【文章內(nèi)容簡介】 1）不需專門的滅菌設(shè)備，投資少、設(shè)備簡單、滅菌效果可靠。 2）對蒸汽的要求較低，一般 34kg/cm2即可滿足。 缺點(diǎn)： 在滅菌過程中蒸汽用量變化大，造成鍋爐負(fù)荷波動大，中小型罐經(jīng)常采用。 43 空氣凈化及設(shè)備 空氣凈化的要求 發(fā)酵用的 無菌空氣 ,就是將自然界的空氣經(jīng)過壓縮 ,冷卻 ,減濕 ,過濾 等過程達(dá)到 : 1 連續(xù)提供一定流量的 壓縮空氣 。 2 空氣的壓強(qiáng)為 3 進(jìn)入過濾器之前，空氣的相對濕度 ≤ 70% 4 進(jìn)入發(fā)酵罐的空氣溫度可比培養(yǎng)溫度高1030℃ 5 壓縮空氣的 潔凈度 一般以失敗概率為 103為指標(biāo)。 44 空氣凈化的方法： （ 1）熱滅菌法： 加熱后微生物體內(nèi)的 蛋白質(zhì)熱變性而死亡。 空氣在進(jìn)入培養(yǎng)系統(tǒng)之前，一般需要 經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮，提高壓力 ，所以，空氣熱滅菌時所需要的溫度，就不必用蒸汽或其它載熱體加熱，而可 直接利用空氣壓縮時的溫度提高來實(shí)現(xiàn) 的，空氣經(jīng)過壓縮后 溫度能夠升到 200℃ 以上 ，保持一定時間后，便可以實(shí)現(xiàn)干熱滅菌。 45 （ 2）靜電除菌法： 使用 靜電除塵器 除去空氣中的水霧塵埃等，同時也除去空氣的微生物。靜電除菌是 采用靜電引力來吸附帶電粒子而達(dá)到除塵滅菌的目的 。 懸浮于空氣中的微生物及孢子大多帶有不同的電荷，不帶電荷的微粒進(jìn)入高壓靜電場時也會被電離成帶電微粒，但對于 一些直徑較小的微粒，所帶電荷少，微粒就不容易被吸附沉降 。 46 過濾 介質(zhì) 絕對過濾 深度過濾 介質(zhì)的空隙小于被攔截的微生物大小，如用 聚四氟乙烯 或 纖維素酯材料做成的微孔濾膜。 介質(zhì)孔隙大于被攔截的微生物大小， 但介質(zhì)有一定厚度，機(jī)理是靜電，擴(kuò)散，慣性及攔截作用。 如棉花過濾器，超細(xì)玻璃纖維紙，金屬燒結(jié)管等。 （ 3）介質(zhì)過濾除菌 47 玻璃纖維 活性炭 棉花 48 介質(zhì)過濾除菌法是采用定期滅菌干燥介質(zhì)來阻截流過的空氣所含的微生物，從而獲得無菌的空氣。 棉花 ： 未脫脂棉花，纖維直徑為 1620μ m， 其實(shí)密度為 1520Kg/m3。填充率為 %。 玻璃纖維 ： 用 無堿的玻璃纖維 介質(zhì)作為過濾介質(zhì)。纖維直徑為 320μ m， 其實(shí)密度為2600Kg/m3。填充率為 511%。 活性炭 ： 常與纖維狀介質(zhì)分層堆放成過濾床。 通過過濾器的氣流速度一般為 。 3 49 空氣凈化流程及提高過濾除菌的效率措施 空氣凈化過程中，要保持 深層介質(zhì)過濾器 在較高的效率下對空氣進(jìn)行過濾除菌，必須有：供氣設(shè)備（ 空氣壓縮機(jī) ），對空氣提供足夠的能量；高效的過濾除菌設(shè)備（ 空氣過濾器 ），以除去空氣中的微生物顆粒；一系列 加熱、冷卻及分離和除雜的附屬設(shè)備 來保證。 50 1） .兩級冷卻，加熱除菌流程 特點(diǎn) ： 兩次冷卻，兩次分離，適當(dāng)加熱。 適應(yīng)性廣，充分分離油水，節(jié)約冷卻水。 51 2） .冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程 特點(diǎn)： 省去第二冷卻后的分離設(shè)備和空氣再加熱設(shè)備， 流程比較簡單，冷卻水用量少。適用于中等濕度的地區(qū)。 52 3） .高效前置過濾空氣除菌流程 53 提高過濾介質(zhì)除菌效率的措施 如何提高 過濾除菌 效率 設(shè)計(jì)合理 預(yù)處理設(shè)備 選擇合適 凈化流程 保證進(jìn)口 空氣的潔 凈度。 降低空氣 相對濕度 保證過濾 介質(zhì)干燥 合理空氣 過濾器，除 菌效率 高的過濾 介質(zhì) 54 菌種的培養(yǎng) 菌種的擴(kuò)大培養(yǎng) 菌種的擴(kuò)大培養(yǎng)就是為每次發(fā)酵罐投料，提供相當(dāng)數(shù)量的種子。 發(fā)酵階段的條件控制 反映發(fā)酵過程變化的參數(shù)分為兩類：一、 是可以直接采用特定的傳感器檢測的參數(shù) ，如溫度、罐壓、攪拌功率、轉(zhuǎn)速、泡沫、發(fā)酵液的黏度等稱為直接參數(shù) ；二、 難以用傳感器檢測到的數(shù)據(jù) ，如細(xì)胞的生長速率、產(chǎn)物生成情況等，稱為 間接參數(shù) 。上述參數(shù)中，對發(fā)酵過程影響較大的 有營養(yǎng)濃度、溫度、溶氧、 PH、泡沫 等。 55 營養(yǎng)條件的控制 （ 1）碳源和氮源之比 在發(fā)酵培養(yǎng)基的配制過程中，要嚴(yán)格控制好碳氮比、無機(jī)鹽、維生素和金屬離子的濃度的比例 ，其中碳氮比的影響最為明顯。如 谷氨酸發(fā)酵碳氮比為 4： 1時，菌體大量繁殖，積累少量的谷氨酸；而 碳氮比為 3： 1時，則產(chǎn)生大量的谷氨酸，菌體增殖受到抑制。 生產(chǎn)上用控制碳氮比以滿足菌體大量繁殖，同時又能促進(jìn)谷氨酸的產(chǎn)量。 56 （ 2）補(bǔ)料 在分批發(fā)酵中 糖過多，會造成細(xì)胞生長過旺，供氧不足，產(chǎn)量低 。解決這一問題的方法是 間歇或連續(xù)進(jìn)行補(bǔ)糖和補(bǔ)料 。如在發(fā)酵 進(jìn)入產(chǎn)物合成期時及時補(bǔ)料，可以延長產(chǎn)物合成的旺盛階段，避免菌體過早衰老 ，也 可控制 PH和代謝方向 。如生產(chǎn) 利福霉素 的過程中，根據(jù)還原糖的變化，中途加葡萄糖延長利福霉素的合成期。 補(bǔ)料方法可采用 一次大量補(bǔ)料或連續(xù)流加 的方法。 57 溫度的影響 溫度對發(fā)酵的影響表現(xiàn)在影響 酶的反應(yīng)速率，改變菌體代謝產(chǎn)物的合成方向 ， 影響微生物的代謝調(diào)控機(jī)制；還影響到發(fā)酵液的黏度、氧在發(fā)酵過程中的溶解度 ，某些基質(zhì)的分解和吸收速率等，進(jìn)而影響發(fā)酵的動力學(xué)特性和產(chǎn)物的生物合成。 溫度的影響及控制 58 影響發(fā)酵溫度的因素 在 發(fā)酵過程中溫度是不斷變化的 。 發(fā)酵開始微生物處于延遲期，釋放熱量少，應(yīng)提高溫度，滿足菌體生長的需要；當(dāng)微生物進(jìn)入 對數(shù)期 ，菌體進(jìn)行呼吸作用和發(fā)酵作用，放出大量的熱，溫度劇烈上升； 發(fā)酵后期 ，呼吸和發(fā)酵作用逐漸緩慢，釋放熱量少，溫度下降。 在發(fā)酵過程中，引起溫度變化的因素有 生物熱、攪拌熱、通氣熱、蒸發(fā)熱、輻射熱和顯熱。發(fā)酵熱 是發(fā)酵過程中 釋放出的凈熱量 。 Q發(fā)酵 = Q生物 + Q攪拌 + Q通氣 Q蒸發(fā) Q顯 – Q輻射 59 A、生物熱 （ Q生物） 在發(fā)酵過程中，菌體不斷利用培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)， 將其分解氧化而產(chǎn)生的能量 ，其中一部分用于 合成高能化合物提供細(xì)胞合成和代謝產(chǎn)物合成需要的能量 ，其余一部分以熱的形式散發(fā)出來 ，這散發(fā)出來的熱就叫生物熱。 這種熱的主要來源是 培養(yǎng)基中的碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)等 分解為二氧化碳、氨氣、水和其他物質(zhì)時釋放出來的。 60 B、攪拌熱： 在機(jī)械攪拌通氣發(fā)酵罐中，由于機(jī)械攪拌帶動發(fā)酵液作機(jī)械運(yùn)動，造成液體之間，液體與攪拌器等設(shè)備 之間的摩擦 ，產(chǎn)生的熱量。 攪拌熱受 攪拌設(shè)備、攪拌方式和發(fā)酵液的粘度 等影響。 C、通氣熱： 是指通入空氣溫度高于發(fā)酵液溫度時所產(chǎn)生的熱量。通氣熱的大小，取決于通入的空氣和發(fā)酵液的溫度差和通氣量。 61 D、蒸發(fā)熱： 發(fā)酵液蒸發(fā)水分帶走的熱量。 空氣進(jìn)入發(fā)酵罐后，就和發(fā)酵液廣泛接觸進(jìn)行熱交換，同時必然會引起水分的蒸發(fā)，蒸發(fā)所需的熱量即為 蒸發(fā)熱 。 E、顯熱： 發(fā)酵排氣散發(fā)帶走的熱量。 F、輻射熱： 由于 罐內(nèi)外的溫差 ，輻射帶走的熱量。因罐內(nèi)外的溫度不同，發(fā)酵液中有部分熱通過罐體向外輻射。 輻射熱的大小決定于罐內(nèi)外的溫差、罐的表面積等。冬天大一些，夏天小一些，一般不超過發(fā)酵熱的 5％ 62 溫度控制 溫度過高、過低均對微生物發(fā)酵不利。 過高微生物很少繁殖并很快衰老死亡；過低微生物生長緩慢，發(fā)酵時間很長 ，所以發(fā)酵要在最適的溫度下進(jìn)行，但生長最適溫度不一定是積累產(chǎn)物的最適溫度。因此要控制好發(fā)酵各階段的不同溫度，使微生物大量生長繁殖，又可得到大量產(chǎn)物。 溫度影響微生物生長的機(jī)理： (1)影響酶活性。 (2)影響細(xì)胞膜的流動性。 (3)影響物質(zhì)的溶解度。 63 溫度對微生物發(fā)酵的影響 1）溫度影響產(chǎn)物合成的速率及產(chǎn)量 從酶動力學(xué)來看， 溫度升高，反應(yīng)速率加大，代謝加快，生產(chǎn)期提前； 但因酶本身很易因熱而失去活性， 溫度越高，酶的失活也越快，表現(xiàn)在菌體易于衰老，發(fā)酵周期縮短，影響產(chǎn)物的最終產(chǎn)量 。 溫度除了直接影響發(fā)酵過程中各種反應(yīng)速率外，還通過改變發(fā)酵液的物理性質(zhì)，間接 影響菌的生物合成 。 黑曲霉 生長 最適溫度 3337℃ ， 積累檸檬酸的最適溫度在 32℃ 。 64 2）溫度可能會影響終產(chǎn)物的質(zhì)量 例如 凝結(jié)芽孢桿菌合成 α 淀粉酶 時，發(fā)酵溫度控制在 55℃ 時 ，合成的 α 淀粉酶耐高溫 ，在 90℃ 、60min條件下，其活性喪失僅 10％左右，而 發(fā)酵溫度控制在 35℃ 時 ，合成的 α 淀粉酶在相同條件下喪失90％。 3）溫度還可能影響生物合成的方向 例如： 四環(huán)素 發(fā)酵中 金色鏈霉菌 同時能產(chǎn)生 金霉素 。在 低于 30℃ 下，該菌 合成金霉素能力較強(qiáng) ；溫度提高，合成四環(huán)素的比例提高；在溫度達(dá)到35℃ 時，則只產(chǎn)生四環(huán)素 ，金霉素的合成停止。 65 溶氧的影響及控制 溶解氧影響 由于氧在水中的溶解度很小，在培養(yǎng)基中的溶解度更小，而 微生物細(xì)胞只能利用溶解氧 ，很少能直接從空氣泡中獲得氧，所以需要不斷通風(fēng)和攪拌，才能滿足發(fā)酵需氧的要求。 引起 溶解氧異常升高的原因 ： a、 菌體代謝出現(xiàn)異常 ，耗氧能力下降，使溶解氧上升； b、 污染烈性噬菌體 ，產(chǎn)生菌未裂解前，呼吸受到抑制，溶解氧可能迅速上升，到菌體破裂后，完全失去呼吸能力，溶解氧直線上升。 66 發(fā)酵工藝中引起 溶解氧異常下降的原因 有： 污染好氣性雜菌 ，大量的溶解氧被消耗掉，可能使溶解氧短時間內(nèi)降到零附近，如果雜菌本身