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(nèi)的一些重要的蛋白質(zhì)，如酶等發(fā)生凝固、變性，從而導(dǎo)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(zhì)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(xué)培養(yǎng)基滅菌動力學(xué)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(xué)培養(yǎng)基滅菌動力學(xué)后殘存活菌數(shù)。經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)狀況下空氣的體積(m3)，一般為0.2-2.0。n2、空氣的壓強(qiáng)（表壓）為0.2-0.4 MPa。n3、進(jìn)入過濾器之前，空氣的相對濕度60。n4、進(jìn)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(shè)計空氣過濾器時，一般取失敗概率為10-3為指標(biāo)。介質(zhì)過濾除菌介質(zhì)過濾除菌除菌流程除菌流程介質(zhì)過濾除菌介質(zhì)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(jī)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(fù)擔(dān)。過濾介質(zhì)采用泡沫塑料和無紡布，設(shè)計流速為0.1-0.5m/s。介質(zhì)過濾除菌介質(zhì)過濾除菌除菌流程除菌流程n空氣壓縮機(jī)空氣壓縮機(jī)：提供動力，克服隨后各設(shè)備的阻力。目前常用的空壓機(jī)有、和?？諌簷C(jī)的選用應(yīng)根據(jù)空氣用量，結(jié)合本地實際及空壓機(jī)的特點合理選用。一般不提倡單臺空壓機(jī)。介質(zhì)過濾除菌介質(zhì)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(fù)式壓縮機(jī)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(jī)每分鐘排氣量, m介質(zhì)過濾除菌介質(zhì)過濾除菌除菌流程除菌流程n冷卻器冷卻器：空壓機(jī)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(zhì)受潮失效，冷卻還可以達(dá)到降濕的目的。介質(zhì)過濾除菌介質(zhì)過濾除菌除菌流程除菌流程n氣液分離設(shè)備：氣液分離設(shè)備：作用是除去空氣中的水和油，保護(hù)過濾介質(zhì)。氣液分離設(shè)備有兩類：一是利用離心力沉降的旋風(fēng)分離器；二是利用慣性攔截的介質(zhì)分離器，如絲網(wǎng)分離器。介質(zhì)過濾除菌介質(zhì)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(jīng)過分離器的空氣的相對濕度為100%，在進(jìn)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(jìn)行加熱。加熱設(shè)備一般采用列管換熱器或套管式加熱器。 介質(zhì)過濾除菌介質(zhì)過濾除菌除菌流程除菌流程n過濾器過濾器: 過濾器進(jìn)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(jìn)行工作，一般應(yīng)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(xì)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(xì)胞或細(xì)胞團(tuán)表面的傳遞阻力1KLC固液界面的傳遞阻力1KIS細(xì)胞團(tuán)內(nèi)的傳遞阻力1KA細(xì)胞壁的阻力1KW反應(yīng)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(yīng)器中加入亞硫酸鈉亞硫酸鈉溶液，進(jìn)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(yuǎn)高于氧的溶解速率亞硫酸鹽的氧化速率

7、遠(yuǎn)高于氧的溶解速率，使使上述反應(yīng)速度由氣液相的氧傳遞速度控制上述反應(yīng)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(yīng)進(jìn)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(yīng)器四、生物反應(yīng)器n機(jī)械攪拌發(fā)酵罐機(jī)械攪拌發(fā)酵罐n機(jī)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(jī)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(yīng)器四、生物反應(yīng)器n機(jī)械攪拌發(fā)酵罐

8、基本條件機(jī)械攪拌發(fā)酵罐基本條件（1）發(fā)酵罐應(yīng)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(yīng)具有足夠的冷卻面積。（5）發(fā)酵罐內(nèi)應(yīng)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(yīng)嚴(yán)密，減少泄漏。四、生物反應(yīng)器四、生物反應(yīng)器四、生物反應(yīng)器四、生物反應(yīng)器n標(biāo)準(zhǔn)通用式發(fā)酵罐標(biāo)準(zhǔn)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(shè)計的使用壓力達(dá)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(yīng)器四、生物反應(yīng)器n標(biāo)準(zhǔn)通用式發(fā)酵罐標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)生軸向流動和徑向流動。四、生物反應(yīng)器四、生物反應(yīng)器n標(biāo)準(zhǔn)通用式發(fā)酵罐標(biāo)準(zhǔn)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(jìn)出料口：進(jìn)出料口：主要為進(jìn)料和出料用，同時還用補(bǔ)料口等。四、生物反應(yīng)器四、生物反應(yīng)器n標(biāo)準(zhǔn)通用式發(fā)酵罐標(biāo)準(zhǔn)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(xué)五、發(fā)酵動力學(xué)發(fā)酵過程反應(yīng)速度的描述發(fā)酵過程反應(yīng)速度的描述dsrdt XS（底