【文章內(nèi)容簡介】 生物素 （1） 發(fā)酵工業(yè)用原料，國內(nèi)發(fā)酵生產(chǎn)的有：味精、酵母 目前，國內(nèi)酵母工業(yè)使用進口糖蜜為原料，帶來了較大的工業(yè)污染，……（2） 使用糖蜜生產(chǎn)酒精（3） 使用糖蜜生產(chǎn)蒸餾酒——姥姆酒，世界名酒，牙買加的國酒，在西方國家主要用于雞尾酒的勾兌上。（4） 作為添加劑使用，檸檬酸發(fā)酵，作為添加劑使用。（5） 使用糖蜜發(fā)酵生產(chǎn)黃源膠，已有研究報道。 處理目的：，降低糖蜜的粘度，提高發(fā)酵液的流動性， 有利于改善發(fā)酵過程中氧的傳遞。 ，除去有色物質(zhì)（有色物質(zhì)的來源？），對產(chǎn)品的質(zhì)量有影響，對微生物的生長和代謝有影響。 ，除去部分對pH值有影響的緩沖性物質(zhì)。 方法：，即加酸后，通風，使之沉淀 糖蜜經(jīng)酸化后主要是除去糖蜜中膠體性物質(zhì)，通風的目的是除去一些揮發(fā)性物質(zhì)。（教材中提到的通風是為了提高KLa是錯誤的）（PAM） 聚丙烯酰胺（ PAM）作為絮凝劑，可以促進大分子物質(zhì)的沉降，有利于糖蜜的澄清。 工藝過程： 原溶液（稀釋） 40Bx 調(diào)pH值(3—) 絮凝 靜置絮凝劑的用量：8mg/L，靜置時間：1小時 加熱到90℃ 可以除去糖蜜中的有色物質(zhì)，明顯的降低糖蜜的色澤，對發(fā)酵的產(chǎn)品的提出和產(chǎn)品質(zhì)量有益。 缺點：活性炭的使用量較大，處理成本較高。三、工業(yè)培養(yǎng)基的添加劑 添加劑通常是指除了培養(yǎng)基中的C、N、無機鹽、金屬離子以外的其它物質(zhì)，主要有： 特別是對于某些氨基酸、核苷酸和抗菌素的發(fā)酵生產(chǎn)，添加一定量的前驅(qū)物質(zhì)（前體）其作用是非常明顯的。 基本原理： （1）S 前驅(qū)物質(zhì) 產(chǎn) 物 反饋抑制的存在，需要添加前驅(qū)物質(zhì)不存在抑制或阻遏 （2）S 前驅(qū)物質(zhì)的和成效很低，需要添加前驅(qū)物質(zhì) （3）S X 前驅(qū)物質(zhì) 產(chǎn)物 存在分枝代謝，不能夠很好的解決分枝代謝對X的反饋抑制作用，須要有添加劑注意：前驅(qū)物質(zhì)的使用，因不同的菌種、不同的產(chǎn)物、不同的代謝機制而使用的方法不同，使用的濃度也不同，但都是建立在對其代謝調(diào)節(jié)機制有從分的了解的基礎(chǔ)上的。 促進劑主要是指誘導(dǎo)物，在酶的生產(chǎn)；抑制劑主要在抗菌素的生產(chǎn)中使用的較多。例如：（1）四環(huán)素發(fā)酵過程中，添加NaBr,可以抑制金霉素的生物合成，從而提高四環(huán)素的產(chǎn)率。 （2）頭孢霉素C，添加L—Met，可以抑制頭孢霉素N的生物合成，從而提高頭孢霉素C的產(chǎn)率。 上述這些情況，抑制劑對代謝的抑制作用是發(fā)生在代謝鏈具有分枝代謝上的，如下圖所示： S A B C 產(chǎn)物 副產(chǎn)物（X） 抑制劑作用點，通常是X的結(jié)構(gòu)類似物167。23培養(yǎng)基的滅菌一、滅菌原理 所謂滅菌就是殺死一切微生物，包括微生物的營養(yǎng)體和芽孢，這一概念不同于消毒。后者是指消滅一切致病微生物（病原體） 滅菌的方法很多，在實驗室可以使用干熱滅菌、對于環(huán)境可以使用化學(xué)試劑滅菌，但化學(xué)試劑的滅菌方法有很大的限制。 在工業(yè)生產(chǎn)中，對于培養(yǎng)基、管道、設(shè)備的滅菌，通常采用蒸汽加熱到一定的溫度，并保溫一段時間的滅菌方法，稱之為濕熱滅菌 ？ 濕熱滅菌的顯著優(yōu)點是：使用方便，無污染，而且其冷凝水可以直接冷凝在培養(yǎng)基中，也可以通過管道排出。 下述內(nèi)容就是針對濕熱滅菌的。首先討論幾個基本概念： 定義：微生物的熱阻就是指微生物對熱的抵抗能力。其對熱的抵抗能力越大，可以理解為熱阻越大，衡量不同的微生物對熱的抵抗能力的大小，可以使用相對熱阻的概念。 相對熱阻：兩種微生物的熱阻之比。 例如：芽孢/大腸桿菌=3000000/1；病毒/大腸桿菌=1—5/1等微生物的濕熱滅菌過程，其本質(zhì)上就是微生物細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的變性的過程。因此，可以把滅菌過程看成是蛋白質(zhì)的變性的過程，從這個意義上講，滅菌過程應(yīng)遵循單分子反應(yīng)的速度理論，那么，則有下列方程： dN/dt = k * N式中——dN/dt：表示滅菌過程中某瞬間活菌的減少速率 N：表示表示滅菌過程中某瞬間的活菌數(shù) K：表示滅菌過程中菌體死亡的速度常數(shù)，K=f(滅菌溫度、菌種、培養(yǎng)基等)上式的積分形式為： t = * lnN0/NS 式中——N0，NS： 分別表示滅菌前、滅菌后培養(yǎng)基中菌體的濃度（個/ml） k：意義同上 t ：表示理論滅菌時間理論滅菌時間的計算需要注意以下幾個問題： （1）K值因不同的微生物種類不同、不同的生理狀態(tài)、不同的外界環(huán)境，差別很大，實質(zhì)上，它是微生物熱阻的一種表示形式，微生物的熱阻 越大，K值也越大。 例如：芽孢，在121℃時，K=60/s 營養(yǎng)體，在121℃，k=60—6*1010/s (2)在計算過程中，N0，NS如何取值？ N0 = 芽孢性細菌總數(shù) + 芽孢數(shù) 滅菌時溫度升高，營養(yǎng)體即可變成芽孢 對于 NS ，如果取NS = 0，那么，t = ∞，這顯然是與現(xiàn)實情況不符。 對于如何NS取值？通常取NS = 103，這個數(shù)值如何理解？滅菌1000次，有一次是失敗的，殘留了一個活菌體。這個數(shù)值的取值的大小，也間接反應(yīng)了該生產(chǎn)過程中的技術(shù)管理水平。 （3）上述滅菌時間，通常稱之為理論滅菌時間，只可以用于工程計算中，在實踐過程中，因蒸汽的壓力問題（不穩(wěn)定）、蒸汽的流量問題有很大差別，甚至培養(yǎng)基中的固體顆粒的大小、培養(yǎng)基的粘度等因素，都會影響滅菌效果，因此在實際生產(chǎn)中，通常采用經(jīng)驗數(shù)值： 間歇滅菌，121℃，20—30分鐘 連續(xù)滅菌，137℃，15—30s，在維持罐中保溫8—20分鐘。 滅菌溫度的選擇應(yīng)考慮的因素主要有： ，應(yīng)高于該溫度。通常以芽孢為準。何為熱致死溫度？（10分鐘，全部死亡的溫度） ，滅菌的過程實質(zhì)上也是營養(yǎng)成分破環(huán)的過程 因此，滅菌溫度的選擇，應(yīng)是在保證滅菌效果的前提下，盡可能減少培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的破壞。 許多實驗研究結(jié)果表明，培養(yǎng)基在高溫滅菌的過程中，其營養(yǎng)成分的破壞在很大程度上可以用一級反應(yīng)來描述其反應(yīng)速度： dc/dt = K，C 式中——dc/dt：表示營養(yǎng)成分破環(huán)的速率， C：表示營養(yǎng)成分的濃度 K，：為反應(yīng)速度常數(shù)，1/s，K = f( t,……) 反應(yīng)速度常數(shù)K，與溫度的關(guān)系，可以使用阿累尼烏斯公式表示之： K， = A，e[E/RT] ……（1） 式中——K，：反應(yīng)速度常數(shù)，1/S E,：反應(yīng)的活化能（J/mol） R：氣體常數(shù)，* J/mol*k T：反應(yīng)的絕對溫度，k同樣，滅菌過程中的反應(yīng)速度常數(shù)也可以用下式表示出： K = Aexp[E/RT] …… （2）（1）、（2）式可以改寫成下列形式： lg(k,2/k,1) = E,/R(1/T1 – T2 ) …… （3） lg(k2/k1) = E/R(1/T1 – T2 ) …… （4）（3）（4）的意義是指：反應(yīng)的溫度從T1 升高到 T2 ，其反應(yīng)的速度常數(shù)分別從k,1 增加到 k,2；k1 增加到 k2；培養(yǎng)基的滅菌過程實際上是營養(yǎng)成分破壞、菌體死亡的兩個平行性反應(yīng)，如下所示： B A C對于平行性反應(yīng)，反應(yīng)溫度的提高，其兩個平行性反應(yīng)的速度常數(shù)都增加，但增加的幅度（大小）卻不同，其比值可以表示為： lg(k2/k1)/lg(k,2/ k,1)= E / E, …… (5) 實驗證明：營養(yǎng)成分為破壞的反應(yīng)的活化能E的值為 E, = —*103 J/mol 而菌體死亡的活化能E 芽孢：E = 418*103 J/mol E = 無芽孢：E = 209—250*103 J/mol顯然，（5）式的比值 〉1，說明提高溫度對于第二個平行反應(yīng)，即菌體死亡的反應(yīng)是有利的。提高溫度，雖然兩個平行性反應(yīng)的反應(yīng)速度常數(shù)都提高了，但是，達到同樣的滅菌效果，所需要的時間卻縮短了，由于第一個反應(yīng)也就是營養(yǎng)成分破壞的反應(yīng)速度常速增加的少，因此，有利于減少培養(yǎng)基在滅菌過程中營養(yǎng)成分的破壞。換言之，高溫短時滅菌對于培養(yǎng)基營養(yǎng)成分是有利的。通常所說的高溫短時 滅菌可以提高生產(chǎn)效益，其理論根據(jù)就在于此。但是高溫短時滅菌是需要一定的設(shè)備條件的，通常需要連續(xù)化的滅菌工藝流程？（高溫后的快速冷卻在大型的生物反應(yīng)器內(nèi)是很難實現(xiàn)的……）這就給中小型生產(chǎn)企業(yè)帶來了一定的困難，設(shè)備投資的增加，技術(shù)管理水平的提高（培養(yǎng)基連續(xù)滅菌后，后述設(shè)備的無菌化管理對于整個體系的無菌操作是必需的……）高溫短時滅菌 的優(yōu)點還可以表現(xiàn)在：節(jié)省能量上，培養(yǎng)基的預(yù)熱？二、培養(yǎng)基的工業(yè)滅菌方法 培養(yǎng)基的工業(yè)滅菌通常涉及到以下幾個概念：: 意義：由于空消時反應(yīng)器內(nèi)的死角少，蒸汽的傳熱效率高，對于反應(yīng)器滅菌效果好，通常在較長時間沒有使用的反應(yīng)器、染菌的反應(yīng)器、更換菌種時都要進行空消。 采用培養(yǎng)基連續(xù)滅菌的工藝，需要空消。：定義？ 優(yōu)點：不需要特定的設(shè)備，操作、管理比較靈活。：定義？ 優(yōu)點：營養(yǎng)成分破壞少，生產(chǎn)效率高 熱綜合利用率高 大型企業(yè)自動化程度高 盡管，高溫短時滅菌的優(yōu)點非常明顯，但不能說發(fā)酵領(lǐng)域采用高溫短時滅菌是唯一的選擇。一個生產(chǎn)企業(yè)滅菌方法的選擇是要從生產(chǎn)工藝、設(shè)備、操作、技術(shù)管理、固定資產(chǎn)投資等多個方面整體考慮。 目前，我國發(fā)酵領(lǐng)域仍然是以分批操作的實消為主，因此我們的后述內(nèi)容主要是介紹分批操作的實消滅菌工藝。三、分批滅菌操作要點 將配置好培養(yǎng)基打入生物反應(yīng)器內(nèi)進行實消，操作要點如下：1. 定期檢查設(shè)備、管道有無滲漏，主要是：冷卻管道，夾套。2. 培養(yǎng)基升溫時，打開所有的排氣閥門，排掉空氣？當培養(yǎng)基的溫度升到滅菌溫度時，進入保溫操作階段，此時要求與反應(yīng)器相連的所有管道出于兩個狀態(tài)：進汽或出汽，目的是對管道進行滅菌。講一下，閥門的特殊性？3. 培養(yǎng)基升溫時開動攪拌系統(tǒng)，以使培養(yǎng)基內(nèi)部傳熱均勻，當溫度升溫到100℃時，停止攪拌，一方面是為了保護軸承，另一方面，當培養(yǎng)基的溫度升溫到100℃時，培養(yǎng)基的沸騰，可以起到攪拌作用。4. 注意輔助設(shè)備的滅菌：空氣過濾器、計量罐、流加管道與流加液貯罐，空氣流量計等。5. 保溫期間，要求罐壓：—，溫度：118—121℃，時間：30分鐘。6. 滅菌結(jié)束后，需要立即引入無菌空氣，保證罐內(nèi)壓力后方可冷卻，目的是防止培養(yǎng)基的冷卻使罐內(nèi)形成負壓，易染菌。7. 配制培養(yǎng)基時，應(yīng)充分考慮培養(yǎng)基在滅菌時的稀釋（體積的增加），通常體積可增加20%左右，滅菌時間越長，體積增加的越多。四、分批滅菌的工程計算 主要介紹一下傳熱計算（與畢業(yè)設(shè)計教學(xué)環(huán)節(jié)有關(guān)，與將來的實際工作關(guān)系更大）。培養(yǎng)基在反應(yīng)器內(nèi)的升溫有兩種加熱方式： （1）使用夾套、冷卻排管 （2）蒸汽直接加熱（1）使用夾套、冷卻排管 t = W*C/ K*F ln (t1 – t2s )/( t1 – t2f ) 式中——t：升溫所需要的時間（小時） W： 培養(yǎng)基的重量，（Kg） F：總的傳熱面積，m2 t1：加熱蒸汽的溫度，℃ t2s：培養(yǎng)基加熱的起始溫度，℃ t2f：培養(yǎng)基滅菌的溫度，℃ k：平均傳熱系數(shù)，KJ/m2*hr*℃ 因為在加熱過程中，培養(yǎng)基的溫度在不斷升溫，溫差在變化，屬于不穩(wěn)定傳熱過程，其傳熱系數(shù)k，應(yīng)取平均值： 夾套加熱：k = 830—1254 KJ/m2*hr*℃ 排管加熱：k = 1254—1881 KJ/m2*hr*℃ C：培養(yǎng)基的比熱，KJ/Kg*℃ 比熱C的計算方法：采用線性疊加法： C = *X +（1X） 醪液中固形物的重量百分數(shù)% ：固形物的比熱，KJ/Kg*℃ 任何以谷物、淀粉為原料的醪液，其比熱都可以這樣計算。 （2）蒸汽直接加熱 加熱的速度很快，時間不需要計算，需要計算的是蒸汽的消耗量： S =[ W*C((t2f – t2s )+Q1 ]/( λ – t2f ) 式中——S：蒸汽的消耗量，Kg Q1：發(fā)酵罐散失的熱量，Q1 = Q總 （10——20）%