培養(yǎng)基的制備設備

培養(yǎng)基的制備設備第1頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四課程簡介生物工程設備是生物工程專業(yè)的必修專業(yè)課，是在學完了專業(yè)基礎課和技術(shù)基礎課之后開設的有關(guān)生物加工過程設備的原理、構(gòu)造、設計及應用的一門專業(yè)課。為使生物技術(shù)的實驗室成果開發(fā)成產(chǎn)業(yè)，必須要構(gòu)造由生物工程設備構(gòu)成的生產(chǎn)線，是生物工程專門高級人才必須掌握的內(nèi)容之一。第2頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四本課程的任務：是按照生物加工過程的工藝要求，講述生物加工過程設備之共性，闡述各設備的原理、構(gòu)造、設計、應用或選用，使生物工程的學生在學習了生物化學、微生物學、物理化學和化工原理的基礎上，進一步掌握生物工程設備的基本內(nèi)容和基本理論。

第3頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四目錄：Chapter1培養(yǎng)基準備與培養(yǎng)基滅菌的設備；Chapter2發(fā)酵用壓縮空氣預處理及除菌設備；Chapter3生物反應器與發(fā)酵參數(shù)檢測元件；Chapter4液-固分離設備；Chapter5萃取設備；Chapter6層析設備和離子交換設備；Chapter7蒸發(fā)和結(jié)晶設備；Chapter8生物產(chǎn)品干燥設備；Chapter9生物制藥生產(chǎn)GMP規(guī)范要點第4頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四參考書目

《生物工程設備》徐清華主編，科學出版社，2004《生化反應動力學與反應器》戚以政、汪叔雄主編，化學工業(yè)出版社，1996《生化反應工程》山根桓夫著，周斌譯,西北大學出版社，1992《生物工程設備》梁世中主編，中國輕工業(yè)出版社，2002《發(fā)酵設備》高孔榮主編，中國輕工業(yè)出版社，1993《生物加工過程與設備》鄭裕國主編，化學工業(yè)出版社，２００４《生物工程設備》陳國豪主編，化學工業(yè)出版社，2007第5頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第6頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四美國Wave細胞反應器

第7頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四

Steri-Cult新型紅外CO2培養(yǎng)箱第8頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四板框過濾機第9頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第10頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四轉(zhuǎn)筒真空過濾機第11頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第12頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第13頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四chapter1培養(yǎng)基的滅菌設備

——equipmentforculturemediumpreparation第14頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四Maincontents:

培養(yǎng)基滅菌的概念及意義實罐滅菌的設備連續(xù)滅菌的設備淀粉質(zhì)原料的蒸煮與糖化Keyanddifficulty:

培養(yǎng)基的滅菌設備及計算

第15頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四Section1培養(yǎng)基的滅菌

（Sterilizationofmedium）培養(yǎng)基滅菌的目的、要求和方法濕熱滅菌的理論基礎培養(yǎng)基滅菌的工程設計

第16頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四滅菌的方法

化學滅菌射線滅菌干熱滅菌濕熱滅菌過濾滅菌第17頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四

1、培養(yǎng)基實罐滅菌（分批滅菌或?qū)嵪簩⑴囵B(yǎng)基配制在發(fā)酵罐里，用飽和蒸汽直接加熱，以達到預定滅菌溫度并保溫一段時間，然后再冷卻到發(fā)酵溫度。

2、培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌：將配好的培養(yǎng)基在向發(fā)酵罐等培養(yǎng)裝置輸送的同時進行加熱、保溫和冷卻而進行的滅菌。第18頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四培養(yǎng)基滅菌的要求

達到要求的無菌程度——10-3個/罐。盡量減少營養(yǎng)成分的破壞第19頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四

發(fā)酵生產(chǎn)中，往往需要對培養(yǎng)基及其發(fā)酵設備進行滅菌，一般工業(yè)上常采用蒸汽濕熱滅菌。

第20頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四濕熱滅菌的原理

就是直接用高溫蒸汽滅菌。蒸汽在冷凝時釋放出大量潛能，蒸汽具有強大穿透力，蒸汽的濕熱破壞菌體蛋白質(zhì)和核酸的化學鍵，使酶失活，微生物因代謝障礙而死亡。第21頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四濕熱滅菌的優(yōu)點蒸汽來源容易，操作費用低，本身無毒；蒸汽有強的穿透力，滅菌易于徹底；蒸汽有很大的潛熱；操作方便，易管理。第22頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四

滅菌程度和營養(yǎng)成分的破壞是滅菌工作中的主要矛盾，恰當掌握加熱溫度和時間是滅菌工作的關(guān)鍵。第23頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四在滅菌過程中，活菌數(shù)逐漸減少，其減少量隨活菌數(shù)的減少而遞減，即微生物的死亡速率與任一瞬時殘留的活菌數(shù)成正比，稱之為對數(shù)殘留定律，也即反映為一級化學反應動力學為：

第24頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四式中N0——

開始滅菌（t=0）時原有活菌數(shù)；

Nt——

經(jīng)時間t后殘存活菌數(shù)。第25頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四大腸桿菌在不同溫度下的死亡曲線第26頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四

在發(fā)酵罐中進行實罐滅菌，是典型的分批滅菌：全過程包括升溫、保溫、降溫三個過程

第27頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四連續(xù)滅菌流程及設備

為了減少培養(yǎng)基營養(yǎng)成分受熱損失，滅菌盡量采用高溫短時的連續(xù)滅菌，即在培養(yǎng)基輸送至發(fā)酵罐的同時進行加熱、保溫和冷卻而進行的滅菌。第28頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四實罐滅菌設備示意圖第29頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四培養(yǎng)基實罐滅菌的質(zhì)量優(yōu)劣判別標準1.培養(yǎng)基滅菌后達到無菌要求2.營養(yǎng)成份破壞少3.泡沫要少第30頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四例：有個發(fā)酵罐，內(nèi)裝培養(yǎng)基40m3,現(xiàn)采用實罐滅菌，滅菌溫度121℃，問其滅菌需要多長時間？

（在微生物發(fā)酵行業(yè)中一般常設滅菌前每毫升培養(yǎng)基中含有耐熱菌的芽孢為2×107個，滅菌失敗的概率通常定為0.001，即滅菌后殘留芽孢數(shù)為0.001個）第31頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四（1）連消塔-噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程第32頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四

（2）噴射加熱-真空冷卻流程第33頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四（3）板式換熱器滅菌流程第34頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四（4）冷卻設備常用噴淋冷卻器和套管冷卻器。前者是將冷卻水通過噴淋裝置均勻的淋在水平的排管上，以冷卻管內(nèi)的培養(yǎng)基。后者是一種內(nèi)管走熱培養(yǎng)基，內(nèi)外管間的管隙中走冷卻水的冷卻器。第35頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四連續(xù)滅菌與間歇滅菌的比較a、連續(xù)滅菌的優(yōu)缺點Advantages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；發(fā)酵罐利用率高；Disadvantages設備比較復雜，投資較大。第36頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四分批滅菌的優(yōu)缺點Advantages:設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Disadvantages:

滅菌過程中蒸汽用量變化大，造成鍋爐負荷波動大，一般只限于中小型發(fā)酵裝置。第37頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四發(fā)酵罐的滅菌

采用連續(xù)滅菌，發(fā)酵罐應在加入滅菌的培養(yǎng)基前先行單獨滅菌。通常是用蒸汽加熱發(fā)酵罐的夾套并從空氣分布管中通入蒸汽，充滿整個容器后，再從排氣管中緩緩排出。在保溫結(jié)束后，關(guān)鍵是隨即通入無菌空氣，使容器保持正壓。第38頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四補料液的滅菌在發(fā)酵過程中，往往要向發(fā)酵罐中補入各種不同的料液。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)、體積和補料速率而定。如果補料量較大，而具有連續(xù)性時，則采用連續(xù)滅菌較為合適。也有利用過濾法對另補料液進行除菌。補料液的分批滅菌，通常是向盛有物料的容器中直接通入蒸汽。所有的附屬設備和管道都要經(jīng)過滅菌。第39頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四二、淀粉質(zhì)原料的蒸煮與糖化

蒸煮目的

糖化定義連續(xù)蒸煮糖化流程第40頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四罐式蒸煮在我國發(fā)酵廠，將噴射加熱器與后熟器、糖化罐組成了連續(xù)蒸煮糖化流程，第41頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四1、蒸煮設備（1）罐式蒸煮設備第42頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四（2）柱式連續(xù)蒸煮設備第43頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四（3）管式連續(xù)蒸煮1-輸送機2-斗式提升機3-貯料斗4-錘式粉碎機5-螺旋輸送機6-粉漿罐7-泵8-預熱鍋9-近料控制閥10-過濾器11-泥漿泵12-單向閥13-三套管加熱器14-蒸煮管道15-壓力控制閥16-后熟器17-蒸汽分離器18-真空冷凝器19-蒸汽冷凝器20-糖化鍋

第44頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四原料粉碎→攪拌和加料預煮→加熱器→管式連續(xù)蒸煮

→后熱器→蒸汽分離器→送至糖化工序第45頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第46頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四2、連續(xù)糖化設備其作用是連續(xù)地把糊化醪與水稀釋，并與液體曲、麩曲或糖化酶混合，在一定溫度下維持一定時間，保持流動狀態(tài)，以利于酶的活動。第47頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四糖化罐第48頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四

啤酒生產(chǎn)中麥芽汁的制備設備第49頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第50頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四

啤酒是生物加工產(chǎn)業(yè)中的一個典型產(chǎn)品，中國的啤酒生產(chǎn)已位于全世界第三位。影響啤酒產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一是麥芽汁的制備。麥芽汁是啤酒酵母的培養(yǎng)基。第51頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四三、啤酒生產(chǎn)中麥芽汁的制備設備1、糊化鍋用來加熱煮沸輔助原料（大米粉或玉米粉）和部分麥芽粉醪液，使其淀粉液化和糊化。第52頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第53頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四2、麥芽汁煮沸鍋

用于麥汁的煮沸和濃縮，把麥汁中多余水分蒸發(fā)掉，使其達到要求濃度，并加入酒花，使酒花中所含的苦味及芳香物質(zhì)進入麥汁中。

第54頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四3、糖化醪過濾槽

主要用于醪液的糖化和麥汁的過濾。第55頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四四、淀粉水解制糖

淀粉水解為葡萄糖的方法有酸解法、酶解法和酸酶結(jié)合法等。1、酸解設備（1）加壓罐水解糖化第56頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四（2）管道水解糖化

管道糖化法是將加了酸的淀粉乳用泵輸送，流經(jīng)管道，用蒸汽直接或間接加熱，使淀粉乳糊化、糖化，在一定溫度下流經(jīng)其余管道，在它端流出，達到需要的糖化程度。第57頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第58頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第59頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四2、酶解設備

酶解分為液化和糖化兩步。（1）液化升溫液化法、高溫液化法和噴射液化法。第60頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四圖2-46噴射液化器構(gòu)造示意圖

圖2-47噴射液化器第61頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四第62頁，共66頁，2023年，2月20日，星期四（2）糖化第63頁，共66頁，20