发酵工程 教案 第五章 培养基及设备的灭菌
《发酵工程实验》教案：发酵培养基的制备和实罐灭菌
一、教案基本信息教案名称：《发酵工程实验》教案：发酵培养基的制备和实罐灭菌课时安排：2课时（90分钟）教学目标：1. 了解发酵培养基的制备方法和步骤。
2. 掌握实罐灭菌的原理和操作技巧。
3. 能够独立完成发酵培养基的制备和实罐灭菌实验。
教学重点：1. 发酵培养基的制备方法。
2. 实罐灭菌的原理和操作技巧。
教学难点：1. 发酵培养基的配比和制备过程。
2. 实罐灭菌的注意事项。
二、教学内容和步骤第一课时：发酵培养基的制备1. 课堂导入（5分钟）介绍发酵培养基的概念和作用，引导学生了解发酵培养基的制备方法和步骤。
2. 讲解发酵培养基的制备方法（15分钟）讲解培养基的配比、称量、溶解和调节pH等步骤。
3. 学生实验操作（45分钟）学生分组，按照发酵培养基的配比和制备方法进行实验操作，教师巡回指导。
4. 实验结果讨论（20分钟）学生展示实验结果，讨论发酵培养基制备过程中的问题和解决方法。
第二课时：实罐灭菌1. 课堂导入（5分钟）介绍实罐灭菌的概念和作用，引导学生了解实罐灭菌的原理和操作技巧。
2. 讲解实罐灭菌原理和操作技巧（15分钟）讲解高压蒸汽灭菌的原理、实罐灭菌的操作步骤和注意事项。
3. 学生实验操作（45分钟）学生分组，按照实罐灭菌的操作步骤进行实验操作，教师巡回指导。
4. 实验结果讨论（20分钟）学生展示实验结果，讨论实罐灭菌过程中的问题和解决方法。
三、教学评价1. 学生实验操作的准确性和熟练度。
2. 学生对发酵培养基制备和实罐灭菌原理的理解程度。
3. 学生在实验过程中解决问题的能力。
四、教学资源1. 实验材料：发酵培养基原料、实验用具、实罐等。
2. 实验仪器：天平、量筒、PH计、高压蒸汽灭菌器等。
五、教学建议1. 提前为学生讲解实验原理和操作步骤，确保学生明白实验目的和意义。
2. 在实验过程中，教师要密切关注学生的操作，及时纠正错误，确保实验安全。
3. 实验结束后，引导学生积极讨论实验结果，提高学生的实验分析和解决问题的能力。
发酵工程第五章
发酵工程
3.一级种子培养 培养基：水解糖2.5%，尿素0.5%，玉米 浆 2.5%，K2HPO4 0.1%, ph7.0
培养条件：在种子罐中培养, 32℃培养7-10个小时
培养基的特点：长菌体，更接近于发酵培养基
发酵工程
最终发酵 培养基成分：水解糖2.5%；尿素0.5%，玉米
对于不产芽孢和孢子的微生物，实验室阶 段的种子扩培最终是获得一定数量和质量的菌 体。
如： 谷氨酸的种子培养。
发酵工程
b.对于产孢子的微生物 获得一定数量和质量的孢子 在固体培养基上产生大量孢子
获得一定数量和质量的菌丝体 在液体培养基中生产大量菌丝
发酵工程
2.2培养基选择的原则
培养基的选择应该是有利于菌体的生长，对 孢子培养基应该是有利于孢子的生长。
发酵工程
根据文献记载，多数微生物，如病毒、 细菌、放线菌、酵母菌、丝状真菌等 都能冻干保藏。许多菌种用此法可保 藏10年以上。
发酵工程
5. 液氮超低温保藏法
几乎所有微生物及动物细胞等均可采用液 氮超低温保藏。只有少量对低温损伤敏感 的微生物例外。
发酵工程
液氮超低温保藏过程是将菌种悬浮液封存 于圆底安瓿管或塑料的液氮保藏管(材料应 能耐受较大温差骤然变化)内，放到-150～ -196℃的液氮罐或液氮冰箱内保藏。操作 过程中一大原则是“慢冻快融”。
发酵工程
为了减轻冷冻损伤程度，可采用保护剂。 如甘油和二甲亚砜。
发酵工程
注意：
液氮冷冻保藏管应严格密封。若有液氮渗 入管内，在从液氮容器中取出时，管中液 氮的体积将膨胀680倍，具很强的爆炸力， 必须特别小心。
《发酵工程实验》教案：发酵培养基的制备和实罐灭菌
发酵培养基的制备和实罐灭菌一、实验目的要求学生掌握通风发酵的基本原理及过程，掌握上罐操作技术，掌握流加补料控制技术。
（1）发酵罐及管路、空气过滤器灭菌操作及发酵罐系统管路的熟悉（2）实罐灭菌—培养基灭菌实验二、实验原理2.1 培养基组分的种类和作用：人工按一定比例配制的供微生物生长繁殖和合成各种代谢产物的营养物质。
主要包括：碳源、氮源、无机盐、生长因子、前体2.2 实罐灭菌原理保温温度（℃）加热保温冷却温度（℃）时间（min）三、实验仪器、设备和材料10升发酵罐（PH仪，培养液及酸碱液流加装置，蠕动泵），1台；淀粉水解糖液、尿素等原料。
四、实验内容与方法：酵母菌经扩大培养后，接入10升机械搅拌通风发酵罐培养，根据实际情况选用分批培养或分批补料培养，测定酵母浓度。
主要内容有：试管斜面培养基的配制、面包酵母种子扩大培养基配制、流加用培养基的配制及灭菌。
总流程：斜面培养基配制与灭菌所需仪器物品：灭菌锅、试管、棉塞、培养基原料、培养箱300毫升种子液、500ml三角瓶三只、装液100ml、培养基、培养摇瓶、纱布。
发酵培养基制备，灭菌。
面包酵母菌的培养基组成：酵母斜面培养基：10º麦芽汁固体斜面，PH5.0酵母摇瓶培养基：10º麦芽汁，PH5.0或葡萄糖10%，玉米浆1%，尿素0.2%，PH5.0酵母分批发酵培养基：玉米淀粉经液化、糖化，折合葡萄糖浓度为10%、玉米浆1%，尿素0.2%，PH5.5。
五、实验报告内容和数据处理实验设计原理；发酵系统的结构与操作方法；实罐灭菌工艺。
附：机械搅拌发酵系统介绍：1 技术指标1.1 概述具有温度、转速、氧气流量、空气流量、pH 、DO 、补料、消泡显示及控制功能，并配有机械消泡浆。
1.2指标1.2.1温度：自动控制范围：自来水温+5℃～ 50℃﹙±0.2 ℃﹚显示范围：0 ～150 ℃1.2.2搅拌转速：调速范围50 ～1000±5rpm1.2.3空气流量：显示控制范围0 ～ 10L/min1.2.4pH显示控制：2 ～12pH±0.05﹙酸碱双向﹚1.2.5溶解氧：0 ～150±2℅1.2.6补料、消泡蠕动泵各一台1.2.7 罐体总容积10L,设计压力2.0kg/c㎡、最高工作压力2.0kg/c ㎡,设计工作温度131 ℃1.2.8 灭菌方法:手动控制蒸汽消毒灭菌1.2.9 功率：主机：3kw, 单相220v1.2.10 气源：2 ～4kg/c㎡1.2.11 蒸汽： 2 ～4kg/c㎡2 管路说明该流程图中空气管路阀门的标号为“AXX”,蒸汽管路阀门的标号为“SXX”，冷却水管路阀门标号为“WXX”，冷凝水管路阀门标号为“VXX”，电磁阀标号为“CXX”，物料管路阀门标号为“PXX”,冷冻水管路标号为“CWX”，其它气体管路标号为“NXX”。
苏教版 选择性必修三 发酵工程的灭菌方法、灭菌设备、无菌操作器具及微生物接种和传代的无菌技术 教案
第二节发酵工程的无菌技术第1课时发酵工程的灭菌方法、灭菌设备、无菌操作器具及微生物接种和传代的无菌技术课程内容标准核心素养对接(1)掌握不同物品的灭菌方法。
(2)概述发酵工程的灭菌设备和无菌操作器具并掌握其正确使用方法。
(3)概述微生物接种的方法和传代的无菌技术。
(1)科学思维——运用归纳的方法概括出无菌技术的常用方法及原理。
(2)生命观念——形成“有菌意识”，认识到无菌技术的重要性。
(3)科学探究——利用无菌技术进行斜面接种和培养酵母菌。
知识点1发酵工程的灭菌方法1.无菌技术在操作过程中，保持物品与操作区域的无菌状态并不被微生物污染的技术，其核心是灭菌。
2.灭菌方法知识点2发酵工程的灭菌设备知识点3发酵工程的无菌操作器具知识点4微生物接种和传代的无菌技术1.微生物接种的方法常用的接种方法有平板稀释涂布接种、平板划线接种、穿刺接种、斜面接种等。
2.微生物的传代和保存(1)灭菌是获得纯净的微生物培养物的前提。
(√)(2)工业生产中制备无菌空气常用过滤除菌法。
(√)(3)使用高压蒸汽灭菌锅时，为充分利用空间，装得越满越好。
(×)(4)穿刺接种是常用的菌种传代和低温下保存菌种的方法。
(×)(5)不得将易腐、易燃、易爆物品放入电热鼓风干燥箱内干燥灭菌。
(√)(6)斜面接种和穿刺接种用到的接种器具都是接种环。
(×)教材P17“问题与讨论”拓展1.使用高压蒸汽灭菌锅时，务必待压力表指针降至“0”点，才能打开排气阀，开盖。
如何理解压力表指针显示的压力“0”？如果压力没有降到“0”点，而高压蒸汽灭菌锅的锅盖突然被打开，会发生什么情况？提示压力表指针显示的压力“0”指的是锅内外的压力差是0 ，而不是锅内的压力是0。
如果压力未降到“0”点时，就打开高压蒸汽灭菌锅的锅盖，会因锅内压力突然下降，使容器内的培养基由于内外压力不平衡而冲出烧瓶口或试管口，造成培养基等液体沾湿棉塞或溢出等事故。
也会对操作人员造成伤害，如被蒸汽烫伤或被高温液体溅伤。
第五章 发酵工程
• 2，灭菌与消毒的区别
• 灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环 境中所有微生物，包括营养细胞、细菌 芽孢和孢子
• 消毒：用物理或化学方法杀死物料、容 器、器皿内外的病源微生物。
• • • •
• • • •
二、培养基灭菌的目的 1，在发酵过程中夹杂其它杂菌造成的后果： • 生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力； • 在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生 产菌生长得更快，结果使发酵罐中以杂菌为主； • 杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难 • 杂菌会降解目的产物； • 杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品； • 发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象
●
2）温度可能会影响终产物的质量
例如： 苏云金杆菌的发酵，一般在30-31℃进行，这样形成的晶体 毒力强。若发酵温度提高到37℃以上，虽然菌体生长繁殖较快， 最终含菌数也较高，但生物毒力较低，直接影响产品的质量。
3）温度还可能影响生物合成的方向
例如： 四环素发酵中金色链霉菌同时能产生金霉素。在低于30℃下， 该菌合成金霉素能力较强；温度提高，合成四环素的比例提高； 在温度达到35℃时，则只产生四环素，金霉素的合成停止
发酵过程泡沫控制的方法
• 物理消沫法 • • 化学消沫法
消泡剂选择的原则：
① 对发酵过程无毒，对人、畜无害，不影响生物合成。
② 消泡作用迅速，效果高和持久性能好。
③ 能耐高压蒸汽灭菌而不变性，在灭菌温度下对设备无腐蚀 性或不形成腐蚀性产物。 ④ 不影响以后的提炼过程。 ⑤ 不干扰分析系统，如溶解氧、pH测定仪的探头。
• 第一阶段：发酵原料的预处理
• 第二阶段：发酵过程的准备
• 第三阶段：发酵过程
• 第四阶段：产品的分离与纯化
培养基灭菌及发酵设备概述(PPT 92页)
26
121℃某些细菌芽孢的值
细菌芽孢名称
枯草芽孢杆菌FS5230 硬脂嗜热芽孢杆菌FS1518 硬脂嗜热芽孢杆菌FS617 产气梭状芽孢杆菌PA3679
值 min-1
3.8-2.6 0.77 2.9 1.8
残 存 106 活 105 细 104 胞 103 数 102
10
D = 10 min D
0 10 20 30 40 50 60 加热时间 (min)
残存活细胞曲线
18
例：
含有某种细菌的悬液，含菌数为105/ml,在100℃（212°F）的 水浴温度中，活菌数降低到104/ml时所需的时间为10min,则该 菌的D值即为10min。
16
2）热力致死时间 (Thermal Death Time; TDT)
—— 在特定条件、特定温度下，杀死某种微生物 所需的最短时间。
e.g 伤寒杆菌58℃ 30min 变形杆菌55℃ 60min
17
3）D值
------利用一定温度进行加热, 90%的活菌被杀死时所 需的时间(min)即为D值。又称1/10衰减时间。
C — 对热不稳定物质的浓度, (mol/L); ′— 分解速率常数 （s－1）； — 分解反应时间 （s）
′随反应物质种类和温度不同 在化学反应中，其他条件不变，′和温度的关系也可用阿 仑尼乌斯方程表示：
33
′= A′ e
－—E′ RT
A ′— 比例常数； E′ — 分解活化能，(E′) （×4.18 J/mol）; T — 绝对温度，(K) R — 气体常数，[1.978×4.18 J/(mol·K)] e — 2.71 (exp)
09116发酵工程教学大纲
09116发酵工程教学大纲《发酵工程》课程（09116）教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：发酵工程课程代码：09116学分与学时：4学分，76学时（理论课2.5学分，52学时；实验课1.5学分，24学时）课程性质：专业必修授课对象：生物工程二、课程教学目标与任务《发酵工程》是生物工程专业的一门专业必修课，发酵工程是生物技术的基础和重要组成部分，是生物技术产业化的重要环节，是工业生物技术的核心。
发酵工程是利用微生物的特定性状和技能，通过现代化工程技术，生产有用物质或直接应用于工业化生产的一种技术体系。
通过本课程的学习，使学时掌握微生物产品生产的基本理论，能进行发酵的工艺设计和解决产品生产过程中出现的主要问题，并为从事生物新产品和工艺的研究与开发打好应用的理论基础。
三、学时分配课程内容与学时分配表四、课程教学内容与基本要求发酵过程一般包括培养基制备、无菌空气供应、菌种及种子扩大培养、发酵过程及控制、发酵产品下游加工过程和发酵过程废弃物处理等几大部分。
基于《生物工程设备》、《发酵工程》、《生物分离工程》三个组成部分集体分工和侧重点不同，《发酵工程》部分着重阐明、并要求学生熟练掌握培养基制备、无菌空气工艺、菌种及种子扩大培养、发酵过程及控制、染菌和防治等几个单元操作的基本原理和方法，对于其它部分将在后续的课程中深入讲解。
发酵过程是一门综合性很强的课程，涉及到化工原理、生物化学、微生物学、物理化学等多个学科，基础理论性和实践性均很强，要求基础理论和生产实践密切结合。
因此，该课程需啊哟在理论教学的同时，配合生产见习和实验的实践环节，要求学生建立实际生产的概念，在参观实习和实验实践中巩固本课程的教学效果，培养分析问题和解决问题的能力。
学生通过该课程的学习将会缩短理论与生产实践的距离，建立用理论知识分析和解决生产实际问题的概念和能力，动手能力也将有所提高。
第一章发酵工程概论教学目的：从总体上让学生对发酵工程有个整体的认识。
发酵工程教案(打印)
发酵工程教案(打印)第一章：发酵工程的概述1.1 发酵工程的定义发酵工程的概念发酵工程的组成1.2 发酵工程的应用领域食品工业制药工业生物化工1.3 发酵工程的发展历程传统发酵技术现代发酵工程技术第二章：发酵过程的微生物学基础2.1 发酵微生物的分类与特性细菌真菌放线菌2.2 发酵微生物的培养与筛选培养基的选择与制备微生物的分离与纯化2.3 发酵微生物的代谢调控微生物的生长曲线微生物的代谢途径第三章：发酵设备的类型与选择3.1 发酵设备的类型大型发酵罐生物反应器膜分离设备3.2 发酵设备的选择原则生产规模产品特性经济效益3.3 发酵设备的运行与维护设备的启动与停止设备的清洗与消毒设备的故障处理第四章：发酵过程的控制与管理4.1 发酵过程的控制参数温度pH值溶氧量营养物质4.2 发酵过程的控制技术自动控制系统反馈控制系统计算机控制系统4.3 发酵过程的管理与优化生产计划的制定发酵条件的优化生产过程的质量控制第五章：发酵工程的案例分析5.1 乳酸菌发酵工程案例酸奶的生产泡菜的制作5.2 酵母菌发酵工程案例啤酒的生产葡萄酒的制作5.3 放线菌发酵工程案例抗生素的生产维生素的生产第六章：发酵工程的安全与环保6.1 发酵工程的安全问题微生物的危害生物安全措施发酵罐的安全操作6.2 发酵过程中的污染控制污染的来源污染的检测与控制清洁生产技术6.3 发酵工程的环保问题废水处理废气处理固体废弃物处理第七章：发酵工程的产业化应用7.1 发酵工程在食品工业的应用面包酵母的生产乳酸菌的产业化7.2 发酵工程在制药工业的应用抗生素的产业化维生素的产业化7.3 发酵工程在其他领域的应用生物燃料的生产生物材料的产业化第八章：发酵工程的研发与创新8.1 发酵工程的新技术发展重组DNA技术基因工程技术合成生物学技术8.2 发酵工程的新设备开发高通量筛选设备生物反应器的设计自动化控制系统8.3 发酵工程的产业化挑战与机遇产业化过程中的问题产业化发展的趋势产业化政策的分析第九章：发酵工程的实例分析与评价9.1 发酵工程案例分析某乳酸菌产品的生产某抗生素的生产9.2 发酵工程项目的评价技术与经济评价环境与社会影响评价风险评价9.3 发酵工程的发展前景与建议行业发展趋势技术创新方向政策与支持措施第十章：发酵工程的实验操作10.1 发酵实验的基本操作菌种的制备与保藏发酵液的制备发酵过程的监控10.2 发酵实验的设计与优化实验设计方法发酵条件的优化实验结果的分析10.3 发酵实验的操作技能培养实验操作的安全规范实验设备的操作与维护实验数据的准确记录与处理重点和难点解析重点环节一：发酵微生物的分类与特性重点掌握不同类型发酵微生物的分类、特点及应用领域。
发酵工程制药技术 发酵培养基与灭菌技术
➢ 实验室一般为蔗糖、葡萄糖。 ➢ 工业用碳源为淀粉水解液、糖蜜、干薯粉、甲醇、乙醇材料
氮源
➢ 速性氮源：实验室常用的牛肉膏、蛋白胨、酵母膏等 ➢ 迟速性氮源：生产用玉米浆、豆饼、葵花饼、花生饼等
无机盐
➢ 在配制培养基时，首选加入磷酸氢二钾和硫酸镁或氯化钠，基本时可以同时提供4种（P、S、 K、Mg）需要量最大的元素
一定的时间
连续灭菌
Part3 发酵培养基与灭菌技术 二、无菌空气
1、无菌空气的制备
生化制药工艺
项目二 发酵工程制药
目录
CONTENTS
01 发酵工程制药和微生物药物概述 02 制药微生物菌种选育与保藏 03 发酵培养基与灭菌技术 04 发酵工艺条件的确定
03 项目二 发酵工程制药
发酵培养培养基 1、培养基的组成（复习微生物应用技术课程内容）
生长因子 水 前体物质
➢ 某些化合物加入到发酵培养基中，能直接被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
Part3 发酵培养基与灭菌技术
一、发酵工程制药培养基 2、培养基的灭菌
批次灭菌
➢ 实罐灭菌 三路进汽：直接蒸汽从通风、取样和出料口进入罐内直接加热，直到所规定的温度，并维持
发酵工程教案(打印
发酵工程教案（打印）第一章：发酵工程的概述1.1 发酵的定义和意义1.2 发酵工程的起源和发展1.3 发酵工程的研究内容和应用领域第二章：发酵过程的基本原理2.1 微生物的生长与代谢2.2 发酵条件的控制2.3 发酵过程中的物质变化第三章：发酵设备及其设计3.1 发酵罐的设计与选择3.2 发酵过程的自动化控制3.3 发酵设备的清洗与消毒第四章：发酵条件的优化与控制4.1 发酵条件的优化方法4.2 发酵过程的监控与控制4.3 发酵过程中的问题与解决方法第五章：发酵工程的应用实例5.1 微生物肥料的生产与应用5.2 生物农药的发酵生产5.3 食品工业中的发酵应用第六章：发酵工程在药品生产中的应用6.1 抗生素的发酵生产6.2 维生素的发酵生产6.3 重组蛋白的发酵生产第七章：生物化工领域的发酵工程7.1 氨基酸的发酵生产7.2 有机酸的发酵生产7.3 生物酶的发酵生产第八章：发酵工程在环保领域的应用8.1 生物滤池技术8.2 生物脱硫技术8.3 生物降解技术第九章：发酵工程的产业化与发展9.1 发酵工程的产业化流程9.2 发酵工程的技术创新与挑战9.3 我国发酵工程产业的发展现状与趋势第十章：发酵工程的可持续发展10.1 发酵工程与资源利用10.2 发酵工程与环境保护10.3 发酵工程的循环经济模式第十一章：发酵工程在生物制药中的应用11.1 重组蛋白药物的发酵生产11.2 疫苗的发酵生产11.3 基因治疗的发酵工程应用第十二章：发酵工程技术在农业中的应用12.1 微生物肥料的发酵生产12.2 生物农药的发酵生产12.3 动物疫苗和生物兽药的发酵生产第十三章：发酵工程在生物能源中的应用13.1 燃料酒精的发酵生产13.2 生物柴油的发酵生产13.3 生物气体的发酵生产第十四章：发酵工程在生物材料中的应用14.1 发酵生产生物塑料14.2 发酵生产生物纤维14.3 发酵生产生物复合材料第十五章：发酵工程的案例分析与实践操作15.1 发酵工程案例分析15.2 发酵工程的实践操作技巧15.3 发酵工程的实验设计与数据分析重点和难点解析本文教案涵盖了发酵工程的概述、基本原理、设备设计、条件优化与控制、应用实例、药品生产、生物化工、环保领域应用、产业化发展、技术创新、可持续发展以及案例分析和实践操作等多个方面。
灭菌及无菌空气的制备
温度 （℃）
120 115 110 100
孢子数 （个/mL) pH6.1
10000
8
10000
25
10000
70
10000
740
灭菌时间（min）
pH5.3
pH5.0
pH4.7
7
5
3
25
12
13
65
35
30
720
180
150
pH4.5
3 13 24 150
影响灭菌效果的因素
升温
4、冷却保压：把培养基降低到接种的温度
分批灭菌过程包括：升温、保温和冷 却等三个阶段。各阶段对灭菌的贡献： 20%、75%、5%。应当避免长时间的 升温加热阶段，因为加热时间过长， 不仅破坏营养物质，而且也有可能引 起培养液中某些有害物质的生成，从 而影响培养过程的顺利进行。
0
80 120 160
分批灭菌的时间计算
若不计升温阶段所杀灭的菌数，把培养基中所有的菌均看成在保 温阶段被杀死，可粗略计算灭菌所需时间。
例：发酵罐内装40m3培养基，在温度121℃下进行实罐灭菌。原 污染程度为每毫升2×105感染耐热细菌芽孢， 121℃时灭菌速率常数 为-1，求灭菌失败概率为时所需要的灭菌时间。
解：N0=40 ×106 × 2×105（个） Nt（个）
连续灭菌时间的计算：
连续灭菌的时间的计算，含菌数应改为每毫升培养基的含菌数。
例：发酵罐内装40m3培养基，在温度131℃下进行连续灭菌。 原污染程度为每毫升2×105感染耐热细菌芽孢， 131℃时灭菌速 率常数为15min-1，求所需要的灭菌时间。
解：c0= 2×105（个/ml） ct=1 /40 ×106 ×103 =2.5 ×10-11 （个/ml） k=15min-1
《发酵工程实验》教案：发酵培养基的制备和实罐灭菌
一、教案基本信息教案名称：《发酵工程实验》教案：发酵培养基的制备和实罐灭菌课时安排：2课时教学目标：1. 了解发酵培养基的制备方法和步骤。
2. 学会进行实罐灭菌的技巧和注意事项。
3. 掌握发酵培养基制备和实罐灭菌的操作技能。
教学重点：1. 发酵培养基的制备方法和步骤。
2. 实罐灭菌的技巧和注意事项。
教学难点：1. 发酵培养基的制备方法和步骤。
2. 实罐灭菌的技巧和注意事项。
二、教学准备1. 实验室设备：发酵罐、灭菌器、天平、量筒、玻璃棒等。
2. 实验材料：玉米粉、酵母、硫酸、氢氧化钠等。
3. 实验试剂：无菌水、酒精、甘油等。
三、教学过程Step 1：引入新课通过介绍发酵工程的概念和应用，引导学生了解发酵培养基的制备和实罐灭菌的重要性。
Step 2：讲解发酵培养基的制备方法和步骤1. 讲解玉米粉的配制方法和注意事项。
2. 讲解酵母的活化方法和步骤。
3. 讲解硫酸和氢氧化钠的添加方法和注意事项。
4. 讲解发酵培养基的灭菌方法和步骤。
Step 3：讲解实罐灭菌的技巧和注意事项1. 讲解实罐的清洗和消毒方法。
2. 讲解灭菌器的使用方法和注意事项。
3. 讲解实罐灭菌过程中的安全操作注意事项。
Step 4：学生实验操作1. 学生分组，每组准备一份发酵培养基。
2. 学生在老师的指导下，按照讲解的方法和步骤进行发酵培养基的制备。
3. 学生在老师的指导下，进行实罐灭菌操作。
Step 5：实验结果分析1. 学生观察实验结果，分析发酵培养基的制备和实罐灭菌的效果。
2. 学生汇报实验结果，进行交流和讨论。
四、课后作业1. 复习发酵培养基的制备方法和步骤。
2. 复习实罐灭菌的技巧和注意事项。
3. 思考发酵培养基制备和实罐灭菌在发酵工程中的应用。
五、教学反思通过本节课的教学，学生应掌握发酵培养基的制备方法和步骤，以及实罐灭菌的技巧和注意事项。
在实验操作过程中，教师应注重学生的安全操作，及时引导学生纠正错误操作。
在实验结果分析环节，教师应引导学生积极思考和交流，提高学生的实验操作技能和理论知识水平。
《发酵培养基灭菌》课件
THANKS
感谢观看
干热灭菌法
总结词
通过干热对培养基进行灭菌的方法，适用于耐高温的培养基。
详细描述
干热灭菌法是将培养基置于高温环境中，通过干热空气或红外线等加热方式，杀死其中 的微生物。该方法适用于耐高温的培养基，如某些高蛋白或高糖的培养基。
注意事项
在使用干热灭菌法时，需注意温度和时间的控制，以及培养基的特性，以避免对培养基 造成不必要的损失。
灭菌效果的影响因素
温度
高温可以杀死大部分微生物， 但过高的温度可能导致培养基
成分的破坏。
时间
灭菌时间的长短对灭菌效果有 直接影响，时间过短可能无法 彻底杀死微生物。
压力
高压可以增加培养基中微生物 细胞壁的压力，导致细胞壁破 裂，微生物死亡。
湿度
湿度对灭菌效果也有影响，湿 度过高可能导致培养基发霉变
《发酵培养基灭菌》PPT课件
目录
• 发酵培养基灭菌概述 • 发酵培养基的组成与特性 • 发酵培养基灭菌的方法与技术 • 发酵培养基灭菌的效果评估与质量控制 • 发酵培养基灭菌的实际应用与案例分析
01
发酵培养基灭菌概述
Chapter
灭菌的定义与重要性
灭菌定义
灭菌是指通过物理或化学手段消除或杀灭物体中所有微生物的过程，包括芽孢 和孢子。
重要性
发酵培养基是微生物生长繁殖的介质，如果不进行灭菌，其中的微生物会大量 繁殖，导致发酵失败或产品质量下降。因此，灭菌是发酵工业中必不可少的环 节。
灭菌的原理与技术
将培养基加热至高温，杀死其中 的微生物。
使用杀菌剂或防腐剂杀死或抑制 微生物的生长。
灭菌原理 高温灭菌
紫外线灭菌 化学药剂灭菌
通过破坏微生物的细胞壁、细胞 膜、细胞核等结构，使其失去活 性或死亡。
《发酵工程实验》教案：发酵培养基的制备和实罐灭菌
一、教案基本信息教案名称：《发酵工程实验》教案：发酵培养基的制备和实罐灭菌学科领域：生物工程、生物技术适用年级：大学本科生物技术专业课时安排：2学时教学目标：1. 了解发酵培养基的作用和组成；2. 学会制备发酵培养基的方法；3. 掌握实罐灭菌的操作步骤和注意事项。
教学重点：1. 发酵培养基的组成及制备方法；2. 实罐灭菌的操作步骤和注意事项。
教学难点：1. 发酵培养基的配比计算；2. 实罐灭菌的细节操作。
二、教学方法实验教学法、演示教学法、小组讨论法。
三、教学准备1. 实验室设备：发酵罐、灭菌锅、天平、量筒、玻璃棒等；2. 实验材料：牛肉膏、酵母提取物、葡萄糖、琼脂等；3. 实验试剂：无菌水、高压蒸汽；4. 教学课件。
四、教学内容1. 发酵培养基的作用和组成讲解发酵培养基的概念、作用以及常见的组成成分。
2. 发酵培养基的制备（1）讲解制备方法：牛肉膏蛋白胨培养基的制备过程；（2）分组讨论制备过程中的注意事项；（3）学生动手操作，教师巡回指导。
3. 实罐灭菌（1）讲解实罐灭菌的方法：高压蒸汽灭菌；（2）演示实罐灭菌的操作步骤；（3）学生分组实践，教师巡回指导。
4. 实验结果分析（1）观察并分析灭菌后的培养基是否符合要求；（2）分析实验过程中可能出现的问题及解决方法。
五、教学评价1. 学生操作技能：观察学生在制备发酵培养基和实罐灭菌过程中的操作是否规范；2. 学生理解能力：提问学生关于发酵培养基制备和实罐灭菌的相关问题，评估学生的理解程度；3. 实验报告：评估学生在实验报告中对发酵培养基制备和实罐灭菌过程的描述及结果分析。
六、教学过程1. 引入新课：通过回顾上节课的内容，引出本节课的主题——发酵培养基的制备和实罐灭菌。
2. 讲解与演示：教师讲解发酵培养基的作用和组成，演示发酵培养基的制备过程和实罐灭菌的操作步骤。
3. 学生实践：学生分组进行发酵培养基的制备和实罐灭菌的实验操作，教师巡回指导。
4. 实验结果分析：学生观察并分析灭菌后的培养基是否符合要求，讨论实验过程中可能出现的问题及解决方法。
《发酵工程实验》教案：发酵培养基的制备和实罐灭菌
一、教案基本信息教案名称：《发酵工程实验》教案：发酵培养基的制备和实罐灭菌学科领域：生物工程、生物技术适用年级：大学本科生物工程专业课时安排：2课时（90分钟）教学目标：1. 了解发酵培养基的作用和种类；2. 学会发酵培养基的制备方法；3. 掌握实罐灭菌的操作步骤和注意事项；4. 培养学生的实验操作能力和团队协作精神。
教学重点：1. 发酵培养基的制备方法；2. 实罐灭菌的操作步骤。
教学难点：1. 发酵培养基的配制过程中的注意事项；2. 实罐灭菌的原理和操作技巧。
二、教学准备实验材料：1. 牛肉膏、酵母提取物、葡萄糖等发酵培养基原料；2. 实验用具：烧杯、玻璃棒、量筒、电子天平等；3. 实罐灭菌设备：高压蒸汽灭菌锅、培养基灌装机等。
实验场地：生物实验室三、教学过程1. 导入（5分钟）教师简要介绍发酵培养基的作用和种类，引出本节课的主要内容：发酵培养基的制备和实罐灭菌。
2. 发酵培养基的制备（15分钟）教师讲解发酵培养基的制备方法，包括牛肉膏、酵母提取物、葡萄糖等原料的配比和溶解过程。
学生分组进行实验操作，制备发酵培养基。
3. 发酵培养基的灭菌（15分钟）四、课后作业1. 复习本节课的实验操作步骤和注意事项；2. 查阅资料，了解发酵培养基的其他制备方法和实罐灭菌的原理；3. 结合实验结果，分析发酵培养基制备和灭菌过程中可能出现的问题及解决方法。
五、教学评价1. 学生实验操作的规范性和准确性；2. 学生对发酵培养基制备和实罐灭菌原理的理解程度；3. 学生课后作业的完成质量和深度。
六、实验操作注意事项1. 发酵培养基制备过程中，应注意称量准确，溶解充分，避免原料残留；2. 实罐灭菌时，应保证高压蒸汽灭菌锅的温度和时间达到灭菌要求，确保培养基无菌；3. 实验操作过程中，要严格遵守实验室安全规范，佩戴好实验防护用品；4. 培养基灭菌后，应等待冷却至适宜温度后再进行接种，以免温度过高杀死菌种；5. 实验过程中，要确保实验用具的清洁和消毒，防止交叉污染。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第五章培养基及设备的灭菌第一节培养基灭菌的目的、要求和方法一、定义1，培养基灭菌的定义是指从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及其孢子，或从中将其除去。
工业规模的液体培养基灭菌，杀灭杂菌比除去杂菌更为常用。
2，灭菌与消毒的区别灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿内外的病源微生物。
二、培养基灭菌的目的1，在发酵过程中夹杂其它杂菌造成的后果生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生产菌生长得更快，结果使发酵罐中以杂菌为主；杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难；杂菌会降解目的产物；杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品；发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象。
2，工业上具体措施包括（1）使用的培养基和设备须经灭菌；（2）好氧培养中使用的空气应经除菌处理；（3）设备应严密，发酵罐维持正压环境；（4）培养过程中加入的物料应经过灭菌；（5）使用无污染的纯粹种子。
3，培养基灭菌的目的杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的条件。
4，培养基灭菌的要求（1）达到要求的无菌程度（10-3）（2）尽量减少营养成分的破坏，在灭菌过程中，培养基组分的破坏，是由两个基本类型的反应引起的：培养基中不同营养成分间的相互作用；对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的分解。
5，灭菌的方法（1）化学法化学药品灭菌法（2）物理法干热灭菌法湿热灭菌法 射线灭菌法 6，湿热灭菌的原理每一种微生物都有一定的最适生长温度范围。
当微生物处于最低温度以下时，代谢作用几乎停止而处于休眠状态。
当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原生质胶体和酶起了不可逆的凝固变性，使微生物在很短时间内死亡，加热灭菌即是根据微生物这一特性而进行的。
7，湿热灭菌中的相关定义杀死微生物的极限温度称为致死温度。
在致死温度下，杀死全部微生物所需的时间称为致死时间；在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。
微生物的热阻：是指微生物在某一特定条件（主要是温度和加热方式）下的致死时间。
相对热阻是指某一微生物在某条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。
各种微生物对湿热的相对热阻 微生物 相对热阻 营养细胞和酵母 细菌芽孢 霉菌孢子 病毒和噬菌体1.0 3×106 2~10 1~58，湿热灭菌的优点蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒；蒸汽有强的穿透力，灭菌易于彻底； 蒸汽有很大的潜热；操作方便，易管理。
2 湿热灭菌的理论基础一，培养基湿热灭菌需解决的工程问题1，将培养基中的杂菌总数N 0 杀灭到可以接受的总数N （10-3）， 需要多高的温度、多长的时间为合理。
菌温度和时间的确定取决于： （1）杂菌孢子的热灭死动力学 （2）反应器的形式和操作方式（3）培养基中有效成分受热破坏的可接受范围二、微生物的热死灭动力学方程实验证明，微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的一级反应动力学，即： N ：任一时刻的活细菌浓度（个/L ）()1Nk dt dN ⋅=-t ：时间（min ）K ：比热死速率常数（min -1）取边界条件t 0=0，N=N 0，对（1）积分得或实验还证明，细菌孢子的热杀灭动力学与营养细胞的有所不同。
它表现为非对数的死亡动力学。
这可能与孢子壁的化学成分及结构有关。
但当温度超过120˚C 时，热阻极强的嗜热脂肪芽孢杆菌孢子的热杀灭动力学也接近对数死亡动力学即符合一级反应规律。
三、温度对K 的影响微生物的热死灭动力学接近一级反应动力学，它的比热死灭速率常数K 与灭菌温度T 的关系可用阿累尼乌斯方程表征A ：频率因子（min -1） ΔE ：活化能（J/mol ）R ：通用气体常数[J/（mol.k ）] 从方程（4）可以看出：（1）活化能ΔE 的大小对K 值有重大影响。
其它条件相同时，ΔE 越高，K 越低，热死速率越慢。
（2）不同菌的孢子的热死灭反应ΔE 可能各不相同。
对方程（4）两边取对数，得方程（5）()2ln 0t K N N ⋅-=()30Kte N N -⋅=()4/RTE e A K ∆-⋅=()5ln ln AK RT E +-=∆K 是ΔE 和T 的函数，K 的对T 的变化率与有关，对方程（5）两边对T 取导数，得方程（6）。
由方程（6）可得出结论：反应的ΔE 越高，lnK 对T 的变化率越大，即T 的变化对K 的影响越大试验表明，细菌孢子热死灭反应的ΔE 很高，而某些有效成分热破坏反应的ΔE 较低（见下表）。
将温度提高到一定程度，会加速细菌孢子的死灭速度，缩短灭菌时间，由于有效成分的ΔE 很低，温度的提高只能稍微增大其破坏速度，但由于灭菌时间的显著缩短，有效成分的破坏反而减少。
受热物质 ΔE （J/mol ） 维生素B 12 维生素B 1盐酸盐 嗜热脂肪芽孢杆菌孢子 肉毒梭菌孢子 枯草杆菌孢子96232 92048 283257 343088 317984如嗜热脂肪芽孢杆菌孢子的ΔE BS =67000× 4.184（J/mol ），维生素B 1的ΔE VB =22000× 4.184 （J/mol ），将灭菌温度从105˚C 提高到127˚C ，K VB 从0.02（min -1）提高到0.06（min -1），K BS 从0.12（min -1）提高到40.0（min -1）。
嗜热脂肪芽孢杆菌孢子和维生素B 1的lnK-1/T 图嗜热脂肪芽孢杆菌孢子死灭程度为N/N 0=10-16时，灭菌温度对维生素B 1破坏的影响()62ln T R E dTK d ⋅∆=灭菌温度（˚C ） 达到灭菌程度的时间（min ） 维生素B 1的损失（%） 100 110 120 130 140 150 843 75 7.6 0.851 0.107 0.01599.99 89 27 10 3 1第三节培养基灭菌的工程设计一、无菌的标准根据微生物热死灭方程，要求灭菌后达到绝对无菌是很难做到的，也是不必要的。
因此在工程设计中常取N=10-3。
二、分批灭菌1，分批灭菌的设计在发酵罐中进行实罐灭菌，是典型的分批灭菌。
全过程包括升温、保温、降温三个过程。
()7Nk dt dN ⋅=-孢子热死亡的规律符合积分得（8）()8ln 0tK N N ⋅=在分批灭菌过程中 ()()9ln ln ln lnln221022100N N N N N N N N N N NN NN ++=⨯⨯=因为升温、冷却阶段T 是时间t 的函数，K 不是常数，所以：()10ln100/⎰∆-=t RT E N N dte A())11(ln1221t t K h N N -=()12ln322/dte A t t RT E NN ⎰∆-=式中K h 是保温阶段的孢子比热死亡速度常数分批灭菌中几种换热方式的温度-时间变化关系T ：介质温度（K ）；T 0：介质初温（K ）；t ：时间（min ）；h ：蒸汽相对于介质的热焓（kJ/kg ）；s ：蒸汽的重量流率（kg/min ）；M ：介质重量(kg)；C p ：介质比热[kJ/(kg.K)]； T H ：热源温度(K)；U ：总传热系数[kJ/（m 2.min.K ）]；q ：传热速率（kJ/min ）；C’p ：冷却剂比热；W ：冷却剂流率；T CO ：冷却剂温度 2，计算举例（自学）参见：《微生物工程工艺原理》P226、伦世仪主编《生化工程》P13。
3，保证间歇灭菌成功的要素（1）内部结构合理(主要是无死角)，焊缝及轴封装置可靠，蛇管无穿孔现象 （2）压力稳定的蒸汽 （3）合理的操作方法。
4，培养基间歇灭菌过程中应注意的问题 （1）温度和压力的关系（2）泡沫问题（3）投料过程中，麸皮和豆饼粉等固形物在罐壁上残留的问题 （4）灭菌结束后应立即引入无菌空气保压发酵罐的接管图三、连续灭菌的设计1，连续灭菌的流程2，（1）喷射加热连续灭菌喷射加热连续灭菌流程典型的喷射加热连续灭菌时的温度和时间曲线图（2）薄板换热器连续灭菌薄板换热器连续灭菌流程薄板换热器连续灭菌时的温度和时间曲线图（3）喷淋冷却连续灭菌喷淋冷却连续灭菌流程2，连续灭菌设计及计算举例（自学）参见：《微生物工程工艺原理》P228，伦世仪主编《生化工程》P22。
3，连续灭菌设备的结构及计算（1）设备结构：套管式连消塔喷嘴式连消塔连消器喷射加热器薄板换热器维持罐（2）连消塔计算（自学）参见《发酵工程与设备》P53四、连续灭菌与间歇灭菌的比较1，连续灭菌的优缺点优点–保留较多的营养质量–容易放大–较易自动控制；–糖受蒸汽的影响较少；–缩短灭菌周期；–在某些情况下，可使发酵罐的腐蚀减少；–发酵罐利用率高；–蒸汽负荷均匀。
缺点–设备比较复杂，投资较大。
2，分批灭菌的优缺点优点–设备投资较少–染菌的危险性较小–人工操作较方便–对培养基中固体物质含量较多时更为适宜缺点–灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，一般只限于中小型发酵装置。
五、影响灭菌的因素（1）培养基成分对灭菌的影响油脂，糖类及一定浓度的蛋白质可增加微生物的耐热性，另一些物质，如高浓度的盐类，色素等可削弱其耐热性。
（2）培养基的物理状态对灭菌的影响（3）培养基中微生物数量对灭菌的影响（4）培养基中氢离子浓度对灭菌的影响培养基中氢离子浓度直接影响灭菌的效果。
培养基的酸碱度越大，所需杀灭微生物的温度越低。
（5）微生物细胞中水分对灭菌的影响细胞含水越多，蛋白质变性的温度越底（6）微生物细胞菌龄对灭菌的影响老细胞水分含量低、低龄细胞水分含量高（7）空气排除情况对灭菌的影响（8）搅拌对灭菌的影响（9）泡沫对灭菌的影响六、发酵罐的灭菌培养基的灭菌如果是采用连续灭菌法。
则发酵罐应在加入灭菌的培养基前先行单独灭菌。
通常是用蒸汽加热发酵罐的夹套或设管并从空气分布管中通入蒸汽，充满整个容器后，再从徘气管中缓缓排出。
容器内的蒸汽压力保持1公斤，20分钟。
在保温结束后，关键是随即通入无菌空气，使容器保持正压，防止形成真空而吸入带菌的空气。
七、补料液的灭菌在发酵过程中，往往要向发酵罐中补入各种不同的料液。
这些料液都必需经过灭菌。
灭菌的方法则视料液的性质、体积和补料速率而定。
如果补料量较大，而具有连续性时，则采用连续灭菌较为合适。
也有利用过滤法对另补料液进行除菌。
补料液的分批灭菌，通常是向盛有物料的容器中直接通入蒸汽。
所有的附属设备和管道都要经过灭菌。