坚持创新_反对倒退_二_纯粮固态发酵认证争论之我见_钟国辉
各抒己见
中国酿造
2011年第5期总第230期
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坚持创新、反对倒退！（二）
———纯粮固态发酵认证争论之我见
钟国辉1，邹海晏2
（1．天津津酒集团，天津；300131；2．天津科技大学，天津300222）
收稿日期：2011－01－03
作者简介：钟国辉（1936-），男，广东兴宁人，高级工程师，主要从事酒精、白酒生产技术管理及科研工作。
10年前白酒行业发生了“白酒风波”事件，使一些创新型企业遭受重创。白酒泰斗和许多专家学者、有识之士纷纷出来表态，宣传新法白酒，事态才得到平息。当我们写完“坚持创新、反对倒退———纯粮固态发酵认证争论之我见（一）”一文时，在北京科技日报网页上，看到2007年发表的“纯粮固态发酵工艺是白酒健康发展的必由路”一文，该文为了推行
“纯粮固态发酵白酒认证”，提出种种似是而非的理由，甚至打出马克思主义的认识论，因而迷惑了不少人！而这种做法仍是利用一些人对新法白酒缺乏了解，打着健康发展白酒而实质上却有损白酒行业的健康发展。故笔者认为对该文不能掉以轻心，有必要认真分析其各种观点，与正视听，避免再次“白酒风波”事件发生。这是有关行业发展的重大课题，希望能引起同行业的关注，以便共同来探讨这一重大课题。笔者相信通过这一讨论，必将推动我国白酒更好地发展，让我国白酒更快地走向世界。下面是笔者对该文的一点初步认识，提供关心行业发展的人士来共同探讨。
1．该文把新法白酒说成是“20世纪50年代末期以后，由于我国粮食供给和社会需求之间的矛盾十分突出，为节约口粮，白酒行业开始积极探索使用薯干、玉米秸、甘蔗和甜菜渣等代用原料酿酒，并研制以食用酒精为基本原料，外加增香调味物质勾兑生产饮料酒，被称为新工艺白酒，以满足困难时期人们的基本消费需求”。把新法白酒说成和当时瓜、菜、代一样，是权宜之计的科研项目或产品。这种说法完全是不符客观实际的。
事实上，新法白酒是1956年由周总理主持制定的我国第一部科学发展规划———《1956－1967年科学技术远景规划纲要》在众多轻工产品中、唯一列入的一个项目，足见当时主管领导和科技精英们对这一项目的重视和远见卓识。怎能把它看作是权宜之计的一个产品？这种言论降低了我国家级科研项目的水平，有损我国第一部科学发展规划的声誉。
2．该文说“新工艺白酒从一开始出现起，就面临着由于原料、成本和工艺技术等各方面条件的制约，始终无法达到采用传统纯粮固态发酵方法生产出的产品质量水平，难以得到广大消费者的认可。直到20世纪80年初以后，
由于实行改革开放政策，我国农副产品供应大量增加，特别是经济体制改革，使企业摆脱了计划、价格、生产经营自主权等各方面束缚，白酒工业和其他工业产品一样，得到持续较快发展。在这种有利条件下，白酒行业继续推动以使用酒精和优质固态调味酒混合而成的固液结合酒，才使产品能够走向市场”。以上说法，也是完全不符合客观事实的。
请看：（1）北京酿酒厂（今红星集团，是原轻工部直属厂）1965年就采用董酒串蒸工艺生产红星牌新法白酒。（2）天津酿酒厂（今津酒集团，是原轻工部直属厂）1967年就用尾酒勾兑法生产新法白酒，该法和传统工艺很好地结合起来，既提高传统固态发酵白酒质量和降低原料消耗，又极大地提高新法白酒质量。到1979年该厂新法白酒产量5000t 以上，已经超过了该厂传统白酒最高年产量；1980年开始该厂用高档酒尾酒相结合方法，生产新法白酒，到1991年此新法白酒年产量18000t ，为传统白酒产量的4倍。（3）白酒泰斗周恒刚先生1972年在辽宁金县试点，提出“液态除杂、固态增香、固液勾兑”新法白酒工艺，在辽宁省得到普遍推广，同时也极大地推动了全行业新法白酒的发展。以上事实充分证明，白酒行业内的一些先行者，从1965年、1967年和1972年起，就提供了消费者喜爱的新法白酒产品，怎能说它是20世纪80年代以后逐渐兴起并走向成熟的固液结合法白酒？只能说明，新法白酒经过长期实践考验，先行者的做法，80年代后为全行业普遍接受和采纳罢了！一切事物发展，总是由小到大、由少到多发展的，不可能要求大家齐步一起走。从中不难看出，一些人对新法白酒缺乏基本了解，其评价有失公允！
3．该文引用马克思主义的认识论为其推行“纯粮固态发酵认证”作理论依据。说“马克思主义认为人类的生产活动是最基本的实践活动，是决定其他一切活动的东西。实践、认识、再实践、再认识，从白酒工业千百年来的生产和消费的社会实践活动中，我们已经可以清楚的甄别出2种不同技术方法的优劣，这是人的感性认识，积极推广纯粮固态发酵工艺，这是人的理性认识，理性认识有赖于感性认识，感性认识有待于发展到理性认识，这就是辩证唯物论的认识论。因而，对于经过长期实践检验的纯粮固态发酵工艺，这一民族传统科技和历史文明的瑰宝，我们必须全面地
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Serial No.230China Brewing
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继承、创新与发展”。笔者认为这段文字最为要害，其中存在严重问题：
（1）新法白酒是20世纪60年代中期才出现的，要和固态发酵工艺进行比较，只有在新法白酒出现后才能进行，怎么会是“千百年来就甄别出2种不同技术方法的优劣”？是否太夸大其辞！太抬举新法白酒了？酒精工业的出现，才不过100多年，那时谈何新法白酒？
（2）该文在没有指出不管是千百年来还是20世纪60年代以来，2种工艺比较结果的情况下，就说“对于经过长期实践检验的纯粮固态发酵工艺，这一民族传统科技和历史文明的瑰宝，我们必须全面地予以继承、创新与发展”。它回避了提出问题后应有的答案。“对于经过长期实践检验的纯粮固态发酵工艺，这一民族传统科技和历史文明的瑰宝，我们必须全面地予以继承、创新与发展”，表面看来此话没错，可问题的关键是如何继承、创新与发展？这才是问题的精髓。可是该文却回避了！
（3）作为马克思、列宁主义的基本原理，经过中国共产党几十年的教育和影响，白酒界的有识之士，会不能领会和掌握这一基本原理？会在这一基本原理上犯低级错误吗？是否把中国共产党的宣传和影响力，以及马克思、列宁主义理论巨大的吸引力，低估了！
（4）新法白酒研究从一开始就存在着2条对立的工艺路线。一条要否定传统白酒工艺，提出要搞所谓“一步法”白酒，甚至把搞不搞“一步法”和当时的“批林批孔”联系起来；另一条则要肯定传统白酒工艺，并要使之发扬光大。笔者估计该文作者未能了解新法白酒研究中、包括上面第一、二两段中提到的许多情况，为何就敢大胆提出“纯粮固态发酵白酒认证”这一举措，要把新法白酒排除在外，打入另类，并且迷惑了不少人，出现这一现象是偶然的还是必然的呢？笔者为此感到困惑！是我们民族缺少思辩能力吗？希望同行能一起来思考这一问题！
（5）大量事实证明新法白酒和传统白酒没有本质差别，新法白酒本身就是纯粮固态发酵白酒的提升和发展，是同一娘胎里的产物，是我国第一部科学发展规划指导下取得的重大科研成果。把充分体现了继承、创新和发展传统白酒的新法白酒，把它们对立起来，把新法白酒打入另类，这不可笑吗？列宁指出：“任何真理，如果把它说得‘过火’……，加以夸大，把它运用到实际所能应用的范围以外去，便可以弄到荒谬绝伦的地步”。
4该文说“纯粮固态发酵”是经过千百年生产实践检验的优秀传统技艺和坚持“纯粮固态发酵”，有利于引导白酒行业的科技进步和技术创新。这2个命题的提出，似乎是在无的放矢！是谁要否定“纯粮固态发酵”是经过千百年生产实践检验的优秀传统技艺和坚持“纯粮固态发酵”，有利于引导白酒行业的科技进步和技术创新？总不能说谁要搞新法白酒，或新法白酒发展势头良好、新法白酒获利丰厚，就要给它戴上否定“纯粮固态发酵”是经过千百年生产实践检验的优秀传统技艺和要否定坚持“纯粮固态发酵”，有利于引导白酒行业的科技进步和技术创新的帽子，并以此来巩固传统白酒的地位！能让人信服吗？以假定或猜想作为前提，然后进行批判，除了混淆视听，不会有什么意义！
5该文还说“假如我们放弃或忽视对传统工艺的研究，转而致力于新工艺白酒的大力发展，将白酒工业的科研重点放在研究酒精的纯度，香精香料的优劣，如何降低成本等这些方面，我们还能够到哪里寻找大量优质固态调味酒呢？没有优质调味酒，固液结合法就难以实现，那么白酒最终将变成酒精加香料的三精水，或者将白酒改造成与其他国家的液态发酵酒类似的东西，而丢失掉中国白酒千百年所积淀的精髓”。这顶帽子可谓大唉！但又是作者在低估白酒界的认知能力。新法白酒是靠传统固态发酵提供风味物质，从而保证了新法白酒质量，离开了传统工艺，就没有新法白酒。（2009年酿酒杂志第5期“液态法白酒称谓之辨析”），充分表达了作者要重视传统白酒研究的观点，这里不再重复。
6笔者认为，对这2种不同工艺生产的白酒，只能采取“和而不同”态度来对待。大量实践证明，这2种不同工艺方法白酒，本质上没有差别。我们应该让这2种不同工艺生产的白酒和谐相处，要相信消费者的辩别能力，让消费者自己各取所需。作为行业管理部门或产销以外的第三方，只要产品确保消费者安全健康，没有必要担忧。新法白酒具有多快好省等诸多优点，正是传统白酒工艺创新和发展带来的好处，否则还要搞什么创新？创新还有什么意义？茅台酒的产能是有限的，物以稀为贵，所以价格一直飙升，目前比20世纪60年代计划经济时期高了近200倍。替老百姓考虑，作为管理部门，又如何让消费者喝上物美价&、像茅台那样的酒昵？目前，出路似乎只有一条，那就是靠新法白酒。
7笔者还认为：若一个酒民对新法白酒有偏见，偏爱传统固态法白酒，因为他缺乏白酒知识，没有责备的必要，作为一个行业的领导也持有这种偏见，其影响白酒发展就不能低估。提出“纯粮固态发酵白酒认证”这一做法，也许是出于一片好意，可能是信息不全造成对新法白酒缺乏全面了解。但真理和谬误往往只有一步之遥！在人类认识真理的长河中，往往不可避免的在长河边的某一小段发生回流现象。真理和谬误这一对矛盾，总是在斗争中推动事物发展。从这一意义上说，这种分歧的出现，也许是件好事。它将推动白酒行业、无论是传统白酒还是新法白酒都得到更好地发展。
以上认识，希望同行不吝赐教，批评指正！
发酵工艺优化
发酵工艺优化 从摇瓶试验到中试发酵罐试验的不同之处 1、消毒方式不同，摇瓶是外流蒸汽静态加热（大部分是这样的），发酵罐是直接蒸汽动态加热，部分的是直接和蒸汽混合，会因此影响发酵培养基的质量，体积，PH，透光率等指标。扩大时摇考虑 2、接种方式不同，摇瓶是吸管加入，发酵罐是火焰直接接种（当然有其他的接种方式），要考虑接种时的菌株损失和菌种的适应性等。 3、空气的通气方式不同，摇瓶是表面直接接触。发酵罐是和空气混合接触，考虑二氧化碳的浓度和氧气的融解情况。 4、蒸发量不同，摇瓶的蒸发量不好控制，湿度控制好的话，蒸发量会少。发酵罐蒸发量大，但是可以通过补料解决的。 5、搅拌方式不同，摇瓶是摇转方式进行混合搅拌，对菌株的剪切力较小。发酵罐是直接机械搅拌，注意剪切力的影响和无菌的影响。 6、PH的控制，摇瓶一般通过碳酸钙和间断补料控制PH，发酵可以直接流加控制PH，比较方便。 7、温度控制，摇瓶是空气直接接触或者传热控制温度，但是发酵罐是蛇罐或者夹套水降温控制，注意降温和加热的影响。 8、注意染菌的控制方法不一样，发酵罐根据染菌的周期和染菌的类型等可以采取一些必要的措施减少损失。 9、发酵罐可以取样或者仪表时时检测，但是摇瓶因为量小不能方便的进行控制和检测。 10、原材料不一样，发酵所用原材料比较廉价而且粗旷，工艺控制和摇瓶区别很大等等 发酵工艺中补料的作用 补料分批培养(fed—batch culture简称FBC)是指在分批培养过程中、间歇或连续地补加一种或多种成分的新鲜培养基的培养方法、与传统的分批集中补料培养相比、它有以下优点： (1)可以避免在分批发酵中因—次投料过多造成发酵液环境突变，造成菌丝大量生长等问题，改善发酵液流变等性质，使得发酵过程泡沫得以控制，节省消泡剂，并提高了装罐系数。 (2)可以控制细胞质量，以提高芽抱的比例，并使pH得以稳定。 (3)可以解除底物抑制，产物反馈抑制和分解阻遏。 (4)可以使“放料和补料”方法得以实施。该方法在发酵后期、产生了一定数量代谢产物后，在发酵液体积测量监控下，放出一部分发酵液，同时连续补充——部分新鲜营养液，实现连续带放、既有利于提高产物产量．又可降低成本，使得发酵指数得以大幅度提高。 (5)利用FBC技术、可以使菌种保持最大的生产力状态．随着传感技术以及对发酵过程动力学理沦深入研究、用模拟复杂的数学模型使在线方式实最优控制成为可能。 连续补料控制目前采用有反馈控制和无反馈控制两种方式。有反馈控制：选择与过程直接关系的可检测参数作为控制指标，例如可以测量、控制发酵液PH、采用定量控制葡萄糖流加。稳定PH在次级代谢最旺盛水平。而无反馈控制FBC是指无固定的反馈参数，以经验和数学模型相结合的办法来操作最优化控制、从而使抗生素发酵产量得以大幅度提高。例如发酵过程中前体的补加。由此可见，要实现对发酵过程的有效控制，就先要解决补科的连续控制问题。 目前国外发酵生产过程连续补料采用：流量计(电磁流量计、液体质量流量计)、小型电动、气动隔膜调节阀和控制器来实现连续补料控制。菜发酵工厂在中试试验中还成功地运用了电子称加三阀控制的自动补科系统 至于装液量的问题，应该从以下几个方面考虑： 1、保持在你所需要的转速培养情况下（尤其是在后期，菌丝很多时，转速很高时），不能让发酵液把你的塞子湿掉，容易造成染菌。 2、装液量的体积在消毒过程中，不能因为沸腾把塞子湿掉，或者跑出三角瓶，装液量太多会出现这样的情况。很容易染菌。 3、根据你的菌种的情况和发酵液的粘度，需要的混匀程度等等方面也要考虑。 4、建议你做一个梯度试验（40－50－60－70－80等）就可以找到你所需要的装液量。 关于剩余空气的排除在灭菌完毕后（100度左右），立刻用盖子或者其他的用品把你的培养摇瓶盖好，有时候这么点空气根本对兼性厌氧发酵没有什么影响，如果你的菌种要求很严的话，最好用干冰加入已经灭菌的空摇瓶后，立刻用其他的样品培养基分装即可。当然也可以用氮气。最好是二氧化碳。 你可以再查查看是否有其他的方法，我说的也不完全。！！
发酵罐专利
名称：一种连续转鼓式黑曲霉菌株扩培固态发酵设备技术领域：本发明属于生物反应器技术领域，具体涉及一种转鼓式固态发酵设备，尤其适用于大批量的麸曲的生产。 背景技术：（背景中应加入搜到的所有相关专利，并分析其优缺点） 目前，各种有机酸，蛋白质，酒类产品的生产均采用微生物发酵，固态发酵具有设备简单，投资少，操作简便，能耗低，发酵周期短，下游处理工艺简单等优点，被广泛采用。但由于其发酵过程受到的影响因素很多（基质含水量、颗粒度、pH值、发酵温度、气相组成和通气速率等），且分析手段不尽完善，相关的研究比较缓慢。就固态麸曲的工业生产来说，大量麸曲的制备仍然采用传统的工艺：原种--斜面--茄子瓶--麸曲。这样一个发酵罐需要制备几百个三角瓶麸曲，麸曲菌种制备过程劳动量大，麸曲染菌几率高。本发明是一种麸曲菌种制备装置，能替代几百个三角瓶的扩培，实现菌种生产的标准化，保证产品的同批次同质性。 发明内容： 本发明的目的在与克服现有技术的不足，提供一种设计合理，操作方便，自动化程度高，能有效解决发酵罐散热，传质，灭菌困难，以及保证操作无菌等问题的固态发酵设备。 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 1.一种固态发酵设备，其特征在于：包括发酵罐，主管路，驱动装置，热交换装置，蒸汽灭菌装置，无菌通风装置，支架，其中该接种管与发酵罐固接，接种管中设有球阀，避免杂菌的污染。该驱动装置固接于发酵罐的外侧，以提供发酵罐旋转的动力。 该发酵罐的整体结构是双锥回转结构，当发酵罐旋转时，能较好的促进物料的混合，保证物料的均匀性。另外该发酵罐还制有用于保证发酵温度的分层夹套结构，用于接种的接种管，投入或排放物料的端部开口，用于观察其内部状态的一组视镜，用于取样的取样阀和用于排水，排气，排蒸汽的排放阀，和用于灭菌或通气的主管路。 前所述的夹套的进出水管路是同轴管路，并采用旋转接头的方式与发酵罐相连接。另外，夹套里面设置分隔板，实现夹套的分层，从而避免夹套水循环的短路，并能充分的利用夹套的换热面积。夹套与热交换器连接，实现发酵罐的升温或降温，从而保证发酵的温度条件25-38℃。 2.而且，所述的发酵罐主体为一个两端为圆锥，中间为圆筒的固接结构。 3.而且，所述接种管1固接在发酵罐端部封头上，该接种管中制有球阀，且球阀通道大小正与接种管2尺寸配合，接种管的端部用带螺纹的塞头封口。 4.而且，所述夹套设置在发酵罐外部，中间有分隔板，且夹套进出水管路采用旋转接头与热交换器相连。 5.而且，所述驱动装置通过齿轮减速器和正反转调速器连接于前述发酵罐。 6.而且，所述发酵罐设备配有中央控制板，中央控制板与前述发酵罐，驱动装置，正反转减速器，水泵，蒸汽发生器，空气压缩机，质量流量控制器等连接。 7.而且，所述视镜为一组，共两个，开在发酵罐的锥形结构处，两侧各一个。 8.而且，所述热交换器a通过主管道与发酵罐内部相通，另一端接连与空气过滤器，质量流量控制计，空气压缩机构成无菌通风装置 9.而且，所述蒸汽灭菌装置，包括蒸汽发生器，蒸汽储气罐，通过主管路与发酵罐内部相通 本发明上述技术方案后，其有益效果在于：通过旋转的方式来实现对物料的混合，且双锥的设计使得混料效果更好，能改善物料与物料，物料与空气的传质传热效果，进而保证了物料性质的均一性，使得发酵罐一次能够进行大批量的生产。再有，蒸汽灭菌，接种，发酵过程全部都在发酵罐内进行，避免了操作过程中的杂菌污染，其中接种采用液体接种的方式，劳动强度小，操作过程染菌几率小。配置的中央控制板能实时的控制发酵过程中发酵罐的转速，转动方向，以及发酵罐内温度，湿度，空气流量等条件，保证菌种处在最优化的环境条件下生长，从而最大程度的利用资源，提高生产效率，且实现了自动化生产。籍此，应用本
第四篇 第五章发酵过程泡沫的形成与控制
发酵过程泡沫的形成与控制 发酵过程起泡的利弊：气体分散、增加气液接触面积，但过多的泡沫是有害的 一、泡沫形成的基本理论 泡沫的定义：一般来说：泡沫是气体在液体中的粗分散体，属于气液非均相体系 美国道康宁公司对泡沫这样定义：体积密度接近气体，而不接近液体的“气/液”分散体。 （一）泡沫形成的原因 1、气液接触 （1）气体从外部进入液体，如搅拌液体时混入气体 （2）气体从液体内部产生。气体从液体内部产生时，形成的泡沫一般气泡较小、较稳定。 2、含助泡剂 在纯净的气体、纯净的液体之外，必须存在第三种物质，才能产生气泡。对纯净液体来说，这第三种物质是助泡剂。当形成气泡时，液体中出现气液界面，这些助泡剂就会形成定向吸附层。与液体亲和性弱的一端朝着气泡内部，与液体亲和性强的一端伸向液相，这样的定向吸附层起到稳定泡沫的作用。 3、起泡速度高于破泡速度 起泡的难易，取决于液体的成分及所经受的条件；破泡的难易取决于气泡和泡破灭后形成的液滴在表面自由能上的差别；同时还取决于泡沫破裂过程进行得多快这一速度因素。 高起泡的液体，产生的泡沫不一定稳定。体系的起泡程度是起泡难易和泡沫稳定性两个因素的综合效果。 4、发酵过程泡沫产生的原因 （1）通气搅拌的强烈程度 （2）培养基配比与原料组成 （3）菌种、种子质量和接种量 （4）灭菌质量 （二）起泡的危害 1、降低生产能力 在发酵罐中，为了容纳泡沫，防止溢出而降低装量 2、引起原料浪费 如果设备容积不能留有容纳泡沫的余地，气泡会引起原料流失，造成浪费。 3、影响菌的呼吸 如果气泡稳定，不破碎，那么随着微生物的呼吸，气泡中充满二氧化碳，
而且又不能与空气中氧进行交换，这样就影响了菌的呼吸。 4、引起染菌 由于泡沫增多而引起逃液，于是在排气管中粘上培养基，就会长菌。随着时间延长，杂菌会长入发酵罐而造成染菌。大量泡沫由罐顶进一步渗到轴封，轴封处的润滑油可起点消泡作用，从轴封处落下的泡沫往往引起杂菌污染。 （三）泡沫的性质 泡沫体系有独特的性质，研究泡沫的性质，是解决消泡问题的基础。 1、气泡间液膜的性质 泡沫中气泡间的间距很小，仅以一薄层液膜相隔，研究液膜的性质很有代表意义，又因为，只有含有助泡的表面活性剂，才能形成稳定的泡沫，所以应当首先研究表面活性剂与液膜的关系 表面活性剂示意图 溶液中当表面活性剂的浓度低于临界胶束浓度时，以第一种情况为主；表面活性剂浓度高于临界胶束浓度时出现第二种情况。在泡沫不断增加时，表面活性剂会从胶束中不断转移到新产生的气液界面上 2、泡沫是热力学不稳定体系 热力学第二定律指出：自发过程，总是从自由能较高的状态向自由能较低的状态变化。起泡过程中自由能变化如下： △G=γ△A △G——自由能的变化 △A——表面积的变化 γ——比表面能 起泡时，液体表面积增加，△A为正值，因而△G为正值，也就是说，起泡过程不是自发过程。另一方面，泡沫的气液界面非常大。显然，液体起泡后，表面自由能比无泡状态高得多。泡沫破灭、合并的过程中，△A是一个绝对值很大的负数，也就是说泡沫破灭、合并的过程，自由能减小的
发酵条件的控制与调节
发酵条件的控制与调节 １．水分调节 好氧堆肥质量和效率直接受堆肥物料水分含量的影响，水分的作用主要为溶解有机物并参与微生物的新陈代谢和调节堆肥温度。一般认为堆肥初始含水量在４０％～７０％就能保证堆肥顺利进行。当含水量低于４０％时，微生物的代谢活动会受到抑制，堆肥将由好氧向厌氧转化，尤其当含水量低于１５％时，菌体代谢活动会普遍停止；当含水量太高时，超过７０％，物料空隙率低空气不足，不利于好氧微生物生长，减慢降解速度，延长堆腐时间，并产生二氧化硫等恶臭气体。按重量计，初始堆料的含水率应保持在５０％～６５％，过低和过高都会影响发酵过程，而牛粪的含水率一般在７５％～８０％，往往需要加入吸湿性强的调节料以降低混合堆料的水分含量。 ２．发酵温度 温度是堆肥正常发酵的重要条件之一，堆肥温度的控制就是要保持堆体顺利升温、维持适当温度和温度的下降。不同种类微生物的生长对温度的要求不同，嗜温菌的最适温度是３０～４０℃，嗜热菌的最适温度是４５～６０℃，高温堆肥的温度最好控制在５５～６５℃，不宜超过６５℃，超过６５℃就会对微生物的生长产生抑制。堆肥化是一个放热过程，若不加以控制，温度可达７５～８０℃，温度过高会过度消耗有机质，并降低堆肥产品质量，根据卫生学要求，堆肥至少要达到５５℃并保持５天以上才能保证杀灭堆层中大肠杆菌及病原菌。生产实践中常采用翻堆或强制通风办法控制温度。 ３．碳氮比调节 碳氮比（Ｃ／Ｎ）是指堆肥原料与填充料混合物的总碳（Ｃ）与总氮（Ｎ）的比值。碳源是微生物利用的能源，氮源是微生物的营养物质，在堆肥过程中，碳源被消耗，转化成二氧化碳和腐殖质物质，而氮则以氨气形式散失，或变为硝酸盐和亚硝酸盐，或由生物体同化吸收。因此，碳和氮的变化是堆肥的基本特征之一。由于微生物的Ｃ／Ｎ范围为４～３０，因此用作供其营养的有机物碳氮比最好也在此范围内，Ｃ／Ｎ过高或过低都不利于嗜氧菌的生长和繁殖，堆肥过程中适宜的碳氮比（Ｃ／Ｎ）为２０～３０：１，３０：ｌ较为理想。北方地区在生产实践中可采用在牛粪中添加有关原料调节碳氮比，一般牛粪堆肥处理时可不调整Ｃ／Ｎ。 ４．通风调节 通风是好氧堆肥的关键性因素之一，其主要作用是提供好氧微生物生长繁殖所必需的氧气，通过供气量的控制，可去除堆料中多余的水分，调节堆体温度，减少恶臭产生。研究表明，堆料中氧含量为１０％时，就可保证微生物代谢的需要。在供氧充分而其他条件也适宜的情况下，微生物迅速分解有机物，产生大量的代谢热，如果不能对多余热量进行控制，温度升高到超过微生物生长的适宜范围，将会抑制有机物的生物降解、延长处理时间，增加设备运行费用，并且产生难闻的气味。可适时采用翻堆方式通风或设有其他机械通风装置换气，调节堆肥物料的氧气浓度和散热，同时应注意堆体堆积要松紧适度，保持物料间有一定的空隙以利通气． ５．ｐＨ值调节 ｐＨ值是微生物生长的重要因素之一，一般堆肥中微生物最适宜的ｐＨ值是中性或弱碱性，ｐＨ值太高或太低都会使堆肥处理遇到困难。许多研究者提出，
发酵过程的工艺控制
第十章发酵过程的工艺控制 ●知识要点和教学要求 （1）、理解微生物发酵的动力学 （2）、掌握补料分批培养 （3）、掌握连续培养 （4）、掌握发酵工艺控制最优化 （5）、掌握温度对发酵过程的影响及其控制 （6）、掌握PH值对发酵过程的影响和控制 （7）、掌握泡沫对发酵过程的影响和控制 ●能力培养要求 通过本章节的学习，学生能理解微生物发酵的分类及温度、PH值、泡沫等对发酵过程的影响和控制。 ●教案内容 10.1 微生物发酵的动力学 一般来说，微生物学的生长和培养方式可以分为分批培养、连续培养和补料分批培养等三种类型。 1. 分批培养 分批培养又称分批发酵，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。 在分批培养过程中，随着微生长细胞和底物、代谢物的浓度等的不断变化，微生物垢生长可分为停滞期、对数生长期、稳定期和死亡期等四个阶段，图10-1为典型的细胞菌生长曲线。 2. 停滞期 停滞期是微生物细胞适应新环境的过程。
实际上，接种物的生理状态和浓度是停滞期长短的关键。如果接种物处于对数生长期，那么就很有可能不存在停滞期，微生物细胞立即开始生长。反过来，如果接种物本身已经停止生长，那么微生物细胞就需要有更长的停滞期，以适应新的环境。 3. 对数生长期 处于对数生长期的微生物细胞的生长速度大大加快，单位时间内细胞的数目或重量的增加维持恒定，并达到最大值。其生长速度可用数学方程表示： 式中，x---细胞浓度（g/l）；t---培养时间（hr）；---细胞的比生长速度（1/h）。如果当t=0时，细胞的浓度为x0(g/l)，上式积分后就为：于是，用微生物细胞浓度的自然对数对时间作图，就可得到一条直线，该直线的斜率就等于。 微生物的生长有时也可用“倍增时间”(td)来表示，“倍增时间”(td)定义为微生物细胞浓度增加一倍所需要的时间，即： 3. 稳定期 由于细胞的溶解作用，一些新的营养物质，诸如细胞内的一些糖类、蛋白质等被释放出来，又作为细胞的营养物质，从而使存活的细胞继续缓慢地生长，出现通常所称的二次或隐性生长。 4. 死亡期 当发酵过程处惊天动地死亡期时，微生物细胞内所储存的能量已经基本耗尽，细胞开始在自身所含的酶的作用下死亡。 5. 微生物分批培养生长速度的动力学方程
生物工程设备复习资料
生物工程设备复习资料 1、磁力除铁器的作用：利用磁性除去原料中的含铁杂质。 2、振动筛的结构、工作原理：P5图1-3。 3、常见精选机的类型及工作原理： ①碟片式精选机：在金属碟片的平面上制出许多袋形的凹孔，碟片在粮堆中运动时，短小的颗粒嵌入袋孔被带到较高的位置才会落下，把收集短粒的斜槽放在适当的位置上，就能将短粒分出来。 ②滚筒式精选机：袋孔开在筛转圆管的内表面，长粒大麦依靠进料位差和利用滚筒本身的倾斜度，沿滚筒长度方向流动由另一端流出，而短粒大麦嵌入袋孔的位置较深，被带到较高位置而落入中央槽之中有螺旋输送机送出。 4、机械粉碎的工作原理组要有以下几种：挤压粉碎、冲击粉碎、磨碎、劈碎、剪碎 5、①锤式粉碎机的主要结构和工作原理： 主要结构：轴、转？、锤刀、栅栏、抽风机 主要原理：轴转动带动安装在轴上的锤刀作圆周运动，从而锤碎筛面上的原料，筛面控制粉碎程度。进料筛板控制进料的粒度。 ②辊式粉碎机的主要结构和工作原理： 主要结构：辊筒、传动装置、机架、滚动轴承等等 主要原理：工作时，两个平行的辊筒相对旋转，物料由于辊筒对物料的摩擦作用而被托入两辊筒间的间隙中被粉碎。两辊式、四辊式、五辊式、六辊式粉碎机的原理类似。 ③球磨机的主要结构和工作原理： 主要结构：筒体、端盖、轴承、齿圈 主要原理：球磨机筒体内装有研磨体（一般为钢球，钢柱、钢棒或卵石的）。筒体回转时，其中的物料与研磨体在摩擦力作用下，贴在筒体壁上与筒体一起回转。当提升到一定高度后，由于重力作用，研磨体发生自由卸落或抛落现象，从而对筒内物料造成冲击、研磨和挤压，物料逐渐被粉碎。达到研磨要求后，将物料由筒内排出。 6、生物质原料混合设备的种类：回旋型混合机（水平圆筒形、V形、双锥形、立方体形）；固定型混合机（搅拌槽式、锥形、回转圆板式、流动式） 7、常见连续灭菌流程： ①连消塔-喷淋冷却流程：配好的培养基用泵打入连消塔与蒸汽直接混合，达到灭菌温度后进入维持罐，维持一定时间后经喷淋冷却器冷却至一定温度后进入发酵罐。主要设备：配料预热罐、连消塔、维持罐。P20图2-4 ②喷射加热-真空冷却连续灭菌流程：培养基（培养液）用泵打入喷射加热器，以较高的速度至喷嘴喷出，借高速流体的抽吸作用与蒸汽混合后进入管道维持器（维持管），经一定时间后通过一膨胀阀进入真空急骤蒸发室，因真空作用使水分急骤蒸发而冷却至70-80℃左右，再进入发酵罐冷却至接种温度。主要设备：喷射加热器、维持管、膨胀阀、真空急骤蒸发室。P21图2-5 ③板式换热器灭菌流程：采用了板式换热器作为培养液的加热和冷却器，培养液在设备中同时完成预热、灭菌及冷却过程。加热段使培养液的温度升高，经维持段保温一段时间，然后在板式换热器的水冷却段冷却，从而是培养液的预热、加热、灭菌及冷却过程可在同一设备内完成。P21图2-6 8、连续蒸煮糖化的工艺流程：P25图2-12 9、连续蒸煮糖化设备有罐式、管式和柱式三中形式。 10、糖蜜稀释器的主要结构形式：水平式、立式、错板式、胀缩式、变管径式、间歇式。 11、糖蜜原料的澄清方法：加酸通用处理法、加热加酸沉淀法、絮凝剂澄清处理法。 12、麦芽汁的制备流程？主要设备的结构及工作原理： 糊化锅、糖化锅、过滤槽、麦汁煮沸锅、糖化醪过滤槽 详见P37-41 13、固体培养基制备的主要设备有：粉碎设备、润水设备、混合设备、蒸煮灭菌设备、冷却设备等。（填空） 14一个良好的生物反应器应满足的要求：①结构严密，经得起蒸汽的反复灭菌，内壁光滑，耐腐蚀性好，以利于灭菌彻底和减小金属离子对生物反应的影响；②有良好的气、液、固接触和混合性能以及高效的热量、质量、动量传递性能；③在保持生物反应要求的前提下，降低能耗；④有良好的热量交换性能，以维持生物反应最适温度；⑤有可行的管道比例和仪表控制，适用于灭菌操作和自动化控制。 15、生物反应器的分类： ①按几何形状或结构特征来划分：釜式、管式、塔式、膜式；②按催化剂类型或培养对象分：酶促反应器、微生物培养发酵罐、植物细胞反应器、动物反应器；③按供氧分，有好氧和厌氧之别；④根据反应器所需的混合与能量
啤酒发酵工艺流程
实验一单细胞蛋白（SCP）的生产 一、实验目的 1．了解单细胞蛋白的开发优势及技术现状。 2．掌握单细胞蛋白的液体深层培养法及工艺控制规律。 3．了解发酵过程中菌体浓度及生物量的一般检测方法。 二、实验原理 所谓SCP（Single Cell Protein）就是指那些工厂化大规模培养、作为人类食品和动物饲料的蛋白质来源的酵母、细菌、放线菌、霉菌、藻类和高等真菌等微生物的干细胞。SCP工业，主要是饲料酵母工业。酵母是一种单细胞微生物，生长繁殖快，菌体营养丰富。饲料酵母是一种营养价值很高的蛋白饲料，成品呈微黄色粉末状，具有酵母特殊香味。酵母蛋白质含量一般都在70%左右，比大豆高1倍。与肉蛋白、鸡蛋蛋白、大豆蛋白相比，单细胞蛋白所含的氨基酸组分齐全，有18-20种氨基酸，尤其是谷物中所缺乏赖氨酸含量较高。此外，维生素含量也十分丰富。每千克酵母类单细胞可使奶牛的产奶量增加6-7㎏，用含有10%单细胞蛋白饲料养鸡，产蛋提高21%-35%。1吨单细胞蛋白可节约5-7吨饲料粮，可产1.5吨鸡肉或3万枚鸡蛋。我国单细胞蛋白（酵母）年产量近3万吨，多用于医药、面包生产和饲料。用于生产饲料酵母的原料来源广泛，有矿物资源（如石油、甲烷、泥炭等）、纤维资源（如秸杆、木屑等）、糖类资源（如糖蜜、红薯等）、石油二次制品、废弃资源（包括有机废水、废渣、动物粪便等）。从我国目前的情况出发，生产饲料酵母等单细胞蛋白值得优先开发的原料有废糖蜜、薯干、纸浆废液，豆制品厂、味精厂、淀粉加工厂的废液等，用这些原料生产饲料酵母，首先是产品无毒性，另外也有利于解决工厂和城市的污染问题。 酵母细胞的发酵特点：目前，最广泛用于生产作为蛋白资源的酵母是假丝酵母，该酵母生长繁殖速度快，每2-4小时可繁殖一代，培养10小时左右就能繁殖到种子菌体量的15倍。发酵过程中，要保证罐内的液体混合良好和较适当地提供氧气，还要控制好温度和pH。采用流加间歇发酵可以保证糖被具有良好活性的酵母呼吸消耗，以达到最适产量。底物浓度过高，即使在有氧条件下，酵母也会发酵产生碳水化合物。如果酵母生长速率过快，底物也会发酵。因此，在培
发酵过程控制
发酵过程控制和优化技术的有关知识 发酵的生产水平高低除了取决于生产菌种本身的性能外，还要受到发酵条件、工艺的影响。只有深入了解生产菌种在生长和合成产物的过程中的代谢和调控机制以及可能的代谢途径，弄清生产菌种对环境条件的要求，掌握菌种在发酵过程中的代谢变化规律，有效控制各种工艺条件和参数，使生产菌种始终处于生长和产物合成的优化环境中，从而最大限度地发挥生产菌种的生产能力，取得最大的经济效益。 一．发酵过程进行优化控制的意义 随着生物和基因工程技术在各工业行业中的应用，发酵产品生产规模和品种不断增加，对发酵过程进行控制和优化也显得越来越重要。作为发酵中游技术的发酵过程控制和优化技术，既关系到能否发挥菌种的最大生产能力，又会影响到下游处理的难易程度，在整个发酵过程中是一项承上启下的关键技术。 与物理和化学反应过程不同，生物过程的反应速率比较慢，目的产物的浓度、生产强度、反应物质（底物或基质）向目的产物的转化率也比较底。工业微生物学从两个方面解决上述问题，一方面通过菌种选育和改良获得高产的发酵菌种；另一方面，通过控制培养条件使微生物最大限度地生产目标产物。相对来讲，通过发酵过程控制和优化，将生物过程准确地控制在最优的环境或操作条件下，是提高整体生产水平的一个捷径或者说是一种更容易的方法，其重要性也绝不亚于利用分子生物学和基因工程进行菌种改良的方法。 二．生化过程的特征 与物理和化学反应过程相比，生化反应过程有以下不同特征：①动力学模型高度非线性； ②动力学模型参数的时变性；③除简单的物理和化学状态变量（温度、pH、压力、气体分压、DO外，绝大多数生物状态变量（生物量、营养物浓度、代谢产物浓度、生物活性等）很难在线测量；④过程参数的滞后性，一个生物过程可能涉及成千上万个小的物理和化学反应，其相互间的作用和影响造成了生物过程的响应速率慢。 生物过程的控制和优化还具有以下特点：①不需要太高的控制精度；②各状态变量之间存在一定的连带关系；③由于没有合适的定量的数学模型可循，其控制与优化操作还必须完全依靠操作人员的经验和知识来进行。 三．生物过程控制和优化的目的和研究内容 生物过程控制和优化的目的就是以生物反映工程、发酵工程、生物化学、微生物学等学科的原理和知识为基础，以自动控制理论、过程控制和优化理论、工程数学以及人工智能技术为手段，将目的生物过程控制在最优的操作环境之下，以实现提高生物过程生产水平的目
乳酸发酵工艺流程
工艺流程：淀粉 水解反应 葡萄糖 预处理 液仓 淀粉乳 盐酸（酸化）调配 预热（85℃～90℃） 均质（300～500KPa） 杀菌(100℃，10min) 冷却(50℃左右) 菌种保藏菌种活化菌种扩培接种 发酵（终点pH4.2） 冷却（15℃～20℃） 溶解杀菌混合 氮源、中和剂（碳酸钙）分离
提纯 乳酸成品 保持冷链贮存或销售 4.2.1.2 操作要点说明 （1）预处理 净化可以除去原料中的杂质，使淀粉达到最高的纯净度。 （2）水解 淀粉是葡萄糖以ɑ-1，4-糖苷键连接起来的多聚体，在催化剂存在和适宜温度等条件下，易于水解成葡萄糖、麦芽糖、糊精等单体或低聚物。合理控制水解，尽可能减少副反应发生，则是糖化工艺所要控制的关键。 （3）预热 预热一方面可以杀菌，而且由于适当加热，可以使葡萄糖液化，并完全去除淀粉和多聚糖的存在，增加产品的稳定性。预热温度控制在85℃～90℃。 （4）均质 均质主要是使原料充分混合均匀，阻止分层，提高葡萄糖的稳定性和稠度，并保证单体均匀分布，从而获得质地细腻、口感良好的产品。均质压力控制在300～500KPa。 （5）杀菌 杀菌目的在于杀灭原料中的杂菌确保乳酸杆菌的正常生长和繁殖，钝化原料中的天然抑制物。杀菌温度控制在100℃，保温10min进行杀菌。 （6）冷却 冷却主要是为接种的需要。经过热处理的糖乳需要冷却到一个适宜的接种温度，此温度控制在50℃左右。 （7）接种 接种是造成糖乳受微生物污染的主要环节之一，因此严格注意操作卫生，防止细菌、酵母、霉菌、噬菌体及其他有害微生物的污染。接种时充分搅拌，使发酵菌与原料混合均匀。
（8）发酵 发酵温度控制在50℃左右，从而为微生物代谢提供最适的温度环境，发酵时间24h，且期间不搅拌。 自由逃逸。当残糖降到1g/1时，发酵终点判定：发酵时罐口敞开，让CO 2 就识为发酵已经完成，再测定pH 4.2时即可停止发酵。 （9）冷却 冷却目的是抑制乳酸菌的生长、降低酶的活性、防止产酸过度、使糖液逐渐 析出的速度。将发酵乳迅速降温至15℃～20℃。 凝固、降低和稳定CO 2 （10）混合 将经溶解和杀菌的氮源、中和剂与发酵乳进行混合。 （11）分离提纯 由于乳酸在发酵过程中加入碳酸钙，因此，发酵最终的醪液悬乳酸与碳酸钙形成的乳酸钙，以水和形式存在。根据这一特性，采取相应的过滤介质和方法，即离子交换脱盐转酸方式及其分离提纯工艺。 （12）灌装和冷藏 采用相应灌装机进行灌装后的成品置于0℃～5℃冷藏12h～24h，进行后熟。
生物工程设备大纲(郑裕国)
《生物工程设备》课程教学大纲 英文名称：Biotechnology Equipment 课程编码：B306010 课内教学时数：56学时 学分：3学分 适用专业：生物工程 开课单位：生物与食品工程系 撰写人：曾卫国 审核人：王娣 制定（或修订）时间：2008年6月 一、课程的性质和任务 《生物工程设备》是生物工程专业的必修专业课，是在学完了专业基础课和技术基础课之后开设的有关生物加工过程设备的原理、构造、设计及应用的一门专业课。为使生物技术的实验室成果开发成产业，必须要构造由生物工程设备构成的生产线，是生物工程专门高级人才必须掌握的内容之一。本课程的任务主要是通过课堂教学和课外练习，使学生掌握生物工程的设备流程、设备结构及工作原理，主要设备的设计计算及选型，了解设备的安装与维修。同时，了解国内外生物工程设备的新技术和发展趋势。通过学习，使学生提高独立分析和解决问题的能力，为毕业设计或以后工作奠定理论基础。 二、课程教学内容的基本要求、重点和难点 第一篇生物质原料处理与设备 第一章生物反应原料预处理设备 ㈠基本要求掌握物料粉碎原理；掌握锤式粉碎机、棍式粉碎机、湿式粉碎机的工作原理、结构和主要构件及参数；了解原料筛选设备、其它类型粉碎机及固体原料间的混合设备。 ㈡教学重点粉碎锤式粉碎机、棍式粉碎机、湿式粉碎机的工作原理、结构和主要构件。 ㈢教学难点锤式粉碎机、棍式粉碎机、湿式粉碎机的参数及选择。 ㈣教学内容 1、生物质原料筛选与分级设备 ⑴磁力除铁器 ⑵筛选设备 ⑶精选机 2、生物质原料的粉碎 ⑴锤式粉碎机
⑵棍式粉碎机 ⑶湿式粉碎机 ⑷其它粉碎机 3、生物质原料混合设备 第二章生物细胞培养基制备设备 ㈠基本要求掌握淀粉质原料罐式连续蒸煮糖化设备类型、特点、结构与计算；掌握啤酒生产设备的作用及结构；掌握培养基的理论灭菌时间、连续灭菌流程及主要设备类型、特点。 ㈡教学重点罐式连续蒸煮糖化设备类型、特点、结构与计算；啤酒生产设备的作用及结构；连续灭菌流程及主要设备类型、特点。 ㈢教学难点淀粉质原料罐式连续蒸煮糖化设备类型、特点、结构与计算；掌握啤酒生产设备的作用及结构；连续灭菌流程及主要设备类型、特点。 ㈣教学内容 1、液体培养基的灭菌 ⑴湿热灭菌原理和影响灭菌的因素 ⑵连续灭菌流程与设备 2、淀粉质原料的蒸煮与糖化 ⑴连续蒸煮糖化 ⑵间歇蒸煮糖化 3、纤维素和半纤维素的水解 4、糖蜜原料的稀释与澄清 ⑴糖蜜原料稀释器 ⑵糖蜜原料的澄清 5、啤酒生产中麦芽汁的制备设备 ⑴糊化锅 ⑵糖化锅 ⑶过滤槽 ⑷麦汁煮沸锅 6、固体培养基制备 第二篇生物反应设备 第三章生物反应器设计基础（自学） 基本要求良好生物反应器应具备的条件及其化学计量基础、生物学基础、质量传递、热量传递和剪切力问题。
发酵工艺过程控制样本
第七章发酵工艺过程控制 教学目的: 1、熟悉发酵过程的主要控制参数; 2、掌握各因素对发酵过程的影响、过程控制方法和原理; 3、熟悉几种发酵操作类型。 教学方法: 讲授 教学手段: 使用多媒体课件 教学内容: 第一节发酵过程中的代谢变化与控制参数 一、发酵工艺过程控制的重要性 从产物形成来说, 代谢变化就是反映发酵中的菌体生长、发酵参数的变化( 培养基和培养条件) 和产物形成速率这三者之间的关系。 二、发酵过程的代谢变化规律 这里介绍分批发酵、补料分批发酵、半连续发酵及连续发酵四种类型的操作方式下的代谢特征。 1、分批发酵 指在一个封闭的培养系统内含有初始限制量的基质的发酵方式。即一次性投料, 一次性收获产品的发酵方式。 在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同步的关系, 将微生物产物形成动力学分为 ( 1) 生长关联型 产物的生成速率与菌体生长速率成正比。这种产物一般是微生物分解基质的直接产物, 如酒精, 但也有某些酶类, 如脂肪酶和葡萄糖异构酶 对于生长关联型产品, 可采用有利于细胞生长的培养条件, 延长与产物合成有关的对数生长期。 ( 2) 非生长关联型 产物的生成速率与菌体生长速率成无关, 而与菌体量的多少有关。
对于非生长关联型产品, 则宜缩短菌体的对数生长期, 并迅速获得足够量的菌体细胞后, 延长稳定期, 从而提高产量。 2、补料-分批发酵 是指分批培养过程中, 间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法。 与传统的分批发酵相比, 优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度。低基质浓度的优点: ( 1) 能够除去快速利用碳源的阻遏效应, 并维持适当的菌体浓度, 使不至于加剧供氧的矛盾; ( 2) 克服养分的不足, 避免发酵过早结束。 ３、半连续发酵 是指在补料－分批发酵的基础上, 间歇地放掉部分发酵液的培养方法。 优点: ( 1) 能够除去快速利用碳源的阻遏效应, 并维持适当的菌体浓度, 使不至于加剧供氧的矛盾; ( 2) 克服养分的不足, 避免发酵过早结束; ( 3) 缓解有害代谢产物的积累。 ４、连续发酵 又称连续流动培养或开放型培养, 即培养基料液连续输入发酵罐, 并同时放出含有产品的发酵液的培养方法。在这样的环境中培养, 所提供的基质对菌的生长就受到限制, 培养液中的菌体浓度能保持一定的稳定状态。 与传统的分批发酵相比, 连续培养有以下优点: ( 1) 维持低基质浓度: 能够除去快速利用碳源的阻遏效应, 并维持适当的菌体浓度, 使不至于加剧供氧的矛盾; ( 2) 避免培养基积累有毒代谢物; ( 3) 能够提高设备利用率和单位时间的产量, 节省发酵罐的非生产时间; ( 4) 便于自动控制。 但连续培养也有缺点:
发酵工艺控制
发酵工艺控制 2.1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 2.2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。 一. 基质种类 一般包括：碳源、氮源和无机盐 前体
发酵工艺流程
发酵工艺流程标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]
发酵工艺标准操作流程 (SOP) 一生产前准备 每次生产前按品种配方将所需原料称重准备齐全,并确认生产原料库存量,保证原料库存量足够下次生产所需. 二生产前检查 1检查蒸汽、压缩空气、冷却水进出的管路是否畅通,所有阀门是否良好,并关闭所有阀门. 2检查电路、控制柜、开关的状态,确保控制柜运行正常. 3检查空压机油表油表及轴承、三角带、气缸等是否正常,确保空压机运行正常. 4检查发酵罐搅拌减速机的油量及密封轴降温水是否正常. 三总过滤器灭菌 当蒸汽总管路上的压力为时,打开总过滤器进气阀输入蒸汽,同时打开出气阀的跑分阀、排气阀、排污阀,当三个阀均排出蒸汽时,调整进气阀、排污阀,稳定总过滤器压力此时打开压力表下跑分,计时灭菌小时.灭菌结束后启动空压机,当空气输入管道压力大于总过滤器压力时,关闭蒸汽阀,打开空气阀,将空气出入总过滤器,然后调整进气阀与排污阀,稳定总过滤器压力在保持通气在15-20小时,当出气阀跑分和排污阀放出的空气为干燥空气时,完成灭菌.
四分过滤器灭菌 1当蒸汽管路压力为时,打开蒸汽过滤器的进气阀和排污阀,当蒸汽管路中无蒸汽凝结液后,再将蒸汽输入空气管路,然后打开分过滤器的进气阀、排污阀及出气阀上的跑分,当所有阀门均有蒸汽排出后,调整进气与排污阀,是压力稳定在计时灭菌30-35分钟.灭菌结束后,关闭蒸汽过滤器进出气阀、排污阀,并立即将空气输入预过滤器,使空气通过预过滤器进入到分过滤器,再调整分过滤器排污阀使压力稳定在备用. 五发酵罐空消 (可与分过滤器灭菌同时进行) 空消前先将发酵罐去垢洗净,添加少量清水,然后密封进料口,将排气阀打开少许,同事将蒸汽引入盘管(或夹套)进行预热,待罐温升到80℃时(种子罐40℃即可),关闭盘管(或夹套)进气阀,再从出料口、进气口、取样口三路输入蒸汽,(蒸汽管路压力不低于当罐内温度达到125-130℃时,通过三路蒸气浴出气阀调整罐内压力,使其稳定在计时灭菌30-35分钟. 空消结束后,关闭所有进气阀并将排气阀开大,当罐内压力下降至0MPa后,打开进料口和排污阀,再将发酵罐进行一次冲洗. 六发酵罐实消 打开进水阀,按照生产要求放入所需水量,再根据生产品种按配方依次投入培养基原料,并同时打开搅拌,搅拌5-10分钟后取样,用氢氧化钠和浓盐酸调PH值之间,然后密封进料口将排气阀打开少许,同时打开盘管(或夹套)的进出气阀门输入蒸汽进行预热,等到罐内温度到达80℃以上后,关闭盘管(或夹套)进气阀门,并将排气阀关小,然后将蒸汽从进气口、出料口、取样口三路直接通入罐内,当罐内温度上升到121-125℃后,打开发酵罐体上与空气进气阀上的所有跑分,再通过调整三路进气与排气阀将罐内压力稳定在此时开始计时灭
发酵工艺过程控制
第七章发酵工艺过程控制 教学目的：1、熟悉发酵过程的主要控制参数；2、掌握各因素对发酵过程的影响、过程控制方法和原理；3、熟悉几种发酵操作类型。 教学方法：讲授 教学手段：使用多媒体课件 教学内容： 第一节发酵过程中的代谢变化与控制参数 一、发酵工艺过程控制的重要性 从产物形成来说，代谢变化就是反映发酵中的菌体生长、发酵参数的变化（培养基和培养条件）和产物形成速率这三者之间的关系。 二、发酵过程的代谢变化规律 这里介绍分批发酵、补料分批发酵、半连续发酵及连续发酵四种类型的操作方式下的代谢特征。 1、分批发酵 指在一个封闭的培养系统内含有初始限制量的基质的发酵方式。即一次性投料，一次性收获产品的发酵方式。 在分批培养过程中根据产物生成是否与菌体生长同步的关系，将微生物产物形成动力学分为（1）生长关联型 产物的生成速率与菌体生长速率成正比。这种产物通常是微生物分解基质的直接产物，如酒精，但也有某些酶类，如脂肪酶和葡萄糖异构酶 对于生长关联型产品，可采用有利于细胞生长的培养条件，延长与产物合成有关的对数生长期。 （2）非生长关联型 产物的生成速率与菌体生长速率成无关，而与菌体量的多少有关。 对于非生长关联型产品，则宜缩短菌体的对数生长期，并迅速获得足够量的菌体细胞后，延长稳定期，从而提高产量。 2、补料-分批发酵 是指分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法。 与传统的分批发酵相比，优点在于使发酵系统中维持很低的基质浓度。低基质浓度的优点： （1）可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾； （2）克服养分的不足，避免发酵过早结束。 ３、半连续发酵 是指在补料－分批发酵的基础上，间歇地放掉部分发酵液的培养方法。 优点： （1）可以除去快速利用碳源的阻遏效应，并维持适当的菌体浓度，使不至于加剧供氧的矛盾； （2）克服养分的不足，避免发酵过早结束； （3）缓解有害代谢产物的积累。