化學(xué)工藝學(xué)期末作業(yè)生物化工檸檬酸制造工藝

1、生物化工生物化工 檸檬酸檸檬酸目錄提取提取發(fā)酵發(fā)酵三廢三廢處理處理生物生物化工化工檸檬檸檬酸酸一、生物化工簡介一、生物化工簡介發(fā)展歷史發(fā)展歷史 生物化工學(xué)科起始于第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，以抗生素的深層發(fā)酵和大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)的研究為標(biāo)志。20世紀(jì)60年代末至80年代中期，轉(zhuǎn)基因技術(shù)、生物催化與轉(zhuǎn)比技術(shù)、動(dòng)植物細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)、新型生物反應(yīng)器和新型生物分離技術(shù)等開發(fā)和研究的成功，使本學(xué)科進(jìn)入了新的發(fā)展時(shí)期，學(xué)科體系逐步完善。20世紀(jì)后期，隨著以基因工程為代表的高新技術(shù)的迅速崛起，為本學(xué)科的進(jìn)一步發(fā)展開辟了新領(lǐng)域。生物化工生物化工（Biological Chemical Engineering） 是一門以實(shí)驗(yàn)

2、研究為基礎(chǔ)，理論和工程應(yīng)用并重，綜合遺傳工程、細(xì)胞工程、酶工程與工程技術(shù)理論，通過工程研究、過程設(shè)計(jì)、操作的優(yōu)化與控制，實(shí)現(xiàn)生物過程的目標(biāo)產(chǎn)物。因此它在生物技術(shù)中有著重要地位。本學(xué)科也是生物技術(shù)的一個(gè)重要組成部分，將為解決人類所面臨的資源、能源、食品、健康和環(huán)境等重大問題起到積極的作用。二、檸檬酸二、檸檬酸 檸檬酸又名枸(j)櫞（yun）酸，學(xué)名3-羥基-3-羧基戊二酸，分子式C6H8O7，為無色、無臭、半透明結(jié)晶或白色粉未，易溶于水及酒精。加熱可以分解成多種產(chǎn)物，與酸、堿、甘油等發(fā)生反應(yīng)。 1.1.簡介簡介 2. 2.生產(chǎn)原料生產(chǎn)原料 3. 3.生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝二、檸檬酸二、檸檬酸 1.1.

3、簡介簡介 2. 2.生產(chǎn)原料生產(chǎn)原料 3. 3.生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝檸檬酸主要應(yīng)用于食品工業(yè)食品工業(yè)，因?yàn)闄幟仕嵊袦睾退斓乃嵛?，普遍用于各種飲料、汽水、葡萄酒、糖果、點(diǎn)心、餅干、罐頭果汁、乳制品等食品的制造。 檸檬酸在化學(xué)工業(yè)化學(xué)工業(yè)上可作化學(xué)分析試劑、實(shí)驗(yàn)試劑、色譜分析試劑及生化試劑；用作絡(luò)合劑、掩蔽劑、配制緩沖溶液；采用檸檬酸或檸檬酸鹽類作助洗劑，可改善洗滌產(chǎn)品的性能，可以迅速沉淀金屬離子，防止污染物重新附著在織物上，保持洗滌必要的堿性，使污垢和灰塵分散和懸浮，提高表面活性劑的性能，是一種優(yōu)良的鰲合劑。檸檬酸加熱可以分解，生成多種產(chǎn)物。檸檬酸加熱可以分解，生成多種產(chǎn)物。分解關(guān)系圖分解關(guān)系圖二

4、、檸檬酸二、檸檬酸 1. 1.簡介簡介2.2.生產(chǎn)原料生產(chǎn)原料 3. 3.生產(chǎn)工藝生產(chǎn)工藝二、檸檬酸二、檸檬酸 1. 1.簡介簡介 2. 2.生產(chǎn)原料生產(chǎn)原料3.3.生產(chǎn)方法生產(chǎn)方法 水果提取法是指檸檬酸從檸檬、橘子、蘋果等檸檬酸含量較高的水果中提取，此法提取的成本較高，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。 化學(xué)合成法的原料是丙酮，二氯丙酮或乙烯酮，此法工藝復(fù)雜，成本高，安全性低。 發(fā)酵法發(fā)酵周期短，產(chǎn)率高，節(jié)省勞動(dòng)力，占地面積小，便于實(shí)現(xiàn)儀表控制和連續(xù)化，現(xiàn)已成為檸檬酸生產(chǎn)的主要方法。三、發(fā)酵三、發(fā)酵1.1.檸檬酸發(fā)酵簡史檸檬酸發(fā)酵簡史2.2.原料預(yù)處理及菌種原料預(yù)處理及菌種3.3.發(fā)酵原理發(fā)酵原理4.4.發(fā)

5、酵工藝發(fā)酵工藝 4.1 4.1 表面發(fā)酵工藝表面發(fā)酵工藝 4.2 4.2 深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝 4.3 4.3 固體發(fā)酵工藝固體發(fā)酵工藝 4.4 4.4 半固體發(fā)酵工藝半固體發(fā)酵工藝 4.5 4.5 生化反應(yīng)器生化反應(yīng)器（1 1） 國外發(fā)展過程：國外發(fā)展過程：1860年意大利就開始從果汁中添加石灰乳的方法制得檸檬酸，從而進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。1913年Zahorski首先利用黑曲霉生產(chǎn)檸檬酸1917年又經(jīng)Currie的深入研究，初步確定了發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸的科學(xué)基礎(chǔ)。1919年比利時(shí)一家工廠成功進(jìn)行了淺盤發(fā)酵法生產(chǎn)檸檬酸1923年美國pfizer公司首先采用黑曲霉淺盤發(fā)酵法工業(yè)化生產(chǎn)檸檬酸1925

6、年美國Miles公司在借鑒深層發(fā)酵青霉素工廠首先成功開發(fā)深層發(fā)酵法工業(yè)化生產(chǎn)檸檬酸（劃時(shí)代意義2009年世界檸檬酸的產(chǎn)量為1.5106t1.1.檸檬酸發(fā)酵簡史檸檬酸發(fā)酵簡史（2 2） 國內(nèi)發(fā)展過程：國內(nèi)發(fā)展過程：我國檸檬酸工業(yè)解放前是個(gè)空白1967年原輕工業(yè)部食品發(fā)酵研究所在黑龍江和平糖廠建立了我過第一個(gè)生產(chǎn)100t的檸檬酸生產(chǎn)廠，以甜菜糖蜜為原料，淺盤發(fā)酵，鈣鹽離交提取。1968年上海酵母廠是我國第一家以淀粉為原料深層發(fā)酵檸檬酸投產(chǎn)成功天津工微所開展了以適合我國國情的薯干原料深層發(fā)酵檸檬酸的研究工作，之后上海工微所采用該所的“東酒2號(hào)”黑曲霉為出發(fā)菌株，用薯干為培養(yǎng)基很快選育出我過第一代深層

7、發(fā)酵檸檬酸生產(chǎn)菌種N-558于20世紀(jì)70年代初步形成了我國檸檬酸生產(chǎn)的工業(yè)體系。天津工業(yè)微生物所選育的以淀粉為原料的檸檬酸菌株TD-01產(chǎn)酸水平達(dá)世界先進(jìn)水平，已出口國外數(shù)家公司世界主要檸檬酸產(chǎn)量世界主要檸檬酸產(chǎn)量2.2.原料預(yù)處理原料預(yù)處理 及菌種及菌種 所謂預(yù)處理，主要是指除雜、粉碎、液化、過濾等處理程序。至于采用何種程序和方法則取決于選用的原料品種及其內(nèi)在質(zhì)量。例如:薯類和谷類原料的除雜是利用機(jī)械或人工除去混入其中的固體雜質(zhì)，如金屬物、土、石、皮、芯、粒、霉變塊等雜物。而糖蜜的除雜則是利用化學(xué)方法除去溶解于糖蜜中的雜質(zhì)。又如，粉碎和過濾是根據(jù)原料的特性來選擇適用的機(jī)械設(shè)備即可解決。13

8、薯干粉碎碎設(shè)備薯干粉碎碎設(shè)備2.2.原料預(yù)處理原料預(yù)處理 及菌種及菌種檸檬酸生產(chǎn)菌黑曲霉（Asp.niger）棒曲霉(Asp.claratus)文氏曲霉(Asp.nentic)泡盛曲霉(Asp.awamori)芬曲霉(Asp.fenicis)淡黃青霉(Perucillium.lutean)桔青霉(P.citrium)二歧擬青霉(Paecilomyces.diraricatum) 及梨形毛霉(Mucor.picriforoms)等。黑曲霉菌為好氧菌，生長適溫37，最低相對(duì)濕度為88%。黑曲霉菌絲直徑1520pm，長約13mm，壁厚而光滑。頂部形成球形頂囊，其上全面覆蓋一層梗基和一層小梗，小梗上長

9、有成串褐黑色的球狀，直徑2.54.0m。分生孢子頭球狀，直徑700800m，褐黑色。3.3.發(fā)酵原理發(fā)酵原理3.3.發(fā)酵原理發(fā)酵原理3.3.發(fā)酵原理發(fā)酵原理3.3.發(fā)酵工藝發(fā)酵工藝當(dāng)前的檸檬酸發(fā)酵方法發(fā)酵發(fā)酵 檸檬酸發(fā)酵是利用微生物在一定條件下，生命代謝活動(dòng)而獲得產(chǎn)品的，不論采用何種微生物，檸檬酸發(fā)酵都是典型的好氧發(fā)酵。 C12H22011 +H20+302 2C6H8O7+4H2O (蔗糖) （檸檬酸）3.13.1表面發(fā)酵工藝表面發(fā)酵工藝 （淺層發(fā)酵法）（淺層發(fā)酵法） 多以甜菜糖蜜為原料。工藝過程為:將原料先放入煮沸鍋內(nèi)加水煮沸,依次加黃血鹽和ETDA二鈉鹽煮沸滅菌,再用無菌水配成培養(yǎng)基液,

10、加入適量的硫酸銨、磷酸二氫鉀作為氮源和營養(yǎng)鹽,將培養(yǎng)基液在45-50下送入發(fā)酵室內(nèi)裝入淺底的鋁盤或不銹鋼盤中,干孢子接入黑曲霉干孢,發(fā)酵;過濾掉菌絲后將發(fā)酵液中和、酸解、凈化、濃縮、結(jié)晶等后處理而得檸檬酸。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（a）設(shè)備簡單，投資少，投產(chǎn)快。（b）操作技術(shù)簡單，能耗低。（c）原料粗放，對(duì)于糖蜜等粗原料也能適應(yīng)，而且適應(yīng)高濃度發(fā)酵，產(chǎn)酸濃度也高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 占地面積大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，發(fā)酵時(shí)間長，菌體生成量多而影響產(chǎn)酸率。 表面發(fā)酵法的檸檬酸產(chǎn)酸可達(dá)到8%9%，但對(duì)糖的轉(zhuǎn)化率較低，一般僅50% 60%。3.13.1表面發(fā)酵工藝表面發(fā)酵工藝 （淺層發(fā)酵法）（淺層發(fā)酵法） 3.13.1表面發(fā)酵

11、工藝表面發(fā)酵工藝 （淺層發(fā)酵法）（淺層發(fā)酵法） 主要設(shè)備：主要設(shè)備：（a）發(fā)酵室）發(fā)酵室 表面發(fā)酵必須對(duì)發(fā)酵的溫度、濕度及無菌程度加以控制，所以發(fā)酵室的技術(shù)要求較高。一般要求如下：（1）室溫維持在2835 ，相對(duì)濕度在75% 80%，整個(gè)室內(nèi)溫濕度均勻。（2）房屋必須采用保溫建筑材料，以節(jié)約空調(diào)能耗和防止溫度波動(dòng)，室內(nèi)表面光潔，易清掃，地面無積水，墻壁和天花板無霉菌。（3）具有空調(diào)和無菌空氣供給系統(tǒng)。3.13.1表面發(fā)酵工藝表面發(fā)酵工藝 （淺層發(fā)酵法）（淺層發(fā)酵法） （b）發(fā)酵盤發(fā)酵盤 常用有鐵盤、鋁盤和塑料盤。鐵、鋁盤要涂上耐酸酚醛清漆。如果采用不銹鋼盤，其內(nèi)層也要涂上二乙烯乙炔清漆，以防鎳

12、離子溶出影響發(fā)酵。為了防止天花板冷凝水滴入盤內(nèi)，每個(gè)發(fā)酵盤上最好加一個(gè)盤罩，盤罩表面傾斜以防積水，罩上有數(shù)個(gè)通氣孔，孔內(nèi)塞有泡沫塑料。發(fā)酵盤下面有一個(gè)管子供注入或吸收發(fā)酵液之用。3.13.1表面發(fā)酵工藝表面發(fā)酵工藝 （淺層發(fā)酵法）（淺層發(fā)酵法） （c）通風(fēng)系統(tǒng)）通風(fēng)系統(tǒng) 用鼓風(fēng)機(jī)給風(fēng)，過濾器設(shè)在風(fēng)機(jī)前，寒冷地區(qū)需增加加熱設(shè)備，經(jīng)粗慮加熱的空氣，再經(jīng)過一次除菌過濾，送入發(fā)酵室。發(fā)酵室設(shè)兩排通風(fēng)管，一排通入發(fā)酵盤內(nèi)；另一排靠近地面直接通入發(fā)酵室。所供空氣具有一定溫度、濕度和無菌程度。3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝檸檬酸深層發(fā)酵工藝及控制條件檸檬酸深層發(fā)酵工藝及控制條件不同原料的深層發(fā)酵工藝大

13、同小異，主要差不同原料的深層發(fā)酵工藝大同小異，主要差別在于：別在于：原料處理工藝的不同，薯干粉、木薯粉、原料處理工藝的不同，薯干粉、木薯粉、大米粉采用實(shí)罐液化或一次噴射液化而玉米大米粉采用實(shí)罐液化或一次噴射液化而玉米粉采用二次噴射液化。粉采用二次噴射液化。發(fā)酵工藝上的主要不同為：發(fā)酵工藝上的主要不同為： 帶渣和去渣發(fā)酵；帶渣和去渣發(fā)酵； 孢子接種和菌絲接種發(fā)酵。孢子接種和菌絲接種發(fā)酵。一次高糖濃度糖發(fā)酵和補(bǔ)料發(fā)酵一次高糖濃度糖發(fā)酵和補(bǔ)料發(fā)酵。3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝檸檬酸深層發(fā)酵工藝流程檸檬酸深層發(fā)酵工藝流程3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝v1 1、深層液體發(fā)酵、深層液體發(fā)酵

14、深層液體發(fā)酵是將培養(yǎng)基放入具有攪拌器的發(fā)酵罐中，接種、通氣進(jìn)行的發(fā)酵。根據(jù)操作方式的不同，液體深層發(fā)酵主要分為間歇發(fā)酵間歇發(fā)酵、連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵和半連續(xù)發(fā)酵半連續(xù)發(fā)酵三種類型。特點(diǎn)特點(diǎn)：（a）微生物菌體均勻分散在液相中，使菌體、營養(yǎng)成分 和氧氣能均勻地混合；（b）在發(fā)酵時(shí)不產(chǎn)孢子，全部菌體細(xì)胞均參與合成檸檬 酸的代謝。3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝（1）間歇發(fā)酵間歇發(fā)酵（分批發(fā)酵） 是將全部物料一次投入到反應(yīng)器中，經(jīng)滅菌、接種，經(jīng)過若干時(shí)間后再將發(fā)酵液一次放出的操作過程。黑曲霉發(fā)酵過程分為延遲期、迅速生長期和衰亡期。 黑曲霉菌體不是單細(xì)胞，其繁殖不以幾何數(shù)增加，所以沒有對(duì)數(shù)生長期。干重的

15、立方根與時(shí)間呈直線關(guān)系。3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝特點(diǎn)：特點(diǎn)：（1）在整個(gè)培養(yǎng)過程中，除氧氣的供給、發(fā)酵尾氣的排出、消泡劑的添加和控制pH加入的酸或堿外，整個(gè)培養(yǎng)系統(tǒng)與外界沒有其他物質(zhì)整個(gè)培養(yǎng)系統(tǒng)與外界沒有其他物質(zhì)的交換。的交換。（2）微生物生長、各種基質(zhì)消耗和代謝產(chǎn)物合成都處于瞬變之中，整個(gè)發(fā)酵過程處于不穩(wěn)不穩(wěn)定定狀態(tài)。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1 1）周期短，培養(yǎng)基一次滅菌，一次投料，容易實(shí)現(xiàn)無容易實(shí)現(xiàn)無 菌狀態(tài)，菌狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生菌種退化現(xiàn)象；（2）操作簡單，易于操作控制，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定；（3）對(duì)營養(yǎng)物的利用率較高，產(chǎn)物的濃

16、度比連續(xù)發(fā)酵的高。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 非生產(chǎn)時(shí)間長，設(shè)備利用率低；勞動(dòng)強(qiáng)度大。3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝（2）連續(xù)發(fā)酵連續(xù)發(fā)酵 理論基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)：在分批發(fā)酵中，隨著微生物的活躍生長，營養(yǎng)物質(zhì)不斷耗損，有害的代謝產(chǎn)物不斷積累，對(duì)數(shù)生長期不可能長期維持。因此，若將營養(yǎng)物濃度和培養(yǎng)條件維持在對(duì)數(shù)生長期不變，則對(duì)數(shù)生長期可以無限延長。這樣連續(xù)發(fā)酵可以保證細(xì)胞高速增長或產(chǎn)物高速形成。定義：定義：是將種子液接入發(fā)酵反應(yīng)器中攪拌培養(yǎng)至一定菌體濃度后，通過連續(xù)流加新鮮培養(yǎng)基并以同樣的流量連續(xù)地排放出發(fā)酵液，使得微生物細(xì)胞群體保持穩(wěn)定的生長環(huán)境和生長狀態(tài)的發(fā)酵方式。特點(diǎn)：特點(diǎn)：連續(xù)發(fā)酵可使發(fā)酵反應(yīng)器中的細(xì)胞

17、總數(shù)細(xì)胞總數(shù)和總體總體積積保持不變，發(fā)酵體系處于平衡狀態(tài)平衡狀態(tài)，發(fā)酵中的各個(gè)變量都能達(dá)到恒定值。 這種平衡狀態(tài)可以有效的延長生長曲線的對(duì)數(shù)期。在恒定的狀態(tài)下，微生物所處的環(huán)境條件如營養(yǎng)濃度、產(chǎn)物濃度、pH、微生物細(xì)胞的濃度以及生長速率等可以始終維持不變，甚至可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)生長速度，穩(wěn)定而高速地培養(yǎng)培養(yǎng)微生物，獲得大量的代謝產(chǎn)物。 連續(xù)培養(yǎng)控制方式要有恒濁器法和恒化器恒濁器法和恒化器法法兩種。恒濁器是根據(jù)培養(yǎng)液細(xì)胞密度調(diào)節(jié)培養(yǎng)液流入的速率，使裝置內(nèi)細(xì)胞密度保持恒定。恒化器是通過控制某種限制性營養(yǎng)物質(zhì)（生長限制因子）的濃度調(diào)節(jié)微生物的生長及其細(xì)胞密度，裝置內(nèi)營養(yǎng)物質(zhì)濃度恒定。 3.23.2深

18、層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝恒濁器和恒化器的比較恒濁器和恒化器的比較多罐串聯(lián)連續(xù)發(fā)酵多罐串聯(lián)連續(xù)發(fā)酵 在檸檬酸的生產(chǎn)中，連續(xù)發(fā)酵又可分為多罐串聯(lián)發(fā)酵和單罐膜分離發(fā)酵多罐串聯(lián)發(fā)酵和單罐膜分離發(fā)酵。（1）多罐串聯(lián)發(fā)酵多罐串聯(lián)發(fā)酵 是包含兩個(gè)以上的發(fā)酵罐串列同時(shí)運(yùn)行的發(fā)酵系統(tǒng)。第一個(gè)發(fā)酵罐是緊接在一個(gè)不連續(xù)發(fā)酵罐之后開始的。不連續(xù)發(fā)酵罐的作用是能在理想的環(huán)境中讓微生物生長繁殖，等到微生物生長達(dá)到對(duì)數(shù)生長期時(shí)，將培養(yǎng)液連續(xù)地泵入到其他的發(fā)酵罐中實(shí)現(xiàn)連續(xù)發(fā)酵。特點(diǎn)：發(fā)酵產(chǎn)物與菌體生長不同步。發(fā)酵產(chǎn)物與菌體生長不同步。3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝 這類發(fā)酵器尚待解決的

19、問題是養(yǎng)分滲透速度和膜養(yǎng)分滲透速度和膜微孔的堵塞問題微孔的堵塞問題。（2）單罐膜分離單罐膜分離 發(fā)酵罐內(nèi)裝有透析膜，將發(fā)酵罐內(nèi)部劃分為發(fā)酵區(qū)和進(jìn)出料區(qū)兩部分，培養(yǎng)基進(jìn)入進(jìn)料區(qū)，養(yǎng)分通過透析膜進(jìn)入發(fā)酵區(qū)，發(fā)酵區(qū)保持有高濃度的微生物，將養(yǎng)分迅速發(fā)酵，產(chǎn)生檸檬酸進(jìn)入料區(qū)排出器外。3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝連續(xù)發(fā)酵優(yōu)點(diǎn)連續(xù)發(fā)酵優(yōu)點(diǎn)：（1）可保持菌體濃度的相對(duì)穩(wěn)定，使其恒定在檸檬酸的積累期，延長檸檬酸的生產(chǎn)時(shí)間，產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量也相應(yīng)保持穩(wěn)定；（2）減少設(shè)備清洗、準(zhǔn)備和滅菌等非生產(chǎn)占用時(shí)間，可提高設(shè)備利用率和單位時(shí)間產(chǎn)量；（3）發(fā)酵液中各種參數(shù)趨于恒值，便于操作和控制，能夠有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)械化和自動(dòng)

20、化，降低勞動(dòng)強(qiáng)度；（4）可在不同的發(fā)酵罐中控制不同條件，最合理地促進(jìn)菌體生長和生成產(chǎn)物。（5）由于滅菌次數(shù)減少，使測量儀器探頭的壽命得以延長。3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝缺點(diǎn)缺點(diǎn)：（1）由于是開放系統(tǒng)，加上發(fā)酵時(shí)間長，易造成雜菌污染；（2）在周期較長的連續(xù)發(fā)酵過程中，菌種易發(fā)生變異和退化；（3）收率和產(chǎn)物濃度低，不利于提取，營養(yǎng)物質(zhì)利用率低，增加了成本。（4）對(duì)專業(yè)人員的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)和責(zé)任性要求較高以及發(fā)酵環(huán)境要整潔干凈；（5）對(duì)設(shè)備、儀器及控制元器件的技術(shù)要求較高3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝（3）半連續(xù)發(fā)酵）半連續(xù)發(fā)酵半連續(xù)發(fā)酵是指在補(bǔ)料分批培養(yǎng)的基礎(chǔ)上，間歇放間歇放掉部分發(fā)酵

21、液掉部分發(fā)酵液（帶放）進(jìn)入下游提取工段的發(fā)酵操作方式。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)與分批培養(yǎng)相比：（1 1）它可以通過補(bǔ)料的方式來維持很低的基質(zhì)濃度，從而避免快速利用碳源的阻遏效應(yīng)。（2 2）補(bǔ)入的新鮮培養(yǎng)液可以有效地控制菌體濃度和粘度，稀釋有害代謝產(chǎn)物的濃度，提高溶解氧水平，從而延長發(fā)酵周期，進(jìn)而提高產(chǎn)物的發(fā)酵產(chǎn)量。 與連續(xù)發(fā)酵相比：（1）降低了染菌的機(jī)會(huì)，避免了遺傳的不穩(wěn)定性（退化和變異）。（2）最終產(chǎn)物濃度較高，有利于產(chǎn)物的分離。3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：（1）放掉發(fā)酵液的同時(shí)也丟失了未被利用的營養(yǎng)物質(zhì)和正處于生產(chǎn)旺盛期的菌體細(xì)胞，從而影響發(fā)酵轉(zhuǎn)化率，降低發(fā)酵效益；發(fā)酵轉(zhuǎn)化率，降低發(fā)酵

22、效益；（2）定期補(bǔ)充和帶放使發(fā)酵液稀釋，送去提煉的發(fā)酵液體積更大，給下游加工增加壓力；被稀釋后可能產(chǎn)生更多的代謝有害物，最終限制發(fā)酵產(chǎn)物的合成；（3）間歇放掉的發(fā)酵液會(huì)使一些經(jīng)代謝產(chǎn)生的前體也隨之丟失，造成發(fā)酵產(chǎn)物產(chǎn)量的影響。3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝發(fā)酵控制技術(shù)發(fā)酵控制技術(shù)（1）發(fā)酵溫度（2）pH值（3）溶氧量及通風(fēng)攪拌（4）發(fā)酵終點(diǎn)控制3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝a.發(fā)酵溫度為351b.溫度的控制 1)工業(yè)生產(chǎn)上，所用的大發(fā)酵罐在發(fā)酵過程中一般不需要加熱，因發(fā)酵中釋放了大量的發(fā)酵熱，需要冷卻的情況較多。 2)利用自動(dòng)控制或手動(dòng)調(diào)整的閥門，將冷卻水通入發(fā)酵罐的夾層或蛇行管中

23、，通過熱交換來降溫，保持恒溫發(fā)酵。 3)如果氣溫較高（特別是我國南方的夏季氣溫），冷卻水的溫度又高，致使冷卻效果很差，達(dá)不到預(yù)定的溫度，就可采用冷凍鹽水進(jìn)行循環(huán)式降溫，以迅速降到最適溫度。因此大工廠需要建立冷凍站，提高冷卻能力，以保證在正常溫度下進(jìn)行發(fā)酵。3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝（1）發(fā)酵溫度）發(fā)酵溫度適宜的適宜的pH在發(fā)酵過程中，隨著菌種對(duì)培養(yǎng)基種碳、氮源的利用，隨著有機(jī)酸和氨基酸的積累，會(huì)使pH值產(chǎn)生一定的變化。檸檬酸發(fā)酵中開始pH自然5.5，隨著菌體生長pH降至2.5-3.0后降至2.2-2.3隨著檸檬酸的大量生成pH迅速降至2.0以下。pH的控制方法的控制方法首先考慮和試驗(yàn)

24、發(fā)酵培養(yǎng)基的基礎(chǔ)配方，使它們有個(gè)適當(dāng)?shù)呐浔龋拱l(fā)酵過程中的pH值變化在合適的范圍內(nèi)。b.在發(fā)酵過程中直接補(bǔ)加酸或堿和補(bǔ)料的方式來控制；補(bǔ)充生理酸性物質(zhì)（如(NH4)2SO4）和生理堿性物質(zhì)（如NaNO3）來控制。3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝（2）pHa.在供氧方面，主要是設(shè)法提高氧傳遞的推在供氧方面，主要是設(shè)法提高氧傳遞的推動(dòng)力和液相體積氧傳遞系數(shù)。動(dòng)力和液相體積氧傳遞系數(shù)。b.通風(fēng)攪拌：深層發(fā)酵是典型好氧發(fā)酵，對(duì)通風(fēng)攪拌：深層發(fā)酵是典型好氧發(fā)酵，對(duì)氧十分敏感，當(dāng)發(fā)酵進(jìn)入產(chǎn)酸期時(shí)只要有進(jìn)氧十分敏感，當(dāng)發(fā)酵進(jìn)入產(chǎn)酸期時(shí)只要有進(jìn)幾分鐘的缺氧，就會(huì)對(duì)發(fā)酵造成嚴(yán)重影響，幾分鐘的缺氧，就會(huì)對(duì)發(fā)酵

25、造成嚴(yán)重影響，甚至完全失敗，一般通風(fēng)量甚至完全失敗，一般通風(fēng)量0.08-0.15m3/ min。5m3罐攪拌器罐攪拌器3擋，轉(zhuǎn)速擋，轉(zhuǎn)速90-110r/min,低攪拌式發(fā)酵罐低攪拌式發(fā)酵罐100m3自吸式漿葉自吸式漿葉1檔，轉(zhuǎn)速檔，轉(zhuǎn)速135 r/min。3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝（3）溶氧量及通風(fēng)攪拌）溶氧量及通風(fēng)攪拌3.23.2深層發(fā)酵工藝深層發(fā)酵工藝 當(dāng)通風(fēng)攪拌培養(yǎng)50-72h,檸檬酸產(chǎn)酸達(dá)100-150g/L，檸檬酸產(chǎn)量不再上，殘?zhí)墙抵? g/L以下，可升溫終止發(fā)酵，泵送至儲(chǔ)罐中，及時(shí)進(jìn)行提取。（4）發(fā)酵終點(diǎn)控制）發(fā)酵終點(diǎn)控制3.33.3固體發(fā)酵工藝固體發(fā)酵工藝 此法多以海藻

26、酸鈣為載體,也有采用聚丙烯酰胺(一種常用的包埋材料),其具有相當(dāng)好的強(qiáng)度、彈性和化學(xué)惰性。固定化方法以后者為例,將丙烯酰胺單體(ACAM)和N,N-亞甲基雙丙烯酰胺(BIS)溶于水后與微生物細(xì)胞混合,攪拌,加入四甲基乙二胺(TEMED)和過硫酸鉀,室溫下放置30min,使之聚合完全,制得凝膠,將其切成3mm3mm3mm的小塊,用生理鹽水洗凈后作為載體進(jìn)行發(fā)酵,提取,制得檸檬酸。3.33.3固體發(fā)酵工藝固體發(fā)酵工藝 特點(diǎn)特點(diǎn)：設(shè)備生產(chǎn)能力大，保溫、保濕效果好，由于是全封閉式的，制曲時(shí)產(chǎn)生的熱量可以循環(huán)利用，節(jié)約能源，同時(shí)又保持回風(fēng)中的相對(duì)濕度，發(fā)酵中途無需人工經(jīng)常翻曲，勞動(dòng)強(qiáng)度相應(yīng)減輕，是目前固

27、體發(fā)酵法中較好的一種方法。3.33.3固體發(fā)酵工藝固體發(fā)酵工藝（3）蒸料設(shè)備）蒸料設(shè)備 蒸料的目的是使淀粉糊化，并有滅菌的作用。常用的設(shè)備是雙層簡易蒸鍋，也有機(jī)械化程度高的旋轉(zhuǎn)式蒸鍋。3.33.3固體發(fā)酵工藝固體發(fā)酵工藝優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：（1）設(shè)備簡單，投資少；（2）操作簡單，能耗低；（3）原料粗放，一般利用農(nóng)副產(chǎn)品加工的下腳料；（4）發(fā)酵周期短；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 占地面積大，勞動(dòng)強(qiáng)度相對(duì)較大，產(chǎn)酸率及提取得率低，副產(chǎn)物多。3.33.3固體發(fā)酵工藝固體發(fā)酵工藝 3.4 3.4半固體發(fā)酵工藝半固體發(fā)酵工藝4 4、半固體發(fā)酵、半固體發(fā)酵 固體發(fā)酵是指微生物在沒有或幾乎沒有游離水的固態(tài)的濕培養(yǎng)基上的發(fā)酵過程。

28、這種發(fā)酵工藝的過程中，原料以不流動(dòng)的固體形式存在，含水量在50%左右，而無游離水流出，此培養(yǎng)基通常是“手握成團(tuán)，落地能散”，此發(fā)酵稱為半固體半固體發(fā)酵。發(fā)酵。 半固體發(fā)酵的原料一般是果實(shí)加工的殘?jiān)堉?、下腳料。3.53.5生化反應(yīng)器生化反應(yīng)器5 5、生化反應(yīng)器、生化反應(yīng)器定義：定義：生化反應(yīng)器是指以活細(xì)胞或酶為生物催化劑進(jìn)行細(xì)胞增殖或生化反應(yīng)時(shí)為其提供適宜環(huán)境的設(shè)備。 分類分類（1 1）按操作方式可分為間歇操作、連續(xù)操作和半連續(xù)操作三種類型反應(yīng)器。（2 2）按幾何構(gòu)型和結(jié)構(gòu)特征，反應(yīng)器可分為罐式、管式、塔式、及膜式等幾種。 目前,大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)檸檬酸,以深層法最有競爭力和優(yōu)越性,表面法次之

29、,固體發(fā)酵法仍有活力,其他工藝仍處于研究開發(fā)階段。概述概述 成熟的檸檬酸發(fā)酵醪（lo）中，除含有主產(chǎn)物檸檬酸之外，還含有纖維、菌體、有機(jī)雜酸、糖、蛋白類膠體物質(zhì)、色素、礦物質(zhì)及其他代謝產(chǎn)物等雜質(zhì)，它們或來自發(fā)酵原料或在發(fā)酵過程中生產(chǎn)，它們或溶存或懸浮于發(fā)酵醪中。通過各種理化方法，清除這些雜質(zhì)，得到通過各種理化方法，清除這些雜質(zhì)，得到符合各級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的檸檬酸產(chǎn)品的全過程，即符合各級(jí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的檸檬酸產(chǎn)品的全過程，即為檸檬酸的為檸檬酸的提取。提取。是檸檬酸生產(chǎn)的下游工程。它是一個(gè)確保產(chǎn)物“豐收”，提高企業(yè)效益的生產(chǎn)系統(tǒng)工程。四、提取四、提取目的目的n分離細(xì)胞、菌體和其它懸浮顆粒（細(xì)胞碎片、核酸和蛋白質(zhì)的沉淀物）。n除去部分可溶性雜質(zhì)和改變?yōu)V液的性質(zhì)，以利于后繼各步操作。采用絮凝或凝聚的方法，設(shè)法增大懸浮液中固體粒子的大小，提高其沉降速度；采用稀釋、加熱等方法降低黏度，以利于過濾