发酵工程 教案 第五章 培养基及设备的灭菌

第一篇：发酵工程 教案 第五章 培养基及设备的灭菌

第五章

培养基及设备的灭菌 第一节

培养基灭菌的目的、要求和方法

一、定义

1，培养基灭菌的定义

是指从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及其孢子，或从中将其除去。工业规模的液体培养基灭菌，杀灭杂菌比除去杂菌更为常用。

2，灭菌与消毒的区别

灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子

消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿内外的病源微生物。

二、培养基灭菌的目的

1，在发酵过程中夹杂其它杂菌造成的后果

生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生产菌生长得更快，结果使发酵罐中以杂菌为主；杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难；杂菌会降解目的产物；杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品；发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象。

2，工业上具体措施包括

（1）使用的培养基和设备须经灭菌；（2）好氧培养中使用的空气应经除菌处理；（3）设备应严密，发酵罐维持正压环境；（4）培养过程中加入的物料应经过灭菌；（5）使用无污染的纯粹种子。3，培养基灭菌的目的

杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的条件。4，培养基灭菌的要求

（1）达到要求的无菌程度（10-3）

（2）尽量减少营养成分的破坏，在灭菌过程中，培养基组分的破坏，是由两个基本类型的反应引起的：

培养基中不同营养成分间的相互作用；对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的分解。5，灭菌的方法（1）化学法

化学药品灭菌法

（2）物理法

干热灭菌法 湿热灭菌法 射线灭菌法

6，湿热灭菌的原理

每一种微生物都有一定的最适生长温度范围。当微生物处于最低温度以下时，代谢作用几乎停止而处于休眠状态。当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原生质胶体和酶起了不可逆的凝固变性，使微生物在很短时间内死亡，加热灭菌即是根据微生物这一特性而进行的。

7，湿热灭菌中的相关定义

杀死微生物的极限温度称为致死温度。在致死温度下，杀死全部微生物所需的时间称为致死时间；在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。

微生物的热阻：是指微生物在某一特定条件（主要是温度和加热方式）下的致死时间。相对热阻是指某一微生物在某条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。

各种微生物对湿热的相对热阻 微生物 营养细胞和酵母 细菌芽孢 霉菌孢子 病毒和噬菌体

8，湿热灭菌的优点

蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒；蒸汽有强的穿透力，灭菌易于彻底； 蒸汽有很大的潜热；操作方便，易管理。

湿热灭菌的理论基础

一，培养基湿热灭菌需解决的工程问题

1，将培养基中的杂菌总数N0 杀灭到可以接受的总数N（10-3），需要多高的温度、多长的时间为合理。

菌温度和时间的确定取决于：

（1）杂菌孢子的热灭死动力学

（2）反应器的形式和操作方式

（3）培养基中有效成分受热破坏的可接受范围

二、微生物的热死灭动力学方程

实验证明，微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的一级反应动力学，即： N：任一时刻的活细菌浓度（个/L）

相对热阻 1.0 3×106 2~10 1~5 dNdtkN1t：时间（min）

NlnNKt02K：比热死速率常数（min-1）取边界条件t0=0，N=N0，对（1）积分得

NN0eKt或

3

实验还证明，细菌孢子的热杀灭动力学与营养细胞的有所不同。它表现为非对数的死亡动力学。这可能与孢子壁的化学成分及结构有关。但当温度超过120˚C时，热阻极强的嗜热脂肪芽孢杆菌孢子的热杀灭动力学也接近对数死亡动力学即符合一级反应规律。

三、温度对K的影响

微生物的热死灭动力学接近一级反应动力学，它的比热死灭速率常数K与灭菌温度T的关系可用阿累尼乌斯方程表征

KAeE/RT

A：频率因子（min-1）ΔE：活化能（J/mol）

4

R：通用气体常数[J/（mol.k）] 从方程（4）可以看出：

（1）活化能ΔE的大小对K值有重大影响。其它条件相同时，ΔE越高，K越低，热死速率越慢。

（2）不同菌的孢子的热死灭反应ΔE可能各不相同。对方程（4）两边取对数，得方程（5）

ElnKRTlnA5 dlnKdTERT26

K是ΔE和T的函数，K的对T的变化率与有关，对方程（5）两边对T取导数，得方程（6）。由方程（6）可得出结论：反应的ΔE越高，lnK对T的变化率越大，即T的变化对K的影响越大试验表明，细菌孢子热死灭反应的ΔE很高，而某些有效成分热破坏反应的ΔE较低（见下表）。将温度提高到一定程度，会加速细菌孢子的死灭速度，缩短灭菌时间，由于有效成分的ΔE很低，温度的提高只能稍微增大其破坏速度，但由于灭菌时间的显著缩短，有效成分的破坏反而减少。

受热物质 维生素B12 维生素B1盐酸盐 嗜热脂肪芽孢杆菌孢子 肉毒梭菌孢子 枯草杆菌孢子

ΔE（J/mol）96232 92048 283257 343088 317984 如嗜热脂肪芽孢杆菌孢子的ΔEBS =67000× 4.184（J/mol），维生素B1的ΔEVB=22000× 4.184（J/mol），将灭菌温度从105˚C提高到127˚C，KVB从0.02（min-1）提高到0.06（min-1），KBS从0.12（min-1）提高到40.0（min-1）。

嗜热脂肪芽孢杆菌孢子和维生素B1的lnK-1/T图

嗜热脂肪芽孢杆菌孢子死灭程度为N/N0=10-16时，灭菌温度对维生素B1破坏的影响灭菌温度（˚C）100 110 120 130 140 150 达到灭菌程度的时间（min）843 75 7.6 0.851 0.107 0.015

维生素B1的损失（%）99.99 89 27 10 3 1

第三节

一、无菌的标准

培养基灭菌的工程设计

根据微生物热死灭方程，要求灭菌后达到绝对无菌是很难做到的，也是不必要的。因此在工程设计中常取N=10-3。

二、分批灭菌

1，分批灭菌的设计在发酵罐中进行实罐灭菌，是典型的分批灭菌。全过程包括升温、保温、降温三个过程。

dNdtkN7

孢子热死亡的规律符合积分得（8）

0lnNNKt8

N0N1N2N1N2NlnlnlnNNNN22在分批灭菌过程中

lnN0NlnN0N9

因为升温、冷却阶段T是时间t的函数，K不是常数，所以：

ln

lnN0NN1N2AeE/RTdt0t110

(11)Kht2t1lnN2NAeE/RTdtt2t312

式中Kh是保温阶段的孢子比热死亡速度常数

分批灭菌中几种换热方式的温度-时间变化关系

T：介质温度（K）；T0：介质初温（K）；t：时间（min）；h：蒸汽相对于介质的热焓（kJ/kg）；s：蒸汽的重量流率（kg/min）；M：介质重量(kg)；Cp：介质比热[kJ/(kg.K)]； TH：热源温度(K)；U：总传热系数[kJ/（m2.min.K）]；q：传热速率（kJ/min）；C’p：冷却剂比热；W：冷却剂流率；TCO：冷却剂温度

2，计算举例（自学）

参见：《微生物工程工艺原理》P226、伦世仪主编《生化工程》P13。

3，保证间歇灭菌成功的要素

（1）内部结构合理(主要是无死角)，焊缝及轴封装置可靠，蛇管无穿孔现象（2）压力稳定的蒸汽（3）合理的操作方法。

4，培养基间歇灭菌过程中应注意的问题

（1）温度和压力的关系

（2）泡沫问题

（3）投料过程中，麸皮和豆饼粉等固形物在罐壁上残留的问题（4）灭菌结束后应立即引入无菌空气保压

发酵罐的接管图

三、连续灭菌的设计

1，连续灭菌的流程 2，（1）喷射加热连续灭菌

喷射加热连续灭菌流程

典型的喷射加热连续灭菌时的温度和时间曲线图

（2）薄板换热器连续灭菌

薄板换热器连续灭菌流程

薄板换热器连续灭菌时的温度和时间曲线图

（3）喷淋冷却连续灭菌

喷淋冷却连续灭菌流程

2，连续灭菌设计及计算举例（自学）

参见：《微生物工程工艺原理》P228，伦世仪主编《生化工程》P22。

3，连续灭菌设备的结构及计算

（1）设备结构：

套管式连消塔

喷嘴式连消塔

连消器

喷射加热器

薄板换热器

维持罐

（2）连消塔计算（自学）参见《发酵工程与设备》P53

四、连续灭菌与间歇灭菌的比较

1，连续灭菌的优缺点

优点

–保留较多的营养质量 –容易放大 –较易自动控制； –糖受蒸汽的影响较少； –缩短灭菌周期；

–在某些情况下，可使发酵罐的腐蚀减少； –发酵罐利用率高； –蒸汽负荷均匀。缺点

–设备比较复杂，投资较大。

2，分批灭菌的优缺点

优点

–设备投资较少 –染菌的危险性较小 –人工操作较方便

–对培养基中固体物质含量较多时更为适宜 缺点

–灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，一般只限于中小型发酵装置。

五、影响灭菌的因素

（1）培养基成分对灭菌的影响

油脂，糖类及一定浓度的蛋白质可增加微生物的耐热性，另一些物质，如高浓度的盐类，色素等可削弱其耐热性。

（2）培养基的物理状态对灭菌的影响（3）培养基中微生物数量对灭菌的影响（4）培养基中氢离子浓度对灭菌的影响

培养基中氢离子浓度直接影响灭菌的效果。培养基的 酸碱度越大，所需杀灭微生物的温度越低。

（5）微生物细胞中水分对灭菌的影响

细胞含水越多，蛋白质变性的温度越底（6）微生物细胞菌龄对灭菌的影响 老细胞水分含量低、低龄细胞水分含量高（7）空气排除情况对灭菌的影响（8）搅拌对灭菌的影响（9）泡沫对灭菌的影响

六、发酵罐的灭菌

培养基的灭菌如果是采用连续灭菌法。则发酵罐应在加入灭菌的培养基前先行单独灭菌。通常是用蒸汽加热发酵罐的夹套或设管并从空气分布管中通入蒸汽，充满整个容器后，再从徘气管中缓缓排出。容器内的蒸汽压力保持1公斤，20分钟。在保温结束后，关键是随即通入无菌空气，使容器保持正压，防止形成真空而吸入带菌的空气。

七、补料液的灭菌

在发酵过程中，往往要向发酵罐中补入各种不同的料液。这些料液都必需经过灭菌。灭菌的方法则视料液的性质、体积和补料速率而定。如果补料量较大，而具有连续性时，则采用连续灭菌较为合适。也有利用过滤法对另补料液进行除菌。补料液的分批灭菌，通常是向盛有物料的容器中直接通入蒸汽。所有的附属设备和管道都要经过灭菌。

第二篇：发酵工程教学大纲

发酵工程（Fermentation Engineering）

一、课程概况 课程编号：

课程总学时：56（其中，讲课：40，实验：16）课程学分：课程分类：开设学期：开课单位：适用专业：所需先修课：微生物学、生物化学课程负责人：韩北忠、刘萍

二、内容简介是工业微生物实现实验室与工厂化生产的具体操作，方法的一部分，工程》工业化应用都具有深远的意义。另外，通过《发酵工程》实验及发酵工程各论的了解，不仅能够掌握发酵工艺操作从小试到放大的具体过程及反应过程控制方法，前发酵行业的具体产品生产工艺，进行指导与分析。程的基本原理，发酵工艺及过程控制方法；程各论简介。

三、教学大纲1放线菌、酵母的分离方法；常用工业菌种育种的方法；诱变、基因转移、基因重组的原理及

必修

三（2）

食品学院

生物技术系

生物工程、食品科学与工程

是生物工程专业的一门专业必修课。是基因工程及酶工程等生物技术工业化的过程与方法。不仅掌握发酵工程原理及发酵优化控制过程，（1）发酵工程上游技术：菌种选育的基本理论与方法；

绪论（2学时）

工业微生物菌种的选育与保藏（由于发酵工程是整个生物技术的核心，是生物技术在生产实践中应用的原理及因此，通过对《发酵而且对系统了解生物技术及其而且进一步了解了目对发酵生产能够（3）发酵工程设备及发酵中试放大；40学时）

4学时）

2）发酵工4）发酵工 《发酵工程》的学习，从理论到方法学会发酵工程这一门技术，本课程主要内容为：（（、课堂讲授部分教学内容与要求（第一章本章要点：掌握发酵工程的基本知识；了解发酵工程的一般工艺过程和工艺发展趋势。第二章工业菌种筛选思路、程序及注意事项；培养分离中要解决的问题，自然界细菌、真菌、操作方法；不同微生物菌种保藏原理、方法及各自的应用优缺点。本章重点了解工业微生物菌种选育常用方法及过程，掌握菌种的保藏方式。

第三章 发酵工艺条件的优化（4学时）

不同营养因素对微生物生长及代谢的影响，不同用途培养基的确定依据和方法；不同培养条件对微生物生长及代谢的影响，发酵条件的确定方法；发酵终点的判断原理及方法；工业微生物菌种培养的类型、主要培养方法及扩大的特点。本章重点掌握发酵工艺的基本原理，熟悉发酵工艺确定的参数要求，掌握发酵工厂化生产放大对发酵工艺不同要求。

第四章 发酵机制（4学时）

微生物的能量及物质代谢及微生物合成与分解代谢对发酵目标产物的影响；微生物的代谢调节调控与发酵生产。本章重点了解微生物代谢的机理，掌握调节代谢的常规方法。

第五章 发酵工程动力学（4学时）

微生物反应过程的主要特征、微生物反应动力学的描述方法，研究发酵动力学的步骤与方法；发酵动力学分类、各类特点及在发酵工业中的应用；分批发酵、补料发酵及连续发酵动力学、特点。本章重点掌握发酵过程中优化控制的理论和方法。

第六章 发酵工程单元操作（4学时）

灭菌的方法及各方法的原理及其操作控制；空气净化原理，空气除菌方法及发酵生产过程中制备无菌空气的流程。微生物细胞对氧的需求，对微生物供氧的传递过程，增加溶氧的措施及溶氧异常分析。本章重点熟悉发酵工艺的控制过程，掌握发酵流程的具体操作方法。

第七章 发酵生产的设备（6学时）

嫌气发酵设备种类，设计要求及操作要点；通风发酵罐种类、结构组成、工作原理及操作、控制；发酵反应器的设计和自动控制。本章重点了解发酵罐的组成及操作，并掌握发酵罐设计的方法。

第八章 发酵中试的比拟放大（2学时）

发酵中试比拟放大的原理，内容及计算依据；中试放大的设备要求；比拟放大的基本方法。本章重点掌握发酵中试放大的理论依据及方法

第九章 发酵工程各论（10学时）

酒精生产工艺学、氨基酸生产工艺学、抗生素生产工艺学、微生物酶制剂生产工艺、污水生化处理技术。对每个工艺介绍概况、工艺操作要点、对产物影响的主要因素及控制，产物分离提纯主要方法，工艺发展趋势。本章重点了解目前发酵行业中各种工艺的具体操作过程。

2、实验、实习部分教学内容与要求（共16学时）

（1）特定产物工业生产菌种的筛选 4学时 目的：加深对发酵工程上游技术中菌种选育的认识；学会常规选种和育种的方法，树立科学认真仔细的态度，培养科研协作精神。

内容简介：根据一定的生产目的如抗生素或酶类的生产，建立不同的筛选模型，并从特定的样品如土壤中筛选出高产适宜的菌株。

要求：全班每个同学都要亲自动手，以目标产物从土壤中分离高产菌株，每人写1份研究报告。

（2）摇床培养确定菌体培养和营养条件 4学时

目的：掌握微生物斜面培养基、种子培养基及发酵培养基确定方法，学会对已确定菌种确定实验室发酵工艺。内容简介：发酵的工艺参数。要求：全班分成养条件，每组交（3）小型发酵罐中进行产品的分批发酵目的：掌握发酵罐的操作方法，发解在罐上进行工艺放大的发酵过程。内容简介：菌种在罐上的分批发酵过程。掌握目前发酵行业基础罐上发酵方法和操作流程。要求：全班分成时间的基质消耗、产物形成及细胞生长的变化，每组交究报告。

（4）流加发酵动力学研究目的：加深对微生物培养方法的认识，了解流加发酵过程控制方法。内容简介：添加，观察菌体生长和产物形成及菌种代谢之间的关系，式。

要求：全班分成基质消耗、产物形成及细胞生长的变化，每组交 说明

为使学生既能发挥主观能动性，个人作业及试验出勤、动手能力等占

3、教材及主要参考书教材：俞俊棠，唐效宣主要参考书：（1）李艳（2）曹军卫筛选微生物最适生长及产物形成的营养条件和培养条件，5组，1 份实验记录，每人写在摇床确定工艺条件的基础上，5组，在分批发酵工艺的基础上，5组，.生物工艺学

.发酵工业概论, 马辉文.1份研究报告。4学时进行小型发酵罐的放大研究，学时

进行不同营养物质在不同时间和不同浓度的又具有科研协作精神，60%。

.华东化工学院出版社.中国轻工业出版社.科学出版社确定特定产物研究确定菌种发酵最适培养基及培

同时监测

各组分别测定发酵过程中每隔一段1 份实验记录，每人写1份研

以获得最佳的发酵代谢调控方各组分别测定1种流加发酵程序对份实验记录，每人写1份研究报告。暂定考核成绩中小组记录占40%，.1991..1999..2002.每个同学都要亲自动手，每个同学都要亲自动手，4每个同学都要亲自动手，1 微生物工程（3）P.F.斯坦伯里, A 惠特克.发酵工艺学原理.中国医药科技出版社.1992.（4）贺小贤.生物工艺原理.化学工业出版社.2003.（5）尹光琳, 战立克, 赵根楠.发酵工业全书.中国医药科技出版社.1992.4、习题作业安排

各章均有1-2个习题，要求学生独立完成。

四、教学大纲说明

1、教学目的与课程的性质和任务通过对《发酵工程》的学习，可以使学生进一步系统了解发酵工程从培养基配制到发酵罐生产，直至产品分离等一系列的操作原理及过程。由于发酵工程是整个生物技术的核心，是工业微生物实现实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部分，术工业化的过程与方法。因此，通过对《发酵工程》的学习，不仅掌握发酵工程原理及发酵优化控制过程，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》实验及发酵工程各论的了解，不仅能够掌握发酵工艺操作从小试到放大的具体过程及反应过程控制方法，产工艺，从理论到方法学会发酵工程这一门技术，对发酵生产能够进行指导与分析。

2、课程主要内容、重点及深度课程重点为发酵机制、程动力学与发酵工艺控制为本课程难点。

3、教学要求与主要环节掌握发酵工程的基本原理，发酵反应器的操作、方法和流程，了解从小试到放大所需测定参数及过程控制方法。的原理与流程。

相关课程有生物反应工程、应用微生物学，生物分离技术。

1、本课程以授课为主，教学方法采用多媒体教学、讨论等多种方式进行。

2、本课程考核方式：开卷或闭卷考试。

执笔人：刘萍审定人：

而且进一步了解了目前发酵行业的具体产品生

发酵工程动力学、发酵工艺控制和发酵生产的设备，熟悉发酵工艺及过程控制方法，明晰发酵产品的提取精制过程。, 韩北忠

是基因工程及酶工程等生物技

其中发酵工了解从实验室操作到工厂化掌握发酵工艺操作的基本熟悉现代发酵工业生产产品

2004年3月 制定 控制及设计，

第三篇：发酵工程论文 -

发酵工程的研究进展

【前言】 发酵工程是泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。它包括厌氧发酵的生产过程（如酒精、乳酸、丙酮丁醇等）和有氧发酵的生产过程（如氨基酸、柠檬酸、抗生素等）。广义的概念：生物学(微生物学、生物化学)和工程学(化学工程)结合。狭义的发酵概念：微生物培养和代谢过程。

发酵技术是人类最早通过实践掌握的生产技术之一，产品也很多，以传统食品来说，东方有酱、酱油、醋、白酒、黄酒等，西方有啤酒、葡萄酒、奶酪等。这些发酵食品都是数千年来凭借人类的智慧和经验，在没有亲眼看到微生物的情况下，巧妙地利用微生物生产的产品。【关键词】 发酵 发展 应用

1、发酵工程的内容

1.1 定义

发酵工程是指采用工程技术手段，利用生物（主要是微生物）和有活性的离体酶的某些功能，为人类生产有用的生物产品，或直接用微生物参与控制某些工业生产过程的一种技术。

1.2现代发酵工程

人们熟知的利用酵母菌发酵制造啤酒、果酒、工业酒精，乳酸菌发酵制造奶酪和酸牛奶，利用真菌大规模生产青霉素等都是这方面的例子。随着科学技术的进步，发酵技术也有了很大的发展，并且已经进入能够人为控制和改造微生物，使这些微生物为人类生产产品的现代发酵工程阶段。

现代发酵工程作为现代生物技术的一个重要组成部分，具有广阔的应用前景。例如，用基因工程的方法有目的地改造原有的菌种并且提高其产量；利用微生物发酵生产药品，如人的胰岛素、干扰素和生长激素等。已经从过去简单的生产酒精类饮料、生产醋酸和发酵面包发展到今天成为生物工程的一个极其重要的分支，成为一个包括了微生物学、化学工程、基因工程、细胞工程、机械工程和计算机软硬件工程的一个多学科工程。

现代发酵工程不但生产酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种医疗保健药物，生产天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用生产资料，在化学工业上生产氨基酸、香料、生物高分子、酶、维生素和单细胞蛋白等。

1.3组成

从广义上讲，发酵工程由三部分组成：是上游工程，中游工程和下游工程。

1.3.1 上游工程：包括优良种株的选育，最适发酵条件（pH、温度、溶氧和营养组成）的确定，营养物的准备等。

1.3.2 中游工程：主要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工艺技术。这里要有严格的无菌生长环境，包括发酵开始前采用高温高压对发酵原料和发酵罐以及各种连接管道进行灭菌的技术；在发酵过程中不断向发酵罐中通入干燥无菌空气的空气过滤技术；在发酵过程中根据细胞生长要求控制加料速度的计算机控制技术；还有种子培养和生产培养的不同的工艺技术。

此外，根据不同的需要，发酵工艺上还分类批量发酵：即一次投料发酵；流加批量发酵：即在一次投料发酵的基础上，流加一定量的营养，使细胞进一步的生长，或得到更多的代谢产物； 连续发酵：不断地流加营养，并不断地取出发酵液。在进行任何大规模工业发酵前，必须在实验室规模的小发酵罐进行大量的实验，得到产物形成的动力学模型，并根据这个模型设计中试的发酵要求，最后从中试数据再设计更大规模生产的动力学模型。由于生物反应的复杂性，在从实验室到中试，从中试到大规模生产过程中会出现许多问题，这就是发酵工程工艺放大问题。

1.3.3 下游工程：指从发酵液中分离和纯化产品的技术：包括固液分离技术（离心分离，过滤分离，沉淀分离等工艺），细胞破壁技术（超声、高压剪切、渗透压、表面活性剂和溶壁酶等），蛋白质纯化技术（沉淀法、色谱分离法和超滤法等），最后还有产品的包装处理技术（真空干燥和冰冻干事燥等）。②此外，在生产药物和食品的发酵工业中，需要严格遵守美国联邦食品和药物管理局所公布的cGMPs的规定，并要定时接受有关当局的检查监督。2.发酵工程技术的发展

发酵技术的发展经历了如下几个阶段： 2.1 自然发酵阶段

这个阶段为从史前到19世纪末，主要特征为人类利用自然接种的方法进行传统酿造食品的生产。

2.2 纯培养厌氧发酵技术的建立 这个阶段始于19世纪末，20世纪初，主要特征为人类在显微镜的帮助下，把单一的微生物进行纯培养，在密闭容器中进行氧发酵生产酒精等工业产品。2.3 通气搅拌发酵技术的建立

这个阶段始于20世纪40年代，其技术特征为，成功地建立起深层通气进行微生物发酵的一整套技术，有效地控制了微生物有氧发酵的通气量、温度、pH和营养物质的供给，使得抗生素、柠檬酸、酶制剂等好氧发酵产品的生产成为可能，是现代发酵工业的开端。2.4 代谢调控发酵技术的建立

这个阶段始于20世纪60年代，其技术特征为，以生物化学和遗传学为基础，研究代谢产物的生物合成途径和代谢调节机制，选择巧妙的技术路线，人为地控制目的代谢产物的大量合成，从而得到所需产品。2.5 现代发酵工程技术的建立

这个阶段始于20世纪70年代，其主要技术特征表现在如下几个方面： 2.5.1 原生质体融合技术、基因工程技术的发展和在微生物菌种选育方面的应用，为发酵工程技术带来了方法上、手段上的重大变化和革命。

2.5.2 计算机控制发酵技术，固定化细胞技术，发酵工程优化控制技术，先进的提取、分离、纯化技术以及现代化的发酵与提取设备的应用，使发酵工业得到了迅速的发展，并展现了广阔的前景。3.发酵工程的应用领域 3.1轻工业

轻工业是发酵工程技术应用最早和最多的领域，这个领域的特点是大量利用农副产品（产要是淀粉类产品）进行深加工，其生产的产品种类有：

3.1.1 酒和溶剂类： 如啤酒、白酒、果酒、酒精、丙酮、丁醇等； 3.1.2 有机酸类：如柠檬酸、乳酸、苹果酸、衣康酸等； 3.1.3 氨基酸类：如谷氨酸、赖氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸等；

3.1.4 酶制剂类：如食品工业用酶、纺织工业用酶、饲料工业用酶等； 3.1.5功能性蛋白质、功能性脂类、功能性糖类。3.2 生物医药工业 通过发酵工程技术，可以生产多种抗生素、疫苗、以及一些基因工程药物（如干扰素、白细胞介素系列等）。3.3 农牧业

通过发酵工程技术，可以生产生物农药、生物肥料、植物生长调节剂、饲料蛋白、饲料工业用酶等。3.4 环境保护

发酵工程技术，可用于污水处理，有毒物质的降解、固体垃圾处理、土壤污染的修复。3.5 能源开发

通过发酵工程技术可利用可再生原料生产燃料酒精，生产沼气，进行微生物冶金等。

4.现代发酵工程技术的发展方向展望

由于发酵工业生产具有反应条件温和，生产原料来源广泛，价格低廉，以及与其它工业相比投资少、见效快，经济与社会效益显著等诸多优点。而且，通过发酵工程技术生产的产品种类多、应用面广。因此，发酵工程具有广阔的发展应用前景。

近年来，生物技术的迅速发展有力地推动了发酵工程技术的发展。而发酵工程技术的应用，则是直接将生物技术转化为生产力，用于生产人类所需的各种产品，以及为社会服务的重要手段。因此，基因工程、细胞工程、酶工程技术的最终实施，主要是依靠发酵工程技术来完成的。所以现代发酵工程是生物技术的重要内容之一，是生物技术实现产业化的必由之路，是未来经济社会发展过程中富有生机和活力的一个重要产业群体。

目前发酵工程技术的研究主要集中在如下几个方面：

4.1采用基因工程、细胞工程技术与常规微生物育种方法相结合，辅之以激光、离子束、γ－射线等物理诱变方法，致力于选育发酵工业所需的各种优良生产菌种。

4.2 开发研制社会需要、附加值高的新型发酵产品。

4.3 采用发酵工程技术取代部分传统化工产品的生产，降低原材料消耗和能源消耗，减少污染物的排放。4.4 研究开发发酵和提取新技术、新工艺、新设备，提高产品收率、节能降耗。

4.5 大规模工业化发酵生产技术。

5.学术思想

发酵工程研究：获得应用价值的微生物，反应器及过程放大，发酵产物分离提取，发酵过程优化和控制。

研究一些重要的工业微生物的抗胁迫因子及其抗胁迫机制，考察环境胁迫条件下特定微生物蛋白转录和代谢途径变化，采用不同环境胁迫手段或措施对微生物的生长或代谢进行调控，促进微生物生长或大量合成目的产物。

研究辅因子形式及其浓度在物质代谢和信号传递途径中控制代谢流方向和流量分配的作用机制、物质流和辅因子流的变化规律，对微生物的生长或代谢进行调控，促进微生物合成目的产物的代谢流的最大化和快速化。

参考文献 ：

[1].张星元 发酵原理 科学出版社 2005 [2].李寅，高海军 陈坚 高细胞密度发酵技术 化学工业出版社 2006 [3].陈騊声 中国微生物工业发展史 北京轻工业出版社 1979 [4].胡之璧 刘涤 生物技术生产传统药材的探索 厦门大学出版社1998 [5].李艳 发酵工程的可持续发展 教育学论坛 2012 [6].潘蓓蕾 中国食品发酵工业现状与发展方向 食品与药品 1999 [7].赵发 发酵促进剂面临巨大发展机遇 酿酒科技 2011 [8].朱克庆 我国发酵面食机械装备的发展与对策 粮食与食品工业 2009 [9].王荫宇 发酵乳制品的市场发展趋势 中国乳业 2008 [10].王钢 开发信息我国酸奶制品的发展趋势 中国食品工业 2011

第四篇：发酵工程实习报告

一、实习时间：2012年11月22日—24日

二、实习单位：河南金利尔奶业有限公司

三、实习目的：

这次实习是在完成相关基础课程的学习后所进行的实践环节。通过到工厂生产环节的实习和观摩，我们进一步巩固加深课堂所学过的理论知识，加强我们对专业的认识，进一步的了解自己所学知识的用途，使我们更加坚定自己的学业，锻炼我们的意志力，培养我们的兴趣。从而将理论和生产实践结合，使我们对发酵企业有一个初步的了解。

四、实习内容

公司简介：

河南金利尔奶业有限公司成立于1999年12月，占地面积10000平方米，交通、通讯等条件十分便利。企业坚持“健康饮品，造福社会”的宗旨，树立了“消费者满意为中心”的服务理念。多年来，公司在市委、市政府的关心支持下，在各级领导的关怀与帮助下，公司以科学发展观为指导，建立了运营规范、管理科学、开拓创新、科技强企、质量求精的管理体制，使企业得到了快速发展，金利尔系列产品得到了广大城乡居民的认可与喜爱，金利尔品牌已经走进千家万户。公司已成为豫北地区享有盛誉的一家集奶牛养殖、乳品生产、产品研发、营销服务于一体的乳制品精加工企业。公司采用“公司＋基地＋农户”的运作模式，有力带动了周边地区畜牧产业发展，建立了可靠、稳定的利益联盟机制。从奶牛特种养殖到饲料加工，从收购农作物秸

秆加工青贮饲料到沼气站的筹建，已形成了适度规模的农业产业化生态与环境保护的产业链条。不仅提高了城乡居民的生活质量，而且帮助周边农民实现了脱贫致富，实现了将企业建设成为“龙头企业”的发展目标。

什么是酸奶

酸奶是以新鲜的牛奶为原料，经过巴氏杀菌后再向牛奶中添加有益（发酵剂），经发酵后，再冷却灌装的一种牛奶制品。酸奶不但保留了牛奶的所优点，而且某些方面经加工过程还扬长避短，成为更适合于人类的营养保健品。酸奶根据组织状态分为凝固型和搅拌型酸奶。凝固型酸奶适于纯牛奶的生产，搅拌型酸奶可用于果味、果料等花色酸奶的生产。一般凝固型酸奶要有比较好的组织状态，要避免裂纹的出现，因此要先搅拌，分装再发酵。带有果味的酸奶影响乳酸菌的发酵，所以要先发酵后搅拌加果料的方式。

酸奶的好处：

1． 酸奶能促进消化液的分泌，增加胃酸，因而能增强人的消化能力，促进食欲。

2． 酸奶中的乳酸不但能使肠道里的弱酸性物质转变成弱碱性，而且还能产生抗菌物质，对人体具有保健作用。

3． 酸奶可以防止癌症和贫血，并可改善牛皮癣和缓解儿童营养不良。

4． 制作酸奶时，某些乳酸菌能合成维生素C，使维生素C含量增加。

5． 在妇女怀孕期间，酸奶除提供必要的能量外，还提供维生素、叶

酸和磷酸；在妇女更年期时，还可以抑制由于缺钙引起的骨质疏松症；在老年时期，每天吃酸奶可矫正由于偏食引起的营养缺乏。

6． 酸牛奶能抑制肠道腐败菌的生长，还含有可抑制体内合成胆固醇还原酶的活性物质，又能刺激机体免疫系统，调动机体的积极因素，有效地抗御癌症，所以酸牛奶，可以增加营养，防治动脉硬化、冠心病及癌症，降低胆固醇。

酸奶发酵原理

原理：将乳酸菌接入牛奶，采用恒温发酵法，通过乳酸菌发酵牛奶中的乳糖产生乳酸，乳酸使牛奶中酪蛋白（约占全乳的2．9％，占乳蛋白的85％）变性凝固而使整个奶液呈凝乳状态。

机制：乳酸菌发酵可分为同型乳酸发酵和异型乳酸发酵，同型乳酸发酵乳糖只产生乳酸，异型乳酸发酵乳糖除产生乳酸外，还生成乙醇、一氧化碳等物质。在酸奶制作中常用的德氏乳杆菌保加利亚亚种(保加利亚乳杆菌)和唾液链球菌嗜热亚种(pn热链球菌)均为同型乳酸发酵[4]。第1机制:从大肠杆菌开始，许多细菌都是用此系统，在酸奶制作中常用的保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌也是用此系统。乳糖通过透膜酶的作用进入细胞内，经尽半乳糖有酶的作用分解为葡萄糖和半乳糖，其中嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌优先代谢葡萄糖成乳酸，而对游离型的半乳糖不能利用，其被排除细胞外或转化成高分了物质一胶糖而蓄积起来。第2机制:分布在乳酸乳球菌乳酸亚种(乳酸乳球菌)十酪乳杆菌十酪亚种(十酪乳杆菌)等菌属中。乳糖通过细胞膜上磷酸转移酶作用，经磷酸化后进入细胞内。磷酸乳糖经磷酸半乳糖酶的作用，分解成葡萄糖和6-磷酸半乳糖。

酸奶生产流程

凝固型酸奶的生产工艺流程：原料乳→标准化→过滤→预热→均质→消毒→降温接种→装瓶封口→保温发酵→入冷库后熟→抽样检验→

入库销售

搅拌型酸奶的生产工艺流程：原料乳→标准化→过滤→预热→均质→消毒→降温

接种→保温发酵→搅拌添加香料等→封瓶装口→入

冷库后熟→抽样检验→入库销售。

生产工艺简介

原料乳的处理

乳的净化：

利用的别设计的离心机出去牛乳中的白细胞和其他肉眼可见的异物。

脂肪含量标准化：用分离机对牛乳进行脱脂，影响口感。

在加入少量稀奶油，是调制如脂肪含量标准化。

配料：

奶粉的添加：加入1%～3%的奶粉调节非脂干物质。蔗糖的添加：加入4%～8%的蔗糖调节酸奶的口感。均质：

将调制奶加热到60 °，与均质机中，8～10Mpa压力下均质。灭菌：

采用高温巴氏杀菌法，90～95℃保持5min杀菌。

接种：

向43～45℃的灭菌原料奶中加入工作发酵剂，一般量为2%～

3%，工作发酵剂为嗜热链球菌和保加利亚乳杆菌，比例为１：１或２：１。

分装：

酸奶发酵后不能受到机械振动，因此，必须先分装再发酵。发酵：

将分装好的牛乳至于发酵架中发酵，温度保持在40～43℃。一般发酵３～６小时。

冷却：

发酵完成后，用冷风迅速冷却到10℃左右，防止发酵过度使酸度过高料鲜奶的质量要求

固形物含量：鲜奶总干物质含量不得低于11.5%，其中非脂干物质不得少于8.5%，否则会影响蛋白质的凝乳作用。

鲜奶中残留抗生素的检测：抗生素污染会使乳酸菌生长受到限制，因此决不能使用抗生素污染的鲜奶为原料。

白细胞检测：白细胞含量常常会影响鲜奶的质量。

菌检测：霉菌、酵母菌、芽孢杆菌、大肠杆菌等等杂菌会影响鲜奶原料的质量。

冷藏和后熟：

经冷却的酸奶放在-1～0℃冷藏室中保存。

五、实习感悟

通过这次实习让我学会很多，不仅巩固了我们所学的知识，而且增加了我的人生阅历，让我提前认识到工作的辛苦，也能更

加努力地去学习我们的专业知识，为以后奠定基础，也为以后积累经验。

第五篇：发酵工程实习报告

发酵工程实习报告

生物技术092 冯新为

2011年10月11日，在老师的带领下，我们参观了位于焦作市的健康元生物制品有限公司。现将此次实习总结如下：

1.实习目的这次实习是在完成相关基础课程的学习后所进行的实践环节。通过到工厂生产环节的实习和观摩，我们进一步巩固加深课堂所学过的理论知识，将理论和生产实践结合，使我们对发酵企业有一个初步的了解。

2.实习内容

2.1实习单位简介

焦作健康元生物制品有限公司是由健康元药业集团股份有限公司及香港天诚实业有限公司共同投资成立，注册资本金5亿元。公司占地面积565.74亩，于2005年11月份开始动工兴建。作为“健康元药业集团股份有限公司”原料药战略的重要组成部分，焦作健康元生物制品有限公司总投资14亿元，总建筑面积

6．5万平方米，主要生产医药抗生素——头孢类药品的母核：7-氨基头孢烷酸（简称7-ACA），年生产能力为2000吨。

2.2认识实习内容

在健康元生物制品有限公司的厂区，我们按照从上游到下游的顺序依次参观了产品制作的发酵环节、过滤提取环节、精炼环节。

在参观发酵环节中，我们参观了摆满大大小小发酵罐的生产区和大型电脑控制室。生产区的发酵罐十分高大，动辄就是几十升的容积。在控制室中，除了控制台上的电脑外，还立着一块两米多高，十几米长的大型电子显示板，显示板上各个发酵罐的状态看得一清二楚，加料、排气、消毒等步骤全部有电脑控制，很是先进。

发酵液的过滤是依靠各种膜系统，通过层层膜过滤，将其逐层净化。发酵液中有效成分的提取是依靠一种树脂，这种树脂只能特异性吸附其中的那种有效成分，有效成分同过范德华力与树脂紧密结合，经过树脂吸附后，再经过洗脱环节，有效成分就被提取出来了。提取出的有效成分中还含有色素，需要在经过脱色素环节进一步精炼。

经历了这几个环节后，我们就基本上得到了想要的东西。

3.实习体会

作为一名生物技术专业的本科生,我对发酵、药品相关领域怀有好奇，而这次认识实习让我比较全面的了解了这些生物制品行业的发展情况,熟悉了相关生物制品的生产工艺、销售网络、工艺设备等专业知识,这为以后的专业学习都奠定了一定的基础.通过实习,我也感受到了当今生物产业的广阔前景,坚定了专业信心,在以后的理论学习中,我将更好地把实习所学的知识与理论知识结合起来,争取早日掌握扎实的专业技能!