生化工程 课程串讲.ppt

1、生化工程课题谈，第二章培养基灭菌，第一节分批灭菌ln(N/N0 )=-K t，ln(N/N0 )=-K t ln(C/C0 )=-Kd t。 灭菌动力学的重要结论是，由于细菌孢子的热死亡反应的e较高，大部分营养物质的热死亡反应的e较低，所以一定程度上提高t，细菌孢子的死亡速度就会加快，上升温度下的灭菌时间(ln(N/N0 )=- K t )就会变短。 由于营养成分的热破坏的e低，上述的温度上升只能稍微增大其热破坏温度，但是由于灭菌时间的显着缩短，结果营养成分的破坏量在允许范围内。 2、分批灭菌的设定修订要求绝对无菌在工业上较难，N=0，则ekt=、1/ekt=0，ekt=、t=，因此绝对无菌较

2、难，第一节分批灭菌二次灭菌的设定修订，分批灭菌过程：升温、保温和降温，灭菌主要在保温过程中实现Ln(N1/N2)、Ln N0/N=36.8是综合的判断标准，分升温、保温、降温3个阶段实现，ln (N0/N)=ln，返混现象：反应器中滞留时间不同的材料之间的混合称为返混。 根据返混的程度，在化学工程中建立了两个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 )反应器转为0，2节连续灭菌(1)PFR模型(活塞流模型) plug flow reactor，恒温热灭菌状况： 1沿着转为同一截面上的生孢子浓度的2个流动方向，生孢子浓度(n 第二节连续灭菌(4)扩散模型，门混合

3、：不同反应时间的材料之间的混合。 PFR :返混度最小CSTR :返混度最大高/径、返混度高/径、返混度实际操作的大部分反应器都介于这两个理想的反应器之间。 第三章空气除菌、1、空气除菌的目的和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，氧氧化是生物体能量释放最多的途径。 在这个过程中很多h脱离，h经过电子传递链，最后被O2吸收，所以必须供给氧气。 现在深层培养都是纯粹的种子培养，培养基在接种前已经灭菌，通液氧也必须是无菌的。 第三节空气过滤器设定修订，空气过滤器使用的过滤介质，根据其孔径的大小可以分为两类：1)绝对过滤介质：绝对过滤介质的空隙比细菌和孢子小，空气一通过微生物就会停

4、留在介质一侧。 2 )深层过滤介质：由于深层过滤介质的截面空隙大于微生物，为了达到必要的除菌效果，介质必须具有一定的厚度，故称为深层过滤介质。 一、深层过滤原理，一、惯性碰撞机理(一)(大粒子)气流中有运动的粒子、质量、速度、惯性，粒子随着气流以一定的速度向纤维垂直运动时，空气被阻碍而改变方向，绕过纤维前进，粒子在惯性的作用下不能改变方向1、式中， 微粒密度：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、阻断(阻止)机制(2) (小粒子)、阻断机制对阻断小粒子有效。 细菌的质量小，继气流的流线前进，空气流线所具有的粒子和纤维接触时被逮捕。 捕集的微粒子的捕集效率几乎

5、完全依赖于微粒子的直径，与气流速度没有太大关系。 2=、NR=、NRe=dfu/、3、布朗扩散机制、平均自由程、m :气体分子量； 煤气密度。、v、3、2、深层过滤的修正计算中应解决的问题是，当处理空气量为q时，含有菌数No的空气达到N=10-3，必要的介质层的厚度L=？ 在、Q0、N0、q、n中，与l的关系如何？ 有学者进行了测定和l的关系的实验。ln、l、Slope=K、ln、=-KL、对数透过规律：l :滤床厚度、k :纤维捕集效率相关系数、第4节其他空气灭菌方法、1热灭菌法2线灭菌3静电C6H12O6 6O26H2O 6CO2 2.碳源浓度与碳源浓度是否受到限制有关4.(有害)代谢产物

6、对细胞呼吸的抑制作用。 5 .不同培养时期的影响时期微生物的生命活动能力不同。 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、气溶过程的二膜理论1 .气液两相间存在稳定的相界面，界面两侧分别有效膜，溶质(氧)以分子扩散的传递方式从气相主体进入液相主体。 2、气液两相在相界面达到平衡。 3 .气液两相主体中溶质(氧)浓度均匀。 过程：氧为气相气液界面液相、气膜、液膜、p、pi、p-pi、Ci-CL、气膜、液膜，于是，在稳定传递状态时，p* :与液相氧浓度CL平衡的氧分压； C* :气相中氧分压p达到平衡时的氧浓度KG :以氧分压差为推进力的总传递系数KL :以氧浓度差为推进力的总传递

7、系数这里，KG或KL与KG或KL的关系可以根据亨利定律求出，三、 氧传递方程采用体积溶解氧系数或体积传递系数： KLa (或KGa )，由此氧传递(溶解氧速度)方程可表示为：4- 3影响，而影响推进力的因素1 .温度氧为气体，在水中的溶解度随温度上升而下降。 常压，4-33内，纯水中的氧浓度CW*为：2 .通过电解质盐析作用，可降低氧的溶解。 在电解质溶液中，氧在水中的溶解度； mol/M3:氧在电解质溶液中溶解度mol/M3:电解质溶液的浓度； 在kmol/M3 K :Sechenov常数3 .非电解质的溶解氧中，非电解质的溶解度随溶质浓度的增加而下降，其规律类似于氧在电解质溶液：非电解质溶

8、液中的溶解度。 非电解质中溶质的浓度或有机物浓度，4 .提高氧分压(1)罐压提高罐压可以提高氧分压。 (2)提高空气中的氧含量(富氧通气) a .深冷空气分离b .吸附分离c .膜分离(3)提高h/d，二、影响KLa的因子KLa将a和KL合并为一个残奥表，实际上影响该残奥表的因子是(1)、(2)涡流、涡流产生湍流，减少厚度，降低阻力(4)均匀混合，增益吸收和积累，b .搅拌器(1)型：螺旋桨型，轴向推压涡轮式，径向推压，形成上下两个反转的后者经常采用。 多组时，上面总是平桨式，下面总是涡轮式(2)转速n和直径d :影响溶解氧水和混合的程度。 PH搅拌q搅拌n3d5、搅拌循环量q搅拌nd3、h搅

9、拌n2d2； 增加n有利于提高溶解氧，增加d有利于均匀混合。 (3)节距(相对位置):过大，产生搅拌死角过小，根据相互干涉的流体力学性质而不同，牛顿型：d=(3-4)D，非牛顿型：d 2D； (4)位置(距罐底的距离):h过大，最底部的液体难以上升，引起局部的缺氧。 太小，可能导致电力损失。 一般来说，(0.8-1)d。 (5)确定组数：与H/D有关，综合考虑溶解氧和耗电等因素。2 .通风的影响对于特定的发酵槽是一定值。 随着增加，增加的增加，增加。 影响、的因素可以影响KLa值，关于储罐的形状、结构，随着储罐直径的增加而降低。 通气表观线速度、(2)液体性质的影响(1)液体密度： (2)粘度

10、： (3)表面张力： (4)扩散系数DL :如上所述，可以总结(3)其他要素的影响(2)离子强度： KLa大于水(参照图1 ) (3)细胞浓度：非牛顿型的增加溶质浓度(g/L )、x、图1、图2、4-4溶解氧系数的测定(Kla )、化学方法：亚硫酸盐氧化法、极谱法、电极法、取样菌种的投入方式、菌龄、接种量、培养基组成、装料方式、pH值、操作温度、罐压、溶解氧速度、搅拌混合强度等要素在5. 1几何尺寸的扩大、反应罐的扩大中，放大率实际上是罐的体积增加倍数。 如果如倍率m=V放大/V模型那样保持几何相似的原则，则H1/D1=H2/D2=A (常数) v2/v1=(d2/d1)3=md2/d1=m1

11、的生物反应中的空气流量一般为每单位培养液体积在单位时间内通过的空气量VVM (标准状态) 、 (VVM)=(VVM )、vs1pld2、27465.6vl(273t )、m3/m3 min、标准状态、以下研究的3种空气流量的放大方法： (1)以单位培养液体积中的空气流量相同的方式进行放大： (VVM )1=(VVM ) 为了使pd2(vvm)d/p，vsm (2)空气直线流速相同， VS1=VS2，(VVM) 2，(VVM) 1，=，P 2，P 1，D 2，D 1，(， 因为放大的V2/V1=(D2/D1)3、(3)kla的值以相同的原则放大，所以在KD=(2. 363.30ni ) (pg/

12、v )0. 56 vs0.7n0. 710-9式中用其他经验式，例如Kla () (HL)2/3最后导出：q、 在发酵槽中使用的三种放大方法如下： (1)为了使每单位体积的培养液的消耗功率相同，(Po/V)1=(Po/V)2 Rem=104-106，Np不变功率标准数： NP=po/() (n3d2)1=(n3d2) 2转速n2=n 1 n1)3(ddd (2)此时，如果将(Pg/V)1=(Pg/V)2 Po=NpN3D5 Np:功率基准数Rem 104扩大为每培养液的体积所消耗的通气功率相同，则Np倾向常数PoN3D5从Michel变为Pg的公式Pg (d2vs )0. 560.45 n3.

13、 15 d5. 346/vs0. 252 pg/v=n3. 15 d2. 346/vs0. 252 n2/n1=。 Vs10.24，下标1是模型罐，下标2是扩大罐，(3)为了使体积传递系数KLa相等，在扩大气液接触过程中传递系数的关联式多，所以将福田秀雄的关联式设为扩大基准kd=(2.36.30ni)(pg/v)0，kla (pg/v )0. 56 vs0. 7 vs0.252klan2.45vs0.56d1.32按照(KLa)2=(KLa)1的原则为1Vs2/(Vs)10.067(D2/D1)3.667，第6章连续培养的基本原理微生物的生长一般是由于5个阶段的各阶段的微生物呈现的状态的原因，

14、延迟(适应期)对数成长期减速比生长速率的意义：比生长速率是菌体生长速率与培养基中菌体浓度的比，关系到微生物的生命活动。 在对数生长期，是一定的，这时，(2)不受抑制的细胞生长动力学Monod方程，可以理解和探讨式细胞的比生长速度和限制性基质浓度的关系，可以用下式表示： 3、营养物质对生长的影响，是否所有营养物质都存在上限浓度，超过这个界限？ 该效果称为基质抑制作用(高渗透压作用)。 另外，有些代谢产物可以抑制生长。 其反应方程式如下： Kp为经验常数p为代谢产物浓度，第二节连续培养动力学及连续培养的应用，2，单段恒电位生产率与分批发酵生产率的比较连续培养的生产率： P=DX得，连续培养的最大生产率，对(5.2.2)求出一阶导数归零，并