第二篇第一章第二節(jié)液體培養(yǎng)基制備及滅菌課件

第二章液體培養(yǎng)基制備及滅菌

第一節(jié)培養(yǎng)基制備(p178)第二節(jié)液體培養(yǎng)基滅菌1可編輯課件PPT第一節(jié)培養(yǎng)基制備P178

液體深層發(fā)酵培養(yǎng)基中，碳源的提供常用淀粉質(zhì)原料：谷類、薯類、淀粉等，另外還有糖蜜及各種農(nóng)產(chǎn)品殘余物如：玉米秸、麥秸、稻草等。通過蒸煮糖化將淀粉制原料轉化為可發(fā)酵性糖是培養(yǎng)基制備中的重要過程。糖蜜稀釋連續(xù)糖化：酒精培養(yǎng)基制備設備淀粉制原料水解檸檬酸等谷氨酸間歇糖化：啤酒纖維素半纖維素水解2可編輯課件PPT一、糖蜜原料的稀釋與澄清糖蜜是制糖廠的一種副產(chǎn)品，里面含有大量的可發(fā)酵性糖，這些糖分在目前制糖工業(yè)技術或經(jīng)濟核算上已不宜用結晶方法加以回收。糖蜜濃度一般在80°

Bx，酵母不能直接利用，需進行稀釋、酸化、滅菌和增加營養(yǎng)鹽等處理過程。

35Bx——1151（kg/m3)80Bx——1412（kg/m3)3可編輯課件PPT糖蜜連續(xù)稀釋器：１.水平式糖蜜稀釋器：我國常用（馬爾欽柯式連續(xù)稀釋器）構造：圓柱型水平管，出口端向下傾斜安裝；中部有兩根橫桿。若干隔板和篩板，形成若干空段，孔徑保證糖液處在湍流；隔板上的孔上下交錯地配置，使交錯流動無須攪拌；若干空段根據(jù)工藝需要加入水及其它物質(zhì)。（5-20m3）間歇式稀釋器

連續(xù)式

4可編輯課件PPT２.立式糖蜜稀釋器構造：圓柱形，上下為錐形封頭，總高為１.５m，不銹鋼制。７～８塊隔板交錯配置，隔板間距１２５mm，從底部壓送，從上部出料。糖液速度０.０８～０.１m/s另外還有錯板式、膨脹式、

變管徑式,都是在無攪拌下通過改變液體流向或管徑達到稀釋混合目的。5可編輯課件PPT6可編輯課件PPT二、淀粉質(zhì)原料水解設備

（一）淀粉質(zhì)原料蒸煮糖化目的

1、糊化：由于淀粉質(zhì)原料中含有的淀粉是存在于原料的細胞之中，受到細胞壁的保護，難以溶解。蒸煮的目的是使植物組織細胞膜破裂，淀粉受熱、吸水膨脹，破壞晶狀結構（未糊化前對酶作用的抵抗力較強難以糖化），成為凝膠狀態(tài)，此過程稱為糊化。2、液化：通過添加液化酶，使長鏈淀粉轉化為糊精、低聚糖。糊化和液化常同時進行

3、糖化：通過添加糖化酶再將糊精、低聚糖轉化為可發(fā)酵性糖。7可編輯課件PPT（二）液化、糖化（蒸煮）設備１.連續(xù)蒸煮糖化流程：（罐式、柱式）

粉漿罐5０～6０℃粉漿泵蒸煮罐

130℃后熟器最后一個后熟器（１２０℃）

真空冷卻器（６０℃）連續(xù)糖化罐泵噴淋冷卻器（發(fā)酵溫度）發(fā)酵罐二次蒸汽的使用蒸汽加熱二次蒸汽加曲３０～４０min

真空冷卻裝置8可編輯課件PPT

2.蒸煮罐構造：長圓筒，球形或蝶形封頭。粉漿口在下端，正對蒸汽入口，蒸汽口直通罐下部并裝有止逆閥，以防壓力下降液體倒流。壓力表、安全閥、溫度計罐耳（支承）外部有保溫層出口管伸入罐內(nèi)３００～４００mm，使留有空間。

罐直徑不宜太大，防止過大的返混運動，保證培養(yǎng)基先進先出。因此蒸煮與后熟罐總數(shù)不宜過少，瓜干類４～５個；玉米５～６個。

9可編輯課件PPT３.后熟器前三個后熟器都是由下進料由上出料。不再進蒸汽加熱，只是保溫，構造與蒸煮罐相同。由多個組成，為保證保溫時間。最后一個后熟器由側上部進料由下出料最后一個后熟器：又稱氣液分離器。不加熱，目的分離出二次蒸汽降溫，從上部出供粉漿罐預熱。構造如圖：二次蒸汽出口上部另一側。液位較低，５０％左右，便于分離二次蒸汽。10可編輯課件PPT４.加熱器（作用同蒸煮罐）結構：由三層直徑不同的套管組成。內(nèi)層和中層管壁上都鉆有許多小孔，各層套管用法蘭連接。工作原理：粉漿流徑中層管，高壓加熱蒸汽從內(nèi)外兩層進入，穿過小孔向粉漿液流中噴射。特點：氣液接觸均勻，加熱比較全面。在很短時間內(nèi)可使粉漿達到規(guī)定的蒸煮溫度。粉漿在“有效加熱段”停留時間１５～２５s。在此區(qū)域內(nèi)的流速以不超過０.１m/s為宜。11可編輯課件PPT12可編輯課件PPT（三）真空冷卻裝置蒸煮過的高溫糊化醪，１００℃左右將要進行糖化的溫度６０℃左右需快速降溫1.真空冷卻器：冷卻物料（糊化醪）2.冷凝器：將二次蒸汽冷凝3.蒸氣噴射器（或真空泵）：產(chǎn)生真空，將不凝氣抽出。

真空冷卻裝置13可編輯課件PPT１.真空冷卻器圓筒錐底，料液以切線進入，由于器內(nèi)為真空（噴射器產(chǎn)生的）醪液產(chǎn)生自蒸發(fā)，產(chǎn)生大量的二次蒸汽，醪液在器內(nèi)被離心力甩向周邊沿壁往下流，以錐底排醪液口排出。溫度降至６０～６５℃，至糖化鍋。二次蒸汽從器頂進入冷凝器（真空吸過去）。安裝高于糖化鍋10M。14可編輯課件PPT２.冷凝器冷水由上側進入，從真空冷卻器吸進來的二次蒸汽與水接觸而被冷凝，從冷凝器下部作為原料混合用水被排出。不冷凝性氣體（氮氣等）被噴射器抽走。

真空度保持在７０～８０KPa(530~600mmHg)二次蒸汽不凝氣15可編輯課件PPT３.噴射器（形成真空）（１）噴射器構造：

工作原理：利用有壓介質(zhì)通過噴嘴以高速射出，在噴嘴出口（混合室）造成射流對另一介質(zhì)有抽吸作用，將不凝氣吸入。在混合室中的介質(zhì)與高速流動的工作介質(zhì)發(fā)生能量交換，通過混合段到達收縮段時流速增加，造成真空。

當真空系統(tǒng)采用水力噴射泵時，可省去冷凝器，將真空冷凝器與水力泵直接連接。16可編輯課件PPT真空冷卻器的計算例：已知從汽液分離器排出的糊化醪量為12000kg/h,其比熱容為3.6kJ/（Kg·K），溫度為100℃，要求冷卻至65℃，計算冷卻器的基本尺寸。解：①真空冷卻器內(nèi)產(chǎn)生的二次蒸汽量：糊化醪12000kg/h從100℃冷卻至65℃時放出的熱量為：Q=12000×3.6（100-65）=1512000（kJ/h）查水蒸氣表知二次蒸汽在65℃時的汽化潛熱r=2343.4kJ/Kg真空冷卻器內(nèi)產(chǎn)生的二次蒸汽量為：與65℃相對應的真空度為76.3kPa(572mmHg),在此溫度下蒸汽的密度為0.1611kg/m3,則二次蒸汽的體積流量為：經(jīng)真空冷卻后，從冷卻器排出醪液量為12000-645.2=11354.8（kg/h)

17可編輯課件PPT②真空冷卻器的直徑和高度：取器內(nèi)二次蒸汽的上升速度不超過1m/s，則真空冷卻器的直徑D:一般真空冷取器的徑高比為1︰1.5~2，現(xiàn)取D︰H=1︰1.5,則真空冷卻器的圓柱部分高H:H=1.5D=1.5×1.2=1.8（m）③醪液下降管（排醪管）的直徑：設糊化醪液密度=1090kg/m3,取醪液在排醪管內(nèi)下降速度為1m/s,則醪液下降管管徑D:可選用φ68mm×4mm的無縫鋼管。18可編輯課件PPT④醪液下降管的長度：一般選10m.設醪液下降管的長度為L,則：選用L=8m.(生產(chǎn)實際中一般選L=10m）19可編輯課件PPT（四）糖化設備１.連續(xù)糖化罐

作用：連續(xù)地把糊化醪與水稀釋，并與液體曲、麩曲、曲乳及糖化酶混合，在一定溫度下維持一定時間，保持流動狀態(tài)，以利于酶的作用。構造：圓筒形、底部球形或罐形，常壓操作，密閉，內(nèi)設蛇形冷凝管（當降溫不夠時用）液面控制裝置、滅菌蒸汽進口、連續(xù)出料口、攪拌器１～２組。20可編輯課件PPT糖化罐的體積取決于醪液流量和在罐中的停留時間以及裝液量V′—糖化醪流量（包括曲量）m3/hτ－醪液停留時間，minη－裝填系數(shù)，取0.75~0.85連續(xù)糖化罐的尺寸與直徑D有如下比例關系：

圓柱部分高HH=(0.5~1.0)D球形底（或罐底）高hh=(0.11~0.25)D球形底曲率半徑r

21可編輯課件PPT22可編輯課件PPT2.真空糖化裝置優(yōu)點：即是蒸發(fā)冷卻器，又是糖化器，簡化了設備不凝氣23可編輯課件PPT三、啤酒生產(chǎn)中麥芽汁的制備（間歇）（一）麥汁制備過程：糊化設備糖化設備過濾設備煮沸設備換熱設備啤酒廠糖化設備的組合方式：糊化鍋糖化鍋四器組合：每一鍋完成一項任務，四器為過濾槽（或壓濾機）麥汁煮沸鍋六器組合：過濾槽、煮沸鍋各2只。（另加麥汁暫存槽1只）24可編輯課件PPT（二）麥汁制備設備1.糊化鍋作用：加熱煮沸輔助原料和部分麥芽粉醪液，使糊化和液化。構造：鍋身為圓柱形；鍋底為弧形或球形，蒸汽夾套（同時4個進口）、保溫層；

弧形頂蓋；

環(huán)形洗水管升氣筒（1/30~1/50截面積/液面積）

環(huán)形污水槽、筒形風帽；

旋漿式攪拌器（電機在下部）；人孔（觀察孔）下粉筒（粉、水等混合和同時加）25可編輯課件PPT糊化鍋的體積：取決于投料量，100Kg料（大米粉麥芽粉）加水420~450Kg，則有效體積為0.5~0.55M3鍋體直徑與圓筒部分高之比為2：1。26可編輯課件PPT2.糖化鍋

作用：進行蛋白質(zhì)分解；淀粉水解：麥芽糖、麥芽三糖、葡萄糖、蔗糖、果糖，少量的麥芽四糖、麥芽五糖。

結構：與糊化鍋大致相同（如圖）

體積一般比糊化鍋大一倍平底或球底帶蒸汽夾套攪拌器27可編輯課件PPT3.糖化醪過濾槽作用：糖化一結束，需快速將麥汁和麥糟分離。以獲得澄清麥汁。麥糟：殘留皮殼、高分子蛋白質(zhì)、纖維素、脂肪等。構造：常壓過濾（另有低真空快速過濾）上半部與糊化鍋等基本相同。D3.4m水平篩板下半部分三層麥汁收集底保溫夾底洗滌：噴水管（大型）承接杯（小型）耕糟裝置：耕糟臂、耕糟刀；排糟臂28可編輯課件PPT耕糟機：由雙速電機、減速器、油壓升降軸、耕糟臂、耕糟刀等組成。耕糟轉速0.4~0.5，排糟轉速3~4r/min。耕糟臂有2、3、4臂（根據(jù)投料量），耕糟臂上每隔20~30cm裝有垂直于篩板的耕糟刀或波形切割刀。大型槽還有排糟臂，裝掛可旋轉角度的出糟刀。操作：泵送糖化醪后，開動耕糟機轉3~5r，使糖化醪在槽內(nèi)均勻分布。靜置10~30min，使沉降形成濾層。渾濁麥汁回至槽內(nèi)，直至澄清（10~15min）正常過濾（45~90min）待麥糟露出，開動耕糟機，疏松麥糟層。噴水洗糟。打開麥糟排出閥，排空糟。29可編輯課件PPT4.煮沸鍋蒸發(fā)多余水分作用：煮啤酒花凝固蛋白質(zhì)滅菌結構：與糊化鍋相同，但需容納包括濾清汁在內(nèi)的全部麥汁，體積較大。具外加熱器的麥汁煮沸鍋內(nèi)有列管加熱的麥汁煮沸鍋30可編輯課件PPT快速過濾槽是一種在低真空下操作的新型糖化過濾設備。結構：圓柱形或長方形，底部為錐形。下部裝有5~7層呈網(wǎng)狀而互相溝通的過濾管，上有條形濾孔，每層過濾管為一獨立的過濾單元。工作原理：把糖化醪用泵輸送到已用熱水預熱過的過濾槽中，醪液通過兩個分配器均勻分布到槽內(nèi)，在濾管上形成濾層。當醪液沒過濾管后，開始用泵抽濾。開始流出的麥汁比較混濁，用泵返回過濾槽，待麥汁清亮透明后送入麥汁煮沸鍋。31可編輯課件PPT常用糊化鍋、糖化鍋、煮沸鍋技術參數(shù)32可編輯課件PPT四、谷氨酸生產(chǎn)中淀粉的水解

1.蒸汽噴射液化工藝調(diào)漿(配料)泵噴射泵一次噴射液化液化保溫二次噴射液化高溫維持滅酶閃蒸器冷卻二次液化罐薄板換熱器糖化罐板框過濾貯糖計量發(fā)酵

工藝控制要點：淀粉乳濃度30%左右pH6.0~6.5一次噴射溫度95~97?C，層流罐保溫30min，二次噴射溫度145?C以上，真空閃急冷卻95~97?C，維持罐3-5min,二次液化罐加淀粉酶30min,薄板換熱器60?C,–糖化pH4.2-4.5（硫酸、鹽酸）–溫度60℃左右–糖化酶用量150U/g淀粉–糖化時間32小時，用無水酒精檢驗無糊精存在時，糖化結束，然后將pH調(diào)整至4.8-5.0，維持20分鐘滅酶

33可編輯課件PPT維持罐34可編輯課件PPT2.制糖工序設備調(diào)漿罐蒸汽噴射器層流罐閃蒸器維持罐薄板冷卻器糖化罐板框壓濾機35可編輯課件PPT第二節(jié)培養(yǎng)基滅菌一培養(yǎng)基滅菌的目的、要求和方法二濕熱滅菌的理論基礎三

影響滅菌的因素

四培養(yǎng)基滅菌的流程及設備36可編輯課件PPT一、培養(yǎng)基滅菌的目的、要求和方法

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菌營養(yǎng)體及其孢子，或從中將其除去。工業(yè)規(guī)模的液體培養(yǎng)基滅菌，殺滅雜菌比除去雜菌更為常用。2.滅菌與消毒的區(qū)別滅菌：用物理或化學方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物，包括營養(yǎng)細胞、細菌芽孢和孢子消毒：用物理或化學方法殺死物料、容器、器皿內(nèi)外的病源微生物37可編輯課件PPT3、培養(yǎng)基滅菌的目的

發(fā)酵工業(yè)需純種培養(yǎng)，若在培養(yǎng)過程中污染雜菌，則會導致：

①基質(zhì)或產(chǎn)物因雜菌的消耗而損失，造成生產(chǎn)能力的下降；

②產(chǎn)物的提取或分離困難，造成收率降低或使產(chǎn)品的質(zhì)量下降；③改變反應介質(zhì)的pH，使生物反應發(fā)生變化；④分解產(chǎn)物，使生產(chǎn)過程失??；⑤發(fā)生噬菌體污染，使生產(chǎn)過程失敗。為了保證培養(yǎng)過程的正常進行，防止染菌的發(fā)生，對大部分微生物的培養(yǎng)，包括實驗室操作和工業(yè)生產(chǎn)，均需嚴格的滅菌。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38可編輯課件PPT4.工業(yè)上具體措施

1）使用的培養(yǎng)基和設備須經(jīng)滅菌；2）好氧培養(yǎng)中使用的空氣應經(jīng)除菌處理；3）設備應嚴密，發(fā)酵罐維持正壓環(huán)境；4）培養(yǎng)過程中加入的物料應經(jīng)過滅菌；5）使用無污染的純種子。5.培養(yǎng)基滅菌的要求達到要求的無菌程度（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。39可編輯課件PPT6.滅菌的方法化學法化學藥品滅菌法物理法干熱滅菌法濕熱滅菌法√射線滅菌法40可編輯課件PPT160℃1h41可編輯課件PPT二、培養(yǎng)基熱滅菌動力學

微生物受熱死亡是因為蛋白質(zhì)變性，微生物生活能力喪失，是單個細胞內(nèi)的反應。屬一級反應。

1.對數(shù)殘留公式與理論滅菌時間：雜菌在一定溫度下受熱死亡遵循一級反應方程的規(guī)律。如果用N表示活菌個數(shù)，則：活菌的減少的速率與任一瞬間殘留的菌數(shù)N

有下列關系：

式中：“-”號表示活菌數(shù)的減少；

N---活菌個數(shù)，個/ml；τ----受熱時間，S;

k----反應速度常數(shù)，S-1其因次是時間的倒數(shù)，以（S-1）、（min-1）或其它相當?shù)膯挝槐硎尽?/p>

k的大小與微生物的種類和加熱溫度有關。理論滅菌時間如何確定？42可編輯課件PPT該式可認為：微生物減少的速率與任一時間殘留的菌數(shù)成正比。溫度一定時，將上式積分：N0----滅菌開始時的雜菌個數(shù)Ns----經(jīng)滅菌τ時間后雜菌個數(shù)

或(e=2.7181/lge=2.303)對數(shù)殘留公式43可編輯課件PPT由式，得出：或

τ為理論滅菌時間。如果要求：滅菌后絕對無菌，即NS=0則：τ要無窮大，實際生產(chǎn)中不可能。工程上：通常以NS=10-3個/罐來計算，即：滅菌后每1000罐中，只殘留一個活菌數(shù)。

τ實際上是以工廠的經(jīng)驗數(shù)據(jù)來確定的。通常，高溫加熱15~30s，再根據(jù)生產(chǎn)類型的不同在維持罐內(nèi)維持8~25min。44可編輯課件PPT2.十進衰減時間與反應速度常數(shù)k

當：殘留菌數(shù)/原始菌數(shù)時，即此時的理論滅菌時間用τ0.9表示，

則或

t——90%的微生物被滅殺的理論時間

45可編輯課件PPT

k---判斷微生物受熱死亡難易程度的基本依據(jù)。

k值越小，t

值越大，滅菌時間越長，微生物對熱的抵抗力越大。

k值越大，t值越小，滅菌時間越短，微生物對熱的抵抗力越小。由于：細菌芽孢的k值比無芽孢細菌和霉菌的k小的多，通常細菌的k值在121℃為1（min-1)不等，取決于細菌種類。因此：濕熱滅菌的程度要以殺死細菌的芽孢為準。46可編輯課件PPT3.滅菌溫度與菌死亡反應速度常數(shù)的關系由于微生物熱死屬于單分子反應，所以滅菌溫度與菌死亡的反應速度常數(shù)的關系可用一級反應的公式——阿累尼烏斯（Arrhenius)方程式：當E為常數(shù)時積分：得取：47可編輯課件PPT

阿累尼烏斯（Arrhenius)公式：

k------菌死亡的速度常數(shù)，1/s；A------阿累尼烏斯常數(shù)，1/s;R------氣體常數(shù)（1.987x4.187J/K?mol);T------熱力學溫度，K（0℃=273K);E------細菌孢子的活化能，4.187J/mol;e------2.718

由式（3）知：T↑

，k↑

將式（2）帶入式（1）得：式（4）為加熱滅菌的時間和滅菌溫度之間的理論關系。103120.748可編輯課件PPT4.活化能據(jù)測定：細菌孢子滅死的活化能4.187×

(50~100)KJ/mol營養(yǎng)成分中：酶、蛋白質(zhì)、維生素破壞的活化能

4.187×(2~26)KJ/mol

由式：作lnk—1/T圖：斜率為：-E/R由圖可見：在活化能大的反應中，反應速度隨溫度的變化也大。

49可編輯課件PPT高溫加熱時，對于滅菌反應：當溫度為T1時：當溫度為T2時：（1）

/（2）

同時，對于營養(yǎng)成分破壞的反應：50可編輯課件PPT

（3）/（4）

由于滅菌的E大于培養(yǎng)基成分分解的E’，所以：

即：隨著溫度的升高，滅菌速度常數(shù)的增加倍數(shù)>營養(yǎng)成分破壞速度常數(shù)的增加倍數(shù)。換言之，當滅菌溫度升高時，微生物滅殺速度的上升超過了培養(yǎng)基成分破壞的速度。

根據(jù)這一理論，培養(yǎng)基滅菌采用高溫短時的方法，以減少培養(yǎng)基成分的破壞。營養(yǎng)成分雖然因為溫度升高的破壞也增加，但因滅菌時間大為縮短總的破壞量因此減少。51可編輯課件PPTΔEBS=67000×4.184（J/mol）ΔEVB=22000×4.184（J/mol）將滅菌溫度從105?C提高到127?CKVB從0.02（min-1）提高到0.06（min-1

）KBS從0.12（min-1）提高到40.0（min-1

）嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子和維生素B1的lnK-1/T圖受熱物質(zhì)ΔE（J/mol）維生素B1296232維生素B1鹽酸鹽92048嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子283257肉毒梭菌孢子343088枯草桿菌孢子31798452可編輯課件PPT以上為滅菌時選擇較高的溫度、較短的時間根據(jù)。

VB153可編輯課件PPT三、影響滅菌的因素

1、培養(yǎng)基成分微生物脂肪、糖分和蛋白質(zhì)的含量越高，微生物的熱死亡速率越慢。原因是在熱死溫度下，脂肪、糖分和蛋白質(zhì)等有機物質(zhì)在微生物細胞外面形成一層薄膜，它能有效保護微生物細胞抵抗不良環(huán)境，因此需較高的滅菌溫度。

2、培養(yǎng)基的物理狀態(tài)固體培養(yǎng)基的滅菌時間比液體培養(yǎng)基的滅菌時間長。其原因是液體培養(yǎng)基滅菌時，熱的傳遞有對流和傳導，固體培養(yǎng)基只有傳導。對于含有少量大顆粒及粗纖維的培養(yǎng)基的滅菌，需提高滅菌溫度，且在不影響培養(yǎng)基質(zhì)量的條件下，采用粗過濾方法預先處理，以防培養(yǎng)基結塊而造成滅菌的不徹底。54可編輯課件PPT3、pH培養(yǎng)基的pH越低，滅菌所需時間越短。55可編輯課件PPT4、培養(yǎng)基的微生物數(shù)量越多，所需滅菌時間越長。5、微生物細胞含水量越多，蛋白質(zhì)的凝固溫度越低，越容易受熱凝固而喪失生命活力。6、微生物細胞菌齡

年老細胞對不良環(huán)境的抵抗力比年輕細胞強，年輕細胞易被殺死。7、微生物的耐熱性細菌、酵母的營養(yǎng)體、霉菌的菌絲體對熱較為敏感，放線菌、酵母、霉菌孢子比營養(yǎng)細胞的抗熱性強，細菌芽孢的抗熱性最強。8、泡沫培養(yǎng)基發(fā)生泡沫對滅菌不利，因為泡沫中的空氣形成隔層，使熱量難以傳遞，不易達到微生物的致死溫度，導致滅菌不徹底。

56可編輯課件PPT四、培養(yǎng)基的間歇滅菌和連續(xù)滅菌培養(yǎng)基及發(fā)酵設備的滅菌包括：分批滅菌--------實消連續(xù)滅菌--------連消√空罐滅菌--------空消過濾器及管道滅菌（一）間歇滅菌將配制好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐或其他裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用的設備一起進行加熱滅菌的過程。也稱實罐滅菌、實消。規(guī)模較小的發(fā)酵罐往往采用分批滅菌的方法。57可編輯課件PPT優(yōu)點：不需要其他設備，投資少；對蒸汽要求低，滅菌效果可靠，故普遍采用。缺點：加熱和冷卻時間較長（增加了發(fā)酵前的準備時間，延長了發(fā)酵周期），降低了發(fā)酵罐的利用率。因此，大型發(fā)酵罐用此法不經(jīng)濟。

但對于極易發(fā)泡或黏度很大的培養(yǎng)基難以連續(xù)滅菌，即使大型發(fā)酵罐也不得不采用分批滅菌。由于滅菌時間較長，使培養(yǎng)基營養(yǎng)成分破壞。58可編輯課件PPT1.實罐滅菌管道配置(如圖）：進口為：取樣管、排料管、進汽管。排汽為：消泡劑管、接種管、進料口、上部出汽口原則：所有通口，不進則出。2.分批滅菌前的操作：

首先要查滲漏，安裝后24hr氣密性檢查，每次檢修后再次進行。確實無滲漏時才可開始滅菌。查溫度與壓力（表）是否對應，每次滅菌前30min的罐壓檢查。罐內(nèi)部結構合理，焊縫及軸封裝置可靠，蛇管無穿孔。59可編輯課件PPT3.實消操作方法：

預熱加熱保溫保壓降溫（1）滅菌之前，通常將與罐相連的空氣過濾器用蒸汽滅菌，并用空氣吹干。（2）先將輸料管路的污水放掉沖凈。（3）然后將配好的培養(yǎng)基泵送到發(fā)酵罐（及種子罐或料罐），將各排氣閥打開。（4）滅菌前將蒸汽引入夾套或蛇管進行預熱，待罐溫升至80—90℃時，將排氣閥逐漸關小。（5）將蒸汽從進氣口、排料口、取樣口直接通入罐中，使罐溫上升到118—120℃，開動攪拌開始滅菌，維持罐壓0.1Mpa（表壓），并保持30min左右。（6）各路進氣要暢通，防止短路逆流；各路排氣也要暢通，但排氣量不宜過大，以節(jié)約用氣量。60可編輯課件PPT（7）保溫:凡進口在培養(yǎng)液以下的各管道都應進氣；凡開口在培養(yǎng)液以上者均應排汽。不斷地排除管路及罐內(nèi)的蒸汽冷凝水。（8）保壓:滅菌結束后，先關閉所有的排汽閥，后關蒸汽進口閥，待罐內(nèi)壓力低于無菌空氣壓力后，向罐內(nèi)通入無菌空氣，以防止物料倒流至過濾器，后果嚴重。（9）降溫:在夾套或蛇管中通入冷卻水降溫，直至降到發(fā)酵溫度。61可編輯課件PPT（二）連續(xù)滅菌——連消塔滅菌流程和設備連續(xù)滅菌優(yōu)點（相對分批滅菌）：（1）提高產(chǎn)量，設備利用率高；（2）受熱時間短，營養(yǎng)成分破壞少；（3）質(zhì)量較易控制，蒸汽負荷均衡，操作方便；（4）降低勞動強度，適用于自動控制。

62可編輯課件PPT1.連消塔滅菌流程料液罐（預熱27~30℃）連消塔

20S110～130℃維持罐8～２５min噴淋冷卻器30℃

流程63可編輯課件PPT2.連續(xù)滅菌設備

套管式連消塔混合式連消塔連消器

（１）套管式連消塔套管：內(nèi)走蒸汽，外走培養(yǎng)液內(nèi)管上設有蒸汽小孔，噴出速度為２５～４０m/s蒸汽從內(nèi)管上口進入，培養(yǎng)液從外筒下口進入，從外筒上口出去，停留１５～２０s，被加熱到３８３～４０３K(110~130℃).蒸汽壓力０.５～０.８ＭＰa。蒸汽小孔的孔距從上到下減少，使蒸汽均勻。這種連消塔比較高大，３m高，改革為連消器，為０.５m。

64可編輯課件PPT

（2）混合式連消塔（3）連消器

65可編輯課件PPT（三）噴射加熱——真空冷卻流程（急速冷卻器）

培養(yǎng)基（生培養(yǎng)液）用泵打入噴射加熱器，以較高速度自噴嘴噴出，借高速流體的抽吸作用與蒸汽混合后進入管道維持器，經(jīng)一定維持時間后通過一膨脹閥進入真空閃急蒸發(fā)室，因真空作用使水分急驟蒸發(fā)而冷卻到70~80℃左右，再進入發(fā)酵罐冷卻到接種溫度。66可編輯課件PPT流程特點：

優(yōu)點：加熱（可達140℃）與冷卻在瞬間完成，營養(yǎng)成分破壞最少。設計得合適的管道維持器能能保證培養(yǎng)液先進先出，避免過熱。真空冷卻通過膨脹閥急速降溫；缺點：保溫時間由管道長度來保證；管道長，不易安裝；因此多用維持罐代替。由于真空冷卻后需用泵出料，對泵的密閉性能要求很高才能避重新污染

。或?qū)⒄舭l(fā)室置于離發(fā)酵罐液面10m以上的高處，否則物料就不能流進發(fā)酵罐而進入真空系統(tǒng)。為目前很多工廠不采用的原因之一。67可編輯課件PPT另：該流程滅菌溫度取決于噴射加熱器中加入蒸汽的壓力和流量，要保持滅菌溫度恒定就需要使蒸汽的壓力和流量以及培養(yǎng)基的流量穩(wěn)定，故宜設置自動控制裝置，如果自動控制的滯后較大，也會引起操作不穩(wěn)定而產(chǎn)生滅菌不透或過熱現(xiàn)象。68可編輯課件PPT1.噴射加熱器

特點：蒸汽和料液迅速接觸，充分混合；加熱在瞬間完成。

構造：如圖蒸汽、料液以高速從噴嘴噴出時，將蒸汽由吸入口經(jīng)吸入室進入混合噴嘴中混合。

混合段較長，有利于氣液混合。料液在擴大管中速度能變成壓力能，因此料液被壓至與擴大管相連的管道中。69可編輯課件PPT間歇滅菌和連續(xù)滅菌的比較

70可編輯課件PPT培養(yǎng)基采用連續(xù)滅菌時，加熱器、維持罐（管）和冷卻器以及發(fā)酵罐等都應先進行滅菌，然后才能進行培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌。同時組成培養(yǎng)基的耐熱性物質(zhì)和不耐熱性物質(zhì)可在不同的溫度下分開滅菌，以減少物質(zhì)的受熱破壞程度，也可將碳源與氮源分開滅菌，以免醛基與氨基發(fā)生反應，防止有害物質(zhì)的生成。71可編輯課件PPT72可編輯課件PPT（五）生產(chǎn)發(fā)酵罐的無菌接種生產(chǎn)規(guī)模發(fā)酵罐的接種，包括兩個方面：從實驗室搖瓶或孢子懸浮液容器中移種入一個種子罐，從一個種子罐移入另一個生產(chǎn)發(fā)酵罐中。