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发酵工艺学原理

开课背景（1）何为工艺学？原来工艺学特征：
（2）现在：强化工艺学基础理论背景，减小课时数，以单元操作为根本条工艺学原理
第一章 绪论
§1-1发酵工艺学基础概念
一、 发酵工业基础概念
微生物学中发酵定义：
微生物发酵工业概念：

1.发酵工业生产基础模式
讲述生物工业基础生产模式，引出生物技术、生物工程概念，讲述二者之间区分和联络
2.发酵工业分类

酿酒业（啤酒、葡萄酒、白酒……）。

厌氧发酵 调味品（酱油、醋）。
酵母工业——自然发酵。
氨基酸发酵——经典代谢控制发酵。
抗菌素发酵——次级代谢控制发酵。
酶制剂工业——含相关键意义，是工业发展
基础、科学研究基础
有机酸工业—柠檬酸、葡萄酸、乳酸、琥珀酸等。
石油发酵——降低石油熔点（石油脱腊） 有机溶剂工业——乙醇、丙醇等
好氧发酵 维生素发酵——VC、VB2
生理活性物质——白介——2
环境工业——废水生物处理，废弃
物生物降解

二、 微生物发酵基础特征
1.微生物发酵过程是一个经典化工过程
因为微生物生理特征决定了微生物在发酵过程中需要稳定环境、特殊条件和以氧作为底物供给，这些多包含到化工生产一下领域：
（1） 质量传输——氧供给、代谢物排泄等
（2） 热量传输——微生物呼吸产热，微生物生长于代谢需要稳定而严格温度条件。
（3） 动量传输——包含到搅拌轴功率计算，她和溶氧、气液混合关系
（4） 微生物反应工程——包含到微生物生长动力学模型建立，产物生成动力学模型建立。
2.微生物发酵过程是一个经典代谢控制发酵
从微生物发酵历史角度看，最早微生物发酵是一个自然发酵过程，现代微生物工业通常是指微生物代谢控制发酵？
定义：是指利用生物、物里、化学方法，人为改变了微生物生长代谢路径，使之合成、积累、分泌我们所需要产品过程。
以GA发酵为例，建树微生物代谢控制发酵意义。
3.微生物发酵工业又是一个有别于化工过程一个工业
有以下多个特征：
（1） 反应条件温和
通常因为微生物生理特征，要求温度为30℃-40℃
pH值中性偏酸性——酵母、霉菌、放线菌等
pH值中性偏碱性——细菌发酵
（2） 无菌发酵
整个反应过程要求无菌：培养基无菌、空气无菌、 补料和取样要求无菌操作、一些工程菌，其尾气也要求进行无菌处理。
（3） 非连续性生产
微生物生理特征决定了发酵过程非连续性
大部分工业发酵是以间歇操作为基础进行，现在能够实现连续化生产是：啤酒连续化生产……

§1-2微生物工业发酵历史及发展方向
一、 微生物工业发酵历史
微生物发酵有着悠久历史，几千年前酿造实质上就是一个经典微生物发酵过程，尽管……
近几十年来微生物发酵不仅在应用领域上愈加广泛，更关键是建立了很多新微生物发酵理论体系，诸如：代谢控制发酵、基因工程菌发酵等……微生物发酵发展能够分为以下多个阶段：
1.自然发酵阶段
传统酿造业，现在在国民经济和人民生活中仍然占相关键地位。
2.纯培养阶段
这一阶段是微生物发酵工业从自然发酵发展到今天代谢控制发酵转折点，因为微生物纯培养技术建立和发展，大大推进了发酵过程控制，提升了发酵生产效率，更关键是推进了微生物学科发展，使大家从简单发酵现象中发觉了微生物存在，进而对微生物有了深入认识和了解；在此基础上发展起来菌种分离、无菌技术、纯培养技术、菌种诱变等为以后微生物发展奠(dian)定了基础。
3.通气搅拌发酵阶段
1929年，弗莱明发觉了青霉素，并证实了其在医学上作用，不过青霉素工业化生产却限制了她广泛应用，尤其是20世纪三、四十年代广泛流行肺结核，和第二次世界大战期间大量伤病员，推进了青霉素工业化生产科学研究和开发。当初，1000个300ml三角瓶连续摇动7天，方能生产出80万单位青霉素1只，可见……。以后美国化学工程师参与了青霉素工业化生产研究，发明了一个2吨通气搅拌发酵罐，……
4.代谢控制发酵阶段
代谢控制发酵概念提出最早源于日本人在GA发酵上取得成功。1956年日本人“木下”，利用……成功地进行了GA发酵法生产，以后以后，“木下”　等人致力于相关发酵理论研究，并正式提出了“代谢控制发酵” 概念。利用代谢控制发酵基础理论，现在已成功地进行了大多数氨基酸发酵法生产，同时也完成了诸如：肌苷酸（AMP）、干扰素等新型药品开发生产。
代谢控制发酵理论建了和应用为微生物工业发酵理论和实践作出了重大贡献，也是未来微生物发酵工业研究和发展方向（为何这么讲？）大多数工业产品并不是微生物代谢末端产物，而是微生物代谢中间性物质，要合成、积累这些物质，必需解除她们代谢调控机制……

二、 微生物发酵工业发展方向
微生物发酵工业有着悠久历史，在国名经济中占相关键地位，二十一世纪又是生物，表现在哪里？
1. 从工业领域看
微生物发酵将占据越来越关键地位，具体讲：
（1） 经过生物工程处理能源问题
能源问题是全球面临问题，生物工程怎样处理？

太阳能 　 淀粉、纤维素 酶工程 G 发酵 乙醇 能源

乙 烯

（现在已取得突破性进展）
生物工程作为桥梁，世界产值已达50亿美元
（2） 替换部分化工工业
很多化工产品生产因为严重污染和生产效率问题，而为生物工程替换，比如：乙醇、甘油、乳酸等
（3）农业：生物农业、农产品加工等方面
（4）医药：
2.从产品角度看，应围绕下列领域：
（1）酶制剂工业：即是生产工具，又是科学研究工具和基础
（2）新型抗菌素工业和维生素行业
（3）氨基酸及多肽发酵
(4)生物免疫物质：白介素-2、干扰素、抗肿瘤物质等
（5）细胞工程及疫苗
3.从科学技术角度看
（1） 底物基质转变
以葡萄糖为底物发酵转变为以更为广泛基质为原料，尤其是以废弃物为基质发酵，废弃物资源化是其发展方向。
（2） 开发新产品
利用现代生物技术为基础，开发新产品，新产品层出不穷，使得微生物发酵向国民经济各个角落渗透。
（3） 微生物发酵向着大型化、自动化、连续化方向发展。

英国帝国化学企业，甲烷菌发酵罐容积已达成3000m2
自动化：电子计算机广泛应用和发酵过程中多种参数自动检测，使得……
三、 建国50周年，发酵工业回顾？
四、 本课程内容和任务
本课程是生物工程专业本科生专业基础必修课程，是一门以微生物、生物化学、化工原理等课程为基础，以微生物发酵过程中多种单元操作为根本条，对微生物发酵过程中基础原理进行叙述课程。
其基础内容以下：
1. 发酵生产用菌种及其相关知识
菌种选育
包含 菌种保藏
生产过程中菌种扩大培养

2. 培养基制备及灭菌
包含：工业发酵用原料选择和处理
培养基灭菌原理和方法
工业灭菌工程计算
3. 发酵机制
包含：乙醇、甘油、谷氨酸、柠檬酸、赖氨酸、抗生素等
4. 发酵过程及控制
包含：温度改变及控制
pH值改变及控制
氧传输动力学
泡沫消长规律及控制

教材：酶乐和：生化生产工艺，浙江大学出版社

参考书：
1. 姚淑华：微生物工程工艺原理，华南理工大学出版社
2. 刘如林：微生物工程概论，南开大学出版社
3. 张克旭：氨基酸工艺学，轻工业出版社
4. 陈宁:代谢控制发酵，轻工业出版社

思索题：
能源问题是全球面临问题，生物工程将怎样处理？写出一遍综述。

第二章 微生物发酵用菌种及其扩大培养
§2-1微生物发酵工业用菌种
一、 微生物发酵工业用菌种特点及要求
微生物发酵工业用菌种因不一样发酵对其要求各异，就是同一个产品发酵生产，其菌种特点和要求因不一样原料和生产设备不一样也有很大差异，比如：GA 发酵：
以淀粉质为原料：要求VH-,
以糖蜜为原料：因为糖蜜本身含有很丰富VH……
不过作为工业微生物发酵使用菌种，通常有下列特点：
1.含有稳定遗传学特征
这对于工业化生产是很关键，通常工业化生产整个周期很长，在一个发周期中，菌体最少应该增殖一次，在增殖过程中，菌体应该确保原菌遗传学特征，（尽管菌体生长环境改变了，压力、基质、溶氧等）
2.微生物生长和产物合成对于基质没有严格要求
换言之，能够广泛使用多种原料作为生产用底物，一些微生物对于底物有着严格要求，对于碳源要求单一，这对于微生物发酵工业提出了严格要求，增加了生产成本。
3.生长条件易于满足
在微生物工业化生产过程中，一些环境条件极难实现。氧传输和供给就是一个极难完全满足条件，尤其是对于高粘度、高浓度发酵体系。
对于微生物生长往往存在一个“临界溶氧浓度”，低于这个溶氧浓度，氧就成了微生物生长限制性因子，这个溶氧浓度越高，说明菌体生长条件越易满足，从另一个意义上讲，工业化生产成本就越低。
pH值:中性偏酸性，偏碱性，强烈pH值易改变产物和底物状态。
4.对于细菌，期望含有抗Phage能力。
5.含有较高多种酶活力，能够在一定范围内提升生长速率和反应速度，进而能够缩短发酵周期，降低生产成本。
6.对于胞外产品，细胞膜含有良好渗透性，或细胞膜渗透性能够调整，细胞不易发生菌体自溶。
对于胞内产品，要求菌体易分离和搜集，菌体易破碎；
对于基因工程菌，通常目标产物存在于包含体 内，对于包含体，要求在细胞破碎是不易破碎，而在目标产物分离提出时，则易破碎。

二　微生物发酵工业用菌种种类
野生型

从菌种遗传学特征上能够把菌种分为：

培养：营养缺点型……
从微生物分类学角度，分为
1. 细菌类： 短杆菌：GA,Gln,lys……
枯草芽孢杆菌：淀粉酶（BF7658）、碱性蛋白酶等
地衣芽孢杆菌：HASS(耐高温α-淀粉酶) α-Amylase
苏云金芽孢杆菌：BT生物农药……
梭状芽孢杆菌：丙酮、丁酸等发酵

2. 酵母菌 啤酒酵母：酿酒酵母、辅酶类物质发酵
酒精酵母：
汉逊酵母：食品工业，用于乙酸乙酯发酵
假丝酵母：scp生产，石油发酵

3.霉菌 黑曲霉：柠檬酸工业、酿酒业（UV-11,UV-48）、酶制剂工业（糖化酶）
黄曲霉：酱油生产(3042)，面酱
青霉菌：青霉素生产
红曲霉：红曲制造，用于南方红曲酒（女儿红）生产；使用红色色
素生产；豆腐乳生产等
赤霉菌：赤霉素生产，是一个植物生长激素

4.放线菌：多种抗生素，链、土、庆大等

§2-2微生物用菌种扩大培养
一、 菌种扩大培养目标
1.提供大量而新鲜、含有较高活力菌种。
目标就是：a、缩短发酵周期

降低能耗、降低染菌机会（空气过滤设备有效时间是有限）
b、为了使培养菌在数量上取得绝正确优势，抑制杂菌生长。
从对数残留定律上看，任何灭菌过程全部不能够做到绝对无菌，抑制杂菌生长除了严格环境以外，在数量上让培养菌占绝对优势也是一个方法，往往是一个行之有效方法。比如：啤酒发酵……
2.让菌种从固试管、液体试管……，逐步适应，
比如：啤酒发酵
3.菌种经过扩大培养，能够提升生产成功率，降低“倒罐”现象。
很多生产菌种往往全部是“溶原性”？
经过连续扩大培养，每一级全部要进行严格检验，对于不合格严禁使用，无疑增加了生产可靠性。
二、扩大培养方法
通常有两种方法：固体法：用于酿造业（酱油、白酒等），也是源于酿造业， 有霉菌纯培养，也有混合培养如：大曲
液体法：液体深层培养，适合于众多发酵行业
1. 液体扩培步骤
固体试管 三角瓶 大三角瓶 一级种子 二级种子

三级种子

发酵罐
2. 固体扩培步骤

固体试管 三角瓶 种曲 麸曲（机械通风制曲）

二者优缺点比较：
固体培养
（1）酶活力高。（因为菌丝体密度大）
（2）生产过程中无菌程度要求不是很严格。
（3）对于固体培养，通常见于固体发酵，因为产物浓度大，易于分离，能够有效降低产品分离成本。
缺点：
（1）生产劳动强度较大，占地面积大，不宜自动化生产。
（2）周期长。
（3）培养过程中环境条件控制较难。
（4）生产过程中，因为无菌程度较低，其菌种菌类不纯。
液体培养
（1）生产效率高，便于自动化管理。
（2）生产过程中温度、溶氧、pH值等参数能够实现全方面控制。
（3）通常生产液体种子，整个生产周期较短。
缺点：
（1）无菌程度要求高，相对生产设备投资较大。
（2）对于一些种类发酵，液体培养因投资大、生产密度大而难以实现。
现代生物技术发展是以基因工程菌为主导微生物发酵领域，其菌种培养要求无菌程度高，而且培养过程中条件要求也很严格（不然易发生变异造成质粒丢失），从这种意义上讲，固体菌种制备是难以实现，所以，应以液体培养为主导方法。
应该指出是：
伴随生物工程和技术发展，很多传统应用微生物工业菌种已形成了产业化。比如：酒精生产
原生产工艺步骤为：……
其中以酵母为线条生产工艺为：
以霉菌为线条生产工艺为：
现在：（1）酵母使用粉末酵母 鲜压榨酵母 固定化酵母细胞
（2）霉菌则由多种液化、糖化酶替换
三、菌种扩大培养条件：
菌种扩大培养条件因不一样菌种差异是很大，通常是和菌种性质相关，也和后续发酵工艺相关。不过，和发酵工艺却有着很大差异。
1.培养基：
种子培养基因不一样微生物种类差异是很大，同一个微生物因不一样扩大培养过程（一级、二级）其培养基往往也有较大差异。
比如：啤酒酵母扩大培养用培养基组成以下：
固体试管 液体试管 三角瓶 大三角
（无酒花） （有酒花） （有酒花）

汉逊罐
通常，对于种子用培养基，摇瓶和种子罐用培养基也不相同，摇瓶要求培养基用原材料精细，碳源浓度较低而且是用微生物较易利用碳源；对于种子罐用培养基，要求使用靠近大生产用原材料，氮源浓度较高，有利于菌体增殖。
比如：HASS（高温淀粉酶）
三角瓶用碳源：葡萄糖+乳糖
3m3种子罐：液化淀粉
2.温度
种子扩大培养温度，从试管到三角瓶到种子罐，其温度也应逐步调整，最终靠近大生产温度，目标在于使菌种逐步适应。
比如：啤酒酵母扩大培养
固体 液体 三角瓶 大三角瓶 汉逊罐
28℃ 25℃ 20℃ 15℃ 10-15℃
需要指出是：
（1）很多微生物其最适生长温度和最适发酵温度往往有差异，比如：谷氨酸发酵，谷氨酸产生菌最适合生长温度为：30℃，而产物合成温度为32-34℃
（2）种子扩大培养温度选择，应该考虑是菌体快速增殖上，首先能够缩短周期，其次有利于抑制其它杂菌生长。
3.氧供给
菌种扩大培养目标就是提供大量强壮菌体，所以在扩培过程要求菌体增殖速度越快越好，增殖期消耗底物葡萄糖越少越好，从这个意义上讲，扩培过程中应提供足够氧气，不管是厌氧发酵还是好氧发酵。
足够溶氧取决于：搅拌转速、通气量、搅拌轴功率等，后述。
4.pH值
菌种扩大培养pH值很关键，直接影响到菌体正常生长，需要注意以下两点：
（1）扩培选择pH值是菌体最适生长pH值，往往和发酵最适pH值不一样。
（2）培养基灭菌后，通常其pH值要下降0.5——1.0个单位，所以，……
（三角瓶灭菌后，不能够调整pH值，不宜无菌操作）

思索题：
1.比较固体培养和液体培养优缺点。
2.说明菌种扩大培养条件。
3.菌种扩大培养目标和意义是什么？
4.工业生产用菌种基础要求有什么？

第三章 微生物用培养基及灭菌
本章关键内容：
1.培养基制备
2.starch 水解
3.培养基灭菌
约4课时
§3-1培养基制备及要求
一、培养基用原材料及要求
微生物发酵领域其本质，也能够了解为物质形式转化过程，就是利用微生物生长所需底物转化成特定产物，在这个过程中，有两个问题是工业化需要处理：（1）产物社会效益，
（2）物质转变过程中产生经济效益，即：低价值原材料、低能耗等
对于特定已知产物，在选择培养基原料时，则应注意以下多个标准：
1、培养基原材料要求
（1）价格低廉，易得到（价格低，但不一定易得到，比如：地瓜干）
（2）对微生物生长繁殖和代谢无抑制作用物质
（3）微生物代谢产物无有害物质。
2、培养基用原材料种类

碳源 starch 及其水解糖液
含有starch 及其水解产物废弃物：味精废水、粉丝生产废水等
化工石油产品：醋酸、甲醇、乙醇、甲烷等
氨水、尿素（有脲酶微生物），以流加形式使用
(NH4)2SO4、NH4NO3、NH4CL等
氮源 豆粕、玉米浆、酵母粉、酵母浸出物、鱼粉、
菌体蛋白？、 玉米蛋白粉等

二、培养基种类 固体发酵
生产培养基 厌氧发酵
需氧发酵
按用途可分为：种子培养基
摇瓶培养基（优化工艺……）
检验培养基：HASS发酵用检验培养基：
营养琼脂0.5%—0.55%、Sarch 2%，Glucose 0.5%
平板培养，依据透明圈大小
本章包含到培养基为：生产使用培养基
三、培养基制备
1.培养基配制标准
培养基制备是发酵成功是否第一个关键点，制备一个完整而科学培养基是很关键，也是很艰巨任务。通常制备培养基需要考虑以下多个方面问题：
（1）适宜C/N，
不一样微生物、同一个微生物不一样菌株，其对培养基中C/N要求是不一样，同一菌株在不一样发酵阶段，其对C/N要求也不一样。
比如：黄源胶（Xanthan Gum发酵）：前期，较低C/N，目标是强化菌体生长和增殖：不过，在黄源胶生物合成期，则需要较高C/N，假如在这一时期，培养基中氮源仍然很高，其造成发酵结果是，底物消耗了但产物产率却很低。
在大多数情况下，C/N要求在0.2——2.0。对于部分特殊情况，比如谷氨酸发酵，在谷氨酸生物合成期，则要求C/N为：100/15-21。
（2）在确定了C/N前提下，需要研究是不一样氮源，对发酵影响。
即使C/N确定，不过氮源利用其本质就是：pr 肽 AA,经过AA而被利用，不一样氮源，其AA组成和百分比也不相同，对其发酵结果影响也不相同。有些人在HASS(高温淀粉酶)发酵过程中，向培养基中添加一些AA（亮，异亮）则有利于高温淀粉酶合成基因表示，发酵液中酶活力则显著得到提升。
（3）大多数工业培养基全部使用玉米浆。
玉米浆内含有VH，它是菌体生长和代谢所必需一个辅酶，通常玉米浆和：
a. 菌体增殖速度相关
b. 和菌体细胞膜合成相关，从而影响到细胞膜通透性
c. 对于一些菌体，和代谢路径和代谢机制相关。
（4）生长因子：
大多数菌体生长因子以下：
a. 维生素：大多数维生素是微生物生长辅酶，需要量很小，1—50µg/L。
b. AA，通常微生物本身不能合成AA则必需以游离AA或小分子肽提供，通常，以小分子肽提供，微生物更易经过细胞膜进入菌体内部 ?，假如提供外援氨基酸，需要注意是多种氨基酸平衡。
c. 嘌呤及其衍生物
2.培养基优化方法
一个合成培养基设计，需要考虑原因是很多，需要研究成份也是很复杂，其中包含碳源、氮源、玉米浆等，即便是碳源还能够是多个碳源混合体，再加上述多个原因之间相互影响，要确定一个科学培养基配方是需要做大量工作，采取一个合理数学方法，就能够在降低工作量前提下，得到科学结果。
介绍一个数学方法：均匀试验设计方法——旋转正交试验方法. 这是在正交试验基础上发展起来一个对于多原因、多水平一个试验设计方法。
参考文件：方开泰:均匀正交试验方法
雄宗贵:发酵工艺学原理

§3-2培养基用材料及处理
发酵培养基用原料是很广泛，很多原材料需要经过处理后方能够使用，尤其是以淀粉质为原料发酵工业，大多数情况下需要将淀粉进行水解处理。
本节内容：starch水解；糖蜜预处理；工业用添加剂
一、淀粉水解
很多微生物因为其本身生理生化特征而决定了其代谢所需底物只能使Glucose等单糖，关键有下列菌种：
酵母：G、F、蔗糖、半乳糖、和部分麦芽糖等
大部分细菌：GA产生菌、Lys产生菌、苏云金芽孢杆菌等
其中：地衣芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌则能够以淀粉为原料。
霉菌：大部分霉菌能够直接使用淀粉为原料，她们本身含有淀粉水解能力。
淀粉水解方法关键有酸法、酶法和介于这二者之间酸酶法、酶酸法，分别介绍以下：
1.淀粉水解方法
（1）淀粉酸法水解
水解原理：
淀粉是由葡萄糖经过α-1，4或α-1，6葡萄糖苷健连接而成含有多个葡萄糖大分子长链物质，依据其葡萄糖连接糖苷健不一样，可分为枝链淀粉和直练淀粉，能够使用重合度 来表示淀粉分子大小，所含有葡萄糖苷健数量，称之为淀粉重合度，用DP来表示。淀粉内部葡萄糖苷健在一定温度和酸性条件下能够水解，而使淀粉分子链断裂，高温可加速葡萄糖苷健水解速度。
水解条件：高温，120℃以上，
H+, 0.2MPa 压力
缺点：反应条件比较强烈，产生副产物较多.
关键有下列副产物：
a. 双分子葡萄糖脱水，形成复合二糖，分别是异麦芽糖、龙胆二糖，
前者不利于产物结晶提出，后者对于菌体生长有抑制作用。
b. 一分子葡萄糖脱水，形成5-羟甲基糠醛，对于菌体生长有抑制作用。
c. 一分子葡萄糖和—NH2反应，形成氨糖，是淀粉水解糖液有色物质关键起源。(美拉得反应)
2.酸酶法
3.酶酸法
4.双酶法：使用两种淀粉水解酶：α-淀粉酶
淀粉α-1，4；1，6葡萄糖苷酶。
α-淀粉酶 ：又称为淀粉液化酶，只作用于淀粉α-1，4葡萄糖苷健，其作用特点是能够快速将长链淀粉水解成短链糊精，液化含义？其水解速度伴随淀粉链长度降低而变得越来越慢，换言之，该酶不可能将淀粉完全水解成葡萄糖（从水解葡萄糖苷健种类，水解速度到最终已无工业意义三个方面），所以该酶淀粉水解产物中以短链糊精为主，含有少许葡萄糖。
淀粉α-1，4；1，6葡萄糖苷酶，又称为糖化酶，能够水解淀粉分子α-1，4；或α-1，6葡萄糖苷健，其作用特点是，淀粉分子链越短水解速度越快，水解产物为葡萄糖。
酸法和双酶法优缺点比较：
（1）酶促反应条件温和，水解产生副产物少，对微生物生长有利。
有人会问？现在采取耐高温α-淀粉酶作用温度也是较高，突破100℃，和酸法水解温度相差不多。双酶法淀粉水解首先使用耐高α-淀粉酶进行淀粉液化，此时水解液中葡萄糖极少，不含有生成副产物物质条件。
（2）正因为上述原因，淀粉水解产率较高，通常糖转化率能够提升10%以上。这能够给味精、制药领域带来巨大经济效益。
比如：对于年产10000吨小型味精厂，年增产100吨味精，直接经济效益可达成：0.8*100=80万元。
（3）能够直接使用粮食进行双酶法水解，因为双酶法水解条件温和，对于粮食中蛋白质等其它物质破坏较少。
（4）双酶法水解使用淀粉乳浓度较高，能够达成20Be以上，而采取酸法水解，淀粉乳浓度通常只有12Be，原因？（副产物）意义？（设备利用率）

介绍液体浓度Be概念：
波美度（Be）是表示液体浓度（比重）一个方法，其和液体比重之间有下列关系：
d = λ/λ- Be
式中——d： 液体比重
λ： 模数
λ因标定温度不一样可将波美表分为：
美国：15.6℃标定，λ=145
合理：15℃标定，λ=144.3
荷兰：12.5℃标定，λ=144
标定方法：
轻表：“0”Be位置，把表放在一定温度下蒸馏水中位置；
“10” Be位置，把表放在一定温度下比重为0.9351
溶液中位置。
重表：“0”Be位置，该位置是把表放在一定温度下蒸馏水中；
“66”Be位置，该位置是把表放在一定温度下比重为1.842浓硫酸溶液中。
表示溶液比重方法还能够使用Bx(玻利克斯)：
定义：某一溶液Bx，表示该溶液比重和相同浓度（为Bx%）蔗糖溶液比重相等。
注意： Bx概念不一样于波美度，她和比重之间是没有计算公式，不过能够查找相关换算关系。
2.淀粉双酶法水解工艺
淀粉调浆 液化 糖化 过滤 糖液
浆液浓度：20—30Be,调pH值6.0—7.0，
添加CaCL2,使用量，0.01mol/L（目标？）
液化：耐高温α-淀粉酶，酶使用量：5—8单位/g淀粉
温度：105℃；时间，20—30分钟
降温：采取喷射冷却方法：
糖化：使用淀粉α-1，4；1，6葡萄糖苷酶；
使用量：依据液化淀粉浓度，30%浓度，80—100单位/g淀粉
温度：65℃
终点判定： 时间，2—3小时。
二、糖蜜处理
1.糖蜜关键成份
（1） 糖，49—50%，因不一样原料和生产方法不一样而异，关键是蔗糖
（2） 胶体物质，5—10%，来自于原料
（3） 灰分，10—12%
（4） 生物素，1—10mg/Kg(甘蔗)，0.04—0.06 mg/Kg(甜菜)
（5） pH值6.2(甘蔗)，7.4（甜菜）
对于发酵工业能够利用得关键成份是：糖和生物素
2.用途
（1） 发酵工业用原料，中国发酵生产有：味精、酵母
现在，中国酵母工业使用进口糖蜜为原料，带来了较大工业污染，……
（2） 使用糖蜜生产酒精
（3） 使用糖蜜生产蒸馏酒——姥姆酒，世界名酒，牙买加国酒，在西方国家关键用于鸡尾酒勾兑上。
（4） 作为添加剂使用，柠檬酸发酵，作为添加剂使用。
（5） 使用糖蜜发酵生产黄源胶，已经有研究报道。
3.处理方法
处理目标：
a.除去胶体性物质，降低糖蜜粘度，提升发酵液流动性， 有
利于改善发酵过程中氧传输。
b.脱色，除去有色物质（有色物质起源？），对产品质量有影响，对微生物生长和代谢有影响。
c.中和过量酸碱性物质，除去部分对pH值有影响缓冲性物质。
方法：a.冷酸通风沉淀法，即加酸后，通风，使之沉淀
糖蜜经酸化后关键是除去糖蜜中胶体性物质，通风目标是除去部分挥发性物质。（教材中提到通风是为了提升KLa是错误）
b.加絮凝剂（PAM）
聚丙烯酰胺（ PAM）作为絮凝剂，能够促进大分子物质沉降，有利于糖蜜澄清。
工艺过程：
原溶液（稀释） 40Bx 调pH值(3—3.8) 絮凝 静置
絮凝剂用量：8mg/L，静置时间：1小时

加热到90℃
C.活性炭吸附法
能够除去糖蜜中有色物质，显著降低糖蜜色泽，对发酵产品提出和产品质量有益。
缺点：活性炭使用量较大，处理成本较高。
三、工业培养基添加剂
添加剂通常是指除了培养基中C、N、无机盐、金属离子以外其它物质，关键有：
1.前驱物质
尤其是对于一些氨基酸、核苷酸和抗菌素发酵生产，添加一定量前驱物质（前体）其作用是很显著。
基础原理：
（1）S 前驱物质 产 物

反馈抑制存在，需要添加前驱物质

不存在抑制或阻遏
（2）S 前驱物质和成效很低，需要添加前驱物质
（3）S X 前驱物质 产物

存在分枝代谢，不能够很好处理分枝代谢对X反馈抑制作用，须要有添加剂
注意：
前驱物质使用，因不一样菌种、不一样产物、不一样代谢机制而使用方法不一样，使用浓度也不一样，但全部是建立在对其代谢调整机制有从分了解基础上。
2.代谢促进剂和代谢抑制剂
促进剂关键是指诱导物，在酶生产；抑制剂关键在抗菌素生产中使用较多。
比如：（1）四环素发酵过程中，添加NaBr,能够抑制金霉素生物合成，从而提升四环素产率。
（2）头孢霉素C，添加L—Met，能够抑制头孢霉素N生物合成，从而提升头孢霉素C产率。
上述这些情况，抑制剂对代谢抑制作用是发生在代谢链含有分枝代谢上，以下图所表示：
S A B C 产物

副产物（X） 抑制剂作用点，通常是X结构类似物

§2-3培养基灭菌
一、灭菌原理
所谓灭菌就是杀死一切微生物，包含微生物营养体和芽孢，这一概念不一样于消毒。后者是指消亡一切致病微生物（病原体）
灭菌方法很多，在试验室能够使用干热灭菌、对于环境能够使用化学试剂灭菌，但化学试剂灭菌方法有很大限制。
在工业生产中，对于培养基、管道、设备灭菌，通常采取蒸汽加热到一定温度，并保温一段时间灭菌方法，称之为湿热灭菌 ？
湿热灭菌显著优点是：使用方便，无污染，而且其冷凝水能够直接冷凝在培养基中，也能够经过管道排出。
下述内容就是针对湿热灭菌。
首先讨论多个基础概念：
1.微生物热阻
定义：微生物热阻就是指微生物对热抵御能力。其对热抵御能力越大，能够了解为热阻越大，衡量不一样微生物对热抵御能力大小，能够使用相对热阻概念。
相对热阻：两种微生物热阻之比。
比如：芽孢/大肠杆菌=3000000/1；病毒/大肠杆菌=1—5/1等
2.理论灭菌时间
微生物湿热灭菌过程，其本质上就是微生物细胞内蛋白质变性过程。所以，能够把灭菌过程看成是蛋白质变性过程，从这个意义上讲，灭菌过程应遵照单分子反应速度理论，那么，则有下列方程：

-dN/dt = k * N

式中——-dN/dt：表示灭菌过程中某瞬间活菌降低速率
N：表示表示灭菌过程中某瞬间活菌数
K：表示灭菌过程中菌体死亡速度常数，
K=f(灭菌温度、菌种、培养基等)
上式积分形式为：

t = 2.303/k * lnN0/NS
式中——N0，NS： 分别表示灭菌前、灭菌后培养基中菌体浓度（个/ml）
k：意义同上
t ：表示理论灭菌时间
理论灭菌时间计算需要注意以下多个问题：
（1）K值因不一样微生物种类不一样、不一样生理状态、不一样外界环境，差异很大，实质上，它是微生物热阻一个表示形式，微生物热阻 越大，K值也越大。
比如：芽孢，在121℃时，K=60/s
营养体，在121℃，k=60—6*1010/s
(2)在计算过程中，N0，NS怎样取值？
N0 = 芽孢性细菌总数 + 芽孢数

灭菌时温度升高，营养体即可变成芽孢
对于 NS ，假如取NS = 0，那么，t = ∞，这显然是和现实情况不符。
对于怎样NS取值？通常取NS = 10-3，这个数值怎样了解？灭菌1000次，有一次是失败，残留了一个活菌体。这个数值取值大小，也间接反应了该生产过程中技术管理水平。
（3）上述灭菌时间，通常称之为理论灭菌时间，只能够用于工程计算中，在实践过程中，因蒸汽压力问题（不稳定）、蒸汽流量问题有很大差异，甚至培养基中固体颗粒大小、培养基粘度等原因，全部会影响灭菌效果，所以在实际生产中，通常采取经验数值：
间歇灭菌，121℃，20—30分钟
连续灭菌，137℃，15—30s，在维持罐中保温8—20分钟。
3.灭菌温度选择
灭菌温度选择应考虑原因关键有：
a.微生物热致死温