发酵工艺学
《发酵工艺学》复习大纲
《发酵工艺学》复习大纲一、基本要求：《发酵工艺学》是发酵工程专业的一门主干课程，是支撑现代食品工业的重要技术，同时也是生物技术产业化的重要手段。
这门课程的考试，主要测试考生对本课程的基础理论、基本知识、及实际操作技能掌握的程度，以及运用所学理论解决问题的能力，为考生在工作岗位上发挥自己的能力或继续从事相关研究工作奠定基础。
二、主要内容第一章绪论发酵工业的历史；微生物发酵的特点及研究对象；发酵工艺学的发展趋势。
第二章微生物代谢调控理论及其在微生物发酵中的应用初级代谢和次级代谢；代谢调节有关的酶；反馈调节；代谢调节控制的应用。
第三章发酵工艺学基础及主要设备一、微生物发酵的工艺过程：菌种活化与扩大培养；发酵原料前处理及培养基制备；发酵；产物分离、提取与后加工二、微生物发酵的动力学：分批发酵三、发酵工艺控制：温度对发酵的影响及其控制；溶解氧浓度对发酵的影响及其监控；pH值对发酵过程的影响及其控制；二氧化碳和呼吸熵；基质浓度对发酵的影响及补料控制；泡沫控制；发酵终点判断。
四、发酵的主要设备：原料处理设备；固体发酵设备；机械搅拌通风发酵罐（生物反应器）；空气净化系统；培养基灭菌系统；产物分离与提取设备。
第四章酒精发酵与酿酒一、酒精发酵：酒精发酵原料；与酒精发酵有关的微生物；酒精发酵生化机制；酒精发酵工艺；酒精蒸馏与精制。
二、啤酒酿造：啤酒种类与质量标准；啤酒酿造原料；麦芽制造；麦芽汁制备；啤酒发酵；过滤与灌装。
第五章氨基酸发酵谷氨酸生产：谷氨酸生产原料及其处理；谷氨酸产生菌；谷氨酸合成途径；谷氨酸发酵工艺；谷氨酸提取。
第六章有机酸发酵一、乳酸发酵：乳酸发酵类型及其微生物；乳酸制造；发酵乳制品；其它乳酸发酵食品。
二、醋酸发酵：醋酸发酵原料；醋酸发酵有关的微生物；醋酸发酵生化机制。
第七章酶制剂生产酶制剂的工业化生产：工业化酶制剂生产的优点；酶制剂生产的基本工艺流程；淀粉酶生产；酶应用新技术。
第八章发酵豆制品酱类与酱油酿造原料；制酱与酱油酿造的微生物；制酱与酱酒酿造的生物化学。
发酵工艺学
1、发酵:广义:通过微生物的培养使某种特定代谢产物或菌体本身大量积累的过程。
狭义:厌氧微生物或兼性厌氧微生物在无氧条件下进行能量代谢并获得能量的一种方式。
2、发酵工业：（巴斯德）经纯种培养和提炼精制获得的成分单纯、无风味要求的产品的生产过程叫发酵工业。
3、酿造(b r e w i n g)：我国人们对对一些特定产品发酵生产的特殊称法，是未知的混合微生物区系参与的一种自然发酵。
4、酿造工业：经自然培养、不需提炼精制、产品由复杂成分构成并对风味有特殊要求的食品或调味品的生产过程。
5、1665年罗伯特·虎克（Robert Hooke ）1676年列文虎克（Leewenhoch）1856-1857年巴斯德(Pasteur)1870年巴斯德(Pasteur)1880年科赫（Robert Koch）1897年，Buchner（布赫纳）1928年，Fleming(弗莱明)1940年，Florery(弗洛里) and Chain (钱恩 )1945年，抗生素工业1665年，英国科学家罗伯特·虎克用他的显微镜观察到的软木片的细胞结构●列文虎克（Leewenhoch,1632-1723）荷兰业余科学家，1676年，用自磨镜片创造了一架能放大 266倍的原始显微镜一生制作了419台显微镜；巴斯德的功绩 (1.) 彻底否定了自然发生说（2）证实发酵由微生物引起（3）免疫学—预防接种（4）发明巴氏消毒法巴斯德的曲颈瓶实验结论1.发酵是由微生物进行的一种化学变化，不同类型的发酵是由形态可以区别的各种特殊的微生物所引起1870年，Pasteur发现了微生物之间有相互抑制的作用。
即拮抗作用。
2.其间1804年，法国厨师阿卑特（Appert）发明了瓶装罐头）科赫的功绩发明培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立证实炭疽病因—炭疽杆菌发现结核病原菌—结核杆菌科赫法则结论1880年，发现可以通过稀释把多种微生物分离开来，建立了单种微生物的分离和纯培养技术。
发酵工艺学
《发酵工艺学》复习题1、发酵：工业上，人们运用微生物生长和代谢性能，在有氧或无氧条件下，生产人类所需产品的过程，统称为发酵。
2、发酵工程：运用微生物生长及物质代谢规律，大量生产人们所需产品的理论及工程技术体系。
3、发酵工艺学：也称为发酵工程学，为研究和运用微生物生长及物质代谢规律，探讨提高发酵生产效率、提高产品性能及质量的工艺流程、技术条件控制等发酵各环节的理论及技术体系。
4、前体：是指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大提高的化合物。
5、促进剂：是指那些既非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。
6、克制剂：在发酵过程中，克制某些代谢途径，刺激相应其他代谢途径更加活跃以改变，从而获得更多产品的添加剂。
7、发酵生长因子：从广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量的有机物质，如氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等均称生长因子。
8、实罐灭菌：实罐灭菌（即分批灭菌）将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，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期间，在冷却到接种温度，这一工艺过程称为实罐灭菌，也叫间歇灭菌。
9、连消：连消也叫连续灭菌，就是将将配制好的并经预热（60～75℃）的培养基用泵连续输入由直接蒸汽加热的加热塔，使其在短时间内达成灭菌温度（126～132℃），然后进入维持罐（或维持管），使在灭菌温度下维持5～7分钟后再进入冷却管，使其冷却至接种温度并直接进入已事先灭菌（空罐灭菌）的发酵罐内的培养基灭菌方法。
其过程均涉及加热、维持和冷却等灭菌操作过程。
10、对数残留定律：在高温灭菌时，菌的死亡速率与任一瞬间残留的活菌数N 成正比。
11、生理性酸性物质：经微生物代谢等作用后能形成酸性物质使培养基pH值下降的营养物质。
12、生理性碱性物质：经菌体代谢后产生碱性物质使培养基pH值上升的营养物质。
有机酸发酵工艺学
有机酸发酵工艺学有机酸发酵工艺学是研究有机酸生产过程中的发酵工艺及其相关技术的学科。
本文旨在探讨有机酸发酵工艺学的基本原理、应用领域以及未来发展方向。
一、有机酸发酵工艺学的基本原理有机酸发酵工艺学是以微生物发酵为基础，通过控制发酵条件和优化发酵过程来生产有机酸的一门学科。
有机酸是一类重要的化学品，广泛应用于食品、医药、农业等领域。
有机酸的生产过程中，微生物起着至关重要的作用，通过利用微生物对底物的代谢，将底物转化为目标有机酸。
有机酸发酵工艺学在食品工业、制药工业、农业等领域有着广泛的应用。
在食品工业中，有机酸可用作食品的防腐剂、酸味剂等；在制药工业中，有机酸可用作药物的原料或中间体；在农业领域，有机酸可用于土壤改良、养分释放等。
三、有机酸发酵工艺学的发展方向随着生物技术的不断发展，有机酸发酵工艺学也在不断进步。
未来的发展方向主要包括以下几个方面：1. 提高产酸菌株的筛选和改造技术：通过对产酸菌株的筛选和改造，提高其产酸能力和抗逆性，从而提高有机酸的产量和质量。
2. 优化发酵条件：通过调控发酵条件，包括温度、pH值、底物浓度等，以提高发酵效率和产酸速率。
3. 开发新的底物资源：利用农业废弃物、工业副产物等作为底物资源，降低有机酸生产成本，减少环境污染。
4. 发展联合发酵技术：通过不同菌株的联合发酵，提高有机酸的产量和种类，实现多种有机酸的同时生产。
5. 提高发酵过程的自动化和智能化程度：利用自动化和智能化技术，实现发酵过程的实时监测和控制，提高生产效率和品质稳定性。
四、结语有机酸发酵工艺学是一门重要的学科，对于有机酸的生产和应用具有重要意义。
通过不断研究和创新，可以提高有机酸的产量和质量，满足不同领域的需求。
希望本文能够为读者对有机酸发酵工艺学的了解提供一些帮助。
发酵工艺学
发酵工艺学
1 发酵工艺
发酵工艺是生物酶催化分解促进有机物质代谢转化，进而获得生
物产物的过程，它作为生物化工的一种重要的科学技术，能够深入研
究和利用有机物的获取、开发新技术新产品。
发酵技术应用于食品、
医药和农业等多个行业，是一种快速且有效的工艺方法。
2 发酵工艺的历史沿革
早在两千多年前，发酵工艺已经被开发了出来，例如中国发明发
酵制酒，发酵工艺在民间就普及了出来，发酵工艺就是以微生物或酶
为工具，将有机物质经分解反应后获得新的有机物质；而在现代，发
酵工艺的发展也是越来越快，已得到了广泛的应用。
3 发酵工艺的重要性
发酵工艺在各个行业中的应用不一而足，如在食品行业，发酵工
艺可以获得糖，酒精和酱料等；在医药行业，可以获得药物，如抗生素、抗菌药；在农业行业，可以获得肥料和植物保护液；在行业等中，可以获得生物酶和酸性抗性等等，可以看出发酵工艺的重要性。
4 发酵工艺学
发酵工艺学是研究发酵技术的科学，其研究的内容包括发酵生物
的研究、发酵技术的基本原理、发酵过程及其实验技术、发酵设备的
设计制造和实际操作等。
发酵的原理和发酵工艺的制备技术是发酵工
艺学的核心，它关注的是发酵培养液的物理化学性质，发酵循环条件的优化等。
从上面可以看出，发酵工艺和发酵工艺学把食品、医药、农业等多个行业联系到了一起，使得发酵技术成为了社会更大发展的重要保障，而发酵工艺学也变得日益重要。
发酵工艺学ppt课件
● 起免疫抑制作用的抗生素：环孢菌素A等
(2)、氨基酸 (3)、维生素：VB2、VB12、VC、VA的前体 (4)、甾体激素：可的松、泼尼松、肤轻松、确氨舒松等
(5)、生物制品：各种疫苗、类毒素等 (6)、治疗用酶：蛋白酶、核酸酶、尿激酶、SOD等 (7)、酶抑制剂：
(8)、其他：核酸类药物如：肌苷、辅酶A、AMP、ATP、FAD
2、纯培养技术的建立---第一个转折期 奠基人：安东尼.列文虎克、巴斯德、柯赫等
本时期产品：酵母、酒精、丙酮、有机酸、酶制剂等，主要 为厌氧发酵和表面术的建立---第二个转折期 1928年英国细菌学家弗莱明发现点青霉可产抑制葡萄球菌 的青霉素。1945年大规模生产，采用深层培养技术。 链霉 素、氯霉素、金霉素、土霉素、四环素等出现其他发酵产品 也相继出现 本时期产品：抗生素类、氨基酸类、酶制剂类
用于选择性分离放线菌的几种培养基 培养基 含胶态几丁质、矿物盐 基质减半的营养琼脂培养基 葡萄糖、天冬酰胺、 占优势的菌株 链霉菌属、微单孢菌属 嗜热放线菌 马杜拉放线菌、小双孢菌 含
2、分离不同产物的微生物采用不同的培养基 分离各种酶类、分离固氮菌 3、恒化式富集培养技术
三、菌种的分离 (一)、选择性压力分离法 选择性压力分离法：利用不同微生物生长繁殖对环境及营养 的要求不同，如：温度、pH、渗透压、氧气、碳源、氮源及 其他特殊条件，使其利于某类或某种微生物的生长而不利于 其他种类微生物的生存，以使目的菌占优势而得以分离出来 的方法。 1、分离不同微生物采用不同的培养基或培养条件
1960~1970
1970~1980 1980~
4、人工诱变育种、基因工程菌---第三个转折期
● 核苷酸、有机酸及部分抗生素用诱变育种的方法使产量大幅度
发酵工艺学名词解释
名词解释：1.发酵：通过微生物的生长和代谢活动，产生和积累人们所需代谢产物的一切微生物培养过程。
2.发酵工艺：指工业生产上通过“工业发酵”来加工或制作产品，其对应的加工或制作工艺。
3.前体：在微生物代谢产物的生物合成过程中，有些化合物能直接被微生物利用构成产物分子结构的一部分，而化合物本身的结构没有大的变化，这些物质称为前体。
4.热阻：指微生物在某一特定条件下的致死时间。
5.对数残留定律：指在一定温度下，微生物受热后，活菌数不断减少，其减少速度随残留活菌数的减少而降低，且在任何瞬间，菌的死亡速率与残存的活菌数成正比。
6.实消：将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所有设备一起进行加热灭菌的操作过程称为实罐灭菌。
7.连消：培养基在发酵罐外经过一套灭菌设备连续加热灭菌，冷却后送入已灭菌的发酵罐内，这种工艺过程称为连消灭菌。
8.空消：无论是种子罐、发酵罐还是液氨罐、消泡罐，当培养基尚未进罐前对罐进行预先灭菌，为空罐灭菌。
9.液化：用ɑ-淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖。
10.糖化：用糖化酶将糊精和低聚糖转化葡萄糖。
11.种子制备：将固体培养基上培养出的孢子或菌体转入到液体培养基中培养，使其繁殖成大量菌丝或菌体的过程。
12.菌种保藏：根据菌种的生理、生化特性，人工创造条件使菌体的代谢活动处于休眠状态。
13.呼吸临界氧浓度：在溶解浓度低时，呼吸强度随溶氧浓度的增加而增加，当溶氧浓度达到某一值后，呼吸强度不再随溶解氧浓度的增加而变化，把此时的溶解氧浓度称为呼吸临界氧浓度。
14.溶解氧饱和度：在一定温度和压力下，空气中的氧在水中的溶解度。
15.氧传递系数：比表面积与以浓度差为推动力的氧传质系数的乘积。
16.分批发酵：指一次性投入料液，发酵过程中不补料，一直到放罐。
17.补料分批发酵：指在发酵过程中一次或多次补入含有一种或多种营养成分的新鲜料液，以达到延长发酵周期，提高产量的目的。
18.连续发酵：指在特定的发酵设备中进行的，一边连续不断地输入新鲜无菌料液，同时一边连续不断地放出发酵料液。
发酵工艺学
• 2.2纯培养技术的建立
• 1800－1840年间，由巴斯德（Pasteur）和 科赫（Koch）建立了微生物分离纯化和纯培 养技术，人类才开始了人为地控制微生物的 发酵进程，从而使发酵的生产技术得到巨大 的改良，提高了产品的稳定性。由于采用纯 种培养于无菌操作技术，包括灭菌和使用密 闭式发酵罐，使发酵过程避免了杂菌污染， 使生产规模扩大了，使产品质量提高，从而 建立了真正的发酵工业并逐渐成为化学工业 的一部分。纯培养技术的建立是发酵技术发 展的第一个转折时期。
• 2.8与基因操作技术相结合的现代发酵工程技术阶段
3.发酵工业的特点和范围
• 3.1 发酵工业的特点 • （1）原料广
• （2） 微生物主体
• （3） 反应条件温和，易控制 • （4）产物单一，纯度高
• （5）产物无毒无害
• （6）投资少，效益好
• 3.2 发酵工业的范围 • （1） 以微生物菌体细胞为产品的发酵工业
•
• （2） 以微生物酶为产品的发酵工业
• （3）以微生物代谢产物为产品的发酵工业
• （4）生物转化或修饰化合物的发酵工业 • （5）微生物废水处理和其他
• 概括起来，微生物工业所涉及 的范围大致可分为14类： • 酿酒工业、食品工业、有机溶 剂、抗生素、有机酸、酶制剂、 氨基酸、核苷酸、维生素、生 理活性物质、微生物菌体蛋白、 环境、生物能、生物冶金
• 在医药工业方面： • 发酵工程在医药工业上的应用，成效十分显著，发酵工程 能生产人们所需的常用药品和基因药品。如抗生素、胰岛 素、干扰素、生长激素、疫苗等多种医疗保健药物。其中， 抗生素是人们使用最多的药物，也是制药工业利润最高的 产品。 2009年，我国抗生素产值超过4000亿元。目前， 常用的抗生素已达一百多种，如青霉素类、头孢菌素类、 红霉素类和四环素类。
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三、发酵的类型
1，按发酵原料来区分
•糖类物质发酵 •石油发酵 •废水发酵
2，按发酵形式来区分
•固态发酵 •深层液体发酵
3，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
4，按发酵工艺流程区分
•分批发酵 •连续发酵 •流加发酵（半连续发酵，补料分
成的，反应的专一性强，因而可以得到较为 单一的代谢产物。 5.对杂菌污染的防治至关重要。
6.能够专一性地和高度选择性地对某些较为复 杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化 学转化反应，产生较复杂的高分子化合物。
7.通过变异和菌种筛选，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。
3，广义 “发酵”的定义（从产物的 角度）
工业微生物学 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，如酒精、丙酮、丁 醇、乳酸等;
通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、 氨基酸、酶制剂等的生产。 产品即有细胞代谢产物，也包括菌体细 胞、酶等。
4，发酵工程（Fermentation Engineering）
8.工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快， 并可以取得显著的经济效益。
传统发酵工业：酿造及食品 现代发酵工业：基因工
业、抗生素、氨基酸、核苷 程药物、细胞工程药物、
酸、有机酸、饲料添加剂、 微生态制剂、生物农药、生
疫苗；替代石油工业的
物肥料等
大宗量的生物基化学品等。
传统大型发酵工 业的中央控制
10.生理活性物质发酵工业(激素、赤霉素 等)
11.微生物菌体蛋白发酵工业(酵母、单细 胞蛋白等)
12.微生物环境净化工业(利用微生物处理 废水、污水等)
13.生物能工业(沼气、纤维素等天然原料 发酵生产酒精、乙烯等，能源物质)
14.微生物冶金工业(利用微生物探矿、冶 金、石油脱硫等)
第二节 发酵产品 的类型
概述 发酵产品的类型 发酵工程的地位 发酵工业的发展史
第一节 概述
一、基本概念
1.发酵一词的来源 “发酵”（Fermentation）一词是拉丁
语“沸腾”（fervere）的派生词，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。
应用微生物学等相关的自然科学 以及工程学原理，利用微生物等生物 细胞进行酶促转化，将原料转化成产 品或提供社会性服务的一门科学。
二、发酵工程的特点
与其他化学工业的最大区别：
1.生物体内进行 2.在常温常压下进行，反应安全，要求条件也
比较简单。 3.所用的原料简单粗放。 4.发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完
（学位课程）
课程的地位、内容和要求
发酵工艺是生物技术专业的学位课，共60学时。
该课程突出有关发酵过程的化学、生物化学和 微生物学的原理，全面系统的阐述从发酵原辅 料处理、培养基和无菌空气的制备，到工业微 生物菌种的扩大培养、各种发酵操作方式的工 艺规律；下游工程的分离方法等发酵工程基本 内容，发酵工业的主要设备的操作原理、性能 及构造和设计方法。
柠檬酸 丙酮、丁醇 氨基酸 核苷酸 多糖 维生素
用
途
含酒精饮料中的活性成分 与石油混合后，可作为汽车燃料
三、微生物代谢产物
1）代谢产物的类别
初级代谢产物：氨基酸、核苷酸、蛋白 质、核酸、脂类和碳水化合物等。
次级代谢产物：有些微生物的稳定期培 养物中所含有的化合物，并不在营养期 时出现，而且未见到对细胞代谢功能有 明显的影响。例如，抗生素。
2）初级代谢产物及其在工业上的用途举例
初级代谢产物 乙醇
一、菌体
工业生产的微生物体，可分为二种： 1，供制备面包用的酵母； 2，作为人类或动物的食物的微生物细
胞（单细胞蛋白质）。
二、微生物的酶
工业上，曾由植物、动物和微生物生 产酶。
微生物的酶可以用发酵技术大量生 产，是其最大的优点。
与植物或动物相比，改进微生物的 生产能力更方便。如在培养基中加入诱 导物和采用菌株的诱变和筛选技术，以 消除反馈阻遏作用。
批发酵）
5，按发酵过程中对氧的不同需求 来分
•厌氧发酵 •通风发酵
四、发酵过程的组成部分
1.发酵过程示意图
2.发酵过程的组成
① 繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份确定； ② 培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌； ③ 培养出有活性、适量的纯种，接种入生产容
器中； ④ 微生物在最适合于产物生长的条件下，在发
等) 3.有机溶剂发酵工业(酒精、丙酮、丁醇等) 4.抗生素发酵工业(青霉素、链霉素、土霉素等) 5.有机酸发酵工业(柠檬酸、葡萄糖酸等) 6.酶制剂发酵工业(淀粉酶、蛋白酶等) 7.氨基酸发酵工业(谷氨酸，赖氨酸等) 8.核苷酸类物质发酵工业(肌苷酸、肌苷等)
9. 维生素发酵工业(维生素C、维生素B等)
酵罐中生长； ⑤ 产物提取和精制； ⑥ 过程中排出的废弃物的处理。
五、发酵生产的条件
1. 某种适宜的微生物 2. 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pH等） 3. 进行微生物发酵的设备 4. 提取菌体或代谢产物，精制成产品的方
法和设备
六、发酵工业范围
1. 酿酒工业(啤酒、葡萄酒、白酒等) 2.食品工业(酱、酱油、醋、腐乳、面包、酸乳
简要介绍一些非常规发酵过程，如固态发酵、 基因工程菌发酵和动植物细胞培养等。同时还 涉及发酵经济学的一些基本原理。
Hale Waihona Puke 考核方式期中：50% 闭卷考试35% 平时15%
作业、提问、纪律 不准迟到，迟到三次不准参加考试； 有事请假交假条。
期末考试：50%
第一章 绪 论
主要讲述内容
第一节 第二节 第三节 第四节
2，狭义 “发酵”的定义(从能量的角度)
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
发酵是指有机化合物进行无氧代谢释放能 量 的过程或者更严格地说，发酵是以有机
化
物作为电子受体的氧化还原产能反应。
学
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