发酵工程总结版

发酵工程期末复习

名词解释：

1.发酵工程是发酵原理与工程学的结合,是研究生物细胞参与的工艺过程的的原理和科学,是研究利用生物材料生产有用物质服务于人类的综合性科学技术。

2.分批培养：是指在一个密闭系统内，投入有限数量的营养物质后接入少量微生物菌种进

行培养，使微生物生长繁殖，在特定条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。

3.连续培养：是指以一定的速度向培养系统内添加新鲜培养基，同时又以相同的速度流出

培养液，从而使培养系统内培养液的量维持恒定，微生物细胞能在近似恒定状态下生

长的发酵方式。

4.补料分批培养：是指在分批培养过程中，间歇或连续地补加新鲜培养基的培养方法

5.液化：用α-淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖。

6.糖化：用糖化酶（又称葡萄糖淀粉酶）将糊精和低聚糖转化为葡萄糖

7.糊化：在温水中，当淀粉颗粒无限膨胀形成均一的粘稠液体的现象，称为淀粉的糊化。此时的温度称为糊化温度。

8.老化：分子间已断裂的氢键、糊化淀粉又重新排列形成新的氢键的过程，也就是复结的过程。

9.间歇灭菌

间歇灭菌就是将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行灭菌的操作过程，也称分批灭菌或实罐灭菌。

10.连续灭菌将配制好的培养基在向发酵罐输送的同时加热、保温和冷却，进行灭菌。

11.呼吸强度（比耗氧速率）QO2：单位质量干菌体在单位时间内消耗氧的量。

单位：mmolO2/（kg干菌体h）。

12.摄氧率γ（耗氧速率）：单位体积培养液在单位时间内消耗氧的量。单位：

γ=QO2__——细胞浓度，kg(干重)/m3

13.临界氧浓度

微生物的耗氧速率受发酵液中氧的浓度的影响，各种微生物对发酵液中溶氧浓度有一个最低要求，即不影响呼吸所允许的最低溶氧浓度，称为临界氧浓度，以C临界表示

14.静电除菌：利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘灭菌的目的。

15.辐射灭菌：利用各种射线或超声波破坏蛋白质等生物活性物质，从而起到灭菌作用。

16.介质过滤：使空气通过能透过空气的多孔介质将空气所携带的尘、菌截阻。17.布朗扩散截留：布朗扩散的运动距离短，在较大的气速、较大的纤维间隙中不起作用，但在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中布朗扩散作用增加了微粒与纤维的接触滞留机会。

拦截截留：当气流速度在临界速度以下，颗粒仍然随气流运动，在纤维周边形成一层边界滞留区，在滞流区内气流速度更慢，进入滞留区的颗粒缓慢接近纤维，并与之接触，由于摩擦、粘附作用而被滞留。18.惯性撞击截留：当含有微生物颗粒的空气通过滤层时，空气流仅能从纤维间的间隙通过，由于纤维纵横交错，层层叠叠，迫使空气流不断改变运动方向和速度。由于微生物颗粒的惯性大于空气，因而当空气流遇阻而绕道前进时，微生物颗粒未能及时改变它的运动方向，而撞击并被截留于纤维的表面。

19.耗氧速率：指生物和微生物进行有氧呼吸作用所消耗氧气的速率

20.临界氧浓度：指不影响菌的呼吸所允许的最低氧浓度。

21发酵动力学是研究发酵过程中菌的生长速率、培养基的消耗速率和产品形成速率的相互作用和随时间变化的规律。

22基质比消耗速率(qs，g(或mo1)／g菌体h)：指每克菌体在一小时内消耗营养物质的量。它表示细

胞对营养物质利用的速率或效率。在比较不同微生物的发酵效率上这个参数很有用。

23.产物比生产速率(qp，g(或mo1)／g菌体h)：指每克菌体在一小时内合成产物的量，它表示细胞合成产物的速度或能力，可以作为判断微生物合成代谢产物的效率。

24.得率系数：是指每消耗1g(或mo1)基质(一般指碳源)所产生的菌体重(g)。

25.分批培养（batchculture）指在一个密闭系统内，投入有限数量营养物质后，接入少量的微生物菌种进行培养。使微生物生长繁殖，在特定条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。

26.牛顿型流体：凡是流体特性服从牛顿粘性定律的流体称为牛顿行流体。酵母和细菌培养液多属于牛顿流体。

27.生物反应器：是指任何提供生物活性环境的制造或工程设备。在一种情况下，生物反应器是一个进行涉及到生物或生物化学活性物质由特定的生物生产出来的化学过程的容器。

28.发酵罐：用于培养微生物或细胞的封闭容器或生物反应装置。可用于研究、分析或生产。有多种在材料、大小和形状上各异的产品。最常用的为全搅拌罐式反应器。

29.发酵染菌是指在发酵培养过程中侵入了有碍生产的其他微生物。

各章节要点

第一篇工业微生物和发酵工业原料（第二章至第四章）

1发酵生产过程和化工生产相比其特点为：

1发酵生产过程通常是在常温常压下进行，操作条件较温和，设备要求相对较低。

2生产所用的原料主要以农副产品及其加工产品为主，基本属于可再生生物资源

3反应过程中以生命体自动调节方式进行，数十个反应过程可像单一的反应过程一样在单一生物反应器中进行。可生产结构复杂的有用物质，能搞选择性的进行复杂化合物在特定部位的氧化，还原，官能团导入等反应。

4.投资相对较少，见效快，具有经济与效能统一性。

2发酵工业生产流程：1原料预处理2培养及配置

3发酵设备和培养基灭菌（实罐灭菌：121’C保温20~30min,也可采用连续灭菌）

4无菌空气制备（高空采风—压缩机加压—加热灭菌）

5微生物菌种制备和扩大6发酵7发酵产品的分离与纯化

3工业发酵步骤和工艺流程

(1)用作培养菌种及扩大生产的发酵罐的培养基的配制

(2)培养基、发酵罐以及辅助设备的消毒灭菌

(3)将已培养好的有活性的纯菌株以一定量转接到发酵罐中

(4)将接种到发酵罐中的菌株控制在最适条件下生长并形成代谢产物

(5)将产物抽提并进行精制，以得到合格的产品

(6)回收或处理发酵过程中产生的废物和废水

4微生物工程工业生产水平的三个决定要素:生产菌种的性能，发酵和提取工艺条件生产设备5工业常用微生物

细菌：枯草杆菌，短杆菌，大肠杆菌

酵母：酿酒酵母（啤酒，葡萄酒），酒精酵母，假丝酵母

霉菌：黑曲霉，土曲霉，米曲霉，红曲霉，根霉，木霉，青霉

放线菌：单孢菌

其他：藻类

6微生物工业对菌种的要求：

能在廉价原料制备的培养基上迅速生长和生成所需的代谢产物产量高。

培养条件易于控制

生长迅速，发酵周期短

满足代谢控制的要求

抗噬菌体能力强

菌种不易变异退化

安全性（不是病源菌，不产毒素）

7种子制备的过程大致可分为：

实验室种子制备阶段：固体培养基培养孢子，液体培养法

生产车间种子制备阶段：1种子罐接种：微孔接种法,火焰保,压差法

2种子罐级数的确定,种子罐级数：是指制备种子需扩大培养的次数，取决于：

菌种生长特性、孢子发芽及菌体繁殖速度；所采用发酵罐容积

8种子扩大培养的方法：

①表面培养法

②固体培养法

③液体培养法（三角瓶摇床震荡或转式培养）

④载体培养法

9常用液体深层培养法：①放大法②两步法③控制培养法④分批培养法(间歇发酵法)⑤连续培养法⑥

补料分批培养法(流加法)

10影响种子质量因素：1培养基2种龄与接种量3培养温度与湿度4pH5通风与搅拌6泡沫7杂菌控

11泡沫危害：影响微生物对氧的吸收；妨碍CO2的排除；减少设备利用率（有效容积减少）；造成跑料，导致染菌；

12种子异常分析：菌种生长速度，过快或过慢菌丝结团菌丝粘壁

14淀粉水解糖的制备方法和原理

（一）酸解1.水解过程：

总反应式：(C6H10O5)n+nH2OnC6H12O6

过程：(C6H10O5)n(C6H10O5)_C12H22O11C6H12O6

淀粉糊精麦芽糖葡萄糖

H+对作用点无选择性，-1,4-糖苷键和-1,6-糖苷键均被切断。

（二）酶解法淀粉酶解法分两步：

淀粉糖化及糖化终点的控制：

（1）糖化的温度及pＨ值：决定于所用的糖化剂的性质。

（2）加酶量：

（3）液化液DE值的影响：在碘试本色的前提下，液化液DE值越低，则糖化液DE值越高。

（4）异淀粉酶的影响

液化程度的控制：

测定DE值

DE值高，糊精太小，不利于糖化酶作用，影响催化效率，终点DE值低。DE值低，液化不彻底，糖化速度慢，酶用量大，时间长，过滤性能差。

糖化终点：终点确定：DE值达最高时，加热灭酶

方法：无水乙醇滴入糖化液，无白色沉淀则达到糖化终点

14灭菌的原理和方法

干热灭菌法：原理：利用高温对微生物有氧化、蛋白质变性和电解质浓缩作用而

杀灭微生物。常用方法：灼烧和电热箱加热，140-180℃1-2小时

湿热灭菌法：原理：蒸汽冷凝放出大量潜热，具有穿透力，且在高温有水分条件下，蛋白质易变性。方

法：水煮常压灭菌：100℃饱和蒸汽灭菌：一般121℃，30分钟

射线灭菌法：原理：利用高能量的电磁辐射与菌体核酸的光化学反应造成菌体死亡。常用：紫外线、_

射线和γ射线。

化学药品灭菌法原理：药物与微生物细胞中的成分反应，使蛋白质变性、酶失活.

过滤除菌法原理：利用微生物不能透过滤膜除菌

方法:0.01~0.45m孔径滤膜，

15影响培养基灭菌的因素：在影响培养基灭菌的因素中，除了灭菌温度和时间外，还有以下影响因素：

1.培养基成分：

◆油脂、糖类、蛋白质增加耐热性，灭菌时间长；

◆高浓度的盐类、色素等则削弱其抗性

2.培养基物理状态：

◆固体培养基的灭菌时间要比液体培养基的灭菌时间长

3、pH◆微生物在pH6.0～8.0范围内耐热性最大

◆pH低于6.0时，氢离子极易渗入微生物细胞，从而改变细胞的生理反应而促进其死亡，故培养基酸度愈高，则所需的杀菌时间愈短

4、培养基中微生物数量

5.微生物细胞含水量：

◆一定范围含水越多蛋白质凝固温度越低，越易被杀死。

6.微生物细胞菌龄：

7.耐热性：

8.泡沫：◆泡沫中的空气形成隔热层，对灭菌极为不利，可加入少量消泡剂。

第四章无菌空气的制备

1无菌空气获得方法：

辐射灭菌：利用Uv、_-ray、超声波杀菌

热灭菌法

静电除尘、除菌

介质过滤

2空气过滤除菌的原理（绝对过滤、深层介质过滤）

惯性冲击截留作用；拦截截留作用；布朗扩散截留作用；重力沉降作用；

静电吸引作用。

3介质过滤效率

滤层所滤去的微粒数与原有微粒数之比称为过滤效率，用表示，是衡量过滤设备过滤能力的指标。=（N1--N2）/N1=1－P

N1—过滤前空气中的微粒含量（个）；

N2—过滤后空气中微粒含量（个）；

N2/N1—过滤后过滤前空气中微粒数的比值，称为穿透率P

4影响介质过滤效率的因素

纤维直径

介质填充厚度

介质填充密度

空气流速

5提高过滤除菌效率的措施

减少进口空气的含菌数量

设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤介质。

合理的空气预处理工艺流程，以达到除油、水和杂质的目的。

降低进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过滤介质能在干燥状态下工作

稳定压缩空气的压力，采用合适容量的贮气罐。

6空气预处理

目的:1）提高压缩前空气的洁净度2）去除压缩后空气中的油和水

7制备无菌空气的大致过程

吸入空气----前过滤----空气压缩机----压缩空气至适当温度---分离除去油和水---加热至适当温度，相对湿度为50%—60%---空气过滤器---无菌空气

8溶解氧控制的意义

溶解氧浓度对细胞生长和产物合成的影响可能是不同的，所以必须了解长菌阶段和代谢产物形成阶段的最适需氧量。

空气中的氧在发酵液中的溶解度很低，大量经过净化处理的无菌空气在给发酵液通气过程中因溶解少，而被浪费掉。因此必须设法提高传氧效率。

第二篇发酵工程机理（第五章至第七章）

1、供氧方面的阻力

1）气膜阻力（1/kG）：为气体主流及气-液界面的气膜阻力，与空气情况有关。

2）气液界面阻力（1/kI）：与空气情况有关，只有具备高能量的氧分子才能透到液相中去，而其余的则返回气相。

3）液膜阻力（1/kL）：为从气-液界面至液体主流间的液膜阻力，与发酵液的成分和浓度有关

4）液流阻力（1/kIB）：液体主流中传递的阻力；也与发酵液的成分和浓度有关。

2、耗氧方面的阻力

1）细胞周围液膜阻力（1/kIC）

与发酵液的成分和浓度有关。

2）固液界面的传递阻力1/kIS

与微生物的生理特性有关。

3）菌丝丛或细胞团内的扩散阻力（1/kA）

与微生物的种类、生理特性状态有关。

4）细胞壁的阻力（1/kW）：

与微生物的生理特性有关。

5）细胞内反应阻力（1/kR）：

与微生物的种类、生理特性有关。

3溶氧传递系数的测定方法

（1）亚硫酸盐氧化法

（2）取样极谱法

(3)物料衡算法

对发酵液中的氧进行物料衡算

（4）动态法

发酵过程中停止通气片刻，人为制造一个不稳定状态来求KLa。

优点：可以测定真实培养状态下发酵液中溶解氧浓度，并可计算出溶氧系数。

缺点：人为停止通气后的情况与在发酵罐中连续通气的实际情况会有一定的差异，而且停止通气会影响微生物的正常生长，因而存在一定的误差。

(5)复膜电极法

4影响氧传递速率的主要因素

据氧传质方程OTR=KLa(C-CL)

影响供氧的主要因素是推动力(C-CL)和体积氧传递系数KLa。

①设备参数发酵罐的形状，结构（几何参数）搅拌器，空气分布管（几何参数）

搅拌：转速N，搅拌功率PG

②操作条件通气：空气线速度发酵液体积V，液柱高度HL

③发酵液的性质：如影响发酵液性质的表面活性剂、离子强度、菌体量.

5溶解氧连续检测的意义

溶解氧的大小是发酵过程控制的重要参数。

在发酵过程中连续测定发酵液中溶解氧浓度的变化，可随时掌握发酵过程的供氧、需氧情况，为准确判断设备的通气效果提供可靠数据，以便有效控制发酵过程，这实现发酵过程的自动化控制创造条件。6溶解氧的测定方法

7控制溶解氧的工艺手段

1.改变通气速率（通气量的改变）

在低通气量的条件下，增大通气量对提高Kla效果明显

在通气量已经很大的条件下，再增大通气量，效果不明显，甚至会产生副作用。

2.改变搅拌速度较明显的增加Kla

通气泡沫被充分粉碎，增加了有效气液接触面积；

使气泡周围的液膜和菌体周围的液膜厚度减小，并延长了气泡在液体中的停留时间

3、改变气体组成中的氧分压

即改变了空气中的氧浓度，因而提高了C值，从而提高了供氧能力。该法在动植物培养体系中，已用于短时间提高溶氧。

4、改变罐压效果有限

5、改变发酵液的理化性质

6、加入传氧中间介质

气膜阻力：

液膜阻力：

传递阻力：

双膜理论：

溶氧传递系数Kla:

摄氧率：单位时间内单位体积培养液中微生物摄取氧的量

第六章、微生物发酵机理

一、酒精甘油发酵机制

1.酵母菌的酒精发酵

酿酒酵母能够通过EMP途径进行同型酒精发酵，即由EMP途径代谢产生的丙酮酸经过丙酮酸脱氢酶催化脱羧放出CO2，同时生成乙醛，乙醛接受糖酵解过程中释放的NADH+H+被还原成乙醇。这是一个低效的产能过程，大量能量仍然贮存于乙醇中，其总反应为：

2．细菌的酒精发酵

少数假单孢杆菌能利用葡萄糖经ED途径进行酒精发酵。

3.甘油的发酵机制

1.亚硫酸盐法甘油发酵（酵母菌的II型发酵）

酵母菌在酒精发酵时，如加入亚硫酸氢钠等盐类，它能与乙醛起加成作用，生成难溶的结晶状亚硫酸纳加成物，这样就使乙醛不能作为受氢体，而迫使磷酸二羟丙酮作为受氢体，在α-磷酸甘油脱氢酶（NAD为辅酶）催化下生成α-磷酸甘油，后者在α-磷酸甘油磷酸酯酶催化下生成α-甘油。

2.碱法甘油发酵（酵母菌的III型发酵）

酒精酵母的发酵液在保持碱性（pH7.6以上）的条件下，乙醛不能作为正常的受氢体，乙醛在碱性溶液里2分子乙醛之间发生歧化反应，相互氧化还原，生成等量的乙醇和乙酸。此时，由3－磷酸甘油醛脱氢生成的NADH+H+用来还原磷酸二羟丙酮，并进而生成甘油．

碱法甘油发酵的产品有甘油、乙醇、乙酸，也不产生ATP，所以此法只能在酵母的非生长情况下进行发酵。

二、乳酸发酵机制

分为同型乳酸发酵和异型乳酸发酵两种类型，前者发酵产物只有乳酸，后者的产物除乳酸还有乙醇和CO2。两者的发酵菌种不同，发酵机制也不同。

同型乳酸发酵是乳酸菌利用葡萄糖经酵解途径生成丙酮酸。由于大多数乳酸菌不具有脱羧酶，

因此酮酸

不能脱酸生成乙醛，而在乳酸脱氢酶氧化下（需还原型辅酶Ⅰ）丙酮酸为受氢体被还原为乳酸。

异型乳酸发酵以磷酸酮途径进行糖代谢的微生物，葡萄糖发酵产物除生成乳酸之外还有比例较高的乙醇和CO2。：6-磷酸葡萄糖酸径和双歧途径。

四、醋酸发酵机制

三个阶段：1原料（淀粉）的液化与糖化2酒精发酵3醋酸发酵。

1.醋杆菌发酵酒精成醋酸

乙醇向醋酸转化是分两步进行的，中间产物是乙醛。

2.热醋酸梭酶生产生产醋酸。

热醋酸梭菌在发酵糖类时，由糖到醋酸一步完成，该菌没有氢化酶活性，不能利用氢气。可以将CO2还原为醋酸。CO2是通过甲酰四氢叶酸（THF）和类咕啉蛋白形成醋酸的。

五、氨基酸发酵的代谢控制

1.控制发酵的环境条件

2.控制细胞渗透性(措施：通过加表面活性剂或青霉素来增进细胞膜通透性。)

3.控制旁路代谢

4.降低反馈作用物的浓度：

5.消除终产物的反馈抑制与阻遏：抗氨基酸结构类似物突变株

6.促进ATP的积累，以利于氨基酸的生物合成

六、谷发酵机制

谷族氨基酸的生物合成途径有EMP途径、HMP途径、TCA循环、乙醛酸循环和CO2固定反应。谷产生菌大多为生物素缺陷型，谷发酵时通过控制生物素亚适量，使最后一代细菌细胞变型拉长，改变了细胞膜的通透性，引起代谢失调。使谷得以积累。谷高产菌应丧失或仅有微弱的α-酮戊二酸脱氢酶活力，使α-酮戊二酸不能继续氧化。

谷产生菌的生化特征

1生物素缺陷型

2具有CO2固定反应的酶系

3.α-酮戊二酸脱氢酶酶活性微弱或丧失

4.菌体有强烈的L-谷脱氢酶活性

5.谷产生菌体内的NADPH氧化能力欠缺或丧失

七、核苷酸发酵机制

嘌呤核苷酸的生物合成途径

全合成途径

补救合成途径

第七章发酵动力学

二、生物反应和动力学分类

（1）根据菌体生长与产物形成是否偶联分类：

①偶联型②非偶联型③混合型

（3）根据反应形式分类

①简单反应型;

②并行反应型;

③串联反应型;

④分段反应型;

⑤复合型

三.发酵方法

1.分批发酵法：分批发酵：准封闭培养，指一次性投料、接种直到发酵结束，属典型的非稳态过程。分批发酵过程中，微生物生长通常要经历停滞期、对数生长期、稳定期和衰亡期四个阶段

2.补料分批发酵法

在发酵过程中，不连续地向发酵罐内加入培养基。

优点：（1）使发酵系统中维持很低的基质浓度；

（2）避免培养基积累有毒代谢物

3.连续发酵：

在发酵过程中，连续向发酵罐流加培养基，同时以相同流量从发酵罐中取出培养液。

连续发酵特点：

添加培养基的同时，放出等体积发酵液，形成连续生产过程，获得相对稳定的连续发酵状态。连续发酵类型：

1.开放式连续发酵：

2.封闭式连续发酵：菌体仍然保留在发酵罐内，它不会随着发酵液流出发酵罐。

3.透析膜连续发酵：采用微孔有机膜将发酵设备分隔，只让发酵产物通过，而菌体细胞不能通过。

四、分批培养（batchculture）指在一个密闭系统内，投入有限数量营养物质后，接入少量的微生物菌种进行培养。使微生物生长繁殖，在特定条件下只完成一个生长周期的微生物培养方法。细胞在分批培养过程中各个生长阶段的细胞特征。

1、停滞期：适应新环境的过程，细胞个体增大，合成新的酶和细胞物质，细胞数量很少增加，微生物对不良环境的抵抗力降低。当接种的是饥饿或老龄的微生物细胞，或新鲜培养基培养不丰富时停滞期将延长。

2、对数生长期:细胞活力很强，生长速率达到最大值且保持稳定，生长速率大小取决于培养基的营养和环境。

3、稳定期：随着营养物质的消耗和产物的积累，微生物的生长速率下降。并等于死亡速率，系统中活菌的数量基本稳定。

4、衰亡期：在稳定期开始以后的不同时期内，由于自容酶的作用或产物的影响，式细胞破裂死亡。细胞得率系数：消耗1g营养物质生成的细胞的质量。单位为克。

产物得率系数：消耗1g营养物质生成的产物的质量。单位为克。

五、分批培养过程的生产率

第三篇发酵工程的过程控制（第八章至第十章）

第八章发酵设备与反应器

一、反应器的分类

根据生物作用剂的不同分为：酶催化反应器和细胞反应器

根据细胞或组织的代谢要求等可分为：

厌氧生物反应器

好氧生物反应器

光照生物反应器

膜生物反应器

二、反应器的设计目标和原则

基本条件：1.严密的结构；

2.良好的液体混合性能；

3.较高的传质、传热性能；

4.结构简单，能耗低；

5.配备而又可靠的检测和控制仪表。

反应器设计原则：

（1）生物反应器应具有适宜的径高比；

（2）能承受一定的压力；

（3）有搅拌通风装置的反应器，应当能使气液固三相充分混合，满足物料必须的溶氧需求；

（4）反应器应具有良好的循环冷却和加热系统

（5）反应器应尽量减少死角；

（6）尽量减少法兰连接，防止法兰移位，先达成污染；

（7）保证灭菌工作的顺利进行，培养系统中已灭菌部分与未灭菌部分之间不能直接连通。

三、微生物细胞反应器——发酵罐

（一）、密闭厌氧式发酵罐：酒精啤酒丙酮丁醇乳酸等。

1、啤酒发酵罐。

圆筒体锥底发酵罐的特点

加速发酵，C.C.T发酵和传统发酵相比，由于发酵基质(麦汁)和酵母对流获得强化，可加速发酵。罐本身具有冷却装置，便于发酵温度的控制。

底部为锥形便于生产过程中随时排放酵母。

采用密闭罐，便于CO2洗涤和CO2回收，即可做发酵罐，也可做贮酒罐。

可依赖CIP自动程序清洗消毒。

朝日罐：为微倾斜底的平底罐，特点：离心机回收酵母，用薄板换热器冷却，用泵将发酵液抽出冷却后又送回罐内。

2.酒精发酵罐

结构较为简单，罐体采用圆柱形底盖或顶盖均为蝶形或锥形。在酒精发酵过程中，为了回收二氧化碳气体及其所带出的部分酒精，发酵罐采用密闭式顶有人孔，视镜及二氧化碳回收管。

进料管接种管压力表和测量仪表接口管等。

罐底装有排料口和排污口罐身上下装有取样口和温度计接中口对于型发酵罐。

为了便于维修和清洗，在近罐底装有人孔。

冷却装置

中小型发酵罐，多采用罐顶喷水淋于罐外表面进行膜状冷却；

对于大型发酵罐，罐内装有冷却蛇管或罐外壁喷洒联合冷却。洗涤装置：水力喷射洗涤装置。

（二）、好氧发酵罐：味精、柠檬酸、抗生素、酶制剂、氨基酸。

分类：机械搅拌式、自吸式、气升式等

四.发酵液的流变特性

1、牛顿型流体：凡是流体特性服从牛顿粘性定律的流体称为牛顿行流体。酵母和细菌培养液多属于牛顿流体。

2、非牛顿型流体：不服从牛顿黏性定律

宾汉塑性流体

拟塑性流体

涨塑性流体

凯松流体

五．发酵罐的放大方法有:

经验放大法：依据对已有发酵罐的操作经验所建立起来的一些规律而进行放大的方法。

因次分析法、数学模拟法。

第九章发酵过程工艺控制

1.温度影响及控制

答：温度影响产物合成的速率及产量；温度能够改变菌体代谢产物的合成方向；温度对多组分次级代谢产物的组分比例产生影响；温度可以通过改变发酵液的物理性质，间接影响菌的生物合成。注：嗜冷菌低于20℃；嗜中温菌30~35℃；嗜热菌50℃以上。

2发酵热计算：发酵过程中所产生的热量

Q发酵=Q生物+Q搅拌-Q蒸发-Q辐射

生物热（Q生物）：

{合成高能化合物ATP；合成产物；以热的形式散发}

方法一：通过测定一段时间冷却水的流量和冷却水进出口温度，用以下公示计算

Q发酵=Gc（t2-t1）/V

方法二:通过发酵罐的温度自动控制装置，先使罐温达到恒定，再关闭自动装置，测量温度随时间上升的速度，按以下公式计算：

Q发酵=(M1c1+M2c2)S

方法三：根据化合物的燃烧热值计算发酵过程中生物热的近似值。根据Hess定律，热效应决定于系统的初态和终态，而与变化的途径无关，反应的热效应等于产物的生成热总和减去作用物生成热总和，也可以用燃烧热来计算热效应，特别是对于有机化合物，燃烧热可直接测定。反应的热效应等于作用物的燃烧热总和减去生成物的燃烧热总和。可用：

ΔH=Σ（ΔH）作用物–Σ（ΔH）生成物

XXX的影响及控制

pH影响酶的活性；pH影响微生物细胞膜所带电荷的状态，从而改变细胞膜的渗透性，影响微生物对营养物质的吸收及代谢产物的排泄；影响培养基某些组分和中间产物的离解，从而影响微生物对这些物质的利用；pH不同，往往引起菌体代谢过程的不同，使代谢产物的质量和比例发生改变。4引起pH下降的因素：

（凡是导致酸性物质生成或释放及碱性物质消耗的发酵，其pH都会下降）

培养基中碳氮比例不当，碳源过多，特别是葡萄糖过量，或者中间补糖过多加之溶解氧不足，致使有机酸大量积累而pH下降；消泡油加得过多；生理酸性物质的存在，氨被利用，pH下降。

5.引起pH上升的因素：

（凡是导致碱性物质生成或释放，酸性物质消耗的发酵，其pH都会上升）

培养基中碳氮比例不当，氮源过多，氨基氮释放，使pH上升；生理碱性物质存在；中间补料中氨水或尿素等碱性物质的加入过多使pH上升。

6.发酵过程中pH的调节与控制。

添加碳酸钙法；氨水流加法；尿素流加法

7.第三节泡沫对发酵的影响及控制

不利影响：

降低了发酵罐的装料系数；提高了细菌的非均一性，增加了污染杂菌的机会；引起“逃液”，引起产物的流失；消泡剂的加入有时会影响发酵产量或给下游分离纯化带来麻烦。

8.泡沫的类型

一类存在于发酵液的液面上；

一类出现在粘稠的菌丝发酵液当中发酵过程中泡沫的形成与变化

9.泡沫的影响因素

通气、搅拌的强度；培养基的配比及原材料组成；培养基的灭菌方法和操作条件。

10.泡沫的消除方法

化学消泡；机械消泡

11.化学消泡机理

降低泡沫的机械强度，使泡沫破裂；

降低液膜的表面黏度，使液膜的液体流失，导致泡沫破裂。

12.消泡剂特点

必须是表面活性剂，且具有较低的表面张力，消泡作用

迅速，效率高；

对气液界面的散布系数足够大，具有一定的亲水性；

在水中的溶解度较小，以保持其持久的消泡或抑泡性能；

对发酵过程无毒，对人、畜无害，同时对菌体生长和代谢

无影响，不影响产物的提取和产品质量；

不干扰溶解氧、pH等测定仪表使用，最好不影响氧的传递；

能耐高压蒸气灭菌而不变性，对设备无腐蚀性影响；

来源方便，价格便宜。

13.消泡剂的应用和增效

A消泡剂加载体增效；B消泡剂并用增效；

C消泡剂乳化增效。；

14．理想的机械消泡装置：

动力小；结构简单；坚固耐用；清洗、杀菌容易；

维修保养费用少。

XXX对菌体生长和产物形成的影响

CO2对氨基酸、抗生素等产品的发酵具有抑制或刺激作用；

CO2对细胞的作用机制：“麻醉”作用；

工业发酵罐中，罐内的二氧化碳分压是液体深度的函数。

16.呼吸商和发酵的关系

/OUR(CO2释放率/菌耗氧速率)

17.流加补料的控制优点：

1.可以解除底物抑制、产物的反馈抑制和分解代谢物阻遏作用；2.避免因一次性投料过多造成细胞大量生长，耗氧过多而造成波谷现象；3.可用作控制细胞质量的手段；

4.可作为理论研究的手段，为自动控制和最优化控制提供实验基础；

18.补料的内容

①补充微生物能源和碳源；②补充菌体所需要的氮源；③补充微量元素或无机盐；④添加前体、诱导剂等。

19.补料的原则

①补料的原则就在于控制微生物的中间代谢，使之向着有利于产物积累的方向发展。②为了有效地进行中间补料，必须选择恰当的反馈控制参数，以及了解这些参数与微生物代谢、菌体生长、基质利用以及产物形成之间的关系。

第十章发酵染菌及其防治

1染菌的危害:

①由于杂菌污染，使发酵培养基因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降；②杂菌合成一些新的代谢产物，使发酵产物的提取和分离变得困难，造成产物收率降低或产品质量下降；③杂菌代谢会改变原反应体系的pH值，使发酵发生异常变化；④杂菌分解产物，使生产失败；⑤细菌发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解，导致整个发酵失败等。

2.不同发酵时期染菌对发酵的影响

①种子扩大培养时期染菌：容易污染杂菌，应严格控制种子污染。

②发酵前期染菌：菌体细胞生长繁殖阶段，比较容易污染杂菌

③发酵中期染菌：发酵中期染菌将对发酵生产带来极大危害，一般挽救处理困难，危害性非常大。④发酵后期染菌：这时产物的积累比较多，糖等营养物质接近耗尽。

3.种子培养染菌后的异常现象

菌体浓度异常；理化指标异常；代谢异常

5.发酵染菌后的异常现象

菌体浓度的异常；pH异常；溶解氧及二氧化碳水平异常；泡沫过多；代谢异常

5.杂菌的检查与判断（1）显微镜检查法（2）平板划线培养检查法（3）肉汤培养检查法

6.从染菌的现象分析染菌的原因：（重点内容）

从染菌的时间来分析；从染菌的类型来分析；从染菌的幅度分析。

7.种子杂菌污染途径

菌种在培养过程或保藏过程中受到污染；

培养基和培养设备灭菌不彻底；

种子转移和接种过程染菌。

8.空气带菌及防治（主要的原因之一）

提高空压机进口空气的洁净度、防止空气带油、水及过滤器失效。

9.培养基和设备灭菌不彻底导致的染菌及防治

发酵罐及其附属设备应注意严密和防止泄漏，避免形成“死角”。与物料、空气、下水道连接的阀门皆需保证严密度。

10.操作失误和设备渗漏导致的染菌及防治

11.噬菌体的污染及防治

用细菌或放线菌进行的发酵容易感染噬菌体

12.染菌的防治措施：

以净化环境为中心的综合防治法

1净化生产环境，消灭污染源2改进提高空气的净化度3做到种子本身不带噬菌体4改进设备装置消灭死角5防治操作失误

14.对于各种原因造成的染菌应采取的防治措施。

种子培养时期染菌：应经灭菌后弃之，并对种子罐和管道进行仔细检查和彻底灭菌。

发酵前期染菌：营养成分消耗不多，应迅速重新灭菌；另外，补充必要的营养成分，重新接种进行发酵。发酵中、后期染菌：可以加入适当的杀菌剂或抗生素以及正常的发酵液，以抑制杂菌的生长速度；产品的含量若达到一定值，只要明确是染菌也可放罐。

发酵后对设备的处理：空罐加热灭菌后至120C以上，30min后，才能使用。也可用甲醛熏蒸或者甲醛溶液浸泡12h以上等方法进行处理。

一、现代发酵工程所用的发酵罐应具备那些特征

答：（1）、发酵罐应有适宜的径高比。罐身较长，氧的利用率较高；

（2）、发酵罐应能承受一定的压力。因为发酵罐在灭菌和正常工作时，要承受一定的压力（气压和液压）和温度；

（3）、发酵罐的搅拌通风装置能使气液充分混合，实现传质传热作用，保证微生物发酵过程中所需的溶解氧；

（4）、发酵罐内应尽量减少死角，避免藏污纳垢，保证灭菌彻底，防止染菌；

（5）、发酵罐应具有足够的冷却面积；

（6）、搅拌器的轴封要严密，以减少泄露。

二、微生物发酵的种子应具备那几方面条件

答:（1）、菌种细胞的生长活力强，移种至发酵罐后能迅速生长，迟缓期短。

（2）、生理性状稳定。

（3）、菌体总量及浓度能满足大量发酵罐的要就。

（4）、无杂菌污染。

（5）、保持稳定的生产能力。

三、叙述防止发酵菌种退化的具体条件措施有那些

答：（1）控制传代次数：尽量避免不必要的移种和传代，并将必要的传代降低到最低限度，以减少细胞过程中所产生的自发突变几率。

（2）创造良好的培养条件：如在赤霉素生产菌XXX的培养基中，加入糖蜜、天冬酰胺、谷氨酰胺、5‘-核苷酸或甘露醇等丰富营养物时，有防止衰退效果。

（3）利用不易衰退的细胞传代：对于放线菌和霉菌，菌丝细胞常含有几个细胞核，因此用菌丝接种就易出现衰退，而孢子一般是单核的，用于接种就可避免这种现象。

（4）采用有效的菌种保藏方法

（5）合理的育种：选育菌种是所处理的细胞应使用单核的，避免使用多核细胞;合理选择诱变剂种类或增加突变位点，以减少分离回复突变；在诱变处理后及分离提纯化，从而保证保藏菌种的纯度。

（6）、选用合适的培养基在培养基中添加某种化学物质可以防止菌种退化。或者选取营养相对贫乏的培养基在菌种保藏培养基，菌株的生长代谢减少变异反而发生从而防止菌种的退化。