发酵工程讲义单元操作
第1章 发酵工程(考点串讲课件)高二生物单元复习(人教版2019选择性必修3)
发酵温度为18-30 ,酿酒酵母最适生长温度约为28
最适生长温度为30-35℃
重点难点
制作流程
清洗、消毒装置
清洗原材料
榨汁、装瓶
酒精发酵
果酒
果醋发酵
果醋
将发酵瓶、榨汁机等器具用洗洁精洗干净，并用体积分数为70%的酒精消毒，晾干备用
取新鲜葡萄，用清水冲洗1-2次，再去除枝梗和腐烂的籽粒，沥干
榨汁，将葡萄汁装入发酵瓶中，留约1/3的空间，盖好瓶盖
①将温度控制在18-30℃②每隔12h左右将瓶盖拧松一次，此后再拧紧瓶盖③发酵时间为10-12d④从发酵瓶口取样，随时对发酵情况进行检测
a.葡萄酒制作完成后，打开瓶盖，盖上一层纱布b.发酵温度为30-35℃c.发酵时间为7-8d
三、果酒和果醋的制作
（2）在灼烧接种环之后,要等其冷却再进行划线,以免温度过高杀死菌种
（3）除第一次划线外,每次划线都从上一次划线的末端开始,这样能使细菌的数目随着划线次数的增加而逐渐减少,最终能得到由单个细菌繁殖而来的菌落。最后一次划线不能和第一次划的线相接触
（4）划线时用力大小要适当,防止用力过大将培养基划破
1.平板冷凝后,要将平板倒置,原因是防止皿盖上的水珠落入培养基，造成污染；避免培养基水分过快挥发
知识梳理
一、发酵与传统发酵技术4.实例
知识梳理
项目
菌种
生物类群
代谢类型
菌种来源
腐乳制作
主要为毛霉
真核生物
异养需氧型
主要是空气中的毛霉孢子
泡菜制作
乳酸菌
原核生物
异养厌氧型
主要是附着在蔬菜
主要是附着在葡萄皮上的酵母菌
果醋制作
醋酸菌
原核生物
发酵工程实验讲义
发酵⼯程实验讲义发酵⼯程实验（适合发酵⼯程原理与技术）张建国⽤前沿发酵⼯程（Fermentation Engineering）属于⽣物技术的范畴，⽣物技术⼜称⽣物⼯艺学现代⽣物技术作为⼀门新兴的⾼科技术产业，它的⽣命⼒在于他对社会经济和发展的各个⽅⾯都带来了极⼤冲击和影响。
发酵⼯程是指在最适发酵条件下，发酵罐中⼤量培养细胞和⽣产代谢产物的技术。
发酵⼯程由于涉及到⽣物催化剂，因⽽与化学反应有关。
由于⽣物技术的最终⽬标是建⽴⼯业⽣产过程为社会服务，因⽽该⽣产过程可称为⽣物反应过程（亦称为⽣化反应过程）。
在发酵技术中⼀般包括微⽣物细胞或动植物细胞的悬浮培养，或利⽤固定化酶，固定化细胞所做的反应器加⼯底物（即有⽣化催化剂参加），以及培养加⼯后产物⼤规模的分离提取等⼯艺。
主要是在⽣物反应过程中提供各种所需的最适环境条件。
如酸碱度、湿度、底物浓度、通⽓量以及保证⽆菌状态等研究内容。
⽣物技术产品具有多样性，各个学校的教学资源和课时不同，所进⾏的实验种类不同。
本实验内容根据本校的具体条件进⾏安排。
安排的思路是以最简洁有效的⽅式针对发酵过程的重要要素进⾏实验，便于学⽣对教学内容有个较好的认识，理顺学习思路，为进⾏社会科学实践打下良好基础。
第⼀篇野⽣型菌株的筛选经典的发酵产物来⾃微⽣物，⼟壤是微⽣物的⼤本营。
⽣产菌株的选育源头都来⾃于⾃然界。
如何从⾃然界中筛选⽬的微⽣物，可以根据⽬的微⽣物和产物的特性作为筛选条件，进⾏筛选提⾼筛选效率，从⽽有效的解决菌株从⽆到有的问题。
实验⼀产淀粉酶菌株的筛选（4学时）⼀．实验⽬的筛选⼀株能够合成分解淀粉的微⽣物。
⼆．原理⾃然界微⽣物种类繁多，有些微⽣物能够以淀粉作为碳源进⾏⽣长繁殖是因为它们能够合成分泌淀粉酶，因此我们能够从⾃然界中定向分离出合成淀粉酶的微⽣物。
当能合成淀粉酶的微⽣物在固体培养基中⽣长时，会将淀粉酶分泌到菌体周围，将菌落周围的淀粉⽔解成为⼩分量的糊精、聚糖和单糖。
发酵工程专题知识讲座
式中dN/dL单位滤层所除去旳微粒数（个/cm）； L—滤床厚度（m）；K—过滤常数或除菌常数（m－1）。
20.2.1 对数穿透定理
将上式整顿并积分得：
或
第20章 空气除菌设备
在发酵产品旳生产中，好氧微生物旳培养占绝大多 数。一般以空气作为氧源，自然空气中具有灰尘颗粒、 水蒸气上附着有多种杂菌。空气旳除菌是好氧发酵成败 旳一种主要环节。
除菌旳措施诸多，如过滤除菌、热灭菌、化学灭菌 和辐射灭菌等。实上应用旳除菌措施往往是几种措施旳 结合。
过滤除菌是发酵工业中经济实用旳空气除菌措施， 此措施是采用定时灭菌旳介质来阻截空气中旳微生物， 以取得无菌空气。常用旳过滤介质有棉花、活性炭、玻 璃纤维、有机和无机烧结材料（烧结金属、烧结陶瓷、 烧结塑料）等。
1.压缩空气旳温升 空气旳压缩过程能够近似地看作绝热压缩过程，压
缩后旳空气温度与被压缩旳程度有关：
式中：T1，T2－压缩前、后空气旳热力学温度（K）； p1，p2—压缩前、后空气旳绝对压强（Pa）；k－绝热 指数，空气为1.4。
若压缩为多变过程，则可用多变指数m（对于空气可 取1.2～1.3)替代式(20-26）中旳绝热指数k。
在介质过滤中，这些带电荷旳微生物可被具有相反 电荷旳纤维介质所吸引，另外也可能是纤维介质被流动 旳带电荷旳粒子所感应，产生相反旳电荷而将粒子吸引。
其他辅助作用
20.1.3布朗扩散作用 直径不不小于1μm旳微粒在很慢旳气流中能产生一种
不规则旳直线运动，称之为布朗扩散。其效果往往使较 小旳微粒凝集为较大旳微粒，大大增长了微粒与纤维旳 接触滞留机会。随之或发生重力沉降或被介质所拦截。
食品发酵工程-7(发酵单元操作四)
空气分布装置
作用是吹入无菌空气, 并使空气均匀分布
空气由分布管喷出上升时, 被搅拌器打碎成小气泡,并 与培养液充分混合,增加 了气液传质效果.
夹套式换热装置
多用于容积较小的发酵 罐,种子罐 夹套的高度比静止液面 高度稍高即可,无须进行 冷却面积的设计. 优点 缺点
竖式蛇管换热装置
竖式的蛇管分组安装于发酵罐 内,容积5m3以上的发酵罐多用 这种换热装置 适用于冷却水温度较低 的地区,水的用量较少 气温高,冷却水温度较高, 则发酵降温困难.
竖式列管换热装置
以列管形式分组对称装于发酵罐内 优点:加工方便,适用于气温较高,水源充足的地区 缺点:传热系数较蛇管低,用水较大.
气升式发酵罐
机械搅拌发酵罐具有众多有点,但是 设备构造比较复杂 ,动能消耗较大. 采用气升式发酵罐可以克服上述的缺点.
气升式发酵罐的结构及原理
分为内循环和外循环两种 罐体 上升管 空气喷嘴
挡板
挡板的作用是改变液流的方向,由径向改为轴向 流,促使液体剧烈翻动,增加溶氧 通常挡板宽度取(0.1~0.2)D,装设6~4块即可满足 全挡板条件 竖立的列管,接管也可以起挡板作用.
消泡器
消泡器的作用是将泡沫打碎. 长度约为罐径的0.65倍 常见的形式 1. 锯齿式 2. 梳状式 3. 孔板式
性能指标
循环周期时间必须 符合菌种发酵的需要
选用适当直径的喷 嘴以增加溶氧系数.
自吸式发酵罐
不需要空气压缩机提供无 菌空气 高速旋转的转子产生的真 空或液体喷射吸气装置吸 入空气 用于醋酸及酵母单细胞蛋 白的生产 节能,节省空间,设备结 构简单
弗盖布氏发酵罐
动力小,节能 具有独特的搅拌 器和通气结构
填料函式轴封
发酵工程ppt课件
Use of Microorganisms • Positive（益处）
• Biomass • Production • Conversion • Negative（危害） • Pathogens
• Spoilage
具有细胞结
细菌、放线菌 支原
原核生物
体、衣原体、 立克
由原核细胞构成的） 次氏体、兰细菌
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
ppt课件.
科赫 (Koch7 )
科赫的主要贡献
Ø 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
Ø 创造了细菌染色方法。 Ø 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
bifidobacterium
ppt课件.
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Spirlla （螺 旋 菌）
There are few kinds in bacteria and always pathogeni
c bacteria ; (螺旋菌在细菌中种类较少，通常是病原菌)
vibrio弧菌
spirillum螺旋菌 spirochaeta螺旋菌
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。
ppt课件.
3
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过 程中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种 选育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
Ø 提出了为证明某种特定细菌 是某种特定疾病的病原菌的
发酵工程01第一章 发酵工程概论
19
3、工业上的发酵
• 泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程 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、酶等。
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• 提问：发酵工程的应用领域
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发酵工程应用范围
食品工 程 酶 工 业 氨基酸工业 有机酸工业 饲料工 业 新材料开发 生物化 工 环境保 护
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• 提问：什么是发酵
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微生物发酵技术
•
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。” • 巴斯德认为，酿酒是发酵，是微生物在起 作用；酒变质也是发酵，是另一类微生物在作 祟；随着科学技术的发展，可以用加热处理等 方法来杀死有害的微生物，防止酒发生质变。 同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过 人工培养，根据不同的要求去诱发各种类型的 发酵，获得所需的发酵产品。
2
需要注意的问题
认识发酵工程的重要性 如何学习这门课 如何去看书 重视科技文献 尤其要重视实验课 有关考试
3
教材及主要参考书
教材： 教材： 《生物工艺学》 俞俊棠主编 生物工艺学》 华东理工大学出版社， 华东理工大学出版社，1991. 参考书： 参考书： 1.曹军卫, 马辉文. 微生物工程. 科学出版社， 1.曹军卫, 马辉文. 微生物工程. 科学出版社，2002. 曹军卫 2.P.F.斯坦伯里 A 惠特克 发酵工艺学原理 中国医药科 斯坦伯里, 斯坦伯里 惠特克. 发酵工艺学原理. 技出版社. 技出版社 1992. 3.贺小贤 生物工艺原理 化学工业出版社 2003. 贺小贤. 贺小贤 生物工艺原理. 化学工业出版社. 4.尹光琳 战立克 赵根楠 发酵工业全书 中国医药科技 尹光琳,战立克 尹光琳 战立克, 赵根楠. 发酵工业全书.中国医药科技 出版社. 出版社 1992.
食品发酵工程-6(发酵单元操作三)
隔热层和防腐层
导热系数低,体积质 量低,吸水小,不易燃 绝热层常用如下材料: 聚酰胺树脂和自熄式 聚苯乙烯泡沫 外防护层一般采用 合金铝板或不锈钢板
罐主要附件
上中下三段冷却介质进口位置下装智能型帕温度传感器
液面上150cm装CIP装置,视镜,灯镜,空气和二氧化碳 排出管等装置
罐底有出酒管和排酵母底阀及四通视镜.
锥形发酵罐
可应用于前发酵和后发酵
采用碳钢加涂料或不锈钢 两种材料制成.啤酒是酸性 液体,能造成铁的电化学腐蚀 啤酒发酵时产生的H2S,SO2对 铁材料会造成氧化还原腐蚀.
冷却夹管
30%乙二醇或20%~30% 的酒精溶液用氨作冷 溶剂换热篇需耐高压 冷却套管一般分为3段, 上段距发酵液面15cm向 下排列,中段在筒体的 下部距支撑裙座15cm向 上排列,锥底段尽可能 接近排酵母口,向上排列.
食品发酵工程 ——发酵单元操作(三) 发酵单元操作( 发酵单元操作
课程复习
无菌空气的制备方法主要有3种; 无菌空气的制备过程主要有3种流程; 空气过滤除菌的过滤器主要有4种类型; 附属设备主要有4类; 无菌空气的检查方法主要有2种.
课外思考题
发酵罐作为整个发酵工程的心脏,占据了核心的地位, 请思考各类发酵罐是如何工作的?
弗盖布氏发酵罐
动力小, 动力小,节能 具有独特的搅拌 器和通气结构
气升式环流发酵罐
借助气体上升的 动力来搅拌的发 酵罐
固态发酵
固态发酵
培养基易处理 设备和技术简单,投资少 培养基原料价格低廉 产物浓度高,后处理方便
发酵速度慢,周期长 菌种选择性少 天然原料成分复杂 工艺参数难测准和控制 产品少,工艺操作消耗劳 动力多,强度大
式中:N:发酵罐个数(个) n:每24小时内进行加料的发酵罐数 T:发酵周期(小时)
发酵工程大单元教学设计
发酵工程大单元教学设计
一、单元概述
发酵工程是生物工程的重要组成部分，涉及到微生物的分离、培养、发酵、提取和精制等多个环节。
本单元旨在通过系统的理论学习和实践操作，使学生掌握发酵工程的基本原理、技术和应用，为后续的课程学习和实际工作打下坚实的基础。
二、学习目标
掌握发酵工程的基本原理和技术；
了解发酵工程在工业生产和生活中的应用；
培养学生的实验操作能力、团队协作精神和创新意识。
三、教学内容与安排
发酵工程原理（4学时）
发酵的定义与分类
发酵微生物的种类与特点
发酵过程的基本组成与操作方式
发酵设备与操作（6学时）
发酵设备的类型与结构
发酵设备的操作与维护
发酵设备的安全与环保要求
发酵工艺优化（4学时）
发酵条件的控制与优化
菌种选育与改良技术
代谢产物的形成与调控
实际应用与案例分析（4学时）
工业发酵生产流程与技术要点
生物制药与酶制剂的生产与应用
食品发酵与酿造技术
实验与实践（6学时）
实验操作技能培训
发酵实验设计与实施
参观企业生产现场，了解实际操作流程
四、教学方法与要求
采用多媒体教学、案例分析、实验操作等多种教学方法；
加强实验教学与实践操作，培养学生的实际操作能力和创新思维；
注重课堂互动，鼓励学生提问和讨论，提高学生的学习积极性和主动性；
对学生的实验报告和课堂表现进行综合评价，建立完善的考核机制。