发酵工艺与设备教案

学院教案课程名称：发酵工程教师姓名：教师所在系部：教学进度计划表第1页课程名称发酵工程计划课时45适用专业生物制药推荐教材制订时间20XX年12月25日周次课时累计教学内容备注133发酵与发酵工业的概念1.2发酵工程技术的发展简史1.3发酵工业的特点与范围1.4发酵方法的类别与流程1.5发酵工业的现状与展望1.6《发酵工艺学》课程与专业学习的关系2362.1发酵工业用菌种2.2种子扩大培养3393.1微生物对初级代谢的调节3.2次级代谢调节机制43123.3代谢工程53154.1概述4.2培养基的设计与优化4.3淀粉水解糖的制备63184.4糖蜜的前处理4.5纤维素代粮发酵4.6精细有机氮源的加工73215.1灭菌的意义和方法5.2培养基的湿热灭菌83245.3空气的除菌5.4无菌检测及发酵废气废物的安全处理93276.1概述6.2分批培养动力学6.3连续培养动力学6.4补料分批培养动力学103307.1发酵过程耗氧与供氧的关系7.2影响氧传递的因素7.3发酵过程中的氧传递效率11333第8章发酵工艺控制8.1概述8.2温度对发酵的影响与控制8.3pH对发酵的影响与控制8.4溶解氧对发酵的影响与控制12336第8章发酵工艺控制8.5二氧化碳和呼吸商对发酵的影响及控制8.6基质浓度对发酵的影响及补料控制8.7泡沫对发酵的影响与控制8.8工业发酵污染的防治8.9发酵终点的判断133399.1谷氨酸发酵生产工艺9.2柠檬酸发酵生产工艺14342期末复习学院教案第2页课程题目绪论发酵与发酵工业的概念1.2发酵工程技术的发展简史1.3发酵工业的特点与范围1.4发酵方法的类别与流程1.5发酵工业的现状与展望1.6《发酵工艺学》课程与专业学习的关系课时3教学目的：明确《发酵工艺学》的学习内容，建立发酵产品生产过程的整体理念，理解该课程在专业学习中的重要地位，激发学生的学习热情。掌握发酵、发酵工程、发酵工业的概念与特征、发酵工业发展简史，熟悉发酵工业范畴和生产流程，了解发酵工业的发展现状与趋向。教学重点与难点：重点：发酵、发酵工程、发酵工业的概念、发酵工业发展简史；难点：发酵工业范畴和生产流程教学方法与手段:讲授法；讨论法教学内容与课时分配：（1）发酵与发酵工业的概念20分钟（2）发酵工程技术的发展简史20分钟（3）发酵工业的特点与范围25分钟（4）发酵方法的类别与流程25分钟（5）发酵工业的现状与展望25分钟（6）《发酵工艺学》课程与专业学习的关系20分钟教学方法：教师提问——学生思考——教师讲授——习题，讲授时注意讲清重点及难点，同时注意要求学生对概念、原理的理解。作业与思考：名词解释：发酵、发酵工程、发酵工业发酵工程技术经历的历史阶段与关键转折点是什么？工业发酵过程包括哪些主要工艺环节？教学后记：学院教案第3页教学内容备注一、发酵、发酵工程与发酵工业的概念1、发酵1.1传统发酵：发酵(fermentation)一词最初来源于拉丁语“发泡、沸涌”(fervere)的派生词，即指酵母菌在无氧条件下利用果汁或麦芽汁中的糖类物质进行酒精发酵产生C02的现象，或者是指酒的生产过程。1.2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C02。1.3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：1）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。产品有细胞代谢产物，也包括菌体细胞、酶等。二、发酵工程技术的发展简史发酵工程技术的历史阶段及其特点阶段及年代技术特点及发酵产品自然发酵阶段(1900年以前)利用自然发酵制曲酿酒、制醋、栽培食用菌、酿制酱油、酱品、泡菜、干酪、面包以及沤肥等纯培养发酵阶段(1900～1940)利用微生物纯培养技术发酵生产面包酵母、甘油、酒精、乳酸、丙酮、丁醇等厌氧发酵产品和柠檬酸、淀粉酶、蛋白酶等好氧发酵产品该阶段的特点是：生产过程简单，对发酵设备要求不高，生产规模不大，发酵产品的结构比原料简单，属于初级代谢产物深层通气发酵阶段(1940～1957)利用液体深层通气培养技术大规模发酵生产抗生素以及各种有机酸、酶制剂、维生素、激素等产品该阶段的特点是：微生物发酵的代谢从分解代谢转变为合成代谢；真正无杂菌发酵的机械搅拌液体深层发酵罐诞生；微生物学、生物化学、生化工程三大学科形成了完整的体系代谢调控发酵阶段(1957～1960)利用诱变育种和代谢调控技术发酵生产氨基酸、核苷酸等多种产品该阶段的特点是：发酵罐达50～200m3。；发酵产品从初级代谢产物到次级代谢产物；发展了气升式发酵罐(可降低能耗、提高供氧)；多种膜分离介质问世全面发展阶段(1960～1979)利用石油化工原料(碳氢化合物)发酵生产单细胞蛋白；发展了循环式、喷射式等多种发酵罐；利用生物合成与化学合成相结合的工程技术生产维生素、新型抗生素；发酵生产向大型化、多样化、连续化、自动化方向发展基因工程阶段(1979～)利用DNA重组技术构建的生物细胞发酵生产人们所希望的各种产品，如胰岛素、干扰素等基因工程产品该阶段的特点是：按照人们的意愿改造物种、发酵生产人们所希望的各种产品；生物反应器也不再是传统意义上的钢铁设备，昆虫躯体、动物细胞乳腺、植物细胞的根茎果实都可以看作是一种生物反应器；基因工程技术使发酵工业发生了革命性变化三、发酵工业的特点与范围1、发酵工业的特点发酵工业是利用微生物所具有的生物加工与生物转化能力，将廉价的发酵原料转变为各种高附加值产品的产业。其主要特点如下：1）条件的温和性。发酵过程一般都是在常温常压下进行的生物化学反应，反应条件比较温和。2）原料的廉价性。可采用较廉价的原料(如淀粉、糖蜜、玉米浆或其他农副产品等)生产较高价值的产品。有时甚至可利用一些废物作为发酵原料，变废为宝，实现环保和发酵生产的双层效益。3）反应的专一性。发酵过程是通过生物体的自适应调节来完成的，反应的专一性强，因而可以得到较为单一的代谢产物。4）产物的多样性。由于生物体本身所具有的反应机制，能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的生物转化修饰，也可产生比较复杂的高分子化合物。5）生产的非限制性。发酵生产不受地理、气候、季节等自然条件的限制，可以根据订单安排通用发酵设备来生产多种多样的发酵产品。四、发酵方法的类别与流程1、类别根据对氧的需要区分：厌氧和有氧发酵根据培养基物理性状区分：液体和固体发酵根据从微生物生长特性区分：分批发酵、补料分批发酵和连续发酵2、流程工艺过程：1）发酵原料的选择及预处理；2）微生物菌种的选育及扩大培养；3）发酵设备选择及工艺条件控制：常温、常压。种子扩大培养和发酵采用不同的工艺；4）发酵产物的分离提取；5）发酵废物的回收和利用。五、发酵工业的现状与展望1、发酵工业的发展现状目前，全球发酵产品的年销售额在400亿美元左右，并以每年约7％～8％的速率增长。我国发酵行业生产企业有5000多家，主要发酵产品的年产值高达1300亿元。发酵工程技术给人类社会生产力的发展带来了巨大的潜力涉及到解决人类所面临的食品与营养、健康与环境、资源与能源等重大问题。2、发酵工业的应用前景未来学家说：21世纪是生物技术世纪；科学家预言：21世纪世界即将在生物技术上取得重大突破，新世纪之初，科学方面的主要将在生物学、遗传学和医学、新型生物材料、能源、环境保护上有所突破

学院教案第4页课程题目2.1发酵工业用菌种2.2种子扩大培养课时3教学目的：掌握菌种扩大培养工艺流程及技术控制，熟悉发酵工业对菌种的要求和种子质量要求，了解工业常用菌种。教学重点与难点：重点：工业菌种的要求和种子扩大培养难点：种子扩大培养的技术控制教学方法与手段:讲授法；讨论法教学内容与课时分配：(1)发酵工业用菌种60分钟(2)种子扩大培养75分钟教学方法：教师提问——学生思考——教师讲授——习题，讲授时注意讲清重点及难点，同时注意要求学生对概念、原理的理解。作业与思考：1、发酵工业对菌种的要求是什么？2、什么是种子的扩大培养？3、种子扩大培养的一般步骤与技术控制要点是什么？4、什么是接种量？对于细菌、放线菌及霉菌常用的接种量是多少？5、发酵工业对种子质量有何要求？6、发酵菌种常用的培养方法有哪些？教学后记：学院教案第5页教学内容备注一、发酵工业用菌种1、发酵工业对菌种的要求微生物广泛分布于土壤、水和空气等自然界中，资源非常丰富。目前认为，人类研究创微生物不足总数的10％。从自然界中分离出来的菌株有的可直接利用，有的则需要进行人工诱变，得到的突变体才能被利用。特别是随着育种新技术的更新，不断满足新产品和原料转换对新菌种的需求。作为大规模生产的微生物工业用菌种，应尽可能满足下列要求：(1)菌种能在廉价原料制成的培养基上迅速生长和大量合成目的产物。(2)菌种能在要求不高、易控制的培养条件(糖浓度、温度、pH值、溶解氧、渗透压等)下迅速生长和发酵，以缩短发酵周期。在天气炎热地区应选择耐高温菌种。(3)根据代谢调控要求选择高产菌株，如营养缺陷型菌株或调节突变型菌株。(4)菌种抗噬菌体能力强，以防止感染噬菌体而造成“倒罐”现象的发生。(5)菌种纯粹，不易退化，可保证发酵生产和产品质量的稳定性。(6)菌种不是病原菌，不产生任何有害的物质和毒素，以保证产品的安全。二、发酵菌种的扩大培养1、概念种子扩大培养：将保存在砂土管、冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后，再经过扁瓶或摇瓶及种子罐逐级扩大培养而获得一定数量和质量的纯种过程。这些纯种的培养物称为种子。2、发酵菌种扩大培养的目的、任务菌种扩大培养的目的是为每次发酵罐的投料提供相当数量的、代谢旺盛的种子。菌种大培养的任务是获得发酵活力高、接种量足够的微生物纯培养物。3、种子的质量要求（1）菌种细胞的活力强（2）生理性状稳定（3）菌种量能满足发酵罐的接种量（4）无杂菌污染（5）保持稳定的生产能力学院教案第6页课程题目3.1微生物对初级代谢的调节3.2次级代谢调节机制课时3教学目的：掌握初级代谢调节机制和次级代谢调节机制，熟悉糖酵解途径与柠檬酸代谢调节控制点，了解代谢工程的相关知识。教学重点与难点：重点：柠檬酸代谢调节机制和次级代谢调节机制难点：次级代谢调节机制教学方法与手段:讲授法；讨论法教学内容与课时分配：(1)微生物对初级代谢的调节65分钟(2)次级代谢调节机制70分钟教学方法：教师提问——学生思考——教师讲授——习题，讲授时注意讲清重点及难点，同时注意要求学生对概念、原理的理解。作业与思考：1、初级代谢调节机制。2、次级代谢调节机制。3、糖酵解途径。4、柠檬酸代谢调节控制点。教学后记：学院教案第7页教学内容备注一、微生物对初级代谢的调节1、概念初级代谢：指微生物合成为它们在生长和繁殖中所必需的物质，如糖、氨基酸、脂肪酸、核苷酸以及由这些化合物聚合而成的高分子化合物，如多糖、蛋白质、酯类和核酸等的代谢。初级代谢物：是指微生物产生的、生长和繁殖所必需的物质，如蛋白质、核酸、有机酸和维生素。2、初级代谢中酶促反应的调节方式微生物大致采用二种方式调节其初级代谢：酶活性的调节、酶合成的调节。2.1酶活性的调节(1)概念通过改变酶分子的活性来调节代谢速度的调节方式称为酶活性的调节。与酶合成调节方式相比，这种调节方式更直接，并且见效快。(2)酶活性的调节是指在酶分子水平上的一种代谢调节，它是通过改变现成的酶分子活性来调节新陈代谢的速率.包括酶活性的激活和抑制两个方面。二、次级代谢调节机制1、概念次级代谢：微生物合成一些在微生物生长和繁殖中功能不明确的化合物，如抗生素、酶抑制剂、色素等的代谢。次级代谢物：是指由微生物产生的，与微生物生长、繁殖无关的一类物质，但对生物生存有一定价值。如抗生素、毒枝菌素和色素。前体：指加入到发酵培养基中的某些化合物能被微生物直接结合到产物分子中去，而自身的结构无多大变化，且具有促进产物合成的作用。前体的作用：起抗生素建筑材料作用，诱导抗生素生物合成作用。（促进次级代谢物的的合成和形成特定的产物，实现定向代谢。）中间体：指养分或基质进入一途径后被转化为一种或多种不同的物质，它们均被进一步代谢，最终获得该途径的终产物。2、微生物次级代谢的特性（1）它的生产大多数是基于菌种的特异性来完成的。一种微生物的不同菌株可以产生分子结构迥异的次级代谢物。（2）次级代谢产物发酵经历两个阶段，即营养增殖期和生产期。如在菌体活跃增殖阶段几乎不产生抗生素。接种一定时间后细胞停止生长，进入到恒定期才开始活跃地合成抗生素，称为生产期。学院教案第8页课程题目3.3代谢工程课时3教学目的：使学生理解代谢的概念；掌握代谢工程设计的方式及代谢途径。教学重点与难点：重点：1.代谢工程设计的方式；2.代谢途径难点：1.代谢工程设计的方式；2.代谢途径教学方法与手段:讲授法；讨论法教学内容与课时分配：3.3代谢工程135分钟教学方法：教师提问——学生思考——教师讲授——习题，讲授时注意讲清重点及难点，同时注意要求学生对概念、原理的理解。作业与思考：1.代谢工程设计的方式2.改变代谢途径教学后记：学院教案第9页教学内容备注三、代谢工程1、概念代谢工程：系指利用基因工程技术，定向地对细胞代谢途径进行修饰、改造，以改变微生物的代谢特性，并与微生物基因调控、代谢调控及生化工程相结合，构建新的代谢途径，生产新的代谢产物的工程技术领域。2、代谢工程设计的方式在代谢工程设计中，主要有改变代谢流、扩展代谢途径和构建新的代谢途径三种方式。（1）改变代谢途径改变代谢途径是指改变分支代谢途径的流向，阻断其他代谢产物的合成达到提高目标产物的目的。但如果代谢网络属于相依网络或属于刚性节点，构建和设计则比较困难。改变代谢途径有各种方法，如加速限速反应、改变分支途径流向、构建代谢旁路、改变能量代谢途径等不同方法。（2）构建代谢旁路大肠杆菌是目前重要的基因工程产物表达的宿主菌，在生产中为了获得高自表达量，多采用高密度培养技术进行生产。但在高密度培养中对细胞生长有抑制作用的有毒产物的产生，是要解决的关键问题之一。大肠杆菌糖代谢的末端产物乙酸在达到一定浓度时，会对细胞的生长产生抑制作用。一般在工业上可以采用控制糖的流加速度、溶解氧或发酵与超滤偶联的方法控制乙酸的浓度。现在已经利用代谢工程的方法控制乙酸的产生。例如，将枯草芽孢杆菌的乙酰乳酸合成酶基因克隆至大肠杆菌，明显地改变了细胞的代谢流，使乙酸浓度保持在不引起细胞中毒的浓度以下，得以实现高密度培养的目的。（3）改变能量代谢途径除了上述通过基因操作的方法改变代谢流以外，还可以通过间接的方法，即改变能量代谢途径或电子传递系统去影响或改变细胞的代谢流。如将血红蛋白(VHb)基因克隆到酿酒酵母细胞中，由于表达的血红蛋白的存在，活跃了氧化还原过程的电子传递链，间接影响了线粒体的乙醛歧化途径，由于这条途径产生的乙醇占总产量的1／3，因此可显著提高乙醇产量。（4）扩展代谢途径扩展代谢途径是指在引人外源基因后，使原来的代谢途径向后延伸，产生新的末端产物。或使原来的代谢途径向前延伸，可以利用新的原料合成代谢产物。学院教案第10页课程题目4.1概述4.2培养基的设计与优化4.3淀粉水解糖的制备课时3教学目的：掌握培养基设计原则与方法，熟悉工业发酵中培养基的类型、常用生长调节剂及常用发酵培养基的制备，了解工业用培养基的要求与发展趋势。教学重点与难点：重点：培养基设计原则与方法、常用发酵培养基的制备难点：培养基设计原则与方法的理解教学方法与手段:讲授法；讨论法教学内容与课时分配：（1）概述45分钟（2）培养基的设计与优化45分钟（3）淀粉水解糖的制备45分钟教学方法：教师提问——学生思考——教师讲授——习题，讲授时注意讲清重点及难点，同时注意要求学生对概念、原理的理解。作业与思考：名词解释：前体、促进剂、抑制剂微生物所需要的营养因子有哪些？大规模发酵培养基的要求是什么？培养基成分选择的原则是什么？教学后记：学院教案第11页教学内容备注一、概述微生物的生长、繁殖需要不断地从外界吸收营养物质，以获得能量并合成新的物质。研究微生物的生长和代谢产物的合成，首先要了解微生物的营养特性和培养条件，以便能有效地控制其生长及代谢产物的合成，提高微生物生长速率和代谢产物合成效率，达到利用该微生物进行工业化生产的目的。因此，研究微生物的营养特性，确定合理的发酵工业培养基是实现微生物发酵产业化的关键之一。二、发酵培养基的设计与优化2、设计原理一个好的发酵培养基是一个发酵产品能否成功实现产业化和商业化的关键一环。有关发酵培养基的设计和优化，虽然目前已有一些理论依据和设计原则，但针对不同的发酵产品、不同菌种，其发酵培养基的要求有较大的不同。对发酵培养基进行科学设计，其过程包括两个重要阶段，首先要对发酵培养的成分及原材料的特性有较为详细的了解；其次是在此基础上结合具体微生物和发酵产品的代谢特点对培养基的成分进行合理选择和配比优化。三、淀粉水解糖的制备可以用来制备淀粉水解糖的原料很多，主要有薯类(木薯、甘薯)淀粉、玉米淀粉、小麦淀粉、大米淀粉(也有采用碎米淀粉)等，根据原料淀粉的性质及采用的水解催化剂的不同，水解淀粉转化为葡萄糖有以下三种方法。1．酸解法酸解法又称为酸糖化法，是以酸(无机酸或有机酸)为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。2．酶解法酶解法是用淀粉酶将淀粉水解转化为葡萄糖。酶解法制葡萄糖分为两步：第一步是利用a一淀粉酶将淀粉液化转化为糊精及低聚糖，使淀粉的可溶性增加，这个过程称为“液化”。第二步是利用糖化酶将糊精或低聚糖进一步水解，转变为葡萄糖，这一过程在生产上称为“糖化”。淀粉的“液化”和“糖化”都是在微生物酶的作用下进行的，又称为双酶水解法。3．酸酶结合水解法酸酶结合水解法是集酸法及酶法制糖的优点而采用的结合生产工艺。根据原料淀粉性质又可分为酸酶水解法和酶酸水解法。学院教案第12页课程题目4.4糖蜜的前处理4.5纤维素代粮发酵4.6精细有机氮源的加工课时3教学目的：1.使学生掌握工程建设监理的进度控制的目标、任务与措施。2.使学生掌握工程建设监理的质量控制的目标、任务与措施。教学重点与难点：重点：1.纤维素代粮发酵；2.精细有机氮源的加工难点：1.纤维素代粮发酵；2.精细有机氮源的加工教学方法与手段:讲授法；讨论法教学内容与课时分配：（4）糖蜜的前处理45分钟（5）纤维素代粮发酵45分钟（6）精细有机氮源的加工45分钟教学方法：教师提问——学生思考——教师讲授——习题，讲授时注意讲清重点及难点，同时注意要求学生对概念、原理的理解。作业与思考：淀粉水解糖的制备方法及其优缺点？糖蜜预处理方法有哪些？教学后记：学院教案第13页教学内容备注四、糖蜜的前处理糖蜜前处理的方法由于糖蜜干物质浓度很大，糖分高，胶体物质与灰分多，产酸细菌多，因此发酵前必须进行预处理，包括稀释、酸化、灭菌及澄清等过程，常用的方法有下面几种。4.1加酸通风沉淀法此法又称为冷酸通风处理法，是将糖蜜加水稀释至50。Bx左右，加入0.2%～0.3%浓硫酸，通入压缩空气1h，静止澄清8h，取出上清液用于制备糖液。通风可除去S02或N02等有害气体以及挥发性物质，并可增加糖液的含氧量，以利微生物的生长和繁殖。4.2加热加酸沉淀法此法又称为热酸处理法，在较高的温度和酸度下进行，可起到灭菌和澄清沉淀的作用，胶体物质、灰分杂质的沉降、澄清作用均较强。采用热酸处理法，通常是酸化、灭菌和澄清同时进行，工艺上在稀释原糖蜜时采用阶段稀释法，第一阶段先用60℃温水将糖蜜稀释至55～58。Bx，同时添加浓硫酸调整酸度至5。～6。，进行酸化，然后静止5～6h；第二阶段则将已酸化的糖液再稀释到发酵所需的浓度。五、纤维素代粮发酵纤维素分子链上大量反应性强的羟基的存在，十分有利于形成分子内和分子间的氢键，使得纤维素分子链易于聚集在一起，趋于平行排列而形成结晶性的纤维素结构。纤维素分子内氢键和分子间氢键对纤维素链形态和反应性有着深远的影响，尤其是G一羟基与邻近分子环上的氧所形成的分子间氢键，不仅增强了纤维素分子链的线性完整性和刚性，而且使分子链紧密排列而形成高侧序的结晶区，其中也存在着分子链疏松堆砌的无定形区。这便是纤维素形态结构研究中最流行的两相共存学说。两相结构的存在严重地影响着纤维素的物理化学性质和反应性能。六、精细有机氮源的生产培养基中的有机氮源长期以来，一直是用玉米浆、黄豆(饼)粉、花生(饼)粉、棉子(饼)粉、蚕蛹粉、麸质粉、皮、鱼粉等农副产品的副产物或其天然产物。有机含氮物质一般都是农副产品的有效成分提取后的废弃物经过简单的加工而得到，这就造成了质量指标的确立和控制十分简单，国内用于工业发酵的有机含氮物质的质量指标项目主要为外观色泽、固形物含量、总氮量、氨基氮、溶解磷、灰分、水分、含油量、粗纤维及重金属等。学院教案第14页课程题目5.1灭菌的意义和方法5.2培养基的湿热灭菌课时3教学目的：掌握工业用培养基湿热灭菌的原理和方法。教学重点与难点：重点：培养基的湿热灭菌。难点：培养基连续灭菌教学方法与手段:讲授法；讨论法教学内容与课时分配：（1）灭菌的意义和方法（2）培养基的湿热灭菌教学方法：教师提问——学生思考——教师讲授——习题，讲授时注意讲清重点及难点，同时注意要求学生对概念、原理的理解。作业与思考：1、培养基湿热灭菌的原理是什么？2、设计一个培养基连续灭菌流程，并说明原理。教学后记：学院教案第15页教学内容备注一、灭菌的意义和方法1、灭菌的意义采用强烈的理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施，称为灭菌，例如各种高温灭菌措施等。2、灭菌的方法（1）火焰灭菌：接种时使用,灼烧是一种最彻底的干热灭菌方法，但它只能用于接种环、接种针等少数对象的灭菌（2）干热灭菌法：适于灭菌后要求保持干燥状态的物料，将金属制品或清洁玻璃器皿放入电热烘箱内，在150～170℃下维持1～2小时后，即可达到彻底灭菌的目的。在这种条件下，可使细胞膜破坏、蛋白质变性、原生质干燥，以及各种细胞成分发生氧化。（3）湿热灭菌法：多数细菌和真菌的营养细胞在60℃左右处理5～10min后即可杀死；酵母菌和真菌的孢子稍耐热些，要用80℃以上的温度处理才能杀死；而细菌的芽孢最耐热，一般要在120℃下处理15min才能杀死。工业生产上广泛使用，常用120℃，20-30min。（4）射线灭菌法：适于表面灭菌，紫外线波长在2600埃左右灭菌效力最强，一般用30瓦紫外灯照射20-30min（5）化学药剂灭菌：0.1%-0.25%的高锰酸钾溶液:皮肤消毒2%-5%漂白粉:用具和车间环境的灭菌（6）高压静电灭菌：应用于空气的灭菌(7）介质过滤除菌：滤除血清和抗生素溶液内的微生物和空气过滤除菌。二、培养基和设备的湿热灭菌1、湿热灭菌的原理1.1概念致死温度：杀死微生物的极限温度。致死时间：在致死温度下，杀死全部微生物所需要的时间。热阻：微生物在某一特定的条件下的致死时间性，表示微生物对热的抵抗力。1.2原理湿热灭菌的基本原理：湿热灭菌是直接用蒸汽灭菌。蒸汽冷凝时释放大量潜热，并具有强有强大的穿透力，在高温和水存在时，微生物细胞中的蛋白质极易发生不可逆的凝固性变性，致使微生物在短时间内死亡。用蒸汽加热的方法对培养基灭菌的要求是：既要达到一定的灭菌程度，又要尽量减少营养成分的破坏。学院教案第16页课程题目5.3空气的除菌5.4无菌检测及发酵废气废物的安全处理课时2教学目的：了解不同空气除菌流程的特点，熟悉发酵工业对无菌空气质量的要求和介质除菌过滤的机理，了解空气过滤器的特性教学重点与难点：重点：空气的介质过滤除菌难点：空气的介质过滤除菌的流程选择教学方法与手段:讲授法；讨论法教学内容与课时分配：（3）空气的除菌70分钟（4）无菌检测及发酵废气废物的安全处理65分钟教学方法：教师提问——学生思考——教师讲授——习题，讲授时注意讲清重点及难点，同时注意要求学生对概念、原理的理解。作业与思考：1、简述发酵用无菌空气的质量指标。2、介质过滤除菌的机理是什么？3、如何提高过滤除菌的效率？教学后记：学院教案第17页教学内容备注三、空气的除菌1、好气性发酵对无菌空气的要求（1）连续提供一定流量的压缩空气。VVM----单位时间(min)单位体积(m3)培养基中通入标准状况下空气的体积(m3),一般为0.1—2.0.（2）空气的压强（表压）为0.2—0.4MPa。（3）进入过滤器之前，空气的相对湿度Φ≤70%；（4）进入发酵罐的空气温度可比培养温度高10—30℃；（5）压缩空气的洁净度，在工程设计上，一般要求1000次使用周期中，只允许有1个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为N=10-32、空气除菌的方法（1）辐射杀菌：最常用的是用紫外光线进行无菌室灭菌。2537Å波长的紫外线具有极强烈的杀菌效力，它的主要作用是使微生物的DNA分子产生的胸腺嘧啶的二聚体，导致细胞死亡。无菌室常用的紫外灯功率为30W，安装在操作台上方一米左右高处，每次照射15-30min既可。（2）热杀菌

基于加热后微生物体内的蛋白（酶）热变性而得以实现。热空气进入培养系统之前，一般均需用压缩机压缩，提高压力。空气压缩后温度能达到200度以上，保持一定时间后，便可实行干热杀菌。（3）静电除菌静电除尘器可除去空气中的水雾、油雾、尘埃，同时也除去微生物。原理：利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘灭菌目的。对于一些直径小的微粒，所带电荷小，不能被吸附而沉降。3、介质过滤除菌机制介质过滤除菌的机制主要有以下几种，至于哪种作用机制为主，随条件而变化。惯性碰撞滞留作用：空气气流流速大时，气流中的微粒具有较大的惯性力。当微粒随气流以一定速度向纤维垂直运动因受纤维阻挡而急剧改变运动方向时，由于微粒具有的惯性作用使它们仍然沿原来方向前进碰撞到纤维表面，产生摩擦粘附而使微粒被截留在纤维表面，这种作用称惯性碰撞截留。截留区域的大小决定于微粒运动的惯性力，所以，气流速度愈大，惯性力大，截留效果也愈好。此外，惯性碰撞截面作用也与纤维直径有关，纤维愈细，捕集效果愈好。惯性碰撞截面在介质除尘中起主要作用。四、无菌检测及发酵废气废物的安全处理自学学院教案第18页课程题目6.1概述6.2分批培养动力学6.3连续培养动力学6.4补料分批培养动力学课时3教学目的：掌握分批培养中细胞的生长动力学、基质的消耗动力学和产物生成动力学；熟悉补料分批培养和连续培养中数学模型的建立方式；了解发酵动力学知识的应用。教学重点与难点：重点：分批培养和补料分批培养的动力学难点：补料分批培养和连续培养动力学教学方法与手段:讲授法；讨论法教学内容与课时分配：(1)概述20分钟(2)分批培养动力学40分钟(3)连续培养动力学40分钟(4)补料分批培养动力学35分钟教学方法：教师提问——学生思考——教师讲授——习题，讲授时注意讲清重点及难点，同时注意要求学生对概念、原理的理解。作业与思考：1、名词解释：发酵动力学、分批发酵、补料分批发酵、连续发酵、稀释度、临界稀释度2、简述分批发酵中动力学的表达式与含义。3、补料分批发酵有何优点？教学后记：学院教案第19页教学内容备注一、概述1、发酵动力学概念发酵动力学(即生物反应动力学)是发酵工程的一个重要组成部分，它以化学热力学(研究反应的方向)和化学动力学(研究反应的速度)为基础，研究发酵过程中菌体生长、基质消耗、产物生成的动态平衡及其内在规律。发酵动力学的研究内容包括细胞生长和死亡动力学、基质消耗动力学、氧消耗动力学、产物合成和降解动力学、二氧化碳生成动力学和代谢热生成动力学等。二、分批培养动力学1、分批式发酵的定义及特点1.1定义分批式发酵法又称分批式培养法，是采用单罐液体深层发酵法，即液体培养基一次性入发酵罐，杀菌、冷却、接种后，进行一次性培养与发酵，最后一次性收获的培养与发酵的方法。1.2分批式发酵法的特点属于非稳定状态下的培养与发酵的方法，发酵的环境条件(包括温度、pH值、培养基成分、溶解氧、氧化还原电位等)随微生物生长代谢的变化而变化，其生长速率和比生长速率也随之变化，细胞的生长过程可分为延迟期、对数生长期、稳定生长期、衰亡期四个阶段。三、连续培养动力学1、连续式发酵的定义连续式发酵法又称连续式培养法，指在分批式液体深层培养至微生物对数生长后期时，以一定的流速向发酵罐中连续添加灭菌的新鲜液体培养基，同时以相同的流速自发酵罐中排出发酵液的发酵方法。四、补料分批培养动力学1、分批补料式发酵的定义及特点1.1定义分批补料式发酵又叫分批补料式培养，指在分批式液体深层培养至对数生长中后期时，通过间歇或连续地向发酵罐中补加灭菌的新鲜液体培养基，增加发酵液的总量，以维持较高的发酵产物的增长幅度，最后一次性收获的培养方式。1.2特点第一，它是介于分批式发酵与连续式发酵之间的一种发酵方式，兼有两者的优点而克服了两者的缺点。第二，与分批式发酵相比，解除了由于营养基质浓度过高而形成的阻遏效应；避免了由于代谢产物的积累过度而造成的反馈抑制作用；使菌体浓度和细胞生长量控制在适当水平上。学院教案第20页课程题目7.1发酵过程耗氧与供氧的关系7.2影响氧传递的因素7.3发酵过程中的氧传递效率课时3教学目的：掌握传质方程及其含义，熟悉影响微生物发酵过程氧的供需因素，了解溶解氧、摄氧率和KLa的测定方法。教学重点与难点：重点：发酵过程氧的传递和影响氧传递的因素难点：传质方程与影响氧传递的因素教学方法与手段:讲授法；讨论法教学内容与课时分配：(1)发酵过程耗氧与供氧的关系45分钟(2)影响氧传递的因素45分钟(3)发酵过程中的氧传递效率45分钟教学方法：教师提问——学生思考——教师讲授——习题，讲授时注意讲清重点及难点，同时注意要求学生对概念、原理的理解。作业与思考：1、什么是气液传质的基本方程及符号含义。2、影响氧传递的因素有哪些？3、名词解释：KLa和传氧效率教学后记：案例分析：监理实施细则编制内容分析。学院教案第21页教学内容备注一、发酵过程耗氧与供氧的动态关系1、稳定状态下的动态关系KLa(C*-CL)=Qo2X2、非稳定状态下的动态关系KLa(C*-CL)>Qo2X二、影响氧传递的因素在氧的传递过程中，主要阻力在于气液间的传递过程。根据气液传递速率方程OTR=KLa(C*-CL)可知，凡影响推动力C*-CL、液相体积氧传递系数KLa的因素都会影响氧传递速率，从而影响到供氧。三、发酵过程中的氧传递效率评价发酵罐通气的两个重要指标----KLa和传氧效率KLa的大小是评价发酵罐通气的重要指标，但不是唯一的指标。不同型式或不同大小的发酵罐，欲获得相同的KLa所消耗的能量可能有很大的不同。传氧效率：把每溶解lkg氧所耗的电能(kWh／kgO2。)定义为传氧效率，作为评价通气发酵罐的另一个重要指标。当然这两个指标是有内在联系的。①对于牛顿流体，大罐与小罐相比，为达到相同的KLa，小罐的PG／V要小，也就是说，其传氧效率高。②在其他条件相同时，非牛顿流体与牛顿流体相比，非牛顿流体KLa关系式中的KL与a都相对较低，因此牛顿流体比非牛顿流体的传氧效率高。由此可见，应用小型试验设备得到的KLa关系式作为放大生产设备的依据，而放大的倍数过大时，最终可能导致严重的误差，值得注意。四、溶解氧、摄氧率和KLa的测定1、溶解氧CL的测定方法测定溶解氧CL的方法有多种，如化学法、极谱法、复膜氧电极法等。2、摄氧率γ的测定方法摄氧率γ的测定方法有瓦氏呼吸仪法、物料衡算法、氧电极法等。3、KLa的测定方法KLa的测定方法有多种，通常有亚硫酸盐氧化法、取样极谱法、物料衡算法、动态法、排气法、复膜电极法等。学院教案第22页课程题目第8章发酵工艺控制8.1概述8.2温度对发酵的影响与控制8.3pH对发酵的影响与控制8.4溶解氧对发酵的影响与控制课时3教学目的：掌握发酵过程中的温度、pH值、溶解氧对发酵过程中的影响及其控制方法和工业发酵污染的预防措施。教学重点与难点：重点：温度、溶解氧和pH值对发酵的影响及控制，工业发酵污染预防措施难点：溶解氧对发酵的影响及其控制和工业发酵染菌的原因分析教学方法与手段:讲授法、讨论法教学内容与课时分配：（1）概述45分钟（2）温度对发酵的影响与控制30分钟（3）pH对发酵的影响与控制30分钟（4）溶解氧对发酵的影响与控制30分钟教学方法：教师提问——学生思考——教师讲授——习题，讲授时注意讲清重点及难点，同时注意要求学生对概念、原理的理解。作业与思考：1、温度对微生物发酵有何影响？2、生产中如何有效控制溶氧在所需的最适范围内？3、提高发酵液中溶氧水平的措施有哪些？4、pH值影响发酵的机理是什么？引起pH值上升或下降的因素有哪些？教学后记：学院教案第23页教学内容备注一、发酵过程控制概述1.发酵过程的参数检测2.发酵过程的道谢控制二、温度对发酵的影响及其控制1.影响发酵温度的因素2.温度对微生物生长的影响3.温度对基质消耗的影响4.温度对产物合成的影响5.最适温度的选择三、pH对发酵的影响及其控制1.发酵过程中pH变化的规律2.最适pH的选择3.pH的调控策略四、溶解氧对发酵的影响及其控制1.溶解氧变化的规律2.溶解氧在发酵过程控制中的重要作用3.影响溶解氧的主要因素与控制方法4.溶解氧控制对发酵的影响学院教案第22页课程题目第8章发酵工艺控制8.5二氧化碳和呼吸商对发酵的影响及控制8.6基质浓度对发酵的影响及补料控制8.7泡沫对发酵的影响与控制8.8工业发酵污染的防治8.9发酵终点的判断课时3教学目的：熟悉基质浓度、二氧化碳等因素对发酵的影响、工业发酵可能污染的途径，了解主要发酵控制参数