發(fā)酵工程與設(shè)備知識總結(jié)

1、1.發(fā)酵工程:即是應(yīng)用生物學(xué),化學(xué)和工程技術(shù)學(xué)原理,大規(guī)模培養(yǎng)動(dòng)植物和微生物細(xì)胞,生產(chǎn)生物量或產(chǎn)物的科學(xué)。2.工業(yè)化發(fā)酵過程:1微生物生物量2微生物酶3微生物代謝產(chǎn)物4基因重組產(chǎn)物5微生物轉(zhuǎn)化3.初級代謝產(chǎn)物:在對數(shù)期產(chǎn)生,供給細(xì)胞生長的物質(zhì)。(產(chǎn)生初級代謝的生長階段又稱營養(yǎng)期4.次級代謝產(chǎn)物:在指數(shù)期后期的減速期和穩(wěn)定期形成,對細(xì)胞代謝無明顯影響的物質(zhì);在連續(xù)培養(yǎng)時(shí),當(dāng)微生物以低生長速率即緩慢生長而不是停止生長時(shí)也產(chǎn)生次級代謝。5.微生物轉(zhuǎn)化:生物細(xì)胞或其產(chǎn)生的酶能將一種化合物轉(zhuǎn)化成化學(xué)結(jié)構(gòu)相似,但經(jīng)濟(jì)上更有價(jià)值的化合物,這個(gè)過程稱為微生物轉(zhuǎn)化。6.菌種篩選的一般過程:土樣的采取預(yù)處理培養(yǎng)菌

2、落的選擇產(chǎn)品的鑒定8.反饋調(diào)節(jié)系統(tǒng):主要包括反饋抑制和反饋?zhàn)瓒?。反饋抑制是生物化學(xué)途徑的末端產(chǎn)物抑制途徑中某個(gè)催化酶的活性(通常是第一個(gè)反應(yīng);反饋?zhàn)瓒羰巧锘瘜W(xué)途徑的末端產(chǎn)物組織反應(yīng)途徑中某個(gè)催化酶的合成(阻遏發(fā)生在基因水平9.無分支代謝途徑:僅有一個(gè)產(chǎn)物的代謝途徑。10.菌種保藏的基本原理:根據(jù)微生物的生理生化特性,人為的創(chuàng)造條件,使微生物處于代謝不活躍、生長繁殖受到抑制的休眠狀態(tài),以減少菌種的變異。11.菌種的退化:指整個(gè)菌體在多次接種傳代過程中逐漸造成菌種發(fā)酵力或繁殖力下降或發(fā)酵產(chǎn)物得率降低的現(xiàn)象12.發(fā)酵工程菌種的擴(kuò)大培養(yǎng):具體指將保存砂土管或冷凍干燥管中處于休眠狀態(tài)的生產(chǎn)菌種接入試管

3、斜面活化后,再經(jīng)過搖瓶及種子罐逐級擴(kuò)大培養(yǎng),從而獲得一定數(shù)量和質(zhì)量的純種。這些純種培養(yǎng)物稱為種子。13.菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)程序:實(shí)驗(yàn)室種子制備(斜面菌種的培養(yǎng)、搖瓶種子培養(yǎng);生產(chǎn)車間種子制備14.培養(yǎng)基:是提供微生物生長繁殖和生物合成各種代謝產(chǎn)物所需要的、按一定比例配制的多種營養(yǎng)物質(zhì)的混合物(滿足菌體的生長、促進(jìn)產(chǎn)物的形成。15.發(fā)酵工業(yè)培養(yǎng)基組成成分:碳源、氮源、無機(jī)鹽及微量元素、水、生長因子、前體、產(chǎn)物促進(jìn)劑、誘導(dǎo)物和抑制劑、螯合劑、緩沖劑、需氧量、消泡劑16.前體:指某些化合物加入到發(fā)酵培養(yǎng)基中,能直接被微生物利用在生物合成過程中結(jié)合到產(chǎn)物分子中去,而其自身的結(jié)構(gòu)并沒有多大變化,但是產(chǎn)物的產(chǎn)

4、量卻因加入前體而有較大的提高生長因子:微生物生長不可缺少的微量有機(jī)物。產(chǎn)物促進(jìn)劑:是指那些非細(xì)胞生長所必須的營養(yǎng)物,又非前體,但加入后卻能提高產(chǎn)量的添加劑。17.淀粉酸水解原理:淀粉各類糊精麥芽糖葡萄糖18.淀粉酸水解的工藝流程:原料(淀粉、水、鹽酸調(diào)漿糖化冷卻中和、脫色過濾除雜糖液19.培養(yǎng)基滅菌的定義:是指從培養(yǎng)基中殺滅有生活能力的細(xì)菌營養(yǎng)體及其孢子,或從中將其除去20.對數(shù)殘留定律:微生物的熱死亡速率與任一瞬時(shí)殘活菌數(shù)成正比(通常的滅菌度為10-322.滅菌過程中以下兩種類型的反應(yīng)會(huì)使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)質(zhì)量下降:1.培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分間相互反應(yīng),如美拉德反應(yīng)(棕色反應(yīng),主要由碳水化合物和氨基酸類或蛋

5、白質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生2.熱敏感物質(zhì)的降解,如氨基酸、蛋白質(zhì)、維生素在蒸汽滅菌時(shí)可被降解。23.發(fā)酵培養(yǎng)基的過濾除菌機(jī)理:1.慣性24.過濾介質(zhì)類型:1.過濾介質(zhì)孔徑小于顆粒直徑2. 過濾介質(zhì)孔徑大于顆粒直徑(非固定孔徑過濾主要通過慣性作用、擴(kuò)散作用和靜電吸附來阻滯顆粒;固定孔徑過濾經(jīng)攔截作用阻滯顆粒一般地,發(fā)酵生產(chǎn)要求空氣無菌度(染菌率為10-325.單根纖維過濾除菌的機(jī)理:1.慣性作用5.重力沉降作用26.空氣過濾除菌設(shè)備:1粗過濾器2空氣貯罐3空氣冷卻器4氣液分離器5空氣過濾器27.空氣處理流程:1、高空采風(fēng)、兩次冷卻、兩次分油水、適當(dāng)加熱流程(兩次冷卻、兩次分油水、適當(dāng)加熱?？諝獾谝淮卫鋮s到30

6、35,第二級冷卻至2025,經(jīng)分水后加熱到3035,因?yàn)闇囟壬?相對濕度下降 2、冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程(特點(diǎn):省去一級冷卻和分離設(shè)備及空氣再加熱設(shè)備,簡化了流程,使冷卻水用量也降低了。壓縮空氣從貯罐出來分兩路,一部分進(jìn)冷卻器,經(jīng)分離器分離水、油霧后與另一部分未處理過的高溫壓縮空氣混合,使混合后的空氣溫度為3035,相對濕度為5060%28.發(fā)酵動(dòng)力學(xué):是研究各種環(huán)境因素與微生物代謝活動(dòng)之間的相互作用隨時(shí)間變化的規(guī)律的科學(xué)。用數(shù)學(xué)模型定量地表達(dá)發(fā)酵過程中各種與生長、基質(zhì)代謝、產(chǎn)物生成有關(guān)的因素,是發(fā)酵動(dòng)力學(xué)研究的重要方法。29.分批發(fā)酵:是指在一封閉培養(yǎng)系統(tǒng)內(nèi)具有初始限制量基質(zhì)的一種

7、發(fā)酵方式。30.放分批培養(yǎng)過程中菌體生長曲線:可分為調(diào)整期、對數(shù)生長期、平衡期和衰亡期四個(gè)階段31.穩(wěn)定期和衰退期出現(xiàn)的原因:1、底物的消耗2、其他營養(yǎng)物質(zhì)不足3、氧的供應(yīng)不足4、抑制物的積累5、生物空間不足32.得率(或產(chǎn)率,轉(zhuǎn)化率,Y:包括生長得率(Yx/s和產(chǎn)物得率(Yp/s。是指被消耗的物質(zhì)和所合成產(chǎn)物之間的量的關(guān)系。33.生長得率:是指每消耗1g(或mo1基質(zhì)(一般指碳源所產(chǎn)生的菌體重量(g,即Yx/s=X/S。34.產(chǎn)物得率:是指每消耗1g(或mo1基質(zhì)所合成的產(chǎn)物的克數(shù)(或mol數(shù)。這里消耗的基質(zhì)是指被微生物實(shí)際利用掉的基質(zhì)數(shù)量,即投入的基數(shù)減去殘留的基質(zhì)量(So-S。35.轉(zhuǎn)化

8、率:往往是指投入的原料與合成產(chǎn)物數(shù)量之比36.基質(zhì)比消耗速率qs,g(或mo1/g菌體·h:系指每克菌體在一小時(shí)內(nèi)消耗營養(yǎng)物質(zhì)的量。它表示細(xì)胞對營養(yǎng)物質(zhì)利用的速率或效率。在比較不同微生物的發(fā)酵效率上這個(gè)參數(shù)很有用。37.產(chǎn)物比生產(chǎn)速率qp,g(或mo1/g菌體·h:系指每克菌體在一小時(shí)內(nèi)合成產(chǎn)物的量,它表示細(xì)胞合成產(chǎn)物的速率或能力,可以作為判斷微生物合成代謝產(chǎn)物的效率。38.提高微生物生長得率的措施:1.要篩選優(yōu)良的菌種,其本身就應(yīng)具備高的生長得率。2.要選擇合適的培養(yǎng)基配方,提供略微過量的其它營養(yǎng)物質(zhì),使碳源成為最終的限制性物質(zhì)。3.須選擇和控制合適的培養(yǎng)條件,使得微生物

9、的代謝按所需方向進(jìn)行。39.氣升式發(fā)酵罐:特點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單、不易染菌、溶氧效率高和耗能低等類型:氣升環(huán)流式、鼓泡式、空氣噴射式40.自吸式發(fā)酵罐:是一種不需要空氣壓縮機(jī),而在攪拌過程中自吸入空氣的發(fā)酵罐。結(jié)構(gòu)大致上與通用式發(fā)酵罐相同,主要區(qū)別在于攪拌器的形狀和結(jié)構(gòu)不同41. 4.在發(fā)酵的操作過程中要盡量防止雜菌污染42.發(fā)酵周期:實(shí)驗(yàn)周期是指接種開始至培養(yǎng)結(jié)束放罐這段時(shí)間。但在工業(yè)生產(chǎn)上即從第一罐接種經(jīng)發(fā)酵到結(jié)束至第二次接種為止這段時(shí)間為一個(gè)發(fā)酵周期43.連續(xù)發(fā)酵: 把新鮮的培養(yǎng)基連續(xù)地供給均勻混合的發(fā)酵系統(tǒng),同時(shí)又以相同的速度把含有細(xì)胞和產(chǎn)物的發(fā)酵液從發(fā)酵系統(tǒng)中抽出便可使發(fā)酵過程連續(xù)化,并且使

10、發(fā)酵罐內(nèi)的液量維持恒定不變,使培養(yǎng)物在近似恒定狀態(tài)下生長的培養(yǎng)方法44.固態(tài)發(fā)酵:微生物在具有一定溫度和濕度的固體培養(yǎng)基的表面進(jìn)行生長、繁殖、代謝的發(fā)酵過程稱作為固態(tài)發(fā)酵45.氧的傳遞速率:通入發(fā)酵液中的氣泡愈小,氣泡與液體的接觸面積就愈大,液體中氧的溶解速率也就愈快。46.增加溶氧速率的方法:a采用攪拌槳分散和打碎氣泡b利用循環(huán)管中的泵或螺旋槳增加液體的循環(huán)量,并使噴入或吸入的氣體細(xì)化,增加氣液兩相的接觸面積47.發(fā)酵罐的結(jié)構(gòu):主要包括罐體、攪拌器、軸封、消泡器、聯(lián)軸器、中間軸承、空氣吹泡罐、擋板、冷卻裝置、入孔、視鏡以及管路48.罐體:1.防腐蝕,不銹鋼2.清洗、滅菌要求3.安裝、檢修、觀

11、察要求4.各種用途的接管49.機(jī)械消泡裝置類型:1.耙式消泡器2.渦輪式消泡器3.離心式消泡器4.碟片式消泡器50.空氣分布裝置:吹入無菌空氣,并使空氣均勻分布。有單管和環(huán)形管51.動(dòng)物細(xì)胞培養(yǎng)反應(yīng)器:速度或呼吸強(qiáng)度(QO2:單位時(shí)間內(nèi)單位重量的細(xì)胞所消耗的氧氣,mmol O2·g菌-1·h-1;2.攝氧率(r:單位時(shí)間內(nèi)單位體積的發(fā)酵液所需要的氧量。mmol O2·L-1·h-1。CCr:臨界溶氧濃度, 指不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度(一般對于微生物:CCr: =115%飽和濃度。定義:氧飽和度=發(fā)酵液中氧的濃度/臨界溶氧溶度。所以對于微生物生長,只

12、要控制發(fā)酵過程中氧飽和度>1.中1遺傳因素2菌齡3營養(yǎng)的成分與濃度4有害物質(zhì)的積累5培養(yǎng)條件54.氧從空氣傳到細(xì)胞以下3個(gè)步驟:1.氧從細(xì)胞傳遞到溶液2.溶氧從發(fā)酵液傳遞到微生物細(xì)胞3.細(xì)胞吸收溶氧55.補(bǔ)料分批發(fā)酵:補(bǔ)料分批發(fā)酵也叫半連續(xù)發(fā)酵、半連續(xù)培養(yǎng),流加發(fā)酵,它是以分批培養(yǎng)為基礎(chǔ),間歇或連續(xù)地補(bǔ)加新鮮培養(yǎng)基的一種發(fā)酵方法。56.補(bǔ)料分批培養(yǎng)特點(diǎn):與分批發(fā)酵相比,發(fā)酵系統(tǒng)可維持很低的基質(zhì)濃度。低基質(zhì)濃度的優(yōu)點(diǎn):應(yīng),并維持適當(dāng)?shù)木w濃度,使不致于加劇供氧矛盾2.避免在培養(yǎng)基中積累有毒代謝物,即代謝阻遏3.不需要嚴(yán)格的無菌條件,也不會(huì)產(chǎn)生菌種老化和變異等問題適用范圍:補(bǔ)料分批發(fā)酵廣泛應(yīng)

13、用于抗生素、氨基酸、酶蛋白、核苷酸、有機(jī)酸及高聚物等的生產(chǎn)58.供養(yǎng)和耗氧的平衡:1控制生物量濃度2控制比耗氧速率3既控制生物量濃度也控制比耗氧速率59.PH對發(fā)酵的影響及控制:1.PH對發(fā)酵的影響:1影響酶活性2影響微生物細(xì)胞膜的帶電狀況3影響培養(yǎng)基中某些營養(yǎng)物質(zhì)的可給性4可改變培養(yǎng)基氧化條件5影響產(chǎn)物穩(wěn)定性6影響某些微生物的形態(tài)2.發(fā)酵過程中PH的調(diào)節(jié):1調(diào)節(jié)培養(yǎng)基配方2補(bǔ)料控制60.二氧化碳對發(fā)酵的影響:影響菌體生長、代謝產(chǎn)物積累,抑制某些發(fā)酵作用,影響細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)62.預(yù)處理即物料的除雜、篩選和粉碎,熱處理即物料的糊化、糖化和滅菌64.固體物料的粉碎種類:擠壓、沖擊、研磨、剪切、劈裂粉碎

14、粉碎機(jī)械:錘式粉碎機(jī)、輥式粉碎機(jī)、盤磨機(jī)固體物料的加水粉碎(濕法粉碎:采用一級或二級粉碎,主要部分:輸料裝置、加料器、粉碎機(jī)和加熱器等65.下游過程:即是將發(fā)酵液經(jīng)過一系列單元操作,把目標(biāo)產(chǎn)物提取分離出來,精制成為合格的產(chǎn)品的過程。下游過程一般包括4個(gè)階段:發(fā)酵液的預(yù)處理和固液分離初步純化高度純化(精餾成品的最后加工66.發(fā)酵產(chǎn)物的提取分離純化各階段的每個(gè)步驟都有若干單元操作可以選用,其中包括常見的單元操作,如離心過怒萃取濃縮各種色譜技術(shù)等67.發(fā)酵產(chǎn)物的提取精制方法的優(yōu)化與工藝設(shè)計(jì)的目標(biāo)是產(chǎn)率高品質(zhì)優(yōu)成本低操作簡便無環(huán)境污染。68.過濾速度的強(qiáng)化:降低濾餅比阻力降低綠葉黏度懸浮液中懸浮固體的

15、濃度熱處理提高過濾壓力差69.分離因數(shù):在離心分離中同一顆粒的離心力Fc與所受重力Fg的比值表示離心分離強(qiáng)度的大小,該比值稱為離心分離因數(shù)。用Kc表示70.膜分離技術(shù):利用人工制造的多孔薄膜介質(zhì),在推動(dòng)力的作用下,實(shí)現(xiàn)對不同大小分子進(jìn)行過濾分離71.膜的定義:是指能將流體分隔成兩部分,厚度小于0.5,對流體中的物質(zhì)可按大小不同進(jìn)行分離的薄層物質(zhì)74.膜組件:由膜、固體膜的支撐體、間隔物以及收納這些部件的容器構(gòu)成的一個(gè)單元,也稱膜裝置。分為平板式膜組件、卷式膜組件、管式膜組件、中空纖維膜組件75.錯(cuò)流過濾:原料液以切線方向流過膜表面,溶劑和小于膜孔的顆粒,在壓力作用下透過膜,大于膜孔的顆粒則被膜

16、截留而停留在膜表面形成一層污染層76.微濾:又稱微孔過濾,是以靜壓差為推動(dòng)力,利用膜的篩分作用進(jìn)行物質(zhì)分離的膜分離過程基本原理:1.表面截留作用(機(jī)械截留、物理或吸附截留、架橋截留2.膜內(nèi)部截留作用77.微濾的應(yīng)用:1.實(shí)驗(yàn)室中的應(yīng)用:微粒子檢測、微生物檢測2.工業(yè)上的應(yīng)用:制藥工業(yè)、生物領(lǐng)域78.超濾:在靜壓差為推動(dòng)力的作用下,原料液中大于膜孔的大粒子溶質(zhì)被膜截留,小于膜孔的小溶質(zhì)粒子通過濾膜,從而實(shí)現(xiàn)不同大小物質(zhì)的分離。機(jī)理是機(jī)械篩分80.超濾的應(yīng)用:1.在水處理中的應(yīng)用1飲用水處理2地表水處理3海水淡化4廢水處理2.在食品及發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用1在乳品工業(yè)中的應(yīng)用2大豆蛋白的制備3.在生物工

17、程與醫(yī)藥工業(yè)中的應(yīng)用1醫(yī)藥水的制備2生化藥品的精選與提純81.反滲透:是以膜兩側(cè)靜壓差為推動(dòng)力,克服溶劑的滲透壓,通過反滲透膜的選擇透過性使溶劑透過而離子物質(zhì)被截留,從而實(shí)現(xiàn)對液體混合物進(jìn)行分離的膜過程82.鹽析:向蛋白質(zhì)溶液中加入高濃度的中性鹽,以破壞蛋白質(zhì)的膠體性質(zhì),使蛋白質(zhì)的溶解度降低而從溶液中析出的現(xiàn)象。83.影響鹽析的因素:1、中性鹽的種類2、蛋白質(zhì)的種類3、溫度和PH84.鹽析法的應(yīng)用:一、鹽析劑的選擇:1、鹽析作用強(qiáng),具有較高的離子強(qiáng)度2、溶解度大,且溶解度的變化小3、對蛋白質(zhì)的生物活性的影響小4、經(jīng)濟(jì)、實(shí)惠。常用的吸附劑:1、活性炭2、氧化鋁3、硅膠4、大孔吸附樹脂:影響:比表

18、面積、孔容、平均孔徑、孔徑分布85.溶劑萃取法利用物質(zhì)在互不相溶的兩項(xiàng)中溶解度的不同而將其分離的方法。特點(diǎn):比化學(xué)沉淀法分離程度高,比離子交換法選擇性好,比蒸餾法耗能低,生產(chǎn)能力大,周期短,容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。86.萃取劑:在溶劑萃取中,被萃取的溶液稱為料液,其中欲萃取的物質(zhì)稱為溶質(zhì),用于進(jìn)行萃取的溶劑的溶劑稱為萃取劑。87.工業(yè)萃取包括3個(gè)步驟:混合、分離和溶劑回收。1、單級萃取:只包括一個(gè)混合器和一個(gè)分離器。2、多級錯(cuò)流萃取:料液經(jīng)萃取后的萃余液再用新鮮的萃取劑進(jìn)行萃取的方法。3、多級逆流萃取88.離子交換分離技術(shù)的基本原理:是基于不溶性高分子化合物作為層析物質(zhì)的一種分離方法。89.離子交換樹

19、脂的操作:1、離子交換樹脂的選擇2、操作條件的選擇:PH、濃度、洗脫條件3、離子交換樹脂的預(yù)處理、轉(zhuǎn)型、再生和保存90.概念:蒸餾是分離液體混合物的典型單元操作,通過將液體混合物部分氣化,利用其中各組分揮發(fā)度不同的特性,實(shí)現(xiàn)分離目的。91.酒精粗鎦塔作用:是將發(fā)酵成熟謬中的酒精和所有的揮發(fā)性雜質(zhì)蒸出,在正常操作的情況下,要求酒槽中的酒精含量在0.04%以下。92.塔板的類型及結(jié)構(gòu):一、泡罩塔板:1、優(yōu)點(diǎn):操作十分穩(wěn)定,對設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性要求低,其負(fù)荷有較大變動(dòng)時(shí)對操作十分穩(wěn)定。2、缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜,成本高,生產(chǎn)能力低,降壓大。二、SD型泡罩塔板:優(yōu)點(diǎn):a、上升蒸氣流通路的面積比普通泡罩大24倍,這樣

20、允許較高的氣速和液速b、氣流與液流并行,液面落差小,所以在大液流下塔板仍能平穩(wěn)操作c、結(jié)構(gòu)比一般泡罩板簡單,制造、安裝方便,造價(jià)低。93.發(fā)酵熱:所謂發(fā)酵熱就是發(fā)酵過程中釋放出來的凈熱量。什么叫凈熱量呢?在發(fā)酵過程中產(chǎn)生菌分解基質(zhì)產(chǎn)生熱量,機(jī)械攪拌產(chǎn)生熱量,而罐壁散熱、水分蒸發(fā)、空氣排氣帶走熱量。這各種產(chǎn)生的熱量和各種散失的熱量的代數(shù)和就叫做凈熱量。發(fā)酵熱引起發(fā)酵液的溫度上升。發(fā)酵熱大,溫度上升快,發(fā)酵熱小,溫度上升慢。94.臨界溶氧濃度指不影響呼吸所允許的最低溶氧濃度95.粗鎦塔的主要技術(shù)參數(shù)及其控制:生產(chǎn)能力為每平方米塔的橫截面積日產(chǎn)酒精2500035000L,塔板層數(shù)2226層,塔板間距

21、400500mm。96.精餾塔作用:1、把粗鎦塔的酒精蒸氣提取到產(chǎn)品要求的濃度2、分離雜質(zhì)使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到要求的標(biāo)準(zhǔn)。一、精餾塔主要技術(shù)參數(shù)及其控制:生產(chǎn)能力為每平方米塔的橫截面積日產(chǎn)酒精3000040000L,塔板層數(shù)6070,踏板間距300350mm97.排醛塔和脫甲醇塔:一:排醛塔作用于排除頭級雜質(zhì),二、生產(chǎn)能力為每平方米塔的橫截面積日產(chǎn)酒精80000120000L,塔板層數(shù)3040層,塔板間距280320mm。98.脫甲醇塔:1、作用:進(jìn)一步脫除精餾塔來的95%96%酒精中的甲醇,還能在除去部分頭級雜質(zhì),進(jìn)一步提高酒精的純度。2、生產(chǎn)能力:每平方米塔的橫截面積日產(chǎn)酒精1000001500

22、00L,塔板層數(shù)5055層,塔板間距250300mm.99.塔板的操作范圍:1、物沫夾帶2、泄露3、降液管超負(fù)荷4、液體負(fù)荷5、淹塔100.概念:結(jié)晶:將過飽和溶液緩慢冷卻或蒸發(fā),使溶質(zhì)析出的過程。蒸發(fā):是將稀溶液加熱沸騰,是溶劑汽化從而使溶液濃縮的過程。結(jié)晶設(shè)備概念:晶體是具有一定的幾何形狀,一定顏色的固體,物質(zhì)自溶液智能光成晶體狀態(tài)析出,或從熔融狀態(tài)受冷時(shí)成晶體狀態(tài)凝結(jié)的過程為結(jié)晶。101.起晶方法:1、自然起晶2、刺激起晶法3、晶種起晶法102.結(jié)晶是被的類型和特點(diǎn)一、根據(jù)改變?nèi)芤簼舛鹊姆椒蓪⒔Y(jié)晶設(shè)備可分為:濃縮結(jié)晶設(shè)備、冷卻結(jié)晶設(shè)備和其他結(jié)晶設(shè)備。二、設(shè)計(jì)結(jié)晶設(shè)備應(yīng)注意的因素:應(yīng)考慮

23、溶液的性質(zhì)、黏度、雜質(zhì)的影響,結(jié)晶溫度,結(jié)晶體的大小和形狀、結(jié)晶長大速度特性等條件。103.攪拌結(jié)晶箱的結(jié)構(gòu):1、立式攪拌結(jié)晶箱2、等電點(diǎn)結(jié)晶罐3、臥式攪拌結(jié)晶箱4、真空煮晶鍋104.干燥:是利用熱能除去固體物料中濕分的單元操作。干燥的方法:1、空氣干燥2、加熱面積。傳熱干燥3、紅外線干燥4、冷凍升華干燥5、微波干燥105.干燥器的選型:1、氣流干燥分:直管式、脈沖管式、旋風(fēng)式。2、沸騰干燥:單層多室臥式和沸騰造粒干燥3、噴霧干燥分:氣流式、壓力式和離心式。106.麥芽干燥設(shè)備:目的:1、停止綠麥芽的生長和分配的分解作用2、除去多量的水分,防止麥芽腐敗變質(zhì),便于儲(chǔ)藏3、使麥根干燥,便于脫落除去

24、4、除去綠麥芽的生腥味,增加麥芽的色、香、味。107.氣流干燥設(shè)備:一:原理:是利用高速氣流將潮濕的粉、粒、塊狀物料分散而又懸浮于氣流中,一邊與熱氣流并流運(yùn)輸,一邊進(jìn)行干燥,最終達(dá)到干燥的目的。二、特點(diǎn):a、干燥強(qiáng)度大b、干燥時(shí)間短c、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)d、設(shè)備簡單e、對某些物料不適用108.攪拌熱:在機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐中,由于機(jī)械攪拌帶動(dòng)發(fā)酵液作機(jī)械運(yùn)動(dòng),造成液體之間,液體與攪拌器等設(shè)備之間的摩擦,產(chǎn)生可觀的熱量。攪拌熱與攪拌軸功率有關(guān)109.大規(guī)模生產(chǎn)菌種的要求:1發(fā)酵周期短2能在廉價(jià)原料制作的發(fā)酵培養(yǎng)基上迅速生長并產(chǎn)生大量合成目的產(chǎn)物3菌種生長條件易控制4產(chǎn)物易于提取5菌種不易被污染6菌種無毒害7

25、菌種遺傳特性穩(wěn)定,不易退化110.樣品預(yù)處理的方法:1物理方法:熱處理,膜過濾,離心法2化學(xué)方法:添加某些化學(xué)成分3誘餌法:誘餌富集菌種111.設(shè)計(jì)過量生產(chǎn)產(chǎn)物的培養(yǎng)基的基本原則:1.配制一系列培養(yǎng)基,使其中某類型營養(yǎng)物質(zhì)(如C,N,P,O為限制性基質(zhì)2.對生長所需的每類營養(yǎng)物質(zhì)用其不同形式的物質(zhì)來提供3.用一種聚合的或絡(luò)合形式的營養(yǎng)物質(zhì)作為生長限制性基質(zhì)4.避免使用容易吸收的碳源(葡萄糖或氮源(NH4+,這些能導(dǎo)致分解阻遏5.提供輔助因子(CO3+,Mg2+,Mn2+,Fe2+等6.使用能減緩PH變化的物質(zhì)112.菌種的選育,改造方法:1誘變育種(利用物理或化學(xué)誘變劑處理均勻分散的微生物細(xì)胞

26、群,使其突變頻率大幅提高,然后采用簡便、快速和高效的篩選方法,從中挑選少數(shù)符合育種目的的突變菌株,以供生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究用。此法有簡單、快速、收效顯著等特點(diǎn),能提高產(chǎn)量、改善產(chǎn)品質(zhì)量、增加品種、簡化工藝2雜交育種(兩個(gè)基因型不同的菌株通過接合,使遺傳物質(zhì)重新組合,從中分離和篩選具有新性狀的菌株3原生質(zhì)體融合(首先用酶分別酶解兩個(gè)出發(fā)菌株的細(xì)胞壁,在高滲環(huán)境中釋放出原生質(zhì),將他們混合,在助溶劑或電場作用下,使他們相互融合,促使兩套基因間接觸、交換、遺傳重組,在適宜條件下細(xì)胞壁再生,在再生的細(xì)胞中獲得重組體。此法打破了種屬間的界、提高重組頻率、擴(kuò)大重組幅度 4基因工程育種(是指按照人們的愿望將某一

27、生物的遺傳信息在細(xì)胞外與載體連接,構(gòu)建一個(gè)新的重組DNA 分子,然后將其轉(zhuǎn)入另一些生物體細(xì)胞中,使其在受體細(xì)胞中復(fù)制、轉(zhuǎn)錄、翻譯,從而使生物體的遺傳性狀發(fā)生定向編譯,以最大限度滿足人類活動(dòng)的需要。此法可大量發(fā)酵生產(chǎn)特定的基因產(chǎn)物和藥物,還可改進(jìn)傳統(tǒng)的發(fā)酵工藝,提高菌種的發(fā)酵性能113.分支代謝途徑:1.順序反饋抑制: 當(dāng)代謝途徑有兩個(gè)末端產(chǎn)物時(shí),他們都不直接抑制途徑中第一個(gè)酶的活性,而是分別抑制各自分支的反應(yīng),造成中間產(chǎn)物的累積,然后中間產(chǎn)物再反饋抑制主反應(yīng)(只有當(dāng)兩個(gè)末端產(chǎn)物都過量存在時(shí),才會(huì)對途徑中的第一個(gè)酶有一只作用。115.菌種保藏的方法:1.斜面保藏法是將微生物在適宜的斜面培養(yǎng)基和溫

28、度條件下培養(yǎng)并長勢良好后,放入45冰箱中國保藏,一般保存期為3到6個(gè)月,到后期需重新傳種再行保藏2.定期移植低溫保藏法是把培養(yǎng)好的斜面菌種放在低溫干燥處保存,間隔一定時(shí)間需重新進(jìn)行移植培養(yǎng),依菌種特性而定(少數(shù)用冷凍保存易死亡的菌種可采用本法3.穿刺保藏法是低溫保藏法的一種改進(jìn),用于各好氣型細(xì)菌的保藏。方法是將含116.菌種的退化原因:一是保藏不妥;二是菌種生長的要求未得到滿足118.種子需具備的條件:菌種細(xì)胞的生長活力強(qiáng),接種后在發(fā)酵罐中能迅速生長生理性狀穩(wěn)定菌體總量和濃度能滿足大容量發(fā)酵罐的要求無雜菌污染(不帶雜菌生產(chǎn)能力穩(wěn)定119.發(fā)酵過程中的種子培養(yǎng)和發(fā)酵的異常現(xiàn)象:菌體生長緩慢、菌絲

29、結(jié)團(tuán)、菌體老化、代謝不正常120.影響種子質(zhì)量的主要因素:1.培養(yǎng)121.發(fā)酵培養(yǎng)基的要求:培養(yǎng)基能夠滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟(jì)的合成發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少培養(yǎng)基的原料應(yīng)因地制宜,價(jià)格低廉;且性能穩(wěn)定,資源豐富,便于采購運(yùn)輸,適合大規(guī)模儲(chǔ)藏,能保證生產(chǎn)上的供應(yīng)所選用的培養(yǎng)基應(yīng)能滿足總體工藝的要求,如不應(yīng)該影響通氣、提取、純化及廢物處理等122.發(fā)酵培養(yǎng)基的配制原則:1必須提供合成微生物細(xì)胞和發(fā)酵產(chǎn)物的基本成分2有利于減少培養(yǎng)基原料的單耗,即提高單位營養(yǎng)物質(zhì)所合成產(chǎn)物數(shù)量或最大產(chǎn)率3有利于提高培養(yǎng)基和產(chǎn)物的濃度,以提高單位容積發(fā)酵罐的生產(chǎn)能力4有利于提高產(chǎn)物的合成速度,縮短發(fā)酵周期5盡量減少副產(chǎn)物的

30、形成,便于產(chǎn)物的分離純化6原料價(jià)格低廉,質(zhì)量穩(wěn)定,取材容易7所用原料盡可能減少對發(fā)酵過程中通氣攪拌的影響,利于提高氧的利用率,降低能耗8有利于產(chǎn)品的分離純化,并盡可能減少產(chǎn)生“三廢”的物質(zhì)123.發(fā)酵過程中泡沫產(chǎn)生的模式:1.在整個(gè)發(fā)酵過程泡沫量保持穩(wěn)定,起初取決于培養(yǎng)基,然后取決于微生物的活動(dòng)2.發(fā)酵前期泡沫持續(xù)減少,然后保持穩(wěn)定。起初泡沫與培養(yǎng)基有關(guān),之后微生物活動(dòng)不再影響起泡3.起初泡沫輕微下降,然后上升。培養(yǎng)基隊(duì)泡沫影響較小,主要是微生物活動(dòng)影響4.發(fā)酵開始泡沫有一個(gè)較低水平,然后上升,主要取決于微生物活動(dòng)5.較復(fù)雜的泡沫生產(chǎn)模式,可能是以上兩種或兩種以上的混合模式124.泡沫解決辦法

31、:1.改用合成培養(yǎng)基械消泡器125.理想消泡劑應(yīng)具有的特性:1.易于防止新泡沫的產(chǎn)生4.不被微生物代謝利用5.取或純化沒任何影響8.對操作不產(chǎn)生任何危滅菌126.淀粉水解糖的制備方法:1.酸解法以酸為催化劑,在高溫高壓下將淀粉轉(zhuǎn)化為葡萄糖的方法。2.酸酶法先將淀粉用酸水解成糊精或低聚糖,再用糖化劑水解成葡萄糖。3.酶酸法將淀粉先用淀粉酶液化,然后用酸水解成葡萄糖。4.雙酶法用淀粉酶和糖化酶將淀粉水解成葡萄糖的工藝。127.滅菌的必要性(目的:1.使生物反應(yīng)的基質(zhì)或產(chǎn)物,因雜菌的消耗而損失,造成生產(chǎn)能力的下降。2.雜菌也會(huì)產(chǎn)生代謝產(chǎn)物,這就使產(chǎn)物的提取更加困難,造成得率降低,產(chǎn)品質(zhì)量下降。3.有

32、些雜菌會(huì)分解產(chǎn)物,使生產(chǎn)失敗4.雜菌大量繁殖后,會(huì)改變反應(yīng)液的pH值,使反應(yīng)異常5.如果發(fā)生噬菌體污染,生產(chǎn)菌細(xì)胞將被裂解,使生產(chǎn)失敗。128.培養(yǎng)基滅菌的目的:1.生產(chǎn)菌和雜菌同時(shí)生長,生產(chǎn)菌喪失生產(chǎn)能力;2.在連續(xù)發(fā)酵過程中,雜菌的生長速度有時(shí)會(huì)比生產(chǎn)菌生長得更快,結(jié)果使發(fā)酵罐中以雜菌為主3.雜菌及其產(chǎn)生的物質(zhì),使提取精制發(fā)生困難4.雜菌會(huì)降解目的產(chǎn)物;5.雜菌會(huì)污染最終產(chǎn)品,雜菌會(huì)污染最終產(chǎn)品;6.發(fā)酵時(shí)如污染噬菌體,可使生產(chǎn)菌發(fā)生溶菌129.滅菌方式:分批滅菌(將培養(yǎng)基置于發(fā)酵罐中用蒸汽加熱,達(dá)到滅菌溫度后維持一段時(shí)間,再冷卻到發(fā)酵額溫度,然后接種發(fā)酵。優(yōu)點(diǎn):1.能極大地保持培養(yǎng)基的質(zhì)

33、量2.5.降低蒸汽量的波動(dòng)6.在一定程度上可減緩發(fā)酵罐的腐蝕缺點(diǎn):滅菌過程中蒸汽用量變化大,造成鍋爐負(fù)荷波動(dòng)大,一般只限于中小型發(fā)酵裝置連續(xù)滅菌(將配置制好的培養(yǎng)基在向發(fā)酵罐輸送的同時(shí)加熱、保溫和冷卻。優(yōu)制4.易于處理含高比例固體物質(zhì)的培養(yǎng)基缺點(diǎn):設(shè)備比較復(fù)雜,投資較大130.連續(xù)滅菌流程:1.間接加熱連續(xù)滅菌(優(yōu)點(diǎn):滅菌溫度高,時(shí)間短,對營養(yǎng)物質(zhì)破壞少,可有效節(jié)約能源。缺點(diǎn):投資費(fèi)用高2.直接加熱連續(xù)滅菌流程(優(yōu)點(diǎn):加熱時(shí)間短、可用于含懸浮顆粒的培養(yǎng)基、成本低、易清潔維護(hù)、蒸汽利用高;缺點(diǎn):加熱過程易產(chǎn)生泡沫,與培養(yǎng)基直接接觸的蒸汽要求允許對滅菌對象進(jìn)行稀釋且要求是不含腐蝕性添加劑131.空

34、氣除菌的方法:1、熱殺菌(將空氣加熱到一定溫度后保溫一定時(shí)間,使微生物蛋白熱失活而致死。2.輻射殺菌(高能陰極射線、X射線、射線、紫外線都能破壞蛋白質(zhì)活性而起到殺菌作用。其中紫外線用的較多,它在波長226.5nm-328.7nm時(shí)殺菌最強(qiáng)。一般用于無菌室、手術(shù)室殺菌3.靜電除菌(利用靜電引力來吸附帶電粒子而達(dá)到除菌除塵的目的。靜電除菌對很小的微粒效率很低4. 過濾除菌(絕對過濾是介質(zhì)之間的孔隙小于被濾除的微生物,當(dāng)空氣流過介質(zhì)層后,空氣中的微生物被濾除。介質(zhì)過濾是目前工業(yè)上用的較多的空氣除菌方法,它是采用定期滅菌的介質(zhì)來阻截流過的空氣所含的微生物,而取得無菌空氣。常用的過濾介質(zhì)有棉花、活性炭或

35、玻璃纖維等。132.常用過濾介質(zhì)(要求吸附性、阻力小、空氣流量大、能耐干熱:1.傳統(tǒng)過濾介質(zhì):棉花、活性炭、玻璃纖維(更換過濾介質(zhì)時(shí)將造成碎末飛揚(yáng),使皮膚發(fā)癢,甚至過敏、超細(xì)玻璃纖維紙(有較高過濾效率和較低過濾阻力,但機(jī)械強(qiáng)度差,容污量小、石棉濾板(耐濕,受潮不易穿孔或折斷,能耐受蒸汽反復(fù)殺菌,使用時(shí)間長2.新型過濾介質(zhì):燒結(jié)材料過濾介質(zhì)、微孔濾膜(是由高分子聚合物經(jīng)壓制、熱熔黏結(jié)或在適當(dāng)溶劑、添加劑和成孔劑中成膜而制成的薄膜,孔徑均勻,過濾精度高133.分批發(fā)酵的特點(diǎn):1.微生物所處的環(huán)境是不斷變化的2.可進(jìn)行少量多品種的發(fā)酵生產(chǎn)3.發(fā)生雜菌污染能夠很容易終止操時(shí),易改變處理對策5.對原料組

36、成要求較粗134.連續(xù)培養(yǎng)的特點(diǎn):1.恒定狀態(tài)可以有效地延長分批培養(yǎng)中的對數(shù)生長期2.在連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)中,微生物細(xì)胞的濃度、比生長速率和環(huán)境條件(如營養(yǎng)物質(zhì)濃度和產(chǎn)物濃度均處于不隨時(shí)間而變化的穩(wěn)定狀態(tài)之下,甚至還可以根據(jù)需要來調(diào)節(jié)生長速率3.連續(xù)培養(yǎng)系統(tǒng)大大提高了發(fā)酵的生產(chǎn)效率和設(shè)備利用率。135.連續(xù)培養(yǎng)的原理: 1、基于細(xì)胞量的物料平衡(細(xì)胞的進(jìn)入速率-細(xì)胞的流出速率+細(xì)胞的136.生長速率-細(xì)胞的死亡速率=細(xì)胞的積累速率2、基于限制性營養(yǎng)成分的物料平衡(養(yǎng)分進(jìn)入系統(tǒng)的速率-養(yǎng)分流出系統(tǒng)的速率-用于生長的養(yǎng)分消耗速率-用于維持的養(yǎng)分消耗速率-用于產(chǎn)物形成的養(yǎng)分消耗速率=養(yǎng)分在系統(tǒng)中的積累速率

37、137.固態(tài)發(fā)酵的特點(diǎn): 1.原料來源廣,價(jià)格低廉2.在霉菌發(fā)酵時(shí)就可以防止污染雜少,費(fèi)用也省優(yōu)點(diǎn):1.培養(yǎng)基含水量少,廢水、廢渣少,環(huán)境污染少,容易處理2.消耗低,供能設(shè)備簡易3.培養(yǎng)基原料多為天然基質(zhì)或廢渣,廣泛易得,價(jià)格低廉4.設(shè)備和技術(shù)較簡易,后處理方便5.產(chǎn)物濃度較高,后處理方便缺點(diǎn): 1. 菌種限于耐低水活性(aw的微生物,菌種選擇性少2.發(fā)酵速度慢,周期140.攪拌器和擋板:1.攪拌器作用:打碎空氣氣泡,增加氣-液接觸界面,以提高氣-液間的傳質(zhì)速率。其次是為了使發(fā)酵液充分混和,液體中的固形物料保持懸浮狀態(tài)2.攪拌器的類型:1圓盤平直葉渦輪2圓盤彎葉渦輪3圓盤箭葉渦輪3.擋板的作用

38、:加強(qiáng)攪拌強(qiáng)度,促使液體上下翻動(dòng)和控制流型、消除渦流。冷卻列管也可起擋板的作用141.軸封:作用是對罐頂和罐低之間的縫隙加以密封,防止泄露和污染雜菌。1.填料函式軸封:優(yōu)點(diǎn)結(jié)構(gòu)簡單;缺點(diǎn)1死角多,很難徹底滅菌,容易滲漏染菌2軸的磨損情況較嚴(yán)重3填料壓緊后摩擦功率消耗大4壽命短,經(jīng)常維修,耗工時(shí)多2.端面軸封:優(yōu)點(diǎn)1清潔2密封可靠,不易或很少泄露3無死角,可防止雜菌污染4使用壽命長5摩擦功率損耗小6軸或軸套不受磨損7對軸的精度和光潔度沒填料軸封要求那么嚴(yán)格,對軸的整棟敏感性小缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜,裝拆不便,對動(dòng)環(huán)及靜環(huán)的表面光潔度及平直要求高,否則容易泄漏143.自吸式發(fā)酵罐優(yōu)點(diǎn):1.節(jié)約空氣凈化系統(tǒng)

39、中的空氣壓縮機(jī)、冷卻器、油水分離器、空氣貯罐、總過濾器設(shè)備,減少廠房占地面積2.減少工廠發(fā)酵設(shè)備投資約30%左右3.設(shè)備便于自動(dòng)化、連續(xù)化,降低老定強(qiáng)度,減少勞動(dòng)力4.設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單,溶氧效率高,操作方便缺點(diǎn):由于罐壓較低,對某些產(chǎn)品生產(chǎn)容易造成染菌144.帶升式罐特點(diǎn):1.結(jié)構(gòu)簡單,冷卻面積小2.無攪拌傳動(dòng)設(shè)備,節(jié)約動(dòng)了約50 %,節(jié)約鋼材;146.伍式發(fā)酵罐:主要部件是套筒、攪拌器。工作原理:攪拌時(shí)液體沿著套筒外向上升至液面,然后由套筒內(nèi)返回罐底,攪拌器是用六根彎曲的空氣管子焊于圓盤上,兼作空氣分配器?？諝庥煽招妮S導(dǎo)入,經(jīng)過攪拌器的空心管吹出,與被攪拌器甩出的液體相混合,發(fā)酵液在套筒外側(cè)上升

40、,由套筒內(nèi)部下降,形成循環(huán)。這種發(fā)酵罐多應(yīng)用紙漿廢液發(fā)酵生產(chǎn)酵母。缺點(diǎn):結(jié)構(gòu)復(fù)雜,清洗套筒較困難,消耗功率較高147.文氏管發(fā)酵罐:1.工作原理:用泵將發(fā)酵液壓入文氏管中,由于文氏管的收縮段中液體的流速增加,形成真空將空氣吸入,并使氣泡分散與液體混合,增加發(fā)酵液中的溶解氧2.優(yōu)點(diǎn):吸氧的效率高,氣、液、固三相均勻混合,設(shè)備簡單,無須空氣壓縮機(jī)及攪拌器,動(dòng)力消耗省3.缺點(diǎn):氣體吸入量與液體循環(huán)量之比降低,對于耗氧量較大的微生物發(fā)酵不適宜148.微生物反應(yīng)通風(fēng)攪拌罐放大的方法:1. 以體積溶氧系數(shù)為基準(zhǔn)的放大2. 以單位培養(yǎng)液體積攪拌功率相等為基準(zhǔn)的放大3.以攪拌渦輪尖端線速率為基準(zhǔn)的比擬放大4.

41、以混合時(shí)間相等為基準(zhǔn)的比擬放大149.比擬放大涉及的因素:1.菌種的擴(kuò)大培養(yǎng),發(fā)酵規(guī)模增大了,就要增加菌種擴(kuò)大培養(yǎng)2.滅菌,滅菌與發(fā)酵規(guī)模關(guān)系密切3.環(huán)境參數(shù)(營養(yǎng)的可給性、PH、溫度、溶氧濃度、剪切條件、溶解的CO2濃度、泡沫的產(chǎn)生量、規(guī)模擴(kuò)大,生物的環(huán)境也發(fā)生變化150.Kla值的測定方法:1.亞硫酸鹽氧化法(測量在銅或鈷作催化劑下,0.5mol/l亞硫酸鈉轉(zhuǎn)化成硫酸鈉的的速率即代表傳氧速率,反應(yīng)為Na2SO3+0.5O2-Na2SO4,步驟如下:在發(fā)酵罐中配制0.5mol/l亞硫酸鈉溶液,加入化學(xué)純的CuSO4,使Cu2+濃度為10-3mol/l,以固定速率進(jìn)行通風(fēng)和攪拌,間隔一定時(shí)間取

42、樣加入過量的I2溶液,I2與未氧化的亞硫酸反應(yīng),剩余的I2用標(biāo)準(zhǔn)的Na2S3O3溶液滴定。繪出耗用的標(biāo)準(zhǔn)Na2S3O3溶液的體積與取樣時(shí)間的曲線,由曲線的斜率即可計(jì)算出傳氧速率。優(yōu)點(diǎn):簡便,可減少由于發(fā)酵罐中液體體積的變化所造成的誤差缺點(diǎn):耗時(shí)長,準(zhǔn)確性差2.排氣法(1穩(wěn)態(tài)法:先通入N2以降低液體中的氧濃度,液體中的氧全部被置換出來。脫氧的溶液在通風(fēng)攪拌,溶氧濃度隨之增加,用適當(dāng)?shù)娜苎跆筋^測量溶氧濃度優(yōu)點(diǎn):快捷,耗時(shí)少,適于小型發(fā)酵缺點(diǎn):使用局限性2動(dòng)態(tài)法:在真實(shí)的發(fā)酵體系中測定KLA值在發(fā)酵過程的不同階段都能進(jìn)行,測定迅速,僅使用復(fù)膜雙氧電極。但溶氧濃度增加范圍小3.氧的橫算法(最簡便:在發(fā)

43、酵過程中直接測定在一定時(shí)間內(nèi)氧傳遞到溶液中的量151.發(fā)酵罐中影響Kla值因素:1.空氣流率:1機(jī)械攪拌發(fā)酵罐(液泛即由于空氣流速和攪拌轉(zhuǎn)速不匹配,流體流動(dòng)以空氣流為主的現(xiàn)象,當(dāng)下部攪拌器所消耗的能量與通氣所消耗的能量達(dá)到平衡時(shí)可避免發(fā)生液泛2非機(jī)械攪拌通風(fēng)發(fā)酵罐:分泡柱式和氣升式,依靠空氣來進(jìn)行混合和通風(fēng)(在泡柱式發(fā)酵罐中,當(dāng)罐截面空氣與速度低于1-4·S-1時(shí),氣泡均勻上升,只是在氣泡流速減緩時(shí)才發(fā)生氣液混合,這種流型稱為均勻型;在高的氣速下,在發(fā)酵罐的底部產(chǎn)生的氣泡不均勻,氣泡聚合導(dǎo)致不同部位液體的密度不同,由于液體密度不同而產(chǎn)生的循環(huán)流動(dòng),稱為不均勻型2.攪拌程度:1攪拌能夠

44、形成小氣泡,有助于分散空氣,從而增加傳氧面積2攪拌能夠延遲氣泡從液體中溢出3攪拌能防止氣泡的聚合4攪拌可使發(fā)酵液產(chǎn)生湍流,從而能夠減小氣液界面上的液膜厚度3.培養(yǎng)基和發(fā)酵液的流變特性(消泡劑一般是表面活性劑,在消泡劑破碎氣泡的同時(shí)還會(huì)和液相中的氣泡結(jié)合,形成更大的氣泡以減小比表面積,從而降低傳氧速率。為減少消泡劑的用量,必須控制發(fā)酵罐中適當(dāng)?shù)囊后w的高度152.發(fā)酵過程的主要參數(shù):1.物理參數(shù):溫度(較常用金屬電阻溫度計(jì)和熱敏電阻,精準(zhǔn)的水銀溫度計(jì)用來校準(zhǔn)其他形式的溫度傳感器、罐壓(為操作安全,常用的是Bourdon管式壓力表,又稱彈簧管式壓力表、攪拌速率(有磁感應(yīng)式、光感應(yīng)式和測速發(fā)電機(jī),前兩

45、種測速儀是利用攪拌軸或電機(jī)軸上裝設(shè)的感應(yīng)片切割磁場或光束而產(chǎn)生脈沖信號,且與攪拌轉(zhuǎn)速相同。測速發(fā)電機(jī)則是利用在攪拌軸或電機(jī)軸上裝設(shè)一小型發(fā)電機(jī),發(fā)電機(jī)輸出的電壓與攪拌轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系、攪拌功率、流量、黏度2.化學(xué)參數(shù):PH、基質(zhì)濃度、溶解氧、氧化還原電位、排氣中的氧濃度、排氣中的二氧化碳濃度、產(chǎn)物濃度、離子濃度3.生物參數(shù):菌絲形態(tài)、菌體濃度、關(guān)鍵酶活性、DNA含量153.環(huán)境條件對發(fā)酵的影響及控制:1.溫度對發(fā)酵的影響即是對酶活力的影響2.影響發(fā)酵變化的因素(1生物熱:指微生物在生長繁殖過程中產(chǎn)生的熱量。菌體的呼吸強(qiáng)度也與生物熱的大小有對應(yīng)關(guān)系,呼吸強(qiáng)度雨愈大,所產(chǎn)生物熱也越大2攪拌熱:攪拌帶

46、動(dòng)發(fā)酵液做機(jī)械運(yùn)動(dòng),可引起液體之間、液體與設(shè)備之間產(chǎn)生摩擦熱3蒸發(fā)熱4輻射熱3.溫度的控制154.溶氧對發(fā)酵的影響:1.滿足微生物呼吸最低限度的溶氧濃度稱為臨界溶氧濃度2.影響需氧的因素:菌種、菌體濃度、菌齡、培養(yǎng)基;影響供養(yǎng)因素:攪拌、通氣量、培養(yǎng)液的物理性質(zhì)3.提高溶氧的方法:1改變氣體的成分,用純氧增加氧分壓,該方法也稱富氧通氣,效果好,但成本高2提高罐壓3提高通氣量4提高攪拌速度和增加擋板數(shù)155.泡沫對發(fā)酵的影響及控制:1.降低了發(fā)酵罐的裝料系數(shù),使發(fā)酵液體積減小,直接影響收率2.氣泡中的空氣有隔熱作用,影響滅菌3.過多的氣泡會(huì)引發(fā)“逃液”,造成發(fā)酵液的損失,增加了染菌機(jī)會(huì)4.泡沫嚴(yán)

47、重時(shí),甚至必須停止攪拌,影響了正常的發(fā)酵過程,造成代謝異常,導(dǎo)致菌體提前自溶156.泡沫的消除和控制:1.機(jī)械消沫依靠機(jī)械的強(qiáng)烈震動(dòng)或壓力變化促使泡沫破裂,可分為罐內(nèi)、罐外兩種優(yōu)點(diǎn):不加消沫劑,減少了雜菌污染機(jī)會(huì)缺點(diǎn):效率不高。對黏度大的流態(tài)型泡沫幾乎無作用2.消沫劑消泡通過加入消沫劑使泡沫破裂消泡機(jī)理1當(dāng)泡沫表層存在著極性的表面活性物質(zhì)而形成雙電層時(shí),可加入另一種有機(jī)反電荷的表面活性劑來降低他的機(jī)械強(qiáng)度,促進(jìn)泡沫破裂,或添加另一種強(qiáng)極性的物質(zhì)和發(fā)泡劑爭奪液沫上的空間使液膜破裂2當(dāng)泡沫的液膜具有較大的表面黏度時(shí),可加入某些分子內(nèi)聚力較小的物質(zhì)以降低膜的表面黏度,從而促使液膜的液體流失而使泡沫破

48、裂157.消泡劑應(yīng)具備的特點(diǎn):1.有一定的親水性,在氣液界面上有足夠的鋪展系數(shù),能迅速發(fā)揮消泡作用2.在低濃度下具有較高的和質(zhì)量不產(chǎn)生任何影響7.成本低,來源廣泛并用增效3.乳化消沫劑增效158.防止污染的措施:1.無菌檢查1酚紅肉湯法2平板劃線培養(yǎng)法2.發(fā)酵設(shè)備的定期檢查3.嚴(yán)格按要求進(jìn)行操作噬菌體污染的征兆:菌絲體生物量不上升或回落,鏡檢發(fā)現(xiàn)菌絲體染色不均勻,形態(tài)不規(guī)則。同時(shí)泡沫增多,發(fā)酵液粘稠,營養(yǎng)成分消耗遲緩,PH異常,產(chǎn)生刺激性氣味,發(fā)酵液顏色改變。嚴(yán)重污染時(shí),對數(shù)生長期的細(xì)菌,可以明顯看到自溶。防治噬159.固體物料的機(jī)械輸送:1.帶式輸送機(jī):優(yōu)點(diǎn):1結(jié)構(gòu)簡單自重輕,便于制造2輸送

49、路線不知靈活,適應(yīng)性強(qiáng),可輸送多種物料3輸送速度快、距離長4可連續(xù)輸送,操作平穩(wěn),不損傷物料5操作簡單、安全,易保修缺點(diǎn):1輸送帶易磨損2不密閉3成本高構(gòu)造:輸送帶、驅(qū)動(dòng)裝置、張緊裝置、機(jī)架和托輥、制動(dòng)裝置(又稱逆止器,有帶式、滾式、電磁閘瓦式、清掃器、裝載和卸載裝置160.氣流輸送:又稱風(fēng)力輸送,是借助空氣在密閉管道內(nèi)的高速流動(dòng),物料在氣流中被懸浮輸送到目的地。優(yōu)點(diǎn):1.系統(tǒng)密閉,可避免污染2.在輸送過程中可同時(shí)進(jìn)行多個(gè)操實(shí)現(xiàn)連續(xù)化、自動(dòng)化缺點(diǎn):需動(dòng)力大,風(fēng)機(jī)噪161.發(fā)酵結(jié)束后的發(fā)酵液具有的特性:162.發(fā)酵產(chǎn)物濃度低,發(fā)酵液大部分是水,處理體積大微生物細(xì)胞的顆粒小,密度與夜相相差不大細(xì)胞

50、含水量大,可壓縮性大,一經(jīng)壓縮就變形液體流變特性復(fù)雜,黏度大,容易吸附在濾布上產(chǎn)物性質(zhì)不穩(wěn)定,不耐熱,對較強(qiáng)的酸堿的環(huán)境敏感,易于手空氣氧化微生物污染以及酶分解等作用的影響163.發(fā)酵液預(yù)處理的意義:164.以上特性使得發(fā)酵液很難直接采用離心或過濾操作實(shí)現(xiàn)固液分離,對發(fā)酵液進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理,改變其流體特性降低濾餅比阻或離心沉降特性使發(fā)酵液相對純化等可提高固液分離效率和后續(xù)分離效率及收率165.改變發(fā)酵液的過濾特性:1降低發(fā)酵液黏度加水稀釋法加熱升溫發(fā)酶解法。2凝聚于絮凝凝聚絮凝混凝。3調(diào)整發(fā)酵液的PH 4加入反應(yīng)劑5假如助濾劑166.影響沉降速度的因素:顆粒直徑分散介質(zhì)粘度兩相密度差沉降設(shè)備尺

51、寸行狀和壁效應(yīng)的影響167.懸浮液沉降分離設(shè)備:間歇式沉降器(在間歇式沉降器內(nèi),懸浮液從沉降開始至終了一直是處于靜置狀態(tài),懸浮液的進(jìn)入和沉淀的排出是間歇進(jìn)行的半連續(xù)式沉降器(在半連續(xù)式沉降器內(nèi),懸浮液連續(xù)地進(jìn)入設(shè)備,在流動(dòng)過程終不斷地沉降分離,澄清液也連續(xù)不斷的自沉降器中流出來,沉淀層則間歇的排除連續(xù)式沉降器(連續(xù)式沉降器的進(jìn)料以及清液和沉降=淀物的卸出均為連續(xù)操作。最著名的連續(xù)式沉降器為多爾曾濃器 168.膜的分類:1.對稱膜一般指模的各部分具有相同的特性,氣孔結(jié)構(gòu)不隨深度變化而變化的膜,用于發(fā)酵產(chǎn)品中的細(xì)菌、顆粒的除去2.非對稱膜是由同種材料制成,一層為致密分離層,另一層或多層為支撐層,用

52、于發(fā)酵產(chǎn)品中蛋白質(zhì)、多糖等的分離與純化3.復(fù)合膜其選擇性膜層沉積于具有微孔的底膜表面上,但表層與底層的材質(zhì)不同4.荷電膜即離子交換膜,是一種對稱膜,溶脹膠帶有固定的電荷,帶有正電荷的膜稱為陰離子交換膜,與周圍流體中的陰離子作用;帶有負(fù)電荷的膜稱為陽離子交換膜,與周圍流體中陽離子作用。用于發(fā)酵或化工產(chǎn)品的凈化、分離、轉(zhuǎn)換、合成等過程5.液膜是將第三種液體展成膜狀懸浮于兩個(gè)組成不同又互溶的液相之間,利用膜的選擇透性使被分離物質(zhì)在兩相間的轉(zhuǎn)移,達(dá)到分離的目的。用于萃取有機(jī)酸、氨基酸等6.微孔膜用于發(fā)酵產(chǎn)品中菌體、顆粒等雜質(zhì)的去除7.動(dòng)態(tài)膜是在多孔介質(zhì)上沉積一層顆粒物作為有選擇作用的膜,此沉積層與溶液

53、處于動(dòng)態(tài)平衡,但很不穩(wěn)定169.等電點(diǎn)沉淀法:優(yōu)點(diǎn):蛋白質(zhì)仍保持天然現(xiàn)象,可重新溶于適當(dāng)?shù)腜H或一定濃度的鹽溶液。缺點(diǎn):對于某些對酸比較敏感的蛋白質(zhì),往往會(huì)使其變性。三、有機(jī)溶劑沉淀法:優(yōu)點(diǎn):有機(jī)溶劑容易蒸發(fā)出去,不會(huì)殘留。缺點(diǎn)容易使蛋白質(zhì)變性失活。170.影響吸附的因素:1、吸附劑的性質(zhì):吸附劑的理化性質(zhì)對吸附的影響大。2、吸附物的性質(zhì):a、吸附物在溶劑中的溶解度越大越難以吸附b、極性吸附劑容易吸附極性物質(zhì),非極性吸附劑容易吸附非極性物質(zhì)c、對于同系列物質(zhì)的吸附,分子質(zhì)量越大極性越差,越容易被非極性吸附劑吸附d、能使表面張力降低的物質(zhì),容易吸附。3、溶液的PH 4、溫度171.影響溶劑萃取的

54、因素一、萃取劑的選擇:1、要求對溶質(zhì)有較大的溶解度2、對其他雜質(zhì)的溶解度盡量小,具有良好的選擇性3溶劑和料液的互溶度要小,有利于相的分散和兩相的分離4、溶劑的化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定性好,價(jià)格便宜,來源方便,容易回收5、溶劑的毒性低。二、PH的影響三、溫度的影響四、鹽析作用的影響五、乳化和去乳化172.離子交換劑的類型和結(jié)構(gòu):一、根據(jù)交換基團(tuán)的不同可分:1、強(qiáng)酸性陽離子交換樹脂2、強(qiáng)堿性陰離子交換樹脂3、弱酸性陽離子交換樹脂4、弱酸性陰離子交換樹脂。二、根據(jù)載體多糖種類的不同,多糖基離子交換劑可分為:1、離子交換纖維素2、離子交換葡聚糖3、離子交換瓊脂糖173.離子交換樹脂的理化性能:一:物理性能:1、樹脂性質(zhì)2、樹脂的密度3、樹脂的溶解度4、膨脹度5、耐用度二:交換容量:1、總交換容量2、工作交換容量3、再生交換容量三:吸附選擇性:1、對陽離子的吸附2、對陰離子的吸附3、對有色物的吸附174.多糖基離子交換劑的理化性能:1、有極大的表面積和多孔結(jié)構(gòu)2、有良好的化學(xué),物理穩(wěn)定性,使洗脫劑的選擇范圍很廣3、離子交換纖維素吸附生物高分子時(shí)結(jié)合鍵比較松,吸附與解析條件都較緩和,適于易變性的蛋白質(zhì)、酶、激素等生化產(chǎn)品的純化4、分離能力很強(qiáng),能將一組復(fù)雜的混合物逐一分開5、能分離純化毫克量純品,適用于生化產(chǎn)品的工業(yè)生產(chǎn)。