2025年课件-(已瘦身)《发酵工程制药技术》教学课件合集（完整全套课件）-新版

《发酵工程制药技术》☆精品课件合集认识发酵一、发酵的含义1、传统发酵2、生化和生理学意义的发酵3、工业发酵4、现代发酵Animal

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发酵工程制药1、传统发酵最初发酵是用来描述酵母菌作用于果汁或发芽谷物产生气泡的现

象，指酒的生产过程。巴斯德提出了著名的发酵理论：“一切发酵过程都是微生物作用的结果

。认识发酵AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary

发酵工程制药认识发酵2、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；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CO₂的过程。C₆H₁₂06→C₂H₅OH+CO₂↑AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药认识发酵3、工业上的发酵泛指利用微生物制造或生产某些产品的过程。包括：厌氧培养的生产过程。如酒精，乳酸等。通气(有氧)培养的生产过程。如抗生素、氨基酸、酶制剂等。产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药4、发酵的现代概念利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其

代谢产物的过程，统称为发酵。认识发酵AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary

发酵工程制药ACL柠檬酸ACL草酰乙酸(OAA)NADHNAD+乳酸草酰乙酸(OAA)苹果酸柠檬酸

顺乌头

酸酶异柠橡酸

ROS脂肪酸胆固醇乙酰辅酶A+葡萄糖葡萄糖丙副酸[细脚膜

细胞质NADtNADH三羧酸循环α

-酮戊二酸-乙酰辅酶A线粒体苹果酸IDH认识发酵二

、发酵工程1、发酵工程的概念发酵工程是利用微生物生长与代谢活动，通过现代工程技术手段进

行工业规模生产的技术。由于它以培养微生物(发酵)为主，所以也

称为微生物工程；即利用微生物发酵过程来生产价值产品。AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药认识发酵2、发酵工程的特点其主要特点如下：发酵过程一般常温常压下进行，反应条件较为温和；采用廉价的原料生产较高附加值产品；▶发酵过程为通过微生物的自适应调节来完成；不受地理、气候、季节等自然条件的限制。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药认识发酵3、发酵工程的范畴发酵工业的应用范围很广，分类方法也多种多样，按其产品可分为四大类。微生物菌体；酶制剂；代谢产物；生物转化。Animal

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发酵工程制药认识发酵按照发酵产品分类，可分为若干类，诸如酿酒工业(啤酒、白酒、葡萄酒等);食品工业(酱油、食醋、奶制品等);抗生素工业(青霉素、头孢霉素、链霉素、土霉素等);酶制剂工业(淀粉酶、蛋白酶、脂肪酶等);▶

氨基酸工业(谷氨酸、赖氨酸、亮氨酸等);>核苷酸工业(肌苷酸、环磷腺苷等)

;维生素工业(VC

、VB等

)AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药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。认识发酵AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药发酵工程技术发展史发酵工业的历史大致可分为等六个阶段：▶

自然发酵阶段▶纯培养发酵阶段深层通气发酵阶段▶代谢调控发酵阶段

开拓发酵原料阶段

基因工程阶段AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药发酵工程技术发展史一

、自然发酵阶段(1900年以前)▶微生物性质尚未被人们所认识；多为嫌气发酵，如酒、酒精、醋、酸乳等，且非纯种培养；

仅仅是家庭式或作坊式的手工生产。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药发酵工程技术发展史二

、纯培养发酵阶段(1900年~1940年)1680年，列文虎克首次发现微生物世界；1857年，巴斯德证实了酒精是由活的酵母引起，阐述了发酵的本质。1872年，微生物发展史上又一奠基人科赫发明了固体平板，建立了微生物分离纯化和纯培养技术，是发酵工业的转折点。AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药发酵工程技术发展史三、深层通气发酵阶段(1940年~1950年)1929年弗莱明发现青霉素；1940年，美英两国合作对青霉素进行生产研究，精制出青霉素；恰逢

二战爆发，医疗战伤感染药物青霉素需求量大大增加。▶青霉素最初的浅盘发酵转变为液体深层发酵，发酵单位由40U/mL

增

加到200U/mL。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药四

、代谢调控发酵阶段(1950年~1960年)·

1950~1960年，随着基础生物科学迅速发展，人类开始用代谢控制技术进行微生物的育种和发酵条件的优化控制，大大提高了发酵工业的进程。·

1956年，日本利用生物素增加细胞膜通透性，首先实现了L-谷氨酸的工业生产，成功促进了代谢调控理论的研究，使发酵工业进入了新的阶段。发酵工程技术发展史Animal

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Library发酵工程制药发酵工程技术发展史五

、开拓发酵原料阶段(1960年~1970年)1960~1970年，由于粮食紧张和饲料的需求日益增多，人畜争粮问题；发酵原料由过去单一性碳水化合物向非碳水化合物过渡；开辟了非粮食(如甲醇、甲烷和氢气等)发酵技术，拓宽了原料来源。AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药发酵工程技术发展史六、基因工程阶段(1970年以后)主要表现在采用以分子生物学为核心的现代生物技术手段，构建基因工程菌，实现原有微生物发酵工业的发酵水平大幅度提高或产生新型

的发酵工业。至此，发酵工程进入了划时代的变革，即以基因工程为中

心的时代。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary

发酵工程制药工业发酵类型与工艺流程一、工业发酵的类型根据微生物的生理特征、营养要求、培养基性质以及发酵生产方

式，可以将发酵分成若干类型。1、按微生物对氧的不同需求可以分为需氧发酵、厌氧发酵以及兼性厌

氧发酵3种类型。需氧发酵，绝大部分产品发酵，如谷氨酸、柠檬酸发酵；▶厌氧发酵，如乳酸、丙酮丁醇发酵；兼性发酵，如酒精发酵。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药工业发酵类型与工艺流程2、按照培养基的物理状态可分为固体发酵和液体发酵；首体浓度底物浓度时闻(a)

分批操作蘑体放度生长限制性底物液度时间(c)

连续操作Animal

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发酵工程制药3、按照发酵生产方式则可分为分批发酵、补料分批发酵和连续发酵三大类型。(b)

半分批操作(流加法)时间工业发酵类型与工艺流程二、发酵生产工艺流程典型的发酵工艺过程大致可分划分为以下六个基本过程；1、用作种子扩大培养及发酵生产的各大培养基配制：Animal

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Library发酵工程制药工业发酵类型与工艺流程2、培养基、发酵罐及其附属设备的灭菌；AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药—碱(氨水、尿素)无菌空气中吃蒸汽5L

小型原位灭菌发酵罐

工业蒸汽灭菌尾气41出料补料取样消

泡

剂工业发酵类型与工艺流程3、扩大培养有活性的适量纯种，以一定比例将菌种接入发酵罐；Animal

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Library发酵工程制药注射接种压差接种火焰接种工业发酵类型与工艺流程4、控制最适发酵条件使微生物生长并形成大量的代谢产物；通常控制参数包括：基质浓度；温度；pH;溶氧；泡沫；杂菌污染等。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药工业发酵类型与工艺流程5、产物提取精制，以得到合格的产品；胞外产物

胞内产物发酵液

→预处理

→

细胞分离

→

细胞破碎

→

碎片分离。加热沉降均化离心调pH离心研磨萃取絮凝过滤融胞过滤下游加工工成品加工

←精制提

取艺一般流程浓缩；超滤冷冻干燥结晶层析吸附电泳沉淀；吸附

萃取；超滤AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药食品发酵工业三废处理与工程实例劈

李

没

主

编刁

3

食良如工业发酵类型与工艺流程废水发酵工程制药6、回收或处理发酵过程中产生的三废物质；Animal

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Library废渣废气工业常用微生物微生物在发酵工业中起着重要作用，是决定发酵产品是否具有产业化价值和商业化价值的关键因素，是发酵工业的灵魂。

但目前为止，人们所知道的微生物种类不到总数的10%,而真正利用的还不到1%,因此进一步开发利用微生物资源的潜力巨大。AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药工业常用微生物目前发酵工业应用的微生物种类很多，可分为两大类，即

可培养微生物和未培养微生物。其中，发酵工业应用的可培养微生物通常分为四大类：

细

菌、放线菌、酵母菌、丝状真菌，其中后两者为真核生物。真菌AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药酵母菌放线菌细菌工业常用微生物1、细菌一种单细胞的原核生物，自然界分布极广，数量最多，与人类生

产和生活关系密切，也是工业微生物学研究和应用主要对象之一。工业生产常用细菌有枯草芽孢杆菌、醋酸杆菌、棒状杆菌、短杆菌等，可用于生产酶制剂、有机酸、氨基酸、肌苷酸等。此外，细菌

常用基因工程载体的宿主细胞，如大肠杆菌。AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药工业常用微生物2、放线菌因菌落呈放射状而得名，是一类介于细菌和真菌之间的单细胞微生物。孢子气生菌丝

孢子丝培养基基内菌丝目前发现的抗生素60%由放线菌产生的，如链霉素、红霉素、金霉素和庆大霉素等。常用的放线菌主要来自于链霉菌属、小单孢菌属和诺卡菌属等。AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药工业常用微生物3、酵母菌一类单细胞，且主要以出芽生殖进行无性繁殖的真核生物，主要

分布含糖量较多的酸性环境中，如水果、蔬菜、植物叶子等。工业生产常用的酵母有啤酒酵母、假丝酵母、布氏酵母等，主要用于酿酒、制作面包、脂肪酶生产、饲料用酵母等。安琪高活性干酵母质量SocchoromycesBoulordii590AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药工业常用微生物4、霉菌霉菌，指“发霉的真菌”,一群在营养基质上形成毛绒状、网状或絮状菌丝真菌的通称；偏酸性，好氧，多腐生。工业上常用的霉菌有根霉、毛霉、黑曲霉和青霉等，可广泛用于

生产酶制剂、抗生素、有机酸等。根霉(Rhizopu)

毛

蓉

(mueor)图15-40

黑曲骞在PDA

上的菌落特证(2里期)因

2

+

群

此

前发酵工程制药Animal

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Library工业常用微生物5、未培养微生物指迄今为止采用微生物纯培养分离及培养方法还未获得纯

培养的微生物，占自然环境群落中非常高的比例(约为99%),

尤其一些极端环境微生物，如高温、低温、高压、高盐、高辐

射以及较强酸碱性等。发酵工程制药Animal

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Library微生物菌种选育>

工业微生物发酵过程中，决定生产力水平高低的因素主要有生产菌种、发酵工艺、提取工艺以及生产设备等4个方面；其中，生产菌种最为重要，菌种的好坏会直接影响发酵产品的质量、

产量及成本；菌种选育常见的方法有自然选育和诱变育种。发酵工程制药Animal

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Library微生物菌种选育一、自然选育：指不经过人工处理，利用微生物的自发突变进行菌种选育的过程。>自发突变的因素主要包括环境因素

(如天然的宇宙射线)、

微生物自身有

害产物引起

(

如过氧化氢)、

遗传物质DNA的复制错误等；>上述因素引起菌种自发突变会出现两种可能：大概率的负突变(菌种衰退，

生产性能下降)和小机率的正突变(代谢更加旺盛，生产性能提高);>自然选育的目的就是淘汰负突变，筛选正突变。Animal

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发酵工程制药微生物菌种选育自然选育的程序一般包括：采样

增殖培养

纯种分离

性能鉴定发酵工程制药Animal

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Library微生物菌种选育1、从自然界中选种1)采集菌样—土壤是微生物的“大本营”,所以土壤是首选的采集目标；—根据微生物的营养特性，有选择性地进行采集。腐木和堆肥中纤维素和木质素分解菌较多；果实、蜜饯表面酵母菌较多；蔬菜、牛奶中乳酸菌较多；动物肠道和粪便中革兰氏阴性无芽砲厌氧菌和肠道细菌较多；▶谷物种子上曲霉、青霉和镰泡霉较多；▶油田、炼油厂附近的土壤中，石油分解微生物较多。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary

发酵工程制药微生物菌种选育2)富集培养(增殖培养)运用选择性培养基的原理，所采集的土壤等含菌样品中加入某

些特殊营养物，并创造一些有利于待分离对象生长的条件，使

样品中少数能分解利用这类营养物的微生物大量繁殖，从而有

利于分离。>在土样中加入

一

些石油以促使其中少数能利用石油作为碳源的微

生物数量剧增；>在土样中加入纤维素以富集纤维素分解。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药3)纯种分离平板划线分离法；平板表面涂布法；琼脂培养基浇注法。微生物菌种选育Animal

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Library发酵工程制药4)性能测定●常用方法包括：细胞形态观察、菌落特征观察、生理生化鉴

定以及生产性能试验等。微生物菌种选育基星验篮生化

反

应

(

)阳性/热性结

果

：发酵工程制药Animal

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Library圆形，边绿警齐，我面光磨不迎则影。簇浪救边锦.表面有不堤路皱饮鹏E.边峰憎齐，表面有同心环圆形，这睡感缺不全，表面里段粒状撕影，露齿状边塘，衰幽领不光滑画形，时状边曝，良面有款的我皱瘤微生物菌种选育二、诱变育种指利用物理、化学等诱变剂处理均匀而分散的微生物细胞群，

在促进其突变率显著提高的基础上，采用简便、快速和高效的

筛选方法，从中挑选出少数符合目的的突变株，以供科学实验或

生产实践使用。诱变剂通常分为两类：>物理诱变剂：紫外线、激光、X射线等；化学诱变剂：烷化剂、碱基类似物等。发酵工程制药Animal

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Library微生物菌种选育诱变育种包括诱变和筛选两个环节，其中筛选更重要。具体来讲，主要包括：选择出发菌株→

制备单孢子悬浮液→前培养→诱变处理→平板分

离→

挑选疑似突变菌落纯培养→

突变体初筛→

突变体复筛→选出突变体→

生产性能试验发酵工程制药Animal

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Library微生物菌种选育1、诱变育种的几个原则选择简便、有效的诱变剂；充分利用复合处理的协同效应，尤其对单一处理突变率较低的诱变剂。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary

发酵工程制药微生物菌种选育2、挑选优良的出发菌株(用于育种的原始菌株)最好选用来自生产中的自发突变菌株；选用具有有利于进一步研究或应用性状的菌株，如生产快、

营养要求低等；可选用已发生过其他突变的菌株；选用对诱变剂敏感性较高的增变变异株。发酵工程制药Animal

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Library微生物菌种选育3、选用最适的诱变剂量对不同微生物使用诱变剂的剂量也不同；育种实践中，通常以杀菌率作为诱变剂的相对剂量，

多采用杀

菌率为70一75%,甚至更低(30一70%)的相对剂量。在产量性状的诱变育种中，凡在提高诱变率的基础上既能扩大

变异幅度，又能促使变异移向正变范围的剂量，就是合适的剂量。发酵工程制药Animal

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Library微生物菌种选育4、设计或采用高效变异菌株筛选方案▶初筛：以量为主，选留较多有生产潜力的菌株，利用和创造形

态、生理与产量间的相关指标，在培养皿或摇瓶中进行筛选；>复筛：以质为主，对少量潜力大的菌株的代谢产物量作测定，一般采用摇瓶培养或台式发酵罐进行发酵，然后对培养液进行

分析测定，选出较理想的菌种。发酵工程制药Animal

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Library菌种衰退与保藏一

、菌种衰退1、菌种衰退的概念指群体中退化个体在数量上占一定比例后，表现出菌种生产性能下

降或优良性状丧失的现象。对产量性状来说，菌种的负变就是衰退；其他原有典型性状变得不

典型了，也是衰退。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药2、菌种衰退的原因菌种衰退是自发突变的结果。菌种衰退不是突然发生的，而是从量变到质变逐步演变的过程。开

始时，群体细胞中仅个别细胞发生自发负突变，不会使群体菌株性能

发生改变。经过连续传代，群体中负变个体达到一定数量，发展成为

优势菌株，从而使整个群体表现为较为严重的衰退。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药菌种衰退与保藏菌种衰退具体表现以下几个方面：>菌落和细胞形态改变，如孢子由椭圆形变为圆柱形；>生长速度缓慢，产孢子越来越少；>代谢产物能力下降，即出现负突变；>致病菌侵染能力下降；>对外界不良条件抵抗能力下降(如低高温、噬菌体侵染

)AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药菌种衰退与保藏3、菌种衰退的防止措施>控制传代次数>创造良好的培养条件>利用不易衰退的细胞移种传代

采用有效的保藏方法AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药菌种衰退与保藏二、生产菌种的保藏1、菌种保藏的原理主要是根据菌种的生理生化特点人工创造条件使孢子或

菌体的生长代谢活动降低，以减少其变异。一般通过保持培养基营养成分在最低水平缺氧状态、干燥和低

温，使菌种处于“休眠”状态，抑制其繁殖能力。另

外

，避光、缺乏营养、添加保护剂或酸中和剂也能提高保藏

效

果

。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药菌种衰退与保藏2、菌种保藏的方法(1)传代培养保藏法又称斜面培养，培养后于4-6℃冰箱内保藏。其优点是操作简单，使用方便，不需要特殊设备，能随

时检查保藏的菌株是否死亡、变异与污染杂菌等。缺点是容易变异，因为培养基的物理、化学特性不是严

格恒定，屡次传代也会使微生物的代谢改变而影响微生物的形

状。AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药菌种衰退与保藏(2

)液体石蜡保藏法斜面培养物或穿刺培养物上面覆盖灭菌的液体石蜡，

一方

面可防止培养基水分挥发，另一方面可阻止氧气进入，以减少

代谢作用。其优点是制作简单，不需要特殊设备，且不需经常移种。

缺点是保存必须直立，所占空间较大，同时不变携带。AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药菌种衰退与保藏(3)载体保藏法将微生物吸附在适当载体上，如土壤、沙子、滤纸上，而

后进行干燥的保藏法，例如沙土保藏法和滤纸保藏法应用相当

广

泛

。细菌、酵母菌、丝状真菌均可用此法保藏，前两者可保藏

两年左右，有些丝状真菌甚至可保藏十余年。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药菌种衰退与保藏(4)冷冻保藏法可分为低温冰箱(-40~-20℃,-80~-50℃)和液氮(

-196℃)保藏等。适用于长期保存，

一般保存数年乃至10余年。AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药菌种衰退与保藏(5)寄主保藏法用于目前尚不能在人工培养基生长的微生物，如病毒、立克次

氏体、螺旋体等，必须生活的动物、昆虫、鸡胚内感染并传代，

此法一般微生物的传代培养保藏法。AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药菌种衰退与保藏培养基类型与功能一

、按照培养基的成分来分类培养基按其所含成分，可分为合成培养基、天然培养基和半合成培养基3类。发酵工程制药Animal

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Library培养基类型与功能1、

合成培养基：各种成分完全是已

知的各种化学物质。这种培养基化学成分清楚，组成成分精确，重复性强，但价格较贵，

而且微生物在这类培养基中生长较慢。如高氏一号合成培养基、

察氏培养基等。Animal

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Library发酵工程制药2、

天然培养基：由天然物质组成，培养基成分很不恒定，也难以确定，但配制丰富，营养丰富。如蒸熟的马铃薯培

养基和牛肉膏蛋白胨培养基，前者用于培养真菌，后者用

于培养细菌。培养基类型与功能Animal

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Library发酵工程制药3、

半合成培养基：天然有机物的基础上适当加入已知成分的无机盐类，或在合成培养基的基础上添加某些天然成分，如培养

霉菌用

的PDA培养基。这类培养基能更有效地满足微生物对营养

物质的需要。培养基类型与功能Animal

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Library发酵工程制药培养基类型与功能二、按照培养基的物理状态分类培养基按其物理状态可分为固体培养基、液体培养基和半固

体培养基3类。无动力_

有动力细菌在半固体培养基中的生亡发酵工程制药Animal

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Library现象

现象培养基类型与功能1、固体培养基：培养基中加入凝固剂，有琼脂、明胶、硅胶等。固体培养基常用于微生物的分离、鉴定、计数和菌种保存等。Animal

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Library发酵工程制药2、液体培养基：不加任何凝固剂。培养基的成分均匀，微生物能充分接触和利用培养基中的养料，适于做生理等研究，由于发

酵率高，操作方便，液常用于发酵工业。培养基类型与功能Animal

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Library发酵工程制药培养基类型与功能3、半固体培养基：液体培养基中加入少量凝固剂而呈半固体状态。可用于观察细菌的运动、鉴定菌种和测定噬菌体的

效

价

等

。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药无动力_

有动力现象

现象细

菌

在

半

固

体

培

养

基

中

的

生C培养基类型与功能三、按照培养基的特殊用途分类培养基按其特殊用途可分为加富培养基、选择性培养基和鉴别培养基3类。1、加富培养基：在培养基中加入血、血清、动植物提取液等，用以培养

要求苛刻的某些微生物。2、选择性培养基：根据某一种或某一类微生物的特殊营养要求或对一

些

物理、化学抗性而设计的培养基；可用于微生物的分离。3、鉴别培养基：培养基中加入某种化学试剂或化学药品，使培养后会发

生某种变化，从而区别不同类型的微生物。Animal

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Library发酵工程制药培养基类型与功能四、按照培养基的发酵生产用途分类培养基按其生产用途可分为斜面培养基、种子培养基和发酵培养基3类。1、斜面培养基：供微生物细胞生长繁殖或保藏菌种用，包括细菌、酵母等斜面培养基以及霉菌、放线菌生产孢子培养基等。AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药培养基类型与功能2、种子培养基：供孢子发芽、生长和大量繁殖菌丝体，并使菌种长得粗壮，成为活力强的“种子”,要求营养丰富完全。Animal

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Library发酵工程制药培养基类型与功能3、

发酵培养基：供菌种生长、繁殖和合成产物之用，主要作用是最大限度的获得目的产物。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary

发酵工程制药培养基成分及其来源工业培养基是提供微生物生长繁殖和生成合成各种代谢产物所需要的，按一定比例配制的多种营养物质的混合物。不同微生物的生长状况不同，合成产物所需条件也不尽相

同，但是，对于所有发酵生产用培养基的设计而言，仍然存在

一些共同遵循的基本要求。AnimalPharmacyTeachingResource

Library发酵工程制药培养基成分及其来源一般设计适宜于工业大规模发酵的培养基应遵循以下原则：1、必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分；2、有利于减少培养基原料的单耗，即提供营养物质的转化率；3、有利于提供产物的浓度，以提供单位容积发酵罐的生产能力；4、有利于提供产物的合成速度，缩短发酵周期；5、尽量减少副产物的形成，便于产物的分离纯化；6、原料价格低廉，质量稳定，取材容易；7、所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响，利于氧

的传递和利用率。发酵工程制药Animal

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Library培养基成分及其来源工业发酵培养基所用培养基的营养成分主要包括：Animal

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发酵工程制药生长因子无机盐碳源氮源水培养基成分及其来源1、碳源组成培养基主要成分之一，其主要功能有两个：提供微生物菌体生长繁殖所需的能源以及合成菌体所需的碳骨架。

提供菌体合成目的产物的原料。常用的碳源有糖类、油脂、有机酸等，包括无机碳CO₂

。特殊情况下，碳源贫乏时，蛋白质水解物或氨基酸也可作为碳源使用。发酵工程制药Animal

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Library培养基成分及其来源2、氮源主要用于构成菌体细胞物质和合成含氮代谢物；常用氮

源分为两类：有机氮源和无机氮源。常用的有机氮源有黄豆饼粉、花生饼粉、玉米浆和蛋白胨、

酵母粉等，有机氮源多含丰富的蛋白质、多肽和游离氨基酸等。无机氮源有NH₄+、NO₃-和氨水等，

一般微生物对他们吸收利用要比有机氮源快得多，所有也称为速效氮源。发酵工程制药Animal

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Library培养基成分及其来源3、无机盐微生物在生长繁殖和生成过程中，需要某些无机盐和微量

元素如P

、S、K、Ca、Mg、Zn、Mn

、Cu等，以作为微生物生理

活性物质的组成或调节物。培养基中，Mg

、S

、P

、Ca

、K等常以盐的形式(如硫酸镁、

磷酸二氢钾/磷酸氢二钾、碳酸钙等)加入，其他Zn、Mn、Cu、

|Fe等也往往不可少，但需要量很小，可从其他主要培养基成

分中获得，如使用合成培养基，则需要单独另加。发酵工程制药Animal

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Library培养基成分及其来源4、

生长因子广义上讲，凡是微生物生长不可缺少的微量有机物质，如

氨基酸、嘌呤、嘧啶、维生素等，包括某些营养缺陷型所缺陷

的物质，均可称为生长因子。狭义的生长因子一般仅指维生素。生长因子不是对于所有微生物都是必需的，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。有机氮源一般是生长因子的重要来源，所有生产过程中往

往不需要额外添加。Animal

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发酵工程制药培养基成分及其来源5、水分水是菌体必不可少的，是构成培养基的主要成分。水在细胞中的生理功能有：(1

)细胞内的良好溶剂；(2)细胞内许多生化反应需要水的参与；(3)多细胞生物体的绝大多数细胞必须浸润在以水为基础的

液体环境中；(4)运送营养物质和新陈代谢产生的废物。发酵工程制药Animal

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Library培养基设计和优化参照前人所使用的较适合某一类菌种的经验配方，再结合所用菌种和产品的特性；采用摇瓶、玻璃罐等小型发酵设备，按

照一定的实验设计和实验方法选择出较为适合的培养基的过程。发酵工程制药Animal

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Library培养基设计和优化一、发酵培养基设计的原理首先是确定培养基的组成成分，然后再决定各组份之间的最佳配比。途径了

解菌种菌种名称、营养、生活史、生长环境、生理生化特性菌代谢产物的化学结

构、性质、途径。一般在考虑某一菌种对培养基的要求时，除了上述基本要求外，还必须考虑

以下几点：Animal

Pharmacy

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发酵工程制药培养基设计和优化1、菌体的同化能力指考虑培养基成分选择的时候，必须充分考虑菌种的同化能力，保证选用的

培养基成分能够被菌体利用。许

多C

、N源都是复杂的有机物大分子；选用淀粉、黄豆饼粉的原料作为培养基

成分时，必须考虑微生物是否具备分泌胞外淀粉酶和蛋白酶的能力，水解淀粉、

蛋白质为葡萄糖、氨基酸等小分子被菌体吸收利用。Animal

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Library发酵工程制药培养基设计和优化2、培养基对菌体代谢的阻遏与诱导的影响在配制培养基考虑碳源和氮源时，应根据微生物的特性和培养的目的；注意

速效碳氮源和迟效碳氮源的相互配合，发挥各自的优势，避其所短。对于速效碳源-葡萄糖，菌体利用葡萄糖时产生的分解代谢产物会阻遏或抑制某

些产物所需酶的形成或活性，即发生“葡萄糖效应”;>

通常为了消除“葡萄糖效应”,可通过分批补料或连续补料的方法实现；对菌体诱导的影响，主要体现酶制剂生产中，对于许多诱导酶来说，

速效碳源葡萄糖、果糖等则不利于产酶，而一些缓效碳源如淀粉、糊精等则对产酶是有利

的。Animal

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Library发酵工程制药培养基设计和优化3、碳氮比对菌体代谢调节的重要性培养基中碳氮比对微生物生长繁殖和产物合成的影响极为显著。氮源过多，会使菌体生长过于旺盛，

pH偏高，不利于代谢产物的积累；

氮源不足，则菌体繁殖量少，从而影响产量；碳源过多则容易形成较低的pH,

若碳源不足则容易引起菌体的衰老和自溶；一般来讲，因为碳源既作为碳骨架参与菌体和产物的合成又作为生命过程中的能源，所以比例要求比氮源高。Animal

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Library发酵工程制药培养基设计和优化4、pH

对不同菌体代谢的影响发酵过程中pH的调节一般不主张直接用强酸强碱来调节；pH

的异常波动常常是由于某些营养成分过多或过少引起的；用酸碱虽然可以调节pH,

但其效果往往不能持续，故应从根本解决引起pH

异

常的原因。Animal

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发酵工程制药培养基设计和优化二、培养基成分选择(设计)的原则1、

目的明确：根据培养微生物的目的配制

一般遵循，产物是菌体：N源含量比较高；▶产物是某种代谢产物：应考虑代谢产物的化学组成。Animal

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Library发酵工程制药培养基设计和优化2、营养协调：根据微生物的营养需求配制培养基，注意培养基营养物质的浓度和配比。>如蔗糖适当浓度是营养，高浓度则成为抑制因子；>注意培养基的C/N

对发酵的影响。如谷氨酸的发酵，C/N

为4:

1时，菌体大量

繁殖，酸积累少，当C/N为3:1时产生大量的谷氨酸。Animal

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Library发酵工程制药培养基设计和优化3、理化适宜发酵过程中，调节适当的理化条件是微生物生长和产物合成的必要条件。

常见控制参数有pH

、渗透压和水活度等。>发酵过程的pH

(酸碱度)会发生变化，

一

般可考虑加入缓冲剂，如：KH₂PO₄

、K₂HPO₄;▶渗透压：等渗溶液适宜微生物的生长，过高过低都会影响微生物的生长和代谢；>水分活度：指微生物在天然环境中可实际利用的自由水或游离水的含量；各

种微生物的生长范围水分活度：0.99~0.6,设计培养基时应考虑到水活度，G-

生

长的最小水分活度一般比G+

高，酵母与G+

类似，丝状真菌范围大。Animal

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发酵工程制药培养基设计和优化4、经济节约：培养基成分选择尽量使用廉价易得的原料，应遵循“8个代替”:即以粗代精，以野代家，以废代好，以简代繁，以烃代粮，以纤代糖，以氮代

肮，以国代进。Animal

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发酵工程制药培养基设计和优化三、培养基的优化方法1、生态模拟2、查阅文献：直接、间接的信息。3、借助优选法或正交试验法精心设计培养基的配方。4、试验比较：实验规模一般由定性到定量，由小到大。分为摇瓶、反应器培养基研究的两个层次；摇瓶

→培养基设计的第一步；反应器

→扩大培养进一步进行配方优化。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药通气发酵设备>发酵罐是发酵工业的心脏，是生物技术产品能否实现产业化的关键装置。通常分为机械搅拌式通风发酵罐、气升式发酵罐、自吸式发酵罐以及管道式、伍式等其他类型。电动机无圆轴封取样管搅拌叶冷却夹层喷雾装置空气过湾器愿汽管放料督空气空气热交换器J儿J循环泵图

2

喷射自吸发酵罐AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary

发酵工程制药通用搅拌式气升式自吸式通气发酵设备通用式发酵罐：又称“通气式机械搅拌发酵罐”,带有通气和搅拌装置的发酵罐；工业生产最常用的发酵罐，其中机械搅拌的作用是气液混合，

提高气液传氧速率。气升式发酵罐：依靠无菌压缩空气作为液体提升力，使罐内发酵液通过

上下翻动混合，实现传质传热过程。自吸式发酵罐：

一种无需其他气源供应压缩空气的发酵罐，其关键部位

带有中央吸气口的搅拌器；搅拌过程中自吸入过滤空气，适合于耗氧低

的发酵类型。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药通气发酵设备一、机械搅拌发酵罐罐1、机械搅拌发酵罐的基本要求

>适宜的径高比；能承受一定压力；>搅拌通风装置能使气液充分混合，保证发酵液必须的溶解氧；具有足够的冷却面积；尽量减少死角，避免藏垢积污，灭菌能彻底，避免染菌；

搅拌器的轴封应严密，尽量减少泄漏。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药二、机械搅拌发酵罐的结构好气性机械搅拌发酵罐是密封式受压设备，

主要部件包括：MotorStirrer

glandFoam

breakerFlat-bladedimpellerBaffleAir-sparger(a)>

罐

体轴封>消泡器>搅拌器联轴器>中间轴承>挡板>空气分布管>换热装置>人孔以及管路等AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药通气发酵设备1、

罐体由圆柱体及椭圆形或碟形封头焊接而成，小型发酵罐罐顶和罐身采用法兰连接，材料一般为不锈钢。罐顶接管有：进料管、补料管、排气管、接种管和压力表接管。罐顶还装有视镜及灯镜。罐身接管有冷却水进出管、进空气管、取样管、温度计管和测控仪表接口。通气发酵设备Animal

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Library发酵工程制药2、罐体的尺寸比例罐的高径之比一般为1.7~4.0左右；>通常装有两组或三组搅拌器，最下面一组搅拌器通常与风管出口较接近为好；最常用的发酵罐各部分的比例尺寸如图。图

6

-

1

通用式发酵罐的比例尺寸D,=1/3D

H=2D,B=0.1Dh

。=0.25DS=3D,C=D.通气发酵设备Animal

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Library发酵工程制药3、搅拌器>作用是打碎气泡，使空气与溶液均匀接触，使氧溶解于发酵液中；

>轴向式(桨叶式、螺旋桨式)和径向式(涡轮式)两种。通气发酵设备桨叶式发酵工程制药Animal

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Library螺旋桨式通气发酵设备Animal

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Library径向式(涡轮式)搅拌器发酵工程制药平直叶弯叶箭叶4、挡板>挡板的作用是改变液流的方向，由径向流改为轴向流，促使液体剧烈

翻动，增加溶解氧。>通常，挡板宽度取(0.1～0.2)D,

装设4~6块即可满足溶解氧的需要。通气发酵设备Animal

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Library发酵工程制药通气发酵设备5、消泡器>消泡器的作用是将泡沫打破。>消泡器常用的形式有锯齿式、梳状式及孔板式。孔板式的孔径约10~20毫米。

>消泡器的长度约为罐径的0.65倍。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary

发酵工程制药锯齿式梳状式孔板式通气发酵设备6、联轴器大型发酵罐搅拌轴较长，常分为二至三段，用联轴器使上下搅拌轴成

牢固的刚性联接。>常用有鼓形及夹壳形两种。小型的发酵罐可采用法兰将搅拌轴连接。Animal

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Library发酵工程制药夹套形鼓形法兰7、轴承为了减少震动，中型发酵罐一般在罐内装有底轴承，而大型发酵

罐装有中间轴承，底轴承和中间轴承的水平位置应能适当调节；

罐内轴承不能加润滑油，应采用液体润滑的塑料轴瓦(如聚四氟乙

烯等),轴瓦与轴之间的间隙常取轴径的0.4~0.7%;为了防止轴颈磨损，可以在与轴承接触处的轴上增加一个轴套。通气发酵设备Animal

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Library发酵工程制药8、变速装置>发酵罐常用的变速装置有三角皮带传动，圆柱或螺旋圆锥齿轮减速装置，其中以三角皮带变速传动较为简便。通气发酵设备Animal

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Library发酵工程制药通气发酵设备9、轴封>轴封作用是使罐顶或罐底与轴之间缝隙加以密封，防止泄漏和污染杂菌；>常用的轴封有填料函和端面轴封两种。箱体5

-

铜环6

一

填料Animal

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Library图

6

-

4

填料函1—

转轴

2一填料压盖

8

—压紧螺栓

4一填料发酵工程制药1-

簧

2一

杯

一静环P

图

6

-

6面

轴

封10、发酵罐的换热装置：分为夹套式和列管式(蛇管式)>夹套式多应用于容积较小的发酵罐、种子罐；夹套式优点：结构简单；加工容易，罐内无冷却设备，死角少，容易进行清

洁灭菌工作，有利于发酵；>夹套式缺点：传热壁较厚，冷却水流速低，发酵时降温效果差。通气发酵设备AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary

发酵工程制药列管式(蛇管式):安装于发酵罐内，有四组、六组或八组不等，容积5米³以上的发酵罐多用这种换热装置；优点：冷却水在管内的流速大；传热系数高；缺点：但是气温高的地区，冷却用水温度较高，则发酵时降温困难，发

酵温度经常超过40℃,影响发酵产率，因此应采用冷冻水冷却。通气发酵设备Animal

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Library发酵工程制药通气发酵设备二、气升式发酵罐机械搅拌发酵罐其通风原理是罐内通风，靠机械搅拌作用使气泡分割细碎，与培养基充分混合，密切接触，以提高氧的吸收系数；设备构造比

较复杂，动能消耗较太。采用气升式发酵罐可以克服上述的缺点。排气管发酵罐发醋液出料口发酵液热交换器循环泵一发醉液出口具有外循环冷却的气升环流式发酵罐QP₂排气空气CP₁(8)AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary

发酵工程制药▶上升管；通气管空气喷嘴。

热交换器一空气分布循环泵一2、气升式发酵罐的结构及原理分为内循环和外循环两种。其主要结构包括：▶罐体；Animal

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Library发酵工程制药通气发酵设备排气管发酵液出料口发酵液出口具有外循环冷却的气升环流式发酵罐发酵罐发酵液进口空气进口象方伤真COPTKIa通气发酵设备2、气升式发酵罐的分类气升式发酵罐有多种类型，常见有气升环流式、鼓泡式和空气喷射式；

已经大量应用的气升式发酵罐有气升内环流发酵罐、气液双喷射气升

环流发酵罐、设有多层分布板的塔式气升发酵罐等；结构分布如图所示。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary

发酵工程制药(b)气液双喷射气升环流发酵罐

(c)

多层分布数的塔式气升次醉播几种大做应用的气升式发臀罐G

丧示气体，1.表示液体，F

表示发露液G()气升阡流式反应器L通气发酵设备3、气升式发酵罐的性能测定气升式发酵罐是否符合工艺要求及经济指标，应从下面几方面进行考虑。循环周期时间必须符合菌种发酵的需要；选用适当直径的喷嘴；具有适当直径的喷嘴才能保证气泡分割细碎，与

发酵液均匀接触，增加溶氧系数。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药通气发酵设备三、自吸式发酵罐一种不需要空气压缩机，而在搅拌过程中自动吸入空气的发酵罐。这

种设备的耗电量小，能保证发酵所需的空气，并能使气液分离细小，均匀

地接触，吸入空气中70~80%的氧被利用。采用了不同型式、容积的自吸式发酵罐生产葡萄糖酸钙、力复霉素、

维生素C

、酵母、蛋白酶等，都取得了良好的成绩。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药通气发酵设备空气进入方向转子转动方向空气排出方向图

6

-

1

3

六

叶

轮

转

子自吸搅拌器及导轮▶轴封▶换热装置▶消泡器AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药1、

自吸式发酵罐的结构罐体图

6

-

1

1

自

吸

式

发

酵

罐

·1—皮借轮

2—排气管

3—消泡器

4—冷却排管

5—定子

6

—

轴

7—双端面轴封8—联轴节9—马达

10—白顺式转子

11—端面轴封2、自吸式发酵罐的充气原理自吸式发酵罐的主要的构件是自吸搅拌器及导轮，

简称为转子及定子。转子由箱底向上升入的主轴带动，当转子转动时空

气则由导气管吸入。转子的形式有九叶轮、六叶轮、三叶轮、十字形叶

轮等，叶轮均为空心形。空气进入方向转子转动方向空气排出方向图6-

13

六叶轮转子AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药通气发酵设备通气发酵设备3、自吸式发酵罐的类型根据通气的型式不同，自吸式发酵罐可分为三个类型：回转翼片式自吸式发酵罐；具有转子及定子的自吸式发酵罐；>喷射式自吸式发酵罐。前两者自吸式发酵罐结构简单，制作容易，比较广泛采用。第三种喷射

式自吸式发酵罐，电耗少，但是泵的构造复杂。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药通气发酵设备4、自吸式发酵罐的优缺点：节约空气净化系统中的空气压缩机、冷却器、油水分离器、空气贮聪、

总过滤器等设备，减少厂房占地面积；减少工厂发酵设备投资约30%左右，例如应用自吸式发酵罐生产酵母，

容积酵母的产量可高达30~50克；设备便于自动化、连续化，降低劳动强度，减少劳动力；气体的吸入量与液体循环量之比很低，可能达不到微生物所需要的溶氧速

率

。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药嫌气发酵设备一

、

酒精发酵罐1、酒精发酵罐结构通常可分为密闭式和开放式两种。目前大多数工厂都采用密闭式发酵罐。密闭式酒精发酵罐其优点是：可以防止杂菌感染，便于保温冷却及控制发酵温度，酒精产量多，损失少，可回收，发酵率高；缺点是结构较复杂，造价较贵。压力表取样间歇式酒精发酵罐AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary

发酵工程制药1-冷却水入口；2一取样口；3一压力表；4-CO2气体出口；5一喷淋水入口；6一料液及酒母入口；7一人孔；8一冷却水出口；9-温度计；10-

喷淋水收集槽；11-喷淋水出口；12一发酵液及污水排出锥底酒精发酵罐嫌气发酵设备AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药酒精发酵罐罐身为圆柱形，罐顶和罐底均为锥形或碟形，结构如图所示。嫌气发酵设备2、酒精发酵罐结构尺寸酒精发酵罐其罐体高度、底、盖高度和罐径的尺寸比例推荐如下：H

(罐圆柱部分高度)=(1.1～1.5)

D

(罐直径)h₁

(罐底高度)=(0.

1～0.

14)Dh₂(罐盖高度)=(0.05～0.

1)

DAnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药3、酒精发酵罐的冷却装置酒精发酵罐通常采用罐内蛇管和罐外喷洒联合冷却装置；>

罐外喷淋冷却，此法具有冷却均匀，冷却效率高等优点；为避免发酵车间潮湿和积水，罐外冷却罐体四周应装有集水槽，废水出口排入下水道。嫌气发酵设备AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药嫌气发酵设备洗涤剂入口夏水平喷水管活络接头垂直喷水管AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药4、酒精发酵罐的洗涤装置图水力喷射洗涤装置嫌气发酵设备二

、啤酒发酵罐—圆筒体锥底发酵罐此设备的优点在于能缩短发酵时间，而且具有生产上的灵活性，适合于生产各种类型啤酒的要求。目前，锥形发酵罐成为国内外啤酒工厂使用较

多

的设备。国内目前最大的锥形罐可达600~700m³。安全阀洗涤器锥形罐东

方

仿真COPYRIGITAnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药嫌气发酵设备1、圆筒体锥底发酵罐结构>锥底罐用不锈纲板制成，罐顶装有人孔、视镜、安全阀、压力表、二氧

化碳排出口。罐内上部装有不锈钢可旋转喷射洗涤器，罐中、下部及罐底各配有数条带形冷却夹套。>

圆筒体锥底罐其直径D与圆筒体高度H之比范围较大，根据实践经验D:H=1:(2～4)均可取得良好的发酵效果；锥底角度一般采用60⁰~85°,以有利于酵母的排除。AnimalPharmacyTeachingResourceLibrary发酵工程制药嫌气发酵设备2、冷却装置>

圆筒体锥底罐本身设置冷却夹套进行冷却，其圆筒