生物工艺学实验

实验一小型发酵罐的演示一、目的1、了解发酵罐的基本结构组成。2、掌握发酵罐的操作规程及使用注意事项。二、发酵罐原理及结构：1、原理：发酵罐是进行液体发酵的特殊设备。生产上使用的发酵罐容积大，均用钢板或不锈钢板制成；实验室使用的小型发酵罐，容积从1L至数百升，罐体由耐压玻璃或不锈钢板制成，配备有无菌空气制备系统、蒸汽制备系统、控制器和各种电极，可以自动地调控实验所需的培养条件，是微生物学、生物工程、医药工业等科学研究所必须的设备。2、发酵罐的结构：按照发酵罐的设备：分为机械搅拌通风发酵罐和非机械搅拌通风发酵罐。按照微生物的生长代谢需要,分为好气型发酵罐和厌气型发酵罐。罐体：主要用来各种菌体的培养和发酵，密封性要好（防止菌体被污染）。罐体当中有搅拌浆，用于发酵过程当中不停的搅拌；底部通气的Sparger，用来通入菌体生长所需要的空气或氧气。罐体的顶盘上有控制传感器，最常用的有pH电极和DO电极，用来监测发酵过程中发酵液pH和DO的变化控制器，用来显示和控制发酵条件等。三主要内容1.各部件名称及功能2.电极及电极标定3.发酵罐的灭菌4.发酵5.注意事项发酵罐由罐体、管路、主机及附属设备四部分组成1.各部件名称及功能2）管路蒸汽一路蒸汽进发酵罐夹套二路蒸汽进发酵罐三路蒸汽进取样管路空气：进罐水一路进发酵罐夹套；电加热器、循环水泵、电磁阀二路进排气管夹套排气管排水管4）附属设备蒸汽发生器空气压缩机2.电极及电极标定pH电极、溶氧电极、泡沫电极、温度电极pH电极、溶氧电极使用时需标定1.pH电极和溶氧电极在标定之前要在缓冲液中浸泡并联机通电30min以上。2.pH电极先标定零点（6.86），再标定斜率（4.00）。3.在灭菌达到100℃时标定溶氧0%，（也可在饱和的亚硫酸钠溶液中标定0%）发酵参数设置完毕但还未接种时标定100%。3发酵罐的实罐灭菌1）准备开蒸汽发生器、开空气压缩机、开水源开关、标定电极、装罐。2）预热（0-90℃）开搅拌器，转速为200-300rpm；温度设为手动微开排气阀、开排夹套水阀，三通阀提到上挡位，其它阀均关，缓慢开一路蒸汽阀，蒸汽进夹套预热3）加热（蒸汽进罐）90-121℃停搅拌，开空气过滤器排冷凝水阀，开二路蒸汽阀，至基本无冷凝水排出，关小排冷凝水阀，三通阀放到下挡位，蒸汽进罐（调整过滤器前压力表示数在0.12-0.16MPa之间）到100℃约2min后关闭排气阀此时可标定溶氧为0%4）保温阶段（121℃，20min）开排气阀，旋松接种口，开三路蒸汽阀—开取样阀—开罐底阀，6-7min后关闭，关闭顺序相反调节进气量和排气量，使温度维持在121℃5）降温（121℃-发酵温度）关接种口，三通阀提至上挡位，关二路蒸汽阀，关一路蒸汽阀，尾气关小开空气过滤器排冷凝水阀，开空气阀，至无冷凝水排出时关闭排冷凝水阀，三通阀放至下档位。空气进罐点注水开关，关闭排夹套水阀，开启进水阀和循环管线切断阀，调温度为自动。温度低于100℃时开搅拌冷却过程中，罐压严禁掉零。4.发酵1）温度降至发酵温度后，设置各发酵参数，溶氧电极校100%2）火焰圈接种（罐压调小后再接种）3）.接种后即可通气培养，罐压保持在0.05Mpa。4）发酵初始化5）发酵结束，数据存盘6）放料，清洗，关仪器。注意事项4.1在消毒过滤器时，流经空气过滤器的蒸汽压力不得超过0.17MPa，否则过滤器滤芯会被损坏，失去过滤能力。4.2在发酵过程中，应确保罐压不超过0.17MPa。4.3在实消过程中，夹套通蒸汽预热时，必须控制进汽压力在设备的工作压力范围内（不应超过0.2MPa），否则会引起发酵罐的损坏。4.4在空消、实消结束后冷却过程中，严禁发酵罐内产生负压，以免造成污染，甚至损坏设备。4.5在发酵过程中，罐压应维持在0.03～0.05MPa之间，以免引起污染。4.6在各操作过程中，必须保持空气管道中的压力大于发酵罐的罐压，否则会引起发酵罐中的液体倒流进入过滤器中，堵塞过滤器滤芯或使过滤器失效。思考题：1实罐灭菌及注意事项2电极的标定3如何控制发酵过程中温度、溶氧、pH的变化4分析发酵过程中发酵热组成及温度、pH对发酵的影响5常用的发酵方式及其区别。（生物反应动力学第二节）实验二乳酸细菌的培养与酸牛奶的制作一、实验目的1、掌握乳酸发酵的基本方法。2、了解酸奶发酵的本质，掌握酸奶制作工艺。二、实验原理某类微生物在厌气条件下，利用糖并在发酵液中积累乳酸的作用，称为乳酸发酵。它主要是乳酸细菌。常见的乳酸细菌有乳酸链球菌和乳酸杆菌。它们生成的乳酸，能抑制一些腐败细菌的活动。日常生活中利用乳酸发酵制泡菜、制造酸奶等。以牛乳为原料，通过乳酸菌（保加利亚乳杆菌和嗜热链球菌）的作用分解乳糖产酸，乳酸使牛奶中酪蛋白(约占全乳的2．9％，占乳蛋白的85％)变性凝固而使整个奶液呈凝乳状态。同时，通过发酵还可形成酸奶特有的香味和风味(与形成乙醛、丁二酮等有关)。成品中必须含有大量的、相应的活性微生物。按凝固状态可将酸奶分为凝固型酸奶和搅拌型酸奶，二者基本工艺过程相似，本实验主要学习凝固型酸奶的制作方法。七、作业与思考题1.酸奶发酵所用菌种及其主要特性有哪些?2.发酵酸乳为什么能引起凝乳?种子扩大培养目的：为发酵罐的投料提供相当数量的代谢旺盛的种子。原因：发酵时间的长短和接种量的大小有关，接种量大，发酵时间则短。意义：将较多数量的成熟菌体接入发酵罐中，就有利于缩短发酵时间，提高发酵罐的利用率，并且也有利于减少染菌的机会。一、种子扩大培养的任务：不但要得到纯而壮的培养物，还要获得活力旺盛的、接种数量足够的培养物。二、种子制备的过程在发酵生产过程中，种子制备的过程大致可分为两个阶段：（1）实验室种子制备阶段（2）生产车间种子制备阶段淀粉水解糖的制备见教材第三章第四节P72及姚老师讲义。