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第二章第二章 液体培养基制备及灭菌液体培养基制备及灭菌 第一节第一节 培养基制备培养基制备 第二节第二节 液体培养基灭菌液体培养基灭菌第一节第一节 液体培养基制备液体培养基制备 液体深层发酵培养基中，碳源的提供常用淀粉质原料：谷液体深层发酵培养基中，碳源的提供常用淀粉质原料：谷类、薯类、淀粉等，另外还有糖蜜及各种农产品残余物如：类、薯类、淀粉等，另外还有糖蜜及各种农产品残余物如：玉米秸、麦秸、稻草等。玉米秸、麦秸、稻草等。通过蒸煮糖化将淀粉质原料转化为可发酵性糖是培养基通过蒸煮糖化将淀粉质原料转化为可发酵性糖是培养基制备中的重要过程。制备中的重要过程。糖蜜稀释糖蜜稀释连续糖化连续糖化：酒精：酒精培养基制备设备培养基制备设备 淀粉制原料水解淀粉制原料水解 柠檬酸等柠檬酸等 谷氨酸谷氨酸间歇糖化：间歇糖化：啤酒啤酒 纤维素半纤维素水解纤维素半纤维素水解n一、糖蜜原料的稀释与澄清一、糖蜜原料的稀释与澄清n糖蜜是制糖厂的一种副产品，里面含有大量的糖蜜是制糖厂的一种副产品，里面含有大量的可发酵性糖，这些糖分在目前制糖工业技术或可发酵性糖，这些糖分在目前制糖工业技术或经济核算上已不宜用结晶方法加以回收。经济核算上已不宜用结晶方法加以回收。n糖蜜浓度一般在糖蜜浓度一般在80 Bx，酵母不能直接利用，酵母不能直接利用，需进行稀释、酸化、灭菌和增加营养盐等处理需进行稀释、酸化、灭菌和增加营养盐等处理过程。过程。35 Bx1151（kg/m3)80Bx1412（kg/m3)糖蜜连续稀释器：糖蜜连续稀释器：.水平式糖蜜稀释器水平式糖蜜稀释器：我国常用（马尔钦柯式连续稀释器）：我国常用（马尔钦柯式连续稀释器）构造：圆柱型水平管，出口端向下倾斜安装；中部有两根横杆。构造：圆柱型水平管，出口端向下倾斜安装；中部有两根横杆。若干若干隔板隔板和筛板，形成若干空段，孔径保证糖液处在和筛板，形成若干空段，孔径保证糖液处在湍流湍流；隔板上的孔上下隔板上的孔上下交错交错地配置，使交错流动无须搅拌；地配置，使交错流动无须搅拌；若干空段根据工艺需要加入水及其它物质。若干空段根据工艺需要加入水及其它物质。（5-20m3）间歇式间歇式稀释器稀释器连续式连续式 .立式糖蜜稀释器立式糖蜜稀释器构造：圆柱形，上下为锥形封头，构造：圆柱形，上下为锥形封头，总高为总高为.m，不锈钢制。，不锈钢制。块隔板交错配置，块隔板交错配置，隔板间距隔板间距mm，从底部压送，从上部出料。从底部压送，从上部出料。糖液速度糖液速度.m/s n另外还有另外还有错板式错板式、膨胀式、膨胀式、变管径式变管径式,都是在无搅拌下通过改都是在无搅拌下通过改 变液体流向或管径达到稀释混合变液体流向或管径达到稀释混合 目的。目的。(二）糖蜜的澄清酸化设备二）糖蜜的澄清酸化设备p204二、淀粉质原料水解设备二、淀粉质原料水解设备淀粉质原料蒸煮糖化目的淀粉质原料蒸煮糖化目的 1、糊化、糊化：由于淀粉质原料中含有的淀粉是存在于原料的细胞之：由于淀粉质原料中含有的淀粉是存在于原料的细胞之中，受到细胞壁的保护，难以溶解。中，受到细胞壁的保护，难以溶解。蒸煮的目的蒸煮的目的是使是使植物组织细植物组织细胞膜胞膜破裂，淀粉受热、吸水膨胀，破坏晶状结构（未糊化前对酶破裂，淀粉受热、吸水膨胀，破坏晶状结构（未糊化前对酶作用的抵抗力较强难以糖化），成为凝胶状态，此过程称为糊化。作用的抵抗力较强难以糖化），成为凝胶状态，此过程称为糊化。2、液化、液化：通过添加液化酶，使长链淀粉转化为糊精、低聚糖。：通过添加液化酶，使长链淀粉转化为糊精、低聚糖。糊化和液化常同时进行糊化和液化常同时进行3、糖化、糖化：通过添加糖化酶再将糊精、低聚糖转化为可发酵性糖。：通过添加糖化酶再将糊精、低聚糖转化为可发酵性糖。（一）液化、糖化（蒸煮）设备（一）液化、糖化（蒸煮）设备.连续连续蒸煮糖化流程：蒸煮糖化流程：（罐式罐式、柱式）、柱式）粉浆罐粉浆罐56 粉浆泵蒸煮罐粉浆泵蒸煮罐 130130 后熟器后熟器 最后一个后熟器最后一个后熟器（）真空冷却器（真空冷却器（）连续糖化罐连续糖化罐泵喷淋冷却器（发酵温度）泵喷淋冷却器（发酵温度）发酵罐发酵罐 二次蒸汽的使用二次蒸汽的使用蒸汽加热蒸汽加热二次蒸汽二次蒸汽加曲加曲min 真空冷却装置真空冷却装置2.蒸煮罐蒸煮罐构造：长圆筒，构造：长圆筒，球形球形或或蝶形蝶形封头。封头。粉浆口在下端，粉浆口在下端，正对蒸汽入口正对蒸汽入口，蒸汽，蒸汽 口直通罐下部并装有口直通罐下部并装有止逆阀止逆阀，以防压，以防压力下降液体倒流。力下降液体倒流。压力表、安全阀、温度计压力表、安全阀、温度计罐耳（支承）罐耳（支承）外部有保温层外部有保温层出口管伸入罐内出口管伸入罐内mm，使留有空间。使留有空间。罐直径不宜太大罐直径不宜太大，防止过大的返混，防止过大的返混 运动，保证培养基运动，保证培养基先进先出先进先出。因此蒸煮与后熟罐总数不宜过少，瓜因此蒸煮与后熟罐总数不宜过少，瓜 干类个；玉米个。干类个；玉米个。.后熟器后熟器n前三个后熟器都是由下进料由上出料。不前三个后熟器都是由下进料由上出料。不再进蒸汽加热，只是保温，再进蒸汽加热，只是保温，构造与蒸煮罐相同。由多个组成，为保证保构造与蒸煮罐相同。由多个组成，为保证保温时间。温时间。最后一个后熟器由侧上部进料由下出料最后一个后熟器由侧上部进料由下出料n最后一个后熟器：又称最后一个后熟器：又称气液分离器气液分离器。不加。不加热热，目的分离出二次蒸汽降温，从上部出，目的分离出二次蒸汽降温，从上部出供粉浆罐预热。供粉浆罐预热。n构造构造如图：二次蒸汽出口上部另一侧。如图：二次蒸汽出口上部另一侧。n液位较低，液位较低，左右左右，便于分离二次蒸，便于分离二次蒸汽。汽。.加热器加热器（作用同蒸煮罐）（作用同蒸煮罐）结构：结构：由三层直径不同的套管组成。内层和中层由三层直径不同的套管组成。内层和中层管壁上都钻有许多小孔，各层套管用法兰连接。管壁上都钻有许多小孔，各层套管用法兰连接。工作原理：工作原理：粉浆流径中层管，高压加热蒸汽从内粉浆流径中层管，高压加热蒸汽从内 外两层进入，穿过小孔向粉浆液流中外两层进入，穿过小孔向粉浆液流中 喷射。喷射。特点：特点：气液接触均匀，加热比较全面。气液接触均匀，加热比较全面。在很短时间内可使粉浆达到规定的蒸煮温度。在很短时间内可使粉浆达到规定的蒸煮温度。粉浆在粉浆在“有效加热段有效加热段”停留时间停留时间s。在此区域内的流速以不超过在此区域内的流速以不超过.m/s为宜。为宜。（三）真空冷却装置（三）真空冷却装置蒸煮过的高温糊化醪，蒸煮过的高温糊化醪，左右左右将要进行糖化的温度将要进行糖化的温度 左右左右 需快速降温需快速降温 1.真空冷却器：冷却物料（糊化醪）真空冷却器：冷却物料（糊化醪）2.冷冷 凝凝 器：器：将二次蒸汽冷凝将二次蒸汽冷凝 3.蒸气喷射器（或真空泵）：蒸气喷射器（或真空泵）：产生真空，产生真空，将将不凝气不凝气抽出。抽出。真空冷却装置真空冷却装置.真空冷却器真空冷却器圆筒锥底，料液以圆筒锥底，料液以切线切线进入，由进入，由于器内为真空（喷射器产生的）于器内为真空（喷射器产生的）醪液产生自蒸发，产生大量的二次蒸醪液产生自蒸发，产生大量的二次蒸汽，醪液在器内被汽，醪液在器内被离心力离心力甩向周边沿甩向周边沿壁往下流，以锥底排醪液口排出。温壁往下流，以锥底排醪液口排出。温度降至度降至，至糖化锅。，至糖化锅。二次蒸汽从器顶进入冷凝器（真二次蒸汽从器顶进入冷凝器（真空吸过去）。空吸过去）。安装高于糖化锅安装高于糖化锅10 M10 M。.冷凝器冷凝器 冷水由上侧进入，从真空冷却冷水由上侧进入，从真空冷却器吸进来的二次蒸汽与水接触而被器吸进来的二次蒸汽与水接触而被冷凝，从冷凝器下部作为原料混合冷凝，从冷凝器下部作为原料混合用水被排出。用水被排出。不冷凝性气体（氮气等）被喷不冷凝性气体（氮气等）被喷射器抽走。射器抽走。真空度保持在真空度保持在KPa (530600 mmHg)二次蒸汽不凝气.喷射器喷射器（形成真空）（形成真空）（）喷射器（）喷射器 构造：构造：工作原理：工作原理：利用有压介质通过喷嘴以高利用有压介质通过喷嘴以高速射出，在喷嘴出口（混合室）造成射流速射出，在喷嘴出口（混合室）造成射流对另一介质有抽吸作用，将不凝气吸入。对另一介质有抽吸作用，将不凝气吸入。在混合室中的介质与高速流动的工作介质在混合室中的介质与高速流动的工作介质发生能量交换，通过混合段到达收缩段时发生能量交换，通过混合段到达收缩段时流速增加，造成真空。流速增加，造成真空。当真空系统采用水力喷射泵时当真空系统采用水力喷射泵时，可省去冷，可省去冷凝器，将真空冷凝器与水力泵直接连接。凝器，将真空冷凝器与水力泵直接连接。n真空冷却器的计算真空冷却器的计算n例：已知从汽液分离器排出的糊化醪量为例：已知从汽液分离器排出的糊化醪量为12000kg/h,其比热容为其比热容为3.6kJ/（KgK），温度为），温度为100，要求冷却至，要求冷却至65，计算冷却器的基，计算冷却器的基本尺寸。本尺寸。n解：解：真空冷却器内产生的二次蒸汽量：真空冷却器内产生的二次蒸汽量：n糊化醪糊化醪12000kg/h 从从100 冷却至冷却至65 时放出的时放出的热量热量为：为：nQ=120003.6（100-65）=1512000（kJ/h）n查水蒸气表知二次蒸汽在查水蒸气表知二次蒸汽在 65 时的汽化潜热时的汽化潜热r=2343.4kJ/Kgn真空冷却器内产生的二次蒸汽量为：真空冷却器内产生的二次蒸汽量为：n与与65 相对应的真空度为相对应的真空度为76.3kPa(572mmHg),在此温度下蒸汽的密度在此温度下蒸汽的密度为为0.1611kg/m3,则二次蒸汽的体积流量为：则二次蒸汽的体积流量为：n经真空冷却后，经真空冷却后，从冷却器排出醪液量为从冷却器排出醪液量为12000-645.2=11354.8（kg/h)n n真空冷却器的直径和高度：真空冷却器的直径和高度：取器内二次蒸汽的上升速度不超过取器内二次蒸汽的上升速度不超过1m/s，则真空冷却器的直径，则真空冷却器的直径D:n一般真空冷取器的径高比为一般真空冷取器的径高比为11.52，现取，现取DH=11.5,则真空冷却则真空冷却器的圆柱部分高器的圆柱部分高H:nH=1.5D=1.51.2=1.8（m）n醪液下降管（排醪管）的直径：醪液下降管（排醪管）的直径：设糊化醪液密度设糊化醪液密度=1090kg/m3,取醪取醪液在排醪管内下降速度为液在排醪管内下降速度为1m/s,则醪液下降管管径则醪液下降管管径D:n可选用可选用68mm4mm的无缝钢管。的无缝钢管。n醪液下降管的长度：醪液下降管的长度：一般选一般选10m.n设醪液下降管的长度为设醪液下降管的长度为L,则：则：n选用选用L=8m.(生产实际中一般选生产实际中一般选L=10m）（四）糖化设备（四）糖化设备.连续糖化罐连续糖化罐作用：作用：连续连续地把糊化醪与水稀释，并与地把糊化醪与水稀释，并与液体曲、麸曲、曲乳及糖化酶混合，液体曲、麸曲、曲乳及糖化酶混合，在一定温度下维持一定时间，保持流在一定温度下维持一定时间，保持流动状态，以利于酶的作用。动状态，以利于酶的作用。构造：构造：圆筒形、底部球形或罐形，圆筒形、底部球形或罐形，常压操常压操作作，密闭，内设蛇形冷凝管（当降温，密闭，内设蛇形冷凝管（当降温不够时用）不够时用）液面控制装置、液面控制装置、灭菌蒸汽进口、灭菌蒸汽进口、连续连续出料口、出料口、搅拌器组。搅拌器组。糖化罐的体积糖化罐的体积取决于取决于醪液流量醪液流量和在罐中的和在罐中的停留时间停留时间以及以及装液量装液量V糖化醪流量（包括曲量）糖化醪流量（包括曲量）m3/h 醪液停留时间，醪液停留时间，min 装填系数，取装填系数，取0.750.85连续糖化罐的尺寸与连续糖化罐的尺寸与直径直径D有如下比例关系：有如下比例关系：圆柱部分高圆柱部分高H H=(0.51.0)D球形底（或罐底）高球形底（或罐底）高h h=(0.110.25)D球形底曲率半径球形底曲率半径r2.真空糖化装置真空糖化装置特点：特点：既既是蒸发冷却器，又是糖化器。是蒸发冷却器，又是糖化器。省去了液化后的降温设备（真空冷却器省去了液化后的降温设备（真空冷却器三器组合）。三器组合）。不凝气三、啤酒生产中麦芽汁的制备（间歇）三、啤酒生产中麦芽汁的制备（间歇）n（一）麦汁制备过程（一）麦汁制备过程：糊糊 化设备化设备 糖化糖化 设备设备 过滤设备过滤设备 煮沸设备煮沸设备 换热设备换热设备啤酒厂糖化设备的组合方式：啤酒厂糖化设备的组合方式：糊化锅糊化锅 糖化锅糖化锅 四器组合：每一锅完成一项任务，四器为四器组合：每一锅完成一项任务，四器为 过滤槽过滤槽 （或压滤机）（或压滤机）麦汁煮沸锅麦汁煮沸锅 六器组合：过滤槽、煮沸锅各六器组合：过滤槽、煮沸锅各2只。（另加麦汁暂存槽只。（另加麦汁暂存槽1只）只）（二）麦汁制备设备（二）麦汁制备设备1.糊化锅糊化锅作用：作用：加热煮沸加热煮沸辅助原料辅助原料和部分麦芽粉醪和部分麦芽粉醪 液，使液，使糊化糊化和和液化液化。构造：构造：锅身为圆柱形；锅身为圆柱形；锅底为弧形或锅底为弧形或球形球形，蒸汽夹套（同，蒸汽夹套（同 时时4个进口）、保温层；个进口）、保温层；弧形顶盖弧形顶盖；环形洗水管环形洗水管 升气筒（升气筒（1/301/50截面积截面积/液面积）液面积）环形污水槽环形污水槽、筒形风帽；、筒形风帽；旋浆式搅拌器旋浆式搅拌器（电机在下部）；（电机在下部）；人孔（观察孔）人孔（观察孔）下粉筒（粉、水等混合和同时加）下粉筒（粉、水等混合和同时加）糊化锅的体积：糊化锅的体积：取决于投料量，取决于投料量，100Kg料（大米粉麦芽粉）加水料（大米粉麦芽粉）加水420 450Kg，则有效体积为，则有效体积为 0.50.55M3 锅体直径与圆筒部分高之比为锅体直径与圆筒部分高之比为2：1。2.糖化锅糖化锅 作用：作用：进行蛋白质分解；进行蛋白质分解；淀粉水解：麦芽糖、麦芽三淀粉水解：麦芽糖、麦芽三糖、葡萄糖、蔗糖、果糖，少量糖、葡萄糖、蔗糖、果糖，少量的麦芽四糖、麦芽五糖。的麦芽四糖、麦芽五糖。结构：结构：与糊化锅大致相同（如图）与糊化锅大致相同（如图）体积一般比糊化锅大一倍体积一般比糊化锅大一倍 平底或球底带蒸汽夹套平底或球底带蒸汽夹套 搅拌器搅拌器3.糖化醪过滤槽糖化醪过滤槽作用：作用：糖化一结束，需糖化一结束，需快速快速将麦汁和将麦汁和麦麦 糟糟分离。以获得澄清麦汁。分离。以获得澄清麦汁。麦糟：麦糟：残留皮壳、高分子蛋白质、残留皮壳、高分子蛋白质、纤维素、脂肪等。纤维素、脂肪等。构造：构造：常压过滤常压过滤（另有低真空快速过滤）另有低真空快速过滤）上半部与糊化锅等基本相同。上半部与糊化锅等基本相同。D3.4m 水平筛板水平筛板 下半部分三层下半部分三层 麦汁收集底麦汁收集底 保温夹底保温夹底洗涤：喷水管（大型）承接杯（小型）洗涤：喷水管（大型）承接杯（小型）耕糟装置：耕糟臂、耕糟刀；排糟臂耕糟装置：耕糟臂、耕糟刀；排糟臂n耕糟机耕糟机：由双速电机、减速器、油压升降轴、耕糟臂、耕糟刀等组成。：由双速电机、减速器、油压升降轴、耕糟臂、耕糟刀等组成。耕糟转速耕糟转速0.40.5，排糟转速，排糟转速34 r/min。n耕糟臂耕糟臂有有2、3、4臂（根据投料量），耕糟臂上每隔臂（根据投料量），耕糟臂上每隔2030cm装有垂直于装有垂直于筛板的耕糟刀或波形切割刀。大型槽还有排糟臂，装挂可旋转角度的出筛板的耕糟刀或波形切割刀。大型槽还有排糟臂，装挂可旋转角度的出糟刀。糟刀。n操作操作：泵送糖化醪后，开动耕糟机转：泵送糖化醪后，开动耕糟机转35r，使糖化醪在槽内均，使糖化醪在槽内均 匀分布。匀分布。静置静置1030 min，使沉降形成滤层。，使沉降形成滤层。浑浊麦汁回至槽内，直至澄清（浑浊麦汁回至槽内，直至澄清（1015 min）正常过滤（正常过滤（4590 min）待麦糟露出，开动耕糟机，疏松麦糟层。待麦糟露出，开动耕糟机，疏松麦糟层。喷水洗糟。喷水洗糟。打开麦糟排出阀，排空糟。打开麦糟排出阀，排空糟。4.煮沸锅煮沸锅 蒸发多余水分蒸发多余水分作用作用：煮啤酒花煮啤酒花 凝固蛋白质凝固蛋白质 灭菌灭菌结构结构：与糊化锅相同，但需容：与糊化锅相同，但需容纳包括滤清汁在内的全部麦汁，体纳包括滤清汁在内的全部麦汁，体积较大。积较大。具外加热器的麦汁煮沸锅具外加热器的麦汁煮沸锅 内有列管加热的麦汁煮沸锅内有列管加热的麦汁煮沸锅n快速过滤槽快速过滤槽n是一种在低真空下操作的新型糖是一种在低真空下操作的新型糖化过滤设备。化过滤设备。n结构：结构：圆柱形或长方形，底部为圆柱形或长方形，底部为锥形。下部装有锥形。下部装有57层呈网状而层呈网状而互相沟通的过滤管，上有条形滤互相沟通的过滤管，上有条形滤孔，孔，每层过滤管为一独立的过滤每层过滤管为一独立的过滤单元。单元。n工作原理：工作原理：把糖化醪用泵输送到把糖化醪用泵输送到已用热水预热过的过滤槽中，醪已用热水预热过的过滤槽中，醪液通过两个分配器均匀分布到槽液通过两个分配器均匀分布到槽内，在滤管上形成滤层。当醪液内，在滤管上形成滤层。当醪液没过滤管后，开始用泵抽滤。没过滤管后，开始用泵抽滤。n开始流出的麦汁比较混浊，用泵开始流出的麦汁比较混浊，用泵返回过滤槽，待麦汁清亮透明后返回过滤槽，待麦汁清亮透明后送入麦汁煮沸锅。送入麦汁煮沸锅。n常用糊化锅、糖化锅、煮沸锅技术参数常用糊化锅、糖化锅、煮沸锅技术参数四、谷氨酸生产中淀粉的水解四、谷氨酸生产中淀粉的水解1.蒸汽喷射液化工艺蒸汽喷射液化工艺n调浆调浆(配料配料)泵泵 喷射泵喷射泵 一次喷射液化一次喷射液化 液化保温液化保温 二次喷射液化二次喷射液化 高温维持高温维持 灭酶灭酶 闪蒸器冷却闪蒸器冷却 二次液化罐二次液化罐 薄板换热器薄板换热器 糖化罐糖化罐 板框过滤板框过滤 贮糖计量贮糖计量 发酵发酵 工艺控制要点：工艺控制要点：n淀粉乳浓度淀粉乳浓度30%左右左右npH6.06.5n一次喷射温度一次喷射温度9597C，n层流罐保温层流罐保温30min，n二次喷射温度二次喷射温度145C以上，以上，n真空闪急冷却真空闪急冷却9597C，n维持罐维持罐3-5min,n二次液化罐加淀粉酶二次液化罐加淀粉酶30min,n薄板换热器薄板换热器60 C,糖化糖化pH4.2-4.5（硫酸、盐酸）（硫酸、盐酸）温度温度60左右左右糖化酶用量糖化酶用量150U/g淀粉淀粉糖化时间糖化时间32小时，用无水酒精检小时，用无水酒精检验无糊精存在时，验无糊精存在时，糖化结束，然后将糖化结束，然后将pH调整至调整至4.8-5.0，维持，维持20分钟灭酶分钟灭酶 维持罐2.制糖工序设备制糖工序设备n调浆罐调浆罐n蒸汽喷射器蒸汽喷射器n层流罐层流罐n闪蒸器闪蒸器n维持罐维持罐n薄板冷却器薄板冷却器n糖化罐糖化罐n板框压滤机板框压滤机第二节第二节 培养基灭菌培养基灭菌一一 培养基灭菌的目的、要求和方法培养基灭菌的目的、要求和方法二二 湿热灭菌的理论基础湿热灭菌的理论基础 三三 影响灭菌的因素影响灭菌的因素 四四 培养基灭菌的流程及设备培养基灭菌的流程及设备一、一、培养基灭菌的目的、要求和方法培养基灭菌的目的、要求和方法 1.培养基灭菌的定义培养基灭菌的定义n是指从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及是指从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及其孢子，或从中将其除去。工业规模的液体培养其孢子，或从中将其除去。工业规模的液体培养基灭菌，杀灭杂菌比除去杂菌更为常用。基灭菌，杀灭杂菌比除去杂菌更为常用。2.灭菌与消毒的区别灭菌与消毒的区别n灭菌灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中用物理或化学方法杀死或除去环境中所有所有微生物微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子n消毒消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿内外的内外的病源微生物病源微生物3、培养基灭菌的目的、培养基灭菌的目的 n发酵工业需纯种培养，若在培养过程中污染杂菌，则发酵工业需纯种培养，若在培养过程中污染杂菌，则会导致：会导致：n 基质或产物因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的基质或产物因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降；下降；n 产物的提取或分离困难，造成收率降低或使产品的产物的提取或分离困难，造成收率降低或使产品的质量下降；质量下降；n改变反应介质的改变反应介质的pH，使生物反应发生变化；，使生物反应发生变化；n分解产物，使生产过程失败；分解产物，使生产过程失败；n发生噬菌体污染，使生产过程失败。发生噬菌体污染，使生产过程失败。n为了保证培养过程的正常进行，防止染菌的发生，对为了保证培养过程的正常进行，防止染菌的发生，对大部分微生物的培养，包括实验室操作和工业生产，大部分微生物的培养，包括实验室操作和工业生产，均需严格的灭菌。均需严格的灭菌。培养基灭菌的目的培养基灭菌的目的n杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的条件条件4.工业上具体措施工业上具体措施 1）使用的培养基和设备须经灭菌；使用的培养基和设备须经灭菌；2）好氧培养中使用的空气应经除菌处理；）好氧培养中使用的空气应经除菌处理；3）设备应严密，发酵罐维持正压环境；）设备应严密，发酵罐维持正压环境；4）培养过程中加入的物料应经过灭菌；）培养过程中加入的物料应经过灭菌；5）使用无污染的纯种子。）使用无污染的纯种子。5.培养基灭菌的要求培养基灭菌的要求n达到要求的无菌程度（达到要求的无菌程度（10-3）n尽量减少营养成分的破坏，在灭菌过程中，培养基组分的破坏，是由两个尽量减少营养成分的破坏，在灭菌过程中，培养基组分的破坏，是由两个基本类型的反应引起的：基本类型的反应引起的：n培养基中不同营养成分间的相互作用；培养基中不同营养成分间的相互作用；n对热不稳定的组分如对热不稳定的组分如氨基酸氨基酸和和维生素维生素等的分解。等的分解。6.灭菌的方法灭菌的方法n化学法化学法n化学药品灭菌法化学药品灭菌法n物理法物理法n干热灭菌法干热灭菌法n湿热灭菌法湿热灭菌法n射线灭菌法射线灭菌法1601h二、二、培养基的间歇灭菌和连续灭菌培养基的间歇灭菌和连续灭菌n培养基及发酵设备的灭菌包括：培养基及发酵设备的灭菌包括：分批灭菌分批灭菌-实消实消 连续灭菌连续灭菌-连消连消 空罐灭菌空罐灭菌-空消空消 过滤器及管道灭菌过滤器及管道灭菌（一）（一）间歇灭菌间歇灭菌 将配制好的培养基放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将配制好的培养基放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养将培养 基和所用的设备一起进行加热灭菌的过程。也称实罐灭基和所用的设备一起进行加热灭菌的过程。也称实罐灭菌、实消。规模较小的发酵罐往往采用分批灭菌的方法。菌、实消。规模较小的发酵罐往往采用分批灭菌的方法。优点：优点：不需要其他设备，投资少；不需要其他设备，投资少；对蒸汽要求低，灭菌效果可靠，故普遍采用。对蒸汽要求低，灭菌效果可靠，故普遍采用。缺点：缺点：加热和冷却时间较长（增加了发酵前的准备时加热和冷却时间较长（增加了发酵前的准备时 间，延长了发酵周间，延长了发酵周 期），降低了发酵罐的利用期），降低了发酵罐的利用 率。因此，大型发酵罐用此法不经济。率。因此，大型发酵罐用此法不经济。但对于极易发泡或黏度很大的培养基难以连续灭但对于极易发泡或黏度很大的培养基难以连续灭菌，即使大型发酵罐也不得不采用分批灭菌。菌，即使大型发酵罐也不得不采用分批灭菌。由于灭菌时间较长，使培养基营养成分破坏由于灭菌时间较长，使培养基营养成分破坏 。1.实罐灭菌管道配置实罐灭菌管道配置(如图）：如图）：进口为：取样管、排料管、进口为：取样管、排料管、进汽管。进汽管。排汽为：消泡剂管、接种管、排汽为：消泡剂管、接种管、进料口、上部出汽口进料口、上部出汽口原则：所有通口，不进则出原则：所有通口，不进则出。2.分批灭菌前的操作：分批灭菌前的操作：首先要查渗漏，安装后首先要查渗漏，安装后24h气密性检气密性检查，每次检修后再次进行。确实无渗漏时查，每次检修后再次进行。确实无渗漏时才可开始灭菌。才可开始灭菌。查温度与压力（表）是否对应，每次查温度与压力（表）是否对应，每次灭菌前灭菌前30min的罐压检查。的罐压检查。罐内部结构合理，焊缝及轴封装置可罐内部结构合理，焊缝及轴封装置可靠，蛇管无穿孔。靠，蛇管无穿孔。3.实消操作方法：实消操作方法：预热预热 加热加热 保温保温 保压保压 降温降温（1）灭菌之前，通常将与罐相连的空气过滤器用蒸）灭菌之前，通常将与罐相连的空气过滤器用蒸 汽灭菌，并用空汽灭菌，并用空 气吹干。气吹干。（2）先将输料管路的污水放掉冲净。）先将输料管路的污水放掉冲净。（3）然后将配好的培养基泵送到发酵罐（及种子罐）然后将配好的培养基泵送到发酵罐（及种子罐 或料罐），将各排气阀打开。或料罐），将各排气阀打开。（4）灭菌前将蒸汽引入夹套或蛇管进行）灭菌前将蒸汽引入夹套或蛇管进行预热预热，待罐温升至待罐温升至8090时，时，将排气阀逐渐关小。将排气阀逐渐关小。（5）将蒸汽从进气口、排料口、取样口直接通入罐中，）将蒸汽从进气口、排料口、取样口直接通入罐中，使使罐温上升罐温上升 到到118120，开动搅拌开始，开动搅拌开始 灭菌，维持罐压灭菌，维持罐压0.1Mpa0.1Mpa（表压表压），并保持），并保持3030min左右。左右。（6）各路进气要畅通，防止短路逆流；各路排气也）各路进气要畅通，防止短路逆流；各路排气也 要畅通，要畅通，但排气但排气 量不宜过大量不宜过大，以节约用气量。，以节约用气量。（7）保温保温:凡进口在培养液以下的各管道都应进气；凡开口在凡进口在培养液以下的各管道都应进气；凡开口在 培养液以上者均应排汽培养液以上者均应排汽。不断地排除管路及罐内的蒸汽冷凝水。不断地排除管路及罐内的蒸汽冷凝水。（8）保压保压:灭菌结束后，灭菌结束后，先关闭先关闭所有的排汽阀，所有的排汽阀，后关后关蒸汽进口阀，蒸汽进口阀，待罐待罐内压力低于无菌空气压力后，内压力低于无菌空气压力后，向罐内通入无菌空气向罐内通入无菌空气，以防止物料倒，以防止物料倒流至过滤器，后果严重。流至过滤器，后果严重。（9 9）降温降温:在夹套或蛇管中通入冷却水降温，直至降到发酵温度。在夹套或蛇管中通入冷却水降温，直至降到发酵温度。（二）连续灭菌（二）连续灭菌连消塔灭菌流连消塔灭菌流程和设备程和设备n连续灭菌优点连续灭菌优点（相对分批灭菌）（相对分批灭菌）：（1）提高产量，设备利用率高；）提高产量，设备利用率高；（2）受热时间短，营养成分破坏少；）受热时间短，营养成分破坏少；（3）质量较易控制，蒸汽负荷均衡，）质量较易控制，蒸汽负荷均衡，操作方便；操作方便；（4）降低劳动强度，适用于自动控制。）降低劳动强度，适用于自动控制。n1.连消塔灭菌流程连消塔灭菌流程料液罐料液罐（预热（预热2730）连消塔连消塔 20S 11020S 110130130维持罐维持罐 8 8minmin喷淋冷却器喷淋冷却器30 流程流程2.连续灭菌设备连续灭菌设备 套管式连消塔套管式连消塔混合式连消塔混合式连消塔连消器连消器（）套管式连消塔（）套管式连消塔套管：内走蒸汽，外走培养液套管：内走蒸汽，外走培养液内管上设有蒸汽小孔，喷出速度为内管上设有蒸汽小孔，喷出速度为m/s 蒸汽从内管上口进入，培养液从外筒下口进蒸汽从内管上口进入，培养液从外筒下口进入，入，从外筒上口出去，停留从外筒上口出去，停留s，被加，被加热热 到到K(110130).).蒸汽压力蒸汽压力.a。蒸汽小孔的孔距蒸汽小孔的孔距从上到下减少从上到下减少，使蒸汽均匀。，使蒸汽均匀。这种连消塔比较高大，这种连消塔比较高大，m高，改革为连消器，高，改革为连消器，为为.m。（2）混合式连消塔）混合式连消塔（3）连消器）连消器 3.喷射加热喷射加热真空冷却流程真空冷却流程（急速冷却器）（急速冷却器）培养基（生培养液）用泵培养基（生培养液）用泵打入喷射加热器，以较高速度打入喷射加热器，以较高速度自喷嘴喷出，借高速流体的抽自喷嘴喷出，借高速流体的抽吸作用与蒸汽混合后进入管道吸作用与蒸汽混合后进入管道维持器，经一定维持时间后通维持器，经一定维持时间后通过一膨胀阀进入真空闪急蒸发过一膨胀阀进入真空闪急蒸发室，因真空作用使水分急骤蒸室，因真空作用使水分急骤蒸发而冷却到发而冷却到7080左右，再左右，再进入发酵罐冷却到接种温度。进入发酵罐冷却到接种温度。流程特点：流程特点：优点：优点：加热（可达加热（可达140）与冷却在）与冷却在 瞬间完成，瞬间完成，营养成分破坏最少。营养成分破坏最少。设计得合适的管道维持器能能保设计得合适的管道维持器能能保 证培养液先进先出，避免过热。证培养液先进先出，避免过热。真空冷却通过真空冷却通过膨胀阀膨胀阀急速降温；急速降温；缺点：缺点：保温时间由管道长度来保证；管道保温时间由管道长度来保证；管道 长，不易安装；因此多用维持罐代长，不易安装；因此多用维持罐代 替。替。由于真空冷却后需用泵出料，对由于真空冷却后需用泵出料，对 泵的泵的密闭性能要求很密闭性能要求很高才能避重新污染高才能避重新污染。或将蒸发室置于离发酵罐液面。或将蒸发室置于离发酵罐液面10m以上的高以上的高处，否则物料就不能流进发酵罐而进入真空系处，否则物料就不能流进发酵罐而进入真空系统。为目前很多工厂不采用的原因之一。统。为目前很多工厂不采用的原因之一。n另：该流程灭菌温度取决于喷射加热器中加入另：该流程灭菌温度取决于喷射加热器中加入蒸汽的压力和流量，要保持蒸汽的压力和流量，要保持灭菌温度恒定灭菌温度恒定就就需需要使蒸汽的压力和流量以及培养基的流量稳定要使蒸汽的压力和流量以及培养基的流量稳定，故宜设置自动控制装置，如果自动控制的滞后故宜设置自动控制装置，如果自动控制的滞后较大，也会引起操作不稳定而产生灭菌不透或较大，也会引起操作不稳定而产生灭菌不透或过热现象。过热现象。1.喷射加热器喷射加热器 特点：特点：蒸汽和料液迅速接触，充分混合；蒸汽和料液迅速接触，充分混合；加热在瞬间完成。加热在瞬间完成。构造：构造：如图如图 蒸汽、料液以蒸汽、料液以高速高速 从喷嘴喷出时，将蒸汽从喷嘴喷出时，将蒸汽 由吸入口经吸入室进入由吸入口经吸入室进入 混合喷嘴中混合。混合喷嘴中混合。混合段较长混合段较长，有利，有利 于气液混合。于气液混合。料液在扩大管中料液在扩大管中速速 度能变成压力能度能变成压力能，因此，因此 料液被压至与扩大管相连的管道中。料液被压至与扩大管相连的管道中。间歇灭菌和连续灭菌的比较间歇灭菌和连续灭菌的比较 n培养基采用连续灭菌时，加热器、维持罐（管）培养基采用连续灭菌时，加热器、维持罐（管）和冷却器以及发酵罐等都应先进行灭菌，然后和冷却器以及发酵罐等都应先进行灭菌，然后才能进行培养基的连续灭菌。才能进行培养基的连续灭菌。n同时组成培养基的同时组成培养基的耐热性物质耐热性物质和和不耐热性物质不耐热性物质可在不同的温度下分开灭菌，以减少物质的受可在不同的温度下分开灭菌，以减少物质的受热破坏程度，也可将碳源与氮源分开灭菌，以热破坏程度，也可将碳源与氮源分开灭菌，以免醛基与氨基发生反应，防止有害物质的生成。免醛基与氨基发生反应，防止有害物质的生成。生产发酵罐的无菌接种生产发酵罐的无菌接种n生产规模发酵罐的接种，包括两个方面：生产规模发酵罐的接种，包括两个方面：n从实验室摇瓶或孢子悬浮液容器中移种入一个种子罐，从实验室摇瓶或孢子悬浮液容器中移种入一个种子罐，n从一个种子罐移入另一个生产发酵罐中从一个种子罐移入另一个生产发酵罐中。从实验室摇瓶或孢子悬浮液容器接种从实验室摇瓶或孢子悬浮液容器接种从种子罐移种从种子罐移种本章小结本章小结n第一节培养基制备第一节培养基制备n一、糖蜜原料的预处理一、糖蜜原料的预处理n二、淀粉质原料水解二、淀粉质原料水解n（一）淀粉质原料水解过程（一）淀粉质原料水解过程n（二）酒精生产淀粉原料连续蒸煮流程和设备（二）酒精生产淀粉原料连续蒸煮流程和设备n（三）啤酒麦汁制备及设备（三）啤酒麦汁制备及设备n（四）谷氨酸生产淀粉水解流程和设备（四）谷氨酸生产淀粉水解流程和设备n第二节液体培养基灭菌第二节液体培养基灭菌n一、灭菌的目的、要求和方法一、灭菌的目的、要求和方法n二、湿热灭菌的理论基础二、湿热灭菌的理论基础n三、影响灭菌的因素三、影响灭菌的因素n四、培养基灭菌的流程和设备四、培养基灭菌的流程和设备四、培养基灭菌的流程和设备四、培养基灭菌的流程和设备 n（一）间歇灭菌（一）间歇灭菌n（二）连消塔灭连续菌流程及设备（二）连消塔灭连续菌流程及设备n（三）喷射加热连续灭菌流程及设备（三）喷射加热连续灭菌流程及设备n（四）薄板换热器连续灭菌流程及设备（四）薄板换热器连续灭菌流程及设备n（五）空罐灭菌（五）空罐灭菌n（六）生产发酵罐的无菌接种（六）生产发酵罐的无菌接种n（七）管道灭菌（七）管道灭菌n作业作业n1.P220第第4题题.n2.P220第第6题题n3.作图说明喷射加热器的结构及工作原作图说明喷射加热器的结构及工作原理理
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