生物化學(xué)工程課件

1、生物化學(xué)工程1生物化學(xué)工程Xueqing. 2004-9-14生物化學(xué)工程2一些與化學(xué)和生物技術(shù)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源索引一些與化學(xué)和生物技術(shù)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)資源索引. html. htmlhttp:/Bic Med Net,comhttp:/pharmIhttp:/ web生物化學(xué)工程3生物化學(xué)工程第一章：緒論第一章：緒論第二章：工業(yè)微生物概論第二章：工業(yè)微生物概論第三章：滅菌技術(shù)第三章：滅菌技術(shù)第四章：氧的供需與傳遞第四章：氧的供需與傳遞第五章：生物反應(yīng)器第五章：生物反應(yīng)器第六章：微生物培養(yǎng)技術(shù)與動力學(xué)第六章：微生物培養(yǎng)技術(shù)與動力學(xué)第七章：動物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)第七章：動物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技

2、術(shù)第八章：植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)第八章：植物細(xì)胞大規(guī)模培養(yǎng)技術(shù)第九章：生物物質(zhì)分離與純化第九章：生物物質(zhì)分離與純化第十章：生化生產(chǎn)工藝實例第十章：生化生產(chǎn)工藝實例生物化學(xué)工程4第一章第一章 緒緒 論論1.1 生化工程的定義及其與生物工程的關(guān)系生化工程的定義及其與生物工程的關(guān)系生物化學(xué)工程簡稱生化工程（生物化學(xué)工程簡稱生化工程（biochemical engineering)，是應(yīng)用化學(xué)工程的原理和方法將生物工程的實驗室成果是應(yīng)用化學(xué)工程的原理和方法將生物工程的實驗室成果進(jìn)行工業(yè)開發(fā)的學(xué)科進(jìn)行工業(yè)開發(fā)的學(xué)科。它即可視為化學(xué)工廠的一個分之，。它即可視為化學(xué)工廠的一個分之，又可認(rèn)為是生物工程的一個組

3、成部分。是以應(yīng)用基礎(chǔ)研又可認(rèn)為是生物工程的一個組成部分。是以應(yīng)用基礎(chǔ)研究為主，是走向產(chǎn)業(yè)化的必由之路。究為主，是走向產(chǎn)業(yè)化的必由之路。 生物工程則是（生物工程則是（biotechnology，又稱生物技術(shù)）是應(yīng)用又稱生物技術(shù)）是應(yīng)用生物體（包括微生物，動物細(xì)胞，植物細(xì)胞）或其組成生物體（包括微生物，動物細(xì)胞，植物細(xì)胞）或其組成部分（細(xì)胞器和酶），在最適條件下，生產(chǎn)有價值的產(chǎn)部分（細(xì)胞器和酶），在最適條件下，生產(chǎn)有價值的產(chǎn)物，或進(jìn)行有益的過程技術(shù)。以生命科學(xué)為基礎(chǔ)。物，或進(jìn)行有益的過程技術(shù)。以生命科學(xué)為基礎(chǔ)?，F(xiàn)代生物技術(shù)包括基因工程，細(xì)胞工程，酶工程，蛋白現(xiàn)代生物技術(shù)包括基因工程，細(xì)胞工程，酶工

4、程，蛋白質(zhì)工程和發(fā)酵工程質(zhì)工程和發(fā)酵工程生物化學(xué)工程5生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器檢測控制系統(tǒng)檢測控制系統(tǒng)細(xì)胞細(xì)胞酶酶（游離或固定（游離或固定化）化）空氣空氣生 物 催 化生 物 催 化劑劑除菌除菌空氣空氣 能量能量提取精提取精制制產(chǎn)品產(chǎn)品副產(chǎn)品副產(chǎn)品廢物廢物原料原料基質(zhì)或培養(yǎng)基質(zhì)或培養(yǎng)基基營養(yǎng)物營養(yǎng)物滅菌滅菌生物反應(yīng)過程示意圖生物反應(yīng)過程示意圖下游過程生物反應(yīng)過程(中游過程)上游過程生物化學(xué)工程6生物化學(xué)工程7生物化學(xué)工程81.2 生化工程發(fā)展簡史生化工程發(fā)展簡史 傳統(tǒng)的生物技術(shù)制品：傳統(tǒng)的生物技術(shù)制品： 如傳統(tǒng)的發(fā)酵制品如傳統(tǒng)的發(fā)酵制品, 生產(chǎn)技術(shù)生產(chǎn)技術(shù)帶有濃郁的地方性和經(jīng)驗性的特點帶有濃郁的地

5、方性和經(jīng)驗性的特點,設(shè)備簡單設(shè)備簡單.20世紀(jì)初世紀(jì)初, 微生物產(chǎn)品有所發(fā)展微生物產(chǎn)品有所發(fā)展,但主要屬于初級代謝但主要屬于初級代謝產(chǎn)物產(chǎn)物, 厭氣發(fā)酵厭氣發(fā)酵, 設(shè)備也相對簡單（乳酸，乙醇，丙設(shè)備也相對簡單（乳酸，乙醇，丙酮）。酮）。20世紀(jì)世紀(jì)40年代年代,抗生素的發(fā)展抗生素的發(fā)展,使生化工程誕生使生化工程誕生. 特點是特點是好氣發(fā)酵好氣發(fā)酵,產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜產(chǎn)物結(jié)構(gòu)復(fù)雜,次級代謝物次級代謝物, 培養(yǎng)液含量低培養(yǎng)液含量低,無無菌條件高菌條件高.20世紀(jì)世紀(jì)50年代年代, 氨基酸工業(yè)氨基酸工業(yè), 60年代年代: 酶制劑酶制劑. 70 年代年代: 干擾素干擾素, 胰島素胰島素, 生長激素生長激素,

6、 乙肝疫苗乙肝疫苗, 單克隆抗體單克隆抗體.生物化學(xué)工程91985年年 1996年年 領(lǐng)領(lǐng)域域 銷銷售售額額/億億元元 占占總總銷銷售售額額/% 銷銷售售額額/億億元元 占占總總銷銷售售額額/% 農(nóng)農(nóng)業(yè)業(yè) 醫(yī)醫(yī)藥藥 輕輕化化工工 合合計計 1.4 0.2 1 2.6 54 8 38 100 15 21.2 77.9 114.1 13.1 18.6 68.3 100 生物化學(xué)工程10生物化學(xué)工程11生物化工產(chǎn)品的特定產(chǎn)物和反應(yīng)條件，決定了常規(guī)工業(yè)生物化工產(chǎn)品的特定產(chǎn)物和反應(yīng)條件，決定了常規(guī)工業(yè)反應(yīng)裝置和分離純化設(shè)備必須經(jīng)過專門的設(shè)計和改進(jìn)后反應(yīng)裝置和分離純化設(shè)備必須經(jīng)過專門的設(shè)計和改進(jìn)后才能得以

7、應(yīng)用，新型高性能的生化反應(yīng)器和高效分離純才能得以應(yīng)用，新型高性能的生化反應(yīng)器和高效分離純化設(shè)備、分離介質(zhì)以及反應(yīng)工藝及分離工藝的研制開發(fā)化設(shè)備、分離介質(zhì)以及反應(yīng)工藝及分離工藝的研制開發(fā)是生物化工產(chǎn)業(yè)開發(fā)的重點領(lǐng)域。生物化工是化學(xué)工業(yè)是生物化工產(chǎn)業(yè)開發(fā)的重點領(lǐng)域。生物化工是化學(xué)工業(yè)的前沿領(lǐng)域之一，在生物技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的過程中起的前沿領(lǐng)域之一，在生物技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的過程中起決定性的作用。在生物技術(shù)發(fā)展初期，生物化工的重要決定性的作用。在生物技術(shù)發(fā)展初期，生物化工的重要作用并沒有得到足夠的重視，隨著生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展作用并沒有得到足夠的重視，隨著生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和化學(xué)工業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，

8、越來越多的生物技和化學(xué)工業(yè)結(jié)構(gòu)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的調(diào)整，越來越多的生物技術(shù)產(chǎn)品極大地依賴生物化工技術(shù)才能實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，術(shù)產(chǎn)品極大地依賴生物化工技術(shù)才能實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，而且許多化學(xué)品的生產(chǎn)工藝有生物法取代，顯示了很大而且許多化學(xué)品的生產(chǎn)工藝有生物法取代，顯示了很大的優(yōu)勢。據(jù)美國和歐盟預(yù)測生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)在未來的優(yōu)勢。據(jù)美國和歐盟預(yù)測生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)在未來1010年內(nèi)年內(nèi)將增長將增長10-2010-20倍，生物化工產(chǎn)品在化學(xué)工業(yè)中的比重也倍，生物化工產(chǎn)品在化學(xué)工業(yè)中的比重也將提高一倍。將提高一倍。生物化學(xué)工程12目前生物化工的發(fā)展速度顯然不能適應(yīng)生物技術(shù)產(chǎn)目前生物化工的發(fā)展速度顯然不能適應(yīng)生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的飛速發(fā)

9、展。生物化工面臨著改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和業(yè)化的飛速發(fā)展。生物化工面臨著改造傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和發(fā)展生物高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的雙重任務(wù)。加強生物技術(shù)的發(fā)展生物高技術(shù)產(chǎn)業(yè)的雙重任務(wù)。加強生物技術(shù)的研究開發(fā)，大力發(fā)展生物化工不僅是化學(xué)工業(yè)自身研究開發(fā)，大力發(fā)展生物化工不僅是化學(xué)工業(yè)自身發(fā)展的需要，也是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的保證。發(fā)展的需要，也是生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的保證。生物化學(xué)工程131.3 生化工程的基本內(nèi)容生化工程的基本內(nèi)容 新型生物反應(yīng)器的研究開發(fā)，特別是針對基因工程新型生物反應(yīng)器的研究開發(fā)，特別是針對基因工程產(chǎn)品和動、植物細(xì)胞培養(yǎng)的產(chǎn)品的投產(chǎn)研制新型生物反產(chǎn)品和動、植物細(xì)胞培養(yǎng)的產(chǎn)品的投產(chǎn)研制新型生物反應(yīng)器。重點在于生物安全。植

10、物細(xì)胞對剪切力和環(huán)境敏應(yīng)器。重點在于生物安全。植物細(xì)胞對剪切力和環(huán)境敏感以及培養(yǎng)周期長而防止污染的問題。動物細(xì)胞的附壁感以及培養(yǎng)周期長而防止污染的問題。動物細(xì)胞的附壁生長的特點。生長的特點。 新型分離方法和設(shè)備的研發(fā)，特別是針對蛋白質(zhì)、多新型分離方法和設(shè)備的研發(fā)，特別是針對蛋白質(zhì)、多肽產(chǎn)品的分離。肽產(chǎn)品的分離。 各種描述生物反應(yīng)過程的數(shù)學(xué)模型的建立，將有利于各種描述生物反應(yīng)過程的數(shù)學(xué)模型的建立，將有利于過程的控制和優(yōu)化以及計算機的應(yīng)用。過程的控制和優(yōu)化以及計算機的應(yīng)用。 生物反應(yīng)器內(nèi)重要參數(shù)的傳感器的研制和有關(guān)計算機生物反應(yīng)器內(nèi)重要參數(shù)的傳感器的研制和有關(guān)計算機控制系統(tǒng)硬件及軟件的建立和完善。

11、控制系統(tǒng)硬件及軟件的建立和完善。生物化學(xué)工程14第二章第二章 工業(yè)微生物學(xué)概論工業(yè)微生物學(xué)概論2.1 工業(yè)生產(chǎn)中常見的微生物工業(yè)生產(chǎn)中常見的微生物 .1細(xì)菌（細(xì)菌（bacteriabacteria）分布廣，數(shù)量多，與人的關(guān)分布廣，數(shù)量多，與人的關(guān)系密切。按其形態(tài)分為球菌、桿菌和螺旋菌系密切。按其形態(tài)分為球菌、桿菌和螺旋菌其中發(fā)酵工業(yè)中常用的為桿菌。包括醋酸桿菌屬（其中發(fā)酵工業(yè)中常用的為桿菌。包括醋酸桿菌屬（AcetobacterAcetobacter）, ,乳酸乳酸桿菌屬（桿菌屬（LactobacillusLactobacillus）, ,芽孢桿菌屬（芽孢桿菌屬（Bacillu

12、sBacillus）, ,如枯草芽孢桿菌如枯草芽孢桿菌（Bacillus subtilisBacillus subtilis）可生產(chǎn)可生產(chǎn)-淀粉酶和蛋白酶和淀粉酶和蛋白酶和5 5- -核苷酸酶等。核苷酸酶等。梭菌屬（梭菌屬（ClostridiumClostridium）如丙酮如丙酮丁醇的梭狀芽孢桿菌（丁醇的梭狀芽孢桿菌（Clostridium Clostridium acetobutyliumacetobutylium）。）。大腸桿菌（大腸桿菌（Escherichia coliEscherichia coli）：）：判斷食品被動物判斷食品被動物排泄物污染的可能，公共衛(wèi)生的重要指標(biāo)。，在工業(yè)上利

13、用大腸桿菌的排泄物污染的可能，公共衛(wèi)生的重要指標(biāo)。，在工業(yè)上利用大腸桿菌的谷氨酸脫羧酶進(jìn)行谷氨酸定量分析。利用大腸桿菌制取天冬氨酸、蘇氨谷氨酸脫羧酶進(jìn)行谷氨酸定量分析。利用大腸桿菌制取天冬氨酸、蘇氨酸和纈氨酸。醫(yī)藥方面用大腸桿菌制造治療白血病的天冬酰氨酶，基因酸和纈氨酸。醫(yī)藥方面用大腸桿菌制造治療白血病的天冬酰氨酶，基因工程菌。產(chǎn)氨短桿菌（工程菌。產(chǎn)氨短桿菌（Brevibacterium ammoniagenesBrevibacterium ammoniagenes）：）：短桿菌屬，短桿菌屬，為氨基酸、核苷酸和酶法生產(chǎn)輔酶為氨基酸、核苷酸和酶法生產(chǎn)輔酶A A的菌種。的菌種。 生物化學(xué)工程15S

14、taphylococcus aureus生物化學(xué)工程162.1.2 放線菌（放線菌（Actinomyces） 因因菌落呈放射狀而得名，大多數(shù)是腐生菌。介于細(xì)菌和霉菌呈長菌落呈放射狀而得名，大多數(shù)是腐生菌。介于細(xì)菌和霉菌呈長的細(xì)絲，與霉菌相似，但寬度與細(xì)菌相似，無橫隔，為單細(xì)胞，的細(xì)絲，與霉菌相似，但寬度與細(xì)菌相似，無橫隔，為單細(xì)胞，菌絲無完整的核，為原核生物。土壤中含有菌絲無完整的核，為原核生物。土壤中含有104-106/g，有特有的有特有的土腥味。它的一大貢獻(xiàn)是產(chǎn)生抗生素。不完全統(tǒng)計，目前，自然土腥味。它的一大貢獻(xiàn)是產(chǎn)生抗生素。不完全統(tǒng)計，目前，自然界發(fā)現(xiàn)和分離了界發(fā)現(xiàn)和分離了5500種以上

15、的抗生素，其中放線菌產(chǎn)生的有種以上的抗生素，其中放線菌產(chǎn)生的有4400多種。其中鏈霉菌屬（多種。其中鏈霉菌屬（Streptomyces）自自1942年，年，Waksman 發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)灰色鏈霉菌（產(chǎn)鏈霉素）相繼發(fā)現(xiàn)了發(fā)酵工業(yè)中常用的有龜裂鏈灰色鏈霉菌（產(chǎn)鏈霉素）相繼發(fā)現(xiàn)了發(fā)酵工業(yè)中常用的有龜裂鏈霉菌（生產(chǎn)土霉素），紅鏈霉菌（產(chǎn)紅霉素），金黃色鏈霉菌霉菌（生產(chǎn)土霉素），紅鏈霉菌（產(chǎn)紅霉素），金黃色鏈霉菌（產(chǎn)金霉素），委內(nèi)瑞拉鏈霉菌（產(chǎn)氯霉素），卡那鏈霉菌（產(chǎn)（產(chǎn)金霉素），委內(nèi)瑞拉鏈霉菌（產(chǎn)氯霉素），卡那鏈霉菌（產(chǎn)卡那霉素）。小單孢菌屬（卡那霉素）。小單孢菌屬（Micromonospora）不形成氣生

16、菌絲不形成氣生菌絲體，在基內(nèi)菌絲體上長出孢子梗，頂端著生一個球形、橢圓、或體，在基內(nèi)菌絲體上長出孢子梗，頂端著生一個球形、橢圓、或長形的孢子。菌落常帶有顏色。此屬產(chǎn)抗生素的菌種有長形的孢子。菌落常帶有顏色。此屬產(chǎn)抗生素的菌種有30多種。多種。如絳紅小單胞菌和棘孢小單孢菌屬都產(chǎn)（產(chǎn)慶大霉素）如絳紅小單胞菌和棘孢小單孢菌屬都產(chǎn)（產(chǎn)慶大霉素）生物化學(xué)工程17單細(xì)胞，卵圓形，圓形或圓柱形。酵母對發(fā)酵生產(chǎn)特別有單細(xì)胞，卵圓形，圓形或圓柱形。酵母對發(fā)酵生產(chǎn)特別有利，自古釀制含酒飲料，而后做面包，發(fā)饅頭，進(jìn)行酒精、利，自古釀制含酒飲料，而后做面包，發(fā)饅頭，進(jìn)行酒精、甘油的生產(chǎn)，近年又用酵母進(jìn)行石油發(fā)酵脫臘、

17、生產(chǎn)各種甘油的生產(chǎn)，近年又用酵母進(jìn)行石油發(fā)酵脫臘、生產(chǎn)各種有機酸。又因酵母內(nèi)含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素和各種酶，有機酸。又因酵母內(nèi)含有豐富的蛋白質(zhì)、維生素和各種酶，所以酵母本身又是醫(yī)藥、化工和食品工業(yè)中的重要原料。所以酵母本身又是醫(yī)藥、化工和食品工業(yè)中的重要原料。如單細(xì)胞蛋白質(zhì)、酵母片、核糖核酸、核苷酸、輔酶如單細(xì)胞蛋白質(zhì)、酵母片、核糖核酸、核苷酸、輔酶A、脂肪酸及乳糖酶等。酵母的繁殖通常以芽殖為主。工業(yè)中脂肪酸及乳糖酶等。酵母的繁殖通常以芽殖為主。工業(yè)中常用的菌主要有釀酒酵母菌屬和假絲酵母菌屬，前者用于常用的菌主要有釀酒酵母菌屬和假絲酵母菌屬，前者用于釀酒，后者用于其他的發(fā)酵生產(chǎn)。釀酒，后者用

18、于其他的發(fā)酵生產(chǎn)。 2.1.3 酵母菌酵母菌（yeast）生物化學(xué)工程182.1.4霉菌（霉菌（molds）凡生長在營養(yǎng)基質(zhì)上形成絨毛狀、網(wǎng)狀或絮狀菌絲的真菌為霉菌。凡生長在營養(yǎng)基質(zhì)上形成絨毛狀、網(wǎng)狀或絮狀菌絲的真菌為霉菌。在自然界中分布廣，存在土壤、空氣、水和生物體內(nèi)外等處，喜在自然界中分布廣，存在土壤、空氣、水和生物體內(nèi)外等處，喜偏酸性環(huán)境，多數(shù)為好氧性、多腐性，少數(shù)寄生。其繁殖能力強，偏酸性環(huán)境，多數(shù)為好氧性、多腐性，少數(shù)寄生。其繁殖能力強，以無性和有性孢子繁殖，生長方式以菌絲末端伸長和頂端分支。以無性和有性孢子繁殖，生長方式以菌絲末端伸長和頂端分支。霉菌是菌絲體結(jié)構(gòu)，呈分支狀，它既可以

19、引起食品、衣服、糧食霉菌是菌絲體結(jié)構(gòu)，呈分支狀，它既可以引起食品、衣服、糧食及生活用品的霉?fàn)€，又可以用于發(fā)酵生產(chǎn)。例如遠(yuǎn)古時代，用霉及生活用品的霉?fàn)€，又可以用于發(fā)酵生產(chǎn)。例如遠(yuǎn)古時代，用霉菌作曲制醬；近代利用霉菌生產(chǎn)酒精、有機酸、抗生素、酶制劑、菌作曲制醬；近代利用霉菌生產(chǎn)酒精、有機酸、抗生素、酶制劑、維生素及激素等多種制品。發(fā)酵工業(yè)中常用的霉菌有曲霉屬維生素及激素等多種制品。發(fā)酵工業(yè)中常用的霉菌有曲霉屬（Aspergillus）如黑曲霉（生產(chǎn)淀粉酶、蛋白酶、果膠酶、葡如黑曲霉（生產(chǎn)淀粉酶、蛋白酶、果膠酶、葡萄糖氧化酶）它的變異株可生產(chǎn)檸檬酸、葡萄糖酸、草酸和抗壞萄糖氧化酶）它的變異株可生產(chǎn)檸

20、檬酸、葡萄糖酸、草酸和抗壞血酸），米曲霉含有多種酶類，糖化型淀粉酶和蛋白酶都較強主血酸），米曲霉含有多種酶類，糖化型淀粉酶和蛋白酶都較強主要用在釀酒的糖化曲和制醬油的醬油曲。黃曲霉，產(chǎn)生液化型的要用在釀酒的糖化曲和制醬油的醬油曲。黃曲霉，產(chǎn)生液化型的淀粉酶。但某些菌種產(chǎn)生黃曲霉毒素，特別在花生和花生餅粕上淀粉酶。但某些菌種產(chǎn)生黃曲霉毒素，特別在花生和花生餅粕上易形成，導(dǎo)致人蓄中毒或致癌。青霉屬易形成，導(dǎo)致人蓄中毒或致癌。青霉屬1929年年Fleming首先發(fā)現(xiàn)首先發(fā)現(xiàn)青霉素以來，一些典型的青霉菌如產(chǎn)黃青霉（產(chǎn)青霉素），展開青霉素以來，一些典型的青霉菌如產(chǎn)黃青霉（產(chǎn)青霉素），展開青霉（產(chǎn)灰黃霉素

21、），根霉屬（用于制曲和生產(chǎn)乳酸等）。青霉（產(chǎn)灰黃霉素），根霉屬（用于制曲和生產(chǎn)乳酸等）。生物化學(xué)工程19 Some fungi produce antibiotics Penicillin was the first antibiotic to be discovered生物化學(xué)工程20Aspergillus生物化學(xué)工程212.1.5其他微生物其他微生物：擔(dān)子菌，即菇類微生物，其資源利用越來越受人們的重視。：擔(dān)子菌，即菇類微生物，其資源利用越來越受人們的重視。如多糖，橡膠物質(zhì)，抗癌藥物的開發(fā)如多糖，橡膠物質(zhì)，抗癌藥物的開發(fā)“1，2-葡萄糖苷酶及葡萄糖苷酶及某些多糖物質(zhì)具有抗癌作用。：藻類，是分

22、布最廣的自某些多糖物質(zhì)具有抗癌作用。：藻類，是分布最廣的自養(yǎng)微生物。可作為人類保健品和飼料。培養(yǎng)螺旋藻養(yǎng)微生物?？勺鳛槿祟惐＝∑泛惋暳?。培養(yǎng)螺旋藻60噸噸（GW）/公頃，大豆公頃，大豆4噸噸/公頃，是大豆的公頃，是大豆的28倍。倍。2.1.6 噬菌體噬菌體 凡用細(xì)菌和放線菌為生長菌株的發(fā)酵工業(yè)，均存在噬菌體的凡用細(xì)菌和放線菌為生長菌株的發(fā)酵工業(yè)，均存在噬菌體的問題。問題。生物化學(xué)工程22生物化學(xué)工程23巨大螺旋蛋白質(zhì)含量6570；含有多種維生素，VB12最豐富，富含八種必須氨基酸；螺旋藻多糖，多種微量元素，如鐵、鉀、鈉、鎂和鈣等；含高量胡蘿卜素，七是含高含量的gamma-linoleic ac

23、id (gamma-亞麻油酸)，可降低人體血脂；另外還含有大量的藻膽蛋白，這是一種能促進(jìn)機體免疫系統(tǒng)功能增強的生物活性物質(zhì)。由此可見，螺旋藻是一種高級營養(yǎng)食品，同時還是多種藥品特別是保健藥品的重要原料。生物化學(xué)工程24小球藻：繁殖能力強，利用太陽能生產(chǎn)蛋白質(zhì)，占其胞重的50%，超過牛肉和大豆，另外還含有糖類、脂肪、維生素和礦物質(zhì)以及一種生長因子，可促進(jìn)兒童的生長發(fā)育和增強體質(zhì)，用于食品或是食品添加劑。杜氏藻（鹽藻) 光能轉(zhuǎn)化率高，生長繁殖快的單細(xì)胞藻。在條件適當(dāng)?shù)那闆r下，這種藻可大量合成胡蘿卜素，從10公斤鮮藻內(nèi)可獲得1公斤-胡蘿卜素，這比胡蘿卜高出了500倍左右。由于-胡蘿卜素抗氧化能力強，

24、又是人體必需的最重要的活性物質(zhì)，加上其資源極其豐富和易加工等特點，生物化學(xué)工程25 Phage reproductive cycleFigure 10.1CPhage attaches to bacterial cell.Phage injects DNA.Phage DNA directs host cell to make more phage DNA and protein parts. New phages assemble.Cell lyses and releases new phages.生物化學(xué)工程26 目前在國際下備受關(guān)注，如澳大利亞、以色列和日本等國每年都生產(chǎn)出大量的杜氏藻

25、粉，除進(jìn)行深加工外還出口到世界種地。當(dāng)前這種海洋生物技術(shù)也是許多國家競爭的熱點。我國是海洋大國，海洋生物資源十分豐富，在即新的世紀(jì)，利用我們自身的這種優(yōu)越的自然條件發(fā)展海洋生物技術(shù)，開發(fā)海洋生物新產(chǎn)品已刻不容緩。生物化學(xué)工程27生物化學(xué)工程28International Culture CollectionsDomestically, strains can be purchased from: CGMCC orChina General Microbiological Culture Collection Center中國微生物菌種保藏管理委員會普通微生物中心，北京中關(guān)村中國微生物菌種保藏管

26、理委員會普通微生物中心，北京中關(guān)村生物化學(xué)工程29 第三章第三章: 滅菌技術(shù)滅菌技術(shù)3.1. 滅菌的原理和方法滅菌的原理和方法3.2. 培養(yǎng)基滅菌培養(yǎng)基滅菌3.3. 空氣滅菌空氣滅菌 生物生產(chǎn)過程是一個純培養(yǎng)過程，必須保證在生產(chǎn)生物生產(chǎn)過程是一個純培養(yǎng)過程，必須保證在生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)是無菌的的各個環(huán)節(jié)是無菌的(空氣、培養(yǎng)基、管路和設(shè)備空氣、培養(yǎng)基、管路和設(shè)備)生物化學(xué)工程303.1. 滅菌的方法和原理滅菌的方法和原理. 化學(xué)試劑滅菌法化學(xué)試劑滅菌法. . 電磁波、射線滅菌法電磁波、射線滅菌法. . 熱滅菌法熱滅菌法 (干熱、濕熱和火焰滅菌法干熱、濕熱和火焰滅菌法). . 過濾除菌法過濾除菌法 (

27、阻留微生物，達(dá)到除菌的目的阻留微生物，達(dá)到除菌的目的) 生物化學(xué)工程31消毒劑消毒劑用途用途常用濃度常用濃度使用方法使用方法1 氧化劑：氧化劑：高錳酸鉀高錳酸鉀漂白粉漂白粉 皮膚消毒皮膚消毒發(fā)酵工廠環(huán)境消毒發(fā)酵工廠環(huán)境消毒 0.1-0.25%2-5% 環(huán)境消毒可直環(huán)境消毒可直接用于粉體接用于粉體2醇類：醇類：乙醇乙醇 皮膚及器物的消毒皮膚及器物的消毒 70-75% 器物消毒浸泡器物消毒浸泡30 min3 酚類：酚類：石碳酸石碳酸來蘇爾來蘇爾 浸泡衣物、擦拭房間桌浸泡衣物、擦拭房間桌面、噴霧消毒面、噴霧消毒皮膚、桌面、器械消毒皮膚、桌面、器械消毒 1-5%3-5% 4 甲醛甲醛空氣消毒空氣消毒1

28、-2%（10-15ml/m3）加熱熏蒸加熱熏蒸4h5 銨鹽銨鹽新潔而滅新潔而滅 皮膚、器械、環(huán)境消毒皮膚、器械、環(huán)境消毒 0.1-0.25% 浸泡浸泡30min常用化學(xué)消毒劑及其使用方法常用化學(xué)消毒劑及其使用方法生物化學(xué)工程32化學(xué)消毒劑方法的局限性化學(xué)消毒劑方法的局限性生物化學(xué)工程33. 電磁波、射線滅菌法電磁波、射線滅菌法.1：原理：利用高能電磁波、紫外線或放射性物質(zhì)產(chǎn)生原理：利用高能電磁波、紫外線或放射性物質(zhì)產(chǎn)生的高能粒子可以起到滅菌的作用。的高能粒子可以起到滅菌的作用。 波長在波長在(2.1-3.1) (2.1-3.1) 1010-7 -7 m m的紫外線的紫外線 表面或空表面或空氣滅

29、菌。氣滅菌。 波長在波長在(0.06-1.4) (0.06-1.4) 1010-7 -7 m m的的 X X 射線射線/ /射線射線( (Co60)Co60) 在在 工業(yè)上還少采用。工業(yè)上還少采用。穿透力差穿透力差設(shè)備投資高設(shè)備投資高生物化學(xué)工程34. 熱滅菌法熱滅菌法.。生物化學(xué)工程35.生物化學(xué)工程36 表表 3 3- -6 6 各各種種滅滅菌菌方方法法的的特特點點及及適適用用范范圍圍 滅菌方法 原理及條件 特點 適用范圍 火焰滅菌法 利 用火 焰直接把微生物殺死。 方法簡單、 滅菌徹底、但適用范圍有限。 適 用 于接 種針 、 玻 璃棒 、 試管 口、 三 角 瓶口等滅菌 干熱滅菌法 利

30、 用熱 空氣將微生物體 內(nèi)的 蛋白質(zhì)氧化進(jìn)行滅菌 滅 菌 后物 料可 保 持 干燥 ， 方法 簡單 ， 但 滅菌效果不如濕熱滅菌 適 用 于金 屬或 玻 璃 器皿的滅菌。 濕熱滅菌法 利 用高 溫蒸汽將物料的 溫度 升高使微生物體 內(nèi)的 蛋白質(zhì)變性進(jìn)行滅菌 蒸 汽 來源 容易 、 潛 熱大 、 穿透 力強 、 滅 菌效果好、 操作費用低、有經(jīng)濟(jì)快速的特點 廣 泛 應(yīng)用 于生 產(chǎn) 設(shè) 備及培養(yǎng)基的滅菌。 射線滅菌法 用 射線 穿透微生物細(xì)胞進(jìn)行滅菌 使 用 方便 ，但 穿 透 能力 較 差， 適用 范 圍 有限 一 般 只 適 用 于 無 菌室 ， 無菌 箱搖 瓶 間 和器皿表面的消毒 化學(xué)式劑

31、滅菌法 利 用化 學(xué)試劑對微生物 的氧 化作用或損傷細(xì)胞等進(jìn)行滅菌 使 用 方法 較廣 ， 可 用于 無 法用 加熱 方 法 進(jìn)行滅菌的物品 常 用 于環(huán) 境空 氣 的 滅菌及一些表面的滅菌 過濾除菌法 利 用過 濾介質(zhì)將微生物 菌體 細(xì)胞過濾進(jìn)行除菌 不 改 變物 性而 達(dá) 到 滅菌目的，設(shè)備要求高 常 用 于生 產(chǎn)中 空 氣 的凈 化 除菌 ，少 數(shù) 用 于容 易 被熱 破壞 的 培 養(yǎng)基的滅菌 生物化學(xué)工程373.2. 培養(yǎng)基滅菌培養(yǎng)基滅菌培養(yǎng)基中含有豐富的營養(yǎng)，工業(yè)化生產(chǎn)中，體積大，生產(chǎn)的時間長，很易受到雜菌的污染。工業(yè)上常采用濕熱滅菌的方法。滅菌的要求：工業(yè)上無菌（滅菌度為1000）

32、。即盡可能的出去雜菌的同時，還要盡可能的減收營養(yǎng)物的損失。常采用的條件為：121，20-30 min。3.2.1：滅菌的基本理論滅菌的基本理論（一）微生物的死亡動力學(xué)一）微生物的死亡動力學(xué)A:對數(shù)殘存定律：微生物受熱死亡的主要原因是高熱能使蛋白質(zhì)變性，這種反應(yīng)可認(rèn)為是單分子反應(yīng)，死亡速率可視為一級反應(yīng)，即與殘存的微生物數(shù)量成正比，生物化學(xué)工程38KteNNttNNKNdtdN000,積分得：初始條件：式中式中 N經(jīng)時間經(jīng)時間t后殘存的活菌濃度（個后殘存的活菌濃度（個/L)，N0開始滅菌時原有活菌濃度（個開始滅菌時原有活菌濃度（個/L)；t滅菌時間（滅菌時間（s,min）K滅菌速率常數(shù)或比死亡速

33、率常數(shù)（滅菌速率常數(shù)或比死亡速率常數(shù)（s-1,min-1）它的大小與微生物的它的大小與微生物的種類種類和加熱和加熱溫溫度度有關(guān)。在同等溫度下，其值小，微生物的有關(guān)。在同等溫度下，其值小，微生物的耐熱性強。耐熱性強。從上式得出：從上式得出：t,N之間的關(guān)系為對數(shù)之間的關(guān)系為對數(shù)t=（2.303/K）(N0/ N)生物化學(xué)工程39式中N/N0, 菌體存活率，而N0/N，為滅菌度。B:非對數(shù)死亡規(guī)律非對數(shù)死亡規(guī)律：對于耐熱性的微生物芽孢，其死亡不符合對數(shù)規(guī)律。具有代表性的模型為Prpkop & Humphey提出的“菌體循序死亡模型”。認(rèn)為：芽孢的死亡是漸進(jìn)的。有耐熱的芽孢（R型）轉(zhuǎn)變?yōu)樗劳龅难挎?

34、D型），需經(jīng)過敏感的中間過程（S型）。NR NS NDKRKS生物化學(xué)工程40dNs/dt=KRNRKSNSdNR/dt= KRNR解為：解為：N/N0=KR/(KR KS)exp(KSt) KS/KRexp(KRt)當(dāng)溫度在當(dāng)溫度在120時，接近一級反應(yīng)規(guī)律時，接近一級反應(yīng)規(guī)律從以上可以看出：達(dá)到徹底的無菌，滅菌的時從以上可以看出：達(dá)到徹底的無菌，滅菌的時間為無限長。因此，工程設(shè)計以工業(yè)無菌為準(zhǔn)。間為無限長。因此，工程設(shè)計以工業(yè)無菌為準(zhǔn)。 （二）溫度對死亡速率常數(shù)（二）溫度對死亡速率常數(shù)K值的影響值的影響：溫度可以影響反應(yīng)速度常數(shù)。其關(guān)系用溫度可以影響反應(yīng)速度常數(shù)。其關(guān)系用Arrhenius

35、方程表示方程表示: K=Aexp( E/RT)生物化學(xué)工程41生物化學(xué)工程42式中：式中：A常數(shù)（常數(shù)（s-1 or min-1)；R氣體常數(shù)，氣體常數(shù)，8.314 J/molK; T 絕對溫度，絕對溫度，K; E 微生微生物死亡活化能，物死亡活化能，J/mol.K= A (E /RT). dK/dT= E /RT2. 從（從（2）式看出：）式看出： E 大，大， K對對T的變化率越的變化率越大，即對溫度變化敏感。大，即對溫度變化敏感。培養(yǎng)基中的熱滅菌既要殺死雜菌，又要保存其培養(yǎng)基中的熱滅菌既要殺死雜菌，又要保存其中的有效成分，因而研究熱對營養(yǎng)物質(zhì)的影響中的有效成分，因而研究熱對營養(yǎng)物質(zhì)的影響

36、是十分必要的是十分必要的生物化學(xué)工程43（三）溫度對營養(yǎng)物質(zhì)分解破壞速率常數(shù)（三）溫度對營養(yǎng)物質(zhì)分解破壞速率常數(shù)K的影的影響響同樣是為一級反應(yīng)：同樣是為一級反應(yīng)：dC/dt=KC其中：其中：C 培養(yǎng)基內(nèi)易被破壞成分的濃度培養(yǎng)基內(nèi)易被破壞成分的濃度mol/L; t 滅菌時間（滅菌時間（min,s); K 分解速度常數(shù)。分解速度常數(shù)。而且而且K同樣受到溫度的影響，同樣受到溫度的影響， 符合符合Arrhenius方方程，即有：程，即有：K= A (E /RT). dK/dT= E /RT2. 生物化學(xué)工程44當(dāng)培養(yǎng)基溫度從當(dāng)培養(yǎng)基溫度從T1升至升至T2時：時：對微生物其死亡速度常數(shù)的得比值對微生物其

37、死亡速度常數(shù)的得比值K2/K1=exp( E /R)(1/T2 1/T1)(K2/K1)= (E /R)(1/T2 1/T1).(3)同理：對培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)同理：對培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)(K2/K1)= (E /R）(1/T2-1/T1)(4)(3)/(4)得：得： (K2/K1) / (K2/K1) =E/E(5) 從從(5)中看出，活化能大，反應(yīng)速度常數(shù)變化程度中看出，活化能大，反應(yīng)速度常數(shù)變化程度也大。也大。生物化學(xué)工程45細(xì)胞芽孢和熱敏性營養(yǎng)物的活化能細(xì)胞芽孢和熱敏性營養(yǎng)物的活化能細(xì) 菌 芽 孢 和細(xì) 菌 芽 孢 和營養(yǎng)物營養(yǎng)物E (J/mol)細(xì)菌芽孢和營養(yǎng)物細(xì)菌芽孢和營養(yǎng)物E(J/

38、mol)葉酸葉酸維生素維生素B12維生素維生素B1維生素維生素B270340963009211498813葡萄糖葡萄糖嗜熱脂肪芽孢桿菌嗜熱脂肪芽孢桿菌枯草芽孢桿菌枯草芽孢桿菌肉毒梭菌肉毒梭菌100488283460318210343300判斷采用高溫或是在低溫條件下殺菌是由該反應(yīng)的判斷采用高溫或是在低溫條件下殺菌是由該反應(yīng)的活化能的大小決定。滅菌溫度升高時，微生物殺死活化能的大小決定。滅菌溫度升高時，微生物殺死速率的提高要超過營養(yǎng)成分破壞的速率。在滅菌度速率的提高要超過營養(yǎng)成分破壞的速率。在滅菌度相同的條件下，相同的條件下，Kt=常數(shù)，因而高溫常數(shù)，因而高溫K值增大，時值增大，時間必定大大縮短

39、，營養(yǎng)物質(zhì)總的損失可以減少，因間必定大大縮短，營養(yǎng)物質(zhì)總的損失可以減少，因此高溫短時滅菌比低溫長時要好。此為滅菌動力學(xué)此高溫短時滅菌比低溫長時要好。此為滅菌動力學(xué)得出的最重要的結(jié)論之一。得出的最重要的結(jié)論之一。生物化學(xué)工程46例例1：當(dāng)殺菌溫度從：當(dāng)殺菌溫度從120升至升至150 ，試計算維生素，試計算維生素B1的分解速率常數(shù)的分解速率常數(shù)KB和嗜熱脂肪芽孢桿菌的死亡速和嗜熱脂肪芽孢桿菌的死亡速率常數(shù)率常數(shù)KS。已知已知ES=283460 J/mol, As=1.061036 (min-1) ；EB=92114 J/mol, AB=1.061010 (min-1)解：解：由（由（1）式，即）式

40、，即K= A (E /RT)得得 Ks= As ES /(2.303 RT) Ks在在120 時為時為0.024 (min-1) 150 時為時為11.12 (min-1)滅菌速率常數(shù)提高滅菌速率常數(shù)提高463倍。倍。同樣地：同樣地： KB在在120 時為時為0.055 (min-1)，150 時為時為0.404 (min-1)，同樣的溫度變化僅提高同樣的溫度變化僅提高7.3倍倍生物化學(xué)工程47解：因營養(yǎng)物質(zhì)的損失為一級反應(yīng)；解：因營養(yǎng)物質(zhì)的損失為一級反應(yīng)；固有固有 C/C0=Kt=0.418 C/C0=0.658 B1的損失（的損失（ C0 0.658 C0)/ C0=0.342例例2：在：

41、在120 時滅菌時滅菌7.6 min,計算維生素計算維生素B1的的損失度。已知損失度。已知K=0.055(1/min)。生物化學(xué)工程48生物化學(xué)工程493.2.2：影響滅菌的因素：影響滅菌的因素培養(yǎng)基成分：影響微生物的耐熱性。培養(yǎng)基成分：影響微生物的耐熱性。培養(yǎng)基的物理狀態(tài)：導(dǎo)熱方式培養(yǎng)基的物理狀態(tài)：導(dǎo)熱方式培養(yǎng)基的培養(yǎng)基的pH培養(yǎng)基中的微生物量。培養(yǎng)基中的微生物量。N正比于正比于N0微生物細(xì)胞中的水含量。水微生物細(xì)胞中的水含量。水微生物細(xì)胞菌齡微生物細(xì)胞菌齡微生物的耐熱性，細(xì)菌芽孢最耐熱微生物的耐熱性，細(xì)菌芽孢最耐熱空氣排出情況空氣排出情況泡沫：熱量傳遞難泡沫：熱量傳遞難 避免突然進(jìn)汽或加大

42、避免突然進(jìn)汽或加大排氣。排氣。攪拌攪拌M失活易生物化學(xué)工程50一、間歇滅菌一、間歇滅菌（一）、間歇滅菌（一）、間歇滅菌又稱實罐滅菌，將配置好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵又稱實罐滅菌，將配置好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐中或其它裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所罐中或其它裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用的設(shè)備一起進(jìn)行滅菌的過程。此法對設(shè)備用的設(shè)備一起進(jìn)行滅菌的過程。此法對設(shè)備要求簡單，滅菌可靠，無需專門的滅菌設(shè)備，要求簡單，滅菌可靠，無需專門的滅菌設(shè)備，投資少，是中小型工廠廠采用的一種方法。投資少，是中小型工廠廠采用的一種方法。分為三個階段：升溫、保溫和冷卻。分為三個階段：升溫、保溫和冷卻。生物化學(xué)工程51培養(yǎng)基間歇滅菌過程

43、中培養(yǎng)基間歇滅菌過程中的溫度變化的溫度變化020406080100120140050100150200250時間（min)溫度（）加熱加熱保溫保溫冷卻冷卻（二）間歇滅菌的計算（二）間歇滅菌的計算升溫階段：采用間接加升溫階段：采用間接加熱（夾套、蛇管）；直熱（夾套、蛇管）；直接加熱（在培養(yǎng)基中直接加熱（在培養(yǎng)基中直接通入蒸汽）；或二者接通入蒸汽）；或二者同時進(jìn)行的加熱方式。同時進(jìn)行的加熱方式。生物化學(xué)工程52由微生物死亡動力學(xué)公式由微生物死亡動力學(xué)公式 dN/dt= KN K=Aexp( E/RT)總總=N0/N=0t Aexp( E/RT)dtN0/N= (N0/ N1)(N1/ N2)(N2

44、 /N)= (N0/ N1)+ (N1/ N2)+ (N2 /N)= 加加+ 保保+ 冷冷生物化學(xué)工程53在加熱或冷卻工程中在加熱或冷卻工程中,溫度隨時間而發(fā)生改變，溫度隨時間而發(fā)生改變， 加加=Aexp( E/RT)dt關(guān)系式復(fù)雜，積分困難，關(guān)系式復(fù)雜，積分困難，目前可用目前可用Richards簡易算法算出。其認(rèn)為當(dāng)溫度簡易算法算出。其認(rèn)為當(dāng)溫度超過超過100后，才能具有殺滅微生物的作用，并后，才能具有殺滅微生物的作用，并且隨著溫度的升高，該作用也隨之增大。據(jù)此他且隨著溫度的升高，該作用也隨之增大。據(jù)此他以嗜熱脂肪芽孢桿菌為指示菌，在每分鐘升高以嗜熱脂肪芽孢桿菌為指示菌，在每分鐘升高1的條件

45、下，在不同溫度下的的條件下，在不同溫度下的(N0/ N1)，并匯并匯總于表（總于表（p84)加加= 查表查表升至恒溫的時間升至恒溫的時間/(恒溫溫度恒溫溫度-100 )冷冷= 查表查表降溫的時間降溫的時間/(開始降溫溫度開始降溫溫度-100 )生物化學(xué)工程54例例3:培養(yǎng)基在培養(yǎng)基在30 min內(nèi)從內(nèi)從100 升至升至121 ，或，或在在17 min內(nèi)從內(nèi)從121 冷卻至冷卻至100 ，Richards簡簡便方法計算便方法計算加加和和冷冷?解：解： 在在 1 /min 條件下，培養(yǎng)基從條件下，培養(yǎng)基從120 121 ， 加加為為12.549， 加加= 查表查表升至恒溫的時間升至恒溫的時間/(恒

46、溫溫度恒溫溫度-100 )加加= 12.549 30/21=17.93 冷冷= 查表查表降溫的時間降溫的時間/(開始降溫溫度開始降溫溫度-100 )同理同理: 冷冷= 12.549 17/21=10.16生物化學(xué)工程55例例4:若某發(fā)酵液中原含活菌若某發(fā)酵液中原含活菌1011個個,滅菌后的活菌滅菌后的活菌數(shù)為數(shù)為10-3個個,且發(fā)酵液在且發(fā)酵液在16 min內(nèi)從內(nèi)從100 被加熱被加熱到到121 ，之后，在此溫度下保溫，之后，在此溫度下保溫t min，接著，接著，發(fā)酵液再在發(fā)酵液再在17 min內(nèi)從內(nèi)從121 冷卻到冷卻到100 ，求，求所需保溫時間所需保溫時間t。已知已知121 的的K=2.

47、54 min-1解：發(fā)酵液在殺菌前后體積不變 總總= N0/N= 1011/ 10-3= 1014 = 32.2加加= 12.549 16/21=9.56 冷冷 =12.549 17/21=10.16又又 總總=加加+ 保保+ 冷冷 保保=32.2-9.56-10.16=12.48生物化學(xué)工程56 保保= 0t Aexp( E/RT)dt=Ktt= 保保/K=12.48/2.54=4.91 (min)升溫階段對滅菌的貢獻(xiàn)升溫階段對滅菌的貢獻(xiàn)加加/ 總總=9.56/32.2=0.29降溫階段對滅菌的貢獻(xiàn)降溫階段對滅菌的貢獻(xiàn)冷冷/ 總總=10.16/32.2=0.31從上例說明升溫和冷卻階段對整個

48、滅菌過程來從上例說明升溫和冷卻階段對整個滅菌過程來說，效果十分可觀。說，效果十分可觀。一般地加加/ 總總占0.2，而冷冷/ 總總占0.05，保溫階段保保/ 總總占0.75生物化學(xué)工程57二、培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌將配置好的培養(yǎng)基在向發(fā)酵罐等培養(yǎng)裝置輸送的同時進(jìn)行加熱、保溫、和冷卻而進(jìn)行滅菌。連續(xù)滅菌可在短時間內(nèi)加熱到保溫的溫度，并且能很快地冷卻，因此可在比間歇滅菌更高的溫度下進(jìn)行滅菌，有利于減少營養(yǎng)物質(zhì)的損失。培養(yǎng)基連續(xù)滅菌過程中的溫度的變化1、基本流程生物化學(xué)工程58配料罐將培養(yǎng)基預(yù)熱60-70，防止培養(yǎng)基在殺菌時料液與蒸汽溫度相差過大而產(chǎn)生水汽撞擊聲。連消塔（加熱塔）使培養(yǎng)基迅速（20 s)升溫

49、（126-132 ）。維持罐：使培養(yǎng)基溫度保持在滅菌溫度下一段時間。2-7min.冷卻管：將培養(yǎng)基迅速冷卻到40-50 ，輸送到滅菌后的發(fā)酵罐內(nèi)生物化學(xué)工程592、噴射加熱連續(xù)滅菌流程生物化學(xué)工程603、薄板換熱器連續(xù)滅菌流程作業(yè)：P90; 1;3;6生物化學(xué)工程613.3. 空氣滅菌空氣滅菌好氧微生物在發(fā)酵過程中需氧。而空氣中夾帶有大量的各類雜菌，因而在培養(yǎng)系統(tǒng)通入空氣之前須除菌。生產(chǎn)中應(yīng)用的無菌空氣認(rèn)為10-3 。一般空氣中的含量103-104個/m3,菌體的平均尺寸為0.6 m。3.3.1 空氣滅菌的方法空氣滅菌的方法空氣中微生物種類：包括細(xì)菌、細(xì)菌和霉菌孢子，酵母菌和病毒。研究其分布情

50、況有利于選取良好的取風(fēng)位置和提高空氣除菌效率。數(shù)量與環(huán)境溫度和濕度有關(guān)。城市中空氣微生物的含量大于農(nóng)村和山區(qū)的地面空氣微生物的含量大于高空中的。潮濕溫暖的南方地區(qū)微生物的含量大于干燥寒冷的北方地區(qū)。塵埃數(shù)量與微生物量呈線性關(guān)系（y=0.003x-2.6)生物化學(xué)工程62熱滅菌法熱滅菌法Decker等發(fā)現(xiàn)懸浮于空氣中的細(xì)菌孢子在218 ，24 24 s s內(nèi)內(nèi)可被殺死。利用空氣壓縮時溫度升高來殺死微生物熱滅菌方法（屬于干熱滅菌)。壓力與溫度的關(guān)系為T2=T1(P2/P1)(m-1)/m式中, T1, T2分別是空氣壓縮前后的溫度, K; P1, P2 分別是壓縮前后的的空氣壓力，Pa; m 多變

51、指數(shù)，1.25。實際工藝所采用進(jìn)口空氣溫度T1=60-70 , P2/P1=6,則出口溫度達(dá)到200 以上（203-217），即可達(dá)到滅菌的目的。該方法已成功地應(yīng)用在丙酮、丁醇、淀粉酶和2，3 丁二醇的發(fā)酵生產(chǎn)。其工藝流程為生物化學(xué)工程63生物化學(xué)工程64輻射滅菌和化學(xué)滅菌法在發(fā)酵工業(yè)上大規(guī)模輻射滅菌和化學(xué)滅菌法在發(fā)酵工業(yè)上大規(guī)模的制備無菌空氣尚待經(jīng)一步研究的制備無菌空氣尚待經(jīng)一步研究.靜電除菌法靜電除菌法使空氣中的微粒（水霧、油霧、塵埃和微生物）使空氣中的微粒（水霧、油霧、塵埃和微生物）在靜電場的作用下會被電離成帶電微粒，然后將在靜電場的作用下會被電離成帶電微粒，然后將其鋪集在電極上。對其鋪

52、集在電極上。對1 的微粒去除率高達(dá)的微粒去除率高達(dá)99%，耗電量小耗電量小處理處理1000 m3空氣空氣/(0.4-0.8 kW),氣體壓氣體壓力損失小，但對很小的微粒，由于所帶電荷小，力損失小，但對很小的微粒，由于所帶電荷小，靜電引力接近于氣流對微粒的拖動力或布朗擴(kuò)散靜電引力接近于氣流對微粒的拖動力或布朗擴(kuò)散動量時，不能除去。同時設(shè)備龐大，一次性投資動量時，不能除去。同時設(shè)備龐大，一次性投資費用高。費用高。生物化學(xué)工程生物化學(xué)工程66介質(zhì)過濾除菌法介質(zhì)過濾除菌法工業(yè)上最常用的空氣除菌方法。是通過過濾介質(zhì)阻工業(yè)上最常用的空氣除菌方法。是通過過濾介質(zhì)阻截空氣中所含微生物，從而獲得無菌空氣。截空氣

53、中所含微生物，從而獲得無菌空氣。過濾介質(zhì)孔隙過濾介質(zhì)孔隙絕對過濾絕對過濾:孔徑孔徑(0.01-0.2 )小于微生物粒小于微生物粒子（子（0.5-2 )的微孔過濾膜。的微孔過濾膜。相對過濾：過濾介質(zhì)孔隙大于微生物相對過濾：過濾介質(zhì)孔隙大于微生物直徑。如棉花、活性炭、玻璃纖維等直徑。如棉花、活性炭、玻璃纖維等3.3.2 過濾介質(zhì)除菌的原理過濾介質(zhì)除菌的原理棉花纖維直徑棉花纖維直徑16-20 , 孔隙直徑孔隙直徑20-50 ,微生物直徑微生物直徑0.5-2 .微粒隨空氣流通過一定厚度的過濾層時，濾層纖維所微粒隨空氣流通過一定厚度的過濾層時，濾層纖維所形成的網(wǎng)格對氣流進(jìn)行無數(shù)次的阻礙，從而無數(shù)次的改形

54、成的網(wǎng)格對氣流進(jìn)行無數(shù)次的阻礙，從而無數(shù)次的改變氣流的運動速度和方向而繞流運動，這將引起微粒對變氣流的運動速度和方向而繞流運動，這將引起微粒對濾層纖維產(chǎn)生慣性撞擊、重力沉降、攔截、布朗擴(kuò)散、濾層纖維產(chǎn)生慣性撞擊、重力沉降、攔截、布朗擴(kuò)散、靜電引力等作用，將微粒捕獲在纖維表面實現(xiàn)過濾。靜電引力等作用，將微粒捕獲在纖維表面實現(xiàn)過濾。生物化學(xué)工程67慣性撞擊截流作用機理慣性撞擊截流作用機理為空氣過濾器的主要作用。滯留微粒的寬度區(qū)間b與纖維直徑的df之比慣性撞擊捕集率1=b/df其中1是慣性準(zhǔn)數(shù)(）的函數(shù)。 即，1 =f( ) 與纖維直徑、微粒的直徑和微粒的速度關(guān)系為 =(Cpd2p0)/(18df)其中:C,克寧漢修正系數(shù)； 0