酶工程设备：第一章生物质原料的预处理设备.ppt

第四章第四章 培养基及培养基灭菌设培养基及培养基灭菌设备备一、培养基概述（一）定义及分类（一）定义及分类 1.1.定义定义 2.2.分类分类（1 1）按成分不同划分：）按成分不同划分：天然培养基：实验室、工业上天然培养基：实验室、工业上 合成培养基：实验室合成培养基：实验室 半合成培养基：工业上半合成培养基：工业上（2 2）根据物理状态划分）根据物理状态划分 固体培养基：微生物分离鉴定、计数、保存固体培养基：微生物分离鉴定、计数、保存 半固体培养基：观察微生物运动特征、鉴定菌株半固体培养基：观察微生物运动特征、鉴定菌株 液体培养基：实验室、工业大规模生产液体培养基：实验室、工业大规模生产（二）培养基准备及要求（二）培养基准备及要求1.1.微生物培养基：微生物培养基：孢子培养基：（固体）孢子培养基：（固体）基本配制要求是：营养不要太丰富；所用无机盐的基本配制要求是：营养不要太丰富；所用无机盐的浓度要适量；注意浓度要适量；注意pHpH和湿度。和湿度。灭菌灭菌 ：121121，保持，保持20-30min20-30min 种子培养基：营养成分要求比较丰富和完全，氮源种子培养基：营养成分要求比较丰富和完全，氮源和维生素的含量也要高些，但总浓度以略稀薄为好和维生素的含量也要高些，但总浓度以略稀薄为好 灭菌灭菌 ：121121，保持，保持15-20min15-20min 发酵培养基：发酵培养基：组成除有菌体生长所必需的元素和化合物外，还要组成除有菌体生长所必需的元素和化合物外，还要有产物所需的特定元素、前体和促进剂等有产物所需的特定元素、前体和促进剂等 灭菌灭菌 ：121121，保持，保持15-0min15-0min2.2.动物细胞培养基：动物细胞培养基：天然培养基：实验室天然培养基：实验室 合成培养基：工业合成培养基：工业 无血清培养基：工业无血清培养基：工业 灭菌：微孔滤膜过滤除菌灭菌：微孔滤膜过滤除菌3.3.植物细胞培养基：植物细胞培养基：组分：无机盐类，碳源，维生素，植物生长激素，有组分：无机盐类，碳源，维生素，植物生长激素，有机氮源，有机酸等机氮源，有机酸等 灭菌：灭菌：115-120115-120，保持，保持1520min1520min 微孔滤膜过滤除菌微孔滤膜过滤除菌二、培养基灭菌二、培养基灭菌1 1、培养基灭菌的定义、培养基灭菌的定义 用物理或化学方法从培养基中杀灭有生活能力的用物理或化学方法从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及其孢子，或从中将其除去。细菌营养体及其孢子，或从中将其除去。灭菌与消毒的区别：灭菌与消毒的区别：2 2、培养基灭菌的目的、培养基灭菌的目的 杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的条件菌的条件 3 3、培养基灭菌的要求、培养基灭菌的要求 （1 1）达到要求的无菌程度（）达到要求的无菌程度（1010-3-3）（2 2）尽量减少营养成分的破坏）尽量减少营养成分的破坏 4 4、灭菌的方法、灭菌的方法化学灭菌：化学灭菌：射线灭菌：射线灭菌：干热灭菌法：干热灭菌法：常用于空玻璃器皿、金属器具的灭菌。常用于空玻璃器皿、金属器具的灭菌。过滤灭菌：过滤灭菌：微孔滤膜过滤除菌；大多用于热敏性物料微孔滤膜过滤除菌；大多用于热敏性物料湿热灭菌：湿热灭菌：121，保持，保持2030min 5 5、湿热灭菌原理、湿热灭菌原理（1 1）原理：）原理：蒸汽在冷凝时释放出大量潜能，并且具有蒸汽在冷凝时释放出大量潜能，并且具有强大穿透力，在高温和水存在时，微生物细胞强大穿透力，在高温和水存在时，微生物细胞中的蛋白质极易发生不可逆凝固性变性，致使中的蛋白质极易发生不可逆凝固性变性，致使微生物在短时间内死亡。微生物在短时间内死亡。湿热灭菌的效果，取决与致死温度和致死湿热灭菌的效果，取决与致死温度和致死时间。时间。（2 2）微生物热死规律）微生物热死规律-对数残留定律对数残留定律 培养基中微生物受热死亡的速率培养基中微生物受热死亡的速率 与残留的微生物数量成正比。与残留的微生物数量成正比。式中式中N N：表示培养基残留的活菌数：表示培养基残留的活菌数,个个 t t：受热时间，：受热时间，min min K K：反应速度常数（比死亡速率），：反应速度常数（比死亡速率），min-1min-1 K=f(K=f(灭菌温度、菌种、培养基等灭菌温度、菌种、培养基等)将对数残留定律的积分形式变换为：将对数残留定律的积分形式变换为：式中式中 N N0 0：开始灭菌时原菌数，个；：开始灭菌时原菌数，个；N Nt t：经时间：经时间t t后残留菌数，个；后残留菌数，个；k k：意义同上：意义同上 t t：表示理论灭菌时间：表示理论灭菌时间(3)(3)培养基灭菌温度的选择培养基灭菌温度的选择 灭菌温度的选择应考虑的因素主要灭菌温度的选择应考虑的因素主要有：有：a.a.微生物的热致死温度：应高于该微生物的热致死温度：应高于该温度，通常以芽孢为准。温度，通常以芽孢为准。b.b.营养成分的破坏营养成分的破坏 灭菌温度的选择，应是在保证灭菌灭菌温度的选择，应是在保证灭菌效果的前提下，尽可能减少培养基中营效果的前提下，尽可能减少培养基中营养成分的破坏。养成分的破坏。高温短时灭菌高温短时灭菌4 4、影响培养基灭菌的因素、影响培养基灭菌的因素 影响培养基灭菌的因素除了影响培养基灭菌的因素除了所污染杂菌的所污染杂菌的种类、数量、灭菌温度和时间种类、数量、灭菌温度和时间外，还有：外，还有：1.1.培养基成分培养基成分 2.pH2.pH值值 3.3.培养基中颗粒培养基中颗粒 4.4.泡沫泡沫三、培养基工业灭菌及设备三、培养基工业灭菌及设备（一）分批灭菌（一）分批灭菌（实罐灭菌，实消）（实罐灭菌，实消）1 1、概念：、概念：将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后，维持一定时间，再冷却到发酵温度，灭菌温度后，维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，这叫做分批灭菌，又称实罐灭菌然后接种发酵，这叫做分批灭菌，又称实罐灭菌(实实消消)。实罐灭菌时，发酵罐与培养基一起灭菌。实罐灭菌时，发酵罐与培养基一起灭菌。2 2、优缺点、优缺点 优点：设备投资较少；染菌的危险性较小；人工操作优点：设备投资较少；染菌的危险性较小；人工操作 较方便；对培养基中固体物质含量较多时更为较方便；对培养基中固体物质含量较多时更为 适宜适宜 缺点：灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波缺点：灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波 动大，一般只限于中小型发酵装置。动大，一般只限于中小型发酵装置。3 3、分批灭菌的操作过程：（书、分批灭菌的操作过程：（书P5P5）全过程包括升温、保温、降温三个过程。全过程包括升温、保温、降温三个过程。三路进汽：蒸汽从空气管道、取样管和出料管进入三路进汽：蒸汽从空气管道、取样管和出料管进入罐内直接加热，直到所规定的温度，并维持一定的罐内直接加热，直到所规定的温度，并维持一定的时间。这就是所谓的时间。这就是所谓的“三路进汽三路进汽”。注：凡是与培养基接触的管道都要进汽；凡是不与注：凡是与培养基接触的管道都要进汽；凡是不与培养基接触的管道都要排汽培养基接触的管道都要排汽操作要点：操作要点：加培养基，密封发酵罐，慢速搅拌；加培养基，密封发酵罐，慢速搅拌；夹套通蒸汽，培养基预热至夹套通蒸汽，培养基预热至75-90,75-90,停止搅拌；停止搅拌；进三路蒸汽，同时微开对应排气阀，排冷凝水；进三路蒸汽，同时微开对应排气阀，排冷凝水；调进汽阀，排汽阀保持罐压，在一定温度下调进汽阀，排汽阀保持罐压，在一定温度下（121121），保温），保温20-30min20-30min灭菌完毕后，先关一路排汽阀，再关一路进汽灭菌完毕后，先关一路排汽阀，再关一路进汽阀，至三路排汽、进汽阀全关闭；阀，至三路排汽、进汽阀全关闭；通无菌空气；通无菌空气；夹套通冷凝水，冷却培养基夹套通冷凝水，冷却培养基（二）连续灭菌（二）连续灭菌（连消）（连消）1 1、概念：、概念：培养基在发酵罐外经过一套灭菌设备连续的加培养基在发酵罐外经过一套灭菌设备连续的加热灭菌，冷却后送入已灭菌的发酵罐内的工艺过程称热灭菌，冷却后送入已灭菌的发酵罐内的工艺过程称为连续灭菌。为连续灭菌。空罐灭菌也称空消空罐灭菌也称空消。无论是种子罐、发酵罐、。无论是种子罐、发酵罐、还是尿素（或液氨）罐、消泡罐，当培养基（或物料）还是尿素（或液氨）罐、消泡罐，当培养基（或物料）尚未进罐前对罐进行预先灭菌，称为空罐灭菌。尚未进罐前对罐进行预先灭菌，称为空罐灭菌。2 2、优缺点：、优缺点：优点：可采用高温快速灭菌工艺；发酵罐非生产占用优点：可采用高温快速灭菌工艺；发酵罐非生产占用时间缩短，容积利用率提高；热能利用率合理，适于时间缩短，容积利用率提高；热能利用率合理，适于自动化控制自动化控制缺点：不适合高粘度的培养基的灭菌；染菌可能性增缺点：不适合高粘度的培养基的灭菌；染菌可能性增高高3 3、连续灭菌过程及设备、连续灭菌过程及设备设备流程图：设备流程图：配料罐配料罐送料泵送料泵预热预热罐罐连消泵连消泵加热器加热器维持罐维持罐冷却器冷却器发酵发酵罐罐（1 1）加热器）加热器 塔式加热器：书塔式加热器：书P11P11 喷射加热器：喷射加热器：书书P12P12（2 2）维持罐：书）维持罐：书P13P13 灭菌系统中的维持设备，主要是使加灭菌系统中的维持设备，主要是使加热后的培养基在维持设备中保温一段时间，热后的培养基在维持设备中保温一段时间，以达到灭菌的目的，也称保温设备。以达到灭菌的目的，也称保温设备。（3 3）冷却设备：书）冷却设备：书P17P17真空冷却器：当高温培养基进入真空冷却真空冷却器：当高温培养基进入真空冷却器后，在真空下，水分立即汽化，使培养器后，在真空下，水分立即汽化，使培养基本身温度下降，达到冷却目的。基本身温度下降，达到冷却目的。喷淋冷却器：喷淋冷却器是将水通过喷淋喷淋冷却器：喷淋冷却器是将水通过喷淋装置均匀地淋在水平的排管上，以冷却管装置均匀地淋在水平的排管上，以冷却管内的培养基内的培养基。