发酵工艺及设备1
第一章绪论
第一节概述
工业发酵是利用微生物的生长和代谢活动来生产各种有用物质的一门现代工业，而现代发酵工程则是指直接把微生物(或动植物细胞)应用于工业生产的一种技术体系，是在化学工程中结合了微生物特点的一门学科。因而发酵工程有时也称作微生物工程。在本章中，我们将对发酵的基本概念，工业上常用的微生物及其生长代谢特性，以及发酵工程原理作—简单介绍。
一、基本概念
1，发酵一词的来源
发酵现象早巳被人们所认识，但了解它的本质却是近200年来的事。英语中发酵一词fermentation是从拉丁语fervere派生而来的，原意为“翻腾”，它描述酵母作用于果汁或麦芽浸出液时的现象。沸腾现象是由浸出液中的糖在缺氧条件下降解而产生的二氧化碳所引起的。在生物化学中把酵母的无氧呼吸过程称作发酵。我们现在所指的发酵早已赋予了不同的含义。发酵是生命体所进行的化学反应和生理变化，是多种多样的生物化学反应根据生命体本身所具有的遗传信息去不断分解合成，以取得能量来维持生命活动的过程。发酵产物是指在反应过程当中或反应到达终点时所产生的能够调节代谢使之达到平衡的物质。实际上，发酵也是呼吸作用的一种，只不过呼吸作用最终生成CO2和水，而发酵最终是获得各种不同的代谢产物。因而，现代对发酵的定义应该是：通过微生物（或动植物细胞）的生长培养和化学变化，大量产生和积累专门的代谢产物的反应过程。
2，发酵的定义
（1）狭义“发酵”的定义
在生物化学或生理学上发酵是指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产生能量的一种方式，或者更严格地说，发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出二氧化碳。同时获得能量，丙酮酸被还原为乳酸而获得能量等等。
（2）广义“发酵”的定义
工业上所称的发酵是泛指利用生物细胞制造某些产品或净化环境的过程，它包括厌氧培养的生产过程，如酒精、丙酮丁醇、乳酸等，以及通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等的生产。产品即有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。
3，发酵工程（Fermentation Engineering）的定义
应用微生物学等相关的自然科学以及工程学原理，利用微生物等生物细胞进行酶促转化，将原料转化成产品或提供社会性服务的一门科学。
二、发酵的特点
发酵和其他化学工业的最大区别在于它是生物体所进行的化学反应。其主要特点如下：1，发酵过程一般来说都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应安全，要求条件也比较简单。
2，发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源就可进行反应。微生物因不同的类别可以有选择地去利用它所需要的营养。基于这—
特性，可以利用废水和废物等作为发酵的原料进行生物资源的改造和更新。
3，发酵过程是通过生物体的自动调节方式来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单—的代谢产物。
4，由于生物体本身所具有的反应机制，能够专一性地和高度选择性地对某些较为复杂的化合物进行特定部位地氧化、还原等化学转化反应，也可以产生比较复杂的高分子化合物。
5，发酵过程中对杂菌污染的防治至关重要。除了必须对设备进行严格消毒处理和空气过滤外，反应必须在无菌条件下进行。如果污染了杂菌，生产上就要遭到巨大的经济损失，要是感染了噬菌体，对发酵就会造成更大的危害。因而维持无菌条件是发酵成败的关键。
6，微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过变异和菌种筛选，可以获得高产的优良菌株并使生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规方法难以生产的产品。
7，工业发酵与其他工业相比，投资少，见效快，开可以取得显著的经济效益。
基于以上特点，工业发酵日益引起人们重视。和传统的发酵工艺相比，现代发酵工程除了上述的发酵特征之外更有其优越性。除了使用微生物外，还可以用动植物细胞和酶，也可以用人工构建的“工程菌’来进行反应；反应设备也不只是常规的发酵罐，而是以各种各样的生物反应器而代之，自动化连续化程度高，使发酵水平在原有基础上有所提高和和创新。
三、发酵的类型
根据发酵的特点和微生物对氧的不同需要，可以将发酵分成若干类型：
1，按发酵原料来区分：糖类物质发酵、石油发酵及废水发酵等类型。
2，按发酵产物来区分：如氨基酸发酵、有机酸发酵、抗生素发酵、酒精发酵、维生素发酵等。
3，按发酵形式来区分，则有：固态发酵和深层液体发酵。
4，按发酵工艺流程区分则有：分批发酵、连续发酵和流加发酵。
5，按发酵过程中对氧的不同需求来分，一般可分为：厌氧发酵和通风发酵两大类型。
四、发酵过程的组成部分
1，发酵过程的组成
除某些转化过程外，典型的发酵过程可以划分成六个基本组成部分：
（1）繁殖种子和发酵生产所用的培养基组份设定；
（2）培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；
（3）培养出有活性、适量的纯种，接种入生产的容器中；
（4）微生物在最适合于产物生长的条件下，在发酵罐中生长；
（5）产物萃取和精制；
（6）过程中排出的废弃物的处理。
六个部分之间的关系如图所示。研究和发展计划，总是围绕着就逐步改善发酵的全面效益而进行的。在建立发酵过程以前，首先要分离出产生菌，并改良菌种，使所产生的产物符合工业要求。然后测定培养的需求，设计包括提取过程在内的工厂。以后的发展计划，包括连续不断的改良菌种、培养基和提取过程
2，发酵过程示意图
典型的发酵过程示意图
3，发酵生产的条件
（1）某种适宜的微生物
（2）保证或控制微生物进行代谢的各种条件（培养基组成，温度，溶氧pH等）（3）进行微生物发酵的设备
（4）提取菌体或代谢产物，精制成产品的方法和设备
五，发酵工业范围
1，酿酒工业(啤酒、葡萄酒、白酒等)
2，食品工业(酱、酱油、醋、腐乳、面包、酸乳等)
3，有机溶剂发酵工业(酒精、丙酮、丁醇等)
4，抗生素发酵工业(青霉素、链霉素、土霉素等)
5，有机酸发酵工业(柠檬酸、葡萄糖酸等)
6，酶制剂发酵工业(淀粉酶、蛋白酶等)
7，氨基酸发酵工业(谷氨酸，赖氨酸等)
8，核苷酸类物质发酵工业(肌苷酸、肌苷等)
9，维生素发酵工业(维生素C、维生素B等)
10，生理活性物质发酵工业(激素、赤霉素等)
11，微生物菌体蛋白发酵工业(酵母、单细胞蛋白等)
12，微生物环境净化工业(利用微生物处理废水、污水等)
13，生物能工业(沼气、纤维素等天然原料发酵生产酒精、乙烯等，能源物质) 14，微生物冶金工业(利用微生物探矿、冶金、石油脱硫等)
第二节发酵产品的类型
工业上的发酵产品，有四个主要类别：
1，以菌体为产品；
2，以微生物的酶为产品；
3，以微生物的代谢产物为产品；
4，将一个化合物经过发酵改造化学结构------生物转化过程。
这些过程的发展史，将在稍后予以讨论，但首先要对四类产品作简要的叙述。
一、菌体
工业生产的微生物体，可分为二种。一种是供制备面包用的酵母；另一种是作为人类或动物的食物的微生物细胞（单细胞蛋白质）。早在1900年时，面包酵母已经形成大生产的规模。作为人类食物的酵母生产，则是在第一次世界大战时在德国发展起来的。作为食用蛋白质来源的微生物细胞的生产，直到1960年才作深入的研究。
二、微生物的酶
工业上，曾由植物、动物和微生物生产酶。微生物的酶可以用发酵技术大量生产，是其最大的优点。而且与植物或动物相比，改进微生物的生产能力也方便得多。关于微生物的酶的应用，列表总结于下表。从表中可以看出微生物的酶主要应用于食品及其有关工业中。酶的生产是受到微生物本身严格控制。为改进酶的生产能力可以改变这些控制，如在培养基中加入诱导物和采用菌株的诱变和筛选技术，以消除反馈阻遏作用。
近半人世纪以来，提纯结晶的酶制剂已在百种以上。例如，广泛用于食品加工、纤维脱浆、葡萄糖生产的淀粉酶就是一种最常用的酶制剂，其他如可用于澄清果汁、精炼植物纤维的果胶酶，以及在皮革加工，饲料添加剂等方面用途广泛的蛋白酶等，都是在工业和医药上十分重要的酶制剂。此外，还有一些在医疗上作为诊断试剂或分析试剂用的特殊晦制剂也在深入研究和应用。
三、微生物代谢产物
微生物的生长过程，可分为几个阶段。向培养基中接种菌种后，并不立即开始生长，可能是个适应时期，这个阶段称为延缓期。然后细胞的生长率逐渐增加，而达到最大生长率，并成为一个常数，这时称为对数成长期。接着细胞生长停滞进入所谓稳定期。随后，活细胞数下降，培养液进入死亡期。除以动力学描述微生物的生长外，还可以按生长曲线中不同时期所产生的产物来分期。在对数生长期中，所产生的产物，主要是供给细胞生长的物质，入氨基酸、核苷酸、蛋白质、核酸、脂类和碳水化合物等。这些产物称为初级代谢产物。能产生这些物质的生长阶段（相当于对数期）称为营养期（Trophophase）。
利用发酵生产的许多初级代谢产物，具有重大的经济意义，列表总结于下表中。野生型的微生物所产生的初级代谢产物，只限于微生物本身的需要。工业微生物学家的任务是改良野生型微生物并改善培养条件，以增进这些化合物的生产能力。
微生物的初级代谢产物及其在工业上的用途
有些微生物的稳定期培养物中所含有的化合物，并不在营养期时出现，而且未见到对细胞代谢功能有明显的影响。这些化合物称为次级代谢产物。这个生长期（相当于稳定期）则称为分化期（Idiophase ）。只有在继续培养过程中，细胞处于不生长或缓慢生长状态时，才能实现次级代谢。这一点是十分重要的。因此，推断微生物在天然环境中，是以相对低的速率生长的；即在自然界中，是以分化期，而不是以营养期占优势。这是微生物在培养过程中的另一个特性。初级代谢物与次级代谢物之间的关系见图。
从图中可见到次级代谢产物是由初级代谢的中间体和产物合成而得。图中的初级代谢途径是极大多数微生物的常见途径。各种次级代谢产物，只是极少数几个微生物种才能合成的。图中的次级代谢产物是由众多微生物所产生。当然，并不是所有微生物都能进行次级代谢。通常，丝状菌、真菌以及产芽孢的细菌都能进行次级代谢，而肠道细菌则都不能。次级代谢与初级代谢的微生物在分类学上的分布截然不同。
产生菌细胞在产生次级代谢时的生理学规律，曾经是重要的讨论主题。由于次级代谢产物在工业上的重要性，促使人们对微生物的注
意力超过了它们的产物。许多次级代谢物具有抗微生物活性，另一些则是某一特定酶的抑制剂、生长促进剂或具有特殊药理作用。和初级代谢物一样，许多次级代谢产物的生产形成多种形式的发酵过程。野生型微生物只能产生浓度很低的次级代谢物。它们的生物合成受到诱导、降解物的阻遏和反馈系统的控制。
谷氨酸（C5N ）
四、转化过程
1，定义
生物细胞或其产生的酶能将一种化合物转化成化学结构相似，但在经济上更有价值的
化合物。转化反应是催化脱氢、氧化、羟化、缩合、脱羧、氨化、脱氨化或同分异构作用。生物的转化反应比用特定的化学试剂有更多的优点。反应是在常温下进行，而且还不需要重金属催化剂。将乙醇用微生物转化成乙酸，已是成熟的生产方法。微生物转化还可以生产更有价值的化合物。如利用生物转化过程生产甾体、手性药物、抗生素和前列腺素。
转化发酵过程的奇特之处是先产生大量菌体，然后催化单一反应。一些最新型的过程，是将全细胞或其中有催化作用的酶固定在惰性载体上。具有催化作用的固定化细胞可以反复多次使用。
2，生物的转化反应的特点：
（1）反应条件温和（30-40℃常压，水相反应）反应选择性高
（2）反应产物纯度高（包括光学纯）
（3）反应底物简单便宜（一般无毒、不易燃）
（4）反应收率主要取决于菌种的性能
（5）设备简单
五、发酵产品的应用领域
1，食品
2，医药
3，轻工
4，化工
5，农业
6，环保
7，冶金
8，高技术研究
第三节发酵工程的地位1，是生物工程重要的组成部分
现代生物工程包括
（1）发酵工程(Fermentation engineering)（2）酶工程(蛋白质工程)(Enzyme engineering & Protein engineering)
（3）基因工程(Genetic engineering)
（4）细胞工程(Cell engineering)2，是生物工程中其他技术产业化表达的重要手段
基因工程菌
动植物细胞培养
3，生命科学研究的对象或载体
第四节发酵工业的发展史
一、国外发酵工业的发展概况
发酵工业的发展史，可以划分成五个阶段。在19世纪以前是第一个阶段。当时只限于含酒精饮料和醋的生产。虽然在古埃及已经能酿造啤酒，但一直到17世纪才能在容量为1500桶（一桶相当于110升）的木质大桶中进行第一次真正的大规模酿造。即使在早期的酿造中，也尝试对过程的控制。历史记载，在1757年已应用温度计；在1801年就有了原始的热交换器。在18世纪中期，Cagniard-Latour, Schwann和Kutzing分别证实了酒精发酵中的酵母活动规律。Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律。在18世纪后期，Hansen
在Calsberg酿造厂中开始其开拓工作。他建立了酵母单细胞分离和繁殖，提供纯种培养技术，并为生产的初始培养形成一套复杂的技术。在英国麦酒酿造中并未运用纯种培养。确切地说，许多小型的传统麦酒酿造过程，至尽仍在使用混合酵母。
醋的生产，原先是在浅层容器中进行，或是在未充满啤酒的木桶中，将残留的酒经缓慢氧化而生产醋，并散发出一种天然香味。认识了空气在制醋过程中重要性后，终于发明了“发生器”。在发生器中，填充惰性物质（如焦碳、煤和各种木刨花），酒从上面缓慢滴下。可以将醋发生器视作第一个需氧发生器。在18世纪末到19世纪初，基础培养基是用巴氏灭菌法处理，然后接种10%优质醋使呈酸性，可防治染菌污染。这样就成为一个良好的接种材料。在20世纪初，在酿酒和制醋工业中已建立起过程控制的概念。
在1900年到1940年间，主要的新产品是酵母、甘油、柠檬酸、乳酸、丁醇和丙酮。其中面包酵母和有机熔剂的发酵有十分重大进展。面包酵母的生产是需氧过程。酵母在丰富养料中快速生长，使培养液中的氧耗尽。在减少菌体生长的同时形成乙醇。限制营养物的初始浓度，使细胞生长宁可受到碳源的限制，而不使受到缺氧的影响；然后在培养过程中加入少量养料。这个技术现在成为分批补料培养法，已广泛应用于发酵工业中，以防止出现缺氧现象；并且还将早期使用的向酵母培养液中通入空气的方法，改进为经由空气分布管进入培养液。空气分布管可以用蒸汽进行冲刷。
在第一次世界大战时，Weizmann开拓了丁醇丙酮发酵，并建立了真正的无杂菌发酵。所用的过程，至今还可以认为是一个在较少的染菌机会下提供良好接种材料和符合卫生标准的方法。虽然丁醇丙酮发酵是厌氧的，但在发酵早期还是容易受到需氧菌的污染；而在后期的厌氧条件下，也会受到产酸的厌氧菌的污染。发酵器是由低碳钢制成的具有半圆形的顶和底的圆桶。它可以在压力下进行蒸汽灭菌而使杂菌污染减少到最低限度。但是，使用200M3容积的发酵器，使得在接种物的扩大和保持无杂菌状态都带来困难。1940年代的有机溶剂发酵技术发展，是发酵技术的主要进展。同时，也为成功地进行无杂菌需氧过程铺平道路。
第三期发酵工业的进展，是按战时的需要，在纯种培养技术下，以深层培养生产青霉素。青霉素的生产是在需氧过程中进行，它极易受到杂菌的污染。虽然已从溶剂发酵中获得很有价值的知识，然而还要解决向培养基中通入大量无菌空气和高粘度培养液的搅拌问题。早期青霉素生产与溶剂发酵的不同点还在于青霉素生产能力极低，因而促进了菌株改良的进程，并对以后的工业起着重要的作用。由于实验工厂的崛起，使发酵工业得到进一步的发展，它可以在半生产规模中试验新技术。与此同时，大规模回收青霉素的萃取过程，也是另一大进展。在这一时期中，发酵技术有重大的变化，因而有可能建立许多新的过程，包括其他抗生素、赤霉素、氨基酸、酶和甾体的转化。
在60年代初期，许多跨国公司决定研究生产微生物细胞作为饲料蛋白质的来源，推动了技术进展。这一时期，可视作发酵工业的第四阶段。最大的有机械搅拌发酵罐的容积，已经从第三阶段时的80M3扩大到150M3。由于微生物蛋白质的售价较低，所以必需比其他发酵产品的生产规模更大些。如以烃为碳源，则在发酵时对氧的需求量增加，因而不需要机械搅拌的高压喷射和强制循环的发酵罐应运而生。这种过程如果进行连续操作，则更为经济。这个阶段中，工业上普遍采用分批培养和分批补料培养法。连续发酵是向发酵罐中连续注入新鲜培养基，以促使微生物连续生长，并不断从中取出部分培养液，它在大工业中的应用极为有限。与此同时，酿造业中也研究连续发酵的潜力，但在工业中应用的时间极短。如ICI 公司还在使用3000M3规模连续强制循环发酵罐。超大型的连续发酵的操作周期已可超过100天，其问题是染菌。严重性已大大超过1940年代的抗生素生产。这类发酵罐的灭菌，是通过下列手段而达到的：即高度标准化的发酵罐结构、料液的连续灭菌和利用电脑控制灭菌和操作周期，以最大限度地减少人工操作的差错。
发酵工业发展史中的第五阶段，是以在体外完成微生物基因操作，即通常称为基因工
程而开始的。基因工程不仅能在不相关的生物间转移基因，而且还可以很精确地对一个生物的基因组进行交换。因而可以赋予微生物细胞具有生产较高等生物细胞所产生的化合物的能力。由此形成新型的发酵过程，如胰岛素和干扰素的生产，使工业微生物所产生的化合物超出了原有微生物的范围。为了进一步提高工业微生物常规产品的生产能力，也可采用基因操作技术。确信基因操作技术将引起发酵工业的革命，并出现大量新型过程。但是要开拓新的过程，还是要依靠大量细胞培养技术，它曾经从酵母和熔剂发酵开始，经由抗生素发酵，而到大规模连续菌体培养。
二、国外发酵工业的发展趋势1，一是生物转化（或生物合成）技术成为国外著名化学公司争夺的热点，并逐步从医药领域逐渐向化工领域转移，使传统的以石油为原料的化学工业发生变化，向条件温和、以可再生资源为原料的生物加工过程转移。许多著名的老牌化学工业公司已变成了以生物技术为主的大公司，如孟山都公司，1997年由生物技术生产的销售额已占其总销售额的70％以02年生物技术产品的销售额将占其公司总销售额的20％。
2，二是生物催化合成已成为化学品合成的支柱之一。利用生物催化合成化学品不但具有条件温和、转化率高的优点，而且可以合成手性化合物及高分子。手性化合物是国外目前生物技术的主要生产产品。应用手性技术的最多的是制药领域，包括手性药物制剂，手性原料和手性中间体。
乙醛酸是合成香兰素和许多中间体的重要原料，乙醛酸目前主要采用化学法生产。化学法工艺的主要问题是反应条件苛刻、乙醛酸转化率低、环境污染严重。1995年日本天野制药公司申请了第一个双酶法生产乙醛酸的工艺。1995年底美国杜邦公司申请了基因工程菌方法生产乙醛酸的专利，乙醛酸的转化率达100％。
3，三是利用生物技术生产有特殊功能、性能、用途或环境友好的化工新材料，是化学
工业发展的一个重要趋势。它具有原料来源广、制备简单、质量好及环境污染少等优点，特别是利用生物技术可生产一些用化学方法无法生产或生产成本高以及对环境产生不良影响的新型材料，如丙烯酰胺、壳聚糖等。
目前国外许多大公司如杜邦、孟山都在生物新材料研究上投入了大量的人力和物力。可以预见生物技术新材料的研究和开发不但具有较好的经济效益，而且对环境治理及社会发展具有十分重要的推动作用。
采用传统化学法由丙烯腈合成的丙烯酰胺，转化率仅为97％～98％。而采用生物法即采用丙烯腈水合酶催化合成，丙烯酰胺转化率达99.99％以上，比化学法成本低10％以上。丙烯酰胺生产自20世纪80年代在日本实现了生物法合成工业化后，成本和产品纯度都优于化学法。
单甘油酯是一种重要的表面活性剂，目前主要为化学法生产。化学法工艺有以下缺点：需在高温条件下反应，能源消耗大；高温导致油脂的降解，产生深褐色和焦糊味；需要分子精馏分离单甘酯和二甘酯。国外如日本及德国在20世纪90年代开发了酶法生产单甘酯新工艺，单甘酯产率达80％，目前已达到生产规模。生物酶法生产单甘酯比化学法的专一性高，大大地简化了后提取工艺，降低了生产成本。
传统的高分子都是用化学聚合方法进行的，近几年，开始采用生物方法生产功能高分子，特别是生物可降解高分子的生产。许多生物功能材料都是由生物发酵法生产的，如透明质酸、黄原胶等目前都已实现了发酵法生产。
利用酶法生产的氨基酸有很多，如天门冬氨酸是生物化工技术在石油化工中应用的又一个成功例子，比化学法具有明显的优点。利用顺酐和富马酸等为原料经化学法生产天门冬氨酸转化率仅为80％～85％，而采用酶法生产，天门冬氨酸的转化率可达99％以上。
四、国内发酵工业的发展概况
我国传统发酵历史悠久，在《黄帝内经素向》、《汤液醪醴论》里，已有酿酒的记载。白酒的起源，当在元朝以前，尚待考证。酱油的酿造，当始自周朝。在汉武帝时代开始有了葡萄酒，距今已有两千多年的历史。
数千年来由于科学技术进步缓慢，各种微生物工业也未能充分发展。直到20世纪中期才建立了一系列新的微生物工业。近几年来，由于生物新技术的应用，发酵工业开始进入新的发展时期。
1，白酒中国的酿酒业，距今已有数千年的历史渊源。白酒是我国特有的、具有悠久历史的传统酒种。1949年新中国成立时，我国白酒的产量只有10.8万t。1996年，我国白酒产量达到历史高峰，总量达到801.30万t。目前，我国白酒的产量为400余吨。规模较大的有五粮液、茅台、泸州老窖、剑南春、汾酒、古井。六家公司占据约10％的市场份额，销售收入占整个行业的37.9％。2，黄酒黄酒是我国最古老的酒种，早在夏、商、周三代就已经大量生产了，并流传至今，据史料记载已有6000年左右了。目前年产量为130万吨左右。
3，啤酒1900年我国最早的啤酒厂于哈尔滨建成。1915年国人投资的双合盛啤酒厂建成。1949年啤酒产量仅七千余吨，1981年增至91万吨，工厂205家。经过近20年的竞争，中国啤酒业从“小国寡民”的“春秋时代”，进入到诸侯割据、群雄逐鹿的“战国时代”。2001年产量达到2200万吨左右。步入新世纪后，战国纷争的格局又逐渐演变成青啤、燕京、华润“三强”鼎立的态势。
1903年由英德商人合办的“青岛啤酒”，具有90多年的啤酒酿造历史，主要致力于高档啤酒的开发。选用峻山泉水酿造而成的“青岛啤酒”，不仅在大陆拥有众多的消费者，而且还销往港澳、美国市场，啤酒出口量超过全国出口的50％，是中国最有知名度的啤酒，曾连续多次获得国内国际大奖。
地处北京的“燕京啤酒”，是中国啤酒行业的一匹黑马。1981年在顺义县以1万吨的年
产量起步，到2000年增至141万吨，跃居全国第二。在北京市场的占有率为85％，天津市场的占有率为25％。2000年“燕京啤酒”商标价值已达45.69亿元。
沈阳华润是一家有着浓厚外资背景的啤酒企业，资金实力较为雄厚，目前已在全国收购了沈阳雪花、四川蓝剑等24家啤酒企业，年生产能力一举超过200万吨，远远将珠江啤酒抛至身后，成为行业老三。前不久，华润啤酒将总部从沈阳迁至北京。华润的最大股东香港华润集团是香港最大的中资企业，旗下5家上市公司，总资产高达600亿港元另一股东系全球第四大啤酒厂商南非国际酿酒集团（SAB），有着世界最先进的啤酒酿造技术和行销经验。资本、技术和行销优势的迅速整合，无疑会加速华润啤酒在中国市场拓展的步伐。
4，葡萄酒1892年华侨张弼士在烟台建立酿酒公司，这是我国第一个新型的葡萄酒酿造厂。目前我国葡萄酒工厂已有近八十家。2003年葡萄酒年产量约34万吨。年产万吨以上的有张裕、王朝、华夏、长城、新天酒业、柳河绿源、烟台威龙、烟台中梁。八家公司占据约60％的市场份额，销售收入占整个行业的78.4％。5，酱油和醋早在三千年前便已掌握了酱油和醋发酵的技法，数千年来一直沿用自然发酵法，直到20世纪后才开始采用纯种培养培养技术生产，目前设备及酿造方法逐步实现了现代化酱油年产量约为450万吨，已居世界首位醋年产量约为250万吨。
6，酒精二十世纪初期，外商在东北设立哈尔滨和阿城两个酒精厂；1922年山东溥益酒精厂成立，为第一个由国人设立的酒精厂。1934年华侨投资在上海浦东设立中国酒精厂，当时号称远东第一大型酒精厂。酒精年产量解放前仅1万吨左右。2003年酒精产量约为250万吨左右。7，酶制剂1964年才在无锡建立了第一个酶制剂工厂。目前有酶制剂生产厂家40家左右，其中万吨以上，销售额2000万以上有8家，其余均在万吨以下。目前的年产量为22万吨左右。8，柠檬酸1953年我国曾进行浅盘发酵制柠檬酸的中型生产。1965年前后由上海酵母厂首先采用深层发酵法，由薯干直接发酵生产柠檬酸。生产能力为56万t/a，实际产量达35万t/a左右，出口量居世界第一位。9，微生物制药在上海建立了第一个抗生素工厂(即后来的上海第三制药厂)，以生产青霉素为主。1958年我国最大的抗生素工厂——华北制药厂亦正式投入生产。10，味精1964年我国谷氨酸发酵研究成功，首先在上海投入生产。味精生产万吨以上产量的工厂有17家。最大规模是周口莲花味精集团公司，年产12
万吨。目前年产量130多万吨。11，基因工程产品我国已经开发成功了２１种基因工程药物和疫苗，世界上销售额排名前１０位的基因工程药物和疫苗，我国已能生产８种。12，细胞工程产品紫草、三七等等植物细胞已可在发酵罐种大规模培养。我国的传统中药涉及5000种左右植物，细胞培养是中药资源开发的一个重要方面。五、我国发酵工业的主要进步1，发酵产品增长快、质量明显提高，在国民经济中起重要作用
新型发酵工业：年产量115万吨；产值150亿；利税50亿。酿酒工业（不包括酒精）：年产量2000万吨左右；产值450亿；利税120亿。
2，科技进步，技术水平提高
例如：糖化酶的发酵液酶活力由7000u／ml提高至30000-40000u／ml；味精和柠檬酸三个主要指标：产酸率、转化率和提取率提高5%左右。
3，积极开发新产品
特鲜味精；无水柠檬酸、柠檬酸盐；高温α-淀粉酶；纤维素酶；β-葡聚糖酶；异淀粉酶等酶制剂；L-苹果酸；L-乳酸；衣康酸；黄原胶;
功能性发酵制品: r-亚麻酸；冬虫夏草；蘑菇、灵芝多糖; 活性肽；红曲色素, 低聚异麦芽糖、果糖、半乳糖、木糖；海藻糖等等。六、与国际先进水平的差距虽然我国发酵工业取得了长足的发展，但总体水平与先进国家相比还是有较大差距，主要表现在：1，多数工厂规模小、效益低
味精生产万吨以上产量的工厂有17家，其余都在万吨以下，最大规模是周口莲花味精
集团公司，年产12万吨，其次是菱花集团，年产8万吨。发酵罐容量我国只有个别工厂在6060立方米，而国外普遍在500-600立方米以上。味精生产原料我国主要以淀粉为原料，成本相对比较高，吨产品制造成本比国外高2000元左右。日本劳动生产率高，在技术和经济上具有较强的竞争力。1998年味精生产企业89家，其中亏损37家，占41％。
柠檬酸行业万吨以上的工厂有六家，其余均在万吨以下，最大规模是安徽丰原生化集团，年产6万吨以上。1998年有28家生产，亏损企业12家，占42％。
酶制剂行业有39家，其中万吨以上，销售额2000万以上有8家，其余均在万吨以下。
2，生产技术水平比较低
我国淀粉生产企业约400家，玉米淀粉原料干物收率平均在90％左右，比国外低5％-8％，多数工厂付产品回收利用较差。
味精和柠檬酸三率与国外先进水平比也有差距，我国味精主要以淀粉为原料，其产酸率、转化率、提取收率与国外比较，如：
产酸率转化率提取收率
国内(平均) 8.46 54.14 89.2
国外12％以上55-60％90-95％
主要酶制剂品种发酵水平对比
发酵水平μ／m1 国内水平国际水平
中温淀粉酶400-500 1000以上
2709碱性蛋白酶15000-20000 30000以上
糖化酶20000-25000 30000以上
3，产品品种单一，结构不合理
酶制剂行业比较突出，在产品结构方面比较单一，主要以淀粉酶类为主，如：1991年酶制剂总产量为9万吨，其中糖化酶总产量7万吨，占总产量78％，其他品种只占22％。8年来结构调整仍变化不大，1999年糖化酶占总产量比例达到64％。与国外产品结构对照显然不合理，当然我们不能照搬，但是可以借鉴，可以根据中国国情依市场需求加以调整。
国内外酶制剂产品结构对比
国别／品种国外(占比例)％国内(占比例)％诺和诺德1997年年报(世界)％蛋白酶37 21 洗涤剂用酶38
糖化酶11 61 淀粉加工用酶11
淀粉酶15 17 纺织用酶9
凝乳酶9 0 其他行业42
果胶酶9 少量 2 2
葡萄糖异构酶11 少量 2 2
其他8 1 2 2
4，应用的深度和广度不够
柠檬酸产品以出口为主，国内市场只占20％左右，主要应用于食品饮料，其他方面应用很少，美国和西欧已广泛开展应用于家用洗涤剂、清洁剂、医药化妆品以及饲料工业中，我国这方面研究的很少。
酶制剂由于品种的缺乏，以及应用技术上开展不够，因此应用面拓展缓慢。
5，技术装备和检测手段落后，自动化水平低。
多数工厂还是沿用传统工艺和手工操作，劳动生产率比较低。
6，综合利用和环境治理差
目前三河和三湖一带的发酵工厂的废水已初步得到了治理，重点工厂已达到了国家规定的排放标准，但是离清洁生产还有较大距离，表现在原料利用率比较低，一般比国外先进水平低3％-5％。
七、发酵工程在轻工、食品领域的展望1，高产菌种和特殊环境微生物的遗传育种
2，新酶品种开发和应用
3，食品添加剂新品种开发和应用
4，生物技术产物工业规模的分离和提取
谷氨酸生产工艺
生物工程专业综合实训 （2016 年 11 月
谷氨酸生产工艺 摘要： 谷氨酸做为一种人体所必须的氨基酸，在生命的生理活动周期中具有很大的作用。不仅参与各种蛋白质的合成，组成人体结构，还做为味精可以给我们带来味蕾上的享受。现代生产谷氨酸的工艺主要是利用微生物发酵提取而来。不同的发酵方法和不同的发酵条件会造成产量的很大不同。本次谷氨酸的生产工艺，主要是掌握发酵方法和发酵条件的控制，还有各种仪器的使用方法。通过测得的数据来观察菌种的生长变化，同时谷氨酸发酵工艺各个工段的原理和使用方法。关键词：谷氨酸；发酵；工艺；等电点。
引言 谷氨酸是一种酸性氨基酸，是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义。不论在食品、化妆品还是医药行业，谷氨酸都有很大的用途。 谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。食品工业上，味精是常用的仪器增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。过去生产味精主要用小麦面筋（谷蛋白）水解法进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产。不论在食品、化妆品还是医药行业，谷氨酸都有很大的用途。 谷氨酸钠俗称味精，是重要的鲜味剂，对香味具有增强作用。谷氨酸钠广泛用于食品调味剂，既可单独使用，又能与其它氨基酸等并用。用于食品内，有增香作用。甘氨酸具有甜味，和味精协同作用能显着提高食品的风味。谷氨酸作为风味增强剂可用于增强饮料和食品的味道，不仅能增强食品风味，对动物性食品有保鲜作用。
一、谷氨酸简介 谷氨酸一种酸性氨基酸。分子内含两个羧基，化学名称为α-氨基戊二酸。谷氨酸是里索逊1856年发现的，为无色晶体，有鲜味，微溶于水，而溶于盐酸溶液，等电点3.22。大量存在于谷类蛋白质中，动物脑中含量也较多。谷氨酸在生物体内的蛋白质代谢过程中占重要地位，参与动物、植物和微生物中的许多重要化学反应。医学上谷氨酸主要用于治疗肝性昏迷，还用于改善儿童智力发育。食品工业上，味精是常用的仪器增鲜剂，其主要成分是谷氨酸钠盐。过去生产味精主要用小麦面筋（谷蛋白）水解法进行，现改用微生物发酵法来进行大规模生产。 谷氨酸是生物机体内氮代谢的基本氨基酸之一，在代谢上具有重要意义。L －谷氨酸是蛋白质的主要构成成分，谷氨酸盐在自然界普遍存在的。多种食品以及人体内都含有谷氨酸盐，它即是蛋白质或肽的结构氨基酸之一，又是游离氨基酸，L型氨基酸美味较浓。 L－谷氨酸又名“麸酸”或写作“夫酸”，发酵制造L－谷氨酸是以糖质为原料经微生物发酵，采用“等电点提取”加上“离子交换树脂”分离的方法而制得。 谷氨酸产生菌主要是棒状类细菌，这类细菌中含质粒较少，而且大多数是隐蔽性质粒，难以直接作为克隆载体，而且此类菌的遗传背景、质粒稳定尚不清楚，在此类细菌这种构建合适的载体困难较多。需要对它们进行改建将棒状类细菌质粒与已知的质粒进行重组，构建成杂合质粒。受体菌选用短杆菌属和棒杆菌属的野生菌或变异株，特别是选用谷氨酸缺陷型变异株为受体，便于从转化后的杂交克隆中筛选产谷氨酸的个体，用谷氨酸产量高的野生菌或变异菌作为受体效果更好。供体菌株选择短杆菌及棒杆菌属的野生菌或变异株，只要具有产谷氨酸能力都可选用, 但选择谷氨酸产量高的菌株作为供体效果最好。这样就可以较容易地在棒状类细菌中开展各项分子生物学研究。有了合适的载体及其转化系统后，就可通过DNA体外重组技术进行谷氨酸产生菌的改造。这对以后谷氨酸发酵的低成本、大规模、高质量有较大的发展空间。
厌氧发酵罐操作说明(供参考)
一、电控箱面板上按钮和指示灯说明 电控柜面板图 在电控箱面板上有以下按钮和指示灯：进料阀开、进料阀关、排料阀开，排料阀关，系统运行和系统停止以及急停。具体的使用说明如下： 1、进料阀开/关：当按下进料阀开按钮时，进料电动阀打开，当阀门全部打开后， 进料阀开的按钮上的绿色指示灯亮，同时进料泵自动启动，当按下进料阀关时，进料阀关闭，同时进料泵停，当进料阀完全关闭后，进料阀关的按钮上的红色指示灯亮。 2、排料阀开/关：当按下排料阀开按钮时，排料电动阀打开，当阀门全部打开后， 排料阀开的按钮上的绿色指示灯亮；当按下排料阀关时，排料阀关闭，当排料阀完全关闭后，排料阀关的按钮上的红色指示灯亮。
3、排料阀开/关：当按下系统运行按钮后，整个系统按照设定的参数自动运行， 同时系统运行指示灯亮；当按系统停止按钮后，系统停止运行，同时系统停止运行指示灯亮。 4、急停按钮：出现紧急情况时可以按下急停按钮，使整个系统停机。 二、触摸屏上相应的参数设定说明 主画面 1、系统上电后，触摸屏自动进入主画面，此画面中显示发酵罐内 当前的温度，压力以及搅拌的转速和热水罐的温度以及液位状态；进出料状态也在此画面中显示。按下参数设定键进入参数设定画面。
参数设定一 2、在此画面中设定热水罐和发酵罐的工作参数，说明如下：（参数 都在系统运行时生效） 1）热水罐加热器启动/停止温度：当热水管内温度低于启动温度时，并且热水罐内的水位超过了中液位时，电加热器自动启动，加热到设定的停止温度后，电加热器自动停止运行。注意：停 止温度应大于启动温度。 2）发酵罐加热泵启动/停止温度：当发酵罐内的温度低于启动温度时，并且热水罐内的水位超过了中液位时，加热泵启动循环， 给发酵罐加热，当温度到停止温度时，加热泵停止。注意：停 止温度应大于启动温度。 3）发酵罐排气阀开/关压力：当发酵罐内的压力大于开阀压力时，排气电磁阀自动打开，当发酵罐内压力降到关阀压力时，排气 电磁阀自动关闭。注意：开阀压力应大于关阀压力。 4）搅拌器转速设定：通过此参数来设定变频器的频率。从而设定发酵罐搅拌器的转速。 按下一页进入参数设定二画面，按返回，回到主画面。
发酵工艺流程
发酵工艺标准操作流程 (SOP) 一生产前准备 每次生产前按品种配方将所需原料称重准备齐全,并确认生产原料库存量,保证原料库存量足够下次生产所需、 二生产前检查 1检查蒸汽、压缩空气、冷却水进出的管路就是否畅通,所有阀门就是否良好,并关闭所有阀门、 2检查电路、控制柜、开关的状态,确保控制柜运行正常、 3检查空压机油表油表及轴承、三角带、气缸等就是否正常,确保空压机运行正常、 4检查发酵罐搅拌减速机的油量及密封轴降温水就是否正常、 三总过滤器灭菌 当蒸汽总管路上的压力为0、2-0、25MPa时,打开总过滤器进气阀输入蒸汽,同时打开出气阀的跑分阀、排气阀、排污阀,当三个阀均排出蒸汽时,调整进气阀、排污阀,稳定总过滤器压力0、15-0、2MPa,此时打开压力表下跑分,计时灭菌2-2、5小时、灭菌结束后启动空压机,当空气输入管道压力大于总过滤器压力时,关闭蒸汽阀,打开空气阀,将空气出入总过滤器,然后调整进气阀与排污阀,稳定总过滤器压力在0、15-0、2MPa,保持通气在15-20小时,当出气阀跑分与排污阀放出的空气为干燥空气时,完成灭菌、 四分过滤器灭菌 1当蒸汽管路压力为0、2-0、25MPa时,打开蒸汽过滤器的进气阀与排污阀,当蒸汽管路中无蒸汽凝结液后,再将蒸汽输入空气管路,然后打开分过滤器的进气阀、排污阀及出气阀上的跑分,当所有阀门均有蒸汽排出后,调整进气与排污阀,就是压力稳定在0、11-0、15MPa,计时灭菌30-35分钟、灭菌结束后,关闭蒸汽过滤器进出气阀、排污阀,并立即将空气输入预过滤器,使空气通过预过滤器进入到分过滤器,再调整分过滤器排污阀使压力稳定在0、11-0、15MPa,备用、
沼气发酵工艺介绍
1.2.2 厌氧处理工艺选择 1、各类厌氧工艺性能概述 （1）完全混合厌氧工艺（CSTR） CSTR是在常规消化器内安装了搅拌装置，使发酵原料和微生物处于完全混合状态，该消化器常采用恒温连续投料或半连续投料运行，适用于高浓度及含有大量悬浮固体原料的处理。在该消化器内，新进入的原料由于搅拌作用很快与发酵期内的发酵液混合，使发酵池底浓度始终保持相对较低的状态。而其排除的料液又与发酵液的底物浓度相等，并且在出料时微生物也一起被排出，所以，出料浓度一般较高。该消化器具有完全混合的状态，其水力停留时间、污泥停留时间、微生物停留时间完全相等，即HRT=SRT=MRT。为了使生长缓慢的产甲烷菌的增殖和冲出速度保持平衡，要求HRT较长，一般要10-15d或更长的时间，进料浓度8%-12%。中温发酵时负荷为3-4kgCOD（m3.d），高温发酵为5-6 kgCOD（m3.d）。 CSTR的优点：1.可以进入高悬浮固体含量的原料；2.消化器内物料的均匀分布，避免了分层状态，增加了底物和微生物接触的机会；3. 消化器内温度分布均匀；4.进入消化器的抑制物质，能够迅速分散，保持较低的浓度水平；5.避免了浮渣、结壳、堵塞、气体逸出不畅和短流现象。 缺点：1.由于消化器无法做到使SRT和MRT在大于HRT的情况下运行，所以需要消化器体积较大；2.要有足够的搅拌，所以能量消耗较高；3.生产用大型消化器难以做到完全混合；4.底物流出该系统时未完全消化，微生物随出料而流失。 （2）厌氧接触工艺反应器 厌氧接触工艺反应器是完全混合式的，是在连续搅拌完全混合式厌氧消化反应器（CSTR）的基础上进行了改进的一种较高效率的厌氧反应器。反应器排出的混合液首先在沉淀池中进行固液分离，污水由沉淀池上部排出，沉淀池下部的污泥被回流至厌氧消化池内。这样的工艺既保证污泥不会流失，又可提高厌氧消化池内的污泥浓度，从而提高了反应器的有机负荷率和处理效率，与普通厌氧消化池相比，可大大缩短水力停留时间。目前，全混合式的厌氧接触反应器已被广泛应用于SS浓度较高的废水处理中。其不足之处在于，厌氧污泥经沉淀池再回流，温度变化较大，影响了厌氧处理效率的提高，同时，厌氧罐内的热能损失也较大。但因受水泵性能的限制，该装置进料的干物质浓度（TS%）为4-6%，故需配兑2.5-3倍于发酵原料重量的配料污水；还需多级“预处理”以去除堵察水泵和管道的秸草等较大固形物。 （3）厌氧滤器（AF） 厌氧滤器是采用填充材料作为微生物载体的一种高速厌氧反应器，厌氧菌在填充材料上附着生长，形成生物膜。生物膜与填充材料一起形成固定的滤床。厌氧滤床可分为上流式厌氧滤床和下流式厌氧滤床二种。污水在流动过程中生长并保持与充满厌氧细菌的填料接触，因为细菌生长在填料上将不随出水流失，在短的水力停留时间下可取得较长的污泥泥龄。厌氧滤器的缺点是填料载体价格较贵，反应器建造费用较高，此外，当污水中SS含量较高时，容易发生短路和堵塞。 （4）上流式厌氧污泥床反应器（UASB） 待处理的废水被引入UASB反应器的底部，向上流过由絮状或颗粒状厌氧污泥的污泥床。随着污水与污泥相接触而发生厌氧反应，产生沼气引起污泥床的扰动。在污泥床产生的沼气有一部分附着在污泥颗粒上，自由气泡和附着在污泥颗粒上的气泡上升至反应器的上部。污泥颗粒上升撞击到三相分离器挡板的下部，这引起附着的气泡释放；脱气的污泥颗粒沉淀回到污泥层的表面。自由状态下的沼气和由污泥颗粒释放的气体被收集在三相分离器锥顶部的集气室内。液体中包含一些剩余的固体物和生物颗粒进入到三相分离器的沉淀区内，剩余固体物和生物颗粒从液体中分离并通过三相分离器的锥板间隙回到污泥层。UASB反应器的特点在于可维持较高的污泥浓度，很长的污泥泥龄（30天以上），较高的进水容积负荷率，
发酵工艺及设备复习资料
《发酵工程》复习资料 一、单项选择题 1、被现代誉为微生物学鼻祖、发酵学之父的巴斯德。 A、首次观察到大量活着的微生物； B、建立了单种微生物的分离和纯培养技术； C、阐明了微生物产生的化学反应本质； D、首次证明酒精发酵是酵母菌所引起的。 2、关于Pirt方程π＝a + bμ，不正确的有。 A、a=0、b≠0：可表示一类发酵； B、a≠0、b ≠ 0：可表示二类发酵； C、a=0、b≠0：可表示三类发酵； D、第二类发酵表明产物的形成和菌体的生长非偶联。 3、代谢参数按性质分可分。 A、物理参数、化学参数和间接参数； B、中间参数和间接参数； C、物理参数、化学参数和生物参数； D、物理参数、直接参数和间接参数。 4、关于菌种低温保藏的原理正确的有。 A、低于最低温度，微生物很快死亡； B、低于最低温度，微生物代谢受到很大抑制，并不马上死亡； C、高于最高温度，微生物很快死亡； D、低于最低温度，微生物胞内酶均会变性。 5、下列不是利用热冲击处理技术提高发酵甘油产量的依据的有。 A、酵母在比常规发酵温度髙10~20℃的温度下经受一段时间刺激后，胞内海藻糖的含量显著增加； B、Lewis发现热冲击能提高细胞对盐渗透压的耐受力； C、Toshiro发现热冲击可使胞内3-磷酸甘油脱氢酶的活力提高15~25%，并导致甘油产量提高； D、Lewis发现热冲击可使胞内3-磷酸甘油脂酶的活力提高15~25%，并导致甘油产量提高。 6、霉菌生长pH为5左右，因此染为多。 A、细菌； B、放线菌； C、酵母菌； D、噬菌体。 7、放线菌由于生长的最适pH为7左右，因此染为多 A、细菌； B、酵母菌； C、噬菌体； D、霉菌。 8、不是种子及发酵液无菌状况检测方法的有。 A、酚红肉汤培养基检测； B、平板划线； C、显微镜观察； D、尘埃粒子检测。 9、要实现重组大肠杆菌的高密度培养，最常用和最有效的方法就是。 A、反复分批培养； B、分批补料流加培养法； C、连续培养法； D、反复分批流加培养法。 10、微生物菌种的筛选最关键的是要找到一个合适的“筛子”，在耐高酒精浓度酿酒酵母的筛选中，这个“筛子”是。 A、平板培养基中高葡萄糖含量； B、种子培养基中高酒精含量； C、平板培养基中高酒精含量； D、发酵培养基中高酒精含量。 11、在摇瓶发酵法生产糖化酶实验中，糖化酶比酶活力单位应为。 A、U/mL粗酶液； B、U/g淀粉； C、U/g酶； D、U/mL培养基。 12、在反复分批发酵过程中，细胞回用操作必须在进行。 A、密闭条件下； B、无菌条件下； C、稳定条件下； D、任何条件下。 13、现代发酵工程采取的优化策略是。 A、高产量； B、高转化率； C、高产率； D、高产量、高得率和高生产强度的相对统一。 14、下列叙述正确的是。 A、在稳定期，细胞增加速度和死亡速度达到平衡，细胞浓度达最大，活细胞重量基本维持恒定； B、稳定期往往是微生物次级代谢产物大量产生的时期； C、在稳定期，细胞的能量贮备已消耗完，细胞开始死亡； D、在工业生产中，通常在对数生长期的末期或衰亡期开始之后结束发酵过程。 15、在微生物培养过程中，消耗的底物。 A、只用于菌体生长、菌体维持和产物生成； B、只用于菌体生长和产物生成； C、用于菌体生长、菌体维持和产物的生成，有的底物还与能量的产生有关； D、只用于菌体生长。 16、现代发酵工程采取的优化策略是。 A、高产量； B、高转化率； C、高产率； D、高产量、高得率和高生产强度的相对统一。
发酵工艺优化
发酵工艺优化 从摇瓶试验到中试发酵罐试验的不同之处 1、消毒方式不同，摇瓶是外流蒸汽静态加热（大部分是这样的），发酵罐是直接蒸汽动态加热，部分的是直接和蒸汽混合，会因此影响发酵培养基的质量，体积，PH，透光率等指标。扩大时摇考虑 2、接种方式不同，摇瓶是吸管加入，发酵罐是火焰直接接种（当然有其他的接种方式），要考虑接种时的菌株损失和菌种的适应性等。 3、空气的通气方式不同，摇瓶是表面直接接触。发酵罐是和空气混合接触，考虑二氧化碳的浓度和氧气的融解情况。 4、蒸发量不同，摇瓶的蒸发量不好控制，湿度控制好的话，蒸发量会少。发酵罐蒸发量大，但是可以通过补料解决的。 5、搅拌方式不同，摇瓶是摇转方式进行混合搅拌，对菌株的剪切力较小。发酵罐是直接机械搅拌，注意剪切力的影响和无菌的影响。 6、PH的控制，摇瓶一般通过碳酸钙和间断补料控制PH，发酵可以直接流加控制PH，比较方便。 7、温度控制，摇瓶是空气直接接触或者传热控制温度，但是发酵罐是蛇罐或者夹套水降温控制，注意降温和加热的影响。 8、注意染菌的控制方法不一样，发酵罐根据染菌的周期和染菌的类型等可以采取一些必要的措施减少损失。 9、发酵罐可以取样或者仪表时时检测，但是摇瓶因为量小不能方便的进行控制和检测。 10、原材料不一样，发酵所用原材料比较廉价而且粗旷，工艺控制和摇瓶区别很大等等 发酵工艺中补料的作用 补料分批培养(fed—batch culture简称FBC)是指在分批培养过程中、间歇或连续地补加一种或多种成分的新鲜培养基的培养方法、与传统的分批集中补料培养相比、它有以下优点： (1)可以避免在分批发酵中因—次投料过多造成发酵液环境突变，造成菌丝大量生长等问题，改善发酵液流变等性质，使得发酵过程泡沫得以控制，节省消泡剂，并提高了装罐系数。 (2)可以控制细胞质量，以提高芽抱的比例，并使pH得以稳定。 (3)可以解除底物抑制，产物反馈抑制和分解阻遏。 (4)可以使“放料和补料”方法得以实施。该方法在发酵后期、产生了一定数量代谢产物后，在发酵液体积测量监控下，放出一部分发酵液，同时连续补充——部分新鲜营养液，实现连续带放、既有利于提高产物产量．又可降低成本，使得发酵指数得以大幅度提高。 (5)利用FBC技术、可以使菌种保持最大的生产力状态．随着传感技术以及对发酵过程动力学理沦深入研究、用模拟复杂的数学模型使在线方式实最优控制成为可能。 连续补料控制目前采用有反馈控制和无反馈控制两种方式。有反馈控制：选择与过程直接关系的可检测参数作为控制指标，例如可以测量、控制发酵液PH、采用定量控制葡萄糖流加。稳定PH在次级代谢最旺盛水平。而无反馈控制FBC是指无固定的反馈参数，以经验和数学模型相结合的办法来操作最优化控制、从而使抗生素发酵产量得以大幅度提高。例如发酵过程中前体的补加。由此可见，要实现对发酵过程的有效控制，就先要解决补科的连续控制问题。 目前国外发酵生产过程连续补料采用：流量计(电磁流量计、液体质量流量计)、小型电动、气动隔膜调节阀和控制器来实现连续补料控制。菜发酵工厂在中试试验中还成功地运用了电子称加三阀控制的自动补科系统 至于装液量的问题，应该从以下几个方面考虑： 1、保持在你所需要的转速培养情况下（尤其是在后期，菌丝很多时，转速很高时），不能让发酵液把你的塞子湿掉，容易造成染菌。 2、装液量的体积在消毒过程中，不能因为沸腾把塞子湿掉，或者跑出三角瓶，装液量太多会出现这样的情况。很容易染菌。 3、根据你的菌种的情况和发酵液的粘度，需要的混匀程度等等方面也要考虑。 4、建议你做一个梯度试验（40－50－60－70－80等）就可以找到你所需要的装液量。 关于剩余空气的排除在灭菌完毕后（100度左右），立刻用盖子或者其他的用品把你的培养摇瓶盖好，有时候这么点空气根本对兼性厌氧发酵没有什么影响，如果你的菌种要求很严的话，最好用干冰加入已经灭菌的空摇瓶后，立刻用其他的样品培养基分装即可。当然也可以用氮气。最好是二氧化碳。 你可以再查查看是否有其他的方法，我说的也不完全。！！
2m3谷氨酸发酵罐设计
江西科技师范学院 生物工程专业《化工原理课程设计》说明书 题目名称2m3 产谷氨酸发酵罐的设计 专业班级2009 级生物工程（1）班 学号 学生姓名唐盼阙素云周婷 指导教师常军博士 2011 年10 月31 日
目录 一、设计方案的确定1 谷氨酸的生产工艺流程1 生产原料1 发酵菌株1 培养基的制备2 二、发酵罐主体设计计算2 发酵罐主要条件及主要技术指标2 罐体选型、几何尺寸的确定、罐体主要部件尺寸的设计计算3发酵罐的选型3 发酵罐容积的确定 3 发酵罐装液量的确定3 冷却装置的设计3 罐体选料4 罐体壁厚4 封头壁厚计算5 夹套直径5 挡板的设计5 搅拌器的设计5 搅拌器的计算5 搅拌轴功率的计算 6 管道设计8 通风管管径计算8 进出物料管8 冷却水进出口管径 8 管道接口8 仪表接口8 三、其他附件选型9 四、附录及图纸10 附录1计算结果汇总表10 附录2计算结果汇总表10 五、总结11 六、参考文献及资料12
一、设计方案的确定 谷氨酸的生产工艺流程 谷氨酸的生产主要包括以下工作：谷氨酸发酵的原料处理和培养基的配制； 子培养；发酵工艺条件的控制；谷氨酸提取；谷氨酸的精制。 发酵法生产谷氨酸的工艺流程如下： 图1 谷氨酸生产工艺流程图 生产原料 谷氨酸生产时发酵原料的选择原则：首先考虑菌体生长繁殖的营养；考虑到有利于谷氨酸的大量积累；还要考虑原料丰富，价格便宜；发酵周期短，产品易提取等因素。目前谷氨酸生产上多采用尿素为氮源，采用分批流加，以生物素为生长因子。国内大多数厂家用淀粉为发酵原料，主要有玉米、小麦、甘薯、大米等，其中甘薯的淀粉最为常用。少数厂家用糖蜜为发酵原料，主要有甘蔗糖蜜、甜菜糖蜜。 发酵菌株 现有谷氨酸生产菌分属于棒状杆菌属、短杆菌属、小杆菌属及节杆菌属。目前工业上应用的谷氨酸产生菌有谷氨酸棒状杆菌、乳糖发酵短杆菌、散枝短杆菌、黄色短杆菌、噬氨短杆菌等。目前国内各味精厂所使用的谷氨酸生产菌主要有（1）纯齿棒状杆菌及其 （2）天津短杆菌T613及其诱变株FM-415、CMTC6282、诱变株B9、B9-17-36、F-263等菌株； S9114等菌株；（3）北京棒杆菌及其诱变株D110等菌株。本实验选择北京棒杆菌。
厌氧发酵工艺
环化系环测1001 李园方 厌氧发酵 1前言 餐厨垃圾是城市生活垃圾中有机相的主要来源。餐厨垃圾以蛋白质、淀粉类、食物纤维类、动物脂肪类等有机物质为主要成分, 是能源和肥料潜在的资源。餐厨垃圾含水率高达75% ~ 90%, 渗沥液易通过渗透作用污染地下水, 产生出大肠杆菌等病原微生物, 直接危害人体健康[ 1] 。另外, 餐厨垃圾处理过程中也会产生大量的高浓度有机废水, 如果处理不当, 将造成巨大的环境污染和资源浪费。宁波市于2009 年6月建成了一座餐厨垃圾废水厌氧 发酵工程, 经过2个月的调试运转, 于2009年8月开始正式运行。现将该工程情况介绍如下。 2废水概况 餐厨垃圾经提油处理和加工成饲料的处理后会产生大量有机废水, 该工程废水处理量约为110m3 d- 1, 其水质pH 为3. 5 ~ 4. 0, CODC r 80 ~ 1602废水概况餐厨垃圾经提油处理和加工成饲料的处理后会产生大量有机废水, 该工程废水处理量约为110m3 d- 1, 其水质pH 为3. 5 ~ 4. 0, CODC r 80 ~ 1603工艺流程根据工艺流程, 餐厨垃圾废水制沼气及发电主 要为以下三个步骤。 3-1厌氧发酵调试阶段 活性污泥的培养及驯化对反应器的正常运行至关重要。本项目的
接种污泥取自宁波骆驼沼气站(该沼气站以猪粪为原料)。 ( 1)污泥驯化初期(时间10天)。投入一定量的接种污泥, 再加入稀释后的废水( CODCr < 10 g L- 1 )一起投入改进型升流式厌氧污泥床反应器( UASB )中, 调节pH 至中性, 使污泥恢复活性。 ( 2)污泥驯化中期(时间30天)。投入一定量的接种污泥, 餐厨垃圾废水稀释为50% ( CODC r 40~ 80 g L- 1 ) , 出水水质良好。污泥性质基本稳定,上清液澄清透明。这表明, 活性污泥开始驯化, 适应餐厨垃圾废水。 ( 3)污泥驯化后期(时间20天)。餐厨垃圾废水提高到进料COD 浓度80~ 120 g L- 1, 保持一个 水力停留期。随着餐厨垃圾废水投加量的增加, 出水COD有所提高, 但仍能保持较高的COD 去除率。较长时间稳定的去除率表明, 污泥已基本适应餐厨垃圾废水的特性, 活性污泥驯化完成。 3-2厌氧发酵阶段 该工程采用2000m3 的改进型升流式厌氧污泥床反应器进行厌 氧发酵制沼气, 发酵装置外观见图1。该反应器处理效率高, 耐负荷能力强, 出水水质相对较好, 沼泥生成量小, 具有防堵防爆的特点, 其 结构、运行操作维护管理相对简单, 造价也相对较低。具有良好的沉淀性能和聚凝性能的污泥在下部形成污泥层, 运行一段时间后, 出水悬浮物增加, 需要按时排泥。 该工程设计为连续投料的工业化生产工艺路线。厌氧发酵启动后,
厌氧发酵原理及其工艺
1.4 实验研究目的，技术路线 我国目前的农作物发酵制沼气技术与发达国家相比,起步较晚,大型项目的运行经验相对较少。由于我国幅员辽阔,不同地域的农作物资源种类不同,其物理和化学性质也有较大的差别,加之我国不同地区年平均气温差别较大,使我国农作物厌氧发酵制备沼气的大型项目难有统一的设计参数标准。对于不同的大型沼气项目,必须结合项目实际的农作物种类和物性、气候条件、供热条件、沼液和沼渔的消纳和后续处理工艺、农作物的价格和最大运输半径、原料的储存和供料方式、发电机组的选型等因素进行综合考虑,才能使项目实施后获得最佳的经济和社会效益。 根据我国农作物制备沼气技术的应用现状,结合本文研究的农作物制备沼气项目实际案例,本文的研究目的为:;研究发酵原料的物理化学性质和产气率,提出合理估算农作物（主要是黄瓜藤）和粒径的方法,为项目实例提供工艺选择、系统设计和经济性计算提供可靠依据。 为了实现上述目的,本文研究内容主要集中如下几个方面: （1）研究农作物破碎预处理的特点,为合理计算破碎预处理能耗提供计算方法。 （2）研究了黄瓜藤的鲜活度对发酵产气量和产气速率等因素的影响。 （3）不同投配率对发酵产气量和产气速率等因素的影响；为了厌氧发酵反应的持续反应，同时还研究不同投配率对于pH值的影响。 1.5 论文章节安排 本论文共包括六章内容。 第一章介绍课题的研究背景，国内能源消费和可再生能源利用现状，以及课题的主要研究内容和意义。 第二章厌氧发酵反应制备沼气的基本原理和影响参数。
第三章阐述农作物的破碎原理，从中说明粒度与能耗间的关系，并且从能耗的角度分析不同粒度的颗粒的耗能情况。 第四章针对需要采用实验方法对各个因素进行研究，确定实验的数据测量的方法以及实验进行过程中需要的注意事项，防止实验失败。 第五章实验采用定制CSTR厌氧反应器对黄瓜藤在中温条件下进行厌氧消化反应实验，研究系统的稳定性能和产气性能。 第六章作出对课题的总结和展望，总结本课题的研究成果，并提出不足之处和以后还需进一步研究的方向。
发酵工艺优化
发酵工艺优化 发酵工艺优化 从摇瓶试验到中试发酵罐试验的不同之处 1、消毒方式不同，摇瓶是外流蒸汽静态加热（大部分是这样的），发酵罐是直接蒸汽动态加热，部分的是直接和蒸汽混合，会因此影响发酵培养基的质量，体积，PH，透光率等指标。扩大时摇考虑 2、接种方式不同，摇瓶是吸管加入，发酵罐是火焰直接接种（当然有其他的接种方式），要考虑接种时的菌株损失和菌种的适应性等。 3、空气的通气方式不同，摇瓶是表面直接接触。发酵罐是和空气混合接触，考虑二氧化碳的浓度和氧气的融解情况。 4、蒸发量不同，摇瓶的蒸发量不好控制，湿度控制好的话，蒸发量会少。发酵罐蒸发量大，但是可以通过补料解决的。 5、搅拌方式不同，摇瓶是摇转方式进行混合搅拌，对菌株的剪切力较小。发酵罐是直接机械搅拌，注意剪切力的影响和无菌的影响。 6、PH的控制，摇瓶一般通过碳酸钙和间断补料控制PH，发酵可以直接流加控制PH，比较方便。 7、温度控制，摇瓶是空气直接接触或者传热控制温度，但是发酵罐是蛇罐或者夹套水降温控制，注意降温和加热的影响。 8、注意染菌的控制方法不一样，发酵罐根据染菌的周期和染菌的类型等可以采取一些必要的措施减少损失。 9、发酵罐可以取样或者仪表时时检测，但是摇瓶因为量小不能方便的进行控制和检测。 10、原材料不一样，发酵所用原材料比较廉价而且粗旷，工艺控制和摇瓶区别很大等等 发酵工艺中补料的作用 补料分批培养(fed—batch culture简称FBC)是指在分批培养过程中、间歇或连续地补加一种或多种成分的新鲜培养基的培养方法、与传统的分批集中补料培养相比、它有以下优点： (1)可以避免在分批发酵中因—次投料过多造成发酵液环境突变，造成菌丝大量生长等问题，改善发酵液流变等性质，使得发酵过程泡沫得以控制，节省消泡剂，并提高了装罐系数。 (2)可以控制细胞质量，以提高芽抱的比例，并使pH得以稳定。 (3)可以解除底物抑制，产物反馈抑制和分解阻遏。 (4)可以使“放料和补料”方法得以实施。该方法在发酵后期、产生了一定数量代谢产物后，在发酵液体积测量监控下，放出一部分发酵液，同时连续补充——部分新鲜营养液，实现连续带放、既有利于提高产物产量．又可降低成本，使得发酵指数得以大幅度提高。 (5)利用FBC技术、可以使菌种保持最大的生产力状态．随着传感技术以及对发酵过程动力学理沦深入研究、用模拟复杂的数学模型使在线方式实最优控制成为可能。 连续补料控制目前采用有反馈控制和无反馈控制两种方式。有反馈控制：选择与过程直接关系的可检测参数作为控制指标，例如可以测量、控制发酵液PH、采用定量控制葡萄糖流加。稳定PH在次级代谢最旺盛水平。而无反馈控制FBC是指无固定的反馈参数，以经验和数学模型相结合的办法来操作最优化控制、从而使抗生素发酵产量得以大幅度提高。例如发酵过程中前体的补加。由此可见，要实现对发酵过程的有效控制，就先要解决补科的连续控制问题。 目前国外发酵生产过程连续补料采用：流量计(电磁流量计、液体质量流量计)、小型电动、气动隔膜调节阀和控制器来实现连续补料控制。菜发酵工厂在中试试验中还成功地运用了电子称加三阀控制的自动补科系统
谷氨酸发酵生产工艺
目录1.谷氨酸发酵生产工艺简介 1.1工艺流程 1.2工艺参数 1.3工艺要求 2串级控制系统特点与分析 2.1串级系统特点 2.2串级控制结构框图及分析 3控制方案 3.1总体方案 3.2系统放图 3.3待检测点的控制系统流程图 4仪表的选型 4.1热交换器 4.2仪表清单 5控制算法选择 5.1控制规律 5.2调节器正反作用的选择 6总结 7参考文献 附图
串级控制系统-----两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。 例：加热炉出口温度与炉膛温度串级控制系统 1. 基本概念即组成结构
串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。 前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。 整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。 在该反应中，主要控制的指标是釜温。但由于测量元件的测量滞后，以及由于测量套管插入其内，在套管的外表面有反应发生，很容易造成釜温的假象。因此在升温-恒温控制的过程中需要热水和冷水的交换切换，以便使谷氨酸发酵充分反应，提高产品质量。 主、副变量，主、副控制器（调节器），主、副对象，主、副检测变送器，主、副回路。 作用在主、副对象上的干扰分别为一、二次干扰 系统特点及分析 * 改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。 * 能迅速克服进入副回路的二次扰动。 * 提高了系统的工作频率。 * 对负荷变化的适应性较强 串级控制系统的特点：
集装箱干式厌氧发酵设备简介
集装箱干式厌氧发酵设备简介 集装箱干式厌氧发酵设备是一种全新概念的有机废弃物厌氧发酵装置，它以干式沼气发酵工艺为核心技术，将现有沼气工程系统进行了装备化、产品化，形成了一套具有完整沼气发酵功能的标准设备，是目前中小型沼气发酵行业中一个独创的新产品。 一、产品开发背景 集装箱干式厌氧发酵设备是将干式发酵工艺和集装箱进行了融合，使设备具有了沼气发酵功能的同时实现了整套设备的可移动性，将以往的沼气系统的工程概念创造性的转变为设备概念。 利用干式发酵的工艺特点及集装箱的设备优势。实现了沼气工程设备化后的运输安装的便捷性、处理工艺的高效性、操作的简单、运行的稳定以及占地小投资低等。 二、运行工艺及参数 将工程中绝大部分系统进行设备化，如发酵、搅拌、加热、沼气存储、保温、沼气存储、沼气净化、固液分离、控制等。最后融合为一整体，进而装备化、产品化。基本工艺如下： 集装箱干式发酵设备
设备参数： 三、产品的特点及优势 （1）全套设备由集装箱高度集成，实现全套系统设备可移动，便于运输及搬迁；（2）设备安装简单，工程量大为减少，可实现系统设备的快速安装和启动；（3）集装箱场地布置简单，无需建造大量的土建设施； （4）设备自动化控制，操作简单，可实现单人操作； （5）模块集成，可扩容，可移动、可回收，可租赁，具有极高的残值； 四、项目工程案例 目前集装箱干式厌氧发酵设备目前已在全国多个地方进行了示范与推广，并取得了良好的市场反馈。
项目名称：湖北恩施某养鸡场粪污处理 运行时间：2015年4月 日产沼气：200立方米 沼气用途：发电与供暖 项目名称：广东揭阳某养牛场粪污处理 运行时间：2015年5月 日产沼气：200立方米 沼气用途：发电 上海华库环保科技有限公司 2015-10-27
味精的生产工艺流程简介教程文件
1味精的生产工艺流程简介 味精的生产一般分为制糖、谷氨酸发酵、中和提取及精制 等4个主要工序。 1．1液化和糖化 因为大米涨价，目前大多数味精厂都使用淀粉作为原材 料。淀粉先要经过液化阶段。然后在与B一淀粉酶作用进入糖 化阶段。首先利用一淀粉酶将淀粉浆液化，降低淀粉粘度并 将其水解成糊精和低聚糖，应为淀粉中蛋白质的含量低于原来 的大米，所以经过液化的混合液可直接加入糖化酶进入糖化阶 段，而不用像以大米为原材料那样液化后需经过板筐压滤机滤 去大量蛋白质沉淀。液化过程中除了加淀粉酶还要加氯化钙， 整个液化时间约30min。一定温度下液化后的糊精及低聚糖在 糖化罐内进一步水解为葡萄糖。淀粉浆液化后，通过冷却器降 温至60℃进入糖化罐，加入糖化酶进行糖化。糖化温度控制在60℃左右，PH值4．5，糖化时间18-32h。糖化结束后，将糖化罐加热至80 85℃，灭酶30min。过滤得葡萄糖液，经过压滤 机后进行油水分离(一冷分离，二冷分离)，再经过滤后连续消 毒后进入发酵罐。 1．2谷氨酸发酵发酵 谷氨酸发酵过程消毒后的谷氨酸培养液在流量监控下进入谷氨酸发酵罐，经过罐内冷却蛇管将温度冷却至32℃，置入 菌种，氯化钾、硫酸锰、消泡剂及维生素等，通入消毒空气，经一
段时间适应后，发酵过程即开始缓慢进行。谷氨酸发酵是一个 复杂的微生物生长过程，谷氨酸菌摄取原料的营养，并通过体 内特定的酶进行复杂的生化反应。培养液中的反应物透过细胞 壁和细胞膜进入细胞体内，将反应物转化为谷氨酸产物。整个 发酵过程一般要经历3个时期，即适应期、对数增长期和衰亡期。每个时期对培养液浓度、温度、PH值及供风量都有不同的 要求。因此，在发酵过程中，必须为菌体的生长代谢提供适宜的生长环境。经过大约34小时的培养，当产酸、残糖、光密度等指标均达到一定要求时即可放罐。 1．3 谷氨酸提取与谷氨酸钠生产工艺 该过程在提取罐中进行。利用氨基酸两性的性质，谷氨酸 的等电点在为pH3．0处，谷氨酸在此酸碱度时溶解度最低，可经长时间的沉淀得到谷氨酸。粗得的官司谷氨酸经过于燥后分 装成袋保存。 1．4谷氨酸钠的精制 谷氨酸钠溶液经过活性碳脱色及离子交换柱除去C a 、 Mg 、F e 离子，即可得到高纯度的谷氨酸钠溶液。将纯净的 谷氨酸钠溶液导入结晶罐，进行减压蒸发，当波美度达到295 时放入晶种，进入育晶阶段，根据结晶罐内溶液的饱和度和结 晶情况实时控制谷氨酸钠溶液输入量及进水量。经过十几小时 的蒸发结晶，当结晶形体达到一定要求、物料积累到80％高度时，将料液放至助晶槽，结晶长成后分离出味精，送去干燥和筛
厌氧发酵工艺
厌氧发酵处理工艺 有机垃圾的厌氧发酵处理正成为有机垃圾处理的一种新趋势，具有巨大的经济效益和环境效益。若技术应用于日处理有机垃圾 800 吨左右的厌氧发酵系统，每日可以产生100000m3左右生物气体，其中氢气含量 20％以上，发电 160000 度；处理后的沼渣不仅可以生产出 100 吨左右的优质有机肥，而且不对周围环境产生影响，相反，处理了大量的废物，可以大大降低固体废物对环境的危害。厌氧发酵工艺是一种产能又环保的生物处理工艺，已经广泛应用于废水的处理，在有机固体垃圾处理方面应用。有机垃圾主要包括城市生活垃圾中的有机成份、各类农作物的秸秆、禽兽的排泄物以及常见的餐饮垃圾等。统计显示，我国城市生活垃圾的清运量约 1.5 亿吨/年，并以接近 10%的速度迅猛增加；我国作为农业大国，农作物秸秆资源丰富，总产量约为 7 亿吨/年，并且以每年 6%的速度增加；禽兽养殖粪便每年产量超过 20 亿吨；我国餐饮垃圾总量约合 2000 吨/天，目前，处理这些有机垃圾的方法主要有卫生填埋、焚烧、堆肥（好氧发酵）以及厌氧发酵方法。卫生填埋的优点是填埋量大且成本较低，不足是浪费大量的土地资源，对于城市而言，可供填埋的土地越来越少；焚烧的优点是短时间内减量幅度大（达80%~90%），同时可以回收部分能源，但是其初投资和运行成本较高，而且对环境污染严重；堆肥的资源化程度较高，但减量较少且堆肥过程中容易产生恶臭，影响空气质量，在发达国家受到严格限制。厌氧发酵方法处理有机垃圾是通过厌氧微生物的作用，将有机垃圾降解为甲烷、氢气和二氧化碳的生化过程，该方法最终产物恶臭味减小，并且产生的甲烷气体可以作为能源回收，同时达到减少垃圾容积，达到“减量化、资源化、无害化”的目的，具有巨大的经济效益和环境效益，是未来处理有机垃圾的重要发展方向之一。 厌氧发酵工艺： 厌氧发酵处理工艺的分类方法诸多，根据不同的分类方法，厌氧发酵方法被分成不同的发酵工艺。根据发酵阶段所处的反应器的不同进行分类，可以分为两相发酵工艺和单相发酵工艺。按照反应器的操作条件不同（如固含率、发酵温度）等可分为三类：按固含率分湿式、干式工艺；按运行温度可以分为高温发酵、中温发酵和常温发酵三类。 按进料方式可分为间歇式、连续式。
厌氧发酵工艺
以农业废弃物和农产品加工废水及废渣等各种有机物为原料，在厌氧条件下利用微生物的话动，生产沼气并使有机物得到处理的过程称为沼气发酵工艺。由于发酵原料和发酵条件的不同，所采用的发酵工艺也多种多样，目前应用或研究较多的工艺类型有塞流式反应器、完全混合厌氧消化工艺、上流式厌氧污泥床反应器、升流式固体反应器等。 1．塞流式反应器(Plug Flow Reactor，简称PFR) 塞流式反应器也称推流式反应器，是一种长方形的非完全混合式反应器。高浓度悬浮固体发酵原料从一端进入，从另一端排出，它是一种结构简单、应用广泛的工艺类型。该反应器没有搅拌装置，原料在反应器内呈自然沉淀状态，一般分为四层，从上到下依次为浮渣层、上清掖、活性层和沉渣层，其中厌氧微生物活动较为旺盛的场所只局限于活性层内，因而效率较低，多于常温条件下运转。我国农村应用最多的水压式沼气池和印度的哥巴式沼气池均属PFR。近年来经过研究和改进，一些新的农村家用沼气池得到应用，如曲流布料池，集气罩式池、塞流式池，北京-Ⅰ型池等。这些沼气池的性能有所提高，产气率都达到0.5 m3/(m3·d)以上。 2．完全混合厌氧消化工艺（continual stir Tank Reactor，简称CSTR） 完全混合厌氧消化工艺即工艺是世界上使用最多、适用范围最广的一种反应器。CSTR反应器内设有搅拌装置，使发酵原料与微生物处于完全混合状态，使活性区遍布整个反应器，其效率比常规反应器有明显提高。该反应器常采用恒温连续投料或半连续投料运转。CSTR反应器应用于含有大量悬浮固体的有机废物和废水，如酒精费醪、禽畜粪便等。在CSTR反应器内，进入的原料由于搅拌作用很快与反应器内发酵液混合，其排出的料液又与发酵液的浓度相等，并且在出料时发酵微生物也一起排出，所以出料浓度一般较高，停留时间要求较长，一般需15天或更长一些时间。CSTR反应器一般负荷，中温为3-4 kg COD／(m3·d)，高温为5-6 kg COD／(m3·d)。为了提高反应器效率，在应用过程常加以改进，通过延长固体停留时间（SRT）来提高产气率。该工艺的优点是处理量大，产沼气多，易启动，便于管理，投资费用低，但是水力停留时间（HRT）和SRT要求较长。 3．上流式厌氧污泥床反应器： 上流式厌氧污泥床反应器，Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor，简称UASB 反应器。该工艺装置的特点为在反应器上部安装有气、液、固三相分离器，反应器内所产生的气体在分离器下被收集起来，污泥和污水升流进入沉淀区，由于该区不再有气体上升的搅拌作用，悬浮于污水中的污泥则发生絮凝和沉降，它们沿着分离器斜壁滑回反应器内，使反应器内积累起大量活性污泥。在反应器的底部是浓度很高并具有良好沉降性能的絮状或颗粒状活性污泥，形成污泥床。有机污
发酵工艺原理与设备教学大纲
发酵工艺原理与设备教学大纲 一、本课程的目的、要求、地位和作用 发酵工艺原理与设备是发酵工程专业及相关的生物工程、生物化工等专业的重要专业课。这门课是学生先期学习了“生物学基础”、“生物化学”、“微生物学”、“物理化学”、“机械基础”和“化工原理”等基础课或专业技术基础课后开设的一门必修学位课。该课程突出有关发酵过程的化学、生物学、生物化学和微生物学的原理，全面系统的阐述从发酵原辅料处理、培养基用水的处理和无菌空气的制备，到工业微生物菌种的扩大培养、各种发酵操作方式的工艺规律；下游工程的分离方法等发酵工程基础，发酵工业的主要设备的操作原理、性能及构造和设计方法。简要介绍一些非常规发酵过程，如固态发酵、基因工程菌发酵和动植物细胞培养等。同时还涉及发酵经济学的一些基本原理。 二、课程内容 第一篇发酵生物学原理（11学时） 第一章绪论（5学时） 第一节发酵过程的领域 第二节发酵过程的组成 第三节发酵工业的发展史 第二章发酵过程的生物学基础（5学时） 第一节发酵过程与微生物（自学） 第二节微生物的营养与培养基的设计（自学） 第三节微生物的生长模式及其动力学（自学） 第四节环境对微生物的影响（自学） 第五节代谢产物的代谢调控 第六节微生物代谢产物的过量产生 第三章发酵过程的生物化学基础（1学时） 第一节糖的微生物代谢（自学） 第二节脂类和脂肪酸的微生物代谢（自学） 第三节氨基酸和核酸的微生物代谢（自学） 第四节微生物的次级代谢 第五节芳香族化合物的微生物代谢 第六节 H2和CO2等的微生物代谢 第七节微生物的光合作用 第八节常见发酵产品的发酵机制（自学）
第二篇发酵过程工程原理及设备（52学时） 第四章培养基及其制备（6学时） 第一节原料 第二节原料的预处理 第三节淀粉的水解糖的制备 第四节糖蜜原料的处理 第五节前体物质、促进剂 第五章培养基及设备的灭菌（4学时） 第一节培养基灭菌的目的、要求和方法 第二节湿热灭菌的理论基础 第三节培养基灭菌的工程设计 第六章空气除菌的工艺及设备（4学时） 第一节空气中微生物的分布和发酵工业对空气无菌程度的要求第二节空气除菌方法 第三节介质过滤除菌的机理 第四节介质过滤除菌的流程 第五节介质过滤除菌的设备及计算 第七章生产菌种的扩大培养及保藏（4学时） 第一节种子的制备过程 第二节种子质量的控制 第三节实例 第四节生产发酵罐的无菌接种 第五节菌种的保藏和复壮 第八章发酵过程（12学时） 第一节发酵过程的代谢变化规律 第二节发酵的工艺控制 第三节发酵过程的主要控制参数 第四节发酵过程的自动控制 第五节发酵动力学 第六节发酵过程优化 第九章嫌气发酵设备（2学时） 第一节酒精发酵设备