第六章发酵工程主要设备

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【发酵工艺学总论】第六章-发酵经济学

（1）菌株选育对发酵成本的影响
▪ 一般来说，菌种选育约占生产成本的20%-60%，筛选具有优良性能的菌株和对菌株进行改良是降低生产成本的有效途径。
a 优良生产菌株的筛选
①提高筛选效率很重要分离一支有价值的菌株并不容易，通常要花费较长的时间和代价，甚至花费了大量的精力仍一无所获。
（1）菌株选育对发酵成本的影响
a 碳源（续）
▪ 在确定培养基配方时，不仅要比较它们的单耗成本，
而且还要考虑通风量与搅拌功率。（黏度、溶氧）
▪ 工业废料的利用
▪ 优点：以此作为廉价C源，主要意义在其社会效益显著，保护了环境。
▪ 缺点：经济效益不如传统原料高。
（2）发酵培养基成本分析
b 矿物质（无机盐）
▪ 原材料中矿物质所占比重一般较小，其中较高的
本章内容
一、概述二、影响发酵产品成本的主要因素的成本分析
（１）菌株选育（２）发酵培养基（３）无菌空气与通气搅拌（４）动力费（加热、冷却）（５）培养方式（６）发酵产品的分离纯化（７）发酵规模（８）市场经济信息分析及管理技术三、发酵过程的经济学评价
一、概述
菌株发酵工程原理反应过程（代谢、工艺过程及控制）
搅拌转速亦会改变，应根据工艺要求设计，使整个运转费最低。
（4）动力费（加热、冷却）成本分析
▪ 发酵生产中，需要加热与冷却的工序大体有： ▪ 培养基的加热灭菌（或者淀粉质原料的蒸煮糊化），
然后冷却到接种温度；
▪ 发酵罐及辅助设备的加热灭菌与冷却； ▪ 发酵热的冷却，发酵恒温； ▪ 产物提炼与纯化过程的蒸发、蒸馏、结晶、干燥等。 ▪ 节约冷却水用量的办法 ▪ 采用气升式发酵罐； ▪ 选育嗜热或耐热的生产菌株； ▪ 改变原料路线，少用烃类原料。

《发酵工程》课程教学大纲

《发酵工程》课程教学大纲课程名称：发酵工程课程类别：专业选修课适用专业：食品科学与工程考核方式：考察总学时、学分： 32 学时、2 学分一、课程教学目的发酵工程是整个生物技术的核心，是工业微生物实现试验室与工厂化生产的具体操作，是生物技术在生产实践中应用的原理及方法的一局部，是基因工程及酶工程等生物技术工业化的过程与方法。

因此，通过对《发酵工程》的学习，不仅把握发酵工程原理及发酵优化把握过程，而且对系统了解生物技术及其工业化应用都具有深远的意义。

另外，通过《发酵工程》试验及发酵工程各论的了解，不仅能够把握发酵工艺操作从小试到放大的具体过程及反响过程把握方法，而且进一步了解了目前发酵行业的具体产品生产工艺，从理论到方法学会发酵工程这一门技术，对发酵生产能够进展指导与分析。

二、课程教学要求通过本课程的教学，应使学生把握发酵工程学的根本学问和根本技能，了解现代生物工程技术的进展与应用状况，具备确定的微生物生产工程技能。

通过本课程的学习，使学生深刻理解发酵工程的微生物学原理，结实把握发酵工业菌种的筛选、驯化、培育与保藏，好氧、厌氧发酵工艺的调控与治理，了解发酵产品提取与精制的原理、流程及常见发酵产品的生产过程。

三、先修课程食品微生物学、生物化学。

四、课程教学重、难点重点：发酵工程的概念、特点；工业微生物菌种的退化、复壮与保藏；工业上常用作碳源、氮源的原料；淀粉水解糖的制备方法；微生物对培育基中的碳源代谢；酒精发酵机制；好氧发酵罐构造和功能；温度、 pH 和泡沫对发酵过程的影响；不同时间及染菌程度对发酵的影响；种子、空气、培育基和设备染菌及防治；细胞裂开方法及裂开率的测定；盐析法分别发酵产物。

难点：影响种子培育的因素和种子质量的把握；发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂有机酸发酵机制；染菌的检查推断及缘由分析；离子交换法原理和离子交换树指的构造与分类，膜和膜分别的根本理论。

五、课程教学方法与教学手段多媒体教学,课堂讲授与实践相结合。

发酵工程复习总结

第一章绪论传统发酵工程：利用微生物的生长和代谢活动来大量生产人们所需产品的过程理论与工程技术体系。

该技术体系主要包括菌种选育与保藏、菌种扩大生产、代谢产物的生物合成与分离纯化制备等技术集成。

现代发酵工程：是将DNA重组及细胞融合技术、酶工程技术、组学及代谢网络调控技术、过程工程优化与放大技术等新技术与传统发酵工程融合，大大提高传统发酵技术水平，拓展传统发酵应用领域和产品范围的一种现代工业生物技术体系（新一代工业生物技术）。

采用现代工程技术手段，利用天然生物体或人工改造的生物体对原料进行加工，为人类生产有用的产品，或直接把生物体应用于工业生产的过程。

发酵工程发展史：1900以前自然发酵阶段：酿造工业1900—1940 纯培养技术的建立: 固体培养基，纯粹培养1940—1950 通气搅拌纯培养发酵技术的建立: 丙酮丁醇发酵,标志：纯种培养深层发酵生产青霉素1950—1960 诱变技术与代谢控制发酵技术的建立:耗氧发酵实现规模化纯培养发酵1960—1970 开拓发酵原料时期（石油发酵时期）1970年以后进入基因工程菌发酵时期，以及细胞大规模培养技术的全面发展发酵工艺过程：1、菌种以及确定的种子培养基和发酵培养基的组成2、培养基，发酵罐和辅助设备的灭菌3、大规模的有活性、纯种的种子培养物的生产4、发酵罐中微生物最优的生长条件下产物的大规模生产5、产物的提纯、纯化6、发酵废液的处理第二章微生物菌种制备原理与技术工业微生物是生物技术产品生产的关键，而菌种又是工业微生物的核心。

发酵工业常用微生物分类：细菌、放线菌、酵母、霉菌工业微生物获得途径：1、向菌种保藏机构索取有关的菌株，从中筛选所需菌株2、由自然界采集样品，从中进行分离筛选3、从一些发酵制品中分离目的菌株自然界分离微生物的一般操作步骤：标本采集→样品预处理→目的菌富集培养→菌种分离（初筛、复筛）→菌种发酵性能鉴定→菌种保藏目的：高效地获取一株高产目的产物的微生物菌种的退化和防止：菌种退化是指整个菌体在多次接种传代过程中逐渐造成菌种发酵力或繁殖力下降或发酵产物得率低的现象。

发酵工程概要

发酵工程绪言生物工程被称为21世纪发展最为迅速的学科之一；是改变人类社会所面临的粮食、能源、癌症三大问题的最有效的武器。

而发酵工程则是生物工程重要的支柱之一。

也是同学们所学专业中非常重要的专业课程之一。

通过本课程的学习，使同学们了解并掌握发酵工程中基本理论及技能。

为同学们奠定一个较为坚实的专业基础。

可持续发展亦称“可持续发展”和“持续发展”。

1987年挪威首相布伦特兰夫人在她任主席的联合国世界环境与发展委员会的报告《我们共同的未来》中，把可持续发展定义为“既满足当代人的需要，又不对后代人满足其需要的能力构成危害的发展”，这一定义得到广泛的接受，并在1992年联合国环境与发展大会上取得共识。

我国有的学者对这一定义作了如下补充：可持续发展是“不断提高人群生活质量和环境承载能力的、满足当代人需求又不损害子孙后代满足其需求能力的、满足一个地区或一个国家的需求又不损害别的地区或国家人群满足其需求能力的发展”。

还有从“三维结构复合系统”出发定义可持续发展的。

美国世界观察研究所所长莱斯特R.布朗教授则认为,"持续发展是一种具有经济含义的生态概念……一个持续社会的经济和社会体制的结构，应是自然资源和生命系统能够持续维持的结构。

微生物是人们用肉眼看不见的生物。

它与其它生物共同生活在我们的自然界中。

当你清晨起床后，深深吸一口清新的空气，喝一杯可口的酸奶，品尝着美味的面包或馒头的时候，你就已经开始享受到了微生物给你带来的恩惠；当你因患感冒或其他某些疾病而躺在医院的病床上，经受病痛的折磨时，那便是有害的微生物侵蚀了你的身体；但当白衣护士给你服用（或注射）抗生素类药物，使你很快恢复了健康时，你得感谢微生物给你带来的福音，因为抗生素是微生物的“奉献”….这些都是微生物通过发酵在为我们服务。

我们在以往的学习中已经学习了普通微生物学的知识和理论。

应该说我们大家对微生物的基本特性和微生物学的基本理论有了基本的了解。

为我们学习其它微生物学包括我们今天开始学习的“发酵工程学”打下了很好的基础。

发酵工程及设备教案

一、教案基本信息教案名称：发酵工程及设备教案课时安排：45分钟教学目标：1. 了解发酵工程的定义和基本概念。

2. 掌握发酵过程中常用的微生物和发酵设备。

3. 理解发酵工程在食品工业中的应用。

教学方法：1. 讲授：讲解发酵工程的定义、原理和应用。

2. 互动：引导学生思考发酵过程的微生物和设备的选择。

3. 案例分析：通过具体的食品发酵案例，让学生更好地理解发酵工程的应用。

教学准备：1. 发酵工程的PPT课件。

2. 相关的食品发酵案例资料。

二、教学过程1. 导入（5分钟）通过提问方式引导学生思考：什么是发酵？发酵在食品制作中有什么作用？2. 讲解发酵工程的定义（5分钟）讲解发酵工程的定义，包括发酵过程的基本原理和应用领域。

3. 介绍发酵过程中常用的微生物（10分钟）介绍发酵过程中常用的微生物，如酵母菌、乳酸菌等，并讲解它们在发酵过程中的作用。

讲解发酵设备的种类及作用，包括发酵罐、生物反应器等，并介绍它们在发酵过程中的应用。

5. 发酵工程在食品工业中的应用（10分钟）通过具体的食品发酵案例，讲解发酵工程在食品工业中的应用，如啤酒发酵、酸奶制作等。

6. 互动环节（5分钟）引导学生思考发酵过程的微生物和设备的选择，以及发酵工程在食品工业中的重要性。

7. 总结与作业布置（5分钟）总结本节课的重点内容，布置作业，要求学生复习发酵工程的定义、微生物和设备，并思考发酵工程在食品工业中的应用。

三、教学反思本节课通过讲解发酵工程的定义、微生物和设备，以及发酵工程在食品工业中的应用，使学生了解了发酵工程的基本概念和原理。

通过互动环节，引导学生思考发酵过程的微生物和设备的选择，提高了学生的参与度。

但在授课过程中，需要注意把握讲解的深度和广度，确保学生能够更好地理解和掌握发酵工程的知识。

四、作业布置1. 复习发酵工程的定义、微生物和设备。

2. 思考发酵工程在食品工业中的应用，并结合实际案例进行分析。

3. 预习下一节课的内容：发酵工程的实例及发展趋势。

发酵工程教案(打印)

发酵工程教案(打印)第一章：发酵工程的概述1.1 发酵工程的定义发酵工程的概念发酵工程的组成1.2 发酵工程的应用领域食品工业制药工业生物化工1.3 发酵工程的发展历程传统发酵技术现代发酵工程技术第二章：发酵过程的微生物学基础2.1 发酵微生物的分类与特性细菌真菌放线菌2.2 发酵微生物的培养与筛选培养基的选择与制备微生物的分离与纯化2.3 发酵微生物的代谢调控微生物的生长曲线微生物的代谢途径第三章：发酵设备的类型与选择3.1 发酵设备的类型大型发酵罐生物反应器膜分离设备3.2 发酵设备的选择原则生产规模产品特性经济效益3.3 发酵设备的运行与维护设备的启动与停止设备的清洗与消毒设备的故障处理第四章：发酵过程的控制与管理4.1 发酵过程的控制参数温度pH值溶氧量营养物质4.2 发酵过程的控制技术自动控制系统反馈控制系统计算机控制系统4.3 发酵过程的管理与优化生产计划的制定发酵条件的优化生产过程的质量控制第五章：发酵工程的案例分析5.1 乳酸菌发酵工程案例酸奶的生产泡菜的制作5.2 酵母菌发酵工程案例啤酒的生产葡萄酒的制作5.3 放线菌发酵工程案例抗生素的生产维生素的生产第六章：发酵工程的安全与环保6.1 发酵工程的安全问题微生物的危害生物安全措施发酵罐的安全操作6.2 发酵过程中的污染控制污染的来源污染的检测与控制清洁生产技术6.3 发酵工程的环保问题废水处理废气处理固体废弃物处理第七章：发酵工程的产业化应用7.1 发酵工程在食品工业的应用面包酵母的生产乳酸菌的产业化7.2 发酵工程在制药工业的应用抗生素的产业化维生素的产业化7.3 发酵工程在其他领域的应用生物燃料的生产生物材料的产业化第八章：发酵工程的研发与创新8.1 发酵工程的新技术发展重组DNA技术基因工程技术合成生物学技术8.2 发酵工程的新设备开发高通量筛选设备生物反应器的设计自动化控制系统8.3 发酵工程的产业化挑战与机遇产业化过程中的问题产业化发展的趋势产业化政策的分析第九章：发酵工程的实例分析与评价9.1 发酵工程案例分析某乳酸菌产品的生产某抗生素的生产9.2 发酵工程项目的评价技术与经济评价环境与社会影响评价风险评价9.3 发酵工程的发展前景与建议行业发展趋势技术创新方向政策与支持措施第十章：发酵工程的实验操作10.1 发酵实验的基本操作菌种的制备与保藏发酵液的制备发酵过程的监控10.2 发酵实验的设计与优化实验设计方法发酵条件的优化实验结果的分析10.3 发酵实验的操作技能培养实验操作的安全规范实验设备的操作与维护实验数据的准确记录与处理重点和难点解析重点环节一：发酵微生物的分类与特性重点掌握不同类型发酵微生物的分类、特点及应用领域。

发酵工程教案(打印

发酵工程教案（打印）第一章：发酵工程的概述1.1 发酵的定义和意义1.2 发酵工程的起源和发展1.3 发酵工程的研究内容和应用领域第二章：发酵过程的基本原理2.1 微生物的生长与代谢2.2 发酵条件的控制2.3 发酵过程中的物质变化第三章：发酵设备及其设计3.1 发酵罐的设计与选择3.2 发酵过程的自动化控制3.3 发酵设备的清洗与消毒第四章：发酵条件的优化与控制4.1 发酵条件的优化方法4.2 发酵过程的监控与控制4.3 发酵过程中的问题与解决方法第五章：发酵工程的应用实例5.1 微生物肥料的生产与应用5.2 生物农药的发酵生产5.3 食品工业中的发酵应用第六章：发酵工程在药品生产中的应用6.1 抗生素的发酵生产6.2 维生素的发酵生产6.3 重组蛋白的发酵生产第七章：生物化工领域的发酵工程7.1 氨基酸的发酵生产7.2 有机酸的发酵生产7.3 生物酶的发酵生产第八章：发酵工程在环保领域的应用8.1 生物滤池技术8.2 生物脱硫技术8.3 生物降解技术第九章：发酵工程的产业化与发展9.1 发酵工程的产业化流程9.2 发酵工程的技术创新与挑战9.3 我国发酵工程产业的发展现状与趋势第十章：发酵工程的可持续发展10.1 发酵工程与资源利用10.2 发酵工程与环境保护10.3 发酵工程的循环经济模式第十一章：发酵工程在生物制药中的应用11.1 重组蛋白药物的发酵生产11.2 疫苗的发酵生产11.3 基因治疗的发酵工程应用第十二章：发酵工程技术在农业中的应用12.1 微生物肥料的发酵生产12.2 生物农药的发酵生产12.3 动物疫苗和生物兽药的发酵生产第十三章：发酵工程在生物能源中的应用13.1 燃料酒精的发酵生产13.2 生物柴油的发酵生产13.3 生物气体的发酵生产第十四章：发酵工程在生物材料中的应用14.1 发酵生产生物塑料14.2 发酵生产生物纤维14.3 发酵生产生物复合材料第十五章：发酵工程的案例分析与实践操作15.1 发酵工程案例分析15.2 发酵工程的实践操作技巧15.3 发酵工程的实验设计与数据分析重点和难点解析本文教案涵盖了发酵工程的概述、基本原理、设备设计、条件优化与控制、应用实例、药品生产、生物化工、环保领域应用、产业化发展、技术创新、可持续发展以及案例分析和实践操作等多个方面。

发酵车间设备介绍

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隔膜式截止阀
隔膜式截止阀的特点与截止阀类似但密封性、无菌的可靠性更优于截止阀。
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安全阀
弹簧安全阀的开启、关闭动作是依靠其进口端的介质压力变化和弹簧预紧力来使阀芯自动开启及关闭。当介质压力（内压）升高到提升力比弹簧预紧力大时，阀芯克服弹簧预紧力自动开启，泄放多余的介质，使内压下降，又由于弹簧力的作用，当内压降至安全值时，阀芯自动关闭，泄放停止。
搅拌轴全长：5.5米（两根）直径：265*11 毫米材质：304 特点：空心轴
空心轴与实心轴
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空心轴与实心轴
空心轴与实心轴在强度相等和所受外力相等的情况下，空心轴的用钢量是实心轴的39.5%。因为实心轴的剪应力分布不均匀，靠近轴心位置剪应力很小，材料的强度远没有被利用。公式：τρ=
τρ: ρ点剪切应力、: Mnρ：ρ点扭矩、IP:横截面对圆心的极惯性矩。
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搅拌桨
共计四层，一、二、三层为4叶涡轮桨叶，底层桨叶为六叶“管叶”涡轮桨叶。上三层桨叶主要产生轴向液体流动，底层产生径向液体流动。
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打料泵
离心泵：属于动力式（叶轮式）泵的一种，他们是籍高速旋转的叶轮使流体获得能量。螺杆泵：属于容积式（正正位移式）泵的一种，他们是利用活塞或转子的挤压使流体升压以或得能量。
减压阀
定义：用节流方法使出口压力低于进口压力, 并保持出口压力近于恒定的压力控制阀。
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气动调节阀
组成: 包括气动执行机构和阀门类型: 快开型、直线型、等比型、和抛物线型。
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阀门巡检与维护
故障点
盘根处两端法兰内漏阀柄处阀体连接处内漏
处理办法
压紧盘根压兰，更换盘根禁锢螺栓、更换垫片清除阀腔内异物、更换阀门禁锢螺母、更换密封垫禁锢螺母、更换密封垫压紧密封用锁母、清理密封垫、更换密封垫

无菌空气制备

第六章空气除菌的工艺及设备在发酵工业中，绝大多数是利用好气性微生物进行纯种培养，空气则是微生物生长和代谢必不可少的条件。

但空气中含有各种各样的微生物，这些微生物随着空气进入培养液，在适宜的条件下，它们会迅速大量繁殖，消耗大量的营养物质并产生各种代谢产物；干扰甚至破坏预定发酵的正常进行，使发酵产率下降，甚至彻底失败。

因此，无菌空气的制备就成为发酵工程中的一个重要环节。

空气净化的方法很多，但各种方法的除菌效果、设备条件和经济指标各不相同。

实际生产中所需的除菌程度根据发酵工艺要求而定，、既要避免染茵，又要尽量简化除菌流程，以减少设备投资和正常运转的动力消耗。

本章将讨论合理选择除菌方法，决定除菌流程以及选用和设计满足生产需要的除菌设备等。

第一节空气中微生物的分布和发酵工业对空气无菌程度的要求一、无菌空气的概念发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会。

此种空气称为“无菌空气”。

二、空气中微生物的分布通常微生物在固体或液体培养基中繁殖后，很多细小而轻的菌体、芽孢或孢子会随水分的蒸发、物料的转移被气流带入空气中或粘附于灰尘上随风飘浮，所以空气中的含菌量随环境不同而有很大差异。

一般干燥寒冷的北方空气中的含菌量较少，而潮湿温暖的南方则含菌量较多；人口稠密的城市比人口少的农村含菌量多；地面又比高空的空气含菌量多。

因此，研究空气中的含菌情况，选择良好的采风位置和提高空气系统的除菌效率是保证正常生产的重要内容。

各地空气中所悬浮的微生物种类及比例各不相同，数量也随条件的变化而异，一般设计时以含量为103~104个／m3进行计算。

三、发酵对空气无菌程度的要求各种不同的发酵过程，由于所用菌种的生长能力、生长速度、产物性质、发酵周期、基质成分及pH值的差异，对空气无菌程度的要求也不同。

如酵母培养过程，其培养基以糖源为主，能利用无机氮，要求的pH值较低，一般细菌较难繁殖，而酵母的繁殖速度又较快，能抵抗少量的杂菌影响，因此对无菌空气的要求不如氨基酸、抗生素发酵那样严格。

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