发酵工艺--实验

微生物工程工艺原理实验大型综合实验

实验题目：小型发酵罐的使用、微生物发酵过程及其条件控制

一、实验目的

1 了解小型发酵罐的基本结构。

2 掌握发酵罐的使用及其大规模培养微生物的方法。

3 掌握工业种子培养基、发酵培养制备过程

4 巩固2种培养基的作用与要求。

5 巩固微生物发酵生产目的产物的工艺流程与基本操作。

二、实验原理

种子培养基是用于使孢子萌发，菌体生长繁殖的培养基。培养基营养要求速效C源，如葡萄糖；速效N源，铵盐、尿素、玉米浆、酵母膏、蛋白胨等，培养基应即应使孢子萌发与菌丝迅速生长，具有强的生活力，也应注意培养基的原料廉价。最后一级培养基的成分应接近于发酵培养基，培养的种子在接种至生产罐后可缩短新条件下的适应期。

生物反应器是生物技术开发中的关键性设备，一个微生物技术产品从实验室到工业生产的开发过程中，需要逐级放大培养（依次进行小试，中试，生产），使得大型发酵罐的性能与小型发酵罐接近，以使大型发酵罐的生产效率与小型发酵罐的相似。因为在不同大小的发酵罐中进行的生物反应过程虽然是相同的，但在质量、热量和动量的传递上却会有明显的差别，从而导致生物速率的差别。再用压缩空气控干。反应器的系统组成分为蒸汽系统、温度系统、空气系统。

发酵培养基是生产上应用培养微生物、直接生产目的产物的培养基，要求培养基的原料应价格低廉、易得、性能稳定。便于采购运输，适合大规模储藏，能保证生产的需求。培养基能够满足产物最经济的合成。对微生物的生长繁殖和代谢无抑制作用的物质。微生物的代谢产物无有害物质。所选用的培养基应能满足总体工艺的要求。如不应该影响通气、提取、纯化及废物处理等；发酵后所形成的副产物尽可能的少。

生产上杂菌污染使生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降；杂菌会产生代谢产物，这就使产物的提取更加困难，造成得率降低，产品质量下降。有些杂菌会分解产物，使生产失败。杂菌大量繁殖后，会改变反应液的pH值，使反应异常；如果发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解，使生产失败。制作培养基的原材料与反应器各组成系统中都有大量微生物，生产前都必须通过高压蒸汽湿热灭菌，杀灭物料或设备中所有的有生命的有机体，包括微生物的营养体和芽孢的技术或工艺过程。

微生物的生长与代谢需要在适宜的条件下进行，发酵生产必须为微生物的生长与代谢产物的合成提供适宜的环境条件，发酵过程只有严格控制温度、pH、溶氧、剪切力、补料，以来控制泡沫、杂菌污染等才能获得预期的结果。

从发酵液中分离、精制有关产品的过程，称为发酵生产的下游加工过程。发酵液是含有细胞、代谢产物和剩余培养基等多组份的多相系统，粘度常很大，从中分离固体物质很困难；发酵产品在发酵液中浓度很低，且常常与代谢产物混合。营养物质等大量杂质共存于细胞内或细胞外，形成复杂的混合物；欲提取的产品通常不稳定，遇热、极端pＨ。有机溶剂会分解或失活；另外，由于发酵是分批操作，生物变异性

大，各批发酵液不尽相同，这就要求下游加工有一定弹性，特别是对染菌的批号也要能处理。发酵的最后产品纯度要求较高。从发酵液分离提取目的产物首先应经预处理除去杂蛋白、胶体物质等，大幅降低发酵液粘度，并需除去发酵液内的高价离子，为发酵液的固液分离与产物的提取创造条件。预处理后的发酵液通过离心或过滤进行固液分离。然后，根据目的产物的性质进行产物提取，若目的产物存在于液体中可通过层析、萃取、沉淀等方法分离目的产物，对存在于固体内的目的产物可通过溶剂浸提方法撮，若存在于细胞内则应先进行细胞破碎，再进行浸提。提取经干燥后可得目的产物的粗提物。

三、实验仪器设备

菌种：Act0988放线菌拮抗菌株

仪器设备省

四、实验内容

1、发酵种子的制备

2、发酵罐各种配件的安装

3、培养基的消毒处理

4、发酵培养基的制备

5、发酵工艺的调控

6、发酵液预处理及发酵产物的分离

7、目的产物检验

五、综合性实验报告

1 种子培养基的制备

1）种子培养基的成分

2）种子培养基的制备过程及培养

3）种子培养条件种子的观察

4）思考题：

种子培养要求与作用？

种子培养制备应注意的环节是什么？

2 发酵罐的组成部分及其功能

发酵罐的组成部分及其功能

思考题：安装发酵罐应注意的问题？

3 发酵罐灭菌的操作步骤及注意事项

发酵罐灭菌的操作步骤

思考题：如何兼顾培养基的灭菌效果与最大限度地减少营养成分的损失？

4 发酵罐发酵过程

接种方法及注意事项

发酵罐的操作记录:每隔8h的溶氧、pH值变化情况、泡沫情况，补料后的溶氧、pH值变化情况；思考题

5 发酵预处理

1）发酵预处理的过滤速率实验记录处理方法：，，，，，，，

表发酵液不同pH处理的过滤速率（加HCl）

pH值

过滤速率

mL/min

结果分析：

表发酵液不同pH处理的过滤速率（加草酸）

pH值

过滤速率

mL/min

结果分析：

2）发酵预处理的抑菌效果

抑菌试验方法，，，，

表发酵液不同pH处理过滤液的抑菌效果（加HCl）

pH值

抑菌圈直径（mm）1 2 3

平均抑菌圈

直径（mm）

结果分析：

表发酵液不同pH处理的过滤速率（加草酸）pH值

抑菌圈直径（mm）1 2 3

平均抑菌圈

直径（mm）

结果分析：，，，

6 目的物的提取

抑菌试验方法，，，，