发酵工程第2讲(2011.2).pptVIP

2011.2.28 第二讲 第四章 培养基及其设计、制备、优化、灭菌 第一节 培养基的类型 第二节 发酵培养基的成分及来源 第三节 发酵培养基的设计和优化 第四节 发酵培养基的灭菌及相关设备 加入缓冲剂，如：KH2PO4 K2HPO4 1.3.2 渗透压和水分活度（Aw）：等渗溶液适宜微生物的生长。Aw表示微生物在天然环境中可实际利用的自由水或游离水的含量。 Aw=P/P0，即某溶液的蒸汽压（P）与纯水的蒸汽压（P0）的比值。各种微生物的生长范围Aw：0.998~0.6，设计培养基时应考虑到Aw, G-生长的最小水分活度一般比G+高，表明通常G+比G-有较高的内部渗透压，酵母与 G+类似，丝状真菌范围大。 1.3.3 氧化还原电势Eh：好氧微生物生长Eh为： +0.3 ~0.4V，兼性厌氧微生物为：0.1V，厌氧微生物为： 0.1V。 1.4 根据培养微生物的目的配制：产物是菌体：N源含量比较高。产物是某种代谢产物：考虑代谢产物的化学组成。 1.5 尽量使用廉价易得的原料（8个代替） 以粗代精，以“野”代“家”，以废代好，以简代繁，以烃代粮，以纤代粮，以氮代朊 ，以“国”代“进” 2、培养基的优化方法 2.1 生态模拟 2.2 查阅文献：直接、间接的信息。 2.3 借助优选法或正交试验法精心设计培养基的配方。 第四节 发酵培养基的灭菌技术及相关设备 灭菌技术(工业生产、实验室） 灭菌是指用化学或物理的方法杀灭或去除物料及设备中所有生命物质的技术或工艺过程。 工业上常用灭菌方法： 干热灭菌法 湿热灭菌法 辐射（射线）灭菌法 化学药品灭菌法 过滤除菌法 1、干热灭菌法：是一种极端的手段，温度高、时间长。 原理：氧化作用是干热灭菌的主要根据。 温度系数Q10，即温度升高10℃，灭菌速度常数增加的倍数。 嗜热脂肪芽孢杆菌：2.86 枯草杆菌黑色亚种：2.72 2、湿热灭菌 2.1湿热灭菌的原理：是直接用饱和蒸汽进行灭菌。蒸汽冷凝时释放大量潜热，并具有强大的穿透力，使微生物细胞中的蛋白质、酶、核酸极易发生不可逆的凝固变性，导致短时间内死亡。 由于湿热灭菌有经济快速等特点，因此发酵工业中处理大量培养基时广泛采用湿热灭菌。 嗜热脂肪芽孢杆菌Q10 ：2.86(干热) 14.28(湿热) 枯草杆菌黑色亚种Q10 ：2.72 (干热) 3.71 (湿热) 2.2 湿热灭菌理论灭菌时间的确定 生产上要选择合适的时间和灭菌温度，既彻底灭菌又使培养基营养成分的破坏减至最底限度。 杂菌在一定温度下，受热死亡遵循一级反应动力学的规律这就是对数残留定律。 -dN/dt=kN N—菌的残留数（个） t—灭菌时间， dN/dt —菌的瞬时变化速率，个/s k—菌死亡的反应速度常数，1/s -dN/dt=kN 积分得： t=2.303/ k（lgN 0/Ns ） N 0—灭菌初始时培养基菌数，个/ml Ns—灭菌一时间段后培养基菌数，一般取0.001个/ml k 表示微生物的耐热性。 灭菌温度T与菌死亡反应速度常数K的关系：对 于一定的菌种，灭菌温度与k 的关系可用阿累尼 乌斯方程表示： k=Ae-E/RT 取耐热性芽孢杆菌的A、E值进行计算， lgk=14847/T + 36.127 式中 A—阿累尼乌斯常数，1/S E—杀死细菌孢子的活化能，4.187J/mol T—热力学温度，K R—气体常数，1.987×4.18J/(K.mol) e—2.71 3、工业生产培养基的灭菌 3.1 分批灭菌（实罐灭菌） 3.1.1 典型发酵罐接管图 典型发酵罐接管图 3.1.2分批灭菌的操作过程： a.培养基的预热：灭菌培养基需先加热到80—90℃ ，然后再导入蒸汽升温灭菌。预热目的是防止蒸汽直接导入培养基温差大，导致大量冷凝水，稀释了培养基；防止直接蒸汽导入引起泡沫急剧上升而溢料。预热方法是先将各排气阀打开，将蒸汽引入夹套或蛇管进行预热，等罐温升