發(fā)酵工程試驗(yàn)指導(dǎo)

L試驗(yàn)1 Ka的測(cè)定方法Ll氧是難溶氣體，在25℃和1個(gè)大氣壓下，純水中溶解度為0.25mol/m3左Ka是描述氧的傳遞性能的重要參數(shù)。l目的過(guò)程中的重要作用。2原理22 3 CuOSO2-SO2-，SO32-O22 3 CuCu2+2NaSO+O 2NaSO2 3 2 2 42 NaSO2 NaSO+I2 3

+HO NaSO2 2

+2HIINaSO

溶液滴定。2 2 2 3I+2NaSO NaSO+2NaI2 2 2 3 24 6O ~ NaSO2 2

~ I ~ NaSO2 2 2 31 2 2 42 3 1molO22molNaSO2molI2 3 NaS2

ONa

S2O 的摩爾數(shù)之差，計(jì)算體積溶氧233速率。公式如下：233N VMV 4tV0

900VMtV0式中NNaSO

體積之差，V：M NaSO：2 2 3

2 2 30V：取樣分析液體積。0

值代入公式ka

NV kaV L C*C LSO3-2Cu2+催化下瞬即把溶解氧復(fù)原掉，所以在攪拌作用充分C=0。0.1Mpa(1atm)下，25oC0.021MPa，依據(jù)亨利定律，可計(jì)算出C=0.24mmol/C*C*=0.21mmol/LkLa=NV/0.21亞硫酸鈉氧化法的優(yōu)點(diǎn)是不需專用的儀器，適用于搖瓶及小型試驗(yàn)設(shè)備中kLakLa，而不是真實(shí)kLa。試劑0.1mol/LN2S23溶液〔需要標(biāo)定1-2周配置1g100mL2-3min.10mL,19.5g碘攪拌1.5〔依據(jù)試驗(yàn)用量調(diào)整，避光保存。d.0.1mol/L硫酸銅溶液儀器吸管，50mL三角瓶、酸式滴定管、300-500mL三角瓶。試驗(yàn)步驟及方法Na2SO31ml0.1mol/L硫酸銅溶液.?！矞?zhǔn)確秒表10mlNa2SO30.05mol/L的I2溶液25ml溶液中。吸管肯定要盡可能的靠近碘液液面。然后用標(biāo)準(zhǔn)的0.1mol/LNa2S2O3溶液進(jìn)展滴定。試驗(yàn)記錄及報(bào)告反響液組成 Na2SO3 ：mol/L試驗(yàn)條件 反響器名稱及 反響液體積規(guī)格

反響溫度 氣壓兩次取樣間隔t/s兩次滴定NaSO2 2 3體積差Kla〔1/h〕值思考題實(shí)際發(fā)酵過(guò)程中能否用此法進(jìn)展測(cè)定容積氧傳遞系數(shù)？對(duì)于幾十立方的發(fā)酵罐該法是否可行？為什么要吸管肯定要盡可能的靠近碘液液面試驗(yàn)2 菌體生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求取〔第一局部〕目的和要求3，5-二硝基水楊酸與復(fù)原糖共熱后被復(fù)原成棕紅色的氨基化合物，在肯定色測(cè)定，求得樣品的含糖量。材料與試劑材料：葡萄糖〔分析純、蒸餾水1〕3,5-二硝基水楊酸〔1〕3,5-二硝基水楊酸〔C7H4N2O7〕6.3g，氫氧化鈉21.0g500ml〔水先煮沸10〕〔2〕參加酒石酸鉀鈉〔C4H4O6KNa·4H2O〕182.0g，苯酚〔在50℃水中溶化〕5.0g，偏重亞硫酸鈉〔NaS2O5〕5.0g，攪拌至全溶，定容至1000ml〔3〕充分溶解后盛于棕色瓶中，放置10放在外面使用，其它儲(chǔ)于冰箱中。此溶液每月配制一次?！?mL,5mL,25mL分光光度計(jì)、燒杯、恒溫水浴鍋、離心機(jī)、記號(hào)筆、電爐、搪瓷缸蒸餾水(mL)21.5蒸餾水(mL)21.5A540a)標(biāo)準(zhǔn)曲線的制作管號(hào)012345葡萄糖標(biāo)準(zhǔn)液(mL)00.20.40.40.81.0蒸餾水(mL)21.81.61.41.21.0DNS(mL)1.5沸水浴(min)5冷卻流水冷卻以吸光度為橫坐標(biāo)，葡萄糖質(zhì)量為縱坐標(biāo)作圖。并借助計(jì)算機(jī)計(jì)算出相關(guān)系數(shù)和曲線方程。動(dòng)力學(xué)參數(shù)求取〔其次局部〕Tsuchiya確定論的非構(gòu)造模型，是一種抱負(fù)狀況，不考慮細(xì)胞內(nèi)部構(gòu)造，每個(gè)細(xì)胞之間無(wú)差異。確定論的構(gòu)造模型，每個(gè)細(xì)胞之間無(wú)差異，細(xì)胞內(nèi)部有多個(gè)組分存在。概率論的非構(gòu)造模型，不考慮細(xì)胞內(nèi)部構(gòu)造，每個(gè)細(xì)胞之間有差異。概率論的構(gòu)造模型，考慮細(xì)胞內(nèi)部構(gòu)造，每個(gè)細(xì)胞之間有差異。從工程角度看，4：要明確建立模型的目的。明確地給出建立模型的假定條件，這樣才能明確模型的適用范圍。期望所含有的參數(shù)，能夠通過(guò)試驗(yàn)逐個(gè)確定。模型應(yīng)盡可能簡(jiǎn)潔。Monod莫諾方程〔Monod〕 KS

SS，式中：μ：生長(zhǎng)比速(h-1)(h-1)S:單一限制性基質(zhì)濃度(mol/L)K(mol/L)μμμμm0.5μmKSScritS依據(jù)細(xì)胞生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)，細(xì)菌生長(zhǎng)速率可以表示為rdx/dt*xx因此rx

max

S/(ks

S)x/rx

k/s

max

max在短時(shí)間內(nèi)上式可表示為rxx*t1 / kx

/max

*1/

1/max以 /rx~1/

monod方程，通過(guò)斜率和截距可求Ksrmax.二、方法步驟培育基配置葡萄糖30g，NaCl 5g，牛肉膏5g蛋白胨10g，水1000ml；分裝值500ml三角瓶中裝瓶量為200mL,0.1Mpa蒸汽滅菌25min.10mL,37℃恒溫?fù)u床振蕩培育；tt發(fā)酵液中葡萄SOD600nm8h9h10h11h12h留意：葡萄糖濃度較高稀釋后〔02~0.8準(zhǔn)〕測(cè)定的吸光度乘以稀釋倍數(shù)依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)展換算為濃度?！簿唧w稀釋倍數(shù)以吸光度測(cè)定值在02~0.8之間為準(zhǔn)〕測(cè)定的吸光度乘以稀釋倍數(shù)。三．?dāng)?shù)據(jù)分析序號(hào)Δt序號(hào)Δt1SXΔXx1/Srx/rx1(S8h+S9h)/2(8h時(shí)的9h 時(shí)的〔9h時(shí)的OD600nm~9OD600nm-8OD600nm+8的h時(shí)的h時(shí)的OD600nm)OD600nmO600nm/2求取方法見(jiàn)上例如h時(shí)234以 /rx

~1/

作圖，符合monod方程，通過(guò)斜率和截距可求取動(dòng)力參數(shù)rmax.六、總結(jié)3發(fā)酵罐的構(gòu)造和操作原理[目的要求]了解生物發(fā)酵罐的根本構(gòu)造和操作方法[試驗(yàn)原理]定和自動(dòng)掌握。[內(nèi)容]發(fā)酵罐根本構(gòu)造與操作方法。發(fā)酵罐的根本構(gòu)造：生物發(fā)酵罐系統(tǒng)=罐體系統(tǒng)+掌握機(jī)箱+空氣壓縮機(jī)+蒸汽發(fā)生器定→運(yùn)行：發(fā)酵+通氣→終點(diǎn)：放料→清洗→關(guān)機(jī)。罐體系統(tǒng)〔316L〕加工而成。密封件：機(jī)械密封、硅橡膠“O”型圈。罐蓋：排氣冷凝器口、pH電極口、取樣放料孔、取樣回氣孔、液位電極口、接DO電極口、接地線插口、進(jìn)氣孔、單孔補(bǔ)料孔、三口補(bǔ)料孔、泡沫電極口。管閥系統(tǒng)EWW1W2S進(jìn)蒸汽調(diào)整閥、G—?dú)饴氛{(diào)整閥、不銹鋼管路、優(yōu)質(zhì)膠管、接頭等組成。pH電極的校止pH電極校止后，顯示界面如以下圖所示。pHpH：**.**TEMP：***CSLOPE：*.**ZERO：***CALIBAUTO+/-+/-須將隨機(jī)供給的溫度電極和pHpH=6.86(用箭頭鍵移動(dòng)光標(biāo)到行的+/-ENTER鍵即可)pH6.86pH計(jì)pH=4.0SLOPE(用箭SLOPE行的+/-ENTER鍵即可)pH4，再重復(fù)上述過(guò)程1--2次，使pH指示到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)溶液的pH值即可。斜率SLOPE的變ZERO122-143ESC鍵退出。pH電極進(jìn)展在線校正。從罐內(nèi)取出樣品后，即用標(biāo)準(zhǔn)pH計(jì)檢測(cè)樣品pH值，再進(jìn)入CALIB程序，調(diào)整零位ZERO，使液晶顯示器顯示的pH值與pH計(jì)顯示值一樣。明顯，你應(yīng)保證這標(biāo)準(zhǔn)pH計(jì)是正確的。DO2電極的校正進(jìn)入DO2電極校正后，顯示界面如以下圖所示。DO2DO2：***%TEMP：***CSLOPE：*.**ZERO：****CALIBAUTO+/-+/-校正時(shí)，溫度補(bǔ)償是自動(dòng)的，校正溫度應(yīng)選擇在發(fā)酵：工作溫度四周。操作員將溶氧電極放入些遮酸鈉趣盤(pán)遙遮，調(diào)整零位ZERO，使DO20%，最1%--2%100%溶氧量來(lái)標(biāo)定，調(diào)楚斜率1—2次即可。SLOPE的調(diào)整范圍：0.5—2.0，ZERO的調(diào)整范圍：1—25ESC鍵退出。實(shí)罐滅菌后，在接種發(fā)酵剛開(kāi)頭，CALIBSLOPE，使液晶顯DO2100%。實(shí)罐滅菌第一步 已校正好的pH、DO電極其次步 按工藝要求在罐內(nèi)放入發(fā)酵培育液。第三步夾套加熱，開(kāi)啟攪拌，待溫度上升至90℃左右，停頓夾套加熱，關(guān)閉攪拌；第四步 滅菌接近15min左右完畢時(shí)，排污閥，啟動(dòng)空氣壓縮機(jī)，通入空氣過(guò)濾器。第五步 掌握蒸汽閥門(mén)和尾氣閥門(mén)大小穩(wěn)定罐體蒸汽壓在0.1MPa至滅菌完畢；第六步翻開(kāi)冷卻水關(guān)閉排污閥，啟動(dòng)攪拌，降溫。6接種承受火焰接種法7.發(fā)酵掌握參數(shù)設(shè)定，進(jìn)入發(fā)酵，定時(shí)取樣分析，并掌握。[報(bào)告]繪畫(huà)生物發(fā)酵罐的具體構(gòu)造。說(shuō)明生物發(fā)酵罐的操作方法。說(shuō)明生物發(fā)酵罐操作的留意事項(xiàng)。試驗(yàn)4枯草芽孢桿菌生長(zhǎng)條件優(yōu)化的成分對(duì)產(chǎn)物濃度、菌體生長(zhǎng)都有重要的影響。試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)展至今可供人們依據(jù)試驗(yàn)需要來(lái)選擇的余地也很大。目前最常用的方法有 , 法〔Oneatatime〕、正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)〔Orthogonaldesign〕、均勻設(shè)計(jì) (Uniformdesign)、全因子試驗(yàn)設(shè)計(jì)(Fullfactorialdesign) 、局部因子設(shè)計(jì)(fractionalfactorialdesign)、Plackett-Burman 〕中心組合設(shè)計(jì)〔Centralcompositedesign 〕 、Box–Behnken設(shè)計(jì)(Boxdesign)、響應(yīng)曲面分析法、改進(jìn)單純形優(yōu)化法 (Modifiedsimplexmethod)、遺傳算法(Geneticalgorithm，GA正交設(shè)計(jì)法〔4學(xué)時(shí)〕[目的要求]把握發(fā)酵工藝條件或參數(shù)的多因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作方法。[試驗(yàn)原理]，并確定各因素之間的交互作用。試驗(yàn)次數(shù)可以削減為：水平數(shù)的平方次。23個(gè)水平的試驗(yàn)〔32試驗(yàn)32=933個(gè)水平的試驗(yàn)〔33驗(yàn)33=27個(gè)處理，43個(gè)水平的試驗(yàn)〔簡(jiǎn)稱34驗(yàn)34=81……處理數(shù)太多，試驗(yàn)規(guī)模變大，會(huì)給試驗(yàn)帶來(lái)很多困難。承受正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，可以大大削減試驗(yàn)次數(shù)。[教學(xué)內(nèi)容]9件，本試驗(yàn)為43水平試驗(yàn)，正交試驗(yàn)次數(shù)為9次，承受L〔34〕正交設(shè)計(jì)9表。序號(hào)序號(hào)量水平1 水平231接種量/%裝瓶體積/mL/瓶1510225501503pH678表2 L〔34〕正交試驗(yàn)因素設(shè)計(jì)與結(jié)果記載表值平均值值平均值試驗(yàn)接種量裝瓶體積 培育液OD序號(hào)/%pH/mL原始記載11=1%1=61=25121=1%2=72=50231=1%3=83=150342=5%1=62=50352=5%2=73=150162=5%3=81=25273=10%1=63=150283=10%2=71=25393=10%3=82=501[試驗(yàn)器材]活材料：復(fù)篩菌株斜面或培育液。計(jì)數(shù)器、滴