[生物學]生物工程設備教案

1、1第一章 第一章 生物細胞培養(yǎng)基制備過程與設備 生物細胞培養(yǎng)基制備過程與設備所有的生物細胞都要不斷地同外界進行物質和能量交換，都要進行新陳代謝，才能表現(xiàn)出生命活動，這時，就需要營養(yǎng)物質。營養(yǎng)物質包括碳源、氮源、微量元素、維生素等。利用生物細胞進行生物加工時，需要根據不同的細胞配制多種多樣的培養(yǎng)基，有的細胞能利用淀粉，這時直接向培養(yǎng)基添加淀粉；有的僅能利用葡萄糖，這時就要用纖維素、半纖維素或各種工農業(yè)副產物來制備培養(yǎng)基。生物技術產業(yè)中大

2、多數(shù)都利用純種培養(yǎng)技術，這就要求對培養(yǎng)基中已有的雜菌進行去除或殺滅。第一節(jié) 第一節(jié) 液體培養(yǎng)基的滅菌 液體培養(yǎng)基的滅菌滅菌是指利用物理或化學方法殺滅或除去物料及設備中一切有生命物質的過程。常用的滅菌方法大致有以下幾種：化學滅菌法，電磁波、射線滅菌法，干熱滅菌法，濕熱滅菌法，過濾除菌法，火焰滅菌法。發(fā)酵工業(yè)自從采用純種培養(yǎng)以后，產物的產量和質量都有了很大的提高，同時對防止染菌的要求也更高了。目前的各種培養(yǎng)過程往往都要求在沒有雜菌污染的條

3、件下進行，由于培養(yǎng)過程中通常含有比較豐富營養(yǎng)物質，且培養(yǎng)基中常常帶有各種微生物，因此很容易受到雜菌的污染，進而會產生各種不良的后果。（1）由于雜菌的污染，使生物反應中的基質或產物因雜菌的消耗而損失，造成生產能力的下降；（2）由于雜菌所產生的一些代謝產物，或在染菌后改變了培養(yǎng)液的某些理化性質，使產物的提取和分離變得困難，造成收率降低或使產品的質量下降；（3）雜菌會大量繁殖，會改變反應介質的 PH 值，從而使生物反應發(fā)生異常變化；（4）雜菌

4、可能會分解產物，從而使生產過程失?。唬?）發(fā)生噬菌體污染，微生物細胞被裂解，而使生產失敗等等。一、濕熱滅菌原理和影響滅菌的因素 一、濕熱滅菌原理和影響滅菌的因素（一）滅菌動力學微生物受熱而破壞是指其生活能力喪失，微生物熱死滅原因是細胞內的反應。（1）對數(shù)殘留定律微生物受熱死亡的原因，主要是因高溫使微生物體內的一些重要蛋白質，如酶等，發(fā)生凝固、變性，從而導致微生物無法生存而死亡。微生物受熱而喪失活力，但其物理性質不變。在一定溫度下，微生物

5、的受熱死亡遵照分子反應速度理論。在滅菌過程中，活菌數(shù)逐漸減少，其減少量隨活菌數(shù)的減少而遞減，即微生物的死亡速率與任一瞬時殘留的活菌數(shù)成正比，如圖 1-1 所示，大腸桿菌的死亡曲線為線性關系，稱之為對數(shù)殘留定律，也即反映為一級化學反應動力學為：（1-1） dN KN dt ? ?式中 ——殘存的活菌數(shù)； N——滅菌時間，s； t——滅菌速度常數(shù)（s-1） ，也稱反應速度常數(shù)或比死亡速度常數(shù)，此常數(shù)的大小與 K微生物的種類與加熱溫度有關

6、；——活菌數(shù)瞬時變化速率，即死亡速率。 dNdt3些設備所組成的流程并不是固定的。如采用噴射加熱器加熱而采用真空冷卻有困難，也可采用其它冷卻方式（如噴淋冷卻器或板式換熱器等） 。（一）連消塔——噴淋冷卻流程圖2-4 連續(xù)滅菌設備流程示意圖 1-配料罐（拌料罐）2-蒸汽入口 3-連消塔 4-維持罐5-培養(yǎng)基出口 6-噴淋冷卻 7-冷卻水123456 7（二）噴射加熱——真空冷卻流程圖2-5 加熱-真空冷卻連續(xù)滅菌流程生培養(yǎng)液蒸汽噴射加熱器

7、維持管膨脹閥急聚蒸發(fā)室滅菌好的培養(yǎng)液真空 （三）板式換熱器滅菌流程圖2-6 薄板換熱器連續(xù)滅菌流程維持段蒸汽加熱 段熱回 收段水冷 卻段生培養(yǎng)液 冷卻水滅菌好的培養(yǎng)液培養(yǎng)基連續(xù)滅菌的優(yōu)點是滅菌的溫度較高，滅菌時間較短，培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分受破壞的程度較低，從而保證了培養(yǎng)基的質量，同時由于連續(xù)滅菌過程不在發(fā)酵罐等設備中進行，提高了發(fā)酵罐等設備的利用率。當然與間歇滅菌過程相比，連續(xù)滅菌過程的不足之處是過程所需的設備較多，操作較為麻煩，染菌機會