发酵工艺学(培训讲座课件)

发酵工艺学

发酵工艺概论

发酵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，而且生产各种食品添加剂：谷氨酸，柠

檬酸，苹果酸，核甘酸，多糖等；医疗保健药物如胰岛素，干扰素，生长激素，抗生素和

疫苗；农用生产资料：天然杀虫剂，细菌肥料］微生物除草剂；在化学工业上生产M

酶，维生素和单细胞蛋白等。

Useofmicroorganism&适应性强

消化能力强

繁殖能力强

1857年，法国化学家，微生物学家巴斯德提出了著名的发酵理论“一切发酵工程都是微

生物作用的结果”。巴斯德认为：酿酒是发酵，是微生物在起作用。酒变质也是发酵，是

另一类微生物在作祟。可用加热的方法来杀死有害微生物，也可将纯种微生物分离出，获

得所需发酵产品。

一、发酵工程（feimentationengineering）

L直接利用微生物的机能将物料加工以提供产品的过程，又称微生物工程。

在最适发酵条件下，大量培养细胞和生产代谢产物的工艺技术。

2发酵工业简介FermentationIndustry

发酵食品FerrrEntedFoods

有机酸OrganicAcids

氨基酸AninoAcids

核酸类物质Nucleotides

酶制剂Enzymes

医药工业（抗生素…）Pharmaceutical(Antibiotics”)

饲料工业（单细胞蛋白）Feedstuff(egSCB

环境工程（废物处理）EnvironmentalApplication巡steTreatrrent)

其它（冶金工业…）Others(egNfetallurgicalindustry)

二、微生物

（-）为什么要利用微生物?

微生物繁殖非常迅速

微生物培养易于控制

微生物本身也容易改造

（二）抗生素、氨基酸、酶制剂等产品为什么能通过微生物发酵来生产？这与微生物的生

长和代谢特点有什么关系？

1、某些微生物因争夺生存环境或营养物，会产生抗生素将其他种类的微生物杀死。

2微生物会产生蛋白酶、纤维素酶和淀粉酶，将营养物质水解成可吸收的小分子的多肽

或氨基酸、葡萄糖。

区微生物细胞会通过合成或分解代谢生产它必需的一些物质，包括氨基酸、核甘酸等。

三、Fermentationengineering

L发酵工程组成

从广义上讲，由三部分组成：上游工程、发酵工程、下游工程

上游工程fFER^ENIATICNProcessControl->下游工程

UPSTHE^MFRXESSESIXWN？IPE^MFRXESSES

—genetics,cel1...—productextraction

purificatior&assay

—inoculimdevelopment—wastetreatment

-mediafonrulation—byproductrecovery

—steri1ization

—inoculation

2获得发酵产品的条件

适宜的微生物

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

精制成产品的方法和设备

UseofMicroorganisms：

Positive（益处）

-^icmass

HProduction

-Conversion

Negative（危害）

-Pathogens

—Spoilage

3发酵的定义

传统发酵：最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或麦芽汁产生气泡的现象，或者是指酒

的生产过程。

Feimentation#初来自拉丁语"发泡"（fervere）

生化和生理学意义的发酵：

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。

如葡萄糖在无氧条件下被微生物利用产生酒精并放出82

或更严格地说：发酵是以有机物作为电子受体的氧化还原产能反应。

工业上的发酵：

泛指利用微生物生产某些产品的过程。产品有细胞代谢产物，菌体细胞，酶等。

包括：

L厌氧培养的生产过程，如酒精，乳酸等。

2通气（有氧）培养的生产过程，如抗生素、氨基酸、酶制剂等。

四、发酵工业简史

L天然发酵阶段：saucepickledvegetables,cheesedoughfermentation

2纯培养技术的建立：巴斯德，科赫等。人为地控制微生物的发酵进程。

3通气搅拌技术的建立：青霉素的生产一一深层培养。

4代谢控制发酵：Glu和Lys生产。

5开拓原料时期：石油发酵，醋酸生产谷氨酸

6基因工程阶段：将不同来源的处这进行体外重组，转入受体细胞进行繁殖和遗传，达到

定向改变生物性状的目的。

时间发酵阶段主要产品主要技术

-1900天然发酵酒醋干酪酵母天然分批

1905-纯培养酒精丙酮丁醇密闭纯培养

1940-通气搅拌抗生素有机酸通气搅拌

酶维生素分批或连续

1957-代谢捽制氨基酸核甘酸选育缺陷菌株

1960-开拓原料单细胞蛋白连续发酵

1979-基因工程菌胰岛素干扰素DW重组

纯培养:第一个转折点通气搅拌:第二个转折点代谢控制：第三个转折点

基因工程菌：第四个转折点

Historyofappliedmicrobiology

Ancienttimes

—flavour（breadsoysauce）

—brewing（beenwine）

1861LouisPasteur

—firstphaseindustrialbiotechnology

1940penici11in（Floning）

—antibioticindustry

—productionoffinechemicals

原始发展阶段（发酵技术开始于家庭小制作，技术进步缓慢，完全是经验式的，并不知道

其中的原理。）

传统发酵工业阶段（人们开始了解发酵现象的本质，采用开放式的发酵方式，生产过程及

设备较为简单，规模一般不大。）

现代发酵工业阶段（技术要求高、发展速度快；生产规模大；菌种生产能力大幅度提高,

新产品、新技术、新设备的应用达到前所未有的程度。）

生物技术产业阶段（利用构建的基因工程菌生产。）

五、生物反应的过程：实质是利用生物催化剂从事生物技术产品的生产过程。

Ce11enzyme

biocatalystrronitorsterlizedair

X1/product

bioreactorextract—byproduct

tresidue

steri1izing

t

mediim

空气保藏菌种碳源、氮源、无机盐等营养物质

I

空气净化处理斜面活化

扩大培养

种子罐

I灭菌

主发酵

I

产物分离纯化

成品

菌种筛选f选摇瓶试验~发酵罐试验

发酵工程的概念和内容

菌种选育：自然界筛选、诱变育种、基因工程、细胞工程

培养基配制：根据培养基的配制原则制备，实践中需多次试验配方

灭菌：杀灭杂菌

I

扩大培养和接种

发酵过程（中心阶段）：检测进程，满足营养需要；严格控制温度、pH溶氧、转速等

]

分离纯化：菌体：过滤、沉淀代谢产物：蒸储、萃取、离子交换

四部分组成

1■菌种选育及扩大培养：生物催化剂的制备，筛选到高产，稳产，培养基要求不太苛刻

的菌种。

2原料预处理及培养基的制备：淀粉制糖，糖蜜原料

3发酵设备及反应条件的选择：

生物催化剂是酶：酶反应过程

生物催化剂是生物细胞：发酵过程

两种发酵方式（根据对氧的需要分）：

厌氧----alcohol,beenacetonebutanol,lacticacidaminoacid

好氧一一需大量的氧，通入无菌空气。氨基酸，抗生素（antibiotic）

根据培养基物理性状分：固体和液体

根据微生物生长特性分：分批和连续

4产品的分离与纯化：是从发酵液中提取符合质量指标的制品。即根据产品类型，特点

选择合适的下游技术（downstreamprocessing）的组合。

六、微生物工业产品的类型

L微生物菌体的发酵

以获得具有某种用途的菌体为目的的发酵工业。

传统的菌体发酵工业：①面包酵母发酵②微生物菌体蛋白（单细胞蛋白）

现代的菌体发酵工业：药用真菌（如冬虫夏草，灵芝与天麻共生的密环菌）

农业上一一生防治剂：苏云金杆菌（Bt）,蜡状芽抱杆菌，细胞中的伴衔晶体可以杀灭

鳞翅目和双翅目害虫；丝状真菌的白僵菌，绿僵菌可以防治松毛虫；木霉菌可以防治生

物病害。

另外，活性乳酸菌制剂，用以改善人体肠道微环境，也是一种菌体的直接利用。还有人畜

防治疾病用的疫苗等。

2微生物酶发酵

酶普遍存在于动物，植物和微生物中。酶的最初来源是从动植物组织中提取。但目前

应用的酶大多来自微生物发酵。如在食品工业中，用微生物生产的淀粉酶和糖化酶用于生

产葡萄糖，氨基酰化酶用于拆分DL氨基酸。

目前应用的酶大多来自微生物发酵。

3微生物代谢产物发酵：以微生物代谢产物作为产品是发酵工业中种类最多，也是最重

要的部分。这类产品可分为两类：

①初级代谢产物（primarymetabolite）

菌体生长繁殖所必需的，在对数生长期产生的物质，如氨基酸、核甘酸、蛋白质等。

许多初级代谢产物在经济上具有相当的重要性。

⑵次级代谢产物（secondarymetabolite）

与菌体生长繁殖无明显关系，是在菌体生长的稳定期（静止期）合成的具有特定功能的产

物。如抗生素、生物碱、细菌毒素、植物生长因子、色素等。

也把初级代谢物的非生物量的积累看成是次级代谢物。如微生物发酵产生的维生素，柠檬

酸，谷氨酸。

初级代谢产物和次级代谢产物的异同：

4微生物的生物转化

利用微生物细胞的一种或多种酶，把一种化合物转变成结构相关的更有价值的产物。

最古老的生物转化：利用菌体将乙醇转化成乙酸的醋酸发酵。另外还有：

异丙醇一丙醇葡萄糖一葡萄糖酸山梨醇一L一山梨糖

最显著的特点是特异性强，包括反应特异性，结构位置特异性和立体特异性。由微生物细

胞的酶或酶系对底物某一特定部位进行化学反应。

5微生物特殊机能的利用

①利用微生物消除环境污染

②保持生态平衡等

③湿法冶金（金属的浸沥回收）

④利用基因工程菌株开拓发酵工业新领域

第一章菌种选育

第一节工业常用微生物及要求

一、常见微生物

（一）细菌（bacteria）

发酵工业中常用的细菌主要是杆菌，主要有：

醋杆菌属（Acetobacter）

乳杆菌属（Lactobaci1lus）

芽抱杆菌属（Bacillus）：a%粉酶，蛋白酶，肌背、鸟背等核甘。其中最为重要的是枯

草芽泡杆菌（Bacillussubtilis）

短杆菌属（Brevibacterimi：谷氨酸

棒杆菌属（Corynebacteriiri：谷氨酸

（二）放线菌（actinoryces）

属原核微生物（有菌丝体，无横隔，不具完整的核。）最大的经济价值在于产生多种抗生

素（antibiotic）。

链霉菌（Streptaryces）：红，金，土，氯，链霉素

小单范菌属（Micrcmonospora）：庆大霉素

（三）霉菌（muld）

亦称丝状真菌（不是分类学上的名词，凡在营养基质上形成绒毛状，网状或絮状菌丝的真

菌统称霉菌。）

L曲霉属（Aspergillus）

黑曲霉（Aniger）产蛋白酶，淀粉酶，果酸酶，变异菌株产柠檬酸

米曲霉（Aoryzae）产淀粉酶，蛋白酶，酿酒的糖化曲和酱油曲

黄曲霉（Aflavus）产黄曲霉毒素

米曲霉和黄曲霉均为半知菌。

2青霉属（Penicilliri:例如桔子上的绿色斑点

桔青霉（Rcitrine：产生5一磷酸二酯酶，降解核糖核酸为四个单核甘酸。

3根霉属（Rhizopus）接合菌

米根霉（Roryzae）

华根霉(Rchinensis)

酒药和酒曲中含有米根霉或华根霉。

4红曲霉属（Monascus）

淀粉酶，麦芽糖酶，蛋白酶，柠檬酸等。可生产食用红色素。

（四）酵母（yeast）

单细胞真核微生物，低等真菌。

①酵母属（Saccharoryces）

啤酒酵母（Sacchararycescerevisiae）

②假丝酵母属（Candida）

产肮假丝酵母（Candidautilis）生产饲料酵母，其蛋白质和维生素含量都比啤酒酵母

高。可利用糖蜜，土豆淀粉废液生产人畜可食用蛋白质。

③毕赤酵母属（Pichia）

产膜酵母，在液面形成白膜，是酿造物和酒类饮料的污染菌。

（五）其它微生物

L担子菌（basidiarycetes）

即菇类（irushrocni担子菌资源的利用已经引起人们的重视。可用于多糖及抗癌药物开发。

2藻类（alga）是分布极广的一类自养微生物资源，许多国家把它用作人类保健食品和

饲料。从蛋白质产率看，螺旋藻是大豆的28倍，每公顷珊列藻所得蛋白质是小麦的2k

35倍。

（六）噬菌体（Phage）凡用细菌和放线菌为生长菌株的发酵工业，均存在噬菌体的危害

问题。噬菌体在自然界分布极为广泛。其三大特点是：

①体积比细菌小的多，可以通过细菌滤器。

②没有细胞结构，由核酸的蛋白质构成。

③营专性活物寄生，即只能在特异性寄主细胞中增殖。

烈性噬菌体一一引起寄主细胞迅速裂解。受感染的细菌称敏感性细菌。

温和噬菌体一一随寄主细胞的繁殖而繁殖。含温和噬菌体的细菌称溶原性细菌。

噬菌体危害以细菌和放线菌为生产菌株的发酵工业。

二、微生物工业对菌种的要求

L原料廉价，生长迅速，目的产物产量高。

2易控制培养条件，发酵周期较短。

3抗杂菌和噬菌体的能力强。

4菌种遗传性能稳定，不易变异和退化，不产生任何有害的生物活性物质和毒素，保证安

全生产。

第二节工业微生物菌种的选育

在正常生理条件下，微生物依靠其代谢调节系统，趋向于快速生长和繁殖。但发酵工业需

要培养微生物使其积累大量的代谢产物。所以要采取种种措施打破菌的正常代谢，积累所

需要的代谢产物。如青霉素的原始菌种产黄色素，经菌种选育，可使产生菌不再分泌黄色

素。土霉素产生菌产生大量泡沫，经诱变处理改变遗传特性可使泡沫减少，节省大量消泡

剂。菌种经诱变获得抗Phage的特性。

菌种选育的目的是改良菌种的特性，使其符合工业生产的要求。

一、自然选育：从自然界分离获得菌种，根据菌种的自发突变进行筛选而获得菌种

㈠从自然界分离获得菌种

L采样：取地面A15on的土壤。

2增殖培养：富集培养enrictont）提供有利于所需菌株生长而不利于其它菌型

生长的条件，使所需菌株大量繁殖，从而有利于分离它们。

方法：

（1）控制培养基的营养成分：如淀粉琼脂培养基用于丝状真菌增殖。

（2）控制培养条件：

细菌，放线菌：Pl-KCH7：535-37C

霉菌，酵母菌：pH45-602卜28C

（3）抑制不需要的菌类

分离细菌：加入丙酸钠以抑制霉菌，酵母

分离厌氧菌：焦性没食子酸与氢氧化钠反应除氧

3纯种分离

（1）划线法：简单、快速。

（2）稀释法：在培养基上分离的菌落单一均匀，获得纯种的儿率大，适合分离具有蔓延

性的微生物。

固体培养基四区划法接种法

步骤一

接种针先以火焰灭菌法灭菌

步骤二

轻触营养平板上无菌的琼脂处冷却

步骤三

以接种针轻触菌落，使接种针上沾有细菌。

步骤四

更换一个新的无菌营养平板

步骤五

将接种针上的细菌划于一个新的营养平板上。此为第一菌区。

步骤六

重复第一步骤，将接种针以火焰灭菌法灭菌，然后轻触琼脂无菌处冷却。

步骤七

由第五步骤的第一区中划出第二区，如右上图。

步骤八

重复第六以及第七步骤，由第七步骤的第二区中划出第三区，如右上图。

步骤九

重复第六以及第七步骤，由第八步骤的第三区中划出第四区，划满剩下的空间。完成后的

营养平板，如右上图。

步骤十

在营养平板上贴好标签，标示好接种日期、操作者姓名、菌种学名以及培养基名称。

固体培养基的稀释涂抹接种法

【目的】用来分离单一菌落或用来估计样本中微生物的数目。

需要使用的仪器一一震荡机

吸取准备好欲稀释的菌液

吸取充分均匀后的菌液

取含有SiL无菌水之试管，将试管口过火灭菌。将菌液置入，此时试管须做记号为第一

次稀释。

将试管于震荡机上，使菌液混合均匀

取出试管中的第一次十倍稀释菌液帅加入另一个新的含粗无菌水的试管中。重复此

步骤直至所需要的稀释浓度。

从最后稀释菌液中吸取QInL菌液，置入准备好的无菌琼脂内。

将三角玻璃棒浸于酒精中

将三角玻璃棒在火焰上燃烧（须注意勿使燃烧中的酒精滴入酒精瓶中，引起燃烧）

使用玻璃棒将菌液均匀涂布开来，将培养皿置于恒温培养箱中隔天观察菌落数目，再依照

稀释倍数推算出菌液浓度。

4生产性能的测定：纯种分离后得到菌株数量大，不可能一一进行性能测试。一般采用两

步法：初筛，复筛。从而获得较好菌株（野生型菌株）（区别于变异菌株）。

初筛：以量为主

复筛：以质为主

㈡从自发突变体中获得菌株

微生物可遗传的特性发生变化称变异，又称突变，是微生物产生变种的根源，也是育种的

基础。自然突变是指在自然条件下出现的基因变化。但自发突变的频率较低，往往不能符

合工业生产的要求。因此要利用诱变剂提高菌种的突变频率。

二、诱变育种

用各种物理、化学的因素人工诱发基因突变。是当前菌种选育的一种主要方法。因为人工

诱变能提高突变频率和扩大变异谱，速度快，方法简便。但诱发突变随机性大，必须与大

规模的筛选工作相配合。所以诱变育种的主要环节是：

(1)以合适的诱变剂处理细胞悬浮液一一诱变

(2)用合适的方法淘汰负效应变异株，选出性能优良的正变异株一一筛选

诱变剂：能够提高生物体突变频率的物质。

诱变剂：

物理：紫外线，快中子

化学：硫酸二乙酯，亚硝基胭

L诱变育种的程序

选择出发菌株(parentstrain)一制备菌悬液一前培养添加喋吟，喀咤或酵母膏提高变异

率)一诱变物理诱变，化学诱变)一变异菌株的分离和筛选

2突变株的筛选：

摇瓶筛选法：挑单菌落接斜面一接摇瓶一测生产能力

琼脂块筛选法：打孔器取出培养，置鉴定平板测发酵产量。

①随机筛选：传统方法，但要耗费大量的人力物力。近年来，随着遗传学，生物化学知识

的积累，人们对于代谢途径，代谢调控机制了解得更多，所以筛选方法逐渐转向理化性筛

选。

②理化性筛选：介绍初级代谢产物高产菌株的筛选。根据代谢调控机理，氨基酸、核苜酸

合成途径中普遍存在反馈阻遏和反馈抑制。这对于生产菌本身是有意义的，可以避免合成

过多的代谢物而造成的浪费。但在工业中，需要生产菌产生大量的氨基酸，核甘酸等产物。

所以要打破微生物原有的反馈调节系统。

方法㈠降低终产物浓度

a筛选终产物营养缺陷型

获得缺少第三个酶的突变株，需供给E才生长。限量供给E可打破反馈调节，产生大量

G

h筛选细胞膜透性改变的突变株

使终产物排出细胞，以降低细胞内终产物浓度，避免终产物反馈调节。

如：用谷氨酸棒杆菌(Corynebacteriunglutamicuri)的生物素营养缺陷型(biotin

deficiency)进行谷氨酸发酵。

生物素：是B族维生素的•种。又称维生素H或辅酶R生物素是合成脂肪酸所必需的。

因为脂肪酸的生物合成是：

利用糖代谢中间产物乙酰CoA(直接原料是丙二酸单酰CoA)在乙酰CcA竣化酶(多酶

复合体，辅基为生物素)催化下合成。

脂肪酸+甘油磷酸

磷脂+蛋白质

生物膜

因此，脂肪酸是组成细胞膜类脂的必要成分。

该缺陷型在生物素处于限量的情况下，不利于脂肪酸的合成，因而使细胞膜的渗透性发生

变化，有利于谷氨酸透过细胞膜分泌至体外的发酵液中。

如果使用油酸缺陷型菌株或甘油缺陷型菌株，即使在生物素过量的条件下，也可使谷氨酸

在体外大量积累。

㈡筛选抗反馈突变菌株

a筛选结构类似物抗性突变株

用代谢产物的结构类似物处理微生物细胞，可抑制或阻遏自身的合成酶类。因此细胞由于

缺少这种氨基酸不能生长或者死亡。而那些对该结构类似物不敏感的突变株，仍可生长,

从而可以筛选出该代谢物的抗反馈突变株。

h利用回复突变筛选抗反馈突变菌株

出发菌株经诱变处理，获得对产物敏感的营养缺陷型。再将营养缺陷型进行第二次诱变处

理得到恢复突变株。筛选的目的不是要获得完全恢复原有状态的回复突变株，而是希望经

过两次诱发突变所得的回复突变株不受产物的反馈抑制。

如：谷氨酸棒杆菌的肌甘酸脱氢酶的回复突变株对其终产物鸟甘酸的反馈调节不敏感，从

而提高了鸟甘酸的产量。

第三节生产菌种的改良

上述诱变育种可以获得高产菌株，缺点是工作量大，且带有相当的盲目性，不能达到定向

育种的目的。

随着现代生物技术的发展，原生质体融合，重组可以达到改良菌种的目的。

一、原生质体融合（protoplastfusion）

原生质体：脱去细胞壁，只有细胞膜包裹的球状体。

1•标记菌株的筛选：要求两个亲株性能稳定，并带有遗传标记（营养缺陷型和抗药性）

2原生质体的制备：用适当的溶壁酶除去细胞壁，得到两种不同的原生质体

3原生质体的融合与再生：两个亲株的原生质体在高渗条件混合，在助融剂（融合剂）

作用下融合，这是原生质体融合的先决条件。然后是细胞壁再生，即恢复完整细胞并能生

长分裂必要条件）。

聚乙二醇（FB3一脱水剂

助融剂

Ca24一提高融合频率

4融合子的选择：

融合后产生两种情况：

真正的融合一一产生杂合二倍体或单倍重组体

暂时的融合一一形成异核体

所以要获得真正融合子，必须在融合子再生后，进行儿代自然分离选择，才能确定。

该方法仍属于一种半理化性筛选，因为尽管采用的两亲株的特性是已知的，但它们基因组

的交换和重组是非定向的。

二、》叭重组技术（DMrecarbinationtechnology）

又称基因工程，遗传工程。是以分子遗传学的理论为基础，综合分子生物学和微生物遗传

学的最新技术而发展起来的一门技术。是按人的意志，将某一生物（供体）的遗传信息在

体外经人工与载体相接重组），构成重组子，然后转入另一生物体（受体）细胞中，

使被引入的外源那片段在后者内部得以表达和遗传。

L目标BT皿片断的获得

2与载体。皿分子的连接

3重组分子引入宿主细胞

4从中选出所需重组分子的宿主细胞

作为发酵工业的工程菌在此四步之后还需加上外源基因的表达及稳定性的考虑。

第四节菌种的衰退、复壮与保藏

一、菌种的衰退

衰退的原因：

L菌种保藏不当

2菌种生长条件没有得到满足

二、菌种的复壮

L纯种分离

2通过寄主体进行复壮

3淘汰已衰退的个体

三、菌种保藏

L原理人工创造条件使菌体的代谢活动处于休眠状态。

低温、干燥、缺氧、缺营养物质

2方法

（1）斜面保藏法：用螺旋口试管防失水，尽量减少碳源含量

（2）干燥保藏法：沙土管，固体曲

（3）悬液保藏法：将微生物悬浮在不含养分的溶液中水、生理盐水、buffer）

（4）冷冻干燥保藏法：冷冻，减压蒸发除去水分，使生命活动停止

（5）低温保藏法：大多数微生物可在一2况以下的低温中保藏，比冷冻干燥更为常用。

（6）液氮保藏法

第五节种子的扩大培养

一、微生物的培养方法

L表面培养：是-一种好氧静置培养法。如固体斜面，固体平板，液体培养表面形成的膜状

物。

2固体培养：工业上常用大米，敷皮，米糠，谷壳等，再加一些其它营养成分灭菌后制成。

特点：疏松，培养基内部充满了空气。既可静置培养，又可通风培养，是介于表面培养和

深层培养之间的一种培养方式。

3液体深层培养：又叫液体通风培养。

菌体在液体培养基中处于悬浮状态，导入培养基中的空气通过气液界面传质进入液相，

再扩散进入细胞内部。在专门的发酵罐中进行。

二、菌种的扩大培养P252

由于工业生产规模的增大，每次发酵所需的种子（纯种培养物）就增多，要使小小的微生

物在几十小时内完成如此巨大的发酵转化任务，必须具备数量巨大的微生物细胞才行。

菌种扩大培养的目的：

为每次发酵罐的投料提供相当数量的代谢旺盛的种子。

（-）种子制备的工艺流程

摇瓶

保藏菌种一试管斜面活化一茄瓶斜面一种子罐

固体培养基

G-级种子）（二级种子）

f摇瓶一种子培养一发酵培养

（二）斜面菌种的培养P247

1•不宜多次移种。一般只移接三次，防自然变异。

2活化斜面中加Q1淘萄糖。

培养基特点：原料较精细。

（三）一级种子培养（摇瓶）

用三角瓶进行，液体恒温振荡，即摇瓶。

有些发酵产品如谷氨酸），一级种子培养不用摇瓶，而是用大型斜面（茄瓶），优点是可

一次制备一批大型斜面，置于冰箱中，比液体斜面培养物易于保存，不必每天制备液体一

级种子。

培养基特点：使用的原料基本接近于发酵培养基。

（四）二级种子培养（种子罐）

种子罐大小根据发酵罐大小和接种量确定。培养基组成与发酵罐培养基基本一致，但所含

的配比量可有差异。

培养基的特点：和一级种子相似，其中葡萄糖用水解糖代替，更接近于发酵培养基。

大量地接入培养成熟菌种的优点：

L可以缩短生长过程的延缓期，因而缩短了发酵周期，提高了设备利用率。

2节约了发酵培养的动力消耗。

3并有利于减少染菌机会。

（五）种子罐级数：制备种子需逐级扩大培养的次数。

①对于生长快的细菌（如谷氨酸），种子罐一发酵罐一一二级培养

（一级种子罐扩大培养）

②对于生长较慢的菌种（如青霉素生产菌），利用：

种子罐一种子罐f发酵罐一一三级培养

（二级种子罐扩大培养）

（六）接种龄与接种量P253

①种龄：种子培养时间称种龄。

生产中，一般选在生命力极为旺盛的对数生长期。

种龄过于年轻：前期生长缓慢，发酵周期延长

种龄过于年老：导致生产能力衰退

最适种龄通过实验确定。

②接种量

接种量是指移入的种子液体积和接种后培养液体积的比例。

发酵罐的接种量大小与菌种特性，种子质量和发酵条件等有关。

一般细菌接种量在E在右，霉菌接种量在1喀右（

接种量过大：菌种生长快，培养基过稠，溶氧不足。

接种量过小：发酵前期菌体生长缓慢，发酵周期延长。

近年来，谷氨酸生产中，以大接种量和丰富培养基作为高产措施。如：高生物素，大接种

量，添加青霉素的工艺。

为了加大接种量，有些品种的生产利用双种法，即两个种子罐的种子接入一个发酵罐。

第二章培养基及其制备

从微生物营养要求看，所有微生物都需要碳源，氮源，无机元素，水及生长物质。如果是

好氧微生物还需要氧气。在实验室规模上配制含有纯化合物的培养基非常简单，但在大规

模生产上是不合适的。

第一节工业发酵培养基

发酵培养基的作用：

酶足菌体的生长

加进产物的形成

一、工业上常用的碳源(carbonsource)

L应用最广的是谷物淀粉(玉米、马铃薯、木薯淀粉)，淀粉水解后得葡萄糖。

使用条件：微生物必须能分泌水解淀粉、糊精的酶类。

缺点：

a难利用、发酵液比较稠、一般＞2取寸加入一定的a戈粉酶。

h成分较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等。

优点：

来源广泛、价格低，可解除葡萄糖效应。

2葡萄糖

痂有的微生物都能利用葡萄糖，但会引起葡萄糖效应。

TZ业上常用淀粉水解糖，但是糖液必须达到•定的质量指标。

3糖蜜

制糖工业上的废糖蜜wastemolasses或结晶母液

包括：甘蔗糖蜜(canerrolasses)---糖高，氮少

甜菜糖蜜(beetmolasses)

两者成分见P226

糖蜜使用的注意点：除糖份外，含有较多的杂质，对发酵产生不利的影响，需要进行预处

理。

二、工业上常用的氮源(nitrogensource)

L无机氮迅速利用的氮源)

种类：氨水、钱盐或硝酸盐、尿素

特点：吸收快，但会引起PH值的变化

选择合适的无机氮源有两层意义：

瞬足菌体生长

V急定和调节发酵过程中的PH

无机氮源的影响：硫酸锭刀肖酸铁彳肖酸钠决素

2有机氮：

来源：一些廉价的原料•，如玉米浆、豆饼粉、花生饼粉、鱼粉、酵母浸出膏等。其中玉米

浆(玉米提取淀粉后的副产品)和豆饼粉既能做氮源又能做碳源。

成分复杂：除提供氮源外，还提供大量的无机盐及生长因子。

微生物早期容易利用无机氮，中期菌体的代谢酶系已形成一一有机氮源。有机氮源来源不

稳定，成份复杂，所以利用有机氮源时要考虑到原料波动对发酵的影响。

三、无机盐(inorganicmineral)

硫酸盐、磷酸盐、氯化物及一些微量元素。无机盐含量对菌体生长和产物的生成影响很

大。

四、生长因子(growthfactor)

微生物生长不可缺少的微量有机物质。如氨基酸、喋吟、喀嗟、维生素。

生长因子不是所有微生物都必需的。只是对于某些自己不能合成这些成分的微生物才是必

不可少的营养物。如以糖质原料为碳源的谷氨酸生产菌均为生物素缺陷型(biotin

auxotroph)，以生物素为生长因子。

L生物素

作用：(D主要影响细胞膜通透性。P263

(2)影响菌体的代谢途径。

生物素浓度对菌体生长和谷氨酸积累均有影响。大量合成谷氨酸所需要的生物素浓度比菌

体生长的需要量低，即为菌体生长需要的“亚适量”。原因：P263P260(OD值)

生物素过量：菌体大量繁殖，不产或少产谷氨酸。

生物素不足：菌体生长不好，谷氨酸产量也低。

-谷氨酸产生菌为生物素缺陷型。

理达到菌体生长需要的“亚适量”。

生物素存在于动植物组织中，多与蛋白质呈结合状态存在。用酸水解可以分开。那么，生

产上有哪些原料可以作为生物素来源呢？

2提供生长因子的农副产品原料

（1）玉米浆：（cornsteepliquonCSD

最具代表性。虽然主要用作氮源，但含有乳酸，少量还原糖和多糖，含有丰富的氨基酸,

核酸，维生素，无机盐等。常作为提供生长因子的物质。所以，从某种意义上说，玉米浆

液用于配制发酵培养基是发酵工业中的一个重大发现。

（2）妖皮水解液：可代替玉米浆，但蛋白质，氨基酸等营养成分比玉米浆少。

（3）糖蜜：两种糖蜜（canemolasses,beetmolasses）均可代替玉米浆。但氨基酸等

有机氮含量较低。

（4）酵母：可用酵母膏，酵母浸出液或直接用酵母粉。

第二节淀粉水解糖的制备

在工业生产中，将淀粉水解为葡萄糖（glucose）的过程称淀粉的糖化，制得的溶液叫

淀粉水解糖。其主要糖分是葡萄糖。根据水解条件不同，尚有数量不等的少量麦芽糖及其

它一些二糖，低聚糖等复合糖。

一、淀粉水解制糖的意义

L大多数微生物不能直接利用淀粉（所有的氨基酸生产菌不能直接利用）

2有些微生物能够直接利用淀粉作原料，但必须在微生物产生淀粉酶后才能进行，过程缓

慢，发酵周期延长。

3若直接利用淀粉作原料，灭菌过程的高温会导致淀粉结块，发酵液粘度剧增。

二、淀粉水解糖的制备方法及原理

（一）酸解法（acidhydrolysisrrethocD

以酸为催化剂，在高温高压下使淀粉水解生成葡萄糖的方法。

1•水解过程：

总反应式：C6H10O5)rr+nI-I20-nC6H12O6

过程：C6H10O5)n-*C6H10O5)x-»C12H22O11->C6H12O6

淀粉糊精麦芽糖葡萄糖

喇作用点无选择性，A-1,4■■糖首键和A-L6糖昔键均被切断。

2葡萄糖的复合反应和分解反应

在水解过程中，由于受到酸和热的作用，一部分葡萄糖会发生复合反应和分解反应。

淀粉

I盐酸

复合反应葡萄糖分解反应

//、

复合二糖5'一羟甲基糠醛

ItI

复合低聚糖有机酸、有色物质

损失葡萄糖量7%<1%

不利影响：

(1)降低了葡萄糖的收率。

(2)给产物的提取和糖化液的精制带来困难。

复合反应：葡萄糖分子间经1,6糖苜键结合成龙胆二糖（有苦味），异麦芽糖和其它低

聚糖复合低聚糖）。生成的多数复合糖不能被微生物利用，使发酵结束时残糖高。

分解反应：生成的5'—羟甲基糠醛是产生色素的根源，增加了糖化液精制脱色的困难。

如何控制分解反应和复合反应的发生？

（1）淀粉乳浓度

（2）酸浓度都不能过高原因P229-230

（3）温度

3评价

优点：工艺简单，水解时间短，生产效率高，设备周转快。

缺点：

（1）副产物多，影响糖液纯度，一般DE值葡萄糖值）只有90%左右。

（2）对淀粉原料要求严格，不能用粗淀粉，只能用纯度较高的精制淀粉。

比值：dextroseequivalentvalue

（葡萄糖当量值）

表示淀粉糖的含糖量。

还原糖含量（％）

应值=----------x100%

干物质含量（％）

P231（中间）图最高点下降的原因？

(二)酶解法(enzymehydrolysismethocD

用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的工艺。

分两步：

(1)液化：用A淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖

(2)糖化：用糖化酶(又称葡萄糖淀粉酶)将糊精和低聚糖转化为葡萄糖。

所以，淀粉的液化和糖化均在酶作用下进行，又称双酶法(doubleenzymehydrolysis

method)o

液化(1iquificatiori)

a一淀粉酶水解底物内部的a—L4糖背键，不能水解a—L6糖昔键，一般采用耐高温

淀粉酶，使液化速度加快。8F9(TC。

淀粉的糊化与老化：由于淀粉颗粒的结晶性结构对酶作用的抵抗力非常强，需要先加热淀

粉乳，使淀粉颗粒吸水膨胀，糊化，破坏结晶性结构。

糊化：淀粉受热后，淀粉颗粒膨胀，晶体结构消失，互相接触变成糊状液体，即使停止搅

拌，淀粉也不会再沉淀的现象。

老化：指分子间氢键已断裂的糊化淀粉又重新排列形成新的氢键的过程，也就是复结晶的

过程。

▲淀粉酶很难进入老化淀粉的结晶区起作用，必须采取相应的措施控制糊化淀粉的老化。

液化程度的控制(液化后需糖化的原因)：如果让液化持续下去，虽然最终产物也是葡萄

糖和麦芽糖，但：

a糖液的比值低(a耍粉酶不能水解a-1,6糖背键)

h液化在较高温度下进行，液化时间加长,一部分已液化的淀粉又会重新结合成硬束状态，

老化，使糖化酶难以作用。

C液化的目的是为了给糖化酶的作用创造条件，而糖化酶水解糊精及低聚糖等分子时，需

先与底物分子生成络合结构，然后发生水解作用，这就要求被作用的底物分子有一定的大

小范围才有利于糖化酶生成这种结构，底物分子过大或过小都会妨碍酶的结合和水解速

度。

根据生产经验，DE值在20-30之间为好，液化终点可通过碘液判断，此时呈棕色。P25

液化到终点后，为了避免液化酶对糖化酶的影响，需对液化液进行灭酶处理，升温到

10(TC,保持10分钟，降温，供糖化用。

2糖化(saccharification)

糖化酶从非还原性末端水解a-1,4糖昔键和a-1,6糖甘键。

终点确定：DE值达最高时(DE值不再上升时)，停止酶反应(加热至8(TC,20min灭酶)。

否则DE值将由于葡萄糖经a-1,6糖背键起复合反应而降低。糖化的温度(SO-fiffC)和

pH值(4(Hi0)决定于所用糖化剂的性质。

3评价

优点：

(1)反应条件温和，不需高温、高压设备。

(2)副反应少，水解糖液纯度高。

(3)对原料要求粗放，可用粗原料并在较高淀粉乳浓度下水解。

(4)糖液颜色浅，质量高。

缺点：

(1)生产周期长，一般需要48小时。

(2)需要更多的设备，且操作严格。

(三)酸酶结合法(acid-enzymehydrolysisnrthod)

集酸解法和酶解法的优点而采取的生产工艺。根据原料淀粉性质分:

1•酸酶法：先将淀粉酸水解成糊精和低聚糖，再用糖化酶将其水解为葡萄糖。

适用：淀粉颗粒坚硬（如玉米、小麦）的原料，若用喂粉酶液化，短时间液化，反应

往往不彻底。

2酶酸法：先用形粉酶液化，再用酸水解。

适用：颗粒大小不一（如碎米淀粉）的淀粉原料，若用酸法，则水解不均匀。或者小的水

解，大的未水解；或者大的水解，时间长，小的则发生复合反应。

（四）不同糖化工艺的比较

项目

酸解法

酸酶结合法

酶解法

应值

91

95

98

羟甲基糠醛（%）

Q3

Q008

Q003

色度

10

Q3

Q2

淀粉转化率

90

95

98

工艺条件

局温加压

IWJ温加压

常温

过程耗能

多

多

少

副产物

多

中

少

生产周期

短

中

长

设备规模

小

中

大

防腐要求

高

较高

低

适合发酵工艺情况

差

中

有利

第三节糖蜜原料

糖蜜是很好的发酵原料，用其生产，可降低成本，节约能源，便于实现高糖发酵工艺，但

有些成分不适合发酵，必须进行预处理。

一、糖蜜的分类及组成

含糖量含氮量

L分类：canemolasses高低

beetmolasses低高

rawsugarmolasses精制粗糖时分离出的糖蜜

hightestmolasses（高级糖蜜）

glucosemolasses葡萄糖工业不能再结晶葡萄糖的母液

2组成：粘稠、黑褐色、半流动状液体。组成各不相同。除含有发酵性糖分外，还含有胶

体物质，灰分，维生素，氨基酸。甘蔗糖蜜中生物素含量较甜菜糖蜜中高。国外大多以

糖蜜为原料生产谷氨酸。

二、糖蜜的预处理：

胶体产生大量泡沫）和灰分影响菌体生长及产品纯度。

L澄清：加酸，加絮凝剂(石灰)

2脱钙：加Na283

3降低生物素含量(谷氨酸发酵中)

(1)去除生物素：活性炭及树脂吸附

(2)拮抗生物素：加表面活性剂(Ween60),阻止油酸合成一磷脂合成不足。

(3)加青霉素：使新增殖的子细胞不具有完整的细胞壁，改善了细胞膜的渗透性。

另外，从菌种方面：使用油酸或廿油缺陷型，不受培养基中高生物素的影响。

第三章培养基灭菌与空气净化

第一节培养基灭菌

-、灭菌的原理和方法

消毒(disinfection)与灭菌(steri1ization)的区别？

消毒是指用物理或化学方法杀死物料•、容器、器具内外的病原微生物。一般只能杀死营养

细胞而不能杀死细菌芽抱或非病源微生物。例如，巴氏消毒法，是将物料加热至6CTC维

持3ftnin以杀死不耐高温的微生物营养细胞。

灭菌是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、细菌芽抱和抱子。

包括全部病源和非病源微生物。

消毒不一定能达到灭菌要求，而灭菌则可达到消毒的目的。

抑菌(bacteriostasis)：抑制体内或体外细菌的生长繁殖。

无菌：不存在活的细菌。

为防止杂菌的污染，哪些需要灭菌？培养基，发酵设备，空气，菌种制作

关于灭菌和消毒的不正确的理解是()

A灭菌是指杀灭环境中的一切微生物的细胞、芽抱和抱子

B消毒和灭菌实质上是相同的

C接种环用灼烧法灭菌

D常用灭菌的方法有加热法、过滤法、紫外线法、化学药品法

防腐(antisepsis)

防腐就是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖,从而达到防止食品等发生霉

腐的措施。

(1)低温(4)高渗

(2)缺氧(5)高酸度

(3)干燥(6)防腐剂

除菌的方法

器养基的加热灭菌

丑气的过滤除菌

嘴外线或电离辐射

也学药物灭菌

1•化学试剂灭菌法

方式：浸泡，添加，擦拭，喷洒，气态熏蒸

甲醛、乙醇、过氧乙酸、酚类（苯酚）或新洁尔灭、高镒酸钾等

①高镒酸钾：氧化Q1%~Q2玳

②漂白粉：氧化，对细菌和Phage均有效，是发酵工业中最常用的化学杀菌剂。

③7卿［精：杀菌作用在于使细胞脱水，引起蛋白质凝固变性。

适用范围：环境、皮肤及器械的表面消毒

2电磁波、射线灭菌法

电磁波、紫外线或放射性物质。以紫外线最常用。紫外线对芽抱和营养细胞都能起作用，

但细菌芽抱和霉菌抱子对紫外线的抵抗力强。紫外线的穿透力低，仅适用于表面灭菌和无

菌室，培养间等空间的灭菌。波长在260rm左右灭菌效率最高。

适用范围：无菌室、接种箱

3干热灭菌法

细胞的氧化作用是导致死亡的主要依据。由于微生物对干热的耐受力比对湿热强的多，故

干热所需温度高，时间长，一般160-17CTC,1-L5h时要求保持干燥的物品可用）

常用烘箱，灭菌条件：16CTC下保温lh

适用范围：金属或玻璃器皿

4湿热灭菌法

利用饱和蒸汽灭菌，条件：121C,30min

热能使蛋白质变性。由于蒸汽有很强的穿透能力，来源方便，灭菌可靠，是常用的方法。

适用范围：生产设备及培养基灭菌

5过滤除菌法

利用过滤方法阻留微生物。适用于澄清液体和气体的除菌。

适用范围：制备无菌空气

6火焰灭菌法

方法简单，灭菌彻底，但适用范围有限。

适用范围：接种针、玻璃棒、三角瓶口

谷氨酸棒状杆菌的培养液常采用的灭菌方法是（）

A高压蒸汽灭菌

B高温灭菌

C加入抗生素灭菌

D酒精灭菌

二、培养基的湿热灭菌

湿热灭菌原理

蒸汽具有很强的穿透能力，而且在冷凝时会放出大量的冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀

死各种微生物。

灭菌条件：121℃,3（hTia

灭菌不利方面：同时会破坏培养基中的营养成分，甚至产生不利于菌体生长的物质。

（-）间歇灭菌（常用）

又称分批灭菌，是将配制好的培养基同时放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和

所用设备一起进行加热灭菌的过程，也称实罐灭菌或实消。

过程包括：升温、保温和冷却三阶段。

各阶段对灭菌的贡献：2侬7取取

培养基间歇灭菌过程中的温度变化情况：图

(二)连续灭菌(又称连消)

将培养基在发酵罐外通过连续灭菌装置进行加热、保温和冷却而进行灭菌。

连续灭菌的基本设备有哪些？

配料罐f泵一加热塔f维持罐一冷却管一发酵罐

连续灭菌的流程与设备

(1)配料预热罐，将配制好的料液预热到60-700C,以免连续灭菌时由于料液与蒸汽

温度相差过大而产生水汽撞击声；

(2)连消塔，用高温蒸汽使料液温度很快升高到灭菌温度(126-137C)；

(3)维持罐，使料液在灭菌温度下保持HMn因为：连消塔加热的时间很短，光靠这

段时间的灭菌是不够的；

(4)冷却管，使料液冷却到40-^(TC后(冷水喷淋)，输送到预先灭菌过的罐内。

连续灭菌过程中温度的变化虚线)：由图可看出连续灭菌可在短时间内加热到保温温度,

由于灭菌温度很高(比间歇灭菌高)，保温时间可相应缩短，有利于减少培养基中营养损

失。

(三)间歇灭菌与连续灭菌的比较

优点

缺点

连

续

灭

菌

L高温短时灭菌，培养基

营养成分损失少。

2发酵罐占用时间缩短，

利用率高。

3灭菌质量稳定，提高了热利用率。

L设备复杂，操作麻烦，

染菌机会多。

2不适合含大量固体物

料的灭菌。

间

歇

灭

菌

L设备要求低，不需另外

加热、冷却装置。

2操作要求低，适合小批

量生产规模

3适合含大量固体物料的

灭菌

L培养基的营养物质损

失大，灭菌后培养基

质量下降

2发酵罐的利用率较低

3不适合大规模生产的

灭菌

4需反复加热冷却，能耗较高。

罐头食品在很长时间内不会腐败变质,是因为（）□

A罐头密封很严，细菌无法侵入

B罐头密封很严，细菌无法呼吸

C罐头在封罐前经过高温高压灭菌，封罐后罐内没有细菌

D罐头在封罐前经过高温高压灭菌，封罐后罐内细菌无法生存

第二节空气净化（除菌）

发酵对空气无菌程度的要求：

一般要求1000次使用周期中只允许有一个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为

N=10-3>

餐气中微生物包括细菌、酵母、霉菌和病毒）含量一般为103104个/米a一般附

着在空气中的灰尘上或雾滴上。

我尘粒子的平均大小约Q6um左右，空气除菌主要去除空气中的微粒（Qelnni。

一、空气除菌的方法

（-）辐射杀菌.：紫外线，Y、B射线，使分子产生胸腺嘴咤二聚体，导致细胞死

亡，一般可用于无菌室，手术室杀菌。

（-）热杀菌：将空气加热到一定温度后保温一定时间，使微生物蛋白质（酶）氧化而

致死。（培养基灭菌利用的是蛋白质的凝固）。热杀菌是有效的，可靠的杀菌方法，但是

如果采用蒸汽或电热来加热大量的空气，以达到杀菌目的是十分不经济的。工业上是利用

空气压缩时放出的热量进行杀菌。

（三）静电除菌：利用静电引力来吸附带点粒子而达到除菌除尘的目的。悬浮于空气中

的微生物，微生物抱子大多带有不同的电荷，没有带电荷的微粒在进入高压静电场时都会

被电离成带电微粒。对于一些直径很小的微粒，所带电荷很小，所以静电除菌对很小的微

粒效率很低，迄今为止这种方法在无菌空气制备中并不多见。

（四）过滤除菌：是目前工业上最常用的获得大量无菌空气的方法。

二、空气过滤除菌的原理与介质：

原理：使空气通过高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒拦截在介质层中达到

除菌的目的。

1•过滤除菌的种类

绝对过滤：过滤介质的滤孔小于细胞和抱子。孔径vQ3pm菌体大小一般为Q5—

如聚乙烯醇缩甲醛树脂（FVB制成的Q3由勺微孔滤膜。纤维素，聚四氟乙烯，聚乙

烯醇缩甲醛树脂经热处理后均可作为过滤介质。一般用于医疗及特种发酵。

深层介质过滤：介质的孔隙一般大于微生物细胞。

如用棉花、玻璃纤维和颗粒活性炭填充的过滤器。

2深层介质过滤的原理

微粒随气流通过滤层时，由于滤层纤维的层层阻碍，使气流出现无数次改变运动速度和

方向的绕流运动，引起微粒与滤层纤维间产生惯性冲击、拦截、布朗扩散、重力沉降、静

电引力等作用把微粒滞留在纤维表面上，实现过滤的目的。目前工厂和实验室大多采用

该方法。

3空气过滤除菌介质

(1)纤维状或颗粒状过滤介质

T帛花：常用(脱脂棉)，有弹性，纤维长度适中，填充密度130-150kg/cmi

狈璃纤维：直径小，不易折断，过滤效果好，填充密度130-280kg/ai&

啼性炭：要求质地坚硬，颗粒均匀。常用小圆柱体的颗粒活性碳。对Q3um以下颗粒

的过滤效率仅为9双,需多次过滤。

缺点：体积大，装填费时费力，松紧度不易掌握，空气压降大。介质灭菌和吹干耗用大

量蒸汽和空气。

(2)纸类过滤介质一一玻璃纤维纸属于深层过滤技术。

纤维间空隙约为1—L5um将3-6张叠在一起使用，过滤效率高，压降小。对Q3Hm

以上颗粒的过滤效率为999玳，而且阻力小，压力降较小。

缺点：强度不大(特别是受潮后)。可在纸浆中加73网木浆或其他化学处理。

(3)微孔滤膜类过滤介质

空隙VQ5um

发酵生产中制备无菌空气的大致过程：

空气一空压机一贮气罐一冷却一除油水一加热一总过滤器一分过滤器一无菌空

气

空气预处理空气过滤

除菌流程分析：

要有一系列冷却，分离和加热设备保证空气的相对湿度在5鹏翅勺条件下过滤。

三、空气的预处理

目的：

里高压缩前空气的洁净度

d除压缩后空气中的油和水

L提高压缩前空气的洁净度

措施：

(1)提高空气吸气口的位置(高度每上升空气中微生物量下降一个数量级)

(2)在空气入口处设置粗过滤器(或前置高效过滤器)一一捕集较大的灰尘颗粒，并

保护空压机。

高空取气管

京远离地面儿十米的管子。

海升高10米，空气中杂菌降低一个数量级。因此从高空取气要比从低空取气有利得多。

高效前置过滤除菌流程

1——高效前置过滤器2——压缩机3——贮罐4——冷却器5——丝网分离

器6------加热器7------过滤器

2空气压缩和压缩空气的冷却

(1)空气压缩：克服输送过程中过滤介质的阻力并维持一定的气流速度。用空压机：涡

轮式，往复式。

(2)压缩后空气温度显著上升，需冷却。

因为若直接通入过滤器会：

近缩后的高温空气能引起过滤介质的炭化或燃烧

嘴大发酵罐的降温负荷

第加培养液水分的蒸发

一般用列管式冷却器进行冷却。还有翅板式换热器。

空气贮罐(结构图)

3肖除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力。

坏用重力沉降作用除去部分油雾。

嗦接空压机安装。

-有些装有冷却管。

3压缩空气的除油除水

冷却降温后的空气湿度增大，会使过滤介质受潮失效。

两类设备：

旋风分离器一一利用离心力进行沉降，对于10m以上的微粒分离效率较高。

丝网分离器一一利用惯性进行拦截，分离效率较高，能除去人5mf|勺细小颗粒。P251

采用惯性拦截等机理，有效去除空气中的水、油雾、尘埃，不锈钢丝网可清洗，使用寿命

长。

4空气的加热

压缩空气冷却除去油和水后，空气的相对湿度仍为10（^若不加热，只要温度稍有降低,

可再度析出水分，使过滤介质受潮。所以将除油水的空气加热（温差在1卜ISC左右），

降低相对湿度（达5好63后，输入过滤器。

用列管换热器。

空气过滤除菌设备流程

粗过滤空压机储罐二级冷却加热器空气过滤

四、空气过滤器

过滤除菌的关键设备（结构图：介质层过滤器和超细玻璃纤维纸过滤器）

18GMs发酵罐车间

大型空气压缩机

发酵车间的空气过滤器

空气净化的流程

狈气口吸入的空气先经过压缩前的过滤

4a