发酵工程基础知识

（三）微生物的化学组成和营养物质
微生物的营养
• 元素水平:C H O N P S Cl K… • 化合物水平 C:糖,脂,有机酸,醇,烃等 N:氨基酸,蛋白质,尿素等 O:溶解氧 P,S,Cl,K等:主要来自含该元素的无机盐.
（三）微生物的化学组成和营养物质
• 原料水平 C:葡萄糖,蔗糖,淀粉,糖蜜,天然气,乙酸,乙醇及氨 基酸和蛋白质类物质等. N:各种氨基酸,蛋白胨,酵母粉,鱼粉,豆饼粉,麦皮, 尿素,硝酸胺等. O:空气或氧气等. P,S,Cl,K等:K2HPO4,KH2PO4,NH4Cl,MgSO4.
三、发酵车间综合管理要素
• • • • • • • 三规三制 生产工艺操作规程 设备使用维护规程 安全生产规程 考勤管理制度 交接班制度 岗位责任制度
心态决定一切
• “三心”、“二意”
• 责任心、细心、热心 • 诚意、锐意 • 坚定、专一、积极、进取的精神才能铸就 一支优秀的团队！
（一）发酵相关概念
• 现代发酵概念
营养物 质
微生 物
目的产物
常用的发酵设备
发酵罐
糖 类 发 酵 固 体 发 酵 液 体 发 酵
石 油 发 酵
废 水 发 酵
发酵原料
发酵形式
发酵分类
抗 生 素 发 酵 酶 发 酵
有 氧 发 酵
半 厌 氧 发 酵
厌 氧 发 酵
发酵氧需求
发酵产物
氨 基 酸 发 酵
分 批 发 酵
二、发酵的主要影响因素及其控 制 • 影响因素三
• 生长抑制性物质
• 乙酸、乙醇、二氧化碳等
二、发酵的主要影响因素及其控制
• 影响因素四
• 溶解氧浓度
• 好氧菌：需氧，在生长旺盛期提高供氧
• 厌氧菌：氧会成为抑制性因素或对其有毒
害作用。
二、发酵的主要影响因素及其控制
• 影响因素五
• 温 度
• 最适生长温度
（三）微生物的化学组成和营养物质
• 微生物的营养物
• • • • • 水 碳源 氮源 无机盐及微量无素 生长因子
二、发酵的主要影响因素及其控制
• 1、培养基
• 2、种子质量及接种量
• 3、温度
• 4、PH
• 5、溶解氧浓度
• 6、生长抑制性物质
二、发酵的主要影响因素及其控制
• 培养基
碳 源
水 氮 源 微量元素
（三）微生物的化学组成和营养物质
微生物的化学组成 2% 23%
水 有机物质 无机物质 75%
• 微生物的化学组成 • 水 • 细胞中含量最多的物质是水，它 是细胞的重要介质，占微生和细 胞重量的70—90%。 • 有机分子 • 有机物分子包括蛋白质、核酸、 脂类和多糖等大分子和氨基酸、 核甘酸等小分子物质。在细胞干 物质中，有机成分占99%。 • 无机分子 • 细胞中的无机成分包括小分子物 质和各种离子。它们占细胞干重 很少的比例，但在细胞生理活动 中发挥着重要的作用。
连 续 发 酵
流 加 发 酵
发酵工艺
• 两个易混淆的概念
消毒
灭菌
？
？
（一）发酵相关概念
• 消毒与灭菌
• 消毒：用物理或化学的方法杀灭病原微生 物，使之不能成为传染源。即为消毒。最 早的概念来自于卫生工作。消毒的作用是 毁灭引起感染的病原微生物，而不一定能 毁灭一切微生物和孢子。 • 灭菌：用物理或化学的方法杀灭一切微生 物的繁殖体和芽孢，使之完全无菌。可分 为化学灭菌法与物理灭菌法。
• 培养基的灭菌
• 针对培养基的组分特点，采取合适的灭菌方法。 不适当的灭菌操作除了降低营养物质的有浓度以 外，还会带来其它有害物质的积累，进一步抑制 产物的合成。如常见的糖与铵盐的“美拉德反应 ”，钙盐与磷酸盐的沉淀反应，会影响培养基中 可溶性磷的含量，进而影响微生物对磷的吸收利 用。
二、发酵的主要影响因素及其控制
• 布雷费尔德 (Brefeld)于1872年创立了霉 菌纯培养技术. • 丹麦科学家汉逊(Hansen)1878年创立了 酵母纯培养技术 • 德国科学家科赫 (Robert Koch,18431910)于1881年创立了细菌纯培养技术.
现代发酵
• 通气搅拌发酵 （青霉素） • 代谢控制发酵 （氨基酸、味精） • 基因工程菌发酵 （人生长素、干扰素、疫苗、酶等）
无机盐离 子
二、发酵的主要影响因素及其控制
• 水质的影响：不同的水源中存在的各种因素对微 生物的代谢影响很大。
• 原材料的质量问题：特别要注意原材料的来源、 加工方法及有效成份的含量及储存方法。主要强 调有机氮源的选择。
• 合适的碳氮比、微量元素的含量
• 培养基的有效灭菌。灭菌方法。
二、发酵的主要影响因素及其控制
• 生长与代谢的不同温度
二、发酵的主要影响因素及其控制 • 影响因素五
• pH值 • • 最适生长pH值 生长与代谢的不同pH值
三、发酵车间综合管理要素
• • • • • • • 五个关键控制点 优良合格菌种的制备 动力的安全与稳定 实消前的系统检查与准备 实消灭菌的有效保证 发酵过程中的监控与巡查、记录 放罐后的清洗，检查与总结分析
（二）发酵的特点
• 微生物的共性 • 发酵工程的特点
源自文库
（二）发酵的特点
微生物的共性
• • • • • 体积小,面积大 吸收多,转化快 生长旺,繁殖快 适应强,易变异 分布广,种类多
（二）发酵的特点
发酵工程的特点
• 反应条件温和:常温常压 • 原料来源广泛并无需精制
• 众多反应都在同一发酵罐内完成
• • • • • • • • 霉菌 丝状真菌 霉菌菌丝一般为3—10um 孢子繁殖。 最适生长温度25-30℃。 喜高湿、好氧、高糖培养基。 大多在PH偏酸性的环境生长较好。 不耐热菌。100℃煮沸5min，全部杀灭
（二） 各类微生物的生存特点
• • • • • • • 细菌 形状：有杆菌、球菌、弧菌等 特有结构：鞭毛、荚膜、芽孢 大小一般在0.3—10um pH范围 4--12 最适生长温度：30—37℃ 耐热，100℃煮沸10min-- 30min灭活
（三） 各类微生物的生存特点
• 酵母菌 • 霉菌 • 细菌
酵母
（二） 各类微生物的生存特点
• 酵母菌
• • • • • • 单细胞，真菌类。 出芽繁殖 酵母菌的细胞一般在1-5×5-30um。 最适生长温度：25-30℃ 好氧，PH中性或偏酸性的环境。 不耐热菌。100℃煮沸5min。
（二） 各类微生物的生存特点
发酵 (Fermentation)
• 英文来自拉丁语ferver,意思是“发泡”. • 描述果汁或谷物发酵时产生CO2的现象. 实际上,在后来的啤酒 果酒生产中,起泡
现象一直作为重要的直观指标.
微生物学的奠基人——伟大的巴斯德
1857年巴斯德（法国）证明 发酵是由于微生物的作用
巴斯德认为:发酵是酵母在
无氧状态下的呼吸过程,是
生物获得能量的一种形式.
发酵技术发展历程
• 古代发酵 • 近代发酵 • 现代发酵
古代发酵
• • • • 距今8000至4500年前开始(中国), 距今4000至3000年前开始(外国) 特点 只知现象,不知本质 产品 米酒 啤酒
近代发酵—纯培养技术的建立
巴斯德(Louis Pasteur,1822-1895)于1857年 发现了发酵是由微生物引起的,从而使传统 的经验发酵变成了一门科学.
• 影响因素二
• 种子质量（种龄、活性、无杂菌）
• 接种量
二、发酵的主要影响因素及其控制
• 发酵工艺中要确实合适的接种量。接种量是指移入的种子 液和培养液的比例。它的大小决定了菌种在发酵罐中的生 长速度。采用大接种量，由于种子液中含有大量体外水解 酶类，有利于对基质的利用，缩短生长延迟期，并使生产 菌迅速占领整个培养环境。但过高的接种量也会使菌体生 长过快，消耗大量营养物质，反而影响后期的生长。在一 定的范围内增加接种量有利于菌体的生产，因此，接种时 应根据实际情况确定接种量。 • 种子质量的标准主要是指无杂菌污染，处于生产对数期阶 段。根据不同的产品，还有一些配合检测的指标，如菌体 形态，孢子数，PH值，湿重等。如果种子质量出现问题， 会出现染菌、泡沫大，生长缓慢、代谢异常、发酵单位低 等现象。
发酵工程基础知识
三个方面： • 一、微生物细胞培养的生理学基础知识 • 二、发酵过程的主要影响因素及控制
• 三、发酵车间的几个管理要素
一、微生物培养的生理学基础知识 • • • • （一）发酵相关概念 （二）发酵的特点 （三）各类微生物的生存特点 （四）微生物的化学组成和培养基
（一）发酵相关概念