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发酵工程课件
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目录
壹
发酵工程概述
贰
发酵过程原理
叁
发酵设备与工艺
肆
发酵产品类型
伍
发酵工程案例分析
陆
发酵工程的挑战与前景
发酵工程概述
第一章
发酵工程定义
发酵工程是利用微生物或细胞进行生物转化，生产有用物质如酒精、抗生素等。
生物转化过程
01
发酵工程是一种工业生产技术，通过控制微生物的生长和代谢过程来大规模生产产品。
工业生产技术
02
发酵工程历史
发酵技术起源于古代，如中国的酒曲酿酒和欧洲的啤酒酿造，是发酵工程的雏形。
01
古代发酵技术的起源
18世纪工业革命后，发酵过程开始被用于大规模生产，如抗生素的生产推动了发酵工程的发展。
02
工业革命与发酵工程
20世纪中叶，生物技术的进步使得发酵工程实现了从传统工艺到现代生物工程的转变。
03
现代发酵技术的突破
发酵工程应用领域
发酵技术在食品工业中广泛应用，如酸奶、面包和酱油的生产都依赖于发酵过程。
食品工业
发酵技术用于生产生物肥料和生物农药，提高农作物产量和土壤肥力。
农业领域
发酵工程是抗生素、维生素等药物生产的关键技术，如青霉素的生产就离不开发酵过程。
制药行业
发酵工程在生物能源领域发挥重要作用，如通过发酵过程生产生物乙醇和生物柴油。
能源生产
01
02
03
04
发酵过程原理
第二章
微生物发酵机制
酶促反应过程
微生物通过酶促反应将糖类等有机物质分解，产生能量和代谢产物，是发酵的基础。
代谢途径调控
微生物通过调节代谢途径中的关键酶活性，控制发酵过程中的物质流向和产物生成。
发酵产物的积累
在发酵过程中，微生物积累特定的代谢产物，如乙醇、乳酸等，这些产物具有重要的工业应用价值。
发酵过程控制
在发酵过程中，精确控制温度是关键，如啤酒发酵需保持在10-15°C以保证酵母活性。
温度控制
01
发酵液的pH值对微生物生长至关重要，例如乳酸发酵中，pH值需维持在4.0-4.5之间。
pH值调节
02
对于需氧发酵过程，溶解氧的控制是保证发酵效率和产品质量的重要因素，如抗生素生产。
溶解氧控制
03
发酵过程控制
营养物质供应
发酵时间管理
01
发酵过程中，适时适量地添加营养物质，如氮源、碳源，对提高产物产量至关重要。
02
发酵时间的长短直接影响产物的产量和质量，如葡萄酒的发酵时间通常控制在1-3周。
发酵产物分离纯化
利用离心力将发酵液中的固体和液体分离，常用于细胞和大分子的初步分离。
通过滤膜或滤材截留固体颗粒，实现发酵液的澄清，如使用微孔滤膜过滤。
通过物质在固定相和流动相中的不同迁移速率实现分离，如离子交换层析。
利用不同物质沸点的差异进行分离，适用于挥发性产物的纯化，如乙醇的蒸馏。
离心分离技术
过滤技术
层析技术
蒸馏技术
利用不同物质在两相间的溶解度差异进行分离，如使用有机溶剂萃取目标产物。
萃取技术
发酵设备与工艺
第三章
发酵罐设计原理
发酵过程中温度控制至关重要，设计时需考虑加热和冷却系统以维持恒定的发酵温度。
发酵罐的温度控制机制
发酵罐设计需考虑氧气的溶解和传递效率，以满足微生物代谢对氧气的需求。
发酵过程中的氧气传递
发酵罐通常包括搅拌系统、温度控制、通气系统等，以确保微生物生长环境的稳定。
发酵罐的结构设计
发酵过程监控技术
实时监测发酵罐内的温度，确保微生物生长和代谢的最佳条件，如啤酒发酵过程中的温度控制。
温度控制
溶解氧水平直接影响需氧微生物的发酵效率，如抗生素生产中溶解氧的精确控制。
溶解氧监测
维持发酵液的pH值在适宜范围内，对提高产物质量和产量至关重要，例如酸奶生产中的pH调节。
pH值监控
发酵过程监控技术
压力监控
发酵罐内的压力变化可以反映发酵过程的状态，例如在葡萄酒发酵过程中对罐内压力的监控。
01
02
代谢产物分析
通过分析发酵液中的代谢产物，可以判断发酵进程和产物质量，如在生物制药中对特定代谢产物的检测。
工艺优化策略
通过选择合适的菌种和优化培养条件，提高原料转化率，减少副产物的生成。
提高原料利用率
01
实时监控并调整pH值、温度、溶解氧等关键参数，确保发酵过程稳定高效。
控制发酵过程参数
02
采用先进的发酵技术和设备，如连续发酵系统，以缩短生产周期，提高生产效率。
缩短发酵周期
03
优化工艺流程，减少不必要的能源消耗，降低生产成本，提升经济效益。
减少能耗和成本
04
发酵产品类型
第四章
食品发酵产品
乳制品发酵
酸奶和奶酪是通过乳酸菌发酵制成的，发酵过程赋予了产品独特的风味和营养价值。
调味品发酵
酱油和醋等调味品通过微生物发酵产生，发酵过程中的酶作用赋予了它们特有的风味和功能。
面包烘焙
酒类酿造
面包的制作过程中，酵母菌发酵产生的二氧化碳使面团膨胀，形成松软的面包结构。
葡萄酒和啤酒的生产依赖于酵母菌将糖分转化为酒精，发酵过
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