第十一章 微生物工程生产设备

第十一章微生物工程生产设备种子扩大培养培养基配制空气除菌培养基灭菌发酵生产下游处理发酵设备发酵的一般流程提纲第一节培养基及发酵设备的灭菌第二节发酵设备第三节空气除菌设备第四节产品纯化设备发酵类型和设备固体发酵盘曲、帘曲——曲盘、帘子等，自然通风发酵池、窖、地缸——相对密闭不通风厚层通风制曲——曲箱，机械通风旋转培养——转鼓型发酵罐，机械通风液体发酵厌气发酵——厌气发酵罐，密闭不通风好气发酵密闭通风机械搅拌通风通风搅拌非循环式循环式通风式发酵罐自吸式发酵罐伍式发酵罐，内循环文式发酵罐，外循环非循环式循环式——空气带升式发酵罐鼓泡式发酵罐塔式发酵罐第一节培养基及发酵设备灭菌培养基的灭菌培养基灭菌的根本原理分批灭菌连续灭菌空气除菌空气除菌的根本方式空气过滤除菌流程深层过滤原理过滤介质及其设备设备与管道的灭菌第一节培养基及发酵设备灭菌一、灭菌方法二、培养基的灭菌三、培养基的分批灭菌四、培养基的连续灭菌一、灭菌方法1、化学药剂灭菌2、射线灭菌3、干热灭菌4、湿热灭菌5、过滤除菌二、培养基的灭菌理论灭菌时间的计算〔对数残留公式〕N0τ=2.303/klog—N实际灭菌的经验数据高温灭菌(Hightemperaturesetrilization)

25-30秒，维持(Maintaining)8-25分钟二、培养基的灭菌灭菌温度与菌死亡反响速度常数的关系

阿累尼乌斯公式：K=A·e-E/RT

K—菌死亡的速度常数

A—阿累尼乌斯常数

e— 2.718

E—细菌孢子的活化能(Activationenergy) 〔4.187J/K·mol〕

R—气体常数〔1.978*4.187J/mol)

T—绝对温度〔K〕

二、培养基的灭菌活化能大的反响中，反响时间随温度变化也大；杀死细菌和芽孢的活化能远大于营养成分被破坏的活化能〔E>>E’〕；二、培养基的灭菌采用高温短时的灭菌方法可以减少养分的破坏。二、培养基的灭菌灭菌温度（ºC）灭菌时间（分钟）营养成分的破坏（%）11036671204271300.581500.01<1培养基配置与分批灭菌流程三、培养基的分批灭菌分批灭菌总灭菌时间=加热时间＋维持时间＋冷却时间t总=t加热+t维持+t冷却假设加热时间(t加热)和冷却时间(t冷却)，那么只要合理设置维持时间(t维持)就能使灭菌过程中培养基的养分的破坏降到最小。四、培养基的连续灭菌常见的连续灭菌的流程连消塔—喷淋冷却连续灭菌流程喷射加热连续灭菌流程薄板换热器连续灭菌流程四、培养基的连续灭菌连消塔—喷淋冷却连续灭菌流程四、培养基的连续灭菌喷射加热连续灭菌流程四、培养基的连续灭菌薄板换热器连续灭菌流程四、培养基的连续灭菌连续灭菌的优点提高产量，缩短发酵周期减养分破坏少，产品质量较易控制设备利用率高，操作方便适于自动控制，劳动强度低第二节发酵设备碟片式消泡器优点：消泡能力强，功耗小

缺点：结构复杂，维护麻烦其他类型生物反响器生物反响器：为特定的细胞或酶提供适宜的增殖或进行特定生化反响环境，并且都是利用生物催化剂进行生化反响的设备。其他类型生物反响器动植物细胞反响器其他类型生物反响器生物滤池——污水处理其他类型生物反响器生物转盘法——污水处理出水进水进水出水其他类型生物反响器接触氧化法和流化床法——污水处理其他类型生物反响器立式多段发酵塔——固体废弃物处理其他类型生物反响器卧式回转圆筒形发酵仓——固体废弃物处理其他类型生物反响器高温动态二次堆肥车间——固体废弃物处理其他类型生物反响器生物吸收法——生物除臭其他类型生物反响器堆肥滤池法——生物除臭堆肥滤池法固体发酵特点固体发酵的优点原料简单不易被污染回收产品容易通气较易实现，节能发酵废料可用作饲料三、搅拌轴功率的计算1、几何尺寸放大法；2、空气流量放大法；①以单位体积的空气流量相同的原那么放大；②空气线速度相同的原那么放大；③以KLα相同的原那么放大；④搅拌器叶尖速度相同的原那么放大；⑤混合时间相同的原那么放大。第三节空气除菌设备加热灭菌〔220°C，20秒〕

[灭菌彻底，能耗大，本钱高]电除菌

[除菌效果差，仅用于初除菌]辐射灭菌

[254-265nm效果最正确，仅限外表灭菌]介质过滤除菌

[主流的除菌方式]第三节空气除菌设备一、介质除菌〔介质过滤〕的原理惯性冲击滞留作用原理拦截滞留作用原理布朗扩散作用原理重力沉降作用原理静电吸附作用原理第三节空气除菌设备第三节空气除菌设备三、空气除菌设备空气过滤除菌的目的Ns<10-3个/m3，同时使空气有一定压力空气过滤除菌流程普通空气冷却除菌流程高效前置过滤除菌流程第三节空气除菌设备普通空气冷却除菌流程第三节空气除菌设备高效前置过滤除菌流程第三节空气除菌设备过滤介质棉花、玻璃纤维、纸、

活性碳、石棉滤板、

烧结材料过滤介质等过滤器结构第三节空气除菌设备设备与管道的灭菌设备灭菌压力灭菌时间灭菌锅0.098MPa20-30min种子罐、发酵罐、计量罐、管道等0.147MPa45min空气过滤器0.147MPa120min第四节产品纯化设备一、两相别离设备：一〕离心别离设备1．碟片式离心机2.管式离心机3．倾析式离心机二〕过滤设备1．板框过滤机2.真空转鼓过滤机3．硅藻土过滤机三〕其他固液别离设备切向流过滤双水相萃取吸附