生化工程 课程串讲

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1、生化工程课程串讲第二章培养基灭菌第一节   分批灭菌ln(N/N0)=-Ktln(N/N0)=-Ktln(C/C0)=-Kdt杂菌营养物质△T，△K，△Kd也就是K对T的变化率是怎么样的？灭菌动力学的重要结论细菌孢子热死灭反应的△E很高，而大部分营养物质热破坏反应的△E很低，因而将T提高到一定程度会加速细菌孢子的死灭速率，从而缩短在升高温度下的灭菌时间（ln(N/N0)=-Kt）；由于营养成分热破坏的△E很低，上述的温度提高只能稍微增大其热破坏温度，但由于灭菌时间的显著缩短，结果是营养成分的破坏量在允许的范围内。

2、2、分批灭菌的设计要求绝对的无菌在工业上很难做到，因为：N=0，则e-kt=0,1/ekt=0,ekt=∞,t=∞因此，绝对的无菌很难做到。第一节   分批灭菌二分批灭菌的设计分批灭菌过程：升温、保温和降温，灭菌主要是在保温过程中实现的，在升温的后期和冷却的初期，培养基的温度很高，因而对灭菌也有一定贡献。T灭菌温度tot1t2t3timeN1N2N升温保温降温N0Ln(N0/N1)Ln(N2/N)Ln(N1/N2)LnN0/N=36.8是总的判据，是由升温、保温、降温三段实现的ln（N0/N）=ln（××）lnN

3、0/N=ln+ln+ln第二节   连续灭菌一、连续灭菌方法与间歇灭菌相比，连续灭菌的优点：1升温和降温速度快2灭菌温度高，保温时间短3蒸汽用量平稳缺点：1设备复杂，投资大。返混现象：反应器中停留时间不同的物料之间的混合称为返混。按照返混的程度，在化学工程中建立了两种理想的连续流动反应器模型。连续搅拌罐（CSTR）和活塞流反应器（PFR）反应器返混为∞返混为零第二节   连续灭菌（1）PFR模型（活塞流模型）plugflowreactor恒温热灭菌状况：1同一截面上活孢子浓度（N）相等，热死灭速率相等。2沿流动

4、的方向，活孢子浓度（N）下降，热死灭速率也相应下降。第二节   连续灭菌（4）扩散模型返混：是不同反应时间的物料之间的混合。PFR：返混程度最小CSTR：返混程度最大高/径↑，返混程度↓高/径↓，返混程度↑实际操作的大部分反应器都介于这两种理想的反应器之间。第三章空气除菌1、空气除菌的目的及重要性在好氧深层培养中，微生物细胞的繁殖代谢需要溶解氧，因为有氧氧化对生物体来说是能量放出最多的途径。在该过程中脱去了很多H，H经电子传递链，最后被O2吸收，所以要提供氧。现在深层培养都是纯种培养，培养基接种之前都经过灭菌，通

5、入的氧气也应是无菌的。第三节空气过滤设计空气过滤器使用的过滤介质，按其孔径大小可分为二类：1)绝对过滤介质：绝对过滤介质的孔隙小于细菌和孢子，当空气通过时微生物被阻留在介质的一侧。2) 深层过滤介质：深层过滤介质的截面孔隙大于微生物，为了达到所需的除菌效果，介质必须有一定的厚度，因此称为深层过滤介质。一、深层过滤原理1、惯性冲撞机制（η1）（大颗粒）气流中运动的颗粒，质量，速度，具有惯性，当微粒随气流以一定的速度向着纤维垂直运动时，空气受阻改变方向，绕过纤维前进，微粒由于惯性的作用，不能及时改变方向，便冲向纤维表

6、面，并滞留在纤维表面。η1式中：微粒密度μ：空气粘度V：微粒流速dp：微粒直径df：纤维直径C：修正系数2、阻截（截留）机制（η2）（小颗粒）阻截机制对阻截小颗粒比较有效。细菌的质量小，紧随空气流的流线前进，当空气流线中所携带的颗粒和纤维接触时被捕集。截留微粒的捕集效率几乎完全取决于微粒的直径，和气流速度关系不大。η2=NR=NRe=dfuρ/μ3、布朗扩散机制平均自由程M：气体分子量；ρ：气体密度。Vη3二、深层过滤计算要解决的问题是：处理空气量为Q时，含菌个数No的空气要达到N=10-3，需要的介质层厚度L=

7、？Q0，N0Q，N那么与L的关系怎样？有学者作了实验：测定与L之间的关系。lnLSlope=Kln=-KL对数穿透定律：L：滤床厚度、K：与纤维捕集效率有关的系数第四节其它空气灭菌方法1热灭菌法2射线杀菌3静电除菌第四章通气与搅拌三、影响微生物需氧量的因素1.碳源种类碳源种类不同，利用速度不同。C6H12O6+6O2＝6H2O+6CO22.碳源浓度与碳源浓度是否成为限制性有关3.培养条件(pH、T)pH、T影响生长速率和产物生成速率。4.(有害)代谢产物抑制细胞呼吸作用。5.培养时期的影响不同时期微生物生命活动能

8、力不同。注意：溶解氧浓度对细胞生长和产物生成的影响可能不同。二、气体溶解过程的双膜理论1.气液两相间存在稳定的相界面，界面两侧各有一层有效膜，溶质(氧)以分子扩散的传质方式由气相主体进入液相主体。2.在相界面处，气液两相达到平衡。3.在气、液两相主体中，溶质(氧)浓度均匀。过程：氧由气相→→→气液界面→→→液相气膜液膜ppip-piCi-CL气膜液膜气液界面CiCL氧分压