国家十一五规划教材国家十一五规划教材《《生物工艺学生物工艺学》》（邱树毅主编）配套课件（邱树毅主编）配套课件 共99页 第2页目录 目 录目 录•第一章 绪论第一章 绪论•第二章 工业微生物菌种选育、制备与保藏第二章 工业微生物菌种选育、制备与保藏 •第三章 工业培养基及其设计第三章 工业培养基及其设计 •第四章 生物工艺过程中的无菌技术第四章 生物工艺过程中的无菌技术 •第五章 第五章 生物反应动力学生物反应动力学 •第六章第六章 发酵过程原理发酵过程原理•第七章第七章 生物反应器及生物工艺过程的放大生物反应器及生物工艺过程的放大•第八章第八章 生物反应过程参数检测与控制生物反应过程参数检测与控制 •第九章第九章 生物产品分离及纯化技术生物产品分离及纯化技术 •第十章第十章 生物产品工艺学及应用生物产品工艺学及应用 共99页 第3页目录第十章第十章 生物产品工艺学及应用生物产品工艺学及应用•10.110.1白酒生产工艺技术白酒生产工艺技术◊10.1.110.1.1白酒及其分类白酒及其分类◊10.1.210.1.2白酒生产主要原辅料白酒生产主要原辅料◊10.1.3 10.1.3 白酒生产中主要微生物白酒生产中主要微生物◊10.1.4 10.1.4 白酒生产工艺白酒生产工艺◊10.1.510.1.5白酒生产中的新技术白酒生产中的新技术•10.210.2啤酒生产工艺啤酒生产工艺◊10.2.110.2.1概述概述◊10.2.210.2.2啤酒生产原辅料啤酒生产原辅料◊10.2.3 10.2.3 啤酒生产工艺啤酒生产工艺◊10.2.4 10.2.4 啤酒生产中的新技术啤酒生产中的新技术•10.3 10.3 有机酸生产工艺技术有机酸生产工艺技术◊10.3.1 10.3.1 柠檬酸生产工艺柠檬酸生产工艺◊10.3.2 10.3.2 其他有机酸生产工艺其他有机酸生产工艺•10.4 10.4 抗生素生产工艺技术抗生素生产工艺技术◊10.4.1 10.4.1 抗生素概述抗生素概述◊10.4.2 10.4.2 抗生素生产工艺过程抗生素生产工艺过程•10.510.5生物质能源利用生物质能源利用◊10.5.110.5.1生物质能源概述生物质能源概述◊10.5.210.5.2燃料乙醇燃料乙醇◊10.5.310.5.3生物柴油生物柴油•10.610.6废水处理废水处理◊10.6.110.6.1概述概述◊10.6.210.6.2活性污泥法活性污泥法◊10.6.310.6.3好氧生物膜法好氧生物膜法◊10.6.410.6.4厌氧消化厌氧消化——甲烷发酵甲烷发酵◊10.6.510.6.5光合细菌处理高浓度有机废光合细菌处理高浓度有机废水水 共99页 第4页目录10.110.1白酒生产工艺技术白酒生产工艺技术白酒白酒 白酒是以含淀粉的物质或糖质为原料，加入曲类、酒母为糖化发酵剂(糖质原料无须用糖化剂),经蒸煮、糖化、发酵、蒸馏、储存、勾调而成的蒸馏酒。
我国的白酒是世界著名的六大蒸馏酒之一白酒产品中98%的成分是乙醇和水，同时还含有2%左右的其他微量香味物质，白酒中的香味物质主要有醇类、酯类、醛类、酮类、芳香族化合物等物质 10.1.110.1.1白酒及其分类白酒及其分类白酒的分类白酒的分类(1)根据使用的原料不同:分为粮食白酒和代粮白酒2)根据酒度高低:分为高度白酒（50%～65），中度白酒（40%～49%），低度白酒(20%～40%)3)根据使用的酒曲种类不同:分为大曲白酒，小曲白酒，麸曲白酒4)根据生产方式不同:分为固态发酵白酒，半固态发酵白酒，液态发酵白酒 共99页 第5页目录(5)根据白酒的香型分类：五大香型(浓香型、酱香型、清香、米香、凤香)和五小香型(药香型、兼香型、芝麻香、特型、豉香型)①浓香型白酒浓香型白酒：以窖香浓郁、绵甜醇厚、香味谐调、尾净爽口为特点以四川沪州老窖特曲和五粮液为代表②酱香型白酒酱香型白酒：以酱香突出、幽雅细腻、后味悠长、空杯留香持久为特点以贵州茅台酒为代表③清香型白酒清香型白酒：以清香纯正、醇甜柔和、自然协调、后味爽净为特点以山西汾酒为代表④米香型白酒米香型白酒：以米香纯正、清雅、入口绵甜、落口爽净、回味怡畅为特点。
以桂林三花酒为代表⑤凤香型白酒凤香型白酒：以醇香秀雅、醇厚甘润、口味谐调、余味悠长为特点以陕西西凤酒为代表5)根据白酒的香型分类：五大香型(浓香型、酱香型、清香、米香、凤香)和五小香型(药香型、兼香型、芝麻香、特型、豉香型)⑥药香型白酒药香型白酒：以清澈透明、香气典雅、浓郁甘美、略带药香、谐调醇甜爽口、余味悠长为特点以贵州董酒为代表⑦兼香型白酒兼香型白酒：以酱浓谐调、幽雅舒适、细腻丰满、回味爽净、余味悠长为特点以白云边酒为代表⑧芝麻香芝麻香：清澈透明、酒香幽雅、入口丰满醇厚、纯净回甜、余香悠长为特点⑨特型白酒特型白酒：以清澈透明、香气幽雅谐调、口味柔绵醇和、余味悠长为特点以江西漳树四特酒为代表⑩豉香型豉香型：以玉洁冰清、豉香独特、口味醇厚甘润、后味爽净为特点以广东玉冰烧酒为代表 共99页 第6页目录10.1.210.1.2白酒生产主要原辅料白酒生产主要原辅料制曲原料制曲原料(1)(1)大曲原料大曲原料 目前主要是小麦、大麦、豌豆等在南方主要以小麦为主制作大曲酿造酱香型和浓香型白酒；在北方多数以大麦和豌豆制作大曲酿造清香型白酒◊ 小麦：淀粉含量高，面筋丰富，粘性强，含氨基酸20多种，富含维生素，还有钾、磷、钙、镁、硫等矿物元素，最适合霉菌生长，是产酶的优良天然物料。
◊ 大麦：营养丰富，适合多种微生物生长但其粘结性较差，本身带有较多的皮壳，纤维素含量高，制成的曲坯质地过于疏松，有上火快、退火快的缺点，所以不宜单独使用与豌豆共用，可使成曲具有良好的曲香味和清香味◊ 豌豆：淀粉含量较大，粘性大，若单独制曲，升温慢、降温也慢，故一般与大麦按一定的比例混合使用制曲原料制曲原料(2)(2)小曲原料小曲原料 小曲的主要原料是籼米或米糠以及一些中草药大米的湖粉层中富含蛋白质和灰分，糠层中的灰分更丰富，有利于酿酒微生物的生长和产酶；中草药富含生长素可以补充原料中生长素的不足，促进根霉和酵母菌的生长，起疏松和抑制杂菌繁殖的作用3)(3)麸曲原料麸曲原料 麸皮是制麸曲的主要原料，麸皮具有营养源种类全面，吸水性强，表面积大，疏松度大，具有一定的糖化力，也是各种酶良好的载体，选用好质量的麸皮就能满足曲霉菌等生长繁殖和产酶 共99页 第7页目录制酒原料制酒原料(1)(1)谷物原料谷物原料◊ 高粱：高粱分为粳型高粱和糯型高粱，粳型高粱含直链淀粉较多，糯型高梁含支链淀粉较多，但糯型高粱比粳型高粱更容易蒸煮糊化，结构疏松，淀粉出酒率较高高粱皮壳中含少量单宁(在2%～2.5%左右)和色素，单宁经蒸煮发酵，可转变成芳香类物质，它能赋予白酒特殊的风味。
◊ 玉米：富含植酸，可发酵生成环己六醇和磷酸，磷酸能促进丙三醇(甘油)的生成，由于多元醇具有明显的甜味，因此玉米酒较为醇甜玉米的胚体含油率可达15～40％，用玉米酿酒时，可先分离出胚体榨油，因为过量的油脂会给白酒带来邪杂味另外由于玉米的淀粉结构堆积紧密，质地坚硬，较难蒸煮糊化，所以在酿酒时，要特别注意保证蒸煮时间◊ 大米：我国南方酿造的小曲酒，多以大米为原料，大米质地纯净，其淀粉含量高达70％以上，蛋白质和脂肪含量较少，容易蒸煮糊化，大米适合根霉生长，有利于低温缓慢发酵，因此所酿造的成品酒有较纯净的特点制酒原料制酒原料(2)(2)辅料辅料 辅料又叫填充料，主要起疏松作用，同时有调整酒醅的淀粉浓度，冲淡酸度，吸收酒精，保持浆水的作用；使酒醅有一定的疏松度和含氧量，利于酒醅的升温，并增加界面作用；使蒸煮、糖化发酵和蒸馏能顺利进行 生产中要求辅料杂质较少，新鲜，无霉变，并具有一定的疏松度及吸水能力，少含果胶、多缩戊糖等成分目前常用的辅料主要有稻壳、谷糠、高粱壳、玉米芯等(3)(3)酿造用水酿造用水 酿造用水包括酿造润粮、冷却、降度、包装洗涤用水等，水质要求达到国家规定的饮用水标准GB5749－1985《生活饮用水卫生标准》。
共99页 第8页目录10.1.3 10.1.3 白酒生产中主要微生物白酒生产中主要微生物霉菌霉菌◊ 根霉：它的适应性强、繁殖速度快，它能产生较强的糖化力和发酵力另外可以生成乳酸、延胡索酸、琥珀酸等多种有机酸，对白酒风味有重要的作用 ◊ 曲霉：它能产生糖化酶、液化酶等多种酶系和多种有机酸，并产生少量酒精 ◊ 拟内孢霉：拟内孢霉是曲块上霉的主要微生物，耐高温，无产酒能力，它是一个优良的糖化菌，适应性强，繁殖速度快生长初期微香◊ 犁头霉：它是耐高温的霉菌，其糖化力、液化力和蛋白质分解力均不高，约为米曲霉群的1/3～1/4◊ 毛霉：对制曲而言它是有害菌，要注意管理它的适应性强，在湿高温高的情况下生长迅速，尤其是两曲相靠时更易生长◊ 青霉：是白酒生产有害菌青霉性喜低温潮湿环境，对制曲的污染多在雨季，注意防潮 共99页 第9页目录酵母菌酵母菌◊ 酒精酵母：对产品质量起着决定性的作用，产酒能力强，从曲坯入房到干火前期(曲坯入房48小时)酵母大量繁殖，其后随着曲坯温度的上升而死亡或休眠◊ 汉逊酵母：产酒能力较强，仅次于酒精酵母，同时产生香味，生长环境同酒精酵母◊ 假丝酵母：有一定的产酒精能力，是大曲中数量最多的酵母，主要生长在于曲皮的表面呈黄色的小斑点。
在低温培菌期存活繁殖，进入高温转化时，假丝酵母明显减少细菌细菌◊ 乳酸菌：乳酸菌在大曲中产生的乳酸可与乙醇酯化生成香味成分乳酸乙酯，它是大曲酒酿造呈香的前体物质乳酸菌的量不可过多，过量的乳酸菌会引起酸败◊ 醋酸菌：醋酸菌能利用葡萄糖生成醋酸，还可氧化葡萄糖生成葡萄糖酸少量的醋酸菌对改进白酒风味形成酒质清香有着重要的作用但是过量的醋酸菌则是有害的，影响白酒的正常风味细菌细菌◊ 枯草芽孢杆菌：最适生长温度为37℃，适应于微酸湿度大的环境 ，具有分解蛋白质和水解淀粉的能力◊ 丁酸菌：能将葡萄糖、蔗糖、淀粉分解生成丁酸、乙醇、异丙醇、丙酮、丁酸等，其产物丁酸是大曲酒中丁酸乙酯的前驱物质，是白酒中的重要香气成份之一 ◊ 己酸菌：在大曲中普遍存在，以曲块中部为最多，适应生长温度为32～34℃，属于兼气性厌氧菌，其产物己酸与乙醇 共99页 第10页目录10.1.4 10.1.4 白酒生产工艺白酒生产工艺•大曲酒生产工艺大曲酒生产工艺 大曲白酒的生产方法可分为续渣法和清渣法，在续渣法中又分为混烧法和清蒸混入法两种浓香型酒和酱香型酒采用续渣法生产，而清香型酒大多采用清渣法生产A A浓香型大曲酒生产工艺浓香型大曲酒生产工艺 生产的基本特点是：以高粱或多种谷物为原料，优质小麦或大麦、豌豆混合配料，培养制作中温曲或高温曲，泥窖固态发酵，续渣配料，混蒸混烧，量质摘酒，原酒度贮存，精心勾兑。
1)(1)浓香型大曲生产工艺浓香型大曲生产工艺 共99页 第11页目录(2)浓香型大曲酒生产工艺 共99页 第12页目录(1)(1)酱香型大曲生产工艺酱香型大曲生产工艺B B酱香型大曲酒生产工艺酱香型大曲酒生产工艺 生产特点是：采用间歇式、开放式生产，并用多菌种混合发酵，高温制曲一年一个周期，每周期共有九次蒸煮，八次发酵，七次取酒 共99页 第13页目录(2)(2)酱香型大曲酒酿造工艺酱香型大曲酒酿造工艺 共99页 第14页目录C C清香型大曲酒生产工艺清香型大曲酒生产工艺 生产工艺特点是“清蒸清茬、地缸发酵、清蒸两次清” 清蒸清茬是指经清理除杂后的原料高粱，粉碎后一次性投料，单独进行蒸煮 地缸发酵指在埋于地陶缸中发酵，缸口与地平相齐，用石板作缸盖密封 清蒸两次清指发酵成熟酒醅蒸酒后的醅再次加曲发酵、蒸馏、最后成扔糟 (1)(1)清香型大曲生产清香型大曲生产 共99页 第15页目录(2)(2)清香型大曲酒生产工艺清香型大曲酒生产工艺 共99页 第16页目录•小曲白酒生产工艺小曲白酒生产工艺(1)(1)小曲生产工艺小曲生产工艺 小曲品种较多，按添加中草药与否分为药小曲和无药小曲；按制曲原料又分为粮曲和糠曲；按形状分为酒曲丸、酒曲饼和散曲；按用途分为甜酒曲和白酒曲。
单一药小曲它是用生米粉，只添加一种香药草粉，接种曲母培养而成单一药小曲工艺流程: 共99页 第17页目录(2)小曲白酒生产工艺 小曲白酒生产主要采用半固态发酵工艺和固态发酵工艺其中半固态发酵分先培菌糖化后发酵工艺和边糖化边发酵工艺 先培菌糖化后发酵工艺先培菌糖化后发酵工艺边糖化边发酵工艺边糖化边发酵工艺 共99页 第18页目录•麸曲白酒生产工艺麸曲白酒生产工艺 麸曲白酒是以高粱、玉米、薯干等含淀粉较高的物质为原料，采用纯种麸曲酒母代替大曲作糖化发酵剂所酿造的蒸馏酒 (1)麸曲生产工艺麸曲生产工艺麸曲生产工艺 共99页 第19页目录(2)(2)酒母的制备酒母的制备 麸曲白酒酿造的酵母:一类是酒精发酵用，另一类是供发酵生成香味物质用麸曲白酒酿造时常用的酵母菌种有汉逊酵母、毕氏酵母、圆酵母、假丝酵母、酒香酵母 酒母两种培养方法:机制酒母，大缸酒母 大缸酒母的培养方法：◊ 原料的选择和处理：制备酒母醪的原料以玉米为好◊ 接种培养：蒸熟的料分装入缸，每公斤料加3～4公斤酿造用水，再加1%的硫酸调整酸度为0.3左右3)麸曲白酒的生产工艺 当前麸曲白酒的生产，主要采用清蒸法和混烧法两种生产方法。
其中混烧法工艺流程如下： 共99页 第20页目录•液态生产白酒液态生产白酒 液态法生产的酒基只是半成品，为了获得成品酒，还需将酒基进一步加工，其方法可分为：◊ 固液结合法：用液态法生产酒基，用固态法的酒糟，酒尾或成品酒来提高质量◊ 串香法：将酒基装入甑桶底锅，甑桶内装入固态法发酵的香醅，通入蒸汽，使酒基汽化通过香醅，香味物质随酒精蒸汽进入冷凝器，增加了酒基的香味成分◊ 浸蒸法：把香醅浸于酒基混合，加热复蒸取酒◊ 固液勾兑法：用液态法生产的酒基，兑入5%优质酒或10％较好的固态法白酒，以弥补液态法白酒的不足，使产品具有固态法白酒的风味，方法简便◊ 调香法：在酒中调加天然香料或有机酸类、酯类和醇类等试剂，改善液态法白酒风味，使口味协调的方法◊ 液态法(一步法)：酒基生产和改善风味措施用液态发酵法 共99页 第21页目录10.1.510.1.5白酒生产中的新技术白酒生产中的新技术•强化种曲制作强化种曲制作 从酿造过程中选育出优良霉菌、细菌、酵母菌分别进行培养，霉菌和酵母均采用固体培养基，细菌采用液体培养基由试管斜面培养扩大到三角瓶培养再扩大到曲盘培养，再按一定比例混合(一般是霉菌：酵母菌：细菌=1：1：0.2)，按传统的大曲制作法外加一定量的种曲作种源进行大曲制作。
共99页 第22页目录•架式方法生产大曲架式方法生产大曲 架式曲培养工艺利用微机按不同培养期进行温度、湿度、通风与排风自动控制，按常规培养方法培养30天即可大大降低了劳动强度，改善了劳动环境，提高了单位面积产量，有效地避免了季节工人熟练程度的影响 •小曲制作新工艺小曲制作新工艺 在制备小曲生产上，采用纯种根霉和酵母菌制成的纯种无药小曲，或以麸皮为原料制成的散曲均有良好的效果，少用中草药也能制得质量好的小曲采用深层通风发酵生产的浓缩甜酒曲比老法酒药功效大幅度提高 共99页 第23页目录•酶催化工程的引进酶催化工程的引进 酿酒工业中广泛应用的酶，主要是糖化酶、液化酶、纤维素酶、蛋白酶、脂肪酶、酯化酶等，具有酶活力强、用量少、使用方便等优点但是，纯种微生物合成酶的催化单一性，也给传统白酒发酵带来了一定问题，因此，复合酶发酵技术成为白酒发酵的一个新的课题 共99页 第24页目录•双轮底糟发酵技术双轮底糟发酵技术 它是指在开窖时，将大部分糟醅取出，只在窖池底部留少部分糟醅进行再次发酵的一种方法目前常用的方法主要有两种：一种是连续双轮底，一种是隔排双轮底。
◊ 连续双轮底:第一次起窖时窖池底部留1.5甑左右的糟醅，并投入一定量的曲粉及次酒进行再次发酵，以后以此循环进行轮次操作 ◊ 隔排双轮底:在第一排放入粮糟时，当入完第一甑后，立即将入窖粮糟扒平放上两块竹篾做记号然后再逐甑装入粮糟以后每排均按此循环进行每隔排出一次底糟酒 共99页 第25页目录•低度白酒技术创新低度白酒技术创新 有效解决低度酒的稳定性问题，须从以下几方面入手：低度酒水解机理的研究；提高基础酒质量、调味酒质量及勾兑用水质量；勾兑技术研究；低度白酒处理技术研究有了好的水处理设备，超滤设备，抑制酯可逆水解反应的方案，低度白酒的质量问题就可以很好地解决 •白酒生产机械化白酒生产机械化 传统工艺白酒的作坊式操作严重制约着生产的规模化程度，米香型、豉香型在工艺的发展中，建立起了一套固、液发酵相结合的糖化、发酵、蒸馏机械化操作系统，大大节省了人力资源，而且这些香型的白酒更容易被东南亚及国际市场所接受 共99页 第26页目录•生产过程数字化控制与管理生产过程数字化控制与管理 从温(入窖温度)、粮(入窖淀粉浓度)、水(入窖水分)、曲(大曲用量)、酸(入窖酸度)、糠(谷壳用量)、糟(粮糟比)等七大因子的监控着手，找出不同季节、不同条件下最佳参数组合，确立产量与质量的平衡点，形成标准化、数字化的生产模式。
从原酒、基础酒、调味酒、成品酒等的理化、色谱成分统计录入处理等角度着手，建立酒体指纹图谱、专家鉴评等系统，大幅度减轻手工数据查询的劳动量，控制勾调成本，稳定产品品质，为勾调人才培养从经验型向数字型转变提供科学依据，建立白酒勾调的科学理论体系 共99页 第27页目录10.210.2啤酒生产工艺啤酒生产工艺 啤酒是以发芽的大麦和水为主要原料，以大米或其它谷物、极少量酒花为辅助原料，经糖化制备麦芽汁、加酒花煮沸、冷却和加酵母发酵酿制而成的一种含多种营养成分、二氧化碳和低酒精度的饮料 啤酒根据所用酵母种类分为上面发酵啤酒和下面发酵啤酒，根据啤酒色泽分为淡色啤酒、浓色啤酒、黑啤酒和白啤酒，根据成品啤酒是否巴氏杀菌分为鲜啤酒、熟啤酒和纯生啤酒 世界著名啤酒有：比尔森啤酒(Pilsener beer)，爱尔啤酒(Brown A1e)，司陶特黑啤酒(Stout black)，慕尼黑(Munich)浓色啤酒，青岛啤酒 10.2.110.2.1概述概述 共99页 第28页目录10.2.210.2.2啤酒生产原辅料啤酒生产原辅料 啤酒的基本原料为大麦﹑酿造用水﹑酒花﹑酵母以及淀粉质辅助原料(玉米﹑大米﹑大麦﹑小麦等)和糖类辅助原料等。
•大麦大麦 大麦适于酿造啤酒的原因在于易发芽产生大量的水解酶类 不同的大麦品种，适于酿制不同类型的啤酒，如蛋白质含量高的品种酿制出的啤酒口味重，颜色深，适于酿制浓色啤酒；蛋白质含量低的品种适于酿制淡色啤酒 优良酿造大麦品质的特点是：粒大饱满、皮薄、体形短整齐、成熟期早、休眠期短、浸出率高、千粒重量高、粉状粒高、吸水力强、蛋白质含量适中、大麦和制成麦芽的酶活性高、发芽率不低于95%、溶解良好、制麦收得率高 除大麦麦芽外，还包括特种麦芽，小麦麦芽及辅助原料(大米、玉米、未发芽的大麦和小麦、淀粉、蔗糖和淀粉糖浆) 共99页 第29页目录•啤酒花和酒花制品啤酒花和酒花制品 酒花:学名蛇麻，又名忽布，它在啤酒酿造中最主要的成分是酒花树脂、酒花油和α-酸，它们能赋予啤酒爽口的苦味和愉快的香味，酒花树脂能增加麦汁和啤酒的防腐能力，多酚物质中的单宁能与高分子蛋白质絮凝澄清麦汁和有利于啤酒的非生物稳定性，能增加啤酒的泡持性和取醇厚酒体的作用 酒花按特性可以分为四类：优质香型酒花,香型酒花, 没有明显特征的酒花,苦型酒花 目前常用的酒花制品有颗粒酒花、酒花浸膏、酒花油等三种酒花制品。
共99页 第30页目录•酿造用水酿造用水 酿造用水应满足啤酒酿造的特殊要求：◊ 色与透明度色与透明度：无色，无臭，透明，无悬浮物和沉淀物◊ 味味：无异味、无异臭◊ 总硬度总硬度：浅色啤酒要求不超过2.85mmol/L(80d)，深色啤酒要求不超过4.28mmol/L(120d)◊ 水的卫生指标水的卫生指标：在370C培养24小时，细菌总数不得超过100cfu/ml、不得有大肠杆菌和八叠球菌存在◊ 水的理化指标水的理化指标：pH呈中性至微酸性(6.8-7.2)、钠离子≤75mg/L、铁离子＜0.05 mg/L、锰离子＜0.03 mg/L、氨根离子＜0.05 mg/L、氯离子＜40-200 mg/L、硅酸盐＜30 mg/L、硫酸根离子＜300 mg/L、硝酸盐＜5 mg/L、亚硝酸盐＜0.05 mg/L 不同硬度的水适于酿造不同类型的啤酒：软水适合酿造淡色啤酒，口味淡爽、色浅；中等硬度的水适合酿造浓色啤酒和黑色啤酒，其特点是口味醇厚，泡沫好 共99页 第31页目录•酵母酵母 酵母是用以进行啤酒发酵的微生物啤酒酵母又分上面发酵酵母和下面发酵酵母啤酒工厂为了确保酵母的纯度，进行以单细胞培养法为起点的纯粹培养。
为了避免野生酵母和细菌的污染﹐必须严格啤酒工厂的清洗灭菌工作 共99页 第32页目录•淀粉质辅助原料和糖类辅助原料淀粉质辅助原料和糖类辅助原料: 淀粉质辅助原料为玉米淀粉和大麦淀粉◊ 玉米胚芽含油质较多﹐影响啤酒的泡持性和风味以玉米为辅助原料酿造的啤酒，口味醇厚玉米为国际上用量最多的辅助原料◊ 大米淀粉含量高，浸出率也高，含油质较少，但大米淀粉的糊化温度比玉米高以大米为辅助原料酿造的啤酒色泽浅，口味清爽大米是中国用量最多的辅助原料 糖类大都在产糖地区应用，一般使用量为原料的10～20％添加的种类主要有蔗糖﹑葡萄糖﹑转化糖、糖浆等 共99页 第33页目录10.2.3 10.2.3 啤酒生产工艺啤酒生产工艺 共99页 第34页目录•麦芽制造麦芽制造(1)大麦的清选和分级大麦的清选和分级 原大麦一般含有杂质,在投产前必须对原大麦进行清理除杂经过除杂后的大麦还须按麦粒腹径的大小进行分级，这样同等级的大麦投入生产可使大麦浸渍均匀，发芽整齐，制得的麦芽质量好、稳定，经过粉碎后能获得粗细均匀的麦芽粉 大麦的分级有平板分级筛(大规模生产用)和圆筒分级筛(中小型工厂用)，分级筛通常与精选机结合在一起。
(2)大麦的浸渍大麦的浸渍 干燥大麦的含水量一般在12%左右，通过浸渍补充适量的水分(称为“生长水”)到25%以上使其达到发芽要求 浸麦方法：湿浸法,间歇浸麦法,喷淋浸麦法 浸麦的设备一般有传统的圆形锥底浸麦槽和自动化平底浸麦槽等两种 共99页 第35页目录(3)(3)大麦的发芽大麦的发芽 发芽目的:使麦粒最大限度地适当地形成α-淀粉酶、β-淀粉酶、支链淀粉酶、蛋白分解酶、半纤维素酶等酶类，并使麦粒的部分淀粉、蛋白质和半纤维素等高分子物质得到部分地溶解，在麦汁制造时提供一定数量的浸出物，以满足糖化时的需要 发芽方法:萨拉丁发芽箱和劳斯曼转移箱式制麦体系 麦粒发芽过程:当发芽至7～9天发芽率达90%以上(至少85%)，浅色麦芽的叶芽伸长度为麦粒长度的2/3～3/4者占麦芽总数70%以上(浓色麦芽的叶芽伸长度为麦粒长度的3/4～1者占麦芽总数75%以上)，麦粒握在手中应有弹性、松软、有新鲜味，这时停止通风和搅拌，使麦芽的根芽进行凋萎过程中须控制好发芽水分、发芽温度、发芽室的湿度和通风供氧 共99页 第36页目录(4)(4)麦芽干燥麦芽干燥 绿麦芽的干燥过程分为凋萎阶段(自然干燥)、干燥脱水阶段和焙焦阶段。
绿麦芽干燥时麦层厚度一般为30～50厘米，打开空气和加热风门，控制温度在35℃以下进行强烈通风，迅速排除水分，干燥至麦芽含水量为25%～30%，缓慢升温至55℃左右进行脱水，使麦芽含水量控制在8%～12%，然后再升温至80～85℃，关闭热风进行内循环焙焦，使麦芽含水量降至3.5%～5%干燥好的麦芽必须在8小时内除根完毕，以防吸潮 共99页 第37页目录•麦汁制备麦汁制备 麦汁的制备过程(糖化) 就是将粉碎麦芽及辅料中的淀粉、蛋白质等大分子物质在酶的作用下分解成可溶性小分子糊精、低聚糖、麦芽糖和胨、肽、氨基酸等的过程 在麦汁制备中未分离麦糟的混合液称为“糖化醪”，从麦芽和辅料中溶解出来的物质称为浸出物 麦汁制备过程:包括原辅料粉碎、糊化、糖化、麦汁过滤、麦汁加酒花煮沸、麦汁澄清、麦汁冷却充氧等 共99页 第38页目录(1)(1)原辅料粉碎原辅料粉碎 粉碎是糖化的预处理，，原辅料粉碎后，增加淀粉与酶和水的接触面，加速酶促反应速度，使麦芽可溶性物质容易浸出，促进难容性的物质溶解 粉碎方法分4种:干粉、湿粉、回潮增湿和浸渍增湿粉碎◊ 干法粉碎干法粉碎：是传统的粉碎方法，要求麦芽水分在6％～8％。
◊ 湿法粉碎湿法粉碎：是将麦芽在50℃左右温水浸泡15～20min，使麦芽含水量达25％～30％之后，再用对辊湿式粉碎机粉碎，并立即加入30～40℃水调浆，泵入糖化锅◊ 回潮增湿粉碎回潮增湿粉碎：一般用五、六辊粉碎机麦芽粉碎前用(0.05-0.1MPa)蒸汽或者30℃水雾在增湿螺旋输送器内向麦芽喷雾增湿，处理30～40s，麦芽增湿0.7-l％左右蒸气增湿时，应控制麦芽品温在50℃以下，以免引起酶的失活◊ 浸渍增湿粉碎浸渍增湿粉碎：一般用直通式浸渍增湿粉碎机麦芽进入增湿筒，增湿筒进口处装有水增湿器，温水浸渍60S，使麦皮吸水达20%左右，然后进入对辊粉碎机粉碎，粉碎后的麦芽粉用温水喷雾调浆达到糖化醪要求的料水比，再用醪液泵将调好的麦浆泵入糖化锅 共99页 第39页目录(2)(2)糖化糖化 糖化是指利用麦芽本身所含有的各种水解酶(或外加酶制剂)，在适宜的条件(温度、pH值、时间等)下，将麦芽和辅助原料中的不溶性高分子物质(淀粉、蛋白质、半纤维素等)逐步分解成可溶性的低分子物质的过程由此制得的溶液就是麦汁 目前糖化方法可分为浸出糖化法和煮出糖化法 共99页 第40页目录①①浸出糖化工艺浸出糖化工艺 纯粹依靠酶的作用浸出各种物质而进行糖化方法，将糖化醪液从一定温度开始，缓慢分阶段升温到糖化终了温度，自始自终不经煮沸。
根据糖化过程是否添加辅料分为单醪浸出糖化法和双醪浸出糖化法，其中单醪浸出糖化法又分恒温浸出糖化法和升温浸出糖化法◊ 单醪恒温浸出糖化法单醪恒温浸出糖化法：在糖化锅中投入麦芽粉直接于糖化温度65℃保温1.5～2.0小时，糖化完全(遇碘液不呈蓝色反应)后加热或醪液中兑入95℃热水，升温至78℃终止糖化◊ 单醪升温浸出糖化法单醪升温浸出糖化法：此法使用溶解良好的麦芽，适合于生产全麦芽啤酒和上面发酵啤酒先用低温水35℃～37℃浸渍麦芽，促进麦芽软化和酶的活化，然后升温至50℃左右进行蛋白质分解，再缓慢升至62℃-65℃和66℃～73℃进行分段糖化，直到糖化完全后升温至78℃，终止糖化◊ 双醪浸出糖化法双醪浸出糖化法：此法适合生产淡色爽型啤酒和干啤酒糖化醪与糊化醪并醪后全部醪液不再煮沸，而是直接在糖化锅内升温达到糖化各阶段所要求的温度，糖化完全后升温至78℃，终止糖化 共99页 第41页目录②②煮出糖化工艺煮出糖化工艺 指将糖化醪的一部分，分批地加热到煮沸，然后与其余未煮沸的糖化醪混合，使全部糖化醪温度分阶段地升高到不同工艺所需要的温度，最后达到糖化温度终了的方法 根据分醪煮沸的次数，又可将单醪(全麦芽)煮出法和双醪煮出法分为三次、二次和一次煮出法。
◊ 单醪三次煮出糖化法单醪三次煮出糖化法：一般采用35℃～37℃低温投料浸渍，经过三次分醪煮沸使糖化醪温度分别达到45℃～55℃进行蛋白质分解和62℃～73℃形成可发酵性糖，78℃终止糖化◊ 单醪二次煮出糖化法单醪二次煮出糖化法：根据麦芽溶解情况可在35℃～37℃低温投料浸渍，也可直接在45℃～55℃蛋白质分解区投料，将三次煮出法中的第一次煮沸去掉◊ 单醪一次煮出糖化法单醪一次煮出糖化法：此法将单醪三次煮出糖化法中的第一次和第二次煮沸去掉直接在35℃～37℃低温投料浸渍，然后缓慢升温至45℃～55℃(也可在此温度投料)进行蛋白质分解，再升温至62℃～73℃形成可发酵性糖，然后再分醪煮沸，并醪升温至78℃终止糖化 共99页 第42页目录◊ 单醪快速煮出糖化法单醪快速煮出糖化法：此法是二次煮出糖化法的演变方法，适合于蛋白质分解良好和糖化力高的麦芽具体操作无低温浸渍和蛋白质分解阶段，直接在糖化温度区投料分醪煮沸并醪分解形成可发酵性糖，最后达到78℃泵入过滤槽过滤，总体糖化时间可在2小时内完成 ◊ 双醪二次煮出糖化法双醪二次煮出糖化法：辅料的糊化、液化和麦芽的糖化分别在糊化锅和糖化锅中进行，然后将液化好的糊化醪与低温(35℃～37℃)酸休止后的麦芽醪并醪至蛋白质分解的最适温度45℃～55℃，分解结束后取部分糖化醪进行煮沸，之后泵回糖化锅并醪至糖化最适温度，在糖化完全后再取部分糖化醪进行煮沸，最后并醪至78℃终止糖化。
◊ 双醪一次煮出糖化法双醪一次煮出糖化法：根据麦芽溶解情况可在35℃～37℃低温投料浸渍，也可直接在45℃～55℃蛋白质分解区投料辅料的糊化、液化和麦芽的糖化分别在糊化锅和糖化锅中进行，然后将液化好的糊化醪与蛋白质分解结束后的麦芽醪并醪至糖化最适温度，在糖化完全后再取部分糖化醪进行煮沸，最后并醪至78℃终止糖化 共99页 第43页目录③③特殊糖化工艺特殊糖化工艺 ◊ 跳跃式糖化法跳跃式糖化法(高温糖化法)：采用溶解良好的麦芽，在35℃～37℃低温浓醪浸渍后，加入100℃的热水，使糖化醪直接在70℃～75℃的温度下进行糖化适用于酿造最终发酵度较低的啤酒如低醇或无醇啤酒◊ 追加热水升温糖化法追加热水升温糖化法：主要是利用冷却回收多余的热水，其热水温度可达80℃～85℃在60℃～63℃投料维持10分钟左右，然后加入80℃～85℃热水使糖化醪温升至70℃～75℃糖化，糖化完全后升温至78℃，此时加热水使之达到料水比1：4～1：5泵入过滤槽◊ 预糖化法预糖化法：采用大麦作辅料，在35℃～37℃低温下投料后将部分糖化醪升温至65℃，使β-葡聚糖的胶质游离出来，部分糖化保持在较低温度，保护β-葡聚糖酶的活性，并醪后在50℃下将麦胶物质分解。
此方法主要是在不使用酶情况下分解麦胶物质◊ 外加酶糖化法外加酶糖化法：又叫酶法糖化法，是减少麦芽用量，增加辅料，添加酶制剂制备廉价麦汁时所采用的方法一般常用的酶制剂有耐高温α-淀粉酶、β-葡聚糖酶、中性蛋白酶、糖化酶、普鲁兰酶等 共99页 第44页目录(3)(3)麦汁过滤麦汁过滤 糖化工序结束后，应在最短时间内，将糖化醪中溶出的物质与不溶性麦糟分开，以得到澄清麦汁以麦糟为滤层，利用过滤槽进行间歇操作方法提取麦芽汁再利用热水洗出过滤头号麦芽汁后残留于麦糟中的麦芽汁 共99页 第45页目录(4)(4)麦汁煮沸与添加酒花麦汁煮沸与添加酒花 煮沸目的和作用是：◊ 蒸发多余水分，使麦汁浓缩到规定的浓度；◊ 破坏全部酶的活性，以稳定可发酵性糖和糊精的比例，同时达到无菌的目的；◊ 浸出酒花中的有效成分，赋予麦汁独特的苦味和香味，提高麦汁的生物和非生物稳定性；◊ 析出某些受热变性以及与多酚物质结合而絮状沉淀的蛋白质，提高啤酒的非生物稳定性；◊ 煮沸时，水中钙离子和麦芽中的磷酸盐起反应，使麦芽汁的pH降低，有利于β-球蛋白的析出和成品啤酒pH值的降低，有利于啤酒的生物和非生物稳定性的提高；◊ 让具有不良气味的碳氢化合物，如香叶烯等随水蒸汽的挥发而逸出，提高麦汁质量。
是麦汁在煮沸时，每小时蒸发水分的百分率煮沸强度煮沸强度 共99页 第46页目录煮沸工艺要求煮沸工艺要求： 常压煮沸其时间为70～90分钟、煮沸强度8%～12%；内加压煮沸其温度为102～106℃、煮沸时间为60～70分钟、煮沸强度约为4%～6%；外加热煮沸其温度为102～110℃、煮沸时间可缩短20%～30% 酒花的添加酒花的添加： 酒花在麦汁煮沸时添加并同麦汁一起煮沸，使α-酸异构为异α-酸并赋予啤酒纯正的苦味酒花添加根据酒花香味采用二次、三次、四次添加法 香型、苦型酒花并用时，应先加苦型酒花，以得到较高的酒花利用率，后加香型酒花，以提高酒花香味 新陈酒花并用时应先加陈酒花，后加新酒花在煮沸前5～10min添加最后一批香型酒花或质量较好的酒花，然后除去酒花 共99页 第47页目录(5)(5)麦汁后处理麦汁后处理 麦汁煮沸定型后应尽快析出和分离麦汁中的热、冷凝固物，急速降温至工艺要求的发酵温度同时对麦汁进行充氧以促进酵母繁殖◊ 热凝固物热凝固物是麦汁煮沸过程中蛋白质变性和凝聚，以及和多酚物质不断氧化络合而成的聚合物热凝固物对啤酒酿造无任何价值，发酵中会使酵母细胞吸附。
麦汁中热凝固物可采用回旋沉淀槽法、离心分离法或过滤器等进行分离 ◊ 冷凝固物冷凝固物指在麦汁冷却过程中所凝聚析出的混浊物质极易附着在酵母细胞表面，会影响酵母与麦汁的充分接触冷凝固物分离方法目前有自然沉降法、浮选法◊ 冷却冷却:啤酒厂最常用麦汁冷却器是板式换热器冷却有一段冷却法和两段法冷却法，目前我国啤酒行业采用一段冷却法◊ 充氧充氧:在啤酒发酵过程中，前期是有氧呼吸，主要是酵母细胞的增值，后期则是厌氧的酒精发酵，故麦汁中适度的溶解氧有利于酵母的生长和繁殖麦汁充氧通常选用文丘里管 共99页 第48页目录l发酵生产工艺发酵生产工艺 啤酒发酵根据所用酵母不同可分为上面发酵和下面发酵两种类型啤酒发酵过程分前发酵(即主发酵)和后发酵两个阶段酵母繁殖和大部分可发酵性糖类的分解以及酵母代谢产物的形成，均在前发酵阶段完成，后发酵主要是产生一些风味物质，排除掉啤酒中的异味，并促进啤酒的陈熟1)(1)酵母菌种的选择酵母菌种的选择 酵母菌种的选择时一般应考虑酵母具有高发酵速度、凝聚力强、高发酵度、有效地除去双乙酰、产生啤酒好的口味和香味2)(2)接种量接种量 酵母接种量一般为0.6%～1.0%，实际用量应根据酵母新鲜度、稀释度、酵母使用代数、发酵温度、麦汁浓度以及添加方法等做适当调整。
共99页 第49页目录(3)(3)发酵工艺发酵工艺 啤酒发酵是麦芽汁经过冷却后，加入酵母菌，输送到发酵罐中，开始发酵近年来我国多数啤酒厂的发酵工艺可分为一罐法、两罐法◊ 一罐法：一罐法：一罐法就是整个发酵过程都在一个发酵罐中进行，一罐法操作可简化工艺、降低啤酒损失率、缩短发酵时间目前主要采用低温发酵和高温发酵两种工艺 低温发酵工艺是麦汁接种温度为6～8℃，主发酵温度控制为10℃ 高温发酵工艺是麦汁接种温度为9.5～10℃，控制满罐温度在10～11℃下进行酵母增殖，增殖36小时后升温至12℃进入主发酵◊ 两罐法：两罐法：两罐法是指主发酵和后发酵分别在主酵罐和后贮罐中进行 共99页 第50页目录l啤酒过滤和啤酒包装啤酒过滤和啤酒包装 经发酵成熟的啤酒，还有少量悬浮残余的酵母和蛋白质凝聚物等杂质存在酒液中，需要采取一定的方法将它们除去，保证啤酒在保质期内不出现外观的变化，从而保证啤酒外观质量的完美 目前国内常用的过滤方法有纸板精滤机、硅藻土过滤机和超滤等，超滤主要用于生产纯生啤酒 啤酒包装要注意：◊ 严格做到无菌操作，在包装过程中尽量避免啤酒与空气接触，防止啤酒因氧化造成的啤酒老化味和氧化混浊。
◊ 在包装过程中必须防止二氧化碳的逃逸，尽可能减少二氧化碳的损失，以保证啤酒的杀口力和泡沫性能 共99页 第51页目录10.2.410.2.4 啤酒生产中的新技术啤酒生产中的新技术l糖化过程控氧技术糖化过程控氧技术 糖化过程若糖化醪溶氧，易造成麦汁和啤酒色泽加深、口味粗糙、风味稳定性变差 目前所用技术有：安装麦水混合器；采用底部送醪的无氧糖化设施；使用变频搅拌装置，根据糖化锅、糊化锅的容积通过变频电动机调节搅拌器的转速来进行搅拌；麦汁集中经平衡罐或集中槽进入煮沸锅；采用氮气等惰性气体避氧糖化 共99页 第52页目录l麦汁一段冷却节能技术麦汁一段冷却节能技术 糖化麦汁的冷却过程中全部采用以水为冷却介质，通过氨蒸发器瞬时将水冷却至3～４℃，然后以此冰水冷却麦汁，一次将96～９8℃的热麦汁冷却到发酵温度7～８℃，而冷水本身温度升至78～80℃，可直接供糖化过滤洗麦糟使用 一段冷却的实际效果:降低能耗,降低煤耗,降低水耗,节省酒精,操作稳定 共99页 第53页目录l浓醪发酵稀释技术浓醪发酵稀释技术 浓醪发酵稀释技术:采用原麦汁浓度为16°BX左右高浓度麦汁进行发酵﹐然后再利用高浓稀释设备稀释成规定浓度成品啤酒的方法。
它可在不增加或少增加生产设备的条件下提高产量 稀释用水的质量要求是： 稀释水必须达到无菌；含氧量须低于0.1mg/L；水的碱度低；与待稀释啤酒的温度一致；必须与啤酒含有同样的CO2；接近于啤酒的pH值；水的其它微量成分符合饮用水要求 共99页 第54页目录l利用膜过滤和无菌包装技术生产纯生啤酒利用膜过滤和无菌包装技术生产纯生啤酒 利用高分子膜中的大量微孔结构，在两侧压力差的作用下，将细菌、尘埃、大分子物质等截留，从而使啤酒澄清、除菌，代替了传统的硅藻土、板框压滤和消毒，生产出“纯生啤酒” 采用基因工程将α－淀粉酶基因克隆至啤酒酵母中，可减少淀粉液化工序，直接糖化发酵；采用固定化啤酒酵母连续生产啤酒也在批量试产之中；啤酒生产的“清洁生产”(即在生产过程中注意回收利用、节能，以降低排放的总负荷)也是啤酒工业重要的发展趋势 共99页 第55页目录10.3 10.3 有机酸生产工艺技术有机酸生产工艺技术l柠檬酸简介柠檬酸简介 柠檬酸又名枸橼酸，学名2-羟基丙烷-1，2，3-三羧酸柠檬酸是无色透明或半透明晶体，或粒状、微粒状粉末，无臭，有强烈酸味，但令人愉快，稍有后涩味。
柠檬酸用途极其广泛，在食品工业广泛用作酸味剂、增溶剂、缓冲剂、抗氧化剂、除腥脱臭剂、金属螯合剂等在其他工业中，可作金属净化剂、去垢剂、分散剂、电镀缓冲剂和络合剂、胶粘剂，并可用于治理工业废气、废水、回收金属等在药物中可产生泡腾，使药物中活性配料迅速溶解并增强味觉能力10.3.1 10.3.1 柠檬酸生产工艺柠檬酸生产工艺 共99页 第56页目录l柠檬酸发酵机理及发酵方法柠檬酸发酵机理及发酵方法:依据微生物对不同原料的 不同，柠檬酸 也不同 代谢途径代谢途径发酵方法发酵方法 共99页 第57页目录l柠檬酸深层液态发酵工艺柠檬酸深层液态发酵工艺:(1)柠檬酸深层液态发酵工艺流程 共99页 第58页目录(2)(2)柠檬酸深层液态发酵工艺要点柠檬酸深层液态发酵工艺要点 发酵菌种：发酵菌种： 具有工业生产价值微生物有黑曲霉、棒曲霉、文氏曲霉等其中黑曲霉生产菌具有多种活力较强的酶系，可在薯干粉、玉米粉、可溶性淀粉、糖蜜、葡萄糖、麦芽糖、糊精、乳糖等多种培养基上生长、产酸，而且产量在微生物中最高 种子制备种子制备: : 黑曲霉种子制备一般要经过三级扩大培养。
分为麸曲生产和孢子生产，前者是用固体醅培养，后者是液体表面培养或固体表面培养来得到黑曲霉孢子发酵培养基的制备： 柠檬酸发酵菌种的黑曲霉糖化或液化能力不强，为了达到缩短发酵时间的目的，淀粉原料一般要经过糖化或液化处理，来加速菌种的生产速度 发酵：发酵： 培养温度在35℃左右时接种，通风搅拌培养4天，当酸度不再上升，残糖降到2g/L以下时，立即泵送到储罐中，及时进行提取 共99页 第59页目录(3)(3)柠檬酸提取工艺流程柠檬酸提取工艺流程 共99页 第60页目录(4)(4)柠檬酸提取工艺要点柠檬酸提取工艺要点: : 柠檬酸常用的提取工艺有钙盐法、萃取法、离子变换法和电渗析法等，其中钙盐法在我国使用较普遍◊ 发酵液经过加热(75～90℃)处理后，滤去菌体等残渣，在中和桶中加入CaCO3或石灰乳，使柠檬酸以钙盐形式沉淀下来，残糖水、杂酸等可溶性杂质通过过滤除去◊ 柠檬酸钙在酸解槽中加入硫酸酸解，使柠檬酸游离出来，同时形成硫酸钙(石膏渣)被滤除并成为副产品◊ 这时得到的粗柠檬酸溶液通过吸附脱色和离子交换树脂净化，除去色素和胶体杂质，以及无机杂质离子◊ 净化后的柠檬酸溶液通过真空浓缩后结晶、离心分离得到晶体，母液则重新净化后再浓缩、结晶。
◊ 最后柠檬酸晶体经干操和检验后包装出厂 共99页 第61页目录10.3.2 10.3.2 其他有机酸生产工艺其他有机酸生产工艺 除柠檬酸外，乳酸、衣康酸、苹果酸、醋酸、葡糖酸、酒石酸等有机酸也是重要的工业原料，在食品工业、化学工业、医药工业中发挥着重要的作用现代有机酸生产大多是发酵法 名名 称称生生产产菌菌用用 途途市市 场场 概概 况况乳酸德氏乳杆菌、米等医药、食品、饮料、日用化工、石油化工、皮革、卷烟工业等的重要原料可用来生产L-聚乳酸作可降解塑料的原料世界市场总需求量约为70万吨，但生产量只有30万吨，处于供不应求的状态，是迅速发展L-乳酸生产的最佳时期我国的乳酸及其衍生物的年产量在2万吨左右，其中总量的90%是DL乳酸及其衍生物而L-乳酸年需求量在5万吨左右，目前国内产量少，基本上靠进口苹果酸黄色短杆菌、黄曲 霉等 食品酸味剂、添加剂；药物、精细化工、化学工业的辅助剂等世界苹果酸总产量每年约为10万吨，其中L-苹果酸产量每年约为4万吨，而世界市场潜在需求量达到每年6万吨，可见市场发展空间之大。
日本是世界主要的L-苹果酸生产国与出口国醋酸醋酸杆菌、弱氧化醋杆菌等食品酸味剂、用作农药、医药和染料等工业溶剂的重要原料世界醋酸产量约为1000多万吨，我国醋酸的总生产能力约为240万吨，我国醋酸的总消费量约为210万吨，但生产中大部分依靠化学合成法生产 共99页 第62页目录l乳酸生产工艺乳酸生产工艺 乳酸发酵的工业生产菌株主要有细菌和米根霉 细菌乳酸发酵不能直接利用淀粉质原料，须将淀粉液化、糖化成可发酵性糖，才能被乳酸菌利用，通过同型或异型乳酸发酵、双歧发酵途径发酵产生乳酸 米根霉具有较为丰富的淀粉酶、糖化酶系，能直接利用淀粉质或糖质原料发酵生成L-乳酸 以薯干淀粉质原料产乳酸的设备流程图 设备流程图设备流程图设备流程图设备流程图 共99页 第63页目录l苹果酸生产工艺 苹果酸的生产方法有植物直接提取法、化学合成法、一步发酵法、二步发酵法、固定化细胞法等◊ 植物直接提取法生产成本较高，工业应用价值较低化学合成法投资大，只能合成DL-苹果酸◊ 一步发酵法:在糖质和营养盐的混合培养基接种后，在适当的发酵条件下产生L-苹果酸的方法在此方法中的重要工艺是在发酵过程中添加CaCO3，但目前国内菌种的发酵水平较低，发酵周期也较长，只有将产酸提高到10～12mg/L，发酵周期缩短到50～60天，才具有工业化生产的意义。
◊ 二步发酵法(转化发酵法):先用一种菌种利用糖质原料发酵产生富马酸(延胡索酸)，然后用另一种菌株继续发酵将富马酸转化为苹果酸的发酵方法发酵周期较长,局限性较大，和一步发酵法相比更难实现工业化生产◊ 固定化细胞生产法是目前生产L-苹果酸主要方法，是将化工产品富马酸转化为苹果酸，但国产富马酸质量不稳定，固定化细胞活力较低，提取工艺也欠成熟，所以此方法有待加强 共99页 第64页目录l醋酸生产工艺醋酸生产工艺 发酵法生产食醋的工艺主要有固态发酵法、固态发酵法、深层液体发酵法、深层液体发酵法、酶法液化通风回流法酶法液化通风回流法 共99页 第65页目录l衣康酸生产工艺衣康酸生产工艺 衣康酸，又称为甲叉琥珀酸、分解乌头酸，是白色粉末状晶体或无色晶体衣康酸发酵方法主要有表面发酵法和深层发酵法两种我国企业主要采用浓缩结晶法提取发酵液中衣康酸除此方法外还有离子交换法、溶剂萃取法、连续色谱分离法等 共99页 第66页目录l葡萄糖酸生产工艺葡萄糖酸生产工艺 葡萄糖酸可通过微生物氧化葡萄糖而得其发酵工艺有多种，根据所用的中和剂NaOH或CaCO3的不同，分为钠盐发酵和钙盐发酵法；根据菌种不同，可分为有真菌发酵和细菌发酵法，固定化细胞发酵法等。
黑黑曲曲霉霉深深层层液液体体发发酵酵法法的的工工艺艺流流程程 共99页 第67页目录10.4 10.4 抗生素生产工艺技术抗生素生产工艺技术◊ 1928年英国学者Fleming发现青霉素◊ 在1944年Waksman发现了来源于放线菌的第一个用于临床的抗生素—链霉素◊ 在1947年找到首批广谱抗生素—氯霉素、多黏菌素◊ 随后人们进入了抗生素发现的黄金时代，不断发现了如金霉素、新霉素、制霉菌素、土霉素、鱼素、红霉素、四环素、卡那霉素、庆大霉素等◊ 随着抗生素临床的不断使用，抗生素的毒副作用、耐药性、不能口服等缺点日渐明显，随后进入了对已有抗生素结构进行改造来获得疗效更高、毒副作用更小半合成类抗生素发展的时代 最常用的抗生素主要为β-内酰胺类、四环类、氨基糖苷类及大环内酯类 1949年前，中国没有抗生素工业，1953年建立第一个生产青霉素抗生素工厂，由此中国抗生素工业拉开了迅速发展的序幕 10.4.1 10.4.1 抗生素概述抗生素概述 共99页 第68页目录l抗生素的定义及命名抗生素的定义及命名 定义:由微生物、植物和动物在其生命活动过程中产生的，或用化学、生物化学的方法获得的一类在低微浓度下选择性地抑制或影响它种生物功能的有机产物。
抗生素命名的基本依据有以下三种规则： (1)凡是由动植物或微生物产生的抗生素，可根据动物学、植物学或菌属学的名称来命名例如：青霉素、链霉素、赤霉素、灰黄霉素、蒜素、黄连素、鱼素等 (2)根据抗生素的化学结构或性质来对其命名例如：四环素、氯四环素、氯霉素、环丝氨酸、重氮丝氨酸等 (3)继续采用一些有纪念意义或按抗生素生产菌的出土地方命名及习惯的俗名例如：创新霉素、正定霉素、庐山霉素、平阳霉素、井冈霉素、金霉素、土霉素等 共99页 第69页目录l抗生素剂量表示法抗生素剂量表示法: 抗生素是一种生理活性物质，抗生素的活性常用效价单位表示，效价单位是指每1ml或1mg产品中所含抗生素的有效成分的多少，它是衡量抗生素有效成分的尺度和衡量抗生素性能的标志 其表示方法一般可分两类:◊ 稀释单位稀释单位：将抗生素配成溶液，逐步进行稀释，以抑制某一标准菌株生长发育的最高稀释度(即最小剂量)作为效价单位稀释单位表示的效价单位常用u/mg或u/ml来表示◊ 重量单位重量单位：以抗生素有效成分的重量作为抗生素效价的重量单位抗生素的理论效价是指抗生素纯品的重量与效价单位的折算比率。
一些合成、半合成的抗生素多以其有效部分的一定重量(多为1μg)作为一个单位少数抗生素则以其某一特定的盐的1μg或一定重量作为一个单位 共99页 第70页目录l抗生素的分类及抗菌谱抗生素的分类及抗菌谱: (1)(1)抗生素的分类抗生素的分类 常见的分类依据有生物来源、作用对象、作用机制、生物合成途径、化学结构等由于抗生素的化学结构决定其理化性质、作用机制及疗效，则化学分类法应用较为普遍◊ β-β-内酰胺类抗生素内酰胺类抗生素：化学结构中包含一个四元的内酰胺环如青霉素、头孢菌素和一些新发现的抗生素如头孢哌酮、头孢匹罗、亚胺培南、米罗培南等◊ 氨基糖苷类抗生素氨基糖苷类抗生素：含有一个环己醇配基，以糖苷键与氨基糖连接的抗生素如链霉素、双氢链霉素、新霉素、卡那霉素、庆大霉素、小诺霉素、春日霉素和有效霉素等◊ 大环内酯类抗生素大环内酯类抗生素：含有一个大环内酯作配糖体，以苷键和1～3个分子的糖相连如红霉素、麦迪加霉素、柱晶白霉素等◊ 四环类抗生素四环类抗生素：有四并苯的母核，由于含有四个稠合的环也称为稠环类抗生素如四环素、土霉素、金霉素等◊ 多肽类抗生素多肽类抗生素：由氨基酸经肽键缩合而成的线状、环状或带侧链的环状多肽类化合物。
它们多由细菌，特别是产生孢子的杆菌产生如多粘菌素、杆菌肽、放线菌素等◊ 多烯类抗生素多烯类抗生素：不仅有大环内酯，而且内酯中有共轭双键如制霉菌素、曲古霉素、两性霉素B、球红霉素等◊ 环桥类抗生素环桥类抗生素：含有一个脂肪链桥，经酰胺键与平面的芳香基团的两个不相邻位置相联结的环桥式化合物如利福霉素、利福平等◊ 蒽环类抗生素蒽环类抗生素：有柔红霉素、阿霉素、正定霉素等◊ 苯烃基胺类抗生素苯烃基胺类抗生素：有氯霉素、甲砜氯霉素等◊ 其他抗生素其他抗生素：凡不属于上述九类者均归为其他类抗生素，如磷霉素、创新毒素等 共99页 第71页目录(2)(2)抗生素的抗菌谱抗生素的抗菌谱 定义:泛指一种或一类抗生素(或抗菌药物)所能抑制(或杀灭)微生物的类、属、种范围◊ 窄谱抗生素窄谱抗生素(抗菌谱覆盖面较窄)，如青霉素(只对革兰氏阳性细菌有较强的杀灭作用，而对革兰氏阴性菌则效果较差或根本无效),链霉素(主要对部分革兰阴性杆菌)◊ 广谱抗生素广谱抗生素(抗菌谱覆盖面较广)，如四环素类的(包括一些革兰氏阳性和阴性细菌，以及立克次体、支原体、衣原体等) 同类或作用相似的药物常具有相同或近似抗菌谱 抗菌谱反映了自然状态下微生物对药物的敏感性，不存在耐药性的干扰。
但实际上微生物是有耐药性 共99页 第72页目录l抗生素的应用抗生素的应用(1)(1)抗生素在医疗方面的应用抗生素在医疗方面的应用◊ 控制细菌、真菌感染性疾病如用青霉素控制肺炎、流行性脑膜炎、细菌性心内膜炎等◊ 抑制肿瘤生长丝裂霉素、放线菌素、平阳霉素、光辉霉素、正定霉素、阿霉素等，分别对肺癌、胃癌、恶性葡萄胎、鳞状上皮细胞癌、睾丸胚胎癌及各种类型急性白血病等有一定疗效◊ 调节人体生理功能◊ 器官移植免疫抑制环孢菌素可降低异体器官移植免疫抑制◊ 控制病毒性感染2)(2)农业上的应用农业上的应用◊ 用于植物保护，防止果蔬的病虫害按作用可分为抗真菌、抗细菌、杀虫除草等抗生素◊ 促进或抑制植物生长如除草剂及某些植物生长激素 共99页 第73页目录(3)(3)在畜牧业上的应用在畜牧业上的应用◊ 用于禽畜感染性疾病的控制已有十多种抗生素用于兽医临床，如青霉素、氯霉素等◊ 用作饲料添加剂，刺激禽畜生长理想抗生素类饲料添加剂要求在牲畜体内不吸收，且在肉、蛋、乳中没有积蓄残存4)(4)食品保藏中的应用食品保藏中的应用 用于鱼、肉、蔬菜、水果等食品保鲜或用作罐装食品的防腐剂如用10%金霉素溶液保藏鲜鱼，可延长保藏期1倍以上。
5)(5)在工业上的应用在工业上的应用◊ 用于工业制品的防腐剂、防止纺织品、塑料、精密仪器、化妆品、图书、艺术品等的发霉变质◊ 提高特定发酵产品的产量用于发酵过程的抑制杂菌的生长，可保证生产菌的正常发酵，提高产量 (6)(6)在科学研究中的应用在科学研究中的应用◊用于生物化学与分子生物学研究的重要工具◊用于建立药物筛选与评价模型 共99页 第74页目录10.4.2 10.4.2 抗生素生产工艺过程抗生素生产工艺过程l抗生素的生产工艺概况抗生素的生产工艺概况 利用抗生素生产菌在一定的培养基、pH、温度、通气搅拌条件下生长繁殖，并在代谢过程中产生次级代谢物抗生素然后从成熟发酵液中将抗生素分离、提取、精制，最后获得抗生素成品的过程主要通过下列过程来完成： 共99页 第75页目录l青霉素青霉素G G钾盐的生产工艺钾盐的生产工艺 对于不同的抗生素生产，其具体的发酵生产工艺及参数控制因生产菌株的不同而不同，提取精制工艺因产物特性的不同而不同1)青霉素青霉素G G的发酵生产工艺的发酵生产工艺 共99页 第76页目录◊ 菌种菌种：国内青霉素的生产菌产黄青霉按菌丝的形态可分为丝状菌和球状菌两种。
球状菌根据孢子颜色分为绿孢子球状菌和白孢子球状菌；丝状菌根据孢子颜色又分为黄孢子丝状菌及绿孢子丝状菌将孢子接入母瓶斜面活化培养后制成孢子悬液，再接入大米茄子瓶内，制成大米孢子生产时按10～15%接种量接入种子罐扩培,之后按30%的接种量移入发酵罐中 ◊ 培养基及其控制要求培养基及其控制要求：Ø碳源碳源：产黄青霉能利用多种碳源如乳糖、蔗糖、葡萄糖、淀粉、天然油脂等Ø氮源氮源：产黄青霉能利用玉米浆、黄豆饼粉、花生饼粉、麸质、玉米胚芽粉及尿素、硫酸铵等氮源Ø前体前体：青霉素G生物合成的前体有苯乙胺、苯乙酸、苯乙酰胺等Ø无机元素无机元素：硫、磷、钙、镁、钾、铁离子 共99页 第77页目录◊ 培养条件控制培养条件控制：Ø温度控制温度控制：青霉菌生长最适温度高于青霉素分泌的最适温度发酵罐的温度要求分期变温培养26℃-24℃-23℃-22℃，前期温度高于后期ØpHpH值控制值控制：产物分泌期要求pH维持在6.2～6.4范围内Ø通气和搅拌通气和搅拌：产黄青霉发酵产青霉素G是耗氧过程，所以在深层培养过程中需通入一定量的空气，并不停地搅拌以保证溶氧浓度Ø消泡剂的添加消泡剂的添加：通常将天然消泡剂如豆油等与化学消泡剂如“泡敌”搭配使用。
Ø染菌及异常情况处理染菌及异常情况处理：若发酵前期染菌或种子带菌，重新消毒发酵发酵中、后期若染产气细菌则应及时放罐提取 共99页 第78页目录l(2)青霉素G钾盐的提取生产工艺及过程 早期曾用活性炭吸附法从发酵液中分离、提取青霉素G，目前多采用溶媒萃取法，此外也试验过沉淀法或离子交换法，但后两种方法都未用于生产 共99页 第79页目录 提取工艺要点： 根据青霉素G不稳定的性质，整个提取过程应在低温、快速、严格控制pH的条件下进行，以尽量避免或减少青霉素G较价的破坏损失 ◊ 发酵液预处理发酵液预处理：发酵液放罐后，首先要冷却到10℃以下，之后需预处理青霉素菌丝较粗，一般过滤较容易目前采用鼓式过滤或板框过滤◊ 分离、提取分离、提取：生产上常用的提取方法有吸附法，溶剂萃取法，离子交换法和沉淀法等利用青霉素游离酸易溶于有机溶剂，青霉素盐易溶于水的这一特性，选择有机溶剂萃取法◊ 精制精制：青霉素G钾盐的精制过程包括脱色、脱水、结晶、分离及洗涤等过程 共99页 第80页目录l抗生素生产工艺研究新进展抗生素生产工艺研究新进展◊ 筛选新型或高产抗生素生产菌筛选新型或高产抗生素生产菌:现在经典的诱变及筛选技术已经正逐渐地被更合理的定向选育方法取代，定向选育方法再结合原生质体融合、重组DNA、突变生物合成等技术不断提高产生菌的生产能力。
◊ 发酵工艺及设备的研究进展发酵工艺及设备的研究进展:不断地寻找抗生素生产菌的最适培养基组成和条件，对发酵罐结构及其比拟放大的研究，来提高了发酵效率 ◊ 提取工艺及设备的研究进展提取工艺及设备的研究进展:随着设备的不断改进，不断引入新的工艺技术来提高产量和质量 ◊ 综合利用综合利用：积极探索对利用菌丝废渣和废液更有价值的综合利用途径 共99页 第81页目录10.510.5生物质能源利用生物质能源利用 由于石油、煤炭等化石能源的不可再生，为了维持各国经济的可持续发展，许多国家正大力发展能源的可替代产品，生物质能源的应用和推广正是现阶段解决能源替代问题的最佳手段 生物质能源是以生物质为载体的能量，即把太阳能以化学能形式固定在生物质中的一种能量形式生物质能源包括燃料乙醇、生物柴油、生物质发电以及沼气等生物质能源是一类可再生能源 10.5.110.5.1生物质能源概述生物质能源概述 共99页 第82页目录l生物质能源的分类及能源地位生物质能源的分类及能源地位 在能源分类中将生物质能源与太阳能、风能、潮汐能等一样划分为新能源 生物质能源的利用在全球能源消费中仍然占有相当的份额，约为15%，仅次于煤炭、石油和天然气，据世界能源消费总量的第四位。
在发展中国家，生物质能源的消费量约占40%左右，在发达国家生物质能源也具有举足轻重的地位在我国,生物质能源的利用对我国社会主义新农村建设更具有特殊意义 共99页 第83页目录l生物质能源的利用技术生物质能源的利用技术 生物质能源的利用技术包括直接燃烧技术、生物质气化技术、生物转化技术以及生物柴油生产技术◊ 直接燃烧直接燃烧是生物质燃料如秸秆和薪柴等直接进行燃烧，也可以是这些材料经压缩成型、炭化后进行直接燃烧 ◊ 生物质气化生物质气化是生物质热化学转化的一种技术，是在不完全燃烧条件下，将生物质原料加热，使较高分子量的有机碳氢化合物链裂解，形成小分子的CO、H2、CH4等可燃性气体◊ 生物转化技术生物转化技术是利用微生物和藻类将生活废弃物、淀粉原料、含碳水化合物的工农业产品价格废弃物等转化成甲烷(沼气)、燃料乙醇、氢气等燃料气体◊ 生物柴油生物柴油是以油菜籽和大豆等油料作物、油棕和黄连木等油料林木果实、产油脂微生物、工程微藻、以及动物油脂、废餐饮油等为原料制成的液体燃料，是优质的石化柴油替代品 共99页 第84页目录l国内外生物质能源的开发利用现状国内外生物质能源的开发利用现状 发展生物质能源已成为各国提高能源安全、减排温室气体、应对气候变化的重要措施。
许多国家都制定了相应的开发研究计划，如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、巴西的酒精能源计划等 虽然我国已实现以粮食为原料的燃料乙醇产业化生产，但受粮食产量制约,今后我国发展燃料乙醇重点应放在粮食之外的各种经济作物为原料上 生物柴油的原料来源既可以是各种废弃或回收的动植物油，也可以是含油量高的油料植物，如油菜籽、麻疯树、黄连木等油菜作为优势能源作物具有种植范围广，与柴油分子相近等较多优点，用于发展生物柴油大有潜力麻疯树是最佳木本生物柴油提取原料，有较高综合价值 共99页 第85页目录10.5.210.5.2燃料乙醇燃料乙醇 乙醇掺入汽油两个主要的作用乙醇掺入汽油两个主要的作用：◊ 一是可以取代污染物四乙基铅来防止汽车发生爆震；◊ 二是乙醇含氧量高，可促进燃料充分燃烧，减少一氧化碳、引发光雾生成的挥发性有机化合物及多种毒物的排放 燃料乙醇生产的分类燃料乙醇生产的分类:◊ 糖类原料糖类原料生产乙醇 :用含糖量高的农作物如糖蜜作为原料通过发酵等加工过程生产乙醇◊ 谷物淀粉类原料谷物淀粉类原料生产乙醇 :用谷物淀粉类如玉米、甘薯、小麦等为原料生产乙醇由于受粮食安全的影响，各国不鼓励用谷物淀粉类原料生产燃料乙醇。
◊ 纤维素类原料纤维素类原料生产乙醇 :用纤维素类如木材、草、玉米芯、秸秆、果渣等作为原料生产乙醇，其关键技术是原料纤维素的预处理和高效的发酵工艺纤维素原料预处理目前主要有化学法和酶法化学法一般是酸水解纤维素生成糖类酶法水解的关键是纤维素酶，纤维素酶类的水解效率和酶成本是酶法水解纤维素的主要难题 共99页 第86页目录10.5.310.5.3生物柴油生物柴油 生物柴油有环境友好，可再生性，不需改动发动机，较好的安全性能，较好的燃烧性能等优点 ◊ 化学法生产化学法生产:用动植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇经碱性催化剂或酸性催化剂催化转酯化生成脂肪酸甲酯或乙酯但主要问题是：工艺复杂，醇必须过量，其后的醇回收装置能耗高，产品色泽深，脂肪中不饱和脂肪酸在高温下容易变质，酯化产物难于回收，生产过程有废酸碱液排放等◊ 生物酶法生产生物酶法生产:动植物油脂和甲醇或乙醇等低碳醇经脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯或乙酯但主要问题是：转化率低，甲醇或乙醇等短链醇对酶有一定毒性，副产物甘油难于回收 共99页 第87页目录10.610.6废水处理废水处理 定义:采用各种技术措施将废水中所含各种形态污染物分离出来或将其分解、转化为无害和稳定物质，使废水得到净化。
10.6.110.6.1概述概述 现代废水处理技术按其作用原理和去除对象可分为:◊ 物理法物理法就是利用物理作用如重力分离、气浮、反渗透、离心分离、蒸发等分离废水中呈悬浮状态的污染物质◊ 化学法化学法是利用化学反应作用如混凝、中和、氧化还原、吸附、电渗析、汽提、萃取等来分离、转化、破坏或回收废水中的污染物，并使其转化为无害物质◊ 生物法生物法是利用水中的微生物的新陈代谢功能，使废水中有机物被降解，并转化成为无害的物质，废水得以净化属于生物法处理工艺的有活性污泥法、生物膜法、自然生物处理法和厌氧生物处理法等 共99页 第88页目录10.6.210.6.2活性污泥法活性污泥法l好氧活性污泥中的微生物群落好氧活性污泥中的微生物群落(1)(1)好氧活性污泥好氧活性污泥( (绒粒绒粒) )的组成和性质的组成和性质 组成:多种多样的好氧微生物,兼性厌氧微生物(兼有少量的厌氧微生物),污(废)水中有机的和无机固体物 绒粒性质:大小为0.02～0.2mm，比表面积为20～100cm2/mL之间它具有生物活性，有吸附、氧化有机物的能力，有自我繁殖的能力 共99页 第89页目录(2)(2)好氧活性污泥中的微生物群落好氧活性污泥中的微生物群落 由最适宜增殖的絮凝细菌(菌胶团 )为中心 ，与多种多样的其他微生物集居所组成的一个生态系。
活性污泥(绒粒)的主体细菌(优势菌)来源于土壤、水和空气，能迅速稳定废水中有机污染物，有良好的自我凝聚力和沉降性能 好氧活性污泥中微生物的浓度常用1L活性污泥混合液中含有多少毫克恒重的干固体即MLSS(混合液悬浮固体)表示 微生物微生物微生物微生物动胶团属 (Zoogloea)(优势菌)短杆菌属 (Brevibacterium)丛毛单胞菌属 (Comamonas)(优势菌)固氮菌属 (Azotobacter)产碱杆菌属 (Alcaligenes)(较多)浮游球衣属(Sphaerotilus natans)(少量)微球菌属 (Micrococcus)(较多)微丝菌属 (Mixrothrix)(少量)棒状杆菌属 (Corynebacterium)大肠埃希氏菌 (Escherichia coli)黄杆菌属 (Flavobacterium)产气杆菌属 (Aerobacter)无色杆菌属 (Achromobacter)诺卡氏菌属 (Nocardia)芽孢杆菌属 (Bcillus)节杆菌属 (Arthrobacter)假单胞菌属 (Pseudomonas)(较多)螺菌属 (Spirillum)亚硝化单胞菌属 (Nitrosomonas)酵母菌 (Yeast) 共99页 第90页目录l好氧活性污泥净化废水的作用机理好氧活性污泥净化废水的作用机理 好氧活性污泥是由有生命的微生物组成，能自我繁殖，有生物“活性”，能吸收和分解水中溶解性污染物，可以连续反复使用，而化学混凝剂只能一次使用，故活性污泥比化学混凝剂优越。
好氧活性污泥的净化作用机理: 好氧活性污泥绒粒吸附和生物降解有机物的过程： 第1步:在有氧的条件下，活性污泥绒粒中的絮凝性微生物吸附废水中的有机物； 第2步:活性污泥绒粒中的水解性细菌水解大分子有机物为小分子有机物，溶解性有机物在细菌体内氧化分解，其中间代谢产物被另一群细菌吸收，进而无机化 第3步:其他的微生物吸收或吞食未分解彻底的有机物 共99页 第91页目录菌胶团的作用菌胶团的作用：◊ 有很强的生物吸附能力和氧化分解有机物的能力一旦菌胶团受到各种因素的影响和破坏，则对有机物去除率明显下降，甚至无去除能力◊ 菌胶团对有机物的吸附和分解，为原生动物和微型后生动物提供了良好的生存环境，例如去除毒物、提供食料、溶解氧升高◊ 为原生动物、微型后生动物提供附着场所 ◊ 具有指示作用通过菌胶团的颜色、透明度、数量、颗粒大小及结构的松紧程度可衡量好氧活性污泥的性能原生动物及微型后生动物的作用原生动物及微型后生动物的作用：◊指示作用指示作用：根据原生动物和微型后生动物的演替，根据它们的活动规律判断水质和污(废)水处理程度，判断活性污泥培养成熟程度根据原生动物种类判断活性污泥和处理水质的好与坏。
还可根据原生动物遇恶劣环境改变个体形态及其变化过程判断进水水质变化和运行中出现的问题◊净化作用净化作用：1ml正常好氧活性污泥的混合液中有5000～20000个原生动物，大多数原生动物是动物性营养，它们吞食有机颗粒和游离细菌及其他微小的生物，对净化水质起积极作用◊促进絮凝和沉淀作用促进絮凝和沉淀作用：污、废水生物处理中主要靠细菌起净化作用和絮凝作用原生动物分泌一定的粘液协同和促使细菌发生絮凝作用 共99页 第92页目录10.6.310.6.3好氧生物膜法好氧生物膜法 好氧生物膜法构筑物有普通滤池、高负荷生物滤池、塔式生物滤池，还有生物转盘、接触氧化法(即浸没滤池法)等l好氧生物膜中的微生物群落好氧生物膜中的微生物群落(1)(1)好氧生物膜好氧生物膜 定义:由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物粘附在生物滤池滤料上或粘附在生物转盘盘片上的一层带粘性、薄膜状的微生物混合群体 生物膜附着在滤料上不动，废水自上而下淋洒在生物膜上滤池内不同高度不同层次的生物膜所得到的营养不同，致使不同高度的微生物种群和数量不同若把生物滤池分上、中、下三层，则上层生长的全是细菌，有少数鞭毛虫。
中层微生物的种类比上层稍多下层微生物种类更多 l好氧生物膜中的微生物群落好氧生物膜中的微生物群落(2)(2)好氧生物膜中的微生物群落及其功能好氧生物膜中的微生物群落及其功能 普通滤池内生物膜的微生物群落有：生物膜生物、生物膜面生物及滤池扫除生物◊ 生物膜生物是以菌胶团为主要组分，辅以浮游球衣菌、藻类等它们起净化和稳定污、废水水质的功能◊ 生物膜面生物是固着型纤毛虫及游泳型纤毛虫，它们起促进滤池净化速度，提高滤池整体的处理效率的功能◊ 滤池扫除生物有轮虫、线虫、寡毛类的沙蚕等，它们起去除滤池内的污泥、防止污泥积聚和堵塞的功能 共99页 第93页目录l好氧生物膜的净化作用机理好氧生物膜的净化作用机理 生物膜在滤池中是分层的，上层生物膜中的生物膜生物和生物膜面生物吸附废水中的高分子有机物，将其水解为小分子有机物 上一层生物膜的代谢产物流向下层，被下一层生物膜生物吸收，进一步被氧化分解为CO2和H2O 老化的生物膜和游离细菌被滤池扫除生物吞食 共99页 第94页目录l好氧生物膜的培养好氧生物膜的培养 好氧生物膜的培养有自然挂膜法、活性污泥挂膜法和优势菌挂膜法◊ 自然挂膜法自然挂膜法：废水中的自然菌种和空气微生物附着在滤料上，以废水中的有机物为营养，生长繁殖。
滤料上的微生物量由少变多，逐渐形成一层带粘性的微生物薄膜，即生物膜◊ 活性污泥挂膜法活性污泥挂膜法：将污(废)水和活性污泥混合，用泵慢速将混合液打入滤池内，循环3～7天，之后改为慢速连续培养，生长繁殖滤料上的微生物量由少变多，逐渐形成一层带粘性的微生物薄膜，即生物膜◊ 优势菌挂膜法优势菌挂膜法：废水和优势菌(自然筛选，遗传育种，基因工程)充分混合，用泵慢流速将菌液打生物滤池内，循环运行3～7天，使优势菌粘附于滤料上，然后以慢流速连续进水，滤池内自上而下形成正常的分层微生物相，即优势菌挂膜法 共99页 第95页目录10.6.410.6.4厌氧消化厌氧消化——甲烷发酵甲烷发酵 甲烷发酵:将垃圾、粪便、污水、工业废水及生物处理的剩余污泥等，放在发酵罐(消化池)内进行厌氧发酵，从中取得可燃性气体甲烷 厌氧发酵的消化池分类：◊ 按级数分为单级低效消化池、单级高效消化池、两级消化池◊ 按反应器的工艺分为UASB(上流式厌氧污泥床)、UBF(上流式污泥床滤池)和ABR(厌氧折流板反应器)等 甲烷发酵微生物群落由分解蛋白质、脂肪、淀粉、纤维素等的专性厌氧菌和兼性厌氧菌及专性厌氧的产甲烷菌等组成。
共99页 第96页目录l甲烷发酵理论与机制甲烷发酵理论与机制布赖恩特的四阶段发酵理论：◊ 水解和发酵性细菌群将复杂有机物如纤维素、淀粉等水解为单糖后，再酵解为丙酮酸；将蛋白质水解为氨基酸，脱氨基成有机酸和氨；脂类水解为各种低级脂肪酸和醇◊ 产氢和产乙酸细菌群把第一阶段的产物进一步分解为乙酸和氢气◊ 在两组生理不同的专性厌氧的产甲烷菌群中，一组是将氢气和二氧化碳合成甲烷或一氧化碳和氢气合成甲烷；另一组是将乙酸脱羧生成甲烷和二氧化碳，或利用甲酸、甲醇、及甲基胺裂解为甲烷◊ 同型产乙酸阶段，是同型产乙酸细菌将氢气和二氧化碳转化为乙酸的过程 共99页 第97页目录l厌氧活性污泥的培养厌氧活性污泥的培养(1)(1)厌氧活性污泥的菌种来源厌氧活性污泥的菌种来源 牛、羊、猪、鸡等禽畜粪便含有丰富的水解性细菌和产甲烷菌；城市生活污水处理厂的浓缩污泥；同类水质处理厂的厌氧活性污泥2)(2)厌氧活性污泥的驯化与培养厌氧活性污泥的驯化与培养 来自不同水质的厌氧活性污泥要先经驯化后培养，尤其是处理工业废水更是如此来自同类废水的厌氧活性污泥要复壮和培养,不需驯化阶段3)(3)厌氧活性污泥的组成和性质厌氧活性污泥的组成和性质 厌氧活性污泥中的微生物的组成：将大分子水解为小分子的水解细菌；将小分子的单糖、氨基酸等发酵为氢和乙酸的发酵细菌；氢营养型和乙酸营养型的古菌；利用H2和CO2合成CH4的古菌；厌氧的原生动物。
厌氧活性污泥是由兼性厌氧菌、专性厌氧菌与废水中的有机杂质交织在一起形成的颗粒污泥厌氧活性污泥呈灰色至黑色，有生物吸附作用、生物降解作用和絮凝作用，有一定的沉降性能 共99页 第98页目录10.6.510.6.5光合细菌处理高浓度有机废水光合细菌处理高浓度有机废水 有机光合细菌只能利用脂肪酸等低分子化合物 在有机光合细菌处理废水之前，要用水解性细菌将碳水化合物、脂肪和蛋白质水解为脂肪酸、氨基酸、氨等物质 共99页 第99页目录本章小结白酒生产工艺技术啤酒生产工艺有机酸生产工艺技术抗生素生产工艺技术生物质能源利用废水处理 。