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文丨Lisa
编丨Lisa
发酵工艺的复杂性和多样性决定了它涉及多个学科领域的知识和技术的综合运用。
要实现高效、稳定和可持续的发酵生产，需要深入理解微生物学、生物化学、化学工程、自动化控制等多方面的知识，并将它们有机地结合起来。
百仑生物公众号的过往文章涵盖了本文大部分技术介绍！可关注学习！
一、微生物学基础
1. 微生物分类与特性
细菌、酵母菌、霉菌和放线菌等常见微生物的形态、结构与生理特性。
不同微生物在发酵中的作用机制，如细菌在乳酸发酵中的功能，酵母菌在酒精发酵中的代谢过程。
2. 微生物生长规律
微生物生长曲线（迟缓期、对数期、稳定期和衰亡期）及其在发酵过程中的意义。
影响微生物生长的因素，包括营养物质（碳源、氮源、无机盐、生长因子等）、温度、pH值、溶氧量、渗透压等。
二、发酵原料
1. 原料类型与选择
糖类（葡萄糖、蔗糖、淀粉等）、蛋白质类（豆粕、鱼粉等）、油脂类等原料的特点及其在不同发酵中的适用性。
根据发酵目的和微生物需求选择合适原料的原则，如生产抗生素时对碳源和氮源的特殊要求。
2. 原料预处理
粉碎、蒸煮、糖化等预处理方法的目的、原理和操作要点。
原料预处理对后续发酵过程的影响，如提高原料利用率、改善微生物可利用性等。
三、发酵设备
1. 发酵罐类型与结构
机械搅拌式发酵罐、气升式发酵罐、固体发酵设备等的结构特点、工作原理和适用范围。
发酵罐的关键部件（如搅拌器、通气装置、温度控制装置、pH调节装置等）的功能和操作注意事项。
2. 发酵设备的操作与维护
发酵设备的灭菌方法（蒸汽灭菌、化学灭菌等）及其操作流程。
设备运行过程中的参数监测（温度、压力、搅拌速度、溶氧量等）和控制方法。
发酵设备的日常维护和故障排除，如防止泄漏、清洗消毒、更换易损部件等。
四、发酵工艺过程
1. 种子培养
种子的来源与筛选，如从自然界分离、从保藏菌种中活化等。
种子培养基的配制原则和方法，与发酵培养基的区别。
种子培养的条件（温度、pH值、溶氧量等）控制和培养时间的确定。
2. 发酵过程控制
发酵条件（温度、pH值、溶氧量、搅拌速度等）的动态控制策略及其对发酵产物的影响。
发酵过程中的补料操作，包括补料的时机、补料的种类和数量，如在氨基酸发酵中如何通过补料控制代谢流向。
发酵过程中的泡沫控制，泡沫产生的原因、危害以及消泡方法（物理消泡、化学消泡）。
3. 发酵终点判断
根据发酵产物的产量、质量、微生物的生理状态等因素判断发酵终点的方法。
过早或过晚结束发酵对产物产量和质量的影响。
五、发酵产物分离与纯化
1. 分离纯化原理与方法
过滤、离心、沉淀、萃取、吸附、离子交换、膜分离、结晶等分离纯化技术的原理、适用范围和操作要点。
针对不同发酵产物（如有机酸、抗生素、酶、蛋白质等）选择合适分离纯化方法的原则。
2. 下游工艺优化
提高分离纯化效率的策略，如优化操作条件、组合不同分离方法等。
分离纯化过程中的产品质量控制，包括纯度、活性、稳定性等方面的检测和保障。
六、发酵过程监测与质量控制
1. 监测指标与方法
物理指标（温度、压力、搅拌速度、溶氧量等）、化学指标（pH值、底物浓度、产物浓度等）和生物指标（微生物数量、微生物活性等）的监测方法。
在线监测技术（如在线传感器）和离线监测方法（如取样分析）的应用。
2. 质量控制体系
建立发酵过程质量控制体系的重要性和基本原则。
从原料质量、工艺过程、产品质量等方面实施质量控制的措施，如原料检验、过程偏差处理、产品质量标准制定等。
七、发酵工艺的应用与发展
1. 在食品工业中的应用
酿酒、酸奶制作、酱油酿造等常见食品发酵工艺的原理、流程和产品特点。
新型食品发酵技术（如功能性食品发酵）的发展趋势和应用前景。
2. 在医药工业中的应用
抗生素、疫苗、药用酶等医药产品发酵生产的工艺要点和质量要求。
基因工程菌在医药发酵中的应用现状和发展方向，如利用基因工程菌生产胰岛素。
3. 在其他领域的应用
发酵工艺在生物燃料（如乙醇、生物柴油）生产、生物材料（如聚羟基脂肪酸酯）制造、环境治理（如污水生物处理）等领域的应用情况。
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