发酵罐和灭菌方法专家讲座.pptx
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1、第三节第三节 发酵设备及消毒灭菌发酵设备及消毒灭菌n 发酵罐和灭菌方法专家讲座第1页经典发酵设备 n n种子制备设备、主发酵设备、辅助种子制备设备、主发酵设备、辅助设备设备(无菌空气和培养基制备无菌空气和培养基制备),发,发酵液预处理设备,粗产品提取设备、酵液预处理设备,粗产品提取设备、产品精制与干燥设备、流出物回收、产品精制与干燥设备、流出物回收、利用和处理设备等。利用和处理设备等。发酵罐和灭菌方法专家讲座第2页一 发酵设备概述n n发发酵酵主主要要设设备备为为发发酵酵罐罐和和种种子子罐罐,它它们们各各自自都都附附有有原原料料(培培养养基基)调调制制、蒸蒸煮煮、灭灭菌菌和和冷冷却却设设备备,
2、通通气气调调整整和和除除菌菌设设备备,以以及及搅搅拌拌器器等。等。n n种子罐:以确保发酵罐培养所必需菌体量为种子罐:以确保发酵罐培养所必需菌体量为目标。目标。n n发酵罐:负担产物生产任务。它必须能够提发酵罐:负担产物生产任务。它必须能够提供微生物生命活动和代谢所要求条件,并便供微生物生命活动和代谢所要求条件,并便于操作和控制,确保工艺条件实现,从而取于操作和控制,确保工艺条件实现,从而取得高产得高产。发酵罐和灭菌方法专家讲座第3页(一)发酵罐 发酵罐定义:是为一个特定生物化学过程发酵罐定义:是为一个特定生物化学过程操作提供良好而满意环境容器。对于一些操作提供良好而满意环境容器。对于一些工艺
3、来说,发酵罐是个密闭容器,同时附工艺来说,发酵罐是个密闭容器,同时附带精密控制系统;而对于另一些简单工艺带精密控制系统;而对于另一些简单工艺来说,发酵罐只是个开口容器,有时甚至来说,发酵罐只是个开口容器,有时甚至简单到只要有一个开口坑。简单到只要有一个开口坑。发酵罐和灭菌方法专家讲座第4页发酵罐和灭菌方法专家讲座第5页发酵罐和灭菌方法专家讲座第6页 发酵罐系统 一个优良发酵罐装置和组成一个优良发酵罐装置和组成一个优良发酵罐装置和组成一个优良发酵罐装置和组成(1 1)应含有严密结构)应含有严密结构)应含有严密结构)应含有严密结构(2 2)良好液体混合特征)良好液体混合特征)良好液体混合特征)良好
4、液体混合特征(3 3)好传质、传热速率)好传质、传热速率)好传质、传热速率)好传质、传热速率(4 4)含有配套而又可靠检测、控制仪表)含有配套而又可靠检测、控制仪表)含有配套而又可靠检测、控制仪表)含有配套而又可靠检测、控制仪表发酵罐和灭菌方法专家讲座第7页发酵罐特点(1)发发酵酵罐罐对对纯纯种种培培养养要要求求高高。所所以以,发发酵酵罐罐严严密密性性,运运行行高高度度可可靠靠性性是是发发酵酵工工业业显显著著特特点。点。(2)发酵罐愈加趋向大型化和自动化发展发酵罐愈加趋向大型化和自动化发展。自自动动化化方方面面,如如pH电电极极、溶溶解解氧氧电电极极、溶溶解解二二氧氧化化碳碳电电极极等等在在线
5、线检检测测在在国国外外巳巳相相当当成成熟熟。国国内内当当前前尚尚处处于于起起步步阶阶段段,发发酵酵检检测测参参数数还还只只限限于于温温度度、压压力力、空空气气流流量量等等一一些些最最常常规规参数参数。发酵罐和灭菌方法专家讲座第8页发酵罐基本类型(1)搅拌釜反应器)搅拌釜反应器(stirred tank reactor)(2)气泡柱式反应器)气泡柱式反应器(bubble column)(3)气升式生物反应器气升式生物反应器 (airlift reactor)内管型;外管型内管型;外管型发酵罐和灭菌方法专家讲座第9页发酵罐和灭菌方法专家讲座第10页发酵罐和灭菌方法专家讲座第11页发酵罐工艺操作条件
6、 1 1温度:温度:温度:温度:25254040。2 2压力:压力:压力:压力:0 01 kg1 kgcm3(cm3(表压表压表压表压)。3 3灭灭灭灭菌菌菌菌条条条条件件件件;温温温温度度度度100100140140,压压压压力力力力0 03 3 kgkgcm3 cm3(表压表压表压表压).).4 4pHpH:2 21111。5 5需氧量:需氧量:需氧量:需氧量:0 005050.3 kmo10.3 kmo1m3hm3h。6 6通气量:通气量:通气量:通气量:0.30.32 VVM2 VVM。7 7功率消耗:功率消耗:功率消耗:功率消耗:0.50.54kW4kWm3m3。8.8.发酵热量:发
7、酵热量:发酵热量:发酵热量:5 0005 00020 000 kcal20 000 kcalm3m3h h。发酵罐和灭菌方法专家讲座第12页发酵设备及检测控制系统 B|Braun企业企业发酵罐:Biostat系列参数检测多级控制:发酵罐和灭菌方法专家讲座第13页Biostat B2Biostat ED10发酵罐和灭菌方法专家讲座第14页Pilot Biostat UD50发酵罐和灭菌方法专家讲座第15页国内、外发酵设备企业国内、外发酵设备企业德国贝朗德国贝朗 占中国占中国80%以上市场以上市场瑞士比欧瑞士比欧美国美国NBS韩国韩国日本日本华东理工大学华东理工大学江苏理工大学江苏理工大学发酵罐和
8、灭菌方法专家讲座第16页普通认为普通认为500L以下是试验室发酵罐;以下是试验室发酵罐;500-5000L是中试发酵罐;是中试发酵罐;5000L以上是生产规模发酵罐。以上是生产规模发酵罐。发酵罐按容积分类发酵罐和灭菌方法专家讲座第17页当代发酵工程规模低值工业品大型化低值工业品大型化 以规模来取胜以规模来取胜(几十数百吨)。如味精、氨基酸、(几十数百吨)。如味精、氨基酸、有机酸、抗生素、饲料、食品工业用有机酸、抗生素、饲料、食品工业用产品等;产品等;高价值转基因产品小型化高价值转基因产品小型化(几十数百(几十数百升)。基因工程大肠杆菌、酵母菌高升)。基因工程大肠杆菌、酵母菌高密度培养;动物细胞
9、植物细胞培养;密度培养;动物细胞植物细胞培养;研究中心智能化、全能性研究中心智能化、全能性。发酵罐和灭菌方法专家讲座第18页(二)发酵辅助设备 n n发酵辅助设备主要包含:发酵辅助设备主要包含:无菌空气无菌空气系统,系统,培养基配制和灭菌系统培养基配制和灭菌系统、发发酵车间管道及阀门等酵车间管道及阀门等。发酵罐和灭菌方法专家讲座第19页1、无菌空气系统、无菌空气系统n n好气性发酵过程中需要大量无菌空气,空气要作好气性发酵过程中需要大量无菌空气,空气要作到到 绝对无菌在当前是不可能,也是不经济。绝对无菌在当前是不可能,也是不经济。n n发酵对无菌空气要求是发酵对无菌空气要求是 :无菌,无灰尘,
10、无杂质,:无菌,无灰尘,无杂质,无水,无油,正压等几项指标;无水,无油,正压等几项指标;n n发酵对无菌空气无菌程度要求是:只要在发酵过发酵对无菌空气无菌程度要求是:只要在发酵过程中不因无菌空气染菌,而造成损失即可。程中不因无菌空气染菌,而造成损失即可。n n在工程设计中普通要求在工程设计中普通要求10001000次使用周期中只允许次使用周期中只允许有一个菌经过,即经过滤后空气无菌程度为有一个菌经过,即经过滤后空气无菌程度为N=10N=10-3-3 发酵罐和灭菌方法专家讲座第20页发酵生产中制备无菌空气大致过程 发酵罐和灭菌方法专家讲座第21页高空取气管 n n高空取气管是远离地面几十米高空取
11、气管是远离地面几十米管子。普通而言,地面附近空管子。普通而言,地面附近空气中所含气中所含 微生物和灰尘等均比微生物和灰尘等均比高空空气中含多,据资料介绍,高空空气中含多,据资料介绍,每升高每升高1010米,空气中杂菌可降米,空气中杂菌可降低一个数量级,所以从高空取低一个数量级,所以从高空取气要比从低空取气有利得多。气要比从低空取气有利得多。发酵罐和灭菌方法专家讲座第22页油水分离器n n其其内内部部同同时时采采取取直直接接拦拦截截,惯惯性性碰碰撞撞,布布朗朗扩扩散散及及凝凝聚聚等等机机理理,能能有有效效地地去去除除空空气气中中水水、油油雾雾、尘尘埃埃,内内部部不不锈锈钢钢丝丝网网可可清清洗洗,
12、使用寿命长。使用寿命长。发酵罐和灭菌方法专家讲座第23页两级分离、冷却、加热空气除两级分离、冷却、加热空气除菌流程菌流程 粗过滤器粗过滤器压缩机压缩机 贮罐贮罐冷却器冷却器 丝网分离器丝网分离器 过滤器过滤器发酵罐和灭菌方法专家讲座第24页高效前置过滤除菌流程高效前置过滤除菌流程 高效前置过滤器高效前置过滤器压缩机压缩机贮罐贮罐冷却器冷却器 丝网分离器丝网分离器加热器加热器过滤器过滤器 发酵罐和灭菌方法专家讲座第25页空气净化流程n n吸气口吸入空气先经过压缩前过滤吸气口吸入空气先经过压缩前过滤n n进入空气压缩机(进入空气压缩机(120-150120-150度)度)n n冷却(冷却(20-2
13、520-25度),除去油、水,再加热至度),除去油、水,再加热至30-30-3535度。度。n n最终经过总过滤器和分过滤器除菌,取得洁净最终经过总过滤器和分过滤器除菌,取得洁净度、压力、温度和流量都符合要求无菌空气。度、压力、温度和流量都符合要求无菌空气。发酵罐和灭菌方法专家讲座第26页空气压缩机:空气压缩机:当前惯用是往复式空压机当前惯用是往复式空压机过滤器过滤器:空气过滤器类型很多,有棉花活性:空气过滤器类型很多,有棉花活性炭过滤器、管式过滤器和接送式过滤器等。炭过滤器、管式过滤器和接送式过滤器等。过滤介质过滤介质:空气除菌用过滤介质有:棉花、:空气除菌用过滤介质有:棉花、活性炭玻璃纤维
14、,超细玻璃纤维纸,石棉滤活性炭玻璃纤维,超细玻璃纤维纸,石棉滤板、烧结材料、聚乙烯醇板、烧结材料、聚乙烯醇(PVA)等多孔合成等多孔合成树脂、素烧陶瓷筒和聚碳酸酯等。树脂、素烧陶瓷筒和聚碳酸酯等。发酵罐和灭菌方法专家讲座第27页培养基培养基n n培养基(培养基(culture medium)是人工配制适合是人工配制适合于不一样微生物生长繁殖或积累代谢产物于不一样微生物生长繁殖或积累代谢产物营养基质。营养基质。n n碳源碳源n n氮源氮源n n无机盐及微量元素无机盐及微量元素n n前体、促进剂与抑制剂前体、促进剂与抑制剂发酵罐和灭菌方法专家讲座第28页培养基类型培养基类型n n孢子培养基:供菌种
15、繁殖孢子,惯用固体培养基n n种子培养基:提供大量优质菌体,其配方上应适合于菌体生长于繁殖n n发酵培养基:使微生物积累代谢产物,既要有利于生长繁殖,预防菌体过早衰老,又要有利于产物大量合成。发酵罐和灭菌方法专家讲座第29页2、培养基灭菌 n n1 1 1 1)空罐灭菌)空罐灭菌)空罐灭菌)空罐灭菌 n n空空罐罐灭灭菌菌也也称称空空消消。不不论论是是种种子子罐罐、发发酵酵罐罐、还还是是尿尿素素(或或液液氨氨)罐罐、消消泡泡罐罐,当当培培养养基基(或或物物料料)还还未未进进罐罐前前对对罐罐进进行行预预先先灭灭菌菌,为为空罐灭菌。空罐灭菌。n n为为了了杀杀死死全全部部微微生生物物尤尤其其是是耐
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