生物发酵工程设备

发酵工程与设备

第一章绪论

生物技术作为21世纪高新技术的核心，对人类面临的食品、资源、健康、环境等重大问题发挥越来越大的作用。大力发展生物技术及其产业已成为世界各国经济发展的战略重点。

一．发酵工程的主要内容

发酵工程（Fermentation Engineering）属于生物技术的范畴，生物技术又称生物工艺学，最初是由一位匈牙利工程师Karl.Ereky于1917年提出的。当时他提出的生物技术这一名词的涵义是指甜菜作为饲料进行大规模养猪，即利用生物将原料转化为产品。现在的生物技术的定义为：生物技术是应用自然科学及工程学原理依靠生物催化剂的作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的技术。因此，生物技术是一门综合性多学科技术，他涉及的基础学科有生物学、化学和工程学。下图为生物技术与基础学科关系的示意图。它逐渐成为与生物学、生物化学、化学工程等多学科密切相关的综合性边缘学科。

现代生物技术作为一门新兴的高科技术产业，它的生命力在于他对社会经济和发展的各个方面都带来了极大冲击和影响。

发酵工程是指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的技术。

发酵工程由于涉及到生物催化剂，因而与化学反应有关。由于生物技术的最终目标是建立工业生产过程为社会服务，因而

发酵工程与设备

第一章绪论

生物技术作为21世纪高新技术的核心，对人类面临的食品、资源、健康、环境等重大问题发挥越来越大的作用。大力发展生物技术及其产业已成为世界各国经济发展的战略重点。

一．发酵工程的主要内容

发酵工程（Fermentation Engineering）属于生物技术的范畴，生物技术又称生物工艺学，最初是由一位匈牙利工程师Karl.Ereky于1917年提出的。当时他提出的生物技术这一名词的涵义是指甜菜作为饲料进行大规模养猪，即利用生物将原料转化为产品。现在的生物技术的定义为：生物技术是应用自然科学及工程学原理依靠生物催化剂的作用将物料进行加工以提供产品或社会服务的技术。因此，生物技术是一门综合性多学科技术，他涉及的基础学科有生物学、化学和工程学。下图为生物技术与基础学科关系的示意图。它逐渐成为与生物学、生物化学、化学工程等多学科密切相关的综合性边缘学科。

现代生物技术作为一门新兴的高科技术产业，它的生命力在于他对社会经济和发展的各个方面都带来了极大冲击和影响。

发酵工程是指在最适发酵条件下，发酵罐中大量培养细胞和生产代谢产物的技术。

发酵工程由于涉及到生物催化剂，因而与化学反应有关。由于生物技术的最终目标是建立工业生产过程为社会服务，因而

第一章

1．简述发酵工程的概念及其主要内容。

发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节。它是应用生物学、化学和工程技术学的原理，大规模（工厂化）培养动植物和微生物细胞，生产生物量或产物的科学。发酵工程可分为上游工程、中游工程和下游工程。 ?生产微生物细胞（或生物量）；?生产微生物的酶；?生产微生物的代谢产物；?生产基因重组产物；?将一个化合物经过发酵改造其化学结构——生物转化。

2.什么叫次级代谢产物？次级代谢产物是微生物在哪些生长时期形成的？其与初级代谢产物有什么关系？

以初级代谢产物为原料通过次级代谢合成的，对自身无明确生理作用的代谢产物叫次级代谢产物。 关系：先产生初级代谢产物，后产生次级代谢产物；初级代谢是次级代谢的基础；次级代谢是初级代谢在特定前提下的继续与发展。 3.发酵过程有哪些组成部分？

?用于菌种扩大培养和发酵生产用的培养基配方；?培养基、发酵罐和辅助设备的灭菌；?足量的高活性、纯培养的接种物；?在适宜条件的发酵罐中培养菌体生产产物；?产物的提取和纯化；?生产过程的废物的处理。 第二章

1.发酵工程菌株的选育方法有哪些？各有何特点？

自然选育：自发突变率低，变异程度较轻微，变异过程十分缓慢；自发突变不

第一章

1．简述发酵工程的概念及其主要内容。

发酵工程是生物技术的重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节。它是应用生物学、化学和工程技术学的原理，大规模（工厂化）培养动植物和微生物细胞，生产生物量或产物的科学。发酵工程可分为上游工程、中游工程和下游工程。 ?生产微生物细胞（或生物量）；?生产微生物的酶；?生产微生物的代谢产物；?生产基因重组产物；?将一个化合物经过发酵改造其化学结构——生物转化。

2.什么叫次级代谢产物？次级代谢产物是微生物在哪些生长时期形成的？其与初级代谢产物有什么关系？

以初级代谢产物为原料通过次级代谢合成的，对自身无明确生理作用的代谢产物叫次级代谢产物。 关系：先产生初级代谢产物，后产生次级代谢产物；初级代谢是次级代谢的基础；次级代谢是初级代谢在特定前提下的继续与发展。 3.发酵过程有哪些组成部分？

?用于菌种扩大培养和发酵生产用的培养基配方；?培养基、发酵罐和辅助设备的灭菌；?足量的高活性、纯培养的接种物；?在适宜条件的发酵罐中培养菌体生产产物；?产物的提取和纯化；?生产过程的废物的处理。 第二章

1.发酵工程菌株的选育方法有哪些？各有何特点？

自然选育：自发突变率低，变异程度较轻微，变异过程十分缓慢；自发突变不

无菌空气：指通过除菌处理空气中含菌量降低到零或极低，从而使污染可能性降低到极小。 静电除尘：利用静电引力来吸附带电离子从而达到除尘灭菌的目的。 间歇发酵：是微生物在一个发酵罐内完成的4个阶段的培养过程，而微生物在其前后两个非旺盛生长时间相当长。

连续发酵：在发酵罐内连续不断地流加培养液，同时又连续不断的排出发酵液，使发酵罐中的微生物一直维持在生长加速期，从而又降低了代谢产物的积累，这样就缩短了发酵周期，提高了设备利用率，是一种新型的发酵技术。

灭菌：使用物理或化学方法去除物料或设备中一切生命现象的过程。 死角：灭菌时某些原因温度达不到或不易达到的局部位置。

膜组件：是将膜以某种形式组装在一个基元设备内，然后在外界驱动力作用下，能实现对混合物各组组分分离的器件，又称膜组件。 介质过滤除菌：是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层，而达到除菌目的。

发酵指数：(发酵单位*发酵液体积)/发酵周期/发酵罐体积

笼式供氧：是动物细胞搅拌式反应供养方式的一种，即用丝网隔开气泡，使之不与细胞直接接触。

离心分离因数：是离心机最重要的技术指标之一，指离心力与重力之比或离心加速度与重力加速度之比。

热阻：微生物对热的抵抗能力称为热

《微生物发酵工程》

第一章 概述

一、发酵的定义（fermentation) 1、传统发酵 “fervere” ?发泡

酵母菌在无氧条件下作用于果汁或麦芽汁中的糖类物质产生气泡（CO2）的现象。 2、生化意义的发酵（狭义的定义）

指微生物在无氧条件下，降解各种有机物质，同时积累简单的有机物并产生能量的生物氧化过程。

3、工业上的发酵

泛指利用微生物制造或生产有用产品的过程。 酿造产品举例：啤酒、葡萄酒、酸奶、酱油、腐乳等；

发酵产品举例：有机溶剂、抗生素、氨基酸、酶制剂、维生素等。

? 酿造：我国人民对一些特定产品发酵生产的特殊称法， 是未知的混合微生物系参与的

一种自然发酵。

（1）发酵分类

? 按照对氧气的需求分类：

1) 厌氧发酵的生产过程，如酒精，乳酸等。

2) 好氧（通气）发酵的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。 3) 兼性厌氧发酵，如酵母产酒精

? 按照培养基的物理状态分类： ① 液体发酵； ② 固体发酵。 （2） 获得发酵产品的条件

? 优良的微生物

? 保证或控制微生物进行代谢的各种条件 ? 进行微生物发酵的设备 （3） 发酵产品的类型

? 菌体； ? 酶；

? 代谢产物；

发酵工程与设备

1.怎么利用目标特性来分离发酵工程菌种？（14-15） 通过两种方法：（一）液体富集培养，（二）固体富集培养

（一）液体富集培养通常在摇瓶中进行。从环境中所取的样品中含有多种微生物，由于目标菌种的生长会改变培养基的条件，从而改变选择压力，使那些不需要的微生物不能生长。再将经过富集的培养物转接种到相同的新鲜培养基上，选择压力又重新确立。经过几次这样的转接培养后，将少量的富集培养液涂布到平板上。 （二）固体富集培养：固体培养基常用于一些酶产生菌的分离，这些技术通常包括选择性培养基，这种培养基含有这种酶的底物，酶作用底物后刺激产生菌的生长。或利用鉴别培养基原理或其他途径，把原先肉眼无法观察的生理性状或产量性状转化为可见的形态性状。

2.发酵工程菌株的选育及改造有哪几种方法？（18-20）

一、 诱变育种 诱变育种是利用物理或化学等诱变剂处理均匀分散的微生

物细胞群，使其突变率大幅度提高，然后采用简便、快速和高效的筛选方法，从中挑选出少量符合育种目的的突变株，以供生产实践和科研用。

二、杂交育种 杂交育种是指两个基因型不同的菌株通过接合，使遗传物质重新组合，从中分离和筛选具有新性状的菌株。一般是指人为利用真核

第2章 发酵设备练习

一、单项选择题

1、好气性发酵工厂，在无菌空气进入发酵罐之前 2 ，以确保安全。

A.应该安装截止阀 B. 应该安装止回阀 C. 应该安装安全阀 D.不应该安任何阀门 2、机械搅拌发酵罐中最下面一档搅拌器离罐底距离一般___1____搅拌器直径的高度，最上面一个搅拌器要在液层以下0.5米(大罐)。

A.小于或等于一个 B.大于一个小于两个 C.等于两个 D以上答案都不对

3、塔式啤酒发酵罐换热的蛇管在发酵罐外，蛇管内用 2 与罐内的啤酒发酵醪进行热交换。

A. 蒸气 B. 酒精 C. 冷凝水 D. 热水 4、目前啤酒厂的圆筒锥底发酵罐内采用______3_____。

A.圆盘平直叶涡轮搅拌器 B.螺旋浆式搅拌器 C.无搅拌器 D.锚式搅拌器 5、气升式发酵罐的优点是无需 2 。

A. 空气过滤系统 B. 搅拌器 C. 空气喷嘴 D. 罐外上升管 6、 自吸式发酵罐的搅拌轴是从罐下方进罐的,因此 3 轴封。

A. 应该用填料函 B. 应该用单端面机械 C. 应该用双端面机械 D. 无需 7．机械搅拌通风发

生物工程设备学时：32学时

绪 论

一 研究对象及内容 对象：在生物工程工厂中广泛应用，与生产工艺紧密结合的生产设备。 内容：各类设备的工作原理、构造、适 用对象、特点及设计、计算。 依托的基础知识：化工原理、物理化学、 微生物学、生物化学、高等数学等。

二 授课顺序以味精生产为例： 大米除杂 浸泡 粉碎 调浆 双酶法液化、糖化 配料 连消 进罐发酵 过滤 等电点结晶 过滤 中和 脱色 浓缩 结 晶 干燥 包装

从工艺流程中，可以得到该课程学习顺序： 1、原料前处理设备：如除杂、粉碎、培 养基制备(灭菌、液化、糖化); 2、生物反应器：种子罐、发酵罐； 3、后处理设备：过滤、浓缩、干燥、结 晶、蒸馏、离交、脱色、萃取等； 4、辅助生产设备：无菌空气系统、冷冻 系统、水处理系统、蒸汽系统；

三 发酵设备分类1、专业设备：仅用于本专业的设备，如： 生物反应器(发酵罐、种子罐)、液化、 糖化设备、连消设备； 2、通用设备：除在本专业使用外，在其 他工业上也广泛使用，如：泵、风机、粉 碎机、管件、阀门、过滤器、换热设备。 3、非标准设备：按实际工艺定做的，无 统一标准的容器，如：储罐、计量罐等；

四 生物工程及其设备的发展生物工程的发展促进了生物工程设备的 发展

发酵工程与设备 试题答案及评分参考（B卷）

（课程代号：06708）

一、单项选择题 （本大题共20小题，每小题1分，共20分）

1. 土壤经风干，过24目筛，分装入安瓿瓶中，灭菌后加入10滴置备好的细胞或者孢子悬液，然后再干燥器中吸干水分，再密封管口，在室温或低温下可保藏数年，这种保藏方法属于： A．穿刺保藏法 B．沙土保藏法 C．冷冻干燥保藏法 D．麸皮保藏法

2. 在实际生产中设计空气过虑系统时，一般要求的染菌机率为 A.10 B.10 C.10 D.10 3. 关于培养基灭菌，下列哪种说法是正确的

A. 培养基中盐类的浓度越高，微生物的热死亡速率就越慢 B. 固体培养基的灭菌时间要比液体培养基长 C. 微生物细胞水分含量越高就越耐热 D. 年老细胞要比年幼细胞更容易被杀死 4.能够准确全面描述发酵概念的是

A.发酵是指酿酒过程中产生二氧化碳而引起的冒泡现象 B.发酵是指酵母菌在无氧条件下的呼吸过程

C.发酵是指微生物为获得能量而进行的有氧呼吸过程 D.发酵是指微生物为获得能量而进行的氧化还原反应

5. 一般当气流速度小于临界速度时，过滤