生物工程設(shè)備

1、生物工程設(shè)備1四、液體培養(yǎng)基的滅菌教學(xué)要求：掌握培養(yǎng)基和設(shè)備滅菌的意義和方法。分批滅菌和連續(xù)滅菌的優(yōu)缺點(diǎn)比較。培養(yǎng)基滅菌的工程設(shè)計、培養(yǎng)基與設(shè)備、管道滅菌條件。重點(diǎn)：要求深刻理解與熟練掌握的重點(diǎn)內(nèi)容有：1、常用的各種滅菌方法及在發(fā)酵工業(yè)中的選用。2、培養(yǎng)基滅菌原理，分批滅菌和連續(xù)滅菌的概念。難點(diǎn)：1、培養(yǎng)基滅菌方法的選用。2、培養(yǎng)基滅菌的理論基礎(chǔ)。2本節(jié)講述的內(nèi)容第一 培養(yǎng)基滅菌的目的、要求 和方法第二 濕熱滅菌的理論基礎(chǔ) 第三 培養(yǎng)基滅菌的工程設(shè)計 3第一 培養(yǎng)基滅菌的目的、要求和方法一、定義 1，培養(yǎng)基滅菌的定義是指從培養(yǎng)基中殺滅有生活能力的細(xì)菌營養(yǎng)體及其孢子，或從中將其除去。工業(yè)規(guī)模的液

2、體培養(yǎng)基滅菌，殺滅雜菌比除去雜菌更為常用。42，滅菌與消毒的區(qū)別滅菌：用物理或化學(xué)方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物，包括營養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)菌芽孢和孢子消毒：用物理或化學(xué)方法殺死物料、容器、器皿內(nèi)外的病源微生物。5二、培養(yǎng)基滅菌的目的 1，在發(fā)酵過程中夾雜其它雜菌造成的后果：生產(chǎn)菌和雜菌同時生長，生產(chǎn)菌喪失生產(chǎn)能力；在連續(xù)發(fā)酵過程中，雜菌的生長速度有時會比生產(chǎn)菌生長得更快，結(jié)果使發(fā)酵罐中以雜菌為主；雜菌及其產(chǎn)生的物質(zhì)，使提取精制發(fā)生困難雜菌會降解目的產(chǎn)物；雜菌會污染最終產(chǎn)品，雜菌會污染最終產(chǎn)品；發(fā)酵時如污染噬菌體，可使生產(chǎn)菌發(fā)生溶菌現(xiàn)象。62，工業(yè)上具體措施包括： 1）使用的培養(yǎng)基和設(shè)備須經(jīng)滅菌； 2）

3、好氧培養(yǎng)中使用的空氣應(yīng)經(jīng)除菌處理； 3）設(shè)備應(yīng)嚴(yán)密，發(fā)酵罐維持正壓環(huán)境； 4）培養(yǎng)過程中加入的物料應(yīng)經(jīng)過滅菌； 5）使用無污染的純粹種子。73，培養(yǎng)基滅菌的目的殺滅培養(yǎng)基中的微生物，為后續(xù)發(fā)酵過程創(chuàng)造無菌的條件。84，培養(yǎng)基滅菌的要求達(dá)到要求的無菌程度（10-3）盡量減少營養(yǎng)成分的破壞，在滅菌過程中，培養(yǎng)基組分的破壞，是由兩個基本類型的反應(yīng)引起的：培養(yǎng)基中不同營養(yǎng)成分間的相互作用；對熱不穩(wěn)定的組分如氨基酸和維生素等的分解。95，滅菌的方法化學(xué)法化學(xué)藥品滅菌法物理法干熱滅菌法濕熱滅菌法射線滅菌法106，濕熱滅菌的原理每一種微生物都有一定的最適生長溫度范圍。當(dāng)微生物處于最低溫度以下時，代謝作用幾乎

4、停止而處于休眠狀態(tài)。當(dāng)溫度超過最高限度時，微生物細(xì)胞中的原生質(zhì)膠體和酶起了不可逆的凝固變性，使微生物在很短時間內(nèi)死亡，加熱滅菌即是根據(jù)微生物這一特性而進(jìn)行的。117，濕熱滅菌的優(yōu)點(diǎn)蒸汽來源容易，操作費(fèi)用低，本身無毒；蒸汽有強(qiáng)的穿透力，滅菌易于徹底；蒸汽有很大的潛熱；操作方便，易管理。12第二 濕熱滅菌的理論基礎(chǔ)一，培養(yǎng)基濕熱滅菌需解決的工程問題將培養(yǎng)基中的雜菌總數(shù)N0殺滅到可以接受的總數(shù)N（10-3），需要多高的溫度、多長的時間為合理。滅菌溫度和時間的確定取決于：雜菌孢子的熱死滅動力學(xué)反應(yīng)器的形式和操作方式培養(yǎng)基中有效成分受熱破壞的可接受范圍13二、微生物的熱死滅動力學(xué)方程實(shí)驗(yàn)證明，微生物營養(yǎng)

5、細(xì)胞的均相熱死滅動力學(xué)符合化學(xué)反應(yīng)的一級反應(yīng)動力學(xué)，即： N：任一時刻的活細(xì)菌濃度（個/L） t：時間（min）K：比熱死速率常數(shù)（min-1）14第三 培養(yǎng)基滅菌的工程設(shè)計一、無菌的標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)微生物熱死滅方程，要求滅菌后達(dá)到絕對無菌是很難做到的，也是不必要的。因此在工程設(shè)計中常取N=10-315二、分批滅菌1，分批滅菌的設(shè)計在發(fā)酵罐中進(jìn)行實(shí)罐滅菌，是典型的分批滅菌。全過程包括升溫、保溫、降溫三個過程162，保證間歇滅菌成功的要素內(nèi)部結(jié)構(gòu)合理(主要是無死角)，焊縫及軸封裝置可靠，蛇管無穿孔現(xiàn)象壓力穩(wěn)定的蒸汽合理的操作方法。173，培養(yǎng)基間歇滅菌過程中應(yīng)注意的問題溫度和壓力的關(guān)系泡沫問題投料過程中

6、，麩皮和豆餅粉等固形物在罐壁上殘留的問題滅菌結(jié)束后應(yīng)立即引入無菌空氣保壓18三、連續(xù)滅菌的設(shè)計1、連消塔連續(xù)滅菌流程192、噴射加熱連續(xù)滅菌流程203、薄板換熱器連續(xù)滅菌流程214，連續(xù)滅菌設(shè)備的結(jié)構(gòu)套管式連消塔22噴嘴式連消塔23維持罐24噴射加熱器25薄板換熱器26四、連續(xù)滅菌與間歇滅菌的比較1，連續(xù)滅菌的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)保留較多的營養(yǎng)質(zhì)量容易放大，較易自動控制；糖受蒸汽的影響較少；縮短滅菌周期；在某些情況下，可使發(fā)酵罐的腐蝕減少；發(fā)酵罐利用率高，蒸汽負(fù)荷均勻。缺點(diǎn)設(shè)備比較復(fù)雜，投資較大。272，分批滅菌的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)設(shè)備投資較少染菌的危險性較小人工操作較方便對培養(yǎng)基中固體物質(zhì)含量較多時更為適宜缺

7、點(diǎn)滅菌過程中蒸汽用量變化大，造成鍋爐負(fù)荷波動大，一般只限于中小型發(fā)酵裝置。28五、影響滅菌的因素培養(yǎng)基成分對滅菌的影響油脂，糖類及一定濃度的蛋白質(zhì)可增加微生物的耐熱性，另一些物質(zhì)，如高濃度的鹽類，色素等可削弱其耐熱性。培養(yǎng)基的物理狀態(tài)對滅菌的影響培養(yǎng)基中微生物數(shù)量對滅菌的影響培養(yǎng)基中氫離子濃度對滅菌的影響培養(yǎng)基中氫離子濃度直接影響滅菌的效果。培養(yǎng)基的 酸堿度越大，所需殺滅微生物的溫度越低。29微生物細(xì)胞中水分對滅菌的影響細(xì)胞含水越多，蛋白質(zhì)變性的溫度越底微生物細(xì)胞菌齡對滅菌的影響老細(xì)胞水分含量低、低齡細(xì)胞水分含量高空氣排除情況對滅菌的影響攪拌對滅菌的影響泡沫對滅菌的影響30在發(fā)酵過程中，往往要向發(fā)酵罐中補(bǔ)入各種不同的料液。這些料液都必需經(jīng)過滅菌。滅菌的方法則視料液的性質(zhì)、體積