好氧發(fā)酵設(shè)備系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)

好氧發(fā)酵設(shè)備系統(tǒng)的維護(hù)與保養(yǎng)第一頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日第二頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日第三頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日第四頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日2.1滅菌設(shè)備的維護(hù)2.2發(fā)酵罐的中試設(shè)備比擬放大運(yùn)行(3-2)2.3發(fā)酵罐的中試設(shè)備維護(hù)與保養(yǎng)第五頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日2.1滅菌設(shè)備的維護(hù)主要內(nèi)容：發(fā)酵設(shè)備及消毒滅菌第六頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日主要內(nèi)容：發(fā)酵設(shè)備及消毒滅菌

第七頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日第一部分：發(fā)酵設(shè)備第八頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日典型發(fā)酵設(shè)備

種子制備設(shè)備、主發(fā)酵設(shè)備、輔助設(shè)備(無(wú)菌空氣和培養(yǎng)基的制備)，發(fā)酵液預(yù)處理設(shè)備，粗產(chǎn)品的提取設(shè)備、產(chǎn)品精制與干燥設(shè)備、流出物回收、利用和處理設(shè)備等。第九頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日一發(fā)酵設(shè)備概述發(fā)酵主要設(shè)備為發(fā)酵罐和種子罐，它們各自都附有原料(培養(yǎng)基)調(diào)制、蒸煮、滅菌和冷卻設(shè)備，通氣調(diào)節(jié)和除菌設(shè)備，以及攪拌器等。種子罐：以確保發(fā)酵罐培養(yǎng)所必需的菌體量為目的。發(fā)酵罐：承擔(dān)產(chǎn)物的生產(chǎn)任務(wù)。它必須能夠提供微生物生命活動(dòng)和代謝所要求的條件，并便于操作和控制，保證工藝條件的實(shí)現(xiàn)，從而獲得高產(chǎn)。第十頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日(一)發(fā)酵罐

發(fā)酵罐的定義：是為一個(gè)特定生物化學(xué)過(guò)程的操作提供良好而滿意的環(huán)境的容器。對(duì)于某些工藝來(lái)說(shuō)，發(fā)酵罐是個(gè)密閉容器，同時(shí)附帶精密控制系統(tǒng)；而對(duì)于另一些簡(jiǎn)單的工藝來(lái)說(shuō)，發(fā)酵罐只是個(gè)開(kāi)口容器，有時(shí)甚至簡(jiǎn)單到只要有一個(gè)開(kāi)口的坑。

第十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日第十二頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日第十三頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日

發(fā)酵罐系統(tǒng)

一個(gè)優(yōu)良的發(fā)酵罐裝置和組成（1）應(yīng)具有嚴(yán)密的結(jié)構(gòu)（2）良好的液體混合特性（3）好的傳質(zhì)、傳熱速率（4）具有配套而又可靠的檢測(cè)、控制儀表第十四頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日發(fā)酵罐的特點(diǎn)

（1）發(fā)酵罐對(duì)純種培養(yǎng)的要求高。因此，發(fā)酵罐的嚴(yán)密性，運(yùn)行的高度可靠性是發(fā)酵工業(yè)的顯著特點(diǎn)。（2）發(fā)酵罐更加趨向大型化和自動(dòng)化發(fā)展。自動(dòng)化方面，如pH電極、溶解氧電極、溶解二氧化碳電極等的在線檢測(cè)在國(guó)外巳相當(dāng)成熟。國(guó)內(nèi)目前尚處于起步階段，發(fā)酵檢測(cè)參數(shù)還只限于溫度、壓力、空氣流量等一些最常規(guī)的參數(shù)。第十五頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日發(fā)酵罐基本類型(1）攪拌釜反應(yīng)器（stirredtankreactor）(2）氣泡柱式反應(yīng)器（bubblecolumn)(3)氣升式生物反應(yīng)器（airliftreactor)內(nèi)管型；外管型第十六頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日第十七頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日第十八頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日發(fā)酵罐工藝操作條件

1．溫度：25～40℃。2．壓力：0～1kg／cm3(表壓)。3．滅菌條件；溫度100～140℃，壓力0～3kg／cm3(表壓).4．pH：2～11。5．需氧量：0．05～0.3kmo1／m3·h。6．通氣量：0.3～2VVM。7．功率消耗：0.5～4kW／m3。8.發(fā)酵熱量：5000～20000kcal／m3．h。第十九頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日發(fā)酵設(shè)備及檢測(cè)控制系統(tǒng)

B|Braun公司發(fā)酵罐：Biostat系列參數(shù)檢測(cè)多級(jí)控制：

第二十頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日BiostatB2BiostatED10第二十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日PilotBiostatUD50第二十二頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日國(guó)內(nèi)、外發(fā)酵設(shè)備公司德國(guó)貝朗占中國(guó)80%以上的市場(chǎng)瑞士比歐美國(guó)NBS韓國(guó)日本華東理工大學(xué)江蘇理工大學(xué)第二十三頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日一般認(rèn)為500L以下的是實(shí)驗(yàn)室發(fā)酵罐；500-5000L是中試發(fā)酵罐；5000L以上是生產(chǎn)規(guī)模的發(fā)酵罐。發(fā)酵罐按容積分類第二十四頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日現(xiàn)代發(fā)酵工程規(guī)模低值工業(yè)品大型化

以規(guī)模來(lái)取勝（幾十?dāng)?shù)百噸）。如味精、氨基酸、有機(jī)酸、抗生素、飼料、食品工業(yè)用產(chǎn)品等；高價(jià)值轉(zhuǎn)基因產(chǎn)品小型化（幾十?dāng)?shù)百升）。基因工程大腸桿菌、酵母菌高密度培養(yǎng)；動(dòng)物細(xì)胞植物細(xì)胞培養(yǎng)；研究中心智能化、全能性。第二十五頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日(二)發(fā)酵輔助設(shè)備

發(fā)酵輔助設(shè)備主要包括：無(wú)菌空氣系統(tǒng)，培養(yǎng)基配制和滅菌系統(tǒng)、發(fā)酵車間的管道及閥門等。

第二十六頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日1、無(wú)菌空氣系統(tǒng)好氣性發(fā)酵過(guò)程中需要大量的無(wú)菌空氣，空氣要作到絕對(duì)無(wú)菌在目前是不可能的，也是不經(jīng)濟(jì)的。發(fā)酵對(duì)無(wú)菌空氣的要求是：無(wú)菌，無(wú)灰塵，無(wú)雜質(zhì)，無(wú)水，無(wú)油，正壓等幾項(xiàng)指標(biāo)；發(fā)酵對(duì)無(wú)菌空氣的無(wú)菌程度要求是：只要在發(fā)酵過(guò)程中不因無(wú)菌空氣染菌，而造成損失即可。在工程設(shè)計(jì)中一般要求1000次使用周期中只允許有一個(gè)菌通過(guò)，即經(jīng)過(guò)濾后空氣的無(wú)菌程度為N=10-3

第二十七頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日發(fā)酵生產(chǎn)中制備無(wú)菌空氣的大致過(guò)程

第二十八頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日高空取氣管

高空取氣管是遠(yuǎn)離地面幾十米的管子。一般而言，地面附近空氣中所含的微生物和灰塵等均比高空空氣中含的多，據(jù)資料介紹，每升高10米，空氣中雜菌可降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此從高空取氣要比從低空取氣有利得多。第二十九頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日油水分離器其內(nèi)部同時(shí)采用直接攔截，慣性碰撞，布朗擴(kuò)散及凝聚等機(jī)理，能有效地去除空氣中的水、油霧、塵埃，內(nèi)部不銹鋼絲網(wǎng)可清洗，使用壽命長(zhǎng)。第三十頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日兩級(jí)分離、冷卻、加熱的空氣除菌流程

１——粗過(guò)濾器２——壓縮機(jī)３——貯罐４——冷卻器

５——絲網(wǎng)分離器６——過(guò)濾器

第三十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日高效前置過(guò)濾除菌流程

１——高效前置過(guò)濾器２——壓縮機(jī)３——貯罐４——冷卻器

５——絲網(wǎng)分離器６——加熱器７——過(guò)濾器

第三十二頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日空氣凈化的流程吸氣口吸入的空氣先經(jīng)過(guò)壓縮前的過(guò)濾進(jìn)入空氣壓縮機(jī)（120-150度）冷卻（20-25度），除去油、水，再加熱至30-35度。最后通過(guò)總過(guò)濾器和分過(guò)濾器除菌，獲得潔凈度、壓力、溫度和流量都符合要求的無(wú)菌空氣。第三十三頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日空氣壓縮機(jī)：目前常用的是往復(fù)式空壓機(jī)過(guò)濾器：空氣過(guò)濾器的類型很多，有棉花活性炭過(guò)濾器、管式過(guò)濾器和接送式過(guò)濾器等。過(guò)濾介質(zhì)：空氣除菌用的過(guò)濾介質(zhì)有：棉花、活性炭玻璃纖維，超細(xì)玻璃纖維紙，石棉濾板、燒結(jié)材料、聚乙烯醇(PVA)等多孔合成樹(shù)脂、素?zé)沾赏埠途厶妓狨サ取５谌捻?yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日培養(yǎng)基培養(yǎng)基（culturemedium)是人工配制的適合于不同微生物生長(zhǎng)繁殖或積累代謝產(chǎn)物的營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)。碳源氮源無(wú)機(jī)鹽及微量元素前體、促進(jìn)劑與抑制劑第三十五頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日培養(yǎng)基的類型孢子培養(yǎng)基：供菌種繁殖孢子，常用固體培養(yǎng)基種子培養(yǎng)基：提供大量?jī)?yōu)質(zhì)的菌體，其配方上應(yīng)適合于菌體生長(zhǎng)于繁殖發(fā)酵培養(yǎng)基：使微生物積累代謝產(chǎn)物，既要有利于生長(zhǎng)繁殖，防止菌體過(guò)早衰老，又要有利于產(chǎn)物的大量合成。第三十六頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日2、培養(yǎng)基的滅菌

1）空罐滅菌

空罐滅菌也稱空消。無(wú)論是種子罐、發(fā)酵罐、還是尿素（或液氨）罐、消泡罐，當(dāng)培養(yǎng)基（或物料）尚未進(jìn)罐前對(duì)罐進(jìn)行預(yù)先滅菌，為空罐滅菌。為了殺死所有微生物特別是耐熱的的芽孢，空罐滅菌要求溫度較高，滅菌時(shí)間較長(zhǎng)，只有這樣才能殺死設(shè)備中各死角殘存的雜菌或芽孢。第三十七頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日2）實(shí)罐滅菌

將培養(yǎng)基置于發(fā)酵罐中用蒸汽加熱，達(dá)到預(yù)定滅菌溫度后，維持一定時(shí)間，再冷卻到發(fā)酵溫度，然后接種發(fā)酵，這叫做實(shí)罐滅菌，又稱分批滅菌。操作要點(diǎn)：三路進(jìn)汽：直接蒸汽從通風(fēng)、取樣和出料口進(jìn)入罐內(nèi)直接加熱，直到所規(guī)定的溫度，并維持一定的時(shí)間。這就是所謂的“三路進(jìn)氣”。

第三十八頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日3）連消第三十九頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日加熱設(shè)備：在配料罐里培養(yǎng)基被加熱到70℃，然后，用泵送到加熱設(shè)備，在20秒的時(shí)間內(nèi)繼續(xù)加熱到130～140℃。常用的加熱設(shè)備有塔式和噴射式兩種。塔式加熱設(shè)備又稱連消塔，塔的有效高度2～3m，料液在塔中的流速是0.1m／s，因此料液在塔內(nèi)的滯留時(shí)間為2～30s。噴射式加熱器有一噴嘴，蒸汽由噴嘴噴出，料液從側(cè)面進(jìn)入加熱器而被蒸汽加熱。℃第四十頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日

維持設(shè)備維持設(shè)備使加熱后的培養(yǎng)基保溫—定的時(shí)間，從而達(dá)到滅菌的目的。維持設(shè)備有兩種：罐式和管式。罐式的是一個(gè)帶有上下開(kāi)口用于進(jìn)出料的立式密封容器；管式的是用無(wú)縫鋼管焊成，管內(nèi)流速可取0.3～0.6m／s。第四十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日

冷卻設(shè)備

①噴淋冷卻器②套管冷卻器③板式換熱器④螺旋板換熱器第四十二頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日4）影響培養(yǎng)基滅菌的因素

pH值的影響

pH值對(duì)微生物的耐熱性影響很大，pH為6.0~8.0時(shí)微生物最不易死亡，pH<6.0時(shí)氫離子易滲入微生物的細(xì)胞內(nèi)。第四十三頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日培養(yǎng)基成分

培養(yǎng)基的成分中，油脂、糖類、蛋白質(zhì)都是傳熱的不良介質(zhì)，會(huì)增加微生物的耐熱性，使滅菌困難。濃度較高的培養(yǎng)基相對(duì)需要較高溫度和較長(zhǎng)時(shí)間滅菌。高濃度的鹽類，色素則削弱其耐熱性，故較易滅菌。第四十四頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日培養(yǎng)基中的顆粒物質(zhì)

培養(yǎng)基中的顆粒物質(zhì)大，滅菌困難，反之，滅菌容易。一般說(shuō)來(lái)，含有顆粒對(duì)培養(yǎng)基滅菌影響不大，但在培養(yǎng)基混有較大顆粒，特別是存在凝結(jié)成團(tuán)的膠體時(shí)，會(huì)影響滅菌效果，必須過(guò)濾除去。第四十五頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日5）高溫對(duì)培養(yǎng)基成分的有害影響及其防止

第四十六頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日消除高溫有害影響的措施（1）采用特殊加熱滅菌法

（2）對(duì)易破壞的含糖培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌時(shí)，應(yīng)先將糖液與其他成分分別滅菌后再合并；（3）對(duì)含Ca2+或Fe3+的培養(yǎng)基與磷酸鹽先作分別滅菌，然后再混合，就不易形成磷酸鹽沉淀；（4）對(duì)含有在高溫下易破壞成分的培養(yǎng)基（如含糖組合培養(yǎng)基）可進(jìn)行低壓滅菌（在112℃即0.57kg／cm2或8磅／英寸2下滅菌15分鐘）或間歇滅菌；（5）在大規(guī)模發(fā)酵工業(yè)中，可采用連續(xù)加壓滅菌法進(jìn)行培養(yǎng)基的滅菌第四十七頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日3、管道及閥門

管道：與發(fā)酵罐連接的管道有水管、料管、空氣管和蒸汽管;發(fā)酵罐內(nèi)的冷卻蛇管與發(fā)酵罐內(nèi)直接相連的料管等，最好采用不銹鋼管。管徑選取的流速是：上水管1～2m／s；料管0.5～1.0m／s；空氣管10～15m／s；蒸汽15～20m／s。

第四十八頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日閥門：閥門是發(fā)酵罐的重要組成，它被用于調(diào)節(jié)控制氣體和液體的流量。閥門的選取應(yīng)考慮：①用于什么目的；②閥門的材料是否耐溫、耐壓等；③連接方式；④經(jīng)濟(jì)成本；⑤操作方式。

第四十九頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日第二部分：消毒與滅菌第五十頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日第二部分：消毒與滅菌消毒(disinfection)：殺死物體上病原微生物的方法，并不一定能殺死含芽胞的細(xì)菌或非病原微生物。用以消毒的藥品稱為消毒劑(disinfectant)。滅菌(sterilization)：殺滅物體上所有微生物的方法。滅菌比消毒要求高，包括殺滅細(xì)菌芽胞在內(nèi)的全部病原微生物和非病原微生物。抑菌(bacteriostasis)：抑制體內(nèi)或體外細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖。常用的抑菌劑為各種抗生素。防腐(antisepsis)：防止或抑制體外細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖的方法。細(xì)菌一般不死亡。無(wú)菌(asepsis)：不存在活菌。第五十一頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日熱力滅菌法輻射殺菌法濾過(guò)除菌法超聲波殺菌法干燥與低溫抑菌法PartI物理消毒滅菌法第五十二頁(yè)，共五十七頁(yè)，2022年，8月28日干熱滅菌法—

焚燒：廢棄物、尸體灼燒：接種環(huán)、試管口干烤：玻璃器皿