发酵罐和灭菌方法课件
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2.3发酵罐及灭菌方法
第一节 物理消毒灭菌法
热力灭菌法 辐射杀菌法 滤过除菌法 超声波杀菌法 干燥与低温抑菌法
一. 热力灭菌法
干热灭菌法— 焚烧：废弃物、尸体 灼烧：接种环、试管口 干烤：玻璃器皿 红外线：医疗器械 湿热灭菌法（moist heat sterilization)— 巴氏消 毒法：61.6-62.8 ℃30min或71.7℃15-30s,主要用于 牛乳消毒。 煮沸法；流动蒸汽消毒法 间歇蒸汽消毒法； 高压蒸汽灭菌法
消毒剂的种类：酚类、醇类、重金
属盐类、氧化剂、表面活性剂、烷 化剂。
消毒剂的应用：病人排泄物与分泌
物、皮肤、粘膜、饮水、厕所、空 气、手。
第三节 影响消毒灭菌效果的因素
消毒剂的性质、浓度与作用时间 微生物的种类与数量 温度 酸碱度 有机物
发酵罐按容积分类
一般认为500L以下的是实验室发酵罐；
500-5000L是中试发酵罐；
5000L以上是生产规模的发酵罐。
现代发酵工程规模
低值工业品大型化
以规模来取胜 （几十数百吨）。如味精、氨基酸、 有机酸、抗生素、饲料、食品工业用 产品等；
高价值转基因产品小型化（几十数
百升）。基因工程大肠杆菌、酵母菌 高密度培养；动物细胞植物细胞培养；
二. 辐射杀菌法
紫外线 波长200-300nm的紫外线具有杀菌作用。 其主要作用于DNA，使一条DNA链上相 邻的两个胸腺嘧 啶共价结合形成二聚体， 导致细菌变异和死亡。 电离辐射 高速电子、X射线、γ射线 微波 波长1mm~1m
三. 滤过除菌法
赛氏滤器
玻璃滤器
薄膜滤器
四. 超声波杀菌法
发酵罐操作培训ppt课件
3
无菌意识
由于微生物个体小、分布广泛等特性，发酵染菌 的途径有很多，而且如果染菌的话，我们无法及时 做出判断，必须培养一段时间才能看出来，发现以 后的结果只能是倒罐，造成不小的损失，所以操作 之前必须具备无菌意识，每一步操作都按照操作规 程进行，抓住每一个细节，才能确保不会染菌。
4
安全意识
① 空气压力能达到0.25~0.3MPa； ② 蒸汽压力能达到0.25MPa，温度能达到139℃； ③ 设备用电； ④ 机械搅拌； ⑤ 酸碱腐蚀。
溶氧电极
• 利用饱和NaSO3溶液进行电极零点标定，电 压值在1300左右；
• 百分百标定。
16
电极标定操作流程：
• 用去离子水冲洗电极头和接地电极 清洗 • 用吸水纸吸干水以后放到对应的标准液中
• 将测量切换成标定，自动补偿切换成手动补偿 标定 • 点击相应的标定项目开始标定
• 电压值稳定以后结束标定项目，清洗电极头 数据保存 • 将自动切换成手动，标定切换成测量，点击保存
溶料 • 原料全部溶解，无杂质，无硬块
• 确保电极已经插上，出料一阀已经关闭
投料 • 考虑增容和种子液量，定容到发酵所需体积
19
第五步：实消 发酵罐实消是对发酵培养基进行彻底的灭菌处
理, 利用高温过饱和蒸汽的强穿透能力使各种细菌、 真菌蛋白质凝固而死亡。实消结束以后罐内是无菌 的环境，需通入无菌空气进行保压直到培养结束。
11
第二步：空消 空消主要目的是在进罐生产前对设备清洁和杀
灭其他微生物，防止因设备清洁不彻底或设备停用 时间过久，微生物滋生，从而对生产造成影响。
12
• 空消操作流程
• 从空气路、取样路和出料路进蒸汽
升温 • 排净罐内的冷空气后关小排气阀，节省蒸汽
无菌意识
由于微生物个体小、分布广泛等特性，发酵染菌 的途径有很多，而且如果染菌的话，我们无法及时 做出判断，必须培养一段时间才能看出来，发现以 后的结果只能是倒罐，造成不小的损失，所以操作 之前必须具备无菌意识，每一步操作都按照操作规 程进行，抓住每一个细节，才能确保不会染菌。
4
安全意识
① 空气压力能达到0.25~0.3MPa； ② 蒸汽压力能达到0.25MPa，温度能达到139℃； ③ 设备用电； ④ 机械搅拌； ⑤ 酸碱腐蚀。
溶氧电极
• 利用饱和NaSO3溶液进行电极零点标定，电 压值在1300左右；
• 百分百标定。
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电极标定操作流程：
• 用去离子水冲洗电极头和接地电极 清洗 • 用吸水纸吸干水以后放到对应的标准液中
• 将测量切换成标定，自动补偿切换成手动补偿 标定 • 点击相应的标定项目开始标定
• 电压值稳定以后结束标定项目，清洗电极头 数据保存 • 将自动切换成手动，标定切换成测量，点击保存
溶料 • 原料全部溶解，无杂质，无硬块
• 确保电极已经插上，出料一阀已经关闭
投料 • 考虑增容和种子液量，定容到发酵所需体积
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第五步：实消 发酵罐实消是对发酵培养基进行彻底的灭菌处
理, 利用高温过饱和蒸汽的强穿透能力使各种细菌、 真菌蛋白质凝固而死亡。实消结束以后罐内是无菌 的环境，需通入无菌空气进行保压直到培养结束。
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第二步：空消 空消主要目的是在进罐生产前对设备清洁和杀
灭其他微生物，防止因设备清洁不彻底或设备停用 时间过久，微生物滋生，从而对生产造成影响。
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• 空消操作流程
• 从空气路、取样路和出料路进蒸汽
升温 • 排净罐内的冷空气后关小排气阀，节省蒸汽
《发酵罐及灭菌方法》PPT课件
（airlift reactor) 内管型；外管型
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10
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11
发酵罐工艺操作条件
1．温度：25～40℃。 2．压力：0～1 kg／cm3(表压)。(2kg，0.05Kpa) 3．灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3 kg／cm3
(表压). 4．pH：2～11。 5．需氧量：0．05～0.3 kmo1／m3·h。 6．通气量：0.3～2 VVM。4 – 20 M3/h 7．功率消耗：0.5～4kW／m3。 8. 发酵热量：5 000～20 000 kcal／m3．h。
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38
5）高温对培养基成分的有害影 响及其防止
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39
消除高温有害影响的措施
（1）采用特殊加热灭菌法 （2）对易破坏的含糖培养基进行灭菌时，应先将糖液与
其他成分分别灭菌后再合并； （3）对含Ca2+或Fe3+的培养基与磷酸盐先作分别灭菌，
然后再混合，就不易形成磷酸盐沉淀； （4）对含有在高温下易破坏成分的培养基（如含糖组合
发酵培养基：使微生物积累代谢产物，既 要有利于生长繁殖，防止菌体过早衰老， 又要有利于产物的大量合成。
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29
2、培养基的灭菌
1）空罐灭菌 空罐灭菌也称空消。无论是种子罐、发酵罐、
还是尿素（或液氨）罐、消泡罐，当培养基 （或物料）尚未进罐前对罐进行预先灭菌，为 空罐灭菌。 为了杀死所有微生物特别是耐热的的芽孢，空 罐灭菌要求温度较高，灭菌时间较长，只有这 样才能杀死设备中各死角残存的杂菌或芽孢。
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发酵罐按容积分类
一般认为500L以下的是实验室发酵罐； 500-5000L是中试发酵罐； 5000L以上是生产规模的发酵罐。
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发酵罐工艺操作条件
1．温度：25～40℃。 2．压力：0～1 kg／cm3(表压)。(2kg，0.05Kpa) 3．灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3 kg／cm3
(表压). 4．pH：2～11。 5．需氧量：0．05～0.3 kmo1／m3·h。 6．通气量：0.3～2 VVM。4 – 20 M3/h 7．功率消耗：0.5～4kW／m3。 8. 发酵热量：5 000～20 000 kcal／m3．h。
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5）高温对培养基成分的有害影 响及其防止
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消除高温有害影响的措施
（1）采用特殊加热灭菌法 （2）对易破坏的含糖培养基进行灭菌时，应先将糖液与
其他成分分别灭菌后再合并； （3）对含Ca2+或Fe3+的培养基与磷酸盐先作分别灭菌，
然后再混合，就不易形成磷酸盐沉淀； （4）对含有在高温下易破坏成分的培养基（如含糖组合
发酵培养基：使微生物积累代谢产物，既 要有利于生长繁殖，防止菌体过早衰老， 又要有利于产物的大量合成。
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2、培养基的灭菌
1）空罐灭菌 空罐灭菌也称空消。无论是种子罐、发酵罐、
还是尿素（或液氨）罐、消泡罐，当培养基 （或物料）尚未进罐前对罐进行预先灭菌，为 空罐灭菌。 为了杀死所有微生物特别是耐热的的芽孢，空 罐灭菌要求温度较高，灭菌时间较长，只有这 样才能杀死设备中各死角残存的杂菌或芽孢。
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发酵罐按容积分类
一般认为500L以下的是实验室发酵罐； 500-5000L是中试发酵罐； 5000L以上是生产规模的发酵罐。
发酵罐的操作流程ppt课件
发酵罐的操作流程
.
1
发酵罐的操作规程
.
2
.
3
.
4
第一步、准备工作
1. 检查压力表是否为零，若不是则开对应的阀门调 零。
2. 检查阀门是否为关闭状态，若不是则顺时针旋转 关闭。
3. 检查蒸汽发生器上的压力表不得低于0.2MPa 。 4. 检查空压机的压力表不得低于0.2MPa。 5. 校正温度和pH电极：温度用沸水或冰水校正，
程进行，抓住每一个细节. ，才能确保不会染菌。 21
安全意识
•空气压力能达到0.25~0.3MPa； •蒸汽压力能达到0.25MPa，温度能达到139℃； •设备用电220V，注意用电安全； •机械搅拌，不可直接接触； •注意酸碱腐蚀。
•操作时带好防护手套！
.
22 22
2.开F16，泄压到发酵罐的压力至微正压。当温 度达到设定温度时，关F33，F32，关F16，关 F15，调节F11，至F15完全关掉，压力保持在 0.1MPa，微开F16，泄压到微正压，关F16。
.
15
F33
F16 F32
F15
.
16
第八步、接种
1.用酒精棉球擦洗双手和种子罐（由上到下）
2.在接种圈内滴加酒精并点燃，围在接种口处
功，在上罐之前，发酵人员必须具备以下两种意 识：
1. 无菌意识
2. 安全意识
.
20
无菌意识
由于微生物个体小、分布广泛等特性，发酵染 菌
的途径有很多，而且如果染菌的话，我们无法及 时
做出判断，必须培养一段时间才能看出来，发现 以
后的结果只能是倒罐，造成不小的损失，所以操 作
之前必须具备无菌意识，每一步操作都按照操作 规
.
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发酵罐的操作规程
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3
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4
第一步、准备工作
1. 检查压力表是否为零，若不是则开对应的阀门调 零。
2. 检查阀门是否为关闭状态，若不是则顺时针旋转 关闭。
3. 检查蒸汽发生器上的压力表不得低于0.2MPa 。 4. 检查空压机的压力表不得低于0.2MPa。 5. 校正温度和pH电极：温度用沸水或冰水校正，
程进行，抓住每一个细节. ，才能确保不会染菌。 21
安全意识
•空气压力能达到0.25~0.3MPa； •蒸汽压力能达到0.25MPa，温度能达到139℃； •设备用电220V，注意用电安全； •机械搅拌，不可直接接触； •注意酸碱腐蚀。
•操作时带好防护手套！
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2.开F16，泄压到发酵罐的压力至微正压。当温 度达到设定温度时，关F33，F32，关F16，关 F15，调节F11，至F15完全关掉，压力保持在 0.1MPa，微开F16，泄压到微正压，关F16。
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F33
F16 F32
F15
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第八步、接种
1.用酒精棉球擦洗双手和种子罐（由上到下）
2.在接种圈内滴加酒精并点燃，围在接种口处
功，在上罐之前，发酵人员必须具备以下两种意 识：
1. 无菌意识
2. 安全意识
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无菌意识
由于微生物个体小、分布广泛等特性，发酵染 菌
的途径有很多，而且如果染菌的话，我们无法及 时
做出判断，必须培养一段时间才能看出来，发现 以
后的结果只能是倒罐，造成不小的损失，所以操 作
之前必须具备无菌意识，每一步操作都按照操作 规
生物反应与设备—发酵罐的操作(生物制药设备课件)
在发酵过程中，通过调节控制通风量和 搅拌转速的方法达到对溶氧浓度的调控。
项目二 发酵罐操作技术
项目二 发酵罐操作技术
项目二 发酵罐操作技术
溶氧电极 （Do）
有原电池溶氧电极和极谱溶氧电极
原电池溶氧电极采用一对不同金 属材质制作的两个电极，将其浸没 在发酵液中，溶解氧得电子所产生 的电流强度与氧气的浓度成正比， 电信号经变送器输送，并在显示器 上显示出溶解氧浓度。
项目二 发酵罐操作技术
2.搅拌器 搅拌器安装在搅拌轴上，起着将空气分散成气泡并
与发酵液充分混合，提高溶氧速率的作用。
搅拌器的叶轮有多种形式，有涡轮式和螺旋桨式两种。 （1）涡轮式搅拌器
中央圆盘上设置 六个叶片，可分为平 叶式和弯叶式两种。
项目二 发酵罐操作技术
（2）螺旋桨式搅拌器 采用类似螺旋推进器的结构，在发酵罐内形成由下
机械搅拌 通风发酵罐 的主要部件有罐体、 搅拌器、挡板、空气 分布器、换热器、消 泡器、人孔、视镜等.
项目二 发酵罐操作技术
1.罐体 罐体是空心圆柱体上下两底焊接封头后所构成的容器。 圆柱体高径之比为1.7～3。
罐体一般采用卫级不锈钢，要求能耐受130℃的高 温和的绝对压力。
封头上设置有进料管、无菌呼吸口、接种管、人孔、 视镜、压力表和取样管等。罐侧壁上设计有各种检测仪器 接口以及换热器的进出口。无菌压缩空气从罐底部通入， 经空气分布管进入发酵液。
项目二 发酵罐操作技术 3.轴封
连接搅拌器的搅拌轴在电动机的驱动下转动，搅拌 轴与罐体间的缝隙通过轴封实现密闭。发酵罐上常采用端 面机械轴封。
端面机械轴封由动环和静环构成 动环由碳化钨钢制成， 静环由聚四氟乙烯制成
动环和静环具有导热性能好，摩擦系数小等特性。
项目二 发酵罐操作技术
项目二 发酵罐操作技术
项目二 发酵罐操作技术
溶氧电极 （Do）
有原电池溶氧电极和极谱溶氧电极
原电池溶氧电极采用一对不同金 属材质制作的两个电极，将其浸没 在发酵液中，溶解氧得电子所产生 的电流强度与氧气的浓度成正比， 电信号经变送器输送，并在显示器 上显示出溶解氧浓度。
项目二 发酵罐操作技术
2.搅拌器 搅拌器安装在搅拌轴上，起着将空气分散成气泡并
与发酵液充分混合，提高溶氧速率的作用。
搅拌器的叶轮有多种形式，有涡轮式和螺旋桨式两种。 （1）涡轮式搅拌器
中央圆盘上设置 六个叶片，可分为平 叶式和弯叶式两种。
项目二 发酵罐操作技术
（2）螺旋桨式搅拌器 采用类似螺旋推进器的结构，在发酵罐内形成由下
机械搅拌 通风发酵罐 的主要部件有罐体、 搅拌器、挡板、空气 分布器、换热器、消 泡器、人孔、视镜等.
项目二 发酵罐操作技术
1.罐体 罐体是空心圆柱体上下两底焊接封头后所构成的容器。 圆柱体高径之比为1.7～3。
罐体一般采用卫级不锈钢，要求能耐受130℃的高 温和的绝对压力。
封头上设置有进料管、无菌呼吸口、接种管、人孔、 视镜、压力表和取样管等。罐侧壁上设计有各种检测仪器 接口以及换热器的进出口。无菌压缩空气从罐底部通入， 经空气分布管进入发酵液。
项目二 发酵罐操作技术 3.轴封
连接搅拌器的搅拌轴在电动机的驱动下转动，搅拌 轴与罐体间的缝隙通过轴封实现密闭。发酵罐上常采用端 面机械轴封。
端面机械轴封由动环和静环构成 动环由碳化钨钢制成， 静环由聚四氟乙烯制成
动环和静环具有导热性能好，摩擦系数小等特性。
发酵设备及消毒灭菌.ppt
无机盐 • 加入的无机盐包括硫、磷、钙、镁、钾等, 且用量
要适度。另外，由于铁离子对青霉菌有毒害作用, 必须严格控制铁离子的浓度，一般控制在30 μg/ml 。
发酵培养的控制
加糖控制 • 加糖量的控制是根据残糖量及发酵过程中的 pH
值确定。最好是根据排气中CO2量及 O2 量来控制， 一般在残糖降至 0.6% 左右，pH 值上升时开始加 糖。 • 加糖率：0.07-0.15%，每2h一次或连续流加。
钠的乙醇溶液，青霉素钾盐或钠盐结晶析出。 • 重结晶方法：真空共沸蒸馏结晶法 • 普罗卡因盐法：在青霉素钾盐的水溶液中（pH中
性）加入盐酸普罗卡因溶液，普罗卡因青霉素结 晶析出。
其他微生物药物的发酵生产
• 头孢菌素C • 氨基酸：谷氨酸、赖氨酸 • 维生素：B1、B2、B12
思考题
• 1.代谢产物合成的主要受哪些方面的调控？ • 2.青霉素发酵生产要点有哪些？
末端产物的反馈调节
• 末端产物抑制合成途径中的第一个酶的活性，从而 降低产物合成代谢的能力。
• 原位产物分离偶联技术（in situ product removal， ISPR）
细胞膜通透性调节
• 利于代谢产物分泌到胞外，减少胞内浓度，从而 避免末端产物的反馈调节。
• 如：谷氨酸的生产，采取控制生物素浓度、添加 青霉素、添加吐温80等表面活性剂、选育油酸缺 陷型菌株等方法。
•9、要学生做的事，教职员躬亲共做； 要学生 学的知 识，教 职员躬 亲共学 ；要学 生守的 规则， 教职员 躬亲共 守。2021/7/292021/7/29Thur sday, July 29, 2021 •10、阅读一切好书如同和过去最杰出 的人谈 话。2021/7/292021/7/292021/7/297/29/2021 8:48:30 AM •11、一个好的教师，是一个懂得心理 学和教 育学的 人。2021/7/292021/7/292021/7/29Jul -2129-J ul-21 •12、要记住，你不仅是教课的教师， 也是学 生的教 育者， 生活的 导师和 道德的 引路人 。2021/7/292021/7/292021/7/29Thurs day, July 29, 2021 13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成 。2021/7/292021/7/292021/7/292021/7/297/29/2021 •14、谁要是自己还没有发展培养和教 育好， 他就不 能发展 培养和 教育别 人。2021年7月 29日星 期四2021/7/292021/7/292021/7/29 •15、一年之计，莫如树谷；十年之计 ，莫如 树木； 终身之 计，莫 如树人 。2021年7月2021/7/292021/7/292021/7/297/29/2021 •16、提出一个问题往往比解决一个更 重要。 因为解 决问题 也许仅 是一个 数学上 或实验 上的技 能而已 ，而提 出新的 问题， 却需要 有创造 性的想 像力， 而且标 志着科 学的真 正进步 。2021/7/292021/7/29J ul y 29, 2021 •17、儿童是中心，教育的措施便围绕 他们而 组织起 来。2021/7/292021/7/292021/7/292021/7/29
发酵设备及消毒灭菌.pptx
• 次级代谢产物以初级代谢产物为母体衍生而来。 • 次级代谢产物合成反应的酶由初级代谢途径的酶
演化而来。 • 因此，初级代谢终产物的过量往往会抑制次级代
谢产物的合成。
碳代谢物的调节
葡萄糖效应 解除方法 • 变更速效碳源和迟效碳源的配比； • 流加葡萄糖。
氮代谢物的调节
分解代谢物阻遏效应 解除方法 • 变更速效氮源和迟效氮源的配比； • 流加无机氮。
分解代谢
生物合成
生长
抗生素、生物碱、色素、 毒素等次级代谢产物
代谢产物合成的调控
• 初级代谢对次级代谢的调节 • 碳代谢物的调节 • 氮代谢物的调节 • 磷酸盐的调节 • ATP的调节 • 诱导物调节 • 末端产物的反馈调节 • 细胞膜通透性调节 • 其他：金属离子、溶解氧等的调节
初级代谢对次级代谢的调节
第四节 发酵工程制药的 过程与控制
L/O/G/O
种子的扩大培养
微生物发酵方式
• 分批发酵 • 补料分批发酵 • 半连续发酵 • 连续发酵
发酵过程中的中间分析项目
➢ 产物产量 ➢ pH ➢糖 ➢ 氨基氮 ➢ 菌丝形态
发酵过程的影响因素及控制
➢ 菌体浓度 ➢ 营养物质 ➢ 温度 ➢ pH ➢ 溶氧 ➢ 泡沫 ➢ 染菌 ➢ 发酵终点的判断
末端产物的反馈调节
• 末端产物抑制合成途径中的第一个酶的活性，从而 降低产物合成代谢的能力。
• 原位产物分离偶联技术（in situ product removal， ISPR）
细胞膜通透性调节
• 利于代谢产物分泌到胞外，减少胞内浓度，从而 避免末端产物的反馈调节。
• 如：谷氨酸的生产，采取控制生物素浓度、添加 青霉素、添加吐温80等表面活性剂、选育油酸缺 陷型菌株等方法。
演化而来。 • 因此，初级代谢终产物的过量往往会抑制次级代
谢产物的合成。
碳代谢物的调节
葡萄糖效应 解除方法 • 变更速效碳源和迟效碳源的配比； • 流加葡萄糖。
氮代谢物的调节
分解代谢物阻遏效应 解除方法 • 变更速效氮源和迟效氮源的配比； • 流加无机氮。
分解代谢
生物合成
生长
抗生素、生物碱、色素、 毒素等次级代谢产物
代谢产物合成的调控
• 初级代谢对次级代谢的调节 • 碳代谢物的调节 • 氮代谢物的调节 • 磷酸盐的调节 • ATP的调节 • 诱导物调节 • 末端产物的反馈调节 • 细胞膜通透性调节 • 其他：金属离子、溶解氧等的调节
初级代谢对次级代谢的调节
第四节 发酵工程制药的 过程与控制
L/O/G/O
种子的扩大培养
微生物发酵方式
• 分批发酵 • 补料分批发酵 • 半连续发酵 • 连续发酵
发酵过程中的中间分析项目
➢ 产物产量 ➢ pH ➢糖 ➢ 氨基氮 ➢ 菌丝形态
发酵过程的影响因素及控制
➢ 菌体浓度 ➢ 营养物质 ➢ 温度 ➢ pH ➢ 溶氧 ➢ 泡沫 ➢ 染菌 ➢ 发酵终点的判断
末端产物的反馈调节
• 末端产物抑制合成途径中的第一个酶的活性，从而 降低产物合成代谢的能力。
• 原位产物分离偶联技术（in situ product removal， ISPR）
细胞膜通透性调节
• 利于代谢产物分泌到胞外，减少胞内浓度，从而 避免末端产物的反馈调节。
• 如：谷氨酸的生产，采取控制生物素浓度、添加 青霉素、添加吐温80等表面活性剂、选育油酸缺 陷型菌株等方法。
发酵罐及灭菌方法PPT演示文稿
23
两级分离、冷却、加热的空气 除菌流程
１——粗过滤器 ２——压缩机
３——贮罐
４——冷却器 ５——丝网分离器 ６——过滤器
24
高效前置过滤除菌流程
１——高效前置过滤器 ２——压缩机 ３——贮罐 ４——冷却器 ５——丝网分离器 ６——加热器 ７——过滤器
25
空气净化的流程
吸气口吸入的空气先经过压缩前的过滤 进入空气压缩机（120-150度） 冷却（20-25度），除去油、水，再加热至30-
8
发酵罐基本类型
(1）搅拌釜反应器 （stirred tank reactor） (2）气泡柱式反应器 （bubble column) (3) 气升式生物反应器
（airlift reactor) 内管型；外管型
9
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发酵罐工艺操作条件
1．温度：25～40℃。 2．压力：0～1 kg／cm3(表压)。(2kg，0.05Kpa) 3．灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3 kg／cm3
种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量 为目的。
发酵罐：承担产物的生产任务。它必须能够
提供微生物生命活动和代谢所要求的条件，
并便于操作和控制，保证工艺条件的实现，
从而获得高产。
3
(一)发酵罐
发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过 程的操作提供良好而满意的环境的容器。 对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器， 同时附带精密控制系统；而对于另一些简 单的工艺来说，发酵罐只是个开口容器， 有时甚至简单到只要有一个开口的坑。
4
5
6
发酵罐系统
一个优良的发酵罐装置和组成 （1）应具有严密的结构 （2）良好的液体混合特性 （3）好的传质、传热速率 （4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表
两级分离、冷却、加热的空气 除菌流程
１——粗过滤器 ２——压缩机
３——贮罐
４——冷却器 ５——丝网分离器 ６——过滤器
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高效前置过滤除菌流程
１——高效前置过滤器 ２——压缩机 ３——贮罐 ４——冷却器 ５——丝网分离器 ６——加热器 ７——过滤器
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空气净化的流程
吸气口吸入的空气先经过压缩前的过滤 进入空气压缩机（120-150度） 冷却（20-25度），除去油、水，再加热至30-
8
发酵罐基本类型
(1）搅拌釜反应器 （stirred tank reactor） (2）气泡柱式反应器 （bubble column) (3) 气升式生物反应器
（airlift reactor) 内管型；外管型
9
10
11
发酵罐工艺操作条件
1．温度：25～40℃。 2．压力：0～1 kg／cm3(表压)。(2kg，0.05Kpa) 3．灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3 kg／cm3
种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量 为目的。
发酵罐：承担产物的生产任务。它必须能够
提供微生物生命活动和代谢所要求的条件，
并便于操作和控制，保证工艺条件的实现，
从而获得高产。
3
(一)发酵罐
发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过 程的操作提供良好而满意的环境的容器。 对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器， 同时附带精密控制系统；而对于另一些简 单的工艺来说，发酵罐只是个开口容器， 有时甚至简单到只要有一个开口的坑。
4
5
6
发酵罐系统
一个优良的发酵罐装置和组成 （1）应具有严密的结构 （2）良好的液体混合特性 （3）好的传质、传热速率 （4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表
发酵设备发酵罐的一些操作共48页PPT课件
发酵罐的基本条件
机械搅拌发酵罐在工厂广泛采用。它是利用机械搅拌器的作用，使空气和发酵 液充分混合，提高发酵液的溶解氧，供给微生物生长繁殖代谢过程所需的氧。
• 发酵罐应具有适宜的径高比（高/径比约为2.5～4 ） • 结构严密，耐腐蚀，光滑，附件少，无死角，可反复灭菌，脱落
的金属要少 • 要有良好的气-液、液-固混合性能（使细胞能获得营养） • 要尽量少的搅拌和通气的动力消耗 • 良好的热交换性能，足够的冷却面积 • 良好的消泡性能 • 有必要、可靠的检测控制性能 • 耐压，4.5kg/cm2（蒸气压一般 3～4kg/cm2）
╠挡板与罐壁之间的距离为（1/5 ～1/8）D。
W D
Z=（0.1～D0.12）DZ= 0.5
D——罐的直径（mm） Z——挡板数 W——挡板宽度（mm）
3. 消泡器
有锯齿式、梳式、孔板式、旋桨梳式等； 孔板式的孔径约10～20mm。 消泡器的长度约为罐径的0.65倍。
消泡叶轮 消泡桨
填料函 优点：结构简单 缺点：• 死角多，很难彻底灭菌，容易渗漏及染菌；
注意：
➢ 接种瓶密封、耐高压； ➢ 接种瓶口上要旋紧、塞子塞紧，防止漏气染菌； ➢ 进气口压力表一定不能超过1kg/cm2（否则接种瓶会爆炸）； ➢ 一次接不完反复两三次直至全部种子液接入罐内为止。
四、发酵罐的一些操作
2. 移种 种子罐→发酵罐
• 移种管灭菌：进入罐的管道阀门要关好，移种管中压力 >2kg/cm2，灭菌15min，关蒸气
分析区
气相色谱仪、液相色谱仪、分光光度计等
子
量多 厚层通风发酵设备
液体
厌氧发酵 好氧发酵 机械搅拌
非循环式——通用式机械搅拌发酵罐、自吸式
《工业发酵灭菌》PPT课件
32
33
温度随时间的变化
34
连续灭菌与分批灭菌的比较与选择
分批灭菌
优点： 1.不需附加设备 2.蒸汽利用率高 3.节约劳动力
缺点 1.培养基质量差 2.罐的利用率低 3.冷却水用量大
连续灭菌
优点： 1.采用高温快速灭菌法 2.可以把培养基按其性质 分开灭菌 3.有利于自动控制 4.节省冷却水
缺点 1.投资费用高 2.对物料要求高 3.蒸汽用量大
5
湿热灭菌法
煮沸灭菌法
将要消毒的物品放入水中煮沸（100℃）15～ 20min，一般微生物的营养细胞都可以杀死，但不 能杀死芽孢。
巴氏消毒法
法国微生物学家、化学家巴斯德首创的低温消毒 法。加热到62℃，经过30分钟，以杀死不耐高温 的物质中的微生物和病原体的消毒法。
牛奶、啤酒、黄酒、酱油和醋等用此法消毒。
“死角”的存在。
36
14
⑺ 戊二醛 在酸性条件下，不具有杀死芽孢的能力，只 有在碱性条件下，才具有杀死芽孢的能力， 常用2％的溶液，常用于器具、仪器和工具等 灭菌。
⑻ 酚类 苯酚毒性较大，易污染环境，且水溶性差， 使应用受到限制，而酚类衍生物的使用，扩 大了作为消毒剂的使用范围。
15
四、臭氧灭菌
利用臭氧的氧化作用杀死微生物细胞。 氧化分解葡萄糖所必需的酶，从而直接破
22
⒉影响培养基灭菌的因素
⑴ 培养基成分
油脂、糖类；低质量分数(1％～2％)的NaCl溶 液 ⑵ pH值 pH值6.0～8.0，微生物最耐热；pH<6.0，氢离 子易渗入微生物细胞内，从而改变细胞的生理 反应促使其死亡 ⑶ 培养基中的颗粒 ⑷ 泡沫 泡沫中的空气形成隔热层，使传热困 难，热难穿透过去杀灭微生物
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温度随时间的变化
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连续灭菌与分批灭菌的比较与选择
分批灭菌
优点： 1.不需附加设备 2.蒸汽利用率高 3.节约劳动力
缺点 1.培养基质量差 2.罐的利用率低 3.冷却水用量大
连续灭菌
优点： 1.采用高温快速灭菌法 2.可以把培养基按其性质 分开灭菌 3.有利于自动控制 4.节省冷却水
缺点 1.投资费用高 2.对物料要求高 3.蒸汽用量大
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湿热灭菌法
煮沸灭菌法
将要消毒的物品放入水中煮沸（100℃）15～ 20min，一般微生物的营养细胞都可以杀死，但不 能杀死芽孢。
巴氏消毒法
法国微生物学家、化学家巴斯德首创的低温消毒 法。加热到62℃，经过30分钟，以杀死不耐高温 的物质中的微生物和病原体的消毒法。
牛奶、啤酒、黄酒、酱油和醋等用此法消毒。
“死角”的存在。
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⑺ 戊二醛 在酸性条件下，不具有杀死芽孢的能力，只 有在碱性条件下，才具有杀死芽孢的能力， 常用2％的溶液，常用于器具、仪器和工具等 灭菌。
⑻ 酚类 苯酚毒性较大，易污染环境，且水溶性差， 使应用受到限制，而酚类衍生物的使用，扩 大了作为消毒剂的使用范围。
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四、臭氧灭菌
利用臭氧的氧化作用杀死微生物细胞。 氧化分解葡萄糖所必需的酶，从而直接破
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⒉影响培养基灭菌的因素
⑴ 培养基成分
油脂、糖类；低质量分数(1％～2％)的NaCl溶 液 ⑵ pH值 pH值6.0～8.0，微生物最耐热；pH<6.0，氢离 子易渗入微生物细胞内，从而改变细胞的生理 反应促使其死亡 ⑶ 培养基中的颗粒 ⑷ 泡沫 泡沫中的空气形成隔热层，使传热困 难，热难穿透过去杀灭微生物
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在工程设计中一般要求1000次使用周期中只允许 有一个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为 N=10-3
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发酵生产中制备无菌空气的大 致过程
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高空取气管
高空取气管是远离地面几十米 的管子。一般而言，地面附近 空气中所含的 微生物和灰尘等 均比高空空气中含的多，据资 料介绍，每升高10米，空气中 杂菌可降低一个数量级，因此 从高空取气要比从低空取气有 利得多。
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1、无菌空气系统
好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，空气要 作到 绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济的。
发酵对无菌空气的要求是 ：无菌，无灰尘，无杂 质，无水，无油，正压等几项指标；
发酵对无菌空气的无菌程度要求是：只要在发酵 过程中不因无菌空气染菌，而造成损失即可。
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发酵罐系统 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
一个优良的发酵罐装置和组成 （1）应具有严密的结构 （2）良好的液体混合特性 （3）好的传质、传热速率 （4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表
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发酵罐工艺操作条件 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
1．温度：25～40℃。 2．压力：0～1 kg／cm3(表压)。 3．灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3 kg／cm3
(表压). 4．pH：2～11。 5．需氧量：0．05～0.3 kmo1／m3·h。 6．通气量：0.3～2 VVM。 7．功率消耗：0.5～4kW／m3。 8. 发酵热量：5 000～20 000 kcal／m3．h。
油水分离器 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
其内部同时采用直接拦截， 惯性碰撞，布朗扩散及凝 聚等机理，能有效地去除 空气中的水、油雾、尘埃， 内部不锈钢丝网可清洗， 使用寿命长。
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典型发酵设备 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
种子制备设备、主发酵设备、辅助 设备(无菌空气和培养基的制备)，发 酵液预处理设备，粗产品的提取设 备、产品精制与干燥设备、流出物 回收、利用和处理设备等。
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发酵罐的特点 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
（1）发酵罐对纯种培养的要求高。因此，发酵 罐的严密性，运行的高度可靠性是发酵工业 的显著特点。
（2）发酵罐更加趋向大型化和自动化发展。 自动化方面，如pH电极、溶解氧电极、溶解 二氧化碳电极等的在线检测在国外巳相当成 熟。国内目前尚处于起步阶段，发酵检测参 数还只限于温度、压力、空气流量等一些最 常规的参数。
高价值转基因产品小型化（几十数 百升）。基因工程大肠杆菌、酵母菌 高密度培养；动物细胞植物细胞培养；
研究中心智能化、全能性。
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(二)发酵辅助设备
发酵辅助设备主要包括：无菌空气 系统，培养基配制和灭菌系统、发 酵车间的管道及阀门等。
一般认为500L以下的是实验室发酵罐； 500-5000L是中试发酵罐； 5000L以上是生产规模的发酵罐。
现代发酵工程规模 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
低值工业品大型化 以规模来取胜 （几十数百吨）。如味精、氨基酸、 有机酸、抗生素、饲料、食品工业用 产品等；
Pilot Biostat UD50
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国内、外发酵设备公司
德国贝朗 占中国80%以上的市场 瑞士比欧 美国NBS 韩国 日本 华东理工大学 江苏理工大学
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发酵罐按容积分类
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发酵设备及检测控制系统
B|Braun公司
•发酵罐：Biostat系列 •参数检测 •多级控制：
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Biostat B2
Biostat ED10
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一 发酵设备概述
发酵主要设备为发酵罐和种子罐，它们各自 都附有原料(培养基)调制、蒸煮、灭菌和冷 却设备，通气调节和除菌设备，以及搅拌器 等。
种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量 为目的。
发酵罐：承担产物的生产任务。它必须能够 提供微生物生命活动和代谢所要求的条件， 并便于操作和控制，保证工艺条件的实现， 从而获得高产。
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发酵罐基本类型
(1）搅拌釜反应器 （stirred tank reactor） (2）气泡柱式反应器 （bubble column) (3) 气升式生物反应器
（airlift reactor) 内管型；外管型
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(一)发酵罐 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过 程的操作提供良好而满意的环境的容器。 对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器， 同时附带精密控制系统；而对于另一些简 单的工艺来说，发酵罐只是个开口容器， 有时甚至简单到只要有一个开口的坑。
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发酵生产中制备无菌空气的大 致过程
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高空取气管
高空取气管是远离地面几十米 的管子。一般而言，地面附近 空气中所含的 微生物和灰尘等 均比高空空气中含的多，据资 料介绍，每升高10米，空气中 杂菌可降低一个数量级，因此 从高空取气要比从低空取气有 利得多。
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1、无菌空气系统
好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，空气要 作到 绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济的。
发酵对无菌空气的要求是 ：无菌，无灰尘，无杂 质，无水，无油，正压等几项指标；
发酵对无菌空气的无菌程度要求是：只要在发酵 过程中不因无菌空气染菌，而造成损失即可。
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发酵罐系统 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
一个优良的发酵罐装置和组成 （1）应具有严密的结构 （2）良好的液体混合特性 （3）好的传质、传热速率 （4）具有配套而又可靠的检测、控制仪表
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发酵罐工艺操作条件 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
1．温度：25～40℃。 2．压力：0～1 kg／cm3(表压)。 3．灭菌条件；温度100～140℃，压力0～3 kg／cm3
(表压). 4．pH：2～11。 5．需氧量：0．05～0.3 kmo1／m3·h。 6．通气量：0.3～2 VVM。 7．功率消耗：0.5～4kW／m3。 8. 发酵热量：5 000～20 000 kcal／m3．h。
油水分离器 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
其内部同时采用直接拦截， 惯性碰撞，布朗扩散及凝 聚等机理，能有效地去除 空气中的水、油雾、尘埃， 内部不锈钢丝网可清洗， 使用寿命长。
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典型发酵设备 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
种子制备设备、主发酵设备、辅助 设备(无菌空气和培养基的制备)，发 酵液预处理设备，粗产品的提取设 备、产品精制与干燥设备、流出物 回收、利用和处理设备等。
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发酵罐的特点 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
（1）发酵罐对纯种培养的要求高。因此，发酵 罐的严密性，运行的高度可靠性是发酵工业 的显著特点。
（2）发酵罐更加趋向大型化和自动化发展。 自动化方面，如pH电极、溶解氧电极、溶解 二氧化碳电极等的在线检测在国外巳相当成 熟。国内目前尚处于起步阶段，发酵检测参 数还只限于温度、压力、空气流量等一些最 常规的参数。
高价值转基因产品小型化（几十数 百升）。基因工程大肠杆菌、酵母菌 高密度培养；动物细胞植物细胞培养；
研究中心智能化、全能性。
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(二)发酵辅助设备
发酵辅助设备主要包括：无菌空气 系统，培养基配制和灭菌系统、发 酵车间的管道及阀门等。
一般认为500L以下的是实验室发酵罐； 500-5000L是中试发酵罐； 5000L以上是生产规模的发酵罐。
现代发酵工程规模 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
低值工业品大型化 以规模来取胜 （几十数百吨）。如味精、氨基酸、 有机酸、抗生素、饲料、食品工业用 产品等；
Pilot Biostat UD50
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国内、外发酵设备公司
德国贝朗 占中国80%以上的市场 瑞士比欧 美国NBS 韩国 日本 华东理工大学 江苏理工大学
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发酵罐按容积分类
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发酵设备及检测控制系统
B|Braun公司
•发酵罐：Biostat系列 •参数检测 •多级控制：
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Biostat B2
Biostat ED10
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一 发酵设备概述
发酵主要设备为发酵罐和种子罐，它们各自 都附有原料(培养基)调制、蒸煮、灭菌和冷 却设备，通气调节和除菌设备，以及搅拌器 等。
种子罐：以确保发酵罐培养所必需的菌体量 为目的。
发酵罐：承担产物的生产任务。它必须能够 提供微生物生命活动和代谢所要求的条件， 并便于操作和控制，保证工艺条件的实现， 从而获得高产。
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
发酵罐基本类型
(1）搅拌釜反应器 （stirred tank reactor） (2）气泡柱式反应器 （bubble column) (3) 气升式生物反应器
（airlift reactor) 内管型；外管型
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
(一)发酵罐 文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
发酵罐的定义：是为一个特定生物化学过 程的操作提供良好而满意的环境的容器。 对于某些工艺来说，发酵罐是个密闭容器， 同时附带精密控制系统；而对于另一些简 单的工艺来说，发酵罐只是个开口容器， 有时甚至简单到只要有一个开口的坑。