培养基的制备和灭菌设备.ppt

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1、第三章培养基的制备设备主要内容：第一节培养基的灭菌设备第二节原料的蒸煮与糖化设备第三节麦芽汁的制备设备第四节淀粉水解制糖设备学习要求：掌握培养基的分批灭菌计算、连续灭菌流程和设备的结构及设计了解培养基制备设备的结构和设计第一节培养基的灭菌设备一、灭菌的基本理论二、分批灭菌过程与计算三、连续灭菌流程与设备一、灭菌的基本理论（一）灭菌目的1.避免生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而损失，造成生产转化率的下降2.杂菌的代谢物质，会使所要产物的提取和分离变得困难，造成收得率降低或使产品质量下降3.有些杂菌会

2、分解产物，或噬菌体裂解生产菌细胞，使生产失败灭菌：射线灭菌、药物灭菌、热灭菌分离：离心沉淀、介质过滤（三）加热灭菌方式培养基→加热升温→维持保温→冷却降温→发酵分批灭菌：三个过程在一个设备内完成连续灭菌：三个过程分别在不同的设备内完成（四）灭菌要求达到无菌程度尽量减少营养成分损失降低能量消耗（二）灭菌方法上式积分（五）理论灭菌时间微生物的受热死灭过程属于一级反应式中：τ——受热时间N——活菌个数k——反应速率常数，随反应温度变化式中：τ——理论灭菌时间，s对数残留定律式中：E—活化能T—加热温度R—

3、气体常数A—常数N0——灭菌前，杂菌个数（浓度），个/mLNs——灭菌后，残存活菌个数（浓度），个/mL通常Ns＝10－3k——菌死亡的反应速率常数，s－1与微生物的种类和加热温度有关细菌死亡的活化能与培养基营养成分破坏的活化能细菌死亡(kJ/mol)酶、蛋白质或维生素破坏葡萄糖破坏活化能E4.187×(50～100)4.187×(2～26)4.187×24细胞死亡的活化能比培养基中营养成分破坏的活化能大得多当温度升高时，细菌的死亡速率的增加要比营养成分的破坏速率的增加大得多，而所需灭菌时间大大缩短

4、采用高温短时间的灭菌方法，可以减少营养成分的损失（六）灭菌温度加热温度和受热时间与灭菌程度和营养成分的破坏都有关系例1：有一发酵罐，内装培养基40m3，在121℃的温度下进行实罐灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢2×107个，在121℃时的灭菌速率常数为0.0287s-1。试求灭菌失败的几率为0.001所需的时间。解：例2：有一发酵罐，内装培养基40m3，在131℃的温度下进行连续灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢2×107个，在131℃时的灭菌速率常数为0.25s-1。试求灭菌失败的几率为0.

5、001所需的时间。解：二、分批灭菌过程与计算(实罐灭菌或实消)升温：将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热保温：达到预定灭菌温度后维持一定时间降温：冷却到发酵温度后接种发酵（一）分批灭菌操作过程加热升温阶段间接加热：打开各排气阀，将蒸汽引入夹套或蛇管进行间接加热，待罐温升至80~90℃，将排气阀逐渐关小直接加热：将蒸汽从进气口、排料口、取样口直接通入罐中，使罐温上升到118~120℃维持保温阶段实罐灭菌的进汽和排汽原则“非进即出”，所有与发酵罐连接的管道在灭菌过程中如果不进入蒸汽就一定要进行排汽，使所有管道

6、都被加热蒸汽（或二次蒸汽）经过而实现热灭菌进汽：凡开口在培养基液面以下的各连接管道及冲视镜管道都应进汽排汽：凡开口在液面之上者均应排汽“三进四出”、“三进五出”冷却降温阶段关汽：关闭各排汽、进汽阀门通水：向罐夹套或蛇管中通入冷却水降温送气：向罐内送入无菌空气，降温不降压（二）分批灭菌特点优点：不需要专门的灭菌设备，投资少；对设备要求简单，对蒸汽的要求也比较低；操作简单易行，灭菌效果可靠缺点：占罐时间长，发酵罐的利用率低；灭菌所需时间较长，使培养基中营养成分破坏较多；用汽不平衡适用：生产规模较小或极易

7、发泡、粘度较大难以连续灭菌的培养基灭菌（三）分批灭菌的计算确定灭菌操作的时间和所需加热及冷却介质用量1、灭菌操作时间加热升温阶段(先间接加热，后直接加热)维持保温阶段（维持灭菌温度到灭菌时间）冷却降温阶段（间接冷却到发酵温度）2、加热和冷却介质用量加热蒸汽用量（热量衡算）保温蒸汽用量（估算）冷却水用量（冷却水流量和冷却时间）1、灭菌操作时间传热速率：培养基：上式积分：两式合并：TGt蒸汽冷凝水加热升温阶段(先间接加热，后直接加热)间接加热时间：（不稳定传热）式中：τ1—间接加热时间，hG—培养基的质

8、量，KgC1—培养基的比热，kJ/kg.℃K—总传热系数，kJ/m2.h.℃F—传热面积，m2T—加热蒸汽温度，℃t1—加热前培养基的温度，℃t2—加热后培养基的温度，℃间接加热时间：维持保温阶段（维持灭菌温度到灭菌时间）维持保温时间：不考虑升、降温阶段的灭菌作用时：计算升温阶段的灭菌作用时：∵∴式中：τp—升温时间，h（一般是指从100℃到灭菌温度的时间）保温时间：（灭菌时间）km—τp阶段的平均灭菌速率常数，s-1近似计算：式中：k1—T1（100℃）时灭菌速率常