《生物制药技术教学课件》发酵设备与消毒灭菌.ppt

第三节 发酵设备与消毒灭菌 典型发酵设备 种子制备设备、 发酵设备、 辅助设备(无菌空气和培养基的制备) 发酵液预处理设备、 粗产品的提取设备、 产品精制与干燥设备、 流出物回收、利用和处理设备等。 一、 发酵设备概述 发酵主要设备为发酵罐和种子罐，它们各自都附有原料(培养基)调制、蒸煮、灭菌和冷却设备，通气调节和除菌设备，以及搅拌器等。 种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量为目的。 发酵罐：承担产物的生产任务。它必须能够提供微生物生命活动和代谢所要求的条件，并便于操作和控制，保证工艺条件的实现，从而获得高产。 （一）发酵罐 发酵罐的定义： 是为一个特定生物化学过程的操作提供良好而满意的环境的容器。 对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器，同时附带精密控制系统；而对于另一些简单的工艺来说， 发酵罐只是个开口 容器，有时甚至简 单到只要有一个开口的坑。 发酵罐系统 ?一个优良的发酵罐装置和组成 （1）应具有严密的结构 （2）良好的液体混合特性 （3）好的传质、传热速率 （4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表 发酵罐的特点 （1）发酵罐对纯种培养的要求高。因此，发酵罐的严密性，运行的高度可靠性是发酵工业的显著特点。 （2）发酵罐更加趋向大型化和自动化发展。 自动化方面，如pH电极、溶解氧电极、溶解二氧化碳电极等的在线检测在国外巳相当成熟。国内目前尚处于起步阶段，发酵检测参数还只限于温度、压力、空气流量等一些最常规的参数。 发酵罐工艺操作条件 1．温度：25～40℃。 2．压力：0～1 kg／cm3(表压)。 3．灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3 kg／cm3 (表压). 4．pH：2～11。 5．需氧量：0．05～0.3 kmo1／m3·h。 6．通气量：0.3～2 VVM。 7．功率消耗：0.5～4kW／m3。 8. 发酵热量：5 000～20 000 kcal／m3．h。 发酵设备及检测控制系统 Pilot Biostat UD50 国内、外发酵设备公司 德国贝朗 占中国80%以上的市场 瑞士比欧 美国NBS 韩国 日本 华东理工大学 江苏理工大学 一般认为500L以下的是实验室发酵罐； 500-5000L是中试发酵罐； 5000L以上是生产规模的发酵罐。 发酵罐按容积分类 现代发酵工程规模 低值工业品大型化 以规模来取胜（几十数百吨）。如味精、氨基酸、有机酸、抗生素、饲料、食品工业用产品等； 高价值转基因产品小型化（几十数百升）。基因工程大肠杆菌、酵母菌高密度培养；动物细胞植物细胞培养； 研究中心智能化、全能性。 （二）发酵辅助设备 发酵辅助设备主要包括：无菌空气系统，培养基配制和灭菌系统、发酵车间的管道及阀门等。 1、 空气除菌流程和设备 空气预过滤 空气压缩机 冷却 器 析水器 空气贮罐 加热器 空气过滤器 发酵罐。 空气压缩机：工业发酵用的压缩空气是2～3kg／cm2的低压空气。目前常用的是往复式空压机 过滤器：空气过滤器的类型很多，有棉花活性炭过滤器、管式过滤器和接送式过滤器等。 过滤介质：空气除菌用的过滤介质有：棉花、活性炭玻璃纤维，超细玻璃纤维纸，石棉滤板、烧结材料、聚乙烯醇(PVA)等多孔合成树脂、素烧陶瓷筒和聚碳酸酯等。 二、培养基和灭菌 （一）培养基（culture medium) 定义：广义上讲培养基是指一切可供微生物细胞生长 繁殖所需的一组营养物质和原料。同时培养基也为微生物培养提供除营养外的其它所必须的条件。 满足菌体的生长 促进产物的形成 特点： 任何培养基都应具备微生物所需要的营养要素，且应比例适当。且一旦配成必须立即灭菌。 1、培养基成分 碳源 （carbon source） 氮源（nitrogen source） 无机盐（mineral salts） 生长因子（growth factor） 水 碳源 定义：凡可被用来构成细胞物质或代谢产物中碳素来源的营养物质。 功能：提供合成细胞物质及代谢物的原料;并为整个生理活动提供所需要能源（异养微生物）。 ◆种类: 无机含碳化合物：如CO2和碳酸盐等。 有机含碳化合物：糖与糖的衍生物（多糖：如淀粉、麸皮、米糠等；饴糖；单糖）,脂类、醇类、有机酸、烃类、芳香族化合物以及各种含碳的化合物。 工业上常用的碳源 ① 葡萄糖 所有的微生物都能利用葡萄糖（速效） 但是会引起葡萄糖效应 工业上常用淀粉水解糖, 但是糖液必须达到一定的质量指标 ② 糖蜜 糖蜜是制糖生产时的结晶母液，它是制糖工业的副产物。 糖蜜主要含有蔗糖，总糖可达50%～75%。一般糖蜜分甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜葡萄糖蜜。