[生物學(xué)]生物工程設(shè)備教案

1、1第一章 第一章 生物細(xì)胞培養(yǎng)基制備過程與設(shè)備 生物細(xì)胞培養(yǎng)基制備過程與設(shè)備所有的生物細(xì)胞都要不斷地同外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交換，都要進(jìn)行新陳代謝，才能表現(xiàn)出生命活動(dòng)，這時(shí)，就需要營養(yǎng)物質(zhì)。營養(yǎng)物質(zhì)包括碳源、氮源、微量元素、維生素等。利用生物細(xì)胞進(jìn)行生物加工時(shí)，需要根據(jù)不同的細(xì)胞配制多種多樣的培養(yǎng)基，有的細(xì)胞能利用淀粉，這時(shí)直接向培養(yǎng)基添加淀粉；有的僅能利用葡萄糖，這時(shí)就要用纖維素、半纖維素或各種工農(nóng)業(yè)副產(chǎn)物來制備培養(yǎng)基。生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)中大

2、多數(shù)都利用純種培養(yǎng)技術(shù)，這就要求對(duì)培養(yǎng)基中已有的雜菌進(jìn)行去除或殺滅。第一節(jié) 第一節(jié) 液體培養(yǎng)基的滅菌 液體培養(yǎng)基的滅菌滅菌是指利用物理或化學(xué)方法殺滅或除去物料及設(shè)備中一切有生命物質(zhì)的過程。常用的滅菌方法大致有以下幾種：化學(xué)滅菌法，電磁波、射線滅菌法，干熱滅菌法，濕熱滅菌法，過濾除菌法，火焰滅菌法。發(fā)酵工業(yè)自從采用純種培養(yǎng)以后，產(chǎn)物的產(chǎn)量和質(zhì)量都有了很大的提高，同時(shí)對(duì)防止染菌的要求也更高了。目前的各種培養(yǎng)過程往往都要求在沒有雜菌污染的條

3、件下進(jìn)行，由于培養(yǎng)過程中通常含有比較豐富營養(yǎng)物質(zhì)，且培養(yǎng)基中常常帶有各種微生物，因此很容易受到雜菌的污染，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生各種不良的后果。（1）由于雜菌的污染，使生物反應(yīng)中的基質(zhì)或產(chǎn)物因雜菌的消耗而損失，造成生產(chǎn)能力的下降；（2）由于雜菌所產(chǎn)生的一些代謝產(chǎn)物，或在染菌后改變了培養(yǎng)液的某些理化性質(zhì)，使產(chǎn)物的提取和分離變得困難，造成收率降低或使產(chǎn)品的質(zhì)量下降；（3）雜菌會(huì)大量繁殖，會(huì)改變反應(yīng)介質(zhì)的 PH 值，從而使生物反應(yīng)發(fā)生異常變化；（4）雜菌

4、可能會(huì)分解產(chǎn)物，從而使生產(chǎn)過程失敗；（5）發(fā)生噬菌體污染，微生物細(xì)胞被裂解，而使生產(chǎn)失敗等等。一、濕熱滅菌原理和影響滅菌的因素 一、濕熱滅菌原理和影響滅菌的因素（一）滅菌動(dòng)力學(xué)微生物受熱而破壞是指其生活能力喪失，微生物熱死滅原因是細(xì)胞內(nèi)的反應(yīng)。（1）對(duì)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。微生物受熱而喪失活力，但其物理性質(zhì)不變。在一定溫度下，微生物

5、的受熱死亡遵照分子反應(yīng)速度理論。在滅菌過程中，活菌數(shù)逐漸減少，其減少量隨活菌數(shù)的減少而遞減，即微生物的死亡速率與任一瞬時(shí)殘留的活菌數(shù)成正比，如圖 1-1 所示，大腸桿菌的死亡曲線為線性關(guān)系，稱之為對(duì)數(shù)殘留定律，也即反映為一級(jí)化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)為：（1-1） dN KN dt ? ?式中 ——?dú)埓娴幕罹鷶?shù)； N——滅菌時(shí)間，s； t——滅菌速度常數(shù)（s-1） ，也稱反應(yīng)速度常數(shù)或比死亡速度常數(shù)，此常數(shù)的大小與 K微生物的種類與加熱溫度有關(guān)

6、；——活菌數(shù)瞬時(shí)變化速率，即死亡速率。 dNdt3些設(shè)備所組成的流程并不是固定的。如采用噴射加熱器加熱而采用真空冷卻有困難，也可采用其它冷卻方式（如噴淋冷卻器或板式換熱器等） 。（一）連消塔——噴淋冷卻流程圖2-4 連續(xù)滅菌設(shè)備流程示意圖 1-配料罐（拌料罐）2-蒸汽入口 3-連消塔 4-維持罐5-培養(yǎng)基出口 6-噴淋冷卻 7-冷卻水123456 7（二）噴射加熱——真空冷卻流程圖2-5 加熱-真空冷卻連續(xù)滅菌流程生培養(yǎng)液蒸汽噴射加熱器

7、維持管膨脹閥急聚蒸發(fā)室滅菌好的培養(yǎng)液真空 （三）板式換熱器滅菌流程圖2-6 薄板換熱器連續(xù)滅菌流程維持段蒸汽加熱 段熱回 收段水冷 卻段生培養(yǎng)液 冷卻水滅菌好的培養(yǎng)液培養(yǎng)基連續(xù)滅菌的優(yōu)點(diǎn)是滅菌的溫度較高，滅菌時(shí)間較短，培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分受破壞的程度較低，從而保證了培養(yǎng)基的質(zhì)量，同時(shí)由于連續(xù)滅菌過程不在發(fā)酵罐等設(shè)備中進(jìn)行，提高了發(fā)酵罐等設(shè)備的利用率。當(dāng)然與間歇滅菌過程相比，連續(xù)滅菌過程的不足之處是過程所需的設(shè)備較多，操作較為麻煩，染菌機(jī)會(huì)