发酵类型及其各自的特点
发酵工程的内容及其特点
-基因工程、细胞工程 -接种技术
- 培养基组成优化
- 灭菌技术
发酵过程控制
发酵工程组成
从广义上讲，由三部分组成： 上游工程、发酵工程、下游工程
FERMENTATION Process Control
下游工程
DOWROCESSES -产品指标测定 -产品提取分离及纯化 - 废弃液处理 -副产物综合利用
第二节 发酵工程的内容及其特点
发酵工程的内容：
发酵工程（Fermentation
Engineering）：应用微生物学等 相关的自然科学以及工程学原理上，游工程
利用微生物等生物细胞进行酶促PURPOSCTREESASEMS
转化，将原料转化成产品或U提PS供TREAM PROCESSES
社会性服务的一门科学。
二、 发酵生产的类型
发酵生产类型
1. 微生物菌体发酵——获得菌体细胞 2. 微生物酶发酵——获得微生物的酶 3. 微生物代谢产物发酵——获得微生物代谢产物 4. 微生物转化发酵——转化某一化合物结构 5. 生物工程细胞的发酵——利用基因工程菌发酵获
得产物
三、发酵工程的特点
1. 原料来源广泛易得。 2. 所需产品可通过微生物的复杂的代谢活动一次性获得。
发酵工程重点
名词解释发酵工程：指利用微生物的生长繁殖和代谢活动来大量生产人们所需产品过程的理论和工程技术体系，是生物工程与生物技术学科的重要组成部分。
高通量筛选：是指将许多模型固定在各自不同的载体上，用机器人加样，培养后，用计算机记录结果，并进行分析，实现快速、准确、微量的筛选菌株的方法。
细胞工程育种：在细胞水平上对菌种进行操作，采用杂交、接合、转化和转导等遗传学方法，将不同菌种的遗传物质进行交换重组，使不同菌种的优良性状集中在重组体重，从而提高产量。
主要有杂交育种和原生质体融合育种。
杂交育种：指将两个基因型不同的菌株经吻合是遗传物质重新组合，从中分离筛选出具有新型性状的菌株。
营养缺陷性标记：微生物经诱变处理后产生的一种突变体，需要在培养基上添加一种特定的有机物才能很好的生存，为筛选该菌株而适当添加的遗传标记。
菌种退化：指生产菌种或选育菌种过程中筛选出来的较优良菌株，由于进行接种传代或保藏之后，群体中某些生理特征和形态特征逐渐减退或完全丧失的现象。
理论转化率：指理想状态下根据微生物的代谢途径进行物料衡算，得出转化率大小。
实际转化率：指发酵试验所得转化率的大小。
种子培养：指将冷冻干燥管、沙土管中处于休眠状态的工业菌种接入试管斜面活化后，再经过摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量的纯种的过程。
接种龄：指种子罐中培养的菌丝体转入下一级种子罐或发酵罐时的培养时间。
接种量：指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。
表观得率：指对底物的总消耗而言的细胞得率。
理论得率：指仅用于细胞生长所消耗底物而言的细胞得率。
呼吸强度：指单位质量干菌体在单位时间内所吸取的氧量。
用Qo2表示。
耗氧速率：指单位体积培养液在单位时间内的耗氧量，也称摄氧量。
用γ表示。
高密度发酵：指工程菌在短时间内迅速分裂增殖，使菌体浓度迅速升高的过程。
重点部分：发酵工程技术的发展史1、1900年以前，自然发酵阶段。
酿造生产酒、醋等。
2、1900—1940，科赫建立微生物分离纯化和纯培养技术，创造了单细胞纯培养法。
发酵的类型及操作方式
发酵的类型及操作方式作者：林刚张朝武来源：《中国新技术新产品精选》2009年第19期摘要:发酵是指利用微生物制造工业原料或工业产品的过程。
根据各种微生物的特性,在有氧或无氧条件下利用生物催化(酶)的作用,将多种低值原料转化成不同的产品的过程。
如酿酒、制酱和醋等发酵技术古已有之。
本文介绍了发酵的类型及操作方式。
关键词:发酵;微生物;发20 世纪 40 年代中期美国抗菌素工业兴起,大规模生产青霉素以及日本谷氨酸盐 (味精 )发酵成功,大大推动了发酵工程的发展。
70年代以石油为原料生产单细胞蛋白,使发酵工程从单一依靠碳水化合物(淀粉)向非碳水化合物过渡,从单纯依靠农产品发展到利用矿产资源,如天然气、烷烃等原料的开发。
80年代初基因工程发展,人们能按需要设计和培育各种工程菌,在大大提高发酵工程的产品质量的同时,节约能源,降低成本,使发酵技术实现新的革命。
1 发酵类型1.1 微生物菌体发酵这是以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵。
传统的菌体发酵工业:有用于面包制作的酵母发酵及用于人类或动物食品的微生物菌体蛋白发酵两种类型。
新的菌体发酵可用来生产一些药用真菌:如香菇类、天麻共生的密环菌、以及从多孔菌科的获苔菌获得的名贵中药获答和担子菌的灵芝等药用菌。
这些药用真菌可以通过发酵培养的手段来生产出与天然产品具有同等疗效的产物。
1.2 微生物酶发酵酶普遍存在于动物、植物和微生物中。
最初,人们都是从动、植物组织中提取酶,但目前工业应用的酶大多来自微生物发酵,因为微生物具有种类多、产酶的品种多、生产容易和成本低等特点;微生物酶制剂有广泛的用途,多用于食品和轻工业中,如微生物生产的淀粉酶和糖化酶用于生产葡萄糖,氨基酰化酶用于拆分DL一氨基酸等。
酶也用于医药生产和医疗检测中,如青霉素酰化酶用来生产半合成青霉素所用的中间体6一氨基青霉烷酸,胆固醇氧化酶用于检查血清中胆固醇的含量,葡萄糖氧化酶用于检查血中葡萄糖的含量等等。
1.3 微生物代谢产物发酵微生物代谢产物的种类很多,已知的有37个大类,其中16类属于药物。
发酵的概念类型
发酵的概念类型发酵是一种生物化学过程，通常指的是在无氧或低氧条件下，由微生物（如细菌、酵母菌等）产生的一系列化学变化。
发酵的主要特点是通过微生物的代谢作用，将有机物转化为其他有用的物质，同时还会产生能量。
根据发酵产物的不同，发酵可以分为多种类型。
下面将介绍几种常见的发酵类型：1. 乳酸发酵：乳酸发酵是一种无氧发酵过程，将糖类物质转化为乳酸。
这种发酵方式常见于酸奶、酸菜等食品的制作过程中。
乳酸发酵不仅能够改变食物的口味和质地，还能产生乳酸菌等有益菌群，对人体健康有一定的益处。
2. 酒精发酵：酒精发酵是一种无氧发酵过程，将糖类物质转化为酒精和二氧化碳。
这种发酵方式常用于酿酒、发酵制酒等工艺中。
酒精发酵一般是由酵母菌进行，酒精是主要的产物，同时还会产生其他挥发性物质，赋予酒类特有的香味。
3. 乳酸乳酸菌发酵：乳酸乳酸菌发酵也是一种无氧发酵过程，将糖类物质转化为乳酸和二氧化碳。
不同于一般的乳酸发酵，这种发酵方式主要通过乳酸菌进行，常见于酸奶、奶酪等乳制品的制作过程中。
乳酸乳酸菌发酵能够增强食品的保鲜性、口感和口味，并且乳酸菌还有益于人体的消化和免疫系统。
4. 产酸菌发酵：产酸菌发酵也是一种无氧发酵过程，将糖类物质转化为有机酸，如醋酸、柠檬酸等。
这种发酵方式常见于食醋、果酱、柠檬水等食品的制作过程中。
产酸菌发酵能够改变食品的酸度和口味，同时还具有一定的抑菌和防腐作用。
5. 蛋白质发酵：蛋白质发酵是一种无氧发酵过程，将蛋白质转化为氨基酸和其他有机化合物。
这种发酵方式常见于豆制品、肉制品的加工中。
蛋白质发酵能够改变食品的口感、风味和营养价值，同时还能促进蛋白质的消化和吸收。
除了以上几种类型的发酵，还有其他一些特殊的发酵过程，如酸奶菌发酵、面包酵母发酵、味精发酵等。
这些发酵过程都是基于微生物的代谢作用，通过转化有机物质获得能量和产生有用的化合物。
发酵不仅在食品加工中起着重要的作用，还在制药、化工等领域有广泛应用。
简述发酵培养的四种操作方式的概念及特点
简述发酵培养的四种操作方式的概念及特点下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。
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微生物发酵工程概述
四、微生物发酵的一般工艺过程
微生物发酵产品名 目繁多，这么多的 发酵产品生产过程 是否一样呢？在工 业流程细节上很不 相同。然而，概括 来讲其工艺流程是 相似的。如有的发 酵需氧，有的发酵 不需氧。
图3.3 微生物发酵的一般工艺过程
（一）原料选择
1、原料中碳的可利用率高； 2、发酵产率高，而且尽可能使发酵废物少； 3、原料质量好，成分稳定，污染变质少，易灭菌； 4、价格便宜、来源方便、易于贮存。 但最便宜的原料也不一定是最合适的原料，如 生产谷氨酸时，过去曾用糖蜜做原料，但因为它是 制糖中的废液，成分变化大，难以控制，所以谷氨 酸产酸率低，发酵周期长，还给产物的提取、精制 以及废水处理带来很大问题。现在我国已采用淀粉 水解成葡萄糖来生产谷氨酸。
三、按发酵动力学类型分
t图3.2
发酵动力学类型图
（一）发酵动力学及其研究内容，目的
1、发酵动力学及内容
发酵动力学是研究发酵过程中菌体生长、营 养消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律。研 究内容包括：了解发酵过程中菌体生长速率、基 质消耗和产物生成速率的相互关系，环境因素如 温度、pH、溶解氧等对以上三者的影响。
（二）淀粉水解糖的制备
淀粉是由葡萄糖组成的生物大分子，除少数霉菌和细菌可直 接利用淀粉外，目前大多数的微生物都不能直接利用淀粉，例如 在酒精酵母、抗生素生产、氨基酸生产中都要求将淀粉水解成糖。 由于水解的方法不一，葡萄糖生成量也不同。
1、淀粉水解法分为三类：酸解法、酶解法、 酸酶法或酶酸法。 （1）酸解法 ① 、工艺过程：
④控制酸水解的影响因素 a、淀粉浓度 b、酸浓度、酸种类 c、温度和时间等条件 a、淀粉浓度：一般来讲淀粉浓度越高，复合反应分解反应程 度越高。
第十章食品发酵
食品发酵
延滞期：细菌对温度的影响十分敏感，温 影响酶的活性、影响细胞内各种反应速度 度的较大变化会使延滞期变长。
一、发酵的概念
传统发酵：在我国，人们习惯把通过微生 物纯种或混种作用后，不经过单一成分的 分离提取和精制，获得的成分复杂、有较 高风味要求的食品生产称为发酵，也即酿 造。 如啤酒、葡萄酒、黄酒、白酒等酒类发酵 及酱油、食醋、酱品、豆豉、腐乳、盐渍 菜、酸泡菜、酸奶等调味和发酵食品的生 产，均称为酿造
缺
点
1.培养基含水量少，废水、废 渣少，环境污染少，容易处理 2. 能源消耗量低 , 供能设备简 易 3.培养基原料多为天然基质或 废渣，广泛易得，价格低廉 4.设备和技术较简易，较低的 投资 5. 产物浓度较高 , 后处理较方 便
1.菌种限于耐低水活性(aw)的 微生物，菌种选择性少 2.发酵速度慢，周期较长 3.天然原料成分复杂，有时变 化，影响发酵产物的质和量 4.工艺参数难以测准和控制 5. 产品少 , 工艺操作消耗劳力 多，强度大
二、发酵的一般工艺过程
原料 预处理 配料 灭菌 冷却 补料 酸碱 消泡 产品 副产物 菌种 菌种活化 种子扩培 种子罐 发酵罐 发酵液 提取精制 空气 空压机 贮气罐 油水分离 过滤器
食品发酵
食品发酵
发酵的一般工艺过程
发酵罐试验 菌种筛选
摇瓶试验
食品发酵
发酵工艺要点
发酵原料及其预处理
粉碎、酶解
食品发酵
连续发酵的概念
在开放系统中进行的。连续不断的向发酵罐中流加新鲜发酵 液，同时又连续不断的排出等量的发酵液，从而使pH、养分、 溶解氧保持恒定，使微生物生长和代谢活动保持旺盛稳定状 态的一种发酵方式。
特点：恒态。 优点：提高生产效率；质量稳定；自动控制。 缺点：营养物质利用率较低；菌种易变异；易染菌；
发酵原料及特点_概述说明以及解释
发酵原料及特点概述说明以及解释1. 引言1.1 概述发酵是一种广泛应用于食品工业的生物技术，它利用微生物、酶或细胞等生物体对原料进行代谢过程，从而产生有益的化学变化。
发酵作为一种古老而传统的方法，在人类的发展历史中扮演着重要的角色。
近年来，随着科学技术的进步和生物学研究领域的发展，对发酵的认识和应用也日益深入。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分进行阐述。
首先，引言部分介绍了发酵的概念和其在食品工业中的重要性。
接下来，第二部分将详细探讨发酵原料及其特点，包括原料概述、主要特点以及重要作用。
第三部分将解析发酵过程及机制，介绍其基本步骤、机理以及条件对产品影响的分析。
第四部分将聚焦于发酵在食品工业中的应用，简要介绍食品发酵工艺、常见食品中的发酵过程与效果，并讨论该技术在食品工业中的前景和挑战。
最后，结论部分总结了发酵原料及其特点的重要性和应用价值，并展望未来的发展方向和研究领域，并提出进一步研究的建议。
1.3 目的本文旨在全面介绍发酵原料及其特点，解析发酵过程及机制，并探讨发酵在食品工业中的应用。
通过对这些内容的详细探讨，希望能够增加读者对发酵技术的理解和认识，为相关领域的研究和实践提供参考与借鉴。
同时，本文也旨在展示发酵对于食品产业的重要性，并对未来在该领域中可能面临的挑战进行探讨。
2. 发酵原料及特点2.1 发酵原料概述发酵是一种利用微生物的代谢活动产生有用产物（如食品、药物、化学品等）的过程。
在发酵过程中，使用的原料被微生物转化为可供人类使用或直接消费的最终产品。
发酵原料可以分为两大类：有机原料和无机原料。
有机原料主要包括蔬菜、水果、肉类、奶制品以及各种含糖物质（如蔗糖、果糖等）。
这些有机原料富含碳水化合物和其他营养成分，提供了微生物进行代谢所需的基本营养素。
无机原料包括淀粉、糖浆和氮源（如氨基酸）、矿物质盐等。
这些无机原料为微生物提供能量来源和其他必需元素，促进其正常生长和代谢。
2.2 发酵原料的主要特点发酵原料具有以下几个主要特点：1. 营养丰富：发酵需要充足的能量和营养素来支持微生物的生长和代谢过程。
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发酵类型及其各自的特点？
★固态表面发酵：是在固体培养基表面生长，是最早的工业发酵形式如白酒、酱油生产等。
这种方法麻烦并效率低需大量底物用于生产，但它仍用于少量液态发酵不能完成的产品生产。
固态发酵的优点:
◇原料来源广，价格低廉；
◇在霉菌发酵时就可以防止污染杂菌；
◇能耗低；
◇固体发酵的产物回收—般步骤少，费用也省。
固态发酵的缺点:
◇大规模生产时的散热比较困难，
◇参数检测如pH值、温度、菌体增殖量、产物生成量等是很难实现的。
★液态发酵：容量大，生产效率高，适于机械化，便于工艺条件的控制，产品质量高。
根据液态发酵中对氧气的需求分为：
好氧发酵：如谷氨酸、柠檬酸、青霉素生产
厌氧发酵：如乳酸、丙酮丁醇生产
兼性厌氧发酵：如酒精生产时，前期通入一定量空气供酵母生长，后期形成缺氧环境，使乙醇大量积累
发酵类型根据生产情况可分为：
（1）分批发酵：分批发酵: 最简单的发酵形式。
优点：
操作简单
周期短
染菌的机会减少
生产过程、产品质量容易掌握
（2）批补料发酵：fed-batch：分批补料发酵的优点：
系统中能维持很低的基质浓度，从而避免快速利用碳源的阻遏效应
能够按设备的通气能力去维持适当的发酵条件
能减缓代谢有害物的不利影响
（3）分批补料发酵
分批补料发酵较单一的分批发酵中对废物浓度的升高会有积极影响是不断的稀释。
罐的利用率升高。
罐内装液量加大就可获得更高的产率。
另外，选择性的补料可用于保持发酵适当的pH 以利产物的形成。
分批补料发酵的操作控制方式：
反馈补料：控制基质浓度流加、恒pH流加、恒溶氧流加、控制比生长速率的流加；
非反馈补料：恒速流加、线性速率流加、指数流加
（4）连续发酵
⑴在分批发酵和分批补料发酵中均存在微生物生长环境变化较大的缺点。
而在连续发酵中控制的原则是保持条件始终一致。
同时保证这些条件始终最适合产物的形成这一点在分批发酵中是不可能的。
⑵最佳的连续发酵将使产物形成数量始终保持近似相同这种发酵形式的优点为产物的质量始终一致这一点对药物等代谢产物的生产是很重要的。
⑶连续发酵需许多辅助系统但其较分批发酵和分批补料发酵将获得更高的生产能力。
通常分批发酵变为连续发酵常常将使生产能力提高10-20 倍。
⑷可以减少分批培养中每次清洗、装料、消毒、接种和放罐等操作时间，提高生产效率。
（4）二次分批补料发酵：
分批补料发酵和连续发酵的混合形式
二次分批补料发酵是：分批补料发酵＋连续发酵的混合形式.
特点：
★比较分批补料发酵其优点为当部分料液放走时，罐内所剩微生物生长条件几乎保持一致。
★二次分批补料发酵的主要优点是发酵结束后生产能力非常高而通常情况下会因发酵体积问题所限。