發(fā)酵工程基本原理PPT課件

1、發(fā)酵工程基本原理發(fā)酵工程基本原理一、培養(yǎng)基滅菌原理一、培養(yǎng)基滅菌原理n對數(shù)殘留定律對數(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的蛋白質，如酶等發(fā)生凝固、變性，從而導致微生物無法生存而死亡。微生物受熱喪失活力，但是其物理性質不變。在滅菌過程中，活菌數(shù)逐漸減少，其減少量隨殘留活菌數(shù)的減少而遞減，。培養(yǎng)基滅菌動力學培養(yǎng)基滅菌動力學n對數(shù)殘留定律對數(shù)殘留定律即死亡速率活菌數(shù)瞬時變化速率，常數(shù)），也稱為比死亡速度滅菌速度常數(shù)（）滅菌時間（殘存活菌數(shù)tNKtNNtNddssKdd1 -培養(yǎng)基滅菌動力學培養(yǎng)基滅菌動力學后殘存活菌數(shù)。經時間）時原有活菌數(shù)；開始滅菌（tNtNNNKNN

2、KteNNtttktt0lg303. 2ln10000n對上式積分得：上式是計算滅菌的基本公式，滅菌速率常熟K是判斷微生物受熱死亡難易程度的基本依據(jù)。各種微生物在同樣的溫度下K值是不同的， K值越小，此微生物越耐熱。二、空氣除菌二、空氣除菌n發(fā)酵對空氣無菌程度的要求發(fā)酵對空氣無菌程度的要求n1、連續(xù)提供一定流量的壓縮空氣。 VVM的意義是單位時間(min)單位體積(m3)培養(yǎng)基中通入標準狀況下空氣的體積(m3)，一般為0.2-2.0。n2、空氣的壓強（表壓）為0.2-0.4 MPa。n3、進入過濾器之前，空氣的相對濕度60。n4、進入發(fā)酵罐的空氣溫度可比培養(yǎng)溫度高10-30。n5、壓縮空氣的潔

3、凈度，在設計空氣過濾器時，一般取失敗概率為10-3為指標。介質過濾除菌介質過濾除菌除菌流程除菌流程介質過濾除菌介質過濾除菌除菌流程除菌流程n粗過濾器粗過濾器：安裝在空壓機的吸入口前，又稱前置過濾器。作用是攔截空氣中較大的灰塵，同時起到一定的除菌作用，減輕總過濾器的負擔。過濾介質采用泡沫塑料和無紡布，設計流速為0.1-0.5m/s。介質過濾除菌介質過濾除菌除菌流程除菌流程n空氣壓縮機空氣壓縮機：提供動力，克服隨后各設備的阻力。目前常用的空壓機有、和。空壓機的選用應根據(jù)空氣用量，結合本地實際及空壓機的特點合理選用。一般不提倡單臺空壓機。介質過濾除菌介質過濾除菌除菌流程除菌流程n空氣儲罐空氣儲罐：作

4、用是消除壓縮空氣的脈動，這對往復式壓縮機尤為重要。儲罐的H/D=2-2.5，其容積可按下式估算：(0.10.2)RAAVVV3空氣壓縮機每分鐘排氣量, m介質過濾除菌介質過濾除菌除菌流程除菌流程n冷卻器冷卻器：空壓機出口溫度一般在120左右，必須冷卻。另外，在潮濕地區(qū)和季節(jié)空氣中含水量高，為了避免過濾介質受潮失效，冷卻還可以達到降濕的目的。介質過濾除菌介質過濾除菌除菌流程除菌流程n氣液分離設備：氣液分離設備：作用是除去空氣中的水和油，保護過濾介質。氣液分離設備有兩類：一是利用離心力沉降的旋風分離器；二是利用慣性攔截的介質分離器，如絲網分離器。介質過濾除菌介質過濾除菌除菌流程除菌流程n空氣加熱器

5、空氣加熱器：經過分離器的空氣的相對濕度為100%，在進入過濾器之前必須把相對濕度降到60%以下，所以要對空氣進行加熱。加熱設備一般采用列管換熱器或套管式加熱器。 介質過濾除菌介質過濾除菌除菌流程除菌流程n過濾器過濾器: 過濾器進行滅菌時，一般是自上而下通入0.2-0.4MPa的蒸汽，滅菌45min左右后，用壓縮空氣吹干備用，總過濾器約每月滅菌一次。為了使總過濾器不間斷地進行工作，一般應有一個備用，以便滅菌時替換使用。三、氧的傳遞三、氧的傳遞n培養(yǎng)過程的氧的傳遞培養(yǎng)過程的氧的傳遞氧從空氣泡傳遞到細胞的過程中需要克服以下幾種阻力：從氣相主體到氣液界面的氣膜傳遞阻力 1Ka氣液界面的傳遞阻力 1Ki

6、從氣液界面通過液膜的傳遞阻力 1KL液相主體的傳遞阻力 1KLB細胞或細胞團表面的傳遞阻力1KLC固液界面的傳遞阻力1KIS細胞團內的傳遞阻力1KA細胞壁的阻力1KW反應阻力1KRn對于難溶氣體（如氧），氣膜傳遞阻力與液膜傳遞阻力之比可以忽略不計，即1HkG1/kL，因此kL=KL在單位體積培養(yǎng)液中，氧的傳遞速率為：(*)LLOTRK a CCOTR單位體積培養(yǎng)液中的氧傳遞速率mol/m3s氧傳遞系數(shù)的測定氧傳遞系數(shù)的測定n亞硫酸鹽氧化法亞硫酸鹽氧化法n該法在反應器中加入亞硫酸鈉亞硫酸鈉溶液，進行通氣攪拌，使亞硫酸鈉與溶解氧生成硫酸鈉。由于亞硫酸鹽的氧化速率遠高于氧的溶解速率亞硫酸鹽的氧化速率

7、遠高于氧的溶解速率，使使上述反應速度由氣液相的氧傳遞速度控制上述反應速度由氣液相的氧傳遞速度控制。通過用碘量法碘量法測定亞硫酸鈉的消耗速率，便可根據(jù)亞硫酸鈉的氧化量來求出氧的傳遞速率V。因為反應進行得很快，液相中氧的濃度為零就可得：CKVCCCKVLaLLLa0)(計算時，常采用罐壓P作為推動力，同時由于溶液中氧的分壓為零，上式可寫成：V=KGaP四、生物反應器四、生物反應器n機械攪拌發(fā)酵罐機械攪拌發(fā)酵罐n機械攪拌發(fā)酵罐是發(fā)酵工廠常用類型之一。n這種發(fā)酵罐既具有機械攪拌裝置，又具有壓縮空氣分布裝置。發(fā)酵罐的攪拌軸既可置于發(fā)酵罐的頂部，也可置于其底部。四、生物反應器四、生物反應器n機械攪拌發(fā)酵罐

8、基本條件機械攪拌發(fā)酵罐基本條件（1）發(fā)酵罐應具有適宜的高徑比。（2）發(fā)酵罐能承受一定的壓力。（3）要保證發(fā)酵液必需的溶解氧。（4）發(fā)酵罐應具有足夠的冷卻面積。（5）發(fā)酵罐內應盡量減少死角，避免積藏污垢，滅菌能徹底，避免染菌。（6）攪拌器的軸封應嚴密，減少泄漏。四、生物反應器四、生物反應器四、生物反應器四、生物反應器n標準通用式發(fā)酵罐標準通用式發(fā)酵罐n殼體：殼體：提供一個封閉的環(huán)境，防止雜菌污染，同時為了高溫滅菌，要求罐體設計的使用壓力達到0.3MPa以上。n控溫部分：控溫部分：在發(fā)酵罐上裝有測溫的傳感儀及冷卻和加熱用的夾套或盤管。一般容積在5M3以下的發(fā)酵罐采用外加套作為傳熱裝置；容積大于5M

9、3的發(fā)酵罐一般采用立式蛇管作為傳熱裝置。四、生物反應器四、生物反應器n標準通用式發(fā)酵罐標準通用式發(fā)酵罐n攪拌部分：攪拌部分：多采用渦輪攪拌槳，一般在一根軸上安裝多個攪拌槳，常用的攪拌槳有平葉式、彎葉式和箭葉式等三種類型。攪拌器使被攪拌的液體產生軸向流動和徑向流動。四、生物反應器四、生物反應器n標準通用式發(fā)酵罐標準通用式發(fā)酵罐n通氣部分：通氣部分：空氣分布器一般采用單孔管，開口往下，可盡量避免固體物料在管口堆積或在罐底沉降。n進出料口：進出料口：主要為進料和出料用，同時還用補料口等。四、生物反應器四、生物反應器n標準通用式發(fā)酵罐標準通用式發(fā)酵罐n測量系統(tǒng)：測量系統(tǒng)：傳感系統(tǒng)，用以測量pH、溶氧等，傳感器要求能承受滅菌溫度及保持長時間穩(wěn)定。n消泡裝置：消泡裝置：有耙式消泡器、半封閉式渦輪消泡器、離心式消泡器、碟片式離心消泡器。n附屬系統(tǒng)：附屬系統(tǒng)：包括視鏡、擋板等。五、發(fā)酵動力學五、發(fā)酵動力學發(fā)酵過程反應速度的描述發(fā)酵過程反應速度的描述dsrdt XS（底