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第三章生物制药反应过程设备 《制药设备及技术》 生物制药基本过程如图所示，主要生产设备包括培养基配制及灭菌设备、空气预处理及灭菌设备、生物反应器和分离提取设备。 第一节 培养基配制及灭菌设备 根据不同的细胞生长需要所配制的营养物质即培养基，培养基需要满足以下条件：①含有合适的营养物质；②合适的pH；③经灭菌后才能使用。由于大规模的微生物、动植物细胞培养都是纯种培养过程不允许有杂菌污染，所以要对培养基设备进行灭菌。 在发酵工业中，广泛采用的培养基灭菌方法是湿热灭菌，即直接用高压蒸汽将物料升温至115℃～140℃后，保持一段时间以杀死所有的微生物。培养基的灭菌方法有实罐灭菌和连续灭菌两种。 第一节 培养基配制及灭菌设备 一、培养基实罐灭菌方法及设备 实罐灭菌：将培养基置于发酵罐中用饱和蒸汽加 热，达到预定灭菌温度后，维持一定时间（30min左右），再冷却到发酵温度，然后接种发酵，这种灭菌过程叫做实罐灭菌，又称分批灭菌（工厂里称实消）。 1.实罐灭菌前的准备 为了保证灭菌的成功，在实罐灭菌前，检查发酵罐是否严密非常重要，发酵罐及附属设备必须全面进行严密度检查，尤其是与发酵罐直接相通的阀门的严密性，在确实无渗漏情况下才开始灭菌。 第一节 培养基配制及灭菌设备 2.实罐灭菌的操作 实罐灭菌操作就是用表压0.3～0.4MPa的饱和蒸汽将培养基灭菌的过程。 第一节 培养基配制及灭菌设备 图中，Ⅰ～Ⅳ阶段温度与时间的关系如下： Ⅰ—夹套预热阶段，培养基由室温加热至80-90℃，夹套预热是为了防止进入罐内的水蒸气冷凝成水后改变培养基浓度。 Ⅱ—直接蒸汽加热阶段，培养基由80-90℃加热至121℃. Ⅲ—保温阶段，121℃ Ⅳ—冷却阶段，121℃冷却至培养温度。 第一节 培养基配制及灭菌设备 3.实罐灭菌时间的计算 根据对数残留公式，实罐灭菌所需的理论时间可以用下式计算： 第一节 培养基配制及灭菌设备 灭菌速度常数K与温度和被杀灭菌的种类有下列关系 第一节 培养基配制及灭菌设备 二、培养基连续灭菌方法及设备 连消：培养基的连续灭方法就是将发酵罐预先进行灭菌，将配好的培养基在向发酵罐输送的同时进行加热、保温和冷却，然后连续进入已灭好菌的发酵罐中。 空消：又称空罐灭菌。培养基的灭菌如果是采用连续灭菌法，则发酵罐应在加入灭菌的培养基前先行单独灭菌，即发酵罐罐体的灭菌。 第一节 培养基配制及灭菌设备 （一）培养基连续灭菌流程 第一节 培养基配制及灭菌设备 （二）连续灭菌的基本设备 连续灭菌的基本设备一般包括： 配料预热罐：将配好的料液预热到60～70℃，以避免灭菌时由于料液与蒸汽温度相差过大而产生水汽撞击声； 加热器：作用主要是使高温蒸汽与料液迅速接触混合，并使料液的温度很快升高到灭菌温度（135℃左右）； 维持罐：加热器加热的时间很短，通过维持管达到彻底灭菌的效果； 冷却管：从维持罐出来的料液要经过冷却管进行冷却后，输送到预先已经灭菌过的罐内。 第一节 培养基配制及灭菌设备 １.加热器 （１）塔式加热器 培养基从塔底由连消泵 打入，打料速度控制在 使物料在蒸汽导入管与 设备外壳的空隙间流速 为0.1m/s左右。料液与 小孔中喷出的蒸汽连续 混合，在塔内停留20～30s 后，从塔的上部流出。 第一节 培养基配制及灭菌设备 （2）喷射式加热器 第一节 培养基配制及灭菌设备 2、维持罐 第一节 培养基配制及灭菌设备 由于容器直径较大，培养基在容器内的流速较小，这样在维持罐中物料的返混现象是不可避免的。因此，在维持罐设计时，取高径比为2.0～2.5较合适，且外壁要有保温层。设计培养基在维持罐中实际停留时间一般将理论灭菌保温时间乘上3～5倍。 第一节 培养基配制及灭菌设备 第一节 培养基配制及灭菌设备 3、冷却设备 （1）喷淋冷却器 第一节 培养基配制及灭菌设备 （2）真空冷却器 第二节 发酵用压缩空气预处理及除菌设备 一、空气除菌方法及发酵用无菌空气的质量标准 1.空气除菌方法 (1)热杀菌 (2)辐射杀菌 (3)静电除菌 (4)过滤除菌　是目前生物工业生产中最常用、最经济的空气除菌方法，它采用定期灭菌的干燥介质来阻截流过的空气所含的微生物，从而获得无菌空气。 第二节 发酵用压缩空气预处理及除菌设备 2.发酵用无菌空气的质量标准 （1）空气的压强 一般要求空气压缩机出口空气的压强控制在0.2～0.35Mpa（表压）。 （2）空气流量 发酵用无菌空气的设计和操作中常以通气比或VVM来计算空气的用量。 （3）空气的温度 一般控制进入发酵罐的空气温度可比培养温度高10℃左右。 （4）空气的相对湿度 进