2.3发酵罐及灭菌方法.ppt

发酵设备及消毒灭菌 发酵罐基本类型 (1）搅拌釜反应器 （stirred tank reactor） (2）气泡柱式反应器 （bubble column) (3) 气升式生物反应器 （airlift reactor) 内管型；外管型 发酵设备及检测控制系统 ?? B|Braun公司 现代发酵工程规模 1、无菌空气系统 好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，空气要作到 绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济的。 发酵对无菌空气的要求是 ：无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，正压等几项指标； 发酵对无菌空气的无菌程度要求是：只要在发酵过程中不因无菌空气染菌，而造成损失即可。 在工程设计中一般要求1000次使用周期中只允许有一个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为N=10-3 培养基 培养基（culture medium)是人工配制的适合于不同微生物生长繁殖或积累代谢产物的营养基质。 碳源 氮源 无机盐及微量元素 前体、促进剂与抑制剂 培养基的类型 孢子培养基：供菌种繁殖孢子，常用固体培养基 种子培养基：提供大量优质的菌体，其配方上应适合于菌体生长于繁殖 发酵培养基：使微生物积累代谢产物，既要有利于生长繁殖，防止菌体过早衰老，又要有利于产物的大量合成。 2）实罐灭菌 将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后，维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，这叫做实罐灭菌，又称分批灭菌。 操作要点： 三路进汽：直接蒸汽从通风、取样和出料口进入罐内直接加热，直到所规定的温度，并维持一定的时间。这就是所谓的“三路进气”。 3）连消 培养基成分 培养基的成分中，油脂、糖类、蛋白质都是传热的不良介质，会增加微生物的耐热性，使灭菌困难。 浓度较高的培养基相对需要较高温度和较长时间灭菌。 高浓度的盐类，色素则削弱其耐热性，故较易灭菌。 培养基中的颗粒物质 培养基中的颗粒物质大，灭菌困难，反之，灭菌容易。一般说来，含有颗粒对培养基灭菌影响不大，但在培养基混有较大颗粒，特别是存在凝结成团的胶体时，会影响灭菌效果，必须过滤除去。 加热设备：在配料罐里培养基被加热到70℃，然后，用泵送到加热设备，在20秒的时间内继续加热到130～140℃。常用的加热设备有塔式和喷射式两种。 塔式加热设备又称连消塔，塔的有效高度2～3m，料液在塔中的流速是0.1m／s，因此料液在塔内的滞留时间为2～30s。 喷射式加热器有一喷嘴，蒸汽由喷嘴喷出，料液从侧面进入加热器而被蒸汽加热。 ℃ 维持设备 维持设备使加热后的培养基保温—定的时间，从而达到灭菌的目的。 维持设备有两种：罐式和管式。罐式的是一个带有上下开口用于进出料的立式密封容器；管式的是用无缝钢管焊成，管内流速可取0.3～0.6m／s。 冷却设备 ①喷淋冷却器 ②套管冷却器 ③板式换热器 ④螺旋板换热器 4）影响培养基灭菌的因素 pH值的影响 pH值对微生物的耐热性影响很大，pH为6.0~8.0时微生物最不易死亡， pH 6.0时氢离子易渗入微生物的细胞内。 * * 典型发酵设备 种子制备设备、主发酵设备、辅助设备(无菌空气和培养基的制备)，发酵液预处理设备，粗产品的提取设备、产品精制与干燥设备、流出物回收、利用和处理设备等。 一 发酵设备概述 发酵主要设备为发酵罐和种子罐，它们各自都附有原料(培养基)调制、蒸煮、灭菌和冷却设备，通气调节和除菌设备，以及搅拌器等。 种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量为目的。 发酵罐：承担产物的生产任务。它必须能够提供微生物生命活动和代谢所要求的条件，并便于操作和控制，保证工艺条件的实现，从而获得高产。 (一)发酵罐 发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器，同时附带精密控制系统；而对于另一些简单的工艺来说，发酵罐只是个开口容器，有时甚至简单到只要有一个开口的坑。 发酵罐系统 ?一个优良的发酵罐装置和组成 （1）应具有严密的结构 （2）良好的液体混合特性 （3）好的传质、传热速率 （4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表 发酵罐的特点 （1）发酵罐对纯种培养的要求高。因此，发酵罐的严密性，运行的高度可靠性是发酵工业的显著特点。 （2）发酵罐更加趋向大型化和自动化发展。 自动化方面，如pH电极、溶解氧电极、溶解二氧化碳电极等的在线检测在国外巳相当成熟。国内目前尚处于起步阶段，发酵检测参数还只限于温度、压力、空气流量等一些最常规的参数。 发酵罐工艺操作条件 1．温度：25～40℃。 2．压力：0～1 kg／cm3(表压)。(2kg，0.05Kpa) 3．灭菌条件；温