《发酵工程》PPT演示课件
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《发酵工程总论》ppt课件
一、发酵的定义
1、传统发酵 2、生化和生理学意义的发酵 3、工业上的发酵
1、传统发酵
• 最初发酵是用来描画酵母菌作用于果汁 或麦芽汁产生气泡的景象，或者是指酒 的消费过程。
2、生化和生理学意义的发酵
• 指微生物在无氧条件下，分解各种有机物质产 生能量的一种方式，或者更严厉地说，发酵是 以有机物作为电子受体的氧化复原产能反响。
History of applied microbiology
• 1973 rec DNA technology (Boyer & Cohen) • 1982 rec human insulin〔胰岛素〕 • post recombinant DNA area • since 1982 rec therapeutic agents〔治疗剂〕 • 1990 rec bakers yeast • 1992 rec chymosine 〔凝乳酶〕(from yeast)
定义：是指利用生物的生命活动产生的酶，无机 或有机原料进展酶加工，获得产品的工业。
2.获得发酵产品的条件
• 适宜的微生物 • 保证或控制微生物进展代谢的各种条件 • 进展微生物发酵的设备 • 精制成产品的方法的设备
三、发酵工业的开展历史
• 天然发酵阶段
• 纯培育技术的建立：巴斯德，科赫等。人为地 控制微生物的发酵进程。
(8) 除利用微生物外，还可以用动植物细胞 和酶，也可以用人工构建的遗传工程菌进 展反响。
六、发酵方法的类别与流程
• 1、类别： • 根据对氧的需求区分： • 厌氧和有氧发酵 • 根据培育基物理性状区分： • 液体和固体发酵 • 根据从微生物生长特性区分： • 分零售酵和延续发酵
2、发酵的流程
发酵工程PPT教学课件
15、分解代谢：又称异化作用，是指由复杂的营养物质分 解成简单化合物的过程。
16、合成代谢：又称同化作用，是指由简单化合物合成复 杂的细胞物质的过程。
一 17、代谢控制发酵：是利用遗传学的方法或其他生物化学
、 方法，人为地在DNA分子水平上改变和控制微生物的代谢，
概 述
使有用目的产物大量生成和积累的发酵。
容
稀释
表型 → 出现表型
2、发酵
（1）发酵生物反应器
二 、
① 类型 p203：搅拌式生物反应器、鼓泡式反应器、
发 气升式反应器
酵
工
② 优点：染菌率极低、发酵设备大型化、利用生物
程 的
技术提高了产量和降低了本、提高了产品的回收率和
内 质量
容
③ 要求：内壁与管道焊接部位都要求平整光滑、无
裂缝、无塌陷，便于测量器内的温度、pH值和氧气含量
一 、
有控制地促进可被生物降解的有机物向稳定的腐殖质转化
概 的生物化学过程。
述
21、膜生物反应器：利用膜的阴留性能将生物催化剂限制
在膜组件的固定空间，供给所需的底物和营养物，即可在
固定空间内进行生物反应，而产生的产物造成真空膜，进
入膜的另一侧空间，脱离生物催化剂，达到了生物反应与
产物分离同时进行的目的。
始的。当时主要是以酒精发酵、甘油发酵和丙醇发酵等为
一 、
主。20世纪40年代，弗莱明发现了青霉素，开始采用深层
概 发酵法大量生产。此后，链霉素等几十种重要的抗菌素相
述 继问世，带动了抗菌素工业的诞生。发酵工业由无氧条件
下的发酵发展到了有氧发酵。
长期以来，几乎都是以碳水化合物作为发酵的原料，
而到60年代增加了正烷烃、醋酸、醇类和天然气等。发酵
发酵工程课上优质课件(35张PPT)
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(2)倒平板操作 操作过程如图所示，操作时要待培养基冷却至50 ℃左右时，在酒精灯火焰附近进行。
制备固体培养基最后要将平板倒置，其主要目的是防止培养皿皿盖上的水珠滴入培 养基造成污染。
• 4. (2). 糖类是主要的能源物质，可以为酵母菌的生长、繁殖提供 能源物质，还可以作为酒精发酵的原料 葡萄皮上附着有野生的 酵母菌 醋酸菌大量增殖，进行醋酸发酵
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典例分析解读
1.(2018·全国Ⅰ，37)将马铃薯去皮切块，加水煮沸一定时间，过滤得到马铃薯浸出液。 在马铃薯浸出液中加入一定量蔗糖和琼脂，用水定容后灭菌，得到M培养基。回答 下列问题： (1)M培养基若用于真菌的筛选，则培养基中应加入链霉素以抑制__细__菌____的生长， 加入了链霉素的培养基属于_选__择___培养基。 (2)M培养基中的马铃薯浸出液为微生物生长提供了多种营养物质，营养物质类型除 氮源外，还有_碳__源__、__无__机__盐___(答出两点即可)。氮源进入细胞后，可参与合成的生物 大分子有__蛋__白__质__、__核__酸____(答出两点即可)。
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3.微生物在传统发酵技术中的应用
项目
果酒和果醋的制作
腐乳制作
作用菌类
果酒：酵母菌 果醋：醋酸菌
毛霉
原理
①酵母菌在无氧条件下将葡 毛霉将蛋白质、
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(2)倒平板操作 操作过程如图所示，操作时要待培养基冷却至50 ℃左右时，在酒精灯火焰附近进行。
制备固体培养基最后要将平板倒置，其主要目的是防止培养皿皿盖上的水珠滴入培 养基造成污染。
• 4. (2). 糖类是主要的能源物质，可以为酵母菌的生长、繁殖提供 能源物质，还可以作为酒精发酵的原料 葡萄皮上附着有野生的 酵母菌 醋酸菌大量增殖，进行醋酸发酵
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典例分析解读
1.(2018·全国Ⅰ，37)将马铃薯去皮切块，加水煮沸一定时间，过滤得到马铃薯浸出液。 在马铃薯浸出液中加入一定量蔗糖和琼脂，用水定容后灭菌，得到M培养基。回答 下列问题： (1)M培养基若用于真菌的筛选，则培养基中应加入链霉素以抑制__细__菌____的生长， 加入了链霉素的培养基属于_选__择___培养基。 (2)M培养基中的马铃薯浸出液为微生物生长提供了多种营养物质，营养物质类型除 氮源外，还有_碳__源__、__无__机__盐___(答出两点即可)。氮源进入细胞后，可参与合成的生物 大分子有__蛋__白__质__、__核__酸____(答出两点即可)。
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3.微生物在传统发酵技术中的应用
项目
果酒和果醋的制作
腐乳制作
作用菌类
果酒：酵母菌 果醋：醋酸菌
毛霉
原理
①酵母菌在无氧条件下将葡 毛霉将蛋白质、
《发酵工程绪论》PPT课件
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一、发酵工程的特征
（p13）
1、原料：发酵所用的原料通常以淀粉、糖蜜或其他 农副产品为主，只要加入少量的有机和无机氮源 就可进行反应。可以利用废水和废物等作为发酵 的原料进行生物资源的改造和更新。
2、菌种：微生物菌种是进行发酵的根本因素，通过 变异和菌种选育，可以获得高产的优良菌株并使 生产设备得到充分利用，也可以因此获得按常规 方法难以生产的产品。
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10
4、发酵的现代概念
• 利用微生物在有氧或无氧条件下的生命活动来制备微生物菌体或其代谢产物的过程， 统称为发酵。
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11
利用微生物的特点：
• 发酵工程所利用的微生物：细菌、放线菌，酵母菌和霉菌等。 • 利用微生物的特点：
(1)对周围环境的温度、压强、渗透压、酸碱度等条件有极大的适应能力。 (2)有极强的消化能力。 (3)有极强的繁殖能力。
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16
（三）发酵工程产品的类型
• 酒精类饮料、醋酸和面包，而且生产胰岛素、 干扰素、生长激素、抗生素和疫苗等多种食品 、医疗保健药物；
• 天然杀虫剂、细菌肥料和微生物除草剂等农用 生产资料；
• 氨基酸、香料、生物高分子、酶以及维生素； • 单细胞蛋白等微生物菌体。 • 生物能 • 微生物冶炼 • （p3 ）
病用的疫苗等。 • 特点：细胞的生长与产物积累成平行关系，生长速率最大时期也是产物合成速率
最高阶段，生长稳定期产量最高。
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30
2、微生物代谢产物发酵
• 包括初级代谢产物、中间代谢产物和次级代谢产物。 • 对数生长期形成的产物是细胞自身生长所必需的，称为初级代谢产物或中间代谢
产物。 • 各种次级代谢产物都是在微生物生长缓慢或停止生长时期即稳定期所产生的，来
发酵工程.ppt
样品逐步分批寄回，以便及时分离。
（二ห้องสมุดไป่ตู้富集培养
• 由于采集样品中各种微生物数量有很大差
异，若估计到要分离的菌种数量不多时， 就要人为增加分离的概率，增加该菌种的 数量，称为富集培养。
• 方法：
控制一定的养分，例如碳源的控制。 控制一定的培养条件。
（三）纯种分离
• 划线分离法 • 稀释分离法 • 组织分离法
步骤十
在营养平板上贴好标签， 标示好接种日期、操作者 姓名、菌种学名以及培养 基名称。
（四）生产能力的考察
1、初筛——以量为主
• 初筛是从分离得到的大量菌种中将合成目
的产物的菌种筛选出来的过程。
平板筛选 摇瓶发酵筛选
2、复筛——以质为主
（五）微生物选择分离的原理和方法
1、变色圈法 2、透明圈法 3、生长圈法 4、抑菌圈法
征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和 产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH 值、提取工艺等。
（一）含微生物样品的采集
• 如何使样品中所含微生物的可能性大? • 采样时应注意的问题:
– 土壤微生物的分布 – 采土深度 – 土壤植被情况 – 采样季节 – 土壤的酸碱度
• 对于分离筛选新菌种，还存在另两个选择标准：
取工业发酵液（含孢子）样品1环 放入带玻璃珠的装有10ml 无菌水的小三角瓶中，摇匀
采用稀释法制平板，获取单菌落
根据高产菌的特点，选择目的菌落
筛选模型：形态依据
斜面保藏 高产菌恢复 放大培养，发酵液性能测试
真菌的分离筛选：以啤酒酵母的分离为例
稀释分离法
取发酵液少许以10倍稀释成10-1-10-7 取0.1ml 加入固体培养基铺平皿（×2）
（二ห้องสมุดไป่ตู้富集培养
• 由于采集样品中各种微生物数量有很大差
异，若估计到要分离的菌种数量不多时， 就要人为增加分离的概率，增加该菌种的 数量，称为富集培养。
• 方法：
控制一定的养分，例如碳源的控制。 控制一定的培养条件。
（三）纯种分离
• 划线分离法 • 稀释分离法 • 组织分离法
步骤十
在营养平板上贴好标签， 标示好接种日期、操作者 姓名、菌种学名以及培养 基名称。
（四）生产能力的考察
1、初筛——以量为主
• 初筛是从分离得到的大量菌种中将合成目
的产物的菌种筛选出来的过程。
平板筛选 摇瓶发酵筛选
2、复筛——以质为主
（五）微生物选择分离的原理和方法
1、变色圈法 2、透明圈法 3、生长圈法 4、抑菌圈法
征、营养要求、生理生化特性、发酵周期、产品品种和 产量、耐受最高温度、生长和发酵最适温度、最适pH 值、提取工艺等。
（一）含微生物样品的采集
• 如何使样品中所含微生物的可能性大? • 采样时应注意的问题:
– 土壤微生物的分布 – 采土深度 – 土壤植被情况 – 采样季节 – 土壤的酸碱度
• 对于分离筛选新菌种，还存在另两个选择标准：
取工业发酵液（含孢子）样品1环 放入带玻璃珠的装有10ml 无菌水的小三角瓶中，摇匀
采用稀释法制平板，获取单菌落
根据高产菌的特点，选择目的菌落
筛选模型：形态依据
斜面保藏 高产菌恢复 放大培养，发酵液性能测试
真菌的分离筛选：以啤酒酵母的分离为例
稀释分离法
取发酵液少许以10倍稀释成10-1-10-7 取0.1ml 加入固体培养基铺平皿（×2）
发酵工程 ppt课件
同时，也可以把发酵的微生物分离出来，通过人工培 养，根据不同的要求去诱发各种类型的发酵，获得所需的 发酵产品。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
发酵工程 ppt课件
科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
发酵工程 ppt课件
细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
Louis Pasteur 1822-1895
• Paster最终使科学界信服在发酵过程中酵母所遵循的规律
• 其后不久，科赫(Koch)建立了单种微生物分离和纯培养技 术，利用这些技术研究炭疽病时，发现动物的传染病是由 特定的细菌引起的。从而得知，微生物也和高等植物一样， 可以根据它们的种属关系明确地加以区分，从此以后，各 种微生物纯培养技术获得成功。单种微生物分离和纯培养 技术的建立，是食品发酵与酿造技术发展的一个转折点。
• 18世纪后期，Ha nsen在Calsberg 酿造厂建立了酵 母纯种培养技术
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科赫 (Koch)
科赫的主要贡献
➢ 发明了固体培养基并用其纯化微生物等一系列研究方法的创立。
➢ 创造了细菌染色方法。 ➢ 发现了许多病原菌，为以后研究药物和寻找治疗方法提供了依据。
证实炭疽病因 — 炭疽杆菌 发现结核病原菌—结核杆菌
spirillum (螺旋菌 )
spirochaeta 发酵工程 ppt课件 (螺旋体 )
Some particular bacteria morphology
亮发菌的形态 示丝状特殊形态
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细菌分裂方式是裂殖，根据其核的分 裂方式不同分无丝分裂核有丝分裂等。
❖生存环境：温暖潮湿、富含有机物的地方，都有大量细菌活
它描述酵母作用于果汁 或麦芽浸出液时产生气泡 的现象。产生气泡的现象 是由浸出液中的糖在缺氧 条件下降解而产生的二氧 化碳所引起的。
发酵工程 ppt课件
发酵工程
发酵工程(fermentation engineering):研究发酵工业生产过程 中，各个单元操作的工艺和设备的一门科学。具体包括菌种选 育、菌体生产、代谢产物的发酵以及微生物机能的利用等。
发酵工程制药(Fermentation Engineering)PPT课件
NaNO3 + 4H2 → NH3 + 2H2O + NaOH
无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下 了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后 能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺， 若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生 理碱性物质，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对 稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。
例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20μg/ml 发酵罐必须进行表面处理
B、使用时注意盐的形式（pH的变化）
例：黑曲酶NRRL-330,生产α-淀粉酶，P对酶活的影响
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4
pH
酶活
4.25
120分钟
5.45
30分钟
4.62
75分钟
4、生长因子、前体和产物促进剂
凡是缺少合成生长素类物质的微生物(即缺少 了合成生长素过程中的某种酶)，统称为营养缺陷 型。
（2）前体
前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生 物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结 构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大 的提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
常见放线菌：
产生抗生素最多 的一类微生物
连霉菌属
链霉素、金霉素、四环素
诺卡氏菌属 利福霉素
小单孢菌属 庆大霉素
游动放线菌属 创新霉素
3、真菌
伞菌类。属于真核生物，但不含叶绿素， 无根、茎、叶，由单细胞或多细胞组成，按 有性或无性方式繁殖。在自然界分布广泛， 以寄生或腐生方式存在。
代谢产物：抗生素（青、头孢、灰黄）、维生素、 酶制剂、各种有机酸、葡萄糖酸、麦角碱 直接入药：冬虫夏草、麦角、神曲、僵蚕、灵芝 等
无机氮源被菌体作为氮源利用后，培养液中就留下 了酸性或碱性物质，这种经微生物生理作用（代谢）后 能形成酸性物质的无机氮源叫生理酸性物质，如硫酸胺， 若菌体代谢后能产生碱性物质的则此种无机氮源称为生 理碱性物质，如硝酸钠。正确使用生理酸碱性物质，对 稳定和调节发酵过程的pH有积极作用。
例：铁离子 青霉素发酵中，铁离子的浓度要小于20μg/ml 发酵罐必须进行表面处理
B、使用时注意盐的形式（pH的变化）
例：黑曲酶NRRL-330,生产α-淀粉酶，P对酶活的影响
不加 加 K2HPO4 加 KH2PO4
pH
酶活
4.25
120分钟
5.45
30分钟
4.62
75分钟
4、生长因子、前体和产物促进剂
凡是缺少合成生长素类物质的微生物(即缺少 了合成生长素过程中的某种酶)，统称为营养缺陷 型。
（2）前体
前体指某些化合物加入到发酵培养基中，能直接彼微生 物在生物合成过程中合成到产物物分子中去，而其自身的结 构并没有多大变化，但是产物的产量却因加入前体而有较大 的提高。
青霉素：分子量356
苯乙酸:分子量136
常见放线菌：
产生抗生素最多 的一类微生物
连霉菌属
链霉素、金霉素、四环素
诺卡氏菌属 利福霉素
小单孢菌属 庆大霉素
游动放线菌属 创新霉素
3、真菌
伞菌类。属于真核生物，但不含叶绿素， 无根、茎、叶，由单细胞或多细胞组成，按 有性或无性方式繁殖。在自然界分布广泛， 以寄生或腐生方式存在。
代谢产物：抗生素（青、头孢、灰黄）、维生素、 酶制剂、各种有机酸、葡萄糖酸、麦角碱 直接入药：冬虫夏草、麦角、神曲、僵蚕、灵芝 等
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应的压力降也较小。
35
36
❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
37
2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
15
❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
22
23
24
25
6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
31
32
❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
35
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❖ 过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.20.4 Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹 干备用。总过滤器约每月灭菌一次。
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2). 滤纸过滤器：
❖ 介质:超细玻璃纤维纸。 ❖ 孔径:1-1.5μm ❖厚度: 0.25-0.4mm ❖ 实密度:2600Kg/m3 ❖ 填充率:14.8%。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
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❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
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6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
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❖
2．空气的过滤除菌
绝对过滤
介质的空隙 小于被拦截的 微生物大小， 如用聚四氟乙 烯或纤维素酯 材料做成的微 孔滤膜。
过滤 拦截的微生物 大小，但介质有 一定厚度，机理 是静电，扩散， 惯性及拦截作用。 如棉花过滤器， 超细玻璃纤维纸， 金属烧结管等。
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连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
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6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
26
1
❖连续提供一定流量的压缩空气。
2
空气的压强为0.2-0.4Mpa
3
进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
和材料。
❖利用饱和蒸 汽进行灭菌。 有效，使用广 泛。
3
过滤除菌利用过 滤方法截流微生 物，达到除菌的 目的。适用于热 敏性培养基和制
备无菌空气
化学灭菌
射线灭菌
❖干热灭菌
湿热灭菌
过滤除菌
5
❖6.2 培养基湿热灭菌
❖ 原理：当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原 生质和酶的基本成分----蛋白质发生不可逆的变化， 使微生物在很短时间内死亡。
微生物发酵工程
6无菌保障
❖
6 无菌保障
产率下降
提取 困难
2
污染 的危害
噬菌体 细胞裂解
pH
❖；
培养基和生产环境灭菌 好氧发酵过程空气除菌；
设
备
无
无菌的保障
死
角
入 的 物 料 无 污 染 。
种 子 ， 培 养 过 程 加
3
6 无菌保障
灭菌（除菌）的方法 ❖培养基湿热灭菌
空气过滤除菌 发酵的污染与防治
❖
lnk2/k1
△E
❖
lnk’2/k’1
△ E，
❖
❖ 因此较高的灭菌温度， 较短的灭菌时间能减少 培养基营养成分的损耗。
14
❖二．培养基灭菌时间的计算
❖ 1．分批灭菌，不计升温阶段所杀灭的菌数，
t = 2.303 /k lg N0/Nt
❖ 例1．有一发酵罐内装40m3 培养基， 在121℃温度 下进行实罐灭菌。 原污染程度为每1mL 有2X105 个耐 热细菌芽孢，121℃ 时灭菌速率常数为1.8min-1
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 min-1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
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❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。
❖
t--- 受热时间（ min）
❖ k--- 反应速率常数或比死亡速率 （min-1）
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❖ 若开始灭菌时（t=0），培养基中微生物的数
量为N0， 将上式积分得：
❖
lnN/N0=-kt
❖
N= N0e-kt ( 对数残留定律)
❖
lnN/N0=-kt
❖
t = 1/k ln N0/Nt
❖
t = 2.303 /k lg N0/Nt
❖ 计算时，Nt 一般可取0.001，N0 可参照一 般培养基中活微生物数，取（1-2）X107而得。
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污染程度
通常110-130℃， 5-20min
灭菌 时间
灭菌程度
k值
养 液 成 分 的 破 坏 。
彻 底 灭 菌 并 且 减 少 对 培
加 热 的 方 式 ， 可 以 达 到
培 养 液 采 用 高 温 短 时 间
优点
设备投资少，灭 菌效果可靠， 对蒸汽要求低 （0.2-0.3MPa）。
分批 灭菌
缺点
培养基破坏作用大， 操作难于自动化。
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❖ 2. 连续灭菌
❖ 将配制好的培养基在高温快速的情况下，向发 酵罐输送的同时经过加温，保温，冷却的过程进行 灭菌。
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营养成 分破坏少
设备利 用率高
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微生物种类
k
加热温度
K值越大， 微 生物越容易死 亡
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k值随着温度的变化遵循阿仑尼乌斯定律
即: k =Ae -△E/RT
❖式中： A---频率因子
Байду номын сангаас
❖
△ E---杀死微生物所需的活化能
❖
R---气体常数，8.314 J/（mol ·K）
❖
❖ Lg k = - 1 △E /2.303 RT +lg A
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灭菌：用物理或化学方法杀灭或去除物 料或设备中一切生命的过程。
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一些化学药剂能 使微生物中的蛋 白、酶及核酸 发生反应。 乙醇， 甲醛，氯，高锰 酸钾，环氧乙烷， 季銨盐，臭氧等。 主要用于器械和 环境灭菌和消毒
利用电磁波、 紫外线、x射 线、r-射线等
160℃下保温 1-2h。要求保 持干燥的器具
进入发酵罐的空气温度可比培养温度高10-30℃
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❖压缩空气的洁净度一般以失败概率为10-3为指标。
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二.空气除菌设备
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三.空气净化的流程
❖ 1. 空气的预处理 ❖ 1). 采风塔: ≥10m ,上风头, 流速8m/s.
❖ 2). 粗过滤器:前置过滤器, 拦截空气中较大的灰尘以保护 空气压缩机,同时减轻总过滤器的负担.过滤介质采用泡沫 塑料或无纺布.实际流速为0.1-5 m/s.
❖ 解：C0=2X105(个/ml)
❖
Cs=1/40X106X1000= 2.5X10-11 (个
/ml)
❖
❖ 灭菌所需的时间
❖
t = 2.303 /15 lg （2X
105/2.5X10-11）
❖
= 2.37min
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❖三．培养基的灭菌：
❖ 1．分批灭菌：将配制好的培养基放在发酵罐或其 他容器中，通入蒸汽将培养基和所有设备仪器灭菌 的操作过程，也称实罐灭菌。
❖ 以能否杀死芽孢细菌为标准。
❖杀死微生物的极端温度称为致死温度。 在致死温度 下，杀死全部微生物所需的时间称为致死时间。
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❖一．微生物的死亡速率与理论灭菌时间
❖培养基进行湿热灭菌时，培养基中的微生 物受热死亡的速率与残存的微生物数量成 正比。
❖即： dN/dt= -kN
❖式中：N--- 培养基中残留活菌数（ 个）
❖耐热芽胞杆菌 A 取作1.34X10 36s-1 ❖△E取 2.844X105 J/mol
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❖以Lg k与1/T作图，得一直线，从直线的斜率和截 距求得△ E和A。
❖进而根据灭菌温度可以求出k值， 并计算出灭菌时 间。
❖一般杀灭微生物营养细胞的△ E值约为 2.09X105-2.71X105J/mol, 杀死微生物芽孢 的△ E值约为4.48X105 J/mol。
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❖ 因为加热灭菌过程中对培养基的破坏反应的速率 常数也符合阿仑尼乌斯定律， 同理计算出了培养基 中某营养成分分解的△ E，值。
❖ 一般酶和维生素等营养成分分解的△ E，值为 8.36X103- 8.36X104。
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❖ 由于灭菌时杀死微生物的活化能△ E值大于培 养基营养成分破坏的活化能△ E，值， 因此随着温 度的升高，灭菌速率常数增加的倍数大于培养基中 营养成分分解的速率常数的增加倍数。