生物细胞培养基制备过程与设备

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1、第二章生物细胞培养基制备过程与设备所有的生物细胞都要不断地同外界进行物质和能量交换，都要进行新陈代谢，才能表现出生命活动，这时，就需要营养物质。生物技术产业中大多数都利用纯种培养技术，这就要求对培养基中已有的杂菌进行去除或杀灭。第一节液体培养基的灭菌第二节淀粉质原料的蒸煮与糖化第三节纤维素和半纤维素的水解第四节糖蜜原料的稀释与澄清第五节啤酒生产中麦芽汁的制备设备第六节淀粉水解制糖第七节固体培养基制备第一节液体培养基的灭菌一、湿热灭菌原理和影响灭菌的因素二、连续灭菌流程及设备三、分批灭菌过程与设备一、湿热灭菌原理和影响灭菌的因素营

2、养成分的减少将影响菌种的培养和产物的生成，所以灭菌程度和营养成分的破坏成为灭菌工作中的主要矛盾，恰当掌握加热温度和受热时间是灭菌工作的关键。（一）灭菌动力学微生物受热而破坏是指其生活能力丧失，微生物热死灭原因是细胞内的反应。（2）温度对死亡速率的影响图2-2微生物死亡与温度的关系二、连续灭菌流程及设备培养基灭菌应尽量采用高温短时间的连续灭菌。培养基经连续加热、维持和冷却后进入发酵罐。培养基的连续灭菌，就是将配好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却而进行灭菌（一）连消塔——喷淋冷却流程（三）板式换热器灭菌流程

3、（二）喷射加热——真空冷却流程（四）设备构造和计算1．连消塔又称加热器，是培养基于蒸汽混合加热至灭菌温度的设备。生产中一般用0.5~0.8Mpa的活蒸汽与预热后的料液直接接触而加热。三、分批灭菌过程与设备培养基的分批灭菌就是将配制好的培养基放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行加热灭菌的过程，通常也称为实罐灭菌。（一）分批灭菌操作要点（二）分批灭菌的操作（三）分批灭菌的计算分批灭菌的计算主要是确定灭菌的时间。如果把微生物的热死亡动力学公式与阿累尼乌斯公式相结合，则可得第二节淀粉质原料的蒸煮与糖化一、连续蒸煮糖

4、化二、间歇蒸煮糖化淀粉糖化的目的，是通过糖化酶将淀粉、糊精进行水解。糖化的作用也就是把溶解状态的淀粉、糊精转化为能够被生物细胞利用的可发酵性物质（当然也有不发酵性物质生成，这主要是由于转移葡萄糖苷酶等的作用），降低醪液的粘度，有利于酵母的发酵和酵液的输送。一、连续蒸煮糖化连续蒸煮糖化工艺料液连续流动，在不同的设备中完成加料、蒸煮、糖化、冷却等不同工艺操作，整个过程连续化。二、间歇蒸煮糖化（一）间歇蒸煮1．蒸煮设备（二）间歇糖化工艺间歇糖化法的工艺流程：蒸煮醪→糖化锅＋加水＋冷却（120℃~60℃）＋加酸十加曲十糖化十冷却（60~

5、30℃）→发酵罐（或酒母罐）第三节纤维素和半纤维素的水解可以利用的生物质资源很多，包括各种农业残余物、林业残余物、专门栽培的作物以及各种废弃物。这些木质纤维材料完全可望将它们降解转化为糖类，并生物加工成有用的物质，如生物能源等。一、蒸汽爆裂法二、稀酸预处理法三、酸酶水解法一、蒸汽爆裂法在众多预处理方法中，高压蒸汽爆碎技术是比较有效、低成本、无污染的新技术。向装有植物纤维物质的压力罐通入高压蒸汽，使罐温度达到200~240℃左右，原料中的半纤维素会迅速分解释放出有机酸，发生自水解作用而可溶化。细胞间的木质素熔化，并发生部分降解，变

6、得易为热水、有机溶剂或稀碱抽提。加上突然减压爆碎的机械分离作用，使植物细胞间质或细胞壁变疏松，细胞游离，纤维素的可酶解性明显增强。蒸汽爆碎技术的成败在于精确控制处理强度（蒸汽温度和处理时间）和处理的均匀度。控制不当，半纤维素等未充分降解或降解产生的单糖被进一步降解破坏，得糖率往往会低于理论值的65%。二、稀酸预处理法稀酸处理既对纤维物料进行预处理，又可以得到半纤维素水解的糖液，这是该法的一大特点，只要很好地将后者利用，则它将是一种有发展前途的预处理方法。（一）影响酸水解的因素（二）稀酸水解生产流程和设备三、酸酶水解法两段水解的第

7、一段为半纤维素水解，方法有化学或微生物或物理方法。。第一段制低聚木糖方法是：蔗髓（即蔗渣糠）等半纤维素降解有采用热水蒸煮、酸水解、微波降解和酶解等方法。第二段水解获得的葡萄糖液为酸性，用石灰乳中和成硫酸钙，过滤得清净糖液。第四节糖蜜原料的稀释与澄清一、糖蜜稀释器二、糖蜜原料的澄清糖蜜是一种非结晶糖分，因其本身就含有相当数量的可发酵性糖，无需糖化，因此是微生物工业大规模发酵生产酒精、甘油、丙酮丁醇、柠檬酸、谷氨酸、食用酵母及液态饲料等的良好原料。由于原糖蜜的浓度一般都在80°Bx以上，胶体物质与灰分多，产酸细菌多，所以糖蜜酒精发酵

8、前需进行稀释、酸化、灭菌、澄清等处理过程。一、糖蜜稀释器（一）水平式糖蜜连续稀释器（二）立式糖蜜连续稀释器（三）连续稀释器二、糖蜜原料的澄清糖蜜原料的澄清的目的是使原料中的灰渣等固形物沉淀，同时进行灭菌，以达到发酵的要求。1．加酸通用处理法2．加热加酸沉淀法3．