发酵条件及工艺控制

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1、发酵工艺控制第六章目的要求：了解发酵类型及其发酵规律。掌握发酵控制、产物检测的方法，以保证发酵正常进行，获得高效产品。熟悉发酵工业的逐级放大过程。了解发酵过程的优化原理。几个问题1、发酵的类型2、发酵的规律3、发酵的控制4、发酵中所用的检测方法5、发酵过程的逐级放大定义发酵过程：即微生物细胞的生物反应过程，是指由微生物生长繁殖所引起的生物反应过程。它不仅包括了以往“发酵”的全部领域，而且还包括固定化细胞的反应过程、生物法废水处理过程和细菌采矿等过程。为什么要研究发酵过程？微生物发酵的生产水平不仅取决于生产菌种本身的性能，而且要

2、赋以合适的环境条件才能使它的生产能力充分表达出来。为此我们必须通过各种研究方法了解有关生产菌种对环境条件的要求，如培养基、培养温度、pH、氧的需求等，并深入地了解生产菌在合成产物过程中的代谢调控机制以及可能的代谢途径，为设计合理的生产工艺提供理论基础。同时，为了掌握菌种在发酵过程中的代谢变化规律，可以通过各种监测手段如取样测定随时间变化的菌体浓度，糖、氮消耗及产物浓度，以及采用传感器测定发酵罐中的培养温度pH、溶解氧等参数的情况，并予以有效地控制，使生产菌种处于产物合成的优化环境之中，过量产生代谢产物。本章内容：第一节发酵工程

3、常见的主要发酵类型第二节发酵工艺的控制第三节发酵的优化控制第四节发酵过程的计算机控制第五节发酵工业的逐级放大第六节发酵过程的参数检测第一节发酵工程常见的主要发酵类型(p24-39)一、液体发酵与固体发酵二、厌氧发酵与好氧发酵三、分批发酵与连续发酵四、单一发酵与混合发酵五、固定化发酵技术采用哪种发酵方式？（p25）在微生物发酵工业生产中，究竟应该采用什么方式进行发酵主要取决于以下几点：菌种特性、原料特点、产物特色、设备状况、技术可行性、成本核算等。一般各种发酵方式往往是结合进行的。现代发酵工业主要的发酵方式：好氧、液体、深层、分

4、批、单一纯种发酵方式结合进行的。优点：p25一、液体发酵与固体发酵（一）液体发酵（也叫液体培养）p25是指将微生物接种到液体培养基中进行培养的过程。如采用液体培养时利用的是好氧微生物则需要培养液中有较高的溶解氧。1、实验室常见的液体发酵方式实验室常见的好氧液体发酵方式：试管液体培养浅层液体培养摇瓶培养：装液量为三角瓶的10%以下，如250mL的三角瓶装量为10～20mL培养液。台式发酵罐：发酵罐的体积为几升至几十升。液体厌氧培养方式：在厌氧罐中进行。在培养基中添加还原剂。为满足微生物的厌氧需要采取的措施：培养基中添加有机还原剂

5、（巯基乙醇、半胱氨酸）、无机还原剂（铁丝）。使培养基的氧化还原电位在﹣429～﹣150mV。2、工业生产中常见的液体发酵方式p27静置培养（浅盘培养）：容器中盛装浅层培养液进行静止培养。通气培养（发酵罐深层培养）：在发酵罐中加入液体培养基，通入无菌空气并搅拌，进行微生物发酵的方式。厌氧发酵：在发酵罐中加入液体培养基不需通入无菌空气，进行微生物发酵的方式。（二）固体发酵(p28-30)固体发酵（固体培养、固态发酵）就是利用固体培养基培养微生物的方法。1、固态发酵概述固体发酵：也称固态培养，是利用固体培养基进行微生物的培养。应用:

6、固体培养在微生物鉴定、计数、纯化和保藏等方面发挥着重要作用。固态发酵主要是一些传统发酵工艺。例如生产大曲酒、麸曲酒就是典型的固态发酵。一些丝状真菌可以进行生产规模的固体发酵。固态发酵的一般过程：原料预处理，蒸煮灭菌，接种，固态发酵，发酵结束及时后处理。固体发酵的形式：好氧、厌氧厚层，25～30cm厚的物料。如曲池、曲箱等。薄层，1～2cm厚的物料。帘子、曲盘等。2、实验室常见的固体培养形式：试管斜面、培养皿平板、较大型的克氏扁瓶和茄子瓶斜面。用途：菌种的分离、纯化、保藏和生产种子的制备。方法：（1）用接种环挑取原始培养物后，在

7、固体培养基表面划线接种（2）用涂布棒将少量的液体培养物涂布在整个固体培养基表面（3）将少量液体培养物与融化后降温至50～60℃的固体培养基混匀，倒入培养皿中，浇注成平板。（4）接种后的培养物直接放入培养箱中恒温培养。这些方法适用于好氧和兼性好氧微生物的培养。3、生产中常见的固体培养（1）好氧固体培养方法：在生产实践中，好氧真菌的固体培养方法都是将接种后的固体基质薄薄地摊铺在容器的表面，可使菌体获得充足的氧气，又可以将生长过程中产生的热量及时释放。特点：固体培养使用的基本培养基原料是小麦麸皮等。灭菌后待冷却到合适温度便可接种。固

8、体培养基中的含水量控制在40％～80％之间（典型的液体培养基含水量在95％以上）。细菌和酵母菌将无法忍受如此低水含量的环境，所以，固体培养被细菌或酵母菌污染的可能性大大降低。发酵形式：厚层：25～30cm厚的物料。如曲池、曲箱等。薄层：1～2cm厚的物料。帘子、曲盘等。产品：