发酵提取设备

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

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

综合实验1：柠檬酸发酵及产物提取

（一） 柠檬酸发酵

一、实验原理

柠檬酸发酵为典型的有机酸发酵，淀粉质原料经淀粉酶作用水解为葡萄糖，葡萄糖经EMP途径氧化为丙酮酸，丙酮酸进一步被氧化脱羧生成乙酰CoA，就一般能量代谢过程而言，生成的乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸后进入三羟酸循环，通过三羟酸循环进行有氧呼吸的能量代谢。但就柠檬酸产生菌而言，由于其顺乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶活性很低，而柠檬酸合成酶的活性很高，因而大量积累柠檬酸，草酰乙酸的提供则仍通过丙酮酸羧化而成，柠檬酸的生成途径如下式：

2 C6H12O6 + 3 O2→2 C6H8O7 + 4 H2O

国内目前柠檬酸发酵所采用的原料主要是山芋干及废糖蜜。 二、实验器材 （一）材料

1．菌种：黑曲霉 2．蔗糖、硫酸铵等 （二）主要仪器设备

1．旋转式摇床、超净工作台、15L发酵罐等 三、操作步骤

1．种子培养基制备：

马铃薯培养基配方:(1000ml) 马铃薯（去皮） 200g 葡萄糖（或蔗糖）20g 琼脂 15~25g 水1000ml 自然pH

2．种子液培养：将已灭菌的种子培养基接入一环斜面孢子于35℃±1℃、250r.p.m条件下培养24~36h。

3．种子培养液质量要求：镜检菌丝

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

综合实验1：柠檬酸发酵及产物提取

（一） 柠檬酸发酵

一、实验原理

柠檬酸发酵为典型的有机酸发酵，淀粉质原料经淀粉酶作用水解为葡萄糖，葡萄糖经EMP途径氧化为丙酮酸，丙酮酸进一步被氧化脱羧生成乙酰CoA，就一般能量代谢过程而言，生成的乙酰CoA与草酰乙酸缩合成柠檬酸后进入三羟酸循环，通过三羟酸循环进行有氧呼吸的能量代谢。但就柠檬酸产生菌而言，由于其顺乌头酸水合酶和异柠檬酸脱氢酶活性很低，而柠檬酸合成酶的活性很高，因而大量积累柠檬酸，草酰乙酸的提供则仍通过丙酮酸羧化而成，柠檬酸的生成途径如下式：

2 C6H12O6 + 3 O2→2 C6H8O7 + 4 H2O

国内目前柠檬酸发酵所采用的原料主要是山芋干及废糖蜜。 二、实验器材 （一）材料

1．菌种：黑曲霉 2．蔗糖、硫酸铵等 （二）主要仪器设备

1．旋转式摇床、超净工作台、15L发酵罐等 三、操作步骤

1．种子培养基制备：

马铃薯培养基配方:(1000ml) 马铃薯（去皮） 200g 葡萄糖（或蔗糖）20g 琼脂 15~25g 水1000ml 自然pH

2．种子液培养：将已灭菌的种子培养基接入一环斜面孢子于35℃±1℃、250r.p.m条件下培养24~36h。

3．种子培养液质量要求：镜检菌丝

南京工业大学发酵设备考试范围整理,教材：《生物工程设备——陈国豪》与《发酵工厂工艺设计概论——吴思方》

期末复习要点

一、发酵设备

1、实罐灭菌 P4 P5 P7 定义 操作过程 判断标准 灭菌过程热量计算例1-3

A.实罐灭菌：

将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后，维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，又称分批灭菌。

B.操作过程：Ⅰ—间接加热阶段,培养基由室温加热至80-90℃；Ⅱ—直接蒸汽加热阶段,培养基由80-90 121℃； Ⅲ—保温阶段，121℃；Ⅳ—冷却阶段，121℃ 培养温度

①把配制好的培养基泵入发酵罐内，密闭发酵罐后，开动搅拌。

②稍开阀门15和9，引入蒸汽进夹套预热培养基至75~90℃，保持夹套压强表的表压50~100kPa.

③培养基预热到75~90℃后，开阀门1和4，排尽蒸汽管道中的冷凝水后，再开阀门2，从空气管道引入蒸汽进发酵罐。关阀门15，并停止搅拌。

④开阀门5，稍开阀门7，排尽蒸汽管道里的冷凝水后，开阀门6，从取样管道引入蒸汽进发酵罐。

⑤开阀门13，稍开阀门11，排尽蒸汽管道里的冷凝水后，开阀门10，由出料管引入蒸汽进发酵罐。

⑥分别稍开阀门16、17、18，排出活蒸汽，调节进汽阀门