好氧发酵机制
第五章好氧发酵工艺及设备
第五章好氧发酵工艺及设备好氧发酵是指在氧气存在的条件下进行的发酵过程。
与厌氧发酵不同，好氧发酵需要提供足够的氧气供微生物进行呼吸代谢，产生能量来完成发酵过程。
好氧发酵工艺及设备在食品、饮料、药品、化工等行业有着广泛的应用。
好氧发酵工艺主要包括以下几个方面：1.培养基的选择：好氧发酵过程中，培养基的选择十分重要，需要提供适宜的营养物质供微生物生长和产生目标产物。
常见的培养基组分包括碳源、氮源、矿质盐等。
不同的微生物对培养基的要求有所不同，因此需要根据具体情况进行调整。
2.发酵条件的调控：好氧发酵过程中，温度、pH值、氧气浓度等因素对微生物的生长和产物合成有着重要影响。
合理调控这些条件可以提高产物的产量和质量。
例如，在一些发酵中，会通过控制培养温度来控制产物的结晶度和结晶形态。
3.发酵设备的选择：好氧发酵设备的选择也很重要。
常见的好氧发酵设备包括发酵罐、搅拌器、曝气设备等。
发酵罐通常根据发酵体积的大小有不同的规格，搅拌器可以实现培养基和微生物的均匀混合，曝气设备可以提供足够的氧气供微生物呼吸代谢。
4.发酵过程的监控：好氧发酵过程中，需要对发酵过程进行实时监控和控制。
常见的监测参数包括发酵液的pH值、溶氧量、温度等。
通过监测这些参数，可以及时调整发酵条件，保证发酵过程的稳定性和产物的质量。
好氧发酵工艺及设备在食品、饮料、药品、化工等行业有着广泛的应用。
在食品行业，好氧发酵被应用于面包、乳制品等的生产中，提高了产品的质量和口感。
在药品和化工领域，好氧发酵广泛用于抗生素、维生素等的生产，为制药和化工企业提供了重要的原料。
总之，好氧发酵工艺及设备在各个领域都有着广泛的应用和发展前景。
随着科技的进步，好氧发酵将会越来越被重视，并在更多领域中发挥重要作用。
第五章好氧发酵机制
柠檬酸发酵中黑曲霉对Mn2+极端敏感。黑曲 霉在缺锰的条件下发酵 ，细胞有生理和代谢的变 化。 Mn2+的效应可以认为是NH4+水平升高而减弱 了柠檬酸对EMP途径关键酶（PFK）的抑制。
第二个调节的酶是丙酮酸激酶（PK）
PK 被NH4+ 、K+激活
磷酸烯醇丙酮酸－－－－丙酮酸＋ATP
二氧化碳的固定反应 参与二氧化碳固定反应的酶：
C6H12O6 +2H2O 2CO2+8H++8e 净反应 C6H12O6 2CH3COOH+2CO2+8H++8e CH3COOH+ 2H2O 3CH3COOH
反应在厌氧条件下进行的，由己糖或戊糖生成醋酸的理 论产率都是100％。 热醋酸梭菌为产芽孢菌，Ｇ＋，周生鞭毛，耐高温，最 适生长温度55～60°C，转化率高，严格厌氧，还可以利用 戊糖。但这种方法发酵时需中和剂，因此只适合于醋酸盐。
E1 E2 E1
CH3CHO
E2
CH3COOH
乙醇脱氢酶 或乙醇氧化酶，它依赖于NAD。 乙醛脱氢酶 ，需要NADP作辅酶。
醋杆菌为G-，好氧菌， 1mol乙醇转化为1mol醋酸，理论转化率是130％。
2 热醋酸梭菌生产醋酸
热醋酸梭菌在发酵糖类时，由糖到醋酸一步完成，还可 以将CO2还原为醋酸。 CO2是通过甲酰四氢叶酸（THF）和类 咕啉蛋白形成醋酸的。但该菌没有氢化酶活性，不能利用氢 气。
第六章 好氧发酵产物积累机制
好氧性发酵(aerobic fermentation)：在发酵 过程中需要不断地通入一定量的无菌空气，如利用 黑曲霉进行柠檬酸的发酵、利用棒状杆菌进行谷氨 酸的发酵、利用黄单孢菌进黄原胶－多糖的发酵等 等． 糖的分解代谢包括糖酵解（糖的共同分解途径） 和三羧酸环（糖的最后氧化途径）。
污泥处理技术三：好氧发酵
污泥处理技术三：好氧发酵1原理与作⽤好氧发酵通常是指⾼温好氧发酵，是通过好氧微⽣物的⽣物代谢作⽤，使污泥中有机物转化成稳定的腐殖质的过程。
代谢过程中产⽣热量，可使堆料层温度升⾼⾄55℃以上，可有效杀灭病原菌、寄⽣⾍卵和杂草种籽，并使⽔分蒸发，实现污泥稳定化、⽆害化、减量化。
2应⽤原则污泥好氧发酵处理⼯艺既可作为⼟地利⽤的前处理⼿段，⼜可作为降低污泥含⽔率，提⾼污泥热值的预处理⼿段。
污泥好氧发酵⼚的选址应符合当地城镇建设总体规划和环境保护规划的规定；与周边⼈群聚居区的卫⽣防护距离应符合环评要求。
污泥好氧发酵⼯艺使⽤的填充料可因地制宜，利⽤当地的废料（如秸杆、⽊屑、锯末、枯枝等）或发酵后的熟料，达到综合利⽤和处理的⽬的。
3好氧发酵⼯艺与设备3.1⼀般⼯艺流程好氧发酵⼯艺过程主要由预处理、进料、⼀次发酵、⼆次发酵、发酵产物加⼯及存贮等⼯序组成，如图4-4所⽰。
污泥发酵反应系统是整个⼯艺的核⼼。
图4-4污泥好氧发酵⼯艺流程3.2好氧发酵的⼯艺类型发酵反应系统是污泥好氧发酵⼯艺的核⼼。
⼯艺流程选择时，可根据⼯艺类型、物料运⾏⽅式、供氧⽅式的适⽤条件，进⾏合理的选择使⽤，灵活搭配构成各种不同的⼯艺流程。
1）⼯艺类型⼯艺类型分⼀步发酵⼯艺和⼆步发酵⼯艺。
⼀步发酵优点是⼯艺设备及操作简单，省去部分进出料设备，动⼒消耗较少；缺点是发酵仓造价略⾼，⽔分散发、发酵均匀性稍差。
⼆步发酵⼯艺优点是⼀次发酵仓数少，⼆次发酵加强翻堆效应，使堆料发酵更加均匀，⽔分散发较好；缺点是额外增加出料和进料设备。
2）物料运⾏⽅式按物料在发酵过程中运⾏⽅式分为静态发酵，动态发酵，间歇动态发酵。
静态发酵设备简单、动⼒消耗省。
动态发酵物料不断翻滚，发酵均匀，⽔分蒸发好，但能耗较⼤。
间歇动态发酵较均匀，动⼒消耗介于静态发酵与动态发酵之间。
3）发酵堆体结构形式发酵堆体结构形式主要分为条垛式和发酵池式。
条垛式堆体⾼度⼀般1~2m，宽度⼀般3~5m。
浅析污泥好氧发酵工艺
发酵时间一般根据混合后污泥含水率不同，配料不同进而导致时长不同。一般一次发酵期为10～15d。二次发酵为保证反应充分，发酵完全，发酵期一般为15～20d。
参考文献：
[1]熊键.城市市政污泥处理工艺简析[J].环境与发展，2017，29（3）：75-76.
[2]夏青.城镇污水厂污泥处理技术标准化研究[J].中国标准化，2016（15）：214，216.
一、污泥好氧发酵的原理
污泥好氧发酵是一种无害化、减容化、稳定化的污泥综合处理技术，亦称好氧堆肥技术。在合适的水分，通气条件良好，氧气充足的条件下，利用好氧嗜热菌、嗜热菌的作用，使微生物繁殖并降解有机质，从而产生高温，杀死其中的病原菌及杂草种子，使有机物达到稳定化，形成一种类似腐殖质土壤的物质的过程。好氧微生物通过自身的生命活动，把一部分被吸收的有机物氧化成简单的无机物，同时释放出可供微生物生长活动所需的能量，而另一部分有机物则被合成新的细胞质，使微生物不断生长繁殖，产生出更多生物体。与污水处理中活性污泥法一样，污泥堆肥工艺中也需要依靠各类微生物的作用来实现污泥的腐熟，转化为腐殖质肥料。由于各污水处理厂进水水质有较大区别，污泥成分也不同，所以在进行污泥堆肥过程中应结合实际情况，投放微生物菌剂，改善通风条件和选择合适辅料。污泥好氧发酵的流程主要为进料、混料、一次发酵、二次发酵组成。
条垛式发酵是用人工或堆垛机将物料堆成长条形堆垛，高度一般1～2m，宽度一般3～5m。靠翻堆供氧，设备简单、操作方便、建设及运行费用低；但占地面积较大；由于供氧受到一定的限制，发酵时间较长，堆层表面温度较低，表层容易达不到无害化要求的温度，卫生条件较差。仅适用于用地限制小、环境要求较低的地区。
通气静态槽式发酵是反应器为仓槽式，采用强制鼓风供氧。发酵仓为长槽形，堆高一般2～3m。其特征是：设施价格便宜，制作简单，堆料在发酵槽中，卫生条件好，无害化程度高，二次污染易控制，但占地面积稍大。
好氧发酵工艺及设备
0.25 ÷ 0.052 = 4.8 (s) 培养液中的溶解氧最多可用4.8秒，因此必须连续通气。
2. 亨利定律(Henry's law)
• 在等温等压下，某种气体在溶液中的溶解
度与液面上该气体的平衡压力成正比。这
包括氧分子自液体主流通过液膜、菌丝丛、细胞膜及细 胞内的扩散。
氧分子在一系列的扩散中，各步均有一推动力（氧的分 压或浓度差）来克服各自的阻力。
------ 单位时间内单位体积培养液中微生物摄取
氧的量。记作 rO2 (mmol/L·h)
(耗氧速率)
rO2因微生物种类、代谢途径、菌体浓度、温 度、培养液成分及浓度的不同而异。
rO2值的范围一般在 25～100 mmol/L·h
比耗氧速率-----相对于单位质量的干菌体在单位时间内 所消耗的氧量。也称呼吸强度(respiratory intensity)；用 QO2表示 (mmol O2 /g ·h)
（二）微生物的耗氧------
供氧与微生物呼吸及代谢产物的关系
• 氧是细胞的组成成分和各种产物的构成 元素，又是生物能量代谢的必需元素。 氧是好气性微生物氧化代谢的电子最终 受体，同时通过氧化磷酸化反应生成生 物体生命活动过程中所需要的能量。
如果细胞的代谢产物就是细胞、CO2和水时， Meteles根据细胞的主要元素组成，提出了预测 发酵过程中微生物需要氧数量的计算公式：
吸强度不再随溶解氧浓度的增加而变化，此时的溶氧浓度 称为呼吸临界氧浓度。
临界氧浓度与培养液的理化性质，发酵罐的结构有关。
QO2
在好氧微生物反应中，一
般取CL >CCr ，以保证反应 的正常进行。
第五章好氧发酵工艺及设备
第五章好氧发酵工艺及设备1.好氧发酵概述好氧发酵是一种在氧气存在下进行的生物发酵过程，通过微生物的代谢活动，将有机物转化为能量、碳 dioxide、水和其他代谢产物。
好氧发酵广泛应用于食品、制药、环境保护等领域。
2.好氧发酵工艺好氧发酵工艺包括废水处理、微生物培养和食品生产等。
废水处理中，好氧发酵可将有机物转化为无害物质，如二氧化碳和水。
微生物培养中，好氧发酵可用于大规模生产细胞、酶和其他生物产品。
食品生产中，好氧发酵可用于制作面包、酸奶和酒精等。
3.好氧发酵设备好氧发酵设备包括反应器、氧气供应系统和控制系统等。
反应器是好氧发酵的核心设备，通常采用搅拌式反应器、固定床反应器或滤床反应器。
氧气供应系统用于提供反应过程中所需的氧气，通常采用天然气或空气。
控制系统用于监测和调节反应温度、氧气浓度、pH值等参数。
4.好氧发酵工艺优化为了提高好氧发酵的产率和质量，需要进行工艺优化。
工艺优化包括基质优化、发酵条件优化和微生物优化。
基质优化是指选择合适的发酵基质，如葡萄糖、乳糖和淀粉等。
发酵条件优化是指调节反应温度、pH值和氧气浓度等参数，以提高产率和质量。
微生物优化是指选择适合的微生物菌种，并进行突变体选育和基因工程改造等手段，以改善发酵性能。
5.好氧发酵应用案例好氧发酵在食品行业中有广泛应用。
例如，制作面包时使用的酵母发酵属于好氧发酵过程。
酵母通过代谢葡萄糖生成二氧化碳和酒精，使面团发酵膨胀。
另外，酸奶的制作也采用好氧发酵工艺。
乳酸菌通过代谢乳糖生成乳酸，增加酸奶的口感和保质期。
总结：好氧发酵是一种在氧气存在下进行的生物发酵过程，广泛应用于废水处理、微生物培养和食品生产等领域。
好氧发酵设备包括反应器、氧气供应系统和控制系统等。
为了提高发酵的产率和质量，需要进行工艺优化，包括基质优化、发酵条件优化和微生物优化。
好氧发酵在食品行业中应用广泛，如面包和酸奶的制作等。
好氧发酵原理
好氧发酵原理
好氧发酵是一种利用氧气进行的生物发酵过程。
在这个过程中，微生物利用氧气来代谢有机物质，产生能量和二氧化碳。
这种发酵过程广泛应用于食品、饮料、制药和化工等领域。
好氧发酵的原理是微生物利用氧气进行代谢，将有机物质转化为能量和二氧化碳。
这个过程需要一定的温度、pH值和氧气浓度等条件。
微生物在这个过程中会产生一些代谢产物，如酸、酒精、乳酸和醋酸等。
好氧发酵的过程可以分为三个阶段：生长期、发酵期和稳定期。
在生长期，微生物需要适应环境，生长和繁殖。
在发酵期，微生物开始代谢有机物质，产生代谢产物。
在稳定期，代谢产物的产生逐渐减少，微生物进入休眠状态。
好氧发酵的应用非常广泛。
在食品和饮料行业中，好氧发酵被用于制作酸奶、啤酒、葡萄酒和面包等。
在制药和化工行业中，好氧发酵被用于生产抗生素、酶和有机酸等。
此外，好氧发酵还被用于环境保护和能源生产等领域。
好氧发酵的优点是产生的代谢产物纯度高，生产效率高，操作简单。
但是，好氧发酵也存在一些缺点，如需要较高的氧气浓度和能量消耗较大等。
好氧发酵是一种重要的生物发酵过程，广泛应用于各个领域。
了解好氧发酵的原理和应用，有助于我们更好地利用这种生物发酵技术，促进经济和社会的发展。
好氧发酵工艺及设备
好氧发酵工艺及设备好氧发酵是一种利用微生物在含氧的环境中进行代谢过程的发酵工艺。
在好氧发酵过程中，微生物通过氧气进行氧化代谢，产生能量和不同的代谢产物。
这种发酵工艺广泛应用于食品、酿酒、酶制剂等领域。
好氧发酵工艺是由一系列步骤组成的。
首先，选择适当的菌株，不同的菌株有不同的发酵能力和产物产生能力。
然后，通过提供适当的培养基来培养菌株。
培养基中必须提供合适的营养物质，如碳源、氮源、微量元素等，以满足菌株的生长和代谢需求。
在培养过程中，保持合适的温度、pH值和适当的搅拌是非常重要的，这有助于提高菌株的生长速度和代谢活性。
最后，通过收获和后处理来获取发酵产物。
在好氧发酵工艺中，设备的选择和设计非常重要。
常见的设备包括发酵罐、搅拌器、氧气供应装置、温度控制装置、pH调节装置和收获装置等。
发酵罐是好氧发酵最基本的设备之一、它用于提供适当的发酵环境，包括温度、氧气供应和混合等。
发酵罐的材质通常是不锈钢，这样可以防止反应物质与罐体之间的相互作用。
搅拌器是用于混合和搅拌发酵物料的设备。
它有助于保持发酵物料的均匀分布，提供充足的氧气供应和将热量均匀分散。
氧气供应装置是好氧发酵过程中必不可少的设备。
它用于向发酵罐中供应适量的氧气，以满足微生物的代谢需求。
温度控制装置用于控制发酵罐中的温度。
不同的菌株在不同的温度下有不同的最适生长温度，因此保持适当的温度对于发酵过程的成功非常重要。
pH调节装置用于调节发酵罐中的pH值。
不同的微生物对于酸碱度有不同的要求，所以保持适当的pH值是调节发酵过程的一个重要因素。
收获装置用于收集好氧发酵产生的产物。
这包括分离和纯化产物的步骤，确保产物的品质和纯度。
总之，好氧发酵工艺及其设备在食品、酿酒、酶制剂等领域具有广泛的应用。
通过选择适当的菌株和培养条件，并合理设计和选择设备，可以实现高效、稳定和可控的发酵过程，产生高质量的发酵产物。
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