第六部分 发酵、酿造工艺实验
第一篇 发酵工程设备
发酵工程设备实验项目及其各专业必修、选修表
实验序号实验项目 实验学时实验类型实验类别面 向 专 业 （以下打“√”为必修，“＊”为选修，数字为开课学期） 生 科 生 技 生 工 食 品 小型生物反应器的安1 装与拆卸 小型连续培养实验装2 置的设计组建 体积溶氧传递系数的3 测定 摇床培养确定酵母菌4 体培养条件 反应器培养液的灭菌5 与接种培养 pH电极、溶氧电极的6 校正 7 生物制品的冷冻干燥 3M3 机械搅拌通风发酵 2 3 3 8 8 2 6 4 验证 综合 综合 综合 综合 验证 综合 √(6） √(5） √(6） √(5） √(6） √(5） √(6） √(5） √(7） √(7） √(7） 8 罐结构的认识 验证 √(7） 9
1M3 中试发酵设备的操12 综合 1
√(7）
实验序号实验项目 实验学时实验类型实验类别面 向 专 业 （以下打“√”为必修，“＊”为选修，数字为开课学期） 生 科 生 技 生 工 食 品 10 批培养试验 作方法 面包酵母流加培养与分 24 综合 √(7） 学 时 合 计 72 72 16
第二篇 酿造工艺学实验
酿造工艺学实验项目及其各专业必修、选修表
实验序号实验项目 实验学时实验类型实验类别 面 向 专 业 （以下打“√”为必修，“＊”为选修，数字为开课学期） 生 科 生 技 生 工 食 品 1 葡萄酒酿造过程 葡萄酒结束理化指标2 的测定 3 4 5 葡萄酒感官品评 乳酸发酵工艺 醋酸发酵工艺 24/14 8/0 4/2 10/8 10/8 综合 综合 综合 综合 综合 √(6） √(4） √(6） √(4） √(6） √(6） √(6） √(4） √(4） √(4） 学 时 合 计 56/32 56 32
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第一篇 发酵工程设备
实验一 小型生物反应器的安装与拆卸
机械搅拌式生物反应器，又称发酵罐，是生物工程设备的重要组成部分，在微生物工程、酶工程、细胞工程（细胞培养）、基因工程（基因工程菌）等科学研究领域，生物反应器均为生物技术转化为产品必要的设备。由于小型生物反应器进料、出料、清洗、电极校正等过程都不同于大型发酵罐，需要拆卸之后进行，因此熟悉生物反应器结构及安装与拆卸操作是正确使用反应器的前提。
一、实验目的 掌握生物反应器安装和拆卸的操作规程，认识和了解生物反应器的结构与功能。 二、基本原理
生物反应器装置分两大部分：1.罐体及内部的各传感器、检测电极；2.罐外检测控制装置，蒸汽及无菌空气系统。
反应器罐体具有可卸上盖，与罐体是通过橡皮垫圈和螺栓密封。盖上设有接种口、空气进口、尾气出口、各种检测仪表的插孔、温度传感器及溶氧电极和pH电极插口、消泡剂和酸碱液注入口、取样口、备用口、压力表、安全阀等；罐底部设有夹套层，用以热交换，罐内有搅拌桨叶、档板、空气分布器；
罐外：连接各种传感器及电极相应的控制器，可以自动地调控试验所需的培养条件；连接无菌空气系统，并配备一台自动调控装置；连接蒸汽发生器，供灭菌使用。 三、实验装置
3 L 园柱形机械搅拌式生物反应器
尾气
图1 机械通风式搅拌生物反应器
四、实验步骤
1. 首先断开所有电源。
2. 卸下可移动的所有检测电极和探头。
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3. 拧下螺栓，打开上盖，检查培养罐内部是否清洗干净。
4. 插入校正完毕的pH电极和氧电极于罐侧面相关位置，并与放大器连接。
5. 加入配置好的培养液，加盖（由于盖上的零件较多，必须对准位置后再盖上去），并对称拧紧螺母，直至上盖被密封固定。
6. 将事先清洗干净并开启的尾气过滤器装于盖上，安装安全阀、泡沫传感器、观察灯、压力计、取样管，以及灭过菌的无菌空气过滤器进气管等，剩余的孔洞须用硅胶塞和瞎塞拧紧备用。 7. 检查检测系统的连接，调试密闭。
8. 作出3 L机械通风搅拌式生物反应器的结构示意图，注明各装置名称。 9. 标注检测系统的连接。
五、思考题 1.小型生物反应器的安装和拆卸应该注意那些问题？2. pH电极、溶氧电极如何校正？
实验二 小型连续培养实验装置的设计组建
连续培养是在培养器中不断补充新鲜营养物质，并及时不断地以同样速度排出培养物，理论上对数生长期可无限延长。不同于分批培养发酵周期受培养基消耗殆尽的影响，连续培养使微生物在特定的环境中持续保持旺盛生长状态，随着培养基不断加入，产物不断生成排出，减少了非发酵时间，可提高发酵工业的生产效益和自动化水平。常用的连续培养方法有恒浊法与恒化法两类，恒化连续培养在研究微生物利用某种底物进行代谢的规律方面被广泛采用。本实验设计组建实验室恒化法培养装置，有助于对恒化法连续培养及装置特性加深理解。
一、实验目的 设计组建小型微生物连续发酵装置，掌握连续发酵的操作原理和方法。
二、实验原理 恒化法是通过控制培养基中营养物主要是生长限制因子的浓度来调控微生物生长繁殖与代谢速度的连续培养方式。由于培养基质加入流量与产物流出的流量保持恒定，随着培养时间的推移，培养器中各物质浓度不随时间改变，称为恒化法，设计恒化器培养装置除满足液体深层培养所必须的条件外，着重在于满足上述条件。
三、实验仪器与材料 三角瓶、玻璃槽、玻璃管、棉花、蠕动泵、橡胶管、磁力搅拌器、温度计、酒精喷灯 四、实验步骤
1. 用实验室仪器设计一套恒化法连续培养装置（厌氧培养），并组建安装。 2. 画出你所组建的简单连续培养装置示意图并注明各装置的作用。 3. 设计出求算单级连续培养比生长速率的实验步骤及求算μ的过程。
五、思考题 1.在你组建的装置中如何实现培养器中基质浓度的恒定？如何保证培养过程无污染？2.连续发酵培养在工业生产与科研上的意义？
实验三 体积溶氧传递系数的测定
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单位体积发酵液氧传递系数kLa可称为“通气效率”，不同类型的发酵罐由于供氧装置的不同其体积溶氧传递系数不同，kLa大意味着反应器供给单位发酵液的氧的能力强。通过kLa的测定，可了解发酵过程中氧的传递效果的好坏，对提高氧的利用率和增产节能都有着重要意义。 一、 实验目的 学习运用亚硫酸盐法测定小型生物反应器的kLa值。
二、 基本原理 用Cu2+ 为催化剂，溶解在水中的氧能立即将水中的SO32-氧化成为SO42-，其氧化反应的速度在很大范围内与SO32-的浓度几乎无关。因此氧化速率是控制氧化反应的因素。其反应式如下：
2Na2SO3+ O2 2Na2SO4 剩余的Na2SO3与过量的碘作用
Na2SO3+I2+H2O Na2SO4+2HI 剩余的I2用标定的Na2S2O3溶液滴定。 标准Na2S2O3溶液的用量取决于溶解氧的量。
每1 ml溶氧可氧化2 mol Na2SO3，也就消耗掉4 mol Na2S2O3。因此每消耗1 mol Na2S2O3（与对比样的体积差）必有1/4 mol溶氧在通氧过程中参与反应。
则：溶氧当量NV?Nv=KLa（c*-c） KLa= Nv/0.21
三、 实验仪器与材料 3 L生物反应器、250 ml三角瓶、25 ml移液管、滴定台、滴定管、Na2SO3 、CuSO4、碘溶液、Na2S2O3 四、实验方法与步骤
1. 称取12.6 g Na2SO3和0.072 g CuSO4。按实验一方法打开发酵罐，将1 L自来水加入到发酵罐中，开始搅拌，依次加入Na2SO3晶体和CuSO4，搅拌使完全溶解。取样10 ml，作为未通气的对照组，注入预先准备好的过量的碘溶液中。
2. 安装好发酵罐，检查使密闭。开阀通气，打开搅拌器到常用转速。气阀开启迅速调至预定空气流量。当罐内溶液中有气泡冒出时，开始计时，作为通氧时间的开始。
3 .氧化时间持续10-20 min，到预定时间停止通气和搅拌，准确记录通氧时间。
4. 取样10 ml作为样液，注入预先准备好的过量的与对照组所注入的相同量的碘溶液中。
5. 在对照组与样液中分别加入淀粉溶液3滴作为指示剂，分别用标定的Na2S2O3溶液滴定，至碘溶液中蓝色消失。
6. 分别记录对照组与样液滴定所消耗Na2S2O3溶液的量。 五、实验结果
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?V?N?60mol/(L?h)
m?t?4