发酵工程技术第六章发酵罐
【发酵工艺学总论】第六章-发酵经济学
（1）菌株选育对发酵成本的影响
▪ 一般来说，菌种选育约占生产成本的20%-60%，筛选 具有优良性能的菌株和对菌株进行改良是降低生产成 本的有效途径。
a 优良生产菌株的筛选
①提高筛选效率很重要 分离一支有价值的菌株并不容易，通常要花费 较长的时间和代价，甚至花费了大量的精力仍一 无所获。
（1）菌株选育对发酵成本的影响
a 碳源（续）
▪ 在确定培养基配方时，不仅要比较它们的单耗成本，
而且还要考虑通风量与搅拌功率。 （黏度、溶氧）
▪ 工业废料的利用
▪ 优点：以此作为廉价C源，主要意义在其社会效益 显著，保护了环境 。
▪ 缺点：经济效益不如传统原料高。
（2）发酵培养基成本分析
b 矿物质（无机盐）
▪ 原材料中矿物质所占比重一般较小，其中较高的
本章内容
一、概述 二、影响发酵产品成本的主要因素的成本分析
（１）菌株选育 （２）发酵培养基 （３）无菌空气与通气搅拌 （４）动力费（加热、冷却） （５）培养方式 （６）发酵产品的分离纯化 （７）发酵规模 （８）市场经济信息分析及管理技术 三、发酵过程的经济学评价
一、概述
菌株 发酵工程原理 反应过程（代谢、工艺过程及控制）
搅拌转速亦会改变，应根据工艺要求设计，使整个运转费 最低。
（4）动力费（加热、冷却）成本分析
▪ 发酵生产中，需要加热与冷却的工序大体有： ▪ 培养基的加热灭菌（或者淀粉质原料的蒸煮糊化），
然后冷却到接种温度；
▪ 发酵罐及辅助设备的加热灭菌与冷却； ▪ 发酵热的冷却，发酵恒温； ▪ 产物提炼与纯化过程的蒸发、蒸馏、结晶、干燥等。 ▪ 节约冷却水用量的办法 ▪ 采用气升式发酵罐； ▪ 选育嗜热或耐热的生产菌株； ▪ 改变原料路线，少用烃类原料。
发酵工程全部知识点总结
发酵工程全部知识点总结一、发酵工程的基本概念1. 发酵的定义发酵是指利用微生物或其代谢物来改变物质的过程。
主要包括酵母、细菌、真菌等微生物。
2. 发酵工程的定义发酵工程是指利用发酵微生物代谢特性，通过合理调控环境条件，进行微生物发酵过程中的相关技术。
二、发酵微生物1. 酵母酵母是发酵工程中最常用的微生物，广泛应用于酒类、面包、啤酒等食品工业中。
2. 细菌细菌在发酵工程中也有重要的应用，如益生菌、酸奶中的乳酸菌等。
3. 真菌真菌发酵应用广泛，包括酵素生产、抗生素生产、食品添加剂等。
三、发酵工程的基本过程1. 液体发酵液体发酵是将发酵微生物培养在液体培养基中，通过控制培养基成分、通气、温度等条件来进行微生物代谢产物的生产。
2. 固体发酵固体发酵是将发酵微生物培养在固体底物中，通过控制底物成分、湿度、通气等条件来进行微生物代谢产物的生产。
3. 半固体发酵半固体发酵是将发酵微生物培养在半固体底物中，采用液态和固态发酵的优点来进行微生物代谢产物的生产。
四、发酵工程的主要设备和工艺1. 发酵罐发酵罐是发酵工程的主要设备之一，根据不同的发酵工艺和需求，可以采用不同类型的发酵罐。
2. 发酵工艺发酵工艺是指在发酵过程中，针对不同的微生物和产物特性，进行合理的发酵条件控制和操作流程。
3. 发酵控制系统发酵控制系统是指在发酵工程中，通过自动化设备和仪器，实现对发酵条件如温度、pH 值、通气、搅拌等的精确控制。
五、发酵工程的应用范围1. 食品工业发酵工程在食品工业中应用广泛，如酿造啤酒、制作酸奶、发酵面包、制作酱油等。
2. 医药工业发酵工程在医药工业中应用广泛，如生产抗生素、激素、酶制剂等。
3. 燃料工业发酵工程在燃料工业中也有应用，如生物乙醇、生物柴油等。
4. 化学工业发酵工程在化学工业中也有应用，如生产乳酸、丙酮、丙二醇等。
六、发酵工程的发展趋势1. 发酵工程技术的进步随着科技的不断进步，发酵工程的技术也在不断提高，发酵设备和工艺不断更新。
发酵工程教学大纲
发酵工程》理论教学大纲一、课程说明课程编号：学时：64 学分数：4适用专业：生物技术及应用课程类型：必修课先修课程：生物化学、微生物学二、课程教学目的与要求：《发酵工程》课程是生物技术专业的必修课。
通过本课程的学习，使学生在生物化学、微生物学等课程的基础上，系统的掌握发酵工程的基本理论、基本知识和基本技能，建立较深刻的微生物学观点，形成科学的思维方式。
同时要求学生能了解现代发酵工程理论和技术的新发展。
三、课程教学基本内容及学时分配第一章绪论（2学时）知识点：发酵工程的概念；发酵工程的发展简史；发酵工程的基本内容；发酵工程的后处理。
重点：发酵的概念；发酵工程简史；发酵工程的应用。
难点：发酵工程的一般过程。
学生掌握要点：发酵工程的发展史中四个时代和发酵工程应用领域。
第二章工业发酵菌种的选育（4 学时）知识点：菌种的来源；发酵高产菌种选育；菌种退化和菌种保藏。
重点：微生物选择性分离；自然选育和诱变育种。
难点：诱变育种的方法。
学生掌握要点：自然选育和诱变育种技术。
第三章工业发酵培养基（2 课时）知识点：发酵营养基质的组成；工业发酵中营养基质的种类；工业发酵中营养基质的选择；工业发酵中营养基质的配制方法。
重点：掌握工业发酵用培养基的要求、培养基的构成以及培养基各组分的作用；掌握影响培养基质量的因素及控制措施；熟悉淀粉糖的制备原理、方法和工艺过程。
难点：影响培养基质量的因素及控制措施；淀粉糖的制备原理、方法和工艺过程。
第四章工业发酵过程灭菌（4 课时）知识点：常用的灭菌方法；培养基与发酵设备的灭菌；空气除菌。
重点：掌握微生物热死动力学；掌握影响灭菌效果的因素及控制方法；重点掌握分批灭菌和连续灭菌的工艺过程及操作要点；掌握空气介质过滤除菌的工艺过程。
难点：无菌空气的制备方法和要点。
学生掌握要点：分批灭菌和连续灭菌的工艺过程及操作要点；无菌空气的制备方法和要点。
第五章种子扩大培养（2 课时）知识点：种子制备工艺，影响种子质量的因素重点：影响种子质量的因素，工业发酵种子扩大培养的工艺过程及操作要点。
发酵工程
ห้องสมุดไป่ตู้
右图为发酵罐,请据图回答 右图为发酵罐 请据图回答: 请据图回答 (5)若该装置的 检测及控制 若该装置的pH检测及控制 若该装置的 装置出现故障,可 装置出现故障 可 , 采取的紧急措施是 添加缓冲液 pH发生变化 发生变化 营养物质的不断消耗, 营养物质的不断消耗, , 的原因是 有害代谢产物不断的积累. ,无菌 (6)冷却水的进口是 4 无菌 冷却水的进口是 . 空气的进口是 3 (7)若此装置用于酒精发酵或谷氨酸发酵 在发酵过 若此装置用于酒精发酵或谷氨酸发酵,在发酵过 若此装置用于酒精发酵或谷氨酸发酵 程中,技术上的关键区别是 程中 技术上的关键区别是 无菌空气是否通入 .
（3） 大肠杆菌的生殖方式是 二分裂 ，其同化作 ） 用类型是 异养型 。酵母菌异化作用的特点是 既可进行有氧呼吸又可进行无氧呼吸 ， 酵母菌迅速繁殖的主要 方式是 出芽生殖 ，后期酵母菌繁殖的主要方 式为 有性生殖 。
下图是某种细菌在灭菌后的恒定容积的液体培养基 并置于适宜条件下培养， 中，并置于适宜条件下培养，定期取样测定出的 生长速率曲线， 生长速率曲线，在a→d四个阶段中有关变化的叙 四个阶段中有关变化的叙 述中不正确的是 ( B ) A.a过程中合成的酶可能 过程中合成的酶可能 有诱导酶， 有诱导酶，a→d阶段具 阶段具 有酶活性调节 B.导致 阶段种群数量变 导致d阶段种群数量变 导致 化的因素有种内斗争以 及种间竞争等 C.c阶段生长速率为 表示活菌数目已达到环境容纳 阶段生长速率为0表示活菌数目已达到环境容纳 阶段生长速率为 的最大值 D.若用细菌数目的对数作纵坐标，a→c阶段形 若用细菌数目的对数作纵坐标， 若用细菌数目的对数作纵坐标 阶段形 成“S”型曲线 型曲线
右图为发酵罐,请据图回答 右图为发酵罐 请据图回答: 请据图回答 (1)在培养过程中 发现放料口 在培养过程中,发现放料口 在培养过程中 所排培养基中,微生物 所排培养基中 微生物 细胞形态多样.这时 这时,微生物的 细胞形态多样 这时 微生物的 生长处于 衰亡期, 期, 添加培养基的速度应 . 该 加快 (2)若该装置阶段发酵的目的是为扩大培养生产酵 若该装置阶段发酵的目的是为扩大培养生产酵 母菌菌种,则应尽可能延长 母菌菌种 则应尽可能延长 对数 期,采取的主要措 采取的主要措 施为:加料口放料口的速度都 施为 加料口放料口的速度都 加快 ,通入的无菌 通入的无菌 空气成分中应有充足氧气 ,搅拌的速度适当 加快 . 搅拌的速度适当
发酵工程知识点
发酵工程知识点绪论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。
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。
”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：在微生物工业中，把所有通过微生物或其他生物细胞（动、植物细胞）的培养，统称为发酵。
包括：1. 厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。
2. 通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。
产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶以及转化产物等。
现代生物技术─分子生物学与发酵工程氨基酸发酵工业──谷氨酸、赖氨酸核酸发酵工业──肌苷酸、乌苷酸微生物变异株通过代谢调节──代谢控制发酵技术切断支路代谢转折点: 酶的活力调控, 酶的合成调控(反馈控制和反馈阻遏) →解除菌体自身的反馈调节,提高终产物水平。
细胞融合技术、基因操作技术等生物技术发展，打破了生物种间障碍，能定向地制造出新的有用的微生物：增加微生物体内控制代谢产物产量的基因拷贝数，可以大幅度地提高目标产物的产量；酒曲是我国酿酒技术的重大发明，也是世界上最早的一种复合酶制剂。
三、发酵工程的组成从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵控制、下游工程四、微生物发酵产品的类型:1,菌体、酶，2 初级代谢产物，3 次级代谢产物，4 外源物质转化产物。
五、发酵方法的类别与流程（1）类别：根据对氧的需要区分：厌氧和好氧发酵根据培养基物理性状区分：液体和固体发酵根据从微生物生长特性区分：分批发酵和连续发酵按发酵原料来区分: 糖类物质发酵, 石油发酵, 废水发酵按发酵产物区分：氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素发酵、酶制剂发酵(2)发酵流程：保藏菌种---活化---扩大培养---种子罐---主发酵---产物分离纯化---成品第二章菌种选育理论与技术微生物的特点有些微生物能在厌氧的条件下生长有些微生物能够利用简单的有机物和无机物满足自身的生长有些微生物能进行复杂的代谢有些微生物能利用较复杂的化合物有些微生物能在极端的环境下生长常见的工业微生物（一）抗生素生产有关的微生物（二）氨基酸生产有关的微生物（三）食品酶制剂生产有关的微生物a-淀粉酶：黑曲霉、米曲霉、米根酶、枯草牙孢杆菌和地衣牙孢杆菌工业化菌种的要求1生产菌及其产物的毒性必须考虑（在分类学上最好与致病菌无关）2能够利用廉价的原料，简单的培养基，大量高效地合成产物3有关合成产物的途径尽能地简单，或者说菌种改造的可操作性要强4遗传性能要相对稳定5不易感染它种微生物或噬菌体6生产特性要符合工艺要求一、育种的目的（一）科研方面1．获得有遗传标记的菌株；2．得到生物合成阻断变株，以研究抗生素生物合成途径。
09116发酵工程教学大纲
09116发酵工程教学大纲《发酵工程》课程（09116）教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：发酵工程课程代码：09116学分与学时：4学分，76学时（理论课2.5学分，52学时；实验课1.5学分，24学时）课程性质：专业必修授课对象：生物工程二、课程教学目标与任务《发酵工程》是生物工程专业的一门专业必修课，发酵工程是生物技术的基础和重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节，是工业生物技术的核心。
发酵工程是利用微生物的特定性状和技能，通过现代化工程技术，生产有用物质或直接应用于工业化生产的一种技术体系。
通过本课程的学习，使学时掌握微生物产品生产的基本理论，能进行发酵的工艺设计和解决产品生产过程中出现的主要问题，并为从事生物新产品和工艺的研究与开发打好应用的理论基础。
三、学时分配课程内容与学时分配表四、课程教学内容与基本要求发酵过程一般包括培养基制备、无菌空气供应、菌种及种子扩大培养、发酵过程及控制、发酵产品下游加工过程和发酵过程废弃物处理等几大部分。
基于《生物工程设备》、《发酵工程》、《生物分离工程》三个组成部分集体分工和侧重点不同，《发酵工程》部分着重阐明、并要求学生熟练掌握培养基制备、无菌空气工艺、菌种及种子扩大培养、发酵过程及控制、染菌和防治等几个单元操作的基本原理和方法，对于其它部分将在后续的课程中深入讲解。
发酵过程是一门综合性很强的课程，涉及到化工原理、生物化学、微生物学、物理化学等多个学科，基础理论性和实践性均很强，要求基础理论和生产实践密切结合。
因此，该课程需啊哟在理论教学的同时，配合生产见习和实验的实践环节，要求学生建立实际生产的概念，在参观实习和实验实践中巩固本课程的教学效果，培养分析问题和解决问题的能力。
学生通过该课程的学习将会缩短理论与生产实践的距离，建立用理论知识分析和解决生产实际问题的概念和能力，动手能力也将有所提高。
第一章发酵工程概论教学目的：从总体上让学生对发酵工程有个整体的认识。
发酵工程教案(打印)
发酵工程教案(打印)第一章：发酵工程的概述1.1 发酵工程的定义发酵工程的概念发酵工程的组成1.2 发酵工程的应用领域食品工业制药工业生物化工1.3 发酵工程的发展历程传统发酵技术现代发酵工程技术第二章：发酵过程的微生物学基础2.1 发酵微生物的分类与特性细菌真菌放线菌2.2 发酵微生物的培养与筛选培养基的选择与制备微生物的分离与纯化2.3 发酵微生物的代谢调控微生物的生长曲线微生物的代谢途径第三章：发酵设备的类型与选择3.1 发酵设备的类型大型发酵罐生物反应器膜分离设备3.2 发酵设备的选择原则生产规模产品特性经济效益3.3 发酵设备的运行与维护设备的启动与停止设备的清洗与消毒设备的故障处理第四章：发酵过程的控制与管理4.1 发酵过程的控制参数温度pH值溶氧量营养物质4.2 发酵过程的控制技术自动控制系统反馈控制系统计算机控制系统4.3 发酵过程的管理与优化生产计划的制定发酵条件的优化生产过程的质量控制第五章：发酵工程的案例分析5.1 乳酸菌发酵工程案例酸奶的生产泡菜的制作5.2 酵母菌发酵工程案例啤酒的生产葡萄酒的制作5.3 放线菌发酵工程案例抗生素的生产维生素的生产第六章：发酵工程的安全与环保6.1 发酵工程的安全问题微生物的危害生物安全措施发酵罐的安全操作6.2 发酵过程中的污染控制污染的来源污染的检测与控制清洁生产技术6.3 发酵工程的环保问题废水处理废气处理固体废弃物处理第七章：发酵工程的产业化应用7.1 发酵工程在食品工业的应用面包酵母的生产乳酸菌的产业化7.2 发酵工程在制药工业的应用抗生素的产业化维生素的产业化7.3 发酵工程在其他领域的应用生物燃料的生产生物材料的产业化第八章：发酵工程的研发与创新8.1 发酵工程的新技术发展重组DNA技术基因工程技术合成生物学技术8.2 发酵工程的新设备开发高通量筛选设备生物反应器的设计自动化控制系统8.3 发酵工程的产业化挑战与机遇产业化过程中的问题产业化发展的趋势产业化政策的分析第九章：发酵工程的实例分析与评价9.1 发酵工程案例分析某乳酸菌产品的生产某抗生素的生产9.2 发酵工程项目的评价技术与经济评价环境与社会影响评价风险评价9.3 发酵工程的发展前景与建议行业发展趋势技术创新方向政策与支持措施第十章：发酵工程的实验操作10.1 发酵实验的基本操作菌种的制备与保藏发酵液的制备发酵过程的监控10.2 发酵实验的设计与优化实验设计方法发酵条件的优化实验结果的分析10.3 发酵实验的操作技能培养实验操作的安全规范实验设备的操作与维护实验数据的准确记录与处理重点和难点解析重点环节一：发酵微生物的分类与特性重点掌握不同类型发酵微生物的分类、特点及应用领域。
发酵工程教案(打印
发酵工程教案（打印）第一章：发酵工程的概述1.1 发酵的定义和意义1.2 发酵工程的起源和发展1.3 发酵工程的研究内容和应用领域第二章：发酵过程的基本原理2.1 微生物的生长与代谢2.2 发酵条件的控制2.3 发酵过程中的物质变化第三章：发酵设备及其设计3.1 发酵罐的设计与选择3.2 发酵过程的自动化控制3.3 发酵设备的清洗与消毒第四章：发酵条件的优化与控制4.1 发酵条件的优化方法4.2 发酵过程的监控与控制4.3 发酵过程中的问题与解决方法第五章：发酵工程的应用实例5.1 微生物肥料的生产与应用5.2 生物农药的发酵生产5.3 食品工业中的发酵应用第六章：发酵工程在药品生产中的应用6.1 抗生素的发酵生产6.2 维生素的发酵生产6.3 重组蛋白的发酵生产第七章：生物化工领域的发酵工程7.1 氨基酸的发酵生产7.2 有机酸的发酵生产7.3 生物酶的发酵生产第八章：发酵工程在环保领域的应用8.1 生物滤池技术8.2 生物脱硫技术8.3 生物降解技术第九章：发酵工程的产业化与发展9.1 发酵工程的产业化流程9.2 发酵工程的技术创新与挑战9.3 我国发酵工程产业的发展现状与趋势第十章：发酵工程的可持续发展10.1 发酵工程与资源利用10.2 发酵工程与环境保护10.3 发酵工程的循环经济模式第十一章：发酵工程在生物制药中的应用11.1 重组蛋白药物的发酵生产11.2 疫苗的发酵生产11.3 基因治疗的发酵工程应用第十二章：发酵工程技术在农业中的应用12.1 微生物肥料的发酵生产12.2 生物农药的发酵生产12.3 动物疫苗和生物兽药的发酵生产第十三章：发酵工程在生物能源中的应用13.1 燃料酒精的发酵生产13.2 生物柴油的发酵生产13.3 生物气体的发酵生产第十四章：发酵工程在生物材料中的应用14.1 发酵生产生物塑料14.2 发酵生产生物纤维14.3 发酵生产生物复合材料第十五章：发酵工程的案例分析与实践操作15.1 发酵工程案例分析15.2 发酵工程的实践操作技巧15.3 发酵工程的实验设计与数据分析重点和难点解析本文教案涵盖了发酵工程的概述、基本原理、设备设计、条件优化与控制、应用实例、药品生产、生物化工、环保领域应用、产业化发展、技术创新、可持续发展以及案例分析和实践操作等多个方面。
发酵工程第六章
发酵工程
第二节 发酵过程的代谢变化
了解生产菌种在具有合适的培养基、pH、温
度和通气搅拌等环境条件下对基质的利用、细胞
的生长以及产物合成的代谢变化，有利于人们对
生产的控制。
发酵工程
一、发酵过程操作方式 发酵过程操作方式：
A.分批发酵 B.补料分批发酵 C.连续发酵
发酵工程
1. 分批发酵 分批发酵是指在一封闭培养系统内含
发酵工程
控制方法： （1）培养基注意适当的配比 （2）通过中间补料，控制起始浓度不要太高
发酵工程
第四节 基质对发酵的影响及其控制
一、碳源种类 速效碳源：较迅速的被利用，有利于菌体的生
长，如葡萄糖 迟效碳源：被菌体缓慢利用，有利于代谢产物
的合成，如乳糖等
发酵工程
培养基中不同糖对大肠杆菌生长速度的影响 1.单独加入葡萄糖时，菌体生长几乎没有延迟期； 单独加入乳糖时，菌体生长有明显的延迟期；2. 同 时加入葡萄糖和乳糖时，菌体呈二次生长
3）培养后期，产生热量不多，温度变化不大，且逐 渐减弱。
发酵工程
2、搅拌热Q搅拌
在机械搅拌通气发酵罐中，由于机械 搅拌带动发酵液作机械运动，造成液 体之间，液体与搅拌器等设备之间的 摩擦，产生可观的热量。
发酵工程
3、蒸发热Q蒸发
通气时，引起发酵液的水分蒸发，水分 蒸发所需的热量叫蒸发热。 此外，排气也会带走部分热量叫显热Q显 热，显热很小，一般可以忽略不计。
发酵工程
4、辐射热Q辐射
发酵罐内温度与环境温度不同，发酵液中有 部分热通过罐体向外辐射。辐射热的大小取 决于罐温与环境的温差。冬天大一些，夏天 小一些，一般不超过发酵热的5％。
发酵工程
第六节 发酵过程的pH控制
发酵工程技术
发酵工程技术一、引言发酵工程技术是指利用微生物进行生物化学反应的技术，是现代生物工程领域中的重要分支之一。
随着人们对生命科学认识的不断深入，发酵工程技术在食品、医药、化工等领域的应用也越来越广泛。
本文将从发酵过程、微生物选育、发酵设备和控制等方面详细介绍发酵工程技术。
二、发酵过程发酵过程是指利用微生物进行代谢反应，产生有用产物的过程。
发酵过程一般包括以下几个步骤：1.微生物培养：选取适合的微生物菌株进行培养，使其达到最佳状态。
2.接种：将培养好的微生物菌株加入到合适的基质中。
3.发酵：在适宜的条件下进行反应，如温度、气体含量、pH值等。
4.收获：收集并处理有用产物。
三、微生物选育微生物选育是指通过筛选和改良微生物菌株，获得更优良的特性和功能的过程。
微生物选育可以通过以下几个方面来进行：1.筛选：从自然界中或已有菌株中筛选出具有所需特性的菌株。
2.改良：通过基因工程等手段对微生物进行改良，使其具有更优异的性能。
3.培育：对已筛选或改良好的微生物菌株进行培养和保存，以便后续使用。
四、发酵设备发酵设备是指用于进行发酵反应的设备。
发酵设备一般包括以下几个部分：1.发酵罐：用于容纳微生物和基质，并提供适宜的环境条件，如温度、气体含量、pH值等。
2.搅拌器：用于将微生物和基质充分混合，以加速反应速率。
3.通气系统：用于提供适宜的气体含量和流速，以保证反应过程中氧气充足。
4.控制系统：用于监测和控制反应过程中各项参数，如温度、pH值、搅拌速度等。
五、发酵控制发酵控制是指对发酵过程中各项参数进行监测和控制的过程。
发酵控制可以通过以下几个方面来进行：1.温度控制：保持适宜的温度，以保证微生物菌株处于最佳状态。
2.pH值控制：保持适宜的pH值，以维持反应环境的稳定。
3.气体含量控制：保持适宜的气体含量和流速，以保证反应过程中氧气充足。
4.搅拌速度控制：调节搅拌速度，以加速反应速率。
5.在线监测：通过在线监测各项参数，及时调整反应条件，以提高产物质量和产量。
发酵工程课程设计
发酵工程课程设计设计说明书45M 3机械搅拌通风发酵罐的设计起止日期： 2013 年 12 月 30 日 至 2014 年 1 月 5 日包装与材料工程学院2013年12 月31 日目 录第一章 前言 ...........第二章设计方案 .......第三章 谷氨酸的发酵工艺 ................. 错误!未指定书签。
3.1谷氨酸的发酵工艺流程图： .................... 错误!未指定书签。
3.2谷氨酸的生产原料及处理【7】 ................... 错误!未指定书签。
3.3谷氨酸发酵工艺技术参数 ...................... 错误!未指定书签。
3.4谷氨酸发酵环境控制 .......................... 错误!未指定书签。
第四章 发酵罐设计及谷氨酸发酵基本参数 ... 错误!未指定书签。
4.1发酵罐的型式 ................................ 错误!未指定书签。
4.2发酵罐的用途 ................................ 错误!未指定书签。
第五章 发酵罐造型及工艺计算 ............. 错误!未指定书签。
5.1 发酵罐容积的确定 ........................... 错误!未指定书签。
5.2发酵罐主要尺寸的计算 ........................ 错误!未指定书签。
5.3罐体 ........................................ 错误!未指定书签。
5.3.1罐体的厚度 ............................ 错误!未指定书签。
5.3.2封头壁厚的计算 ........................ 错误!未指定书签。
5.3.3人孔和视镜的设计 ...................... 错误!未指定书签。
发酵工程
发酵工程（西农生技复习）——望海1973整理第一章发酵工程概述发酵的现代概念：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。
发酵工程的概念：利用微生物或其他生物细胞，在特定的生物反应器内生产某种特定的产品的工业化生产过程和技术体系。
发酵工程反应过程的特点——与化学工程相比核心过程是生物学过程而非化学过程（系统性、间接控制性、非线性）条件温和、特别注重生产过程的无菌发酵工程：就是化学工程中各有关单元操作结合了微生物特性的一门学科。
与化学工程相比，发酵工程的特点是：1.常温常压反应2.原料无毒，很多发酵行业生产比较粗放3.遵循生物代谢规律4.较易生产复杂的高分子化合物5.发酵液下游提取常需预处理6.注重发酵过程染菌的防止7.育种是提高产量的重要途径发酵罐的分类按微生物生长代谢需要分类：分为好氧和厌氧二类按照发酵罐设备特点分类：分为机械搅拌通风发酵罐和非机械搅拌通风发酵罐按容积分类：实验室用（1～50L）中试用（50～5000L）生产用（5000L 以上）按微生物生长环境分类：悬浮生长发酵罐和支持生长发酵罐机械搅拌通气发酵罐1.通用型机械搅拌通气发酵罐为发酵工厂最常用的发酵罐，特点：由压空系统负责通气，机械搅拌系统机械搅拌。
缺点：能耗较大，机械剪切力较大，容易产生死角。
2.自吸式发酵罐空气靠叶轮带动发酵液高速流动或液体喷射形成的真空自行吸入，无需通风装置。
优点：传质效率高，能耗低；缺点：罐内为负压，机械剪切力大，应用范围有限。
分批发酵又称分批培养，是指将所有的物料（除空气、消沫剂、调节pH值的酸碱物外）一次性加入发酵罐，然后灭菌、接种、培养，最后将整个罐的内容物放出，进行产物回收。
清罐结束后，重新开始新的装料发酵的发酵方式分批发酵的特点：1.半封闭体系，非稳态过程2.发酵周期长，工作重复3.微生物体现典型生长曲线，生产效率没有最大化补料分批发酵补料分批发酵又称半连续培养或半连续发酵，是指在分批发酵过程的中后期，给发酵罐间歇或连续地补加某些成分的发酵方式。
第六章 发酵工程 PPT课件
生物下游一般过程
§6-5 生化反应器
生化反应器类型 通用式发酵罐 气升式发酵罐 其他生物反应器形式
生化反应器类型
• 酶反应器：单相式、多相式 • 发酵反应器器：液态、固态
通用式发酵罐
通气 搅拌：传质
传热
气升式发酵罐
气升式发酵罐的优点 是能耗低，液体中的 煎切作用小，结构简 单。在同样的能耗下， 其氧传递能力比机械 搅拌式通气发酵罐要 高得多。
发酵的基本过程
发酵过程形式
• 批式发酵
• 补料发酵→带放（半连续发酵）
• 连续发酵→多级连续发酵
• 发酵-分离耦合 • ……
连续发酵
连续发酵是指以一定的速度向发酵罐内添加新 鲜培养基，同时以相同速度流出培养液，从而 使发酵罐内的液量维持恒定的发酵过程。
优点 ① 可提高设备利用率和产量； ② 发酵中各参数趋于恒值，便于自动控制； ③ 易于分期控制。可以在不同的罐中控制不同的条件。
• 初级、次级代谢产物 • 生物大分子（酶、多糖） • 菌体 • 利用微生物发酵进行转化反应
§6-2 工业微生物
常见种类 菌种选育与保藏
常见工业微生物种类
• 细菌 • 放线菌 • 酵母菌 • 霉菌
细菌的形态（单细胞）
• 球菌 • 杆菌 • 螺旋菌
•
细 菌 细 胞 结 构 模 式 图
放线菌
•
固态发酵罐
课外书籍资料
• 微生物与发酵基础教程，宋超先，天津大学出版社， 2007
• 发酵工艺，孙俊良，中国农业出版社，2008 • 生物反应工程原理，贾士儒，科学出版社，2008 • 微生物工程工艺原理，姚汝华，华南理工大学出版社
1996 • 生化工程，伦世仪，中国轻工业出版社，1993 • 生化反应工程，山根恒夫，西北大学出版社，1992 • 发酵工艺学原理，（英）P·F·斯坦伯里，中国医药科技
发酵工程知识点范文
发酵工程知识点范文发酵工程是一门研究利用微生物和相关技术进行发酵过程的学科。
它包括了从发酵原料选择、菌种培养、发酵过程控制等多个方面的知识点。
以下是发酵工程中的一些重要知识点。
一、发酵工程的基础知识1.微生物：发酵工程的核心是微生物的利用。
了解不同种类的微生物及其特性对发酵过程的影响是非常重要的。
2.发酵原料：选择合适的发酵基质对于发酵工程的成功非常重要。
发酵原料可以是天然资源（如粮食、果汁等）或人工合成的化合物。
3.发酵罐：发酵罐是进行发酵过程的关键装置。
了解不同种类的发酵罐及其设计原则对于优化发酵过程具有重要意义。
二、发酵菌的培养1.菌种选择：根据所需产品的特点选择适当的菌种非常重要。
选择菌种时需要考虑其产物的产量、品质、稳定性等因素。
2.菌种培养基：菌种培养基是培养菌种的基础，它提供了微生物生长所需的营养物质。
了解不同种类的菌种培养基及其制备方法对于优化菌种培养过程十分关键。
3.菌种培养条件：包括温度、pH值、氧气供应等因素。
了解不同菌种的生长条件及其对发酵过程及产物的影响对于提高发酵效果至关重要。
三、发酵过程控制1.发酵过程参数的测量与控制：包括温度、pH值、氧气浓度、营养物质浓度等参数的测量与控制。
控制这些参数可以保持发酵过程的稳定性和良好的产品质量。
2.发酵过程中的微生物代谢：了解微生物在发酵过程中的代谢途径对于优化发酵过程具有重要意义。
微生物代谢产生的产物，如有机酸、酶等对产品质量和产量产生重要影响。
3.发酵产物的提取与纯化：获得高纯度的发酵产物是发酵工程的重要环节。
了解不同种类的产物提取与纯化方法及其特点对于提高产品的质量和产量至关重要。
四、发酵工程的应用1.生物制药：发酵工程在生物制药领域有着广泛的应用。
通过发酵工程技术，可以大规模生产各种药物，如抗生素、酶、蛋白质药物等。
2.食品工业：发酵工程在食品工业中也有着重要应用。
例如，通过发酵过程可以生产酸奶、啤酒、酱油等食品。
3.生物能源：利用发酵工程技术可以将生物质转化为生物能源，如生物乙醇、生物气体等，具有环保和可再生的特点。
发酵工程发酵罐放大与设计解读
几何尺寸放大
放大倍数m指罐的体积增加倍数，即 ∵几何相似，∴ H1 H 2 D1 D2
m V2 V1
则
V2 V1
4
D2 2 H 2
4
D12 H1
4
D2 2 D2
4
D12 D1
( D2 )3 D1
m
∴
H2 D2 3 m
传热工程
产热Q1 V罐体积
传热Q2 A罐表面积
V↑，
A V
1↓
R
∴除了筛选耐高温菌株外，改善发酵罐的传热性能十分关
键。
3.发酵罐设计的基本要求
发酵罐能在无杂菌污染条件下长期运转。搅拌器轴 封严密，减少泄漏；结构紧凑，附件少；无死角， 内壁光滑；管道等尽可能焊接，少用法兰；可维持 一定正压；取样口易于灭菌，各部分能单独灭菌。
传质效果好（传氧性能好，KLa大） 。 有足够的冷却面积（传热性能好，冷却能力强）。
功耗低（传递效率高，节能）。
采用不锈钢，耐腐蚀及可以高温灭菌。
应有基本控制系统（如T、pH、甚至DO2）。 具有消泡功能（机械消泡或补消泡剂）。 具有取样装置和冷却装置（防止水分损失）。 要求放料、清洗、维修等操作简便，劳动消耗低。 实验罐、中试罐应与生产罐有相似的几何形状，
5T以下用外夹套式，K传热系数=400-600kJ/m2 hr•℃
竖式蛇管(热交换强、蛇管设于罐内，不易清洁)
5T以上；K传热系数=1200-1890kJ/m2•hr•℃ 竖式列管（排管）：
传热系数较蛇管低，但冷却水流速较蛇管大，适用于气 温较高，水源充足的地区。
三、通用式发酵罐的设计与放大
发酵工程第六章发酵罐
机械搅拌自吸式发酵罐
喷射自吸式发酵罐：文氏管自吸式、 溢流喷射自吸式
自吸式发酵罐使用的是 带中央吸气口的搅拌器。搅 拌器由从罐底向上伸入的主 轴带动，叶轮旋转时叶片不 断排开周围的液体使其背侧 形成真空，于是将罐外空气 通过搅拌器中心的吸气管而 吸人罐内，吸入的空气与发 酵液充分混合后在叶轮末端 排出，并立即通过导轮向罐 壁分散，经挡板折流涌向液 面，均匀分布。
电机
机械搅拌自吸式发酵罐
优点：
① 不用空气压缩机或鼓风机，节省投资；
② 在所有机械搅拌通气发酵罐形式中，自吸式充
气发酵罐的充气质量是最好的．通入发酵液中的
每立方米空气可形成2315m2的气液接触界面面积；
③ 动力消耗低。（如，以糖蜜为基质培养酵母时， 自吸式充气发酵罐生产lkg干酵母的电耗为 o.5kw· h左右)
第六章 发酵罐
发酵的一般流程
培养基配制 种子扩大培养 培养基灭菌 空气除菌 发酵设备
发酵生产
下游处理
需氧发酵罐：需氧发酵，需通气。 用于 抗 生素、酶制剂、氨基酸发酵
嫌气发酵罐：厌氧发酵，无需通气 。用于 酒精发酵
发酵罐必须满足以下基本要求： （1）具备严密的结构，气密性好。 （2）具有良好的液体混合性能。 （3）应具有足够的冷却面积。 （4）能承受一定的高温高压。 （5）发酵罐内部应抛光，尽量减少死角， 避免藏垢积 污，使灭菌彻底，避免染菌。 （6）有可靠的检测仪表。
文氏管发酵罐
喷射自吸式发酵罐
第二节嫌气发酵设备
酒精发酵罐
啤酒锥形 发酵罐
CIP自动清 洗系统
第三节表面培养设备（自学）
6-微生物工程-第六章-发酵动力学2
30
0.3～0.5
28
0.1～0.3
第18页，共91页。
关于菌龄的描述：
微生物细胞倍增时间与群体生长动力学
细菌：典型倍增时间1hr 酵母：典型倍增时间2hr 放线菌和丝状真菌：典型倍增时间4－8hr
微生物细胞群体生长动力学是反映整个群体的 生长特征，而不是单个微生物生长倍增的特征。
因此，菌龄是指一个群体的表观状态。
第3页，共91页。
研究发酵动力学的目的：
➢ 认识发酵过程的规律； ➢ 优化发酵工艺条件，确定最优发酵过程参
数，如：基质浓度、温度、pH、溶氧等； ➢ 提高发酵产量、效率和转化率等。
第4页，共91页。
发酵工程：
一条主线： 发酵工艺过程
两个重点：
发酵过程的优化与放大
三个层次：
分子、细胞、反应器
1 rO2 YX/O rX
比耗氧速率：
（6-9）
第37页，共91页。
（6-11）
（2）底物消耗动力学
产物的生成直接与能量的产生相联系
底物消耗速率：
rs
1 Y
X/S
rX
mX
（6-12）
为维持细胞结构和生命活动所需 能量的细胞维持系数：
m
YX/S 表观得率
针对底物的细胞绝对得率：
Y X/S
qS
1 Y
Monod方程：
比 生 长
mSt Ks St
素 率
表征μ与培养基中残留的生
μ
长限制性底物St的关系
限制性底物残留浓度St
残留的限制性底物浓度对 微生物比生长率的影响
Ks—底物亲和常数，等
于处于1/2μm时的底物浓 度，表征微生物对底物的
发酵罐的操作
耙式消泡器
（5）联轴器及轴承：
用联轴器使几段搅拌轴上下成牢固的 刚性联接。
为了减少震动，中型发酵罐装有底轴 承，大型发酵罐装有中间轴承。
（6）空气分布装置
空气分布装置的作用：吹入无菌 空气，使空气分布均匀。
检查项目：
1. 阀门：所有阀门是否处于正确的位置。 2. 压力表：压力表是否归零。 3. PH和溶氧电极：电极是否拔出并正确保养。 4. 罐体：罐内是否清洗干净。 5. 搅拌电机：点动电机，看电机运转是否正常。
第二步：空消
空消主要目的是在进罐生产前对设备清洁和杀 灭其他微生物，防止因设备清洁不彻底或设备停用时 间过久，微生物滋生，从而对生产造成影响。
贮酒罐 卧式、立式 温度维持在0-2℃
二、新型啤发酵设备
圆筒体锥底发酵罐
• 锥底：便于酵母沉淀回收 • 冷却套：分为2-3段，很大
的罐可分为四段
发酵罐的操作
罐检
空消
电极标定
配料
放罐
中控培养
接种
实消
洗罐
检修
5L玻璃发酵罐的结构，见实训材料。
第一步：罐检
目的：快速检查发酵罐，确保发酵罐正常，可以上 罐。
液以上，起不到搅拌作用。 竖立的蛇管、列管、排管也可以起挡板作用。 挡板与罐壁之间的距离：(1/5-1/8)D，避免形成死角，
防止物料与菌体堆积。
挡板 空气分布器
（4）消泡器：
发酵液中含有蛋白质等发泡物质，通气搅拌是会产生气 泡，发泡严重时会使发酵液随排气而外溢，增加杂菌污 染的机会。
消泡方法：化学法——天然油脂、聚醚类、高级醇类等。 物理法——机械消泡装置，常用耙式消泡器。
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发酵生产
下游处理
需氧发酵罐：需氧发酵，需通气。 用于 抗 生素、酶制剂、氨基酸发酵
嫌气发酵罐：厌氧发酵，无需通气 。用于 酒精发酵
发酵罐必须满足以下基本要求： （1）具备严密的结构，气密性好。 （2）具有良好的液体混合性能。 （3）应具有足够的冷却面积。 （4）能承受一定的高温高压。 （5）发酵罐内部应抛光，尽量减少死角， 避免藏垢积 污，使灭菌彻底，避免染菌。 （6）有可靠的检测仪表。
器。
(a)—夹套传热 (b)—列管传热
1．罐体
材质：不锈钢
要求：耐高温、高压。工作压力为0.25MPa
装置：人孔、视镜、进料管、补料管、接种管、排气管、 压力表；冷却水进出管、空气进管、取样管、监测仪器接 口；放料管
2.搅拌器与挡板
搅拌器的主要作用：增加溶氧、混匀发酵液
搅拌流型
（1）
（2）
（1）用冷却列罐组代替挡板的涡轮搅拌器的流型
（2）设置中心套筒的涡轮浆搅拌流型
挡板的作用:加强搅拌强度，促使液体上下翻动 和控制流型、消除涡流。冷却列管也可起挡板 的作用 。
3.空气分布器（通风管） 把无菌空气引入发酵罐中并分布 均匀的装置。
• ① 单管
• ② 环形管
4.空气过滤器 空气除菌 5.消泡器
自吸式发酵罐最初应用于醋酸发酵，如今已应用 于抗生素、维生素、有机酸、酶制剂、酵母等生产。
机械搅拌自吸式发酵罐
喷射自吸式发酵罐：文氏管自吸式、 溢流喷射自吸式
自吸式发酵罐使用的是 带中央吸气口的搅拌器。搅 拌器由从罐底向上伸入的主 轴带动，叶轮旋转时叶片不 断排开周围的液体使其背侧 形成真空，于是将罐外空气 通过搅拌器中心的吸气管而 吸人罐内，吸入的空气与发 酵液充分混合后在叶轮末端 排出，并立即通过导轮向罐 壁分散，经挡板折流涌向液 面，均匀分布。
电机
机械搅拌自吸式发酵罐
优点：
① 不用空气压缩机或鼓风机，节省投资；
② 在所有机械搅拌通气发酵罐形式中，自吸式充
气发酵罐的充气质量是最好的．通入发酵液中的
每立方米空气可形成2315m2的气液接触界面面积；
③ 动力消耗低。（如，以糖蜜为基质培养酵母时， 自吸式充气发酵罐生产lkg干酵母的电耗为 o.5kw· h左右)
消除泡沫，避免染菌
离心式消泡器
（a）旋风离心机（b）叶轮离心机
6.变速装置
调整搅拌速度 7.换热装置
热交换，调节温度
(a)—夹套传热 (b)—列管传热
蛇 管
8.轴封
防止泄漏和染菌
• 端面轴封具有清洁、密封 性能好、无死角、摩擦损失小 以及轴无磨损现象等优点，是 一种适用于密封要求高的发酵 罐搅拌轴的密封方法。
第一节 需氧发酵罐
一、通用式发酵罐（机械搅拌发 酵罐） 具有机械搅拌又有压缩空气通入
利用丝状菌进行的抗生素发酵 生产，几乎全部都是使用这类生化 反应器。
缺点：机械搅拌器的驱动功率较高，一般
每立方米液体为2—4kw。这对一只大型的反 应器是个巨大的负担，因而其容积受到限制， 很少有单只容积超过400m3的机械搅拌式反应
★
End
Thanks!
单
二、气升式发酵罐
• 无菌空气喷入发酵液，气液混合 • 无机械搅拌装置，无机械轴封、无传动装置 • 剪切力小、结构简单、不易染菌
内循环带升式发酵罐
外循环带升式发酵罐
循环管高度是影响循环效率的主要因素，实践证明不应少于4m。
三、自吸式发酵罐
• 不需要空气压缩机提供加压空气，依靠机 械搅拌吸气装置或液体喷射吸气装置吸入 无菌空气 • 减少空气压缩机、冷却器、油水分离器、 空气贮罐以及总过滤器 • 负压吸入空气、易染菌
文氏管发酵罐
喷射自吸式发酵罐
第二节嫌气发酵设备
酒精发酵罐
啤酒锥形 发酵罐
CIP自动清 洗系统
第三节表面培养设备（自学）
• 重点了解： • 1.固态发酵设备的类型 • 2.微藻培养反应器类型
第四节 发酵设备的清洗和检修
• 1.罐外检修 • 2.罐内清洗、检修
四、基因工程菌的培养设备
缺点：
① 由于空气靠负压吸入罐内，所以要求使用低阻力、
高除菌效率的空气净化系统；
② 由于结构上的特点，大型自吸式充气发酵罐的搅
拌充气叶轮的线速度在30m/s左右，在叶轮周围形 成强烈的剪切区域。而各种微生物中以酵母和杆菌 耐受剪切应力的能力最强，因此该反应器只适用于 这类微生物的发酵生产。 ③ 充气搅拌叶轮的通气量随发酵液的深度增大而减 少，因此比拟放大有一最适范围，目前最大容积为 250m3。