发酵基本工艺与发酵设备介绍ppt
– 采用蒸馏、萃取、离子交换等方法进行提取。
二 、发酵设备
生物反应器(发酵罐)
利用生物工程技术进行生产的过程统称生物反应过程 。 采用活细胞(包括微生物、动植物细胞)的某些特定 功能生产有用产品的生物反应过程称为发酵过程或 细胞培养过程。
采用游离或固定化酶作为生物催化剂的生物反应过 程，称为酶反应过程。 生物反应器：利用酶或生物体（如微生物）所具有的生 物功能，在体外进行生化反应的装置系统。
根据生物反应过程中所使用的生物催化剂不同可将生 物反应器分为：
酶反应器和（微）细胞生物反应器。 生物反应器应具备的条件：
➢能维持一定的温度、pH、反应物(如营养物质、溶解氧 等)浓度；
➢应具备良好的传质、传热和混合性能，以便为生物反 应的顺利进行提供适宜的环境条件；
➢细胞生物反应器除具备上述特性外，还要求有一定的 除菌及密封设备，以防止生产过程中因微生物侵入造成 的杂菌污染。
要求的优良菌种。
可用基因工程、细胞工程的方法 对菌种的遗传特性进行定向改造， 以构建工程细胞或工程菌，从而
达到生产相应产品的目的
对菌种一般有以下要求：
➢ 菌种能在较短的发酵过程中高产有价值的发酵产品。 ➢ 菌种的发酵培养基应价廉，来源充足，被转化为产品的
效率高。如农副产品。 ➢ 菌种对人、动物、植物和环境不应该造成危害，还应注
发 酵 基 本 工 艺与发 酵设备 介绍pp t
第二节
发酵基本工艺与发酵设备
李清华 公共卫生学院
发 酵 基 本 工 艺与发 酵设备 介绍pp t
1
• 主要内容
一、发酵工艺流程
二、常见发酵设备
1、发酵罐的设计原则
2、微生物细胞反应器
3、动物细胞培养反应
4、植物细胞培养反应
器
2
从自然界分离的菌种
诱变育种 扩大培养
4
菌种的选育
• 要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等
方面符合人们要求的产品，最重要的是要有优
良的菌种。
怎样才能得到优 良的菌种呢？
•如果生产的是微生 •如果生产的是一般微生
物直接合成的产物
物不能合成的产品
可以从自然界中先分离出相 应的菌种，再用物理或化学 的方法使菌种产生突变，从 突变个体中筛选出符合生产
4、发酵罐上应配备有温度和pH值控制系统以及采 样装置 ；
5、发酵罐内的蒸发损失不应太多；
6、在放料、清洗和维修等操作过程中具有最低的劳 动力消耗；
7、发酵罐应有较好的适应性，以满足不同生产厂家 的需求；
（一） 发酵罐设计的原则
发酵罐的主要功能： 为菌体生长，或为某一特定的微生物混合发酵剂提供一 个便于控制的环境，以获得人们所期望的产物 。
➢发酵罐设计的原则
1、发酵器应能在无菌条件下工作数天，且应在长时间 运转过程中保持稳定；
2、通气和充分搅拌，以满足微生物代谢的需要，但不 应损伤菌体；
3、尽可能低的功率消耗；
灭菌
• 那如何防止杂菌的污染呢？ – 要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的 灭菌处理。
空消、实消 • 怎样才算灭菌彻底呢？
– 用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢到发酵生产所需要的大量菌体来缩短 生产周期？
– 经过多次的扩大培养。
• 如何对菌种进行扩大培养？
基因工程 生产用菌种
细胞工程 原料
接种
发酵罐
灭菌
发酵条件控制
培养基配置
微生物菌体
分离 提纯 代谢产物
产品
一、发酵工艺流程
典型的发酵生产过程包括：
菌种的选育 确定菌种繁殖和发酵生产所用的培养基； 对培养基、发酵罐及其附属设备进行灭菌； 菌种经逐级扩大培养后，作为生产种子接种于发酵罐中 ; 控制发酵罐中微生物的生长条件，最大程度地获得人们渴 望的代谢产物 ; 产物萃取和精制 ; 发酵过程中废弃物的处理与回收.
– 扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进 行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间 里得到大量的菌体。
扩大培养和接种
• 扩大培养与发酵生产过程中的培养不同：
– 扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵 过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的 培养条件就有可能不同。
– 例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母 菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。而在发酵产 生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量 的酒精。
发酵过程
• 哪些条件能影响菌体的发酵？
– 发酵生产中发酵罐内部的代谢变化，如菌体形态、 菌体浓度、营养物质的浓度、温度、pH、溶氧 量、产物浓度、以及发酵罐搅拌转速等对发酵过 程都有重大影响。
分离、提纯
• 代谢产物
– 采用离心、过滤、沉淀等方法将菌体从培养液 中分离出来。
• 菌体本身，如酵母菌和细菌等
• 有了用于生产的充足的菌体，接种过程中要注意 防止杂菌污染。
发酵过程
• 为什么将菌体接种到装有培养液的发酵罐中， 还需要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行 控制？
– 发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。因此，要 在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产 物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成 分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发 酵产物。同时，还应对发酵条件进行严格控制。
意潜在的、慢性的、长期的危害，要严格防护。 ➢ 菌种发酵后，所产不需要的代谢产物少，且产品相对容
易地与不需要的物质分离，下游技术能用于规模化生产。 ➢ 菌种的遗传特性稳定，而且易于进行基因操作。
培养基的配制
• 进行发酵生产，有了优良的菌种还需要有与菌种 相适应的培养基。在配制培养基时应该注意：
– （1）根据不同的菌种，应选择不同的材料配制培养 基。配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长 因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提 供适宜的pH、渗透压等。
– （2）培养基的营养要协调，以利于产物的合成。 – （3）培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽
量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
灭菌
• 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发 酵过程中不能混入杂菌。
– 在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争 关系，对发酵过程造成不良影响。
– 例如：在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分 泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡；在青 霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉 素酶，将合成的青霉素分解掉。
二 、发酵设备
生物反应器(发酵罐)
利用生物工程技术进行生产的过程统称生物反应过程 。 采用活细胞(包括微生物、动植物细胞)的某些特定 功能生产有用产品的生物反应过程称为发酵过程或 细胞培养过程。
采用游离或固定化酶作为生物催化剂的生物反应过 程，称为酶反应过程。 生物反应器：利用酶或生物体（如微生物）所具有的生 物功能，在体外进行生化反应的装置系统。
根据生物反应过程中所使用的生物催化剂不同可将生 物反应器分为：
酶反应器和（微）细胞生物反应器。 生物反应器应具备的条件：
➢能维持一定的温度、pH、反应物(如营养物质、溶解氧 等)浓度；
➢应具备良好的传质、传热和混合性能，以便为生物反 应的顺利进行提供适宜的环境条件；
➢细胞生物反应器除具备上述特性外，还要求有一定的 除菌及密封设备，以防止生产过程中因微生物侵入造成 的杂菌污染。
要求的优良菌种。
可用基因工程、细胞工程的方法 对菌种的遗传特性进行定向改造， 以构建工程细胞或工程菌，从而
达到生产相应产品的目的
对菌种一般有以下要求：
➢ 菌种能在较短的发酵过程中高产有价值的发酵产品。 ➢ 菌种的发酵培养基应价廉，来源充足，被转化为产品的
效率高。如农副产品。 ➢ 菌种对人、动物、植物和环境不应该造成危害，还应注
发 酵 基 本 工 艺与发 酵设备 介绍pp t
第二节
发酵基本工艺与发酵设备
李清华 公共卫生学院
发 酵 基 本 工 艺与发 酵设备 介绍pp t
1
• 主要内容
一、发酵工艺流程
二、常见发酵设备
1、发酵罐的设计原则
2、微生物细胞反应器
3、动物细胞培养反应
4、植物细胞培养反应
器
2
从自然界分离的菌种
诱变育种 扩大培养
4
菌种的选育
• 要想通过发酵工程获得在种类、产量和质量等
方面符合人们要求的产品，最重要的是要有优
良的菌种。
怎样才能得到优 良的菌种呢？
•如果生产的是微生 •如果生产的是一般微生
物直接合成的产物
物不能合成的产品
可以从自然界中先分离出相 应的菌种，再用物理或化学 的方法使菌种产生突变，从 突变个体中筛选出符合生产
4、发酵罐上应配备有温度和pH值控制系统以及采 样装置 ；
5、发酵罐内的蒸发损失不应太多；
6、在放料、清洗和维修等操作过程中具有最低的劳 动力消耗；
7、发酵罐应有较好的适应性，以满足不同生产厂家 的需求；
（一） 发酵罐设计的原则
发酵罐的主要功能： 为菌体生长，或为某一特定的微生物混合发酵剂提供一 个便于控制的环境，以获得人们所期望的产物 。
➢发酵罐设计的原则
1、发酵器应能在无菌条件下工作数天，且应在长时间 运转过程中保持稳定；
2、通气和充分搅拌，以满足微生物代谢的需要，但不 应损伤菌体；
3、尽可能低的功率消耗；
灭菌
• 那如何防止杂菌的污染呢？ – 要在发酵前对培养基和发酵设施进行严格的 灭菌处理。
空消、实消 • 怎样才算灭菌彻底呢？
– 用高温、高压的方式，杀死所有杂菌的胞体、芽孢到发酵生产所需要的大量菌体来缩短 生产周期？
– 经过多次的扩大培养。
• 如何对菌种进行扩大培养？
基因工程 生产用菌种
细胞工程 原料
接种
发酵罐
灭菌
发酵条件控制
培养基配置
微生物菌体
分离 提纯 代谢产物
产品
一、发酵工艺流程
典型的发酵生产过程包括：
菌种的选育 确定菌种繁殖和发酵生产所用的培养基； 对培养基、发酵罐及其附属设备进行灭菌； 菌种经逐级扩大培养后，作为生产种子接种于发酵罐中 ; 控制发酵罐中微生物的生长条件，最大程度地获得人们渴 望的代谢产物 ; 产物萃取和精制 ; 发酵过程中废弃物的处理与回收.
– 扩大培养是将培养到对数期的菌体分开，分头进 行培养，以促使菌体数量快速增加，能在短时间 里得到大量的菌体。
扩大培养和接种
• 扩大培养与发酵生产过程中的培养不同：
– 扩大培养是为了让菌体在短时期内快速增殖，而发酵 过程中的培养是为了获得代谢产物，目的不同采用的 培养条件就有可能不同。
– 例如：在酒精发酵过程中，扩大培养是为了促使酵母 菌快速增殖，因此是在有氧条件下进行。而在发酵产 生酒精的过程中则必须在无氧条件下进行以获得大量 的酒精。
发酵过程
• 哪些条件能影响菌体的发酵？
– 发酵生产中发酵罐内部的代谢变化，如菌体形态、 菌体浓度、营养物质的浓度、温度、pH、溶氧 量、产物浓度、以及发酵罐搅拌转速等对发酵过 程都有重大影响。
分离、提纯
• 代谢产物
– 采用离心、过滤、沉淀等方法将菌体从培养液 中分离出来。
• 菌体本身，如酵母菌和细菌等
• 有了用于生产的充足的菌体，接种过程中要注意 防止杂菌污染。
发酵过程
• 为什么将菌体接种到装有培养液的发酵罐中， 还需要对发酵过程进行检测和对发酵条件进行 控制？
– 发酵产物主要在菌体生长的稳定期产生。因此，要 在发酵过程中随时取样检测培养液中细菌数目、产 物浓度以了解发酵进程，及时添加必需的培养基成 分来延长菌体生长稳定期的时间，以得到更多的发 酵产物。同时，还应对发酵条件进行严格控制。
意潜在的、慢性的、长期的危害，要严格防护。 ➢ 菌种发酵后，所产不需要的代谢产物少，且产品相对容
易地与不需要的物质分离，下游技术能用于规模化生产。 ➢ 菌种的遗传特性稳定，而且易于进行基因操作。
培养基的配制
• 进行发酵生产，有了优良的菌种还需要有与菌种 相适应的培养基。在配制培养基时应该注意：
– （1）根据不同的菌种，应选择不同的材料配制培养 基。配制的培养基应满足微生物在碳源、氮源、生长 因子、水、无机盐等方面的营养要求，并为微生物提 供适宜的pH、渗透压等。
– （2）培养基的营养要协调，以利于产物的合成。 – （3）培养基在满足微生物的营养需求的基础上应尽
量降低生产成本，以得到更高的经济效益。
灭菌
• 发酵工程所用的菌种大多是单一的纯种，整个发 酵过程中不能混入杂菌。
– 在发酵过程中如混入其他微生物，将与菌种形成竞争 关系，对发酵过程造成不良影响。
– 例如：在谷氨酸发酵过程中混入放线菌，则放线菌分 泌的抗生素就会使大量的谷氨酸棒状杆菌死亡；在青 霉素生产过程中污染了杂菌，这些杂菌则会分泌青霉 素酶，将合成的青霉素分解掉。
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发酵与酿造工程学基础及主要设备ppt
发酵与酿造工程学特点
具有涉及面广、综合性强、技术性强、应用广泛等特点，其 中微生物发酵是整个发酵与酿造工程学的核心。
发酵与酿造工程学的历史与发展
发酵与酿造工程学的起源
起源于古代酿造食品的生产，经历了漫长的经验积累和技术发展，逐渐形成 了较为完善的学科体系。
发酵与酿造工程学的近代发展
自20世纪中叶以来，随着生物化学、微生物学、化学工程、生物工程等学科 的不断发展，发酵与酿造工程学得到了迅速发展和广泛应用。
蒸煮是将浸米进一步 加热，使淀粉等物质 糊化，促进微生物发 酵。
接种是将菌种接入发 酵基质中，控制发酵 过程。
发酵过程控制
发酵过程的控制包括温度、压力、湿度等方面的控制 。
压力也是影响发酵过程的重要因素之一，适当的压力 可以促进发酵过程和提高产品质量。
温度是影响发酵过程的重要因素之一，不同发酵阶段 需要不同的温度条件。
某红酒厂的生产流程与设备
原料选择与处理
选择优质的葡萄，采用除梗、 破碎等方法进行处理。
发酵与浸提
将处理后的葡萄加入发酵罐中， 加入酵母进行发酵，同时加入果 胶酶等物质促进色素和风味物质 的浸提。
分离与陈酿
将发酵后的葡萄酒经过分离、澄清 、陈酿等工序，最终形成成品红酒 。
某酱油厂的生产流程与设备
原料选择与处理
05
发酵与酿造工程的环保与安全
环保要求与措施
污染预防
应采取措施减少发酵与酿造过程中产生的污染物 ，如废水、废气和废渣等。
废水处理
对于产生的废水，应进行必要的处理，以达到排 放标准。
废气处理
对于产生的废气，应采取有效的措施进行净化处 理，如活性炭吸附、光催化等。
安全生产与操作规范
具有涉及面广、综合性强、技术性强、应用广泛等特点，其 中微生物发酵是整个发酵与酿造工程学的核心。
发酵与酿造工程学的历史与发展
发酵与酿造工程学的起源
起源于古代酿造食品的生产，经历了漫长的经验积累和技术发展，逐渐形成 了较为完善的学科体系。
发酵与酿造工程学的近代发展
自20世纪中叶以来，随着生物化学、微生物学、化学工程、生物工程等学科 的不断发展，发酵与酿造工程学得到了迅速发展和广泛应用。
蒸煮是将浸米进一步 加热，使淀粉等物质 糊化，促进微生物发 酵。
接种是将菌种接入发 酵基质中，控制发酵 过程。
发酵过程控制
发酵过程的控制包括温度、压力、湿度等方面的控制 。
压力也是影响发酵过程的重要因素之一，适当的压力 可以促进发酵过程和提高产品质量。
温度是影响发酵过程的重要因素之一，不同发酵阶段 需要不同的温度条件。
某红酒厂的生产流程与设备
原料选择与处理
选择优质的葡萄，采用除梗、 破碎等方法进行处理。
发酵与浸提
将处理后的葡萄加入发酵罐中， 加入酵母进行发酵，同时加入果 胶酶等物质促进色素和风味物质 的浸提。
分离与陈酿
将发酵后的葡萄酒经过分离、澄清 、陈酿等工序，最终形成成品红酒 。
某酱油厂的生产流程与设备
原料选择与处理
05
发酵与酿造工程的环保与安全
环保要求与措施
污染预防
应采取措施减少发酵与酿造过程中产生的污染物 ，如废水、废气和废渣等。
废水处理
对于产生的废水，应进行必要的处理，以达到排 放标准。
废气处理
对于产生的废气，应采取有效的措施进行净化处 理，如活性炭吸附、光催化等。
安全生产与操作规范
发酵设备培训讲义(PPT 167页)
• 上 口、部人有孔物和料压口力，表冷开却口水等口。，CO2和气体出
• 温度控制采用罐内蛇管和罐外壁直接水 喷淋相结合，排料管在罐的底部。
一、酒精发酵罐
酵母将糖转化为酒精高转化率条件 (1)满足酵母生长和代谢的必要工艺条件 (2)一定的生化反应时间 (3)及时移走在生化反应过程中将释放的生
物热
酒精发酵罐的结构要求
水力喷射装置
• 是由一根两头装有喷嘴的洒水管组成 • 两头喷水管弯有一定的弧度 • 喷水管上均匀地钻有一定数量的小孔 • 喷水管安装时呈水平 • 喷水管借活接头和固定供水管相连接
• 它是借喷水管两头喷嘴以一定喷出速 度而形成的反作用力，使喷水管自动 旋转。
• 对 于 120m3 的 酒 精 发 酵 耀 ， 采 用 36×3mm的喷水管，管上开有44×30 个小孔，两头喷嘴口径为9mm。
章发酵设备
第一节 发酵设备概述
• 发酵主要设备为发酵罐和种子罐，它们各自都附有 原料(培养基)调制、蒸煮、灭菌和冷却设备，通气 调节和除菌设备，以及搅拌器等。
• 种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量为目的。 • 发酵罐：承担产物的生产任务。
它必须能够提供微生物生命活动和代谢所要求 的条件，并便于操作和控制，保证工艺条件的实现， 从而获得高产。
• 发酵罐容积
• 发酵罐采用圆柱形器身，底和顶为锥形 盖，选取结构尺寸的比例关系如下：
• 由发酵罐的基本结构尺寸，可确定全罐 表面积．罐体圆柱部分表面积F1和罐底 罐顶表面积F2，F3分别为：
• 2．冷却面积和冷却装置主要结构尺寸
• 假定罐壁不包扎保温层，壁温最高可达35t，生产厂所 在地区的夏季平均温度可查阅有关资料，现假定为32℃。
用不饱和聚脂树脂、环氧树脂或其他特殊涂料 较为广泛，但还未完全符合啤酒低温发酵的防 腐要求。
• 温度控制采用罐内蛇管和罐外壁直接水 喷淋相结合，排料管在罐的底部。
一、酒精发酵罐
酵母将糖转化为酒精高转化率条件 (1)满足酵母生长和代谢的必要工艺条件 (2)一定的生化反应时间 (3)及时移走在生化反应过程中将释放的生
物热
酒精发酵罐的结构要求
水力喷射装置
• 是由一根两头装有喷嘴的洒水管组成 • 两头喷水管弯有一定的弧度 • 喷水管上均匀地钻有一定数量的小孔 • 喷水管安装时呈水平 • 喷水管借活接头和固定供水管相连接
• 它是借喷水管两头喷嘴以一定喷出速 度而形成的反作用力，使喷水管自动 旋转。
• 对 于 120m3 的 酒 精 发 酵 耀 ， 采 用 36×3mm的喷水管，管上开有44×30 个小孔，两头喷嘴口径为9mm。
章发酵设备
第一节 发酵设备概述
• 发酵主要设备为发酵罐和种子罐，它们各自都附有 原料(培养基)调制、蒸煮、灭菌和冷却设备，通气 调节和除菌设备，以及搅拌器等。
• 种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量为目的。 • 发酵罐：承担产物的生产任务。
它必须能够提供微生物生命活动和代谢所要求 的条件，并便于操作和控制，保证工艺条件的实现， 从而获得高产。
• 发酵罐容积
• 发酵罐采用圆柱形器身，底和顶为锥形 盖，选取结构尺寸的比例关系如下：
• 由发酵罐的基本结构尺寸，可确定全罐 表面积．罐体圆柱部分表面积F1和罐底 罐顶表面积F2，F3分别为：
• 2．冷却面积和冷却装置主要结构尺寸
• 假定罐壁不包扎保温层，壁温最高可达35t，生产厂所 在地区的夏季平均温度可查阅有关资料，现假定为32℃。
用不饱和聚脂树脂、环氧树脂或其他特殊涂料 较为广泛，但还未完全符合啤酒低温发酵的防 腐要求。
发酵工艺基本原理课件
发酵过程的控制
温度控制
温度是影响微生物生长和代谢的重要 因素，通过调节温度可以控制发酵过 程。
pH控制
pH对微生物的生长和产物合成有重 要影响，通过添加酸或碱来调节pH 。
溶氧控制
某些微生物在发酵过程中需要充足的 溶氧，通过控制通气速率和搅拌速率 来满足。
泡沫控制
通过添加消泡剂或调节搅拌速率来控 制发酵过程中的泡沫。
03
02
医药工业
用于生产抗生素、维生素等药品。
环境治理
用于处理废水、废气等污染物，实 现环保和资源化利用。
04
02
发酵微生物
发酵微生物的种类
01
02
03
细菌
如乳酸菌、醋酸菌等，是 发酵工业中应用最早、最 广泛的微生物。
霉菌
如曲霉、根霉等，能够产 生丰富赤酵母等 ，主要用于酒精发酵和面 包制作。
发酵产物的提取和精制
提取
根据发酵产物的性质和溶解度，采用 不同的提取方法，如溶剂萃取、沉淀 法、吸附法等。
精制
通过物理或化学的方法，去除杂质， 提高发酵产物的纯度和质量。常见的 精制方法有结晶、离子交换、色谱分 离等。
发酵产物的应用
食品工业
如酒精饮料、面包、酸奶 等食品的制造。
农业
如植物生长调节剂、生物 农药等的生产。
厌氧发酵罐
专为厌氧发酵设计，具有严格密封和搅拌装 置，以维持厌氧环境。
发酵设备的选择
根据发酵工艺要求
不同的发酵工艺需要不同类型的设备，选择 时应考虑工艺的特殊要求。
设备材质与耐腐蚀性
选择耐腐蚀、耐高温、耐压的材质，以确保 设备的长期稳定运行。
设备容量与生产规模相适应
确保设备容量与生产规模相匹配，避免浪费 或不足。
《发酵设备》PPT课件
控制器部件
主要测控参数有：温度，搅拌转速、罐压力、PH值、溶 解氧、自动消泡、自动补料
精选PPT
23
发酵罐装料容积
发酵罐装料容积：在一般情况下，装料高度取 罐圆柱部分高度,但须根据具体情况而定。
一般占0.7，采用有效的机械消涣装置，可以 提高罐的装料量，达到0.9。
精选PPT
24
3.2 实验室小型不透明发酵罐
采用较多的是CIP清洗系统。 所谓CIP系统，是clean in place的简称，意
即内部清洗系统。
精选PPT
43
CIP清洗系统示意图
精选PPT
44
清洗程序
(1)预冲洗：每次预冲洗的时间为30秒，进行10次，是通过 回转喷嘴进行的，主要排去底部的沉渣。
(2)碱预洗:使清洗剂成为一种氯化了的碱性洗涤剂，用这 种碱液循环16分钟。清洗液温度维持在32℃左右。
精选PPT
10
精选PPT
11
1. 罐体
由圆柱体及椭圆形封头焊接而成，材料为碳钢或不 锈钢，对于大型发酵罐可用衬不锈钢板或复合不锈 钢制成，衬里用的不锈钢板厚为2-3毫米。
精选PPT
12
装于罐顶的接管有：进料口、补料口、排气口、接 种口和压力表等， 装于罐身的接管有：冷却水进出口、空气进口、温 度和其他测控仪表的接口。
精选PPT
8
3.2 发酵罐罐体的比例
标准发酵罐的几何尺寸比例 H/D=1.7~4 d/D=1/2~1/3 W/D=1/8~1/12 B/D=0.8~1.0 s/d=3
精选PPT
9
3.3 发酵罐的结构
1、罐体 2、搅拌器和挡板 3、消泡器 4、空气分布装置 5、发酵专用PH、DO电极 6、冷却装置 7、变速装置 8、轴封、联轴器及轴承
发酵工程--ppt课件(2024版)
罐，中间除了空气进入和尾气排出，与外部没 有物料交换。 ➢ 传统的生物产品发酵多用此过程。
分批发酵的优缺点
➢ 优点 操作简单 操作引起染菌的概率低 不会产生菌种老化和变异问题
➢ 缺点 非生产时间较长、设备利用率低
➢ 根据不同发酵类型，每批发酵需要十 几个小时到几周时间。
➢ 全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的 培养基、接种、发酵过程、放罐和洗 罐，所需时间的总和为一个发酵周期。
典型的分批发酵工艺流程图
微生物分批培养的生长曲线
1.延滞期 2.加速生长期 3.指数生长期 4.减速期 5.稳定期 6.衰亡期
4.3.1.2 连续发酵
以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基， 同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐 内的液量维持，微生物在稳定状态（恒定的基 质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定的 菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长。
4 发酵工程
【学习目的】
1. 掌握发酵工程的基本类型和基本原理。 2. 了解典型发酵产品的生产工艺。 3. 认识发酵的基本过程及常用的发酵设备。
发酵（Fermentation）
最初来自拉丁语“发泡”（fervere），是指酵 母作用于果汁或者发芽谷物产生CO2的现象。
巴斯德：酵母在无氧环境下的呼吸过程。 生物化学：微生物在无氧时的代谢过程。
草莓栽培
微生物酶发酵 酶普遍存在于动植物中，在人类生活中发挥着
非常重要的作用。
微生物代谢产物发酵 ①氨基酸、蛋白质、核酸——初级代谢产物 ②抗生素、生长因子等——次级代谢产物
微生物转化发酵 利用微生物把一种化合物转变成结构相关的更
有经济价值的产物。 葡萄糖→Grapevine
生物工程发酵 DNA重组的“工程菌”理论上可以生产出多种代 谢产物。
分批发酵的优缺点
➢ 优点 操作简单 操作引起染菌的概率低 不会产生菌种老化和变异问题
➢ 缺点 非生产时间较长、设备利用率低
➢ 根据不同发酵类型，每批发酵需要十 几个小时到几周时间。
➢ 全过程包括空罐灭菌、加入灭过菌的 培养基、接种、发酵过程、放罐和洗 罐，所需时间的总和为一个发酵周期。
典型的分批发酵工艺流程图
微生物分批培养的生长曲线
1.延滞期 2.加速生长期 3.指数生长期 4.减速期 5.稳定期 6.衰亡期
4.3.1.2 连续发酵
以一定的速度向发酵罐内添加新鲜培养基， 同时以相同的速度流出培养液，从而使发酵罐 内的液量维持，微生物在稳定状态（恒定的基 质浓度、恒定的产物浓度、恒定的pH、恒定的 菌体浓度、恒定的比生长速率）下生长。
4 发酵工程
【学习目的】
1. 掌握发酵工程的基本类型和基本原理。 2. 了解典型发酵产品的生产工艺。 3. 认识发酵的基本过程及常用的发酵设备。
发酵（Fermentation）
最初来自拉丁语“发泡”（fervere），是指酵 母作用于果汁或者发芽谷物产生CO2的现象。
巴斯德：酵母在无氧环境下的呼吸过程。 生物化学：微生物在无氧时的代谢过程。
草莓栽培
微生物酶发酵 酶普遍存在于动植物中，在人类生活中发挥着
非常重要的作用。
微生物代谢产物发酵 ①氨基酸、蛋白质、核酸——初级代谢产物 ②抗生素、生长因子等——次级代谢产物
微生物转化发酵 利用微生物把一种化合物转变成结构相关的更
有经济价值的产物。 葡萄糖→Grapevine
生物工程发酵 DNA重组的“工程菌”理论上可以生产出多种代 谢产物。
发酵工程 ppt课件
100%
酵母菌
单细胞真菌，具有真核细胞结构 ，有产孢子繁殖和水生、好气性 生长及醇发酵和糖发酵等类型。
80%
霉菌
丝状真菌的俗称，意即多细胞的 真菌，在自然界中广泛存在。
微生物的营养需求
水
微生物细胞的主要组成部分， 是良好的溶剂，能维持酶活性 ，参与代谢反应。
无机盐
参与细胞构成和代谢反应，对 细胞的渗透压平衡和酸碱平衡 起着重要作用。
利用发酵技术生产面包、啤酒 、酸奶等食品。
医药工业
生产抗生素、疫苗、干扰素等 生物药物。
化学工业
生产燃料、化学品、塑料等物 质。
环境治理
利用微生物处理废水、废气， 实现环境保护和治理。
02
发酵工程的基本原理
微生物的种类与特性
80%
细菌
根据形态可分为球菌、杆菌、螺 旋菌等，根据对人类的关系可分 为致病菌、条件致病菌和益生菌 。
细胞分离
通过离心、过滤等技术将菌体从发酵液中分离出 来。
产物纯化
通过一系列的分离纯化技术，如蒸馏、结晶、色 谱等，将产物纯化至所需的规格和纯度。
04
发酵工程的应用实例
酒精发酵Βιβλιοθήκη 010203
酒精发酵简介
酒精发酵是一种通过酵母 菌将糖类物质转化为乙醇 的过程，广泛应用于酒精 饮料、化工等领域。
酒精发酵工艺流程
提高产物的产量与质量
代谢工程
通过代谢工程手段，对微生物的代谢途径进行优化，提高目标产 物的产量和纯度。
过程控制
采用先进的传感器和在线监测技术，实时监测发酵过程，实现精 准控制，提高产物质量。
降低生产成本与环境污染
节能减排技术
采用新型发酵设备，提高设备利用率和能源利用效率，降低能耗和碳排放。
啤酒发酵工艺及设备
啤酒发酵工艺及设备ppt xx年xx月xx日•啤酒发酵工艺介绍•啤酒发酵设备介绍•啤酒发酵工艺与设备的选择和运用•啤酒发酵工艺及设备的维护保养目•啤酒发酵工艺及设备生产实例录01啤酒发酵工艺介绍1啤酒发酵工艺分类及特点23使用酵母在麦汁表面进行发酵，产生轻盈、清爽的口感，适合制作浅色啤酒。
顶部发酵使用酵母在麦汁底部进行发酵，产生浓郁、醇厚的口感，适合制作深色啤酒。
底部发酵结合顶部发酵和底部发酵的特点，产生中等口感，适合制作棕色啤酒。
混合发酵啤酒发酵工艺流程煮沸将糖化后的麦汁煮沸，加入啤酒花等调料。
糖化将麦芽中的淀粉转化为可发酵的糖分。
冷却将煮沸后的麦汁冷却到酵母适宜生长的温度。
成熟发酵完成后，啤酒需要经过过滤、消毒等处理后才能成为成品。
接种将冷却后的麦汁接入酵母，开始发酵过程。
啤酒发酵过程中香味的形成麦芽中的香味物质在糖化过程中被萃取出来，为啤酒提供基本的麦芽香味。
麦芽香味啤酒花香味二氧化碳其他香味物质啤酒花中的苦味物质和香味物质在煮沸过程中被萃取出来，为啤酒提供独特的香味。
啤酒中的二氧化碳气体能够为啤酒提供轻盈、爽口的口感。
在发酵过程中，酵母还会产生一些酯类、酸类等香味物质，为啤酒提供不同的风味特征。
02啤酒发酵设备介绍啤酒发酵设备的基本构成用于容纳发酵醪液、酵母和发酵过程中产生的二氧化碳气体。
发酵容器用于将发酵醪液冷却到适宜的温度，同时将产生的热量移出。
制冷设备用于控制发酵温度，保证发酵过程稳定进行。
温度控制设备用于繁殖酵母，为发酵过程提供足够的酵母。
酵母繁殖设备通常采用不锈钢、碳钢等金属材料，以保证设备的耐腐蚀性和高强度。
材质主要分为卧式和立式两种形式，根据实际需求和场地条件选择。
形式啤酒发酵设备的材质及形式03安全设备应设有安全保护装置，以防止事故发生，保证人员和设备的安全。
啤酒发酵设备的操作与控制01操作操作人员需经过专业培训，掌握设备的正确操作方法，避免误操作导致的事故。
02控制采用自动化控制系统，实现设备的自动控制和调节，提高设备的生产效率和产品质量。
啤酒发酵工艺及设备PPT课件
1. 麦芽汁制造
2. 啤酒发酵
3. 啤酒的过滤罐装
3. 啤酒的过滤罐装
H
滤饼
滤浆
滤液
图6-5 水平叶式硅藻土过滤机
垂直槽垂直滤叶型
3. 啤酒的过滤罐装
3. 啤酒的过滤罐装
3. 啤酒的过滤罐装
三、传统啤酒发酵
（一）、传统啤酒发酵工艺
传统的下面发酵，采用“低温主发酵------低 温后熟”工艺。
冷却蛇管或排管。
• 注意CO2的排放，防止中毒
密闭式发酵槽
• 优点 • （1） • （2） • （3）
可回收二氧化碳 减少前发酵室内通风换气的耗冷量 减少杂菌污染机会。
• 组成
• 在槽内装置冷却蛇管
• 在发酵室内配置冷却供排风系统， 或采用空调装 置，使室内维持工艺所要求的温度和湿度。
2. 后发酵设备
• 锥形罐可单独用于前发酵或后发酵，还可以将前 、后发酵合并在该罐进行(一罐法)。
• 这种设备的优点：在于能缩短发酵时间，而且具 有生产上的灵活性，故能适合于生产各种类型啤 酒的要求。
• 锥形罐主要部件有罐
体、冷却夹套、保压装 置、保温层、锥底人孔 、取样阀、感温探头、 CIP 清 洗 系 统 、 检 测 装 置 以及管路等。
残糖继续发酵； 促进啤酒风味成熟； 增加CO2的溶解量； 促进啤酒的澄清。
后发酵的工艺要求和操作
• ①下酒 将嫩啤酒输送到贮酒罐的操作称下酒。多 用下面下酒法。贮酒罐可一次装满，也可分2、3 次装满。
后发酵的工艺要求和操作
• ②密封升压 下酒满桶后，正常情况下敞口发酵2～3天，
以排除啤酒中的生青味物质。以后封罐，罐内二 氧化碳气压逐步上升，压力达到50～80kPa时保压 ，让酒中的二氧化碳逐步饱和。
发酵与酿造工程学基础及主要设备PPT课件
参数信号与预先确定值进行比较，并且输出信号指令 执行元件进行调整控制。 3．执行元件：它接受控制部分的指令开启、或关闭有 关阀门、泵、开关等调节控制机构，使有关参数达到 预定位置。 手动控制和自动控制
第8页/共76页
发酵控制（小型发酵罐）
第9页/共76页
一 、温度对发酵的 影响及其控制
第10页/共76页
微生物对氧的需要不同，是由于依赖获 得能量的代谢方面的差异。
第26页/共76页
溶氧大小对菌体生长和产物的性质和产量产生 不同影响；例如，谷氨酸发酵时，通气不足会积累大 量乳酸和琥珀酸；
不同微生物或同一微生物的不同生长阶段对通 风量的要求也不相同。例如，天氡酰胺酶发酵，前期 为好气培养，后期为厌氧培养，产酶能力会大大提高。
还有就是根据化合物的燃烧值估算发酵过程生物 热的近似值。
第22页/共76页
（四）发酵温度的控制
发酵罐在发酵过程中一般不需加热，选用微生物能承 受稍高一些的温度进行生长和繁殖，这对生产有很大的 好处，即可减少污染杂菌的机会和夏季培养所需降温的 辅助设备，因此培养耐高温的菌种有一定的现实意义。
第23页/共76页
合成有密切关系。包括起始pH ，发酵过程中的 pH ，后者反应菌体的生理特性。 • （2）基质浓度（g/L） • 发酵液中糖、氮、磷等重要营养物质的浓度， 对菌体的生长和代谢合成有重要影响，是产物 代谢控制的重要手段。发酵过程中必须定时测 定糖或氮（氨基酸或铵氮）等的浓度。
第4页/共76页
• （3）溶解氧浓度（ppm或饱和度，％） • 溶解氧是好氧发酵的必备条件，是生化产能反应
产生热量较少。 培养中期，菌体繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌体也较多，
所以产生的热量多，温度上升快，必须注意控制温度。 培养后期，菌体已基本上停止繁殖，主要靠菌体内的
第8页/共76页
发酵控制（小型发酵罐）
第9页/共76页
一 、温度对发酵的 影响及其控制
第10页/共76页
微生物对氧的需要不同，是由于依赖获 得能量的代谢方面的差异。
第26页/共76页
溶氧大小对菌体生长和产物的性质和产量产生 不同影响；例如，谷氨酸发酵时，通气不足会积累大 量乳酸和琥珀酸；
不同微生物或同一微生物的不同生长阶段对通 风量的要求也不相同。例如，天氡酰胺酶发酵，前期 为好气培养，后期为厌氧培养，产酶能力会大大提高。
还有就是根据化合物的燃烧值估算发酵过程生物 热的近似值。
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（四）发酵温度的控制
发酵罐在发酵过程中一般不需加热，选用微生物能承 受稍高一些的温度进行生长和繁殖，这对生产有很大的 好处，即可减少污染杂菌的机会和夏季培养所需降温的 辅助设备，因此培养耐高温的菌种有一定的现实意义。
第23页/共76页
合成有密切关系。包括起始pH ，发酵过程中的 pH ，后者反应菌体的生理特性。 • （2）基质浓度（g/L） • 发酵液中糖、氮、磷等重要营养物质的浓度， 对菌体的生长和代谢合成有重要影响，是产物 代谢控制的重要手段。发酵过程中必须定时测 定糖或氮（氨基酸或铵氮）等的浓度。
第4页/共76页
• （3）溶解氧浓度（ppm或饱和度，％） • 溶解氧是好氧发酵的必备条件，是生化产能反应
产生热量较少。 培养中期，菌体繁殖迅速，呼吸作用激烈，菌体也较多，
所以产生的热量多，温度上升快，必须注意控制温度。 培养后期，菌体已基本上停止繁殖，主要靠菌体内的
《发酵工程基本操作》课件
《发酵工程基本操作》ppt课件
• 发酵工程简介 • 发酵工程基本操作 • 发酵工程中的问题与解决策略 • 发酵工程实例分析 • 未来发酵工程的发展趋势与展望
01 发酵工程简介
发酵工程定义
发酵工程
发酵工程的应用范围
利用微生物的代谢过程，通过现代工 程技术手段，生产有用物质或直接应 用于工业生产的一种技术。
食品、饮料、饲料、医药、化工、环 保等领域。
发酵工程的特点
以微生物为原料，通过酶的作用将原 料转化为所需的产品，具有高效、环 保、可持续等优点。
发酵工程的应用
01
02
03
04
食品工业
面包、啤酒、酸奶等食品的生 产。
医药工业
抗生素、维生素、氨基酸等药 品的生产。
化工工业
生物塑料、生物燃料等产品的 生产。
产物精制
对提取的产物进行纯化、浓缩、结晶等处理，提高产品质量和纯度。
03 发酵工程中的问题与解决策略
菌种退化与防治
菌种退化
菌种在传代过程中会逐渐失去原有的 优良性状，导致发酵效率降低。
防治方法
定期进行菌种筛选和纯化，采用适当 的培养基和培养条件，以及进行菌种 诱变和基因工程改造。
杂菌污染与防治
通过调节微生物的代谢途径，提高目标产物的产量和降低 副产物的生成。
要点二
途径工程优化
利用合成生物学技术设计和构建新的代谢途径，实现特定 化合物的生物合成。
THANKS 感谢观看
将保存的菌种活化，并进行扩大培养，制备 出发酵用的种子。
产物提取
发酵结束后，通过过滤、萃取等方法提取青 霉素。
酵母菌高密度培养工艺流程
01
02
03
04
• 发酵工程简介 • 发酵工程基本操作 • 发酵工程中的问题与解决策略 • 发酵工程实例分析 • 未来发酵工程的发展趋势与展望
01 发酵工程简介
发酵工程定义
发酵工程
发酵工程的应用范围
利用微生物的代谢过程，通过现代工 程技术手段，生产有用物质或直接应 用于工业生产的一种技术。
食品、饮料、饲料、医药、化工、环 保等领域。
发酵工程的特点
以微生物为原料，通过酶的作用将原 料转化为所需的产品，具有高效、环 保、可持续等优点。
发酵工程的应用
01
02
03
04
食品工业
面包、啤酒、酸奶等食品的生 产。
医药工业
抗生素、维生素、氨基酸等药 品的生产。
化工工业
生物塑料、生物燃料等产品的 生产。
产物精制
对提取的产物进行纯化、浓缩、结晶等处理，提高产品质量和纯度。
03 发酵工程中的问题与解决策略
菌种退化与防治
菌种退化
菌种在传代过程中会逐渐失去原有的 优良性状，导致发酵效率降低。
防治方法
定期进行菌种筛选和纯化，采用适当 的培养基和培养条件，以及进行菌种 诱变和基因工程改造。
杂菌污染与防治
通过调节微生物的代谢途径，提高目标产物的产量和降低 副产物的生成。
要点二
途径工程优化
利用合成生物学技术设计和构建新的代谢途径，实现特定 化合物的生物合成。
THANKS 感谢观看
将保存的菌种活化，并进行扩大培养，制备 出发酵用的种子。
产物提取
发酵结束后，通过过滤、萃取等方法提取青 霉素。
酵母菌高密度培养工艺流程
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