好氧發(fā)酵設(shè)備系統(tǒng)的維護與保養(yǎng)

好氧發(fā)酵設(shè)備系統(tǒng)的維護與保養(yǎng)第一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六第二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六第三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六第四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六2.1滅菌設(shè)備的維護2.2發(fā)酵罐的中試設(shè)備比擬放大運行(3-2)2.3發(fā)酵罐的中試設(shè)備維護與保養(yǎng)第五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六2.1滅菌設(shè)備的維護主要內(nèi)容：發(fā)酵設(shè)備及消毒滅菌第六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六主要內(nèi)容：發(fā)酵設(shè)備及消毒滅菌

第七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六第一部分：發(fā)酵設(shè)備第八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六典型發(fā)酵設(shè)備

種子制備設(shè)備、主發(fā)酵設(shè)備、輔助設(shè)備(無菌空氣和培養(yǎng)基的制備)，發(fā)酵液預(yù)處理設(shè)備，粗產(chǎn)品的提取設(shè)備、產(chǎn)品精制與干燥設(shè)備、流出物回收、利用和處理設(shè)備等。第九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六一發(fā)酵設(shè)備概述發(fā)酵主要設(shè)備為發(fā)酵罐和種子罐，它們各自都附有原料(培養(yǎng)基)調(diào)制、蒸煮、滅菌和冷卻設(shè)備，通氣調(diào)節(jié)和除菌設(shè)備，以及攪拌器等。種子罐：以確保發(fā)酵罐培養(yǎng)所必需的菌體量為目的。發(fā)酵罐：承擔(dān)產(chǎn)物的生產(chǎn)任務(wù)。它必須能夠提供微生物生命活動和代謝所要求的條件，并便于操作和控制，保證工藝條件的實現(xiàn)，從而獲得高產(chǎn)。第十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六(一)發(fā)酵罐

發(fā)酵罐的定義：是為一個特定生物化學(xué)過程的操作提供良好而滿意的環(huán)境的容器。對于某些工藝來說，發(fā)酵罐是個密閉容器，同時附帶精密控制系統(tǒng)；而對于另一些簡單的工藝來說，發(fā)酵罐只是個開口容器，有時甚至簡單到只要有一個開口的坑。

第十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六第十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六第十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六

發(fā)酵罐系統(tǒng)

一個優(yōu)良的發(fā)酵罐裝置和組成（1）應(yīng)具有嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)（2）良好的液體混合特性（3）好的傳質(zhì)、傳熱速率（4）具有配套而又可靠的檢測、控制儀表第十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六發(fā)酵罐的特點

（1）發(fā)酵罐對純種培養(yǎng)的要求高。因此，發(fā)酵罐的嚴(yán)密性，運行的高度可靠性是發(fā)酵工業(yè)的顯著特點。（2）發(fā)酵罐更加趨向大型化和自動化發(fā)展。自動化方面，如pH電極、溶解氧電極、溶解二氧化碳電極等的在線檢測在國外巳相當(dāng)成熟。國內(nèi)目前尚處于起步階段，發(fā)酵檢測參數(shù)還只限于溫度、壓力、空氣流量等一些最常規(guī)的參數(shù)。第十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六發(fā)酵罐基本類型(1）攪拌釜反應(yīng)器（stirredtankreactor）(2）氣泡柱式反應(yīng)器（bubblecolumn)(3)氣升式生物反應(yīng)器（airliftreactor)內(nèi)管型；外管型第十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六第十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六第十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六發(fā)酵罐工藝操作條件

1．溫度：25～40℃。2．壓力：0～1kg／cm3(表壓)。3．滅菌條件；溫度100～140℃，壓力0～3kg／cm3(表壓).4．pH：2～11。5．需氧量：0．05～0.3kmo1／m3·h。6．通氣量：0.3～2VVM。7．功率消耗：0.5～4kW／m3。8.發(fā)酵熱量：5000～20000kcal／m3．h。第十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六發(fā)酵設(shè)備及檢測控制系統(tǒng)

B|Braun公司發(fā)酵罐：Biostat系列參數(shù)檢測多級控制：

第二十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六BiostatB2BiostatED10第二十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六PilotBiostatUD50第二十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六國內(nèi)、外發(fā)酵設(shè)備公司德國貝朗占中國80%以上的市場瑞士比歐美國NBS韓國日本華東理工大學(xué)江蘇理工大學(xué)第二十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六一般認(rèn)為500L以下的是實驗室發(fā)酵罐；500-5000L是中試發(fā)酵罐；5000L以上是生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐。發(fā)酵罐按容積分類第二十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六現(xiàn)代發(fā)酵工程規(guī)模低值工業(yè)品大型化

以規(guī)模來取勝（幾十?dāng)?shù)百噸）。如味精、氨基酸、有機酸、抗生素、飼料、食品工業(yè)用產(chǎn)品等；高價值轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品小型化（幾十?dāng)?shù)百升）?；蚬こ檀竽c桿菌、酵母菌高密度培養(yǎng)；動物細胞植物細胞培養(yǎng)；研究中心智能化、全能性。第二十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六(二)發(fā)酵輔助設(shè)備

發(fā)酵輔助設(shè)備主要包括：無菌空氣系統(tǒng)，培養(yǎng)基配制和滅菌系統(tǒng)、發(fā)酵車間的管道及閥門等。

第二十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六1、無菌空氣系統(tǒng)好氣性發(fā)酵過程中需要大量的無菌空氣，空氣要作到絕對無菌在目前是不可能的，也是不經(jīng)濟的。發(fā)酵對無菌空氣的要求是：無菌，無灰塵，無雜質(zhì)，無水，無油，正壓等幾項指標(biāo)；發(fā)酵對無菌空氣的無菌程度要求是：只要在發(fā)酵過程中不因無菌空氣染菌，而造成損失即可。在工程設(shè)計中一般要求1000次使用周期中只允許有一個菌通過，即經(jīng)過濾后空氣的無菌程度為N=10-3

第二十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六發(fā)酵生產(chǎn)中制備無菌空氣的大致過程

第二十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六高空取氣管

高空取氣管是遠離地面幾十米的管子。一般而言，地面附近空氣中所含的微生物和灰塵等均比高空空氣中含的多，據(jù)資料介紹，每升高10米，空氣中雜菌可降低一個數(shù)量級，因此從高空取氣要比從低空取氣有利得多。第二十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六油水分離器其內(nèi)部同時采用直接攔截，慣性碰撞，布朗擴散及凝聚等機理，能有效地去除空氣中的水、油霧、塵埃，內(nèi)部不銹鋼絲網(wǎng)可清洗，使用壽命長。第三十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六兩級分離、冷卻、加熱的空氣除菌流程

１——粗過濾器２——壓縮機３——貯罐４——冷卻器

５——絲網(wǎng)分離器６——過濾器

第三十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六高效前置過濾除菌流程

１——高效前置過濾器２——壓縮機３——貯罐４——冷卻器

５——絲網(wǎng)分離器６——加熱器７——過濾器

第三十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六空氣凈化的流程吸氣口吸入的空氣先經(jīng)過壓縮前的過濾進入空氣壓縮機（120-150度）冷卻（20-25度），除去油、水，再加熱至30-35度。最后通過總過濾器和分過濾器除菌，獲得潔凈度、壓力、溫度和流量都符合要求的無菌空氣。第三十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六空氣壓縮機：目前常用的是往復(fù)式空壓機過濾器：空氣過濾器的類型很多，有棉花活性炭過濾器、管式過濾器和接送式過濾器等。過濾介質(zhì)：空氣除菌用的過濾介質(zhì)有：棉花、活性炭玻璃纖維，超細玻璃纖維紙，石棉濾板、燒結(jié)材料、聚乙烯醇(PVA)等多孔合成樹脂、素?zé)沾赏埠途厶妓狨サ?。第三十四頁，共五十七頁，編輯?023年，星期六培養(yǎng)基培養(yǎng)基（culturemedium)是人工配制的適合于不同微生物生長繁殖或積累代謝產(chǎn)物的營養(yǎng)基質(zhì)。碳源氮源無機鹽及微量元素前體、促進劑與抑制劑第三十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六培養(yǎng)基的類型孢子培養(yǎng)基：供菌種繁殖孢子，常用固體培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基：提供大量優(yōu)質(zhì)的菌體，其配方上應(yīng)適合于菌體生長于繁殖發(fā)酵培養(yǎng)基：使微生物積累代謝產(chǎn)物，既要有利于生長繁殖，防止菌體過早衰老，又要有利于產(chǎn)物的大量合成。第三十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六2、培養(yǎng)基的滅菌

1）空罐滅菌

空罐滅菌也稱空消。無論是種子罐、發(fā)酵罐、還是尿素（或液氨）罐、消泡罐，當(dāng)培養(yǎng)基（或物料）尚未進罐前對罐進行預(yù)先滅菌，為空罐滅菌。為了殺死所有微生物特別是耐熱的的芽孢，空罐滅菌要求溫度較高，滅菌時間較長，只有這樣才能殺死設(shè)備中各死角殘存的雜菌或芽孢。第三十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六2）實罐滅菌

將培養(yǎng)基置于發(fā)酵罐中用蒸汽加熱，達到預(yù)定滅菌溫度后，維持一定時間，再冷卻到發(fā)酵溫度，然后接種發(fā)酵，這叫做實罐滅菌，又稱分批滅菌。操作要點：三路進汽：直接蒸汽從通風(fēng)、取樣和出料口進入罐內(nèi)直接加熱，直到所規(guī)定的溫度，并維持一定的時間。這就是所謂的“三路進氣”。

第三十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六3）連消第三十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六加熱設(shè)備：在配料罐里培養(yǎng)基被加熱到70℃，然后，用泵送到加熱設(shè)備，在20秒的時間內(nèi)繼續(xù)加熱到130～140℃。常用的加熱設(shè)備有塔式和噴射式兩種。塔式加熱設(shè)備又稱連消塔，塔的有效高度2～3m，料液在塔中的流速是0.1m／s，因此料液在塔內(nèi)的滯留時間為2～30s。噴射式加熱器有一噴嘴，蒸汽由噴嘴噴出，料液從側(cè)面進入加熱器而被蒸汽加熱?！娴谒氖摚参迨唔?，編輯于2023年，星期六

維持設(shè)備維持設(shè)備使加熱后的培養(yǎng)基保溫—定的時間，從而達到滅菌的目的。維持設(shè)備有兩種：罐式和管式。罐式的是一個帶有上下開口用于進出料的立式密封容器；管式的是用無縫鋼管焊成，管內(nèi)流速可取0.3～0.6m／s。第四十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六

冷卻設(shè)備

①噴淋冷卻器②套管冷卻器③板式換熱器④螺旋板換熱器第四十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六4）影響培養(yǎng)基滅菌的因素

pH值的影響

pH值對微生物的耐熱性影響很大，pH為6.0~8.0時微生物最不易死亡，pH<6.0時氫離子易滲入微生物的細胞內(nèi)。第四十三頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六培養(yǎng)基成分

培養(yǎng)基的成分中，油脂、糖類、蛋白質(zhì)都是傳熱的不良介質(zhì)，會增加微生物的耐熱性，使滅菌困難。濃度較高的培養(yǎng)基相對需要較高溫度和較長時間滅菌。高濃度的鹽類，色素則削弱其耐熱性，故較易滅菌。第四十四頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六培養(yǎng)基中的顆粒物質(zhì)

培養(yǎng)基中的顆粒物質(zhì)大，滅菌困難，反之，滅菌容易。一般說來，含有顆粒對培養(yǎng)基滅菌影響不大，但在培養(yǎng)基混有較大顆粒，特別是存在凝結(jié)成團的膠體時，會影響滅菌效果，必須過濾除去。第四十五頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六5）高溫對培養(yǎng)基成分的有害影響及其防止

第四十六頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六消除高溫有害影響的措施（1）采用特殊加熱滅菌法

（2）對易破壞的含糖培養(yǎng)基進行滅菌時，應(yīng)先將糖液與其他成分分別滅菌后再合并；（3）對含Ca2+或Fe3+的培養(yǎng)基與磷酸鹽先作分別滅菌，然后再混合，就不易形成磷酸鹽沉淀；（4）對含有在高溫下易破壞成分的培養(yǎng)基（如含糖組合培養(yǎng)基）可進行低壓滅菌（在112℃即0.57kg／cm2或8磅／英寸2下滅菌15分鐘）或間歇滅菌；（5）在大規(guī)模發(fā)酵工業(yè)中，可采用連續(xù)加壓滅菌法進行培養(yǎng)基的滅菌第四十七頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六3、管道及閥門

管道：與發(fā)酵罐連接的管道有水管、料管、空氣管和蒸汽管;發(fā)酵罐內(nèi)的冷卻蛇管與發(fā)酵罐內(nèi)直接相連的料管等，最好采用不銹鋼管。管徑選取的流速是：上水管1～2m／s；料管0.5～1.0m／s；空氣管10～15m／s；蒸汽15～20m／s。

第四十八頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六閥門：閥門是發(fā)酵罐的重要組成，它被用于調(diào)節(jié)控制氣體和液體的流量。閥門的選取應(yīng)考慮：①用于什么目的；②閥門的材料是否耐溫、耐壓等；③連接方式；④經(jīng)濟成本；⑤操作方式。

第四十九頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六第二部分：消毒與滅菌第五十頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六第二部分：消毒與滅菌消毒(disinfection)：殺死物體上病原微生物的方法，并不一定能殺死含芽胞的細菌或非病原微生物。用以消毒的藥品稱為消毒劑(disinfectant)。滅菌(sterilization)：殺滅物體上所有微生物的方法。滅菌比消毒要求高，包括殺滅細菌芽胞在內(nèi)的全部病原微生物和非病原微生物。抑菌(bacteriostasis)：抑制體內(nèi)或體外細菌的生長繁殖。常用的抑菌劑為各種抗生素。防腐(antisepsis)：防止或抑制體外細菌生長繁殖的方法。細菌一般不死亡。無菌(asepsis)：不存在活菌。第五十一頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六熱力滅菌法輻射殺菌法濾過除菌法超聲波殺菌法干燥與低溫抑菌法PartI物理消毒滅菌法第五十二頁，共五十七頁，編輯于2023年，星期六干熱滅菌法—

焚燒：廢棄物、尸體灼燒：接種環(huán)、試管口干烤：玻璃器皿