[工学]第二章_培养基灭菌.ppt

教学要求：掌握培养基和设备灭菌的意义和方法。分批灭菌和连续灭菌的优缺点比较。培养基灭菌的工程设计、培养基与设备、管道灭菌条件。 重点：要求深刻理解与熟练掌握的重点内容 1、常用的各种灭菌方法及在发酵工业中的选用。 2、培养基灭菌原理，分批灭菌和连续灭菌的概念。 难点：1、培养基灭菌方法的选用。 2、培养基灭菌的理论基础。 温度和压力的关系 泡沫问题 投料过程中，麸皮和豆饼粉等固形物在罐壁上残留的问题 灭菌结束后应立即引入无菌空气保压 培养基成分对灭菌的影响 油脂，糖类及一定浓度的蛋白质可增加微生物的耐热性，另一些物质，如高浓度的盐类，色素等可削弱其耐热性。 培养基的物理状态对灭菌的影响 培养基中微生物数量对灭菌的影响 培养基中氢离子浓度对灭菌的影响 培养基中氢离子浓度直接影响灭菌的效果。培养基的酸碱度越大，所需杀灭微生物的温度越低。 用V表示灭菌效果，则有 V总＝ln(N0/NS)=V加+V保+V冷 升温、维持和冷却过程中灭菌效果分别为 V加 V保 V冷 加热和冷却后积分，简化得公式，P146页 例如：某发酵罐分批灭菌最高温度120℃，保持5min，设计的温度和时间关系如下：发酵罐100m3，N0=105个/ml，N=10-3 ，已知升温和冷却的灭菌效果不超过总灭菌效果的25%，问设计的T-t过程是否达到灭菌要求，如不能，应如何改进？（A=7.94×1038min-1；△E=278441J/mol;R=8.28J/mol·K） 实际生产上，培养基直接蒸汽加热和间接冷却的计算。P12 工业规模的灭菌操作，完成整个灭菌周期的时间是3~5h，各阶段的贡献大致如下： V加/V总= 0.2 V保/V总= 0.75 V冷/V总= 0.05 四、分批灭菌的讨论 培养基间歇灭菌过程中应注意的问题 一、连续灭菌概念 二、连续灭菌流程 三、连续灭菌计算 四. 连续灭菌反应器的流体流动模型 第四节 连续灭菌及其计算 连续灭菌的工作原理 连续灭菌的工艺流程 连续灭菌时间的计算 连续灭菌反应器设备及计算 本节知识点： 重点：连续灭菌的工艺流程、设备及计算 难点：连续灭菌计算及应用 一、连续灭菌概念 连续灭菌（连消）：培养基在罐外连续进行加热、维持和冷却，然后进入发酵罐的杀菌方法。 连续灭菌的优缺点： 优点 –保留较多的营养质量 –容易放大 –较易自动控制； –糖受蒸汽的影响较少； –缩短灭菌周期； –在某些情况下，可使发酵罐的腐蚀减少； –发酵罐利用率高； –蒸汽负荷均匀。 缺点 –设备比较复杂，投资较大，容易造成污染。 二、连续灭菌流程 1、连消塔－喷淋冷却流程 设备庞大，易发生局部受热不均。 2、喷射加热－真空冷却流程 加热和冷却在瞬间完成，营养成分破坏少。 典型的喷射加热连续灭菌时的温度和时间曲线图 3、薄板换热器连续灭菌流程 培养基在设备中同时完成预热、灭菌及冷却过程。 薄板换热器连续灭菌流程 薄板换热器连续灭菌时的温度和时间曲线图 4、连续灭菌设备的结构 套管式连消塔 喷嘴式连消塔 维持罐 喷射加热器 薄板换热器 直接蒸汽连续灭菌设备温度和时间的关系。由于加热和冷却时间极短，可省略。灭菌时间主要是维持器中停留时间。故只有维持器的设计与灭菌程度有关。 已知灭菌温度，理论灭菌时间可按下式估算： 杀菌速率常数K可取普通耐热细菌芽孢的K值，并按下式计算： 三、连续灭菌计算 τ= 式中：V反应器中液体所占的体积（L，m3） Q通过反应器的流体流速（L/min，m3/min）， τ 为流体在反应器中停留的时间。 在设计连续灭菌设备时，必须认识到并不是培养基的每一质点都在反应器中停留同样的时间。 四. 连续灭菌反应器的流体流动模型 实际的反应器中，与流动方向相垂直的截面上各质点 （微团）的流速不同（有流速分布）。 实际的反应器中，与流动方向相垂直的截面上各质点（微团）的流速不同（有流速分布），这就必然造成物料间的（轴向）混合，（由于有返混现象）这样就不能保证物料先进的先出，后进的后出，那么有的物料灭菌时间长，有的灭菌时间短，有的物料达到了灭菌要求，而有的没有达到，由此我们在设计反应器时，一定考虑到这个现象，引入的τ概念。 返混现象 ：反应器中停留时间不同的物料之间的混合称为返混。 按照返混的程度，在化学工程中建立了两种理想的连续流动反应器模型： 连续搅拌罐（CSTR）：返混为∞ 活塞流反应器（PFR）反应器：返混为0 （1）PFR模型（活塞流模型）plug flo