培养基的制备设备讲稿.ppt

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1、培养基的制备设备第一页，讲稿共六十六页哦 生物工程设备是生物工程专业的必修专业课，是在学完了专业基础课和生物工程设备是生物工程专业的必修专业课，是在学完了专业基础课和技术基础课之后开设的有关生物加工过程设备的原理、构造、设计及应技术基础课之后开设的有关生物加工过程设备的原理、构造、设计及应用的一门专业课。为使生物技术的实验室成果开发成产业，必须要构造用的一门专业课。为使生物技术的实验室成果开发成产业，必须要构造由生物工程设备构成的生产线，是生物工程专门高级人才必须掌握的内由生物工程设备构成的生产线，是生物工程专门高级人才必须掌握的内容之一。容之一。第二页，讲稿共六十六页哦 本课程的任务：是按照

2、生物加工过程的工艺要求，讲述生物加工过本课程的任务：是按照生物加工过程的工艺要求，讲述生物加工过程设备之共性，阐述各设备的程设备之共性，阐述各设备的原理原理、构造构造、设计设计、应用应用或或选用选用，使生物，使生物工程的学生在学习了生物化学、微生物学、物理化学和化工原理的基础工程的学生在学习了生物化学、微生物学、物理化学和化工原理的基础上，进一步掌握生物工程设备的基本内容和基本理论。上，进一步掌握生物工程设备的基本内容和基本理论。第三页，讲稿共六十六页哦Chapter1 Chapter1 培养基准备与培养基灭菌的设备；培养基准备与培养基灭菌的设备；Chapter2 Chapter2 发酵用压缩

3、空气预处理及除菌设备；发酵用压缩空气预处理及除菌设备；Chapter3 Chapter3 生物反应器与发酵参数检测元件；生物反应器与发酵参数检测元件；Chapter4 Chapter4 液液-固分离设备；固分离设备；Chapter5 Chapter5 萃取设备；萃取设备；Chapter6 Chapter6 层析设备和离子交换设备；层析设备和离子交换设备；Chapter7 Chapter7 蒸发和结晶设备；蒸发和结晶设备；Chapter8 Chapter8 生物产品干燥设备；生物产品干燥设备；Chapter9 Chapter9 生物制药生产生物制药生产GMPGMP规范要点规范要点第四页，讲稿共六

4、十六页哦u生物工程设备生物工程设备徐清华主编，科学出版社，徐清华主编，科学出版社，20042004u 生化反应动力学与反应器生化反应动力学与反应器戚以政、汪叔雄主编，化学工业出版社，戚以政、汪叔雄主编，化学工业出版社，1996 1996 u 生化反应工程生化反应工程山根桓夫著，周斌译山根桓夫著，周斌译,西北大学出版社，西北大学出版社，1992 1992 u 生物工程设备生物工程设备梁世中主编，中国轻工业出版社，梁世中主编，中国轻工业出版社，2002 2002 u 发酵设备发酵设备高孔荣主编，中国轻工业出版社，高孔荣主编，中国轻工业出版社，1993 1993 u 生物加工过程与设备生物加工过程与

5、设备郑裕国主编，化学工业出版社，郑裕国主编，化学工业出版社，u 生物工程设备生物工程设备陈国豪主编，化学工业出版社，陈国豪主编，化学工业出版社，20072007第五页，讲稿共六十六页哦第六页，讲稿共六十六页哦美国美国WaveWave细胞反应器细胞反应器 第七页，讲稿共六十六页哦 Steri-CultSteri-Cult新型红外新型红外COCO2 2培养箱培养箱第八页，讲稿共六十六页哦板框过滤机板框过滤机第九页，讲稿共六十六页哦第十页，讲稿共六十六页哦第十一页，讲稿共六十六页哦第十二页，讲稿共六十六页哦第十三页，讲稿共六十六页哦第十四页，讲稿共六十六页哦培养基灭菌的概念及意义培养基灭菌的概念及意

6、义实罐灭菌的设备实罐灭菌的设备连续灭菌的设备连续灭菌的设备淀粉质原料的蒸煮与糖化淀粉质原料的蒸煮与糖化Keyanddifficulty:培养基的灭菌设备及计算培养基的灭菌设备及计算第十五页，讲稿共六十六页哦 培养基灭菌的目的、要求和方法培养基灭菌的目的、要求和方法 湿热灭菌的理论基础湿热灭菌的理论基础 培养基灭菌的工程设计培养基灭菌的工程设计 第十六页，讲稿共六十六页哦灭菌灭菌的方法的方法v化学灭菌化学灭菌v射线灭菌射线灭菌v干热灭菌干热灭菌v湿热灭菌湿热灭菌v过滤灭菌过滤灭菌第十七页，讲稿共六十六页哦1 1、培养基实罐灭菌（分批灭菌或实消）：将培养、培养基实罐灭菌（分批灭菌或实消）：将培养基

7、配制在发酵罐里，用饱和蒸汽直接加热，以达基配制在发酵罐里，用饱和蒸汽直接加热，以达到预定灭菌温度并保温一段时间，然后再冷却到到预定灭菌温度并保温一段时间，然后再冷却到发酵温度。发酵温度。2 2、培养基的连续灭菌：将配好的培养基在向发酵罐等、培养基的连续灭菌：将配好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却而进行的培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却而进行的灭菌。灭菌。第十八页，讲稿共六十六页哦个个/罐。罐。第十九页，讲稿共六十六页哦 发酵生产中，往往需要对发酵生产中，往往需要对培养基培养基及其及其发酵设备发酵设备进行灭进行灭菌，一般工业上常采用菌，一般工业上常采用蒸汽湿热灭菌

8、蒸汽湿热灭菌。第二十页，讲稿共六十六页哦湿热灭菌的原理湿热灭菌的原理 就是直接用就是直接用高温蒸汽灭菌高温蒸汽灭菌。蒸汽在冷凝时释放出大量潜。蒸汽在冷凝时释放出大量潜能，蒸汽具有强大穿透力，蒸汽的湿热破坏菌体蛋白质和核能，蒸汽具有强大穿透力，蒸汽的湿热破坏菌体蛋白质和核酸的化学键，酸的化学键，使酶失活使酶失活，微生物因代谢障碍而死亡。，微生物因代谢障碍而死亡。第二十一页，讲稿共六十六页哦湿热灭菌的优点湿热灭菌的优点v蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒；蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒；v蒸汽有强的穿透力，灭菌易于彻底；蒸汽有强的穿透力，灭菌易于彻底；v蒸汽有很大的潜热；蒸汽有很大的潜热；v操

9、作方便，易管理。操作方便，易管理。第二十二页，讲稿共六十六页哦 灭菌程度灭菌程度和和营养成分的破坏营养成分的破坏是灭菌工作中的主要矛盾是灭菌工作中的主要矛盾，恰当掌握加热，恰当掌握加热温度温度和和时间时间是灭菌工作的关键。是灭菌工作的关键。第二十三页，讲稿共六十六页哦在灭菌过程中，活菌数逐渐减少，其减少量随活菌数的在灭菌过程中，活菌数逐渐减少，其减少量随活菌数的减少而递减，即微生物的死亡速率与任一瞬时残留的活减少而递减，即微生物的死亡速率与任一瞬时残留的活菌数成正比，称之为对数残留定律，也即反映为一级化菌数成正比，称之为对数残留定律，也即反映为一级化学反应动力学为：学反应动力学为：dNKNdt

10、 第二十四页，讲稿共六十六页哦式中式中 N N0 0 开始灭菌（开始灭菌（t=0t=0）时原有活菌数；）时原有活菌数；N Nt t 经时间经时间t t后残存活菌数。后残存活菌数。0012.303lnlgttNNtKNKN第二十五页，讲稿共六十六页哦大肠杆菌在不同温度下的死亡曲线大肠杆菌在不同温度下的死亡曲线第二十六页，讲稿共六十六页哦在发酵罐中进行实罐灭菌，是典型的分批灭菌：全过程包括升温、保温、降温三个过程第二十七页，讲稿共六十六页哦连续灭菌流程及设备连续灭菌流程及设备 为了减少培养基营养成分受热损失，灭菌尽量采用为了减少培养基营养成分受热损失，灭菌尽量采用高温短时高温短时的连续灭菌，的连续

11、灭菌，即在培养基输送至发酵罐的同时进行加热、保温和冷却而进行的灭菌。即在培养基输送至发酵罐的同时进行加热、保温和冷却而进行的灭菌。时间(min)温度图2-3 培养基连续灭菌过程中温度的变化20s20s2-3min14427第二十八页，讲稿共六十六页哦实罐灭菌设备示意图第二十九页，讲稿共六十六页哦培养基实罐灭菌的质量优劣判别标准培养基实罐灭菌的质量优劣判别标准v1.培养基灭菌后达到无菌要求培养基灭菌后达到无菌要求v2.营养成份破坏少营养成份破坏少v3.泡沫要少泡沫要少第三十页，讲稿共六十六页哦例：有个发酵罐，内装培养基例：有个发酵罐，内装培养基40m3,现采用实罐灭菌，灭菌温度现采用实罐灭菌，灭

12、菌温度121，问其灭菌需要多长时间？，问其灭菌需要多长时间？（在微生物发酵行业中一般常设灭菌前每毫升培养基中（在微生物发酵行业中一般常设灭菌前每毫升培养基中含有耐热菌的芽孢为含有耐热菌的芽孢为2107个，灭菌失败的概率通常定为个，灭菌失败的概率通常定为0.001，即灭菌后残留芽孢数为，即灭菌后残留芽孢数为0.001个）个）第三十一页，讲稿共六十六页哦（1 1）连消塔连消塔-喷淋冷却连续灭菌流程喷淋冷却连续灭菌流程 图2-4 连续灭菌设备流程示意图1-配料罐（拌料罐）2-蒸汽入口 3-连消塔 4-维持罐 5-培养基出口 6-喷淋冷却 7-冷却水1234567第三十二页，讲稿共六十六页哦（2 2）

13、喷射加热喷射加热-真空冷却流程真空冷却流程图2-5 加热-真空冷却连续灭菌流程生培养液蒸汽喷射加热器维持管膨胀阀急聚蒸发室灭菌好的培养液真空 第三十三页，讲稿共六十六页哦图2-6 薄板换热器连续灭菌流程维持段蒸汽加热段热回收段水冷却段生培养液冷却水灭菌好的培养液（3 3）板式换热器灭菌流程）板式换热器灭菌流程第三十四页，讲稿共六十六页哦（4 4）冷却设备）冷却设备 常用喷淋冷却器和套管冷却器。常用喷淋冷却器和套管冷却器。前者是将冷却水通过喷淋装置均匀的淋在水平的排管上，以冷却管前者是将冷却水通过喷淋装置均匀的淋在水平的排管上，以冷却管内的培养基。内的培养基。后者是一种内管走热培养基，内外管间的

14、管隙中走冷却水的冷却器后者是一种内管走热培养基，内外管间的管隙中走冷却水的冷却器。第三十五页，讲稿共六十六页哦a a、连续灭菌的优缺点、连续灭菌的优缺点 Advantages保留较多的营养质量保留较多的营养质量容易放大容易放大较易自动控制；较易自动控制；糖受蒸汽的影响较少；糖受蒸汽的影响较少；缩短灭菌周期；缩短灭菌周期；发酵罐利用率高；发酵罐利用率高；DisadvantagesDisadvantages设备比较复杂，投资较大。设备比较复杂，投资较大。第三十六页，讲稿共六十六页哦分批灭菌的优缺点 Advantages:设备投资较少设备投资较少染菌的危险性较小染菌的危险性较小人工操作较方便人工操作

15、较方便对培养基中固体物质含量较多时更为适宜对培养基中固体物质含量较多时更为适宜 Disadvantages:灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动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。大，一般只限于中小型发酵装置。第三十七页，讲稿共六十六页哦 采用连续灭菌，发酵罐应在加入灭菌的培养基前先行单独灭菌。通常是用蒸汽加热发酵罐的夹套并从空气分布管中通入蒸汽，充满整个容器后，再从排气管中缓缓排出。在保温结束后，关键是随即通入无菌空气，使容器保持正压。第三十八页，讲稿共六十六页哦 在发酵过程中，往往要向发酵罐中补入各种不同的料液。在发酵过程中，往往要向发酵罐中补入各

16、种不同的料液。这些料液都必需经过灭菌。这些料液都必需经过灭菌。灭菌的方法则视料液的性质、体积和补料速率而定。灭菌的方法则视料液的性质、体积和补料速率而定。如果补料量较大，而具有连续性时，则采用连续灭菌较为合适如果补料量较大，而具有连续性时，则采用连续灭菌较为合适。也有利用过滤法对另补料液进行除菌。也有利用过滤法对另补料液进行除菌。补料液的分批灭菌，通常是向盛有物料的容器中直接通入蒸汽补料液的分批灭菌，通常是向盛有物料的容器中直接通入蒸汽。所有的附属设备和管道都要经过灭菌。所有的附属设备和管道都要经过灭菌。第三十九页，讲稿共六十六页哦二、淀粉质原料的蒸煮与糖化 蒸煮目的 糖化定义 连续蒸煮糖化流

17、程96 213578蒸煮 废气 去发酵罐10冷水4图2-12 连续糖化工艺工程1-后熟罐 2-真空罐 3-混合冷凝器 4-水密封池 5-真空蒸发罐 6-糖化锅 7-硫酸罐 8-液曲罐 9-转料泵 10-喷淋冷却器第四十页，讲稿共六十六页哦罐式蒸煮罐式蒸煮在我国发酵在我国发酵厂，将喷射厂，将喷射加热器与后加热器与后熟器、糖化熟器、糖化罐组成了连罐组成了连续蒸煮糖化续蒸煮糖化流程，流程，第四十一页，讲稿共六十六页哦1、蒸煮设备（1）罐式蒸煮设备 图2-13 蒸煮罐1-粉浆入口 2-加热蒸汽管 3-糊化醪出口 4-安全阀接口 5-压力表 6-制液体曲醪出口 7-罐耳 8-温度计测温口 9-人孔321

18、546879 图2-14 最后一个后熟器（气液分离器）1-糊化醪入口 2-糊化醪出口 3-耳架 4-自控液位仪表接口5-压力表 6-二次蒸汽进口 7-人孔 8-安全线 9-液位指示器8756493412糊化醪第四十二页，讲稿共六十六页哦（2 2）柱式连续蒸煮设备）柱式连续蒸煮设备3图2-15 柱式连续蒸煮流程图1-粉浆罐 2-泵 3-加热器 4-缓冲器 5-柱子 6-后熟器1245555566图2-16 加热器粉浆粉浆蒸汽蒸汽第四十三页，讲稿共六十六页哦（3 3）管式连续蒸煮）管式连续蒸煮2010图2-17 管式连续蒸煮设备流程图1817161911761512131412895431-输送机

19、 2-斗式提升机 3-贮料斗 4-锤式粉碎机 5-螺旋输送机 6-粉浆罐 7-泵 8-预热锅9-近料控制阀 10-过滤器 11-泥浆泵 12-单向阀 13-三套管加热器 14-蒸煮管道 15-压力控制阀 16-后熟器 17-蒸汽分离器 18-真空冷凝器 19-蒸汽冷凝器 20-糖化锅 第四十四页，讲稿共六十六页哦原料粉碎原料粉碎搅拌和加料预煮搅拌和加料预煮加热器加热器管式连续蒸煮管式连续蒸煮后热器后热器蒸汽分离器蒸汽分离器送至糖化工序送至糖化工序第四十五页，讲稿共六十六页哦123至糖化锅蒸汽空气混合气体料液冷水 图2-18 真空冷却器1-真空冷却器 2-膜式塔 3-喷射器第四十六页，讲稿共六十

20、六页哦2 2、连续糖化设备、连续糖化设备 其作用是连续地把糊化醪与水稀释，并与液体曲、其作用是连续地把糊化醪与水稀释，并与液体曲、麸曲或糖化酶混合，在一定温度下维持一定时间，保持麸曲或糖化酶混合，在一定温度下维持一定时间，保持流动状态，以利于酶的活动。流动状态，以利于酶的活动。第四十七页，讲稿共六十六页哦第四十八页，讲稿共六十六页哦 啤酒生产中麦芽汁的制备设备啤酒生产中麦芽汁的制备设备第四十九页，讲稿共六十六页哦 图2-19 连续糖化罐糊化醪进管 2-水和液体曲或曲乳或糖化酶进入 3-无菌压缩空气管 4-人孔 5-温度计测温口 6-杀菌蒸汽进口管 7-糖化醪出口 8-搅拌器糊化醪无菌压缩空气糖

21、化醪124 8 35676第五十页，讲稿共六十六页哦啤酒是生物加工产业中的一个典型产品，中国的啤酒生啤酒是生物加工产业中的一个典型产品，中国的啤酒生产已位于全世界第三位。影响啤酒产量和质量的关键因素产已位于全世界第三位。影响啤酒产量和质量的关键因素之一是麦芽汁的制备。麦芽汁是啤酒酵母的培养基。之一是麦芽汁的制备。麦芽汁是啤酒酵母的培养基。第五十一页，讲稿共六十六页哦三、啤酒生产中麦芽汁的制备设备三、啤酒生产中麦芽汁的制备设备1、糊化锅 用来加热煮沸辅助原料（大米粉或玉米粉）和部分麦芽粉醪液，使其淀粉液化和糊化。图2-34 糊化锅大米粉进口 2-热水进口 3-搅拌器 4-加热蒸汽管进口 5-蒸汽

22、冷凝水出口 6-糊化醪出口 7-不凝性气体出口 8-耳架 9-麦芽粉液或糖化醪入口 10-环形槽 11-污水排出口管 12-风门大米粉热水 污水糖 化 醪1234798121110第五十二页，讲稿共六十六页哦h1h2f1f2图2-35 球形锅中麦芽汁的循环图第五十三页，讲稿共六十六页哦2 2、麦芽汁煮沸锅、麦芽汁煮沸锅 用于麦汁的煮沸和浓缩，把麦汁中多余水分蒸发掉，使其达到要求浓度，并加入酒花，使酒花中所含的苦味及芳香物质进入麦汁中。麦汁出口麦汁入口冷热水进口冷凝水出123467891011 图2-37 麦牙煮沸锅1-电动机 2-减速箱 3-出料阀 4-搅拌装置 5-锅体 6-液量标尺7-入孔

23、双拉门 8-锅盖 9-排气管 10-筒形风帽 11-入孔单拉门第五十四页，讲稿共六十六页哦3 3、糖化醪过滤槽、糖化醪过滤槽 主要用于醪液的糖化和麦汁的过滤。冷凝水出1/2蒸汽进1/2蒸汽进出料进料冷热水进口冷凝水出12345789101112131415 图2-38 糖化醪过滤槽1-油压缸 2-出槽口 3-减速箱 4-变速箱 5-耕槽装置 6-电动机 8-射水槽 9-槽体 10-入孔双拉门 11-入孔单拉门 12-槽盖 13 下粉筒 14 排汽管 15-筒形风帽6第五十五页，讲稿共六十六页哦四、淀粉水解制糖四、淀粉水解制糖 淀粉水解为葡萄糖的方法有酸解法、酶解法和酸酶结合法等。1、酸解设备（

24、1）加压罐水解糖化612345蒸汽蒸汽 图2-39 糖化罐构造图1-淀粉乳管 2-喷出管 3-蒸汽排出管 4-安全阀 5-入孔 6-酸管第五十六页，讲稿共六十六页哦（2 2）管道水解糖化）管道水解糖化 管道糖化法是将加了酸的淀粉乳用泵输送，流经管道，用蒸汽直接或间接加热，使淀粉乳糊化、糖化，在一定温度下流经其余管道，在它端流出，达到需要的糖化程度。235674蒸汽蒸汽糖化液淀粉酸水 图2-40 直接加热式管道糖化设备1-混合桶 2-加热器 3-进料罐 4-放料阀 5-急骤蒸发器 6-糖化管 7-泵第五十七页，讲稿共六十六页哦23654中和区蒸汽糖化液冷却水蒸汽溶液Na CO 图2-41 糖化管

25、道示意图1-淀粉乳 2-泵 3-糖化管 4-阀 5-急骤蒸发器 6-加热管淀粉乳蒸汽ooo图2-42 间接式加热管构造示意图第五十八页，讲稿共六十六页哦淀粉乳酸蒸汽4糖化液32蒸汽 图2-43 糖化管设备示意图1-搅拌器 2-糖化管 3-急骤蒸发器 4-阀 5-加热器 6，7-泵1765第五十九页，讲稿共六十六页哦2 2、酶解设备、酶解设备 酶解分为液化和糖化两步。（1）液化 升温液化法、高温液化法和喷射液化法。液化桶喷射液化器进料桶淀粉乳桶出料控制蒸汽温度控制淀粉乳图2-45 喷射液化设备流程图第六十页，讲稿共六十六页哦图图2-46 2-46 喷射液化器构造示意图喷射液化器构造示意图图图2-

26、47 2-47 喷射液化器喷射液化器第六十一页，讲稿共六十六页哦加热处理真空快速冷却淀粉乳液化酶蒸汽冷却水液化冷却糖化酶酸泵蒸汽冷凝水液化酶糖化过滤图2-48 管道3-段连续液化流程图第六十二页，讲稿共六十六页哦（2 2）糖化）糖化MM1234566789101112131415161718水蒸气淀粉碱液氯化钙淀粉酶回流糖化酶图2-49 双酶法制糖工艺流程图1-调浆配料槽 2，8-过滤器 3，9，14，17-泵 4，10-喷射加热器 5-缓冲器 6-液化层流罐 7-液化液贮槽 11-灭酶罐 12-板式换热器 13-糖化罐 15-压滤机 16-糖化暂贮槽 18-贮糖槽第六十三页，讲稿共六十六页哦目的：使植物组织和细胞膜彻底破裂，淀粉成为溶解状态进行液化；同时对进料进行灭菌；排除原料中的一些不良成分及气味。第六十四页，讲稿共六十六页哦糖化：糖化：将可溶性淀粉、糊精转化为糖的过程，生产中被叫做糖化。淀粉糖化的目的：淀粉糖化的目的：是通过糖化将淀粉、糊精进行水解。糖化的作用：糖化的作用：就是把溶解状态的淀粉、糊精转化为能够被生物细胞利用的可发酵性物质，降低醪液的黏度，有利于酵母的发酵和酵液的输送。第六十五页，讲稿共六十六页哦第六十六页，讲稿共六十六页哦