵工程第二讲
④ 连续发酵
有效延长对初期到稳定期的阶段的持续时间，使微生物的 生长速率、代谢活动始终处于恒定状态，发酵产量高、质 量稳定，从而提高发酵设备利用率。这主要是因为连续培 养持续的时间长，发生杂菌污染的机会多，菌种不稳定的 话，长期连续培养会引起菌种退化 。
① 分批发酵
优点 操作简单，周期短，染菌机会少，生产过程 和产品质量容易掌握 缺点 产率低
第八章发酵工程第二讲
② 补料—分批发酵
在分批培养过程中补入新鲜的料液，以克服营养不 足而导致的发酵过早结束的缺点。 在此过程中只有料液的加入没有料液的取出，所以 发酵结束时发酵液体积比发酵开始时有所增加。在 工厂的实际生产中采用这种方法很多。
第八章发酵工程第二讲
第八章发酵工程第二讲
第二节：下游加工过程
1、发酵液的预处理、固液分离和细胞破碎 2、初步纯化 3、高度纯化 4、成品加工和发酵废液排放
第八章发酵工程第二讲
第二节：下游加工过程
一般说来，下游加工过程可分为4 个阶段： ① 培养液的预处理和固液分离； ② 初步纯化（提取）； ③ 高度纯化（精制）； ④ 成品加工。
第八章发酵工程第二讲
2、发酵方式
微生物发酵可以分为： ① 分批 ② 补料—分批 ③ 半连续 ④ 连续
第八章发酵工程第二讲
① 分批发酵
又称间歇式发酵罐，是一种准封闭式系统，种子接种到培 养基后除了气体流通外发酵液始终留在生物反应器内。
分批发酵过程可细分为6期 Ⅰ: 停滞期： Ⅱ：加速期： Ⅲ：对数期： Ⅳ：减速期： Ⅴ：静止期： Ⅵ：死亡期：
第八章发酵工程第二讲
1、种子扩大培养
作为种子的准则是： ① 菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，
迟缓期短； ② 生理性状稳定； ③ 菌体总量及浓度能满足大容量发酵罐的要求； ④ 无杂菌污染； ⑤ 保持稳定生产能力。
第八章发酵工程第二讲
1、种子扩大培养
种子制备的工艺流程如下： 砂土（冷冻干燥管）管孢子→斜面→摇瓶液体（菌丝体） 或茄型瓶斜面或固体→种子罐→发酵罐.
第八章发酵工程第二讲
3、发酵过程控制
② pH：pH环境影响微生物的正常生长、代谢途径和产物的 性质。微生物在其生命活动中，会改变外界环境的pH。 在微生物的培养过程中，及时调节合适的pH很有必要。 pH值过低时，可加NaOH、Na2CO3、氮源等等或提高 通气量；pH值过高时，加 H2SO4、HCl、碳源等或降低 通气量。