生物細(xì)胞培養(yǎng)基制備過程與設(shè)備第1頁/共31頁第一節(jié)液體培養(yǎng)基的滅菌一、濕熱滅菌原理和影響滅菌的因素二、連續(xù)滅菌流程及設(shè)備三、分批滅菌過程與設(shè)備第2頁/共31頁一、濕熱滅菌原理和影響滅菌的因素

營養(yǎng)成分的減少將影響菌種的培養(yǎng)和產(chǎn)物的生成，所以滅菌程度和營養(yǎng)成分的破壞成為滅菌工作中的主要矛盾，恰當(dāng)掌握加熱溫度和受熱時(shí)間是滅菌工作的關(guān)鍵。（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)。

（2）溫度對死亡速率的影響圖2-2微生物死亡與溫度的關(guān)系第3頁/共31頁二、連續(xù)滅菌流程及設(shè)備

培養(yǎng)基滅菌應(yīng)盡量采用高溫短時(shí)間的連續(xù)滅菌。培養(yǎng)基經(jīng)連續(xù)加熱、維持和冷卻后進(jìn)入發(fā)酵罐。培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌，就是將配好的培養(yǎng)基在向發(fā)酵罐等培養(yǎng)裝置輸送的同時(shí)進(jìn)行加熱、保溫和冷卻而進(jìn)行滅菌（一）連消塔——噴淋冷卻流程（三）板式換熱器滅菌流程（二）噴射加熱——真空冷卻流程（四）設(shè)備構(gòu)造和計(jì)算1．連消塔又稱加熱器，是培養(yǎng)基于蒸汽混合加熱至滅菌溫度的設(shè)備。生產(chǎn)中一般用0.5~0.8Mpa的活蒸汽與預(yù)熱后的料液直接接觸而加熱。第4頁/共31頁三、分批滅菌過程與設(shè)備

培養(yǎng)基的分批滅菌就是將配制好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐或其他裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設(shè)備一起進(jìn)行加熱滅菌的過程，通常也稱為實(shí)罐滅菌。（一）分批滅菌操作要點(diǎn)（二）分批滅菌的操作（三）分批滅菌的計(jì)算分批滅菌的計(jì)算主要是確定滅菌的時(shí)間。如果把微生物的熱死亡動(dòng)力學(xué)公式與阿累尼烏斯公式相結(jié)合，則可得第5頁/共31頁第二節(jié)淀粉質(zhì)原料的蒸煮與糖化一、連續(xù)蒸煮糖化二、間歇蒸煮糖化

淀粉糖化的目的，是通過糖化酶將淀粉、糊精進(jìn)行水解。糖化的作用也就是把溶解狀態(tài)的淀粉、糊精轉(zhuǎn)化為能夠被生物細(xì)胞利用的可發(fā)酵性物質(zhì)（當(dāng)然也有不發(fā)酵性物質(zhì)生成，這主要是由于轉(zhuǎn)移葡萄糖苷酶等的作用），降低醪液的粘度，有利于酵母的發(fā)酵和酵液的輸送。第6頁/共31頁一、連續(xù)蒸煮糖化連續(xù)蒸煮糖化工藝料液連續(xù)流動(dòng)，在不同的設(shè)備中完成加料、蒸煮、糖化、冷卻等不同工藝操作，整個(gè)過程連續(xù)化。第7頁/共31頁二、間歇蒸煮糖化（一）間歇蒸煮1．蒸煮設(shè)備（二）間歇糖化工藝間歇糖化法的工藝流程：蒸煮醪→糖化鍋＋加水＋冷卻（120℃~60℃）＋加酸十加曲十糖化十冷卻（60~30℃）→發(fā)酵罐（或酒母罐）第8頁/共31頁第三節(jié)纖維素和半纖維素的水解可以利用的生物質(zhì)資源很多，包括各種農(nóng)業(yè)殘余物、林業(yè)殘余物、專門栽培的作物以及各種廢棄物。這些木質(zhì)纖維材料完全可望將它們降解轉(zhuǎn)化為糖類，并生物加工成有用的物質(zhì)，如生物能源等。一、蒸汽爆裂法二、稀酸預(yù)處理法三、酸酶水解法第9頁/共31頁一、蒸汽爆裂法

在眾多預(yù)處理方法中，高壓蒸汽爆碎技術(shù)是比較有效、低成本、無污染的新技術(shù)。向裝有植物纖維物質(zhì)的壓力罐通入高壓蒸汽，使罐溫度達(dá)到200~240℃左右，原料中的半纖維素會(huì)迅速分解釋放出有機(jī)酸，發(fā)生自水解作用而可溶化。細(xì)胞間的木質(zhì)素熔化，并發(fā)生部分降解，變得易為熱水、有機(jī)溶劑或稀堿抽提。加上突然減壓爆碎的機(jī)械分離作用，使植物細(xì)胞間質(zhì)或細(xì)胞壁變疏松，細(xì)胞游離，纖維素的可酶解性明顯增強(qiáng)。蒸汽爆碎技術(shù)的成敗在于精確控制處理強(qiáng)度（蒸汽溫度和處理時(shí)間）和處理的均勻度?？刂撇划?dāng)，半纖維素等未充分降解或降解產(chǎn)生的單糖被進(jìn)一步降解破壞，得糖率往往會(huì)低于理論值的65%。第10頁/共31頁二、稀酸預(yù)處理法稀酸處理既對纖維物料進(jìn)行預(yù)處理，又可以得到半纖維素水解的糖液，這是該法的一大特點(diǎn)，只要很好地將后者利用，則它將是一種有發(fā)展前途的預(yù)處理方法。（一）影響酸水解的因素（二）稀酸水解生產(chǎn)流程和設(shè)備第11頁/共31頁三、酸酶水解法兩段水解的第一段為半纖維素水解，方法有化學(xué)或微生物或物理方法。。第一段制低聚木糖方法是：蔗髓（即蔗渣糠）等半纖維素降解有采用熱水蒸煮、酸水解、微波降解和酶解等方法。第二段水解獲得的葡萄糖液為酸性，用石灰乳中和成硫酸鈣，過濾得清凈糖液。第12頁/共31頁第四節(jié)糖蜜原料的稀釋與澄清一、糖蜜稀釋器二、糖蜜原料的澄清糖蜜是一種非結(jié)晶糖分，因其本身就含有相當(dāng)數(shù)量的可發(fā)酵性糖，無需糖化，因此是微生物工業(yè)大規(guī)模發(fā)酵生產(chǎn)酒精、甘油、丙酮丁醇、檸檬酸、谷氨酸、食用酵母及液態(tài)飼料等的良好原料。由于原糖蜜的濃度一般都在80°Bx以上，膠體物質(zhì)與灰分多，產(chǎn)酸細(xì)菌多，所以糖蜜酒精發(fā)酵前需進(jìn)行稀釋、酸化、滅菌、澄清等處理過程。第13頁/共31頁一、糖蜜稀釋器（一）水平式糖蜜連續(xù)稀釋器（二）立式糖蜜連續(xù)稀釋器（三）連續(xù)稀釋器第14頁/共31頁二、糖蜜原料的澄清

糖蜜原料的澄清的目的是使原料中的灰渣等固形物沉淀，同時(shí)進(jìn)行滅菌，以達(dá)到發(fā)酵的要求。1．加酸通用處理法2．加熱加酸沉淀法3．絮凝劑澄清處理法4．酸化澄清設(shè)備澄清罐的總體積：第15頁/共31頁第五節(jié)啤酒生產(chǎn)中麥芽汁的制備設(shè)備啤酒是生物加工產(chǎn)業(yè)中的一個(gè)典型產(chǎn)品，我國的啤酒生產(chǎn)已位于全世界第三位。影響啤酒的產(chǎn)量和質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一是麥芽汁的制備。麥芽汁是啤酒酵母的培養(yǎng)基。一、糊化鍋二、糖化鍋三、過濾槽四、麥汁煮沸鍋五、糖化醪過濾槽第16頁/共31頁一、糊化鍋

糊化鍋的主要作用是用于煮沸大米粉和部分麥芽粉醪液，使淀粉糊化和液化。1．糊化鍋的構(gòu)造2．糊化鍋的容積3．加熱面積的計(jì)算第17頁/共31頁二、糖化鍋糖化鍋的用途是使麥芽粉與水混合，并保持一定溫度進(jìn)行蛋白質(zhì)分解和淀粉糖化，現(xiàn)時(shí)糖化鍋的材料廣泛采用不銹鋼制作，也可用碳鋼或銅鋼制造?，F(xiàn)時(shí)有的在鍋內(nèi)壁裝有擋板，以改變流型，提高攪拌效果。有效容積的大小與加水量有關(guān)，一般糖化鍋容積比糊化鍋大約一倍。鍋底可做成平的，也有作成球形蒸汽夾套的。在六鍋式糖化設(shè)備中，做成糖化、糊化兩用鍋，以提高糖化鍋的利用率。鍋體直徑與高之比為2∶1，升氣管截面積為鍋圓筒截面積的1/30~1/50。第18頁/共31頁三、過濾槽過濾槽用于過濾糖化后的麥醪，使麥汁與麥槽分開而得到清亮的麥芽汁。（一）型式與構(gòu)造（二）有關(guān)參數(shù)1．麥槽層厚度2．過濾面積的確定3．過濾槽容積的確定4．過濾槽內(nèi)耕槽的轉(zhuǎn)速5．過濾槽槽底與篩板的間距第19頁/共31頁四、麥汁煮沸鍋用于麥汁的煮沸和濃縮，蒸發(fā)掉多余的水分，使麥汁達(dá)到一定的濃度。并加入酒花，使酒花中所含的苦味及芳香物質(zhì)進(jìn)入麥汁中。（一）型式與結(jié)構(gòu)（二）容積計(jì)算（三）有關(guān)參數(shù)第20頁/共31頁五、糖化醪過濾槽糖化醪的過濾是啤酒廠獲得澄清麥汁的一個(gè)關(guān)鍵設(shè)備，主要用于醪液的糖化和麥汁的過濾。糖化醪過濾槽的結(jié)構(gòu)第21頁/共31頁第六節(jié)淀粉水解制糖用于制備淀粉的原料主要為薯類、玉米、小麥、大米等富含淀粉的農(nóng)產(chǎn)品。根據(jù)原料淀粉的性質(zhì)及采用的催化劑不同，淀粉水解為葡萄糖的方法有酸解法、酶解法、以及酸酶結(jié)合法等。一、酸解法二、酶解法第22頁/共31頁一、酸解法酸解法又稱酸糖化法，它是以酸為催化劑在高溫下將淀粉水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖的方法。（一）加壓罐水解糖化（二）管道水解糖化第23頁/共31頁二、酶解法酶解法是利用專一性很強(qiáng)的淀粉酶及糖化酶將淀粉水解為葡萄糖的方法第一步，利用α~淀粉酶將淀粉液化；第二步，利用糖化酶將糊精或低聚糖進(jìn)一步水解轉(zhuǎn)化為葡萄糖。生產(chǎn)上這兩步分別稱為液化和糖化。（一）液化（二）糖化其工藝過程如下：液化→糖化→滅酶→過濾→貯糖計(jì)量→發(fā)酵第24頁/共31頁第七節(jié)固體培養(yǎng)基制備一、固體培養(yǎng)基的制備方法及其設(shè)備發(fā)酵的類型按培養(yǎng)基的種類來分，有固體發(fā)酵和液體（深層）發(fā)酵兩種。微生物在具有一定溫度和濕度的固體表面進(jìn)行生長和繁殖就稱為固態(tài)發(fā)酵。固態(tài)發(fā)酵所用的培養(yǎng)基為固體培養(yǎng)基。在制造酶制劑、菌肥、發(fā)酵飼料、飼料添加劑、食品添加劑以及一些東方發(fā)酵食品中廣泛采用。所以，研制一種新型的固體發(fā)酵生物反應(yīng)器，并研究固體發(fā)酵工藝，克服現(xiàn)有反應(yīng)器的缺點(diǎn)，可以將固體發(fā)酵推上一個(gè)新的臺(tái)階，促進(jìn)我國生物技術(shù)的發(fā)展，具有十分重要的意義。第25頁/共31頁一、固體培養(yǎng)基的制備方法及其設(shè)備固體培養(yǎng)基的碳源主要來自小麥、麩皮、玉米、碎米、大麥、高梁、米糠等淀粉質(zhì)原料，氮源主要來自大豆、豆粕、豆餅、花生餅、蠶豆、豌豆等蛋白質(zhì)原料。（一）各種工藝