发酵工程与设备
发酵工程:即是应用生物学,化学和工程技术学原理,大规模培养动植物和微生物细胞,生产生物量或产物的科学。
工业化发酵过程:1)微生物生物量2)微生物酶3)微生物代谢产物4)基因重组产物5)微生物转化
初级代谢产物:在对数期产生,供给细胞生长的物质。(产生初级代谢的生长阶段又称营养期)
次级代谢产物:在指数期后期的减速期和稳定期形成,对细胞代谢无明显影响的物质;在连续培养时,当微生物以低生长速率即缓慢生长而不是停止生长时也产生次级代谢。
微生物转化:生物细胞或其产生的酶能将一种化合物转化成化学结构相似,但经济上更有价值的化合物,这个过程称为微生物转化。
菌种筛选的一般过程:土样的采取—预处理—培养—菌落的选择—产品的鉴定
菌种的选育,改造目的:1.防止菌种退化2.解决生产实际问题3.提高生产能力4.提高产品质量5.产生新产品
反馈调节系统:主要包括反馈抑制和反馈阻遏。反馈抑制是生物化学途径的末端产物抑制途径中某个催化酶的活性(通常是{dy}个反应);反馈阻遏是生物化学途径的末端产物组织反应途径中某个催化酶的合成(阻遏发生在基因水平)
无分支代谢途径:仅有一个产物的代谢途径。
菌种保藏的基本原理:根据微生物的生理生化特性,人为的创造条件,使微生物处于代谢不活跃、生长繁殖受到抑制的休眠状态,以减少菌种的变异。
菌种的退化:指整个菌体在多次接种传代过程中逐渐造成菌种发酵力或繁殖力下降或发酵产物得率降低的现象
发酵工程菌种的扩大培养:具体指将保存砂土管或冷冻干燥管中处于休眠状态的生产菌种接入试管斜面活化后,再经过摇瓶及种子罐逐级扩大培养,从而获得一定数量和质量的纯种。这些纯种培养物称为种子。
菌种的扩大培养程序:实验室种子制备(斜面菌种的培养、摇瓶种子培养);生产车间种子制备
培养基:是提供微生物生长繁殖和生物合成各种代谢产物所需要的、按一定比例配制的多种营养物质的混合物(满足菌体的生长、促进产物的形成)。
发酵工业培养基组成成分:碳源、氮源 、无机盐及微量元素、水、生长因子、前体、产物促进剂、诱导物和抑制剂、螯合剂、缓冲剂、需氧量、消泡剂
前体:指某些化合物加入到发酵培养基中,能直接被微生物利用在生物合成过程中结合到产物分子中去,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 生长因子:微生物生长不可缺少的微量有机物。产物促进剂:是指那些非细胞生长所必须的营养物,又非前体,但加入后却能提高产量的添加剂。
淀粉酸水解原理:淀粉——各类糊精——麦芽糖——葡萄糖
淀粉酸水解的工艺流程:原料(淀粉、水、盐酸)——调浆——糖化——冷却——中和、脱色——过滤除杂——糖液
培养基xx的定义:是指从培养基中杀灭有生活能力的xx营养体及其孢子,或从中将其除去
对数残留定律:微生物的热死亡速率与任一瞬时残活菌数成正比(通常的xx度为10-3)
保证分批xx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。
xx过程中以下两种类型的反应会使营养物质质量下降:1.培养基中营养成分间相互反应,如美拉德反应(棕色反应,主要由碳水化合物和氨基酸类或蛋白质反应产生)2.热敏感物质的降解,如氨基酸、蛋白质、维生素在蒸汽xx时可被降解。
发酵培养基的过滤xx机理:1.惯性作用2.扩散作用3.静电吸附4.拦截作用
过滤介质类型:1.过滤介质孔径小于颗粒直径2. 过滤介质孔径大于颗粒直径(非固定孔径过滤主要通过惯性作用、扩散作用和静电吸附来阻滞颗粒;固定孔径过滤经拦截作用阻滞颗粒) 一般地,发酵生产要求空气无菌度(染菌率)为10-3
单根纤维过滤xx的机理: 1.惯性捕集作用2.扩散作用3.静电吸附4.拦截捕集作用5.重力沉降作用
空气过滤xx设备:1粗过滤器2空气贮罐3空气冷却器4气液分离器5空气过滤器
空气处理流程:1、高空采风、两次冷却、两次分油水、适当加热流程(两次冷却、两次分油水、适当加热。空气{dy}次冷却到30~35℃,第二级冷却至20~25℃,经分水后加热到30~35℃,因为温度升高,相对湿度下降) 2、冷热空气直接混合式空气xx流程(特点 :省去一级冷却和分离设备及空气再加热设备,简化了流程,使冷却水用量也降低了。压缩空气从贮罐出来分两路,一部分进冷却器,经分离器分离水、油雾后与另一部分未处理过的高温压缩空气混合,使混合后的空气温度为30~35℃,相对湿度为50~60%)
发酵动力学:是研究各种环境因素与微生物代谢活动之间的相互作用随时间变化的规律的科学。用数学模型定量地表达发酵过程中各种与生长、基质代谢、产物生成有关的因素,是发酵动力学研究的重要方法。
分批发酵:是指在一封闭培养系统内具有初始限制量基质的一种发酵方式。
放 分批培养过程中菌体生长曲线:可分为调整期、对数生长期、平衡期和衰亡期四个阶段
稳定期和衰退期出现的原因:1、底物的消耗2、其他营养物质不足3、氧的供应不足4、抑制物的积累5、生物空间不足
得率(或产率,转化率,Y):包括生长得率(Yx/s)和产物得率(Yp/s)。是指被消耗的物质和所合成产物之间的量的关系。
生长得率:是指每消耗1g(或mo1)基质(一般指碳源)所产生的菌体重量(g),即Yx/s=ΔX/ΔS。
产物得率:是指每消耗1g(或mo1)基质所合成的产物的克数(或mol数)。这里消耗的基质是指被微生物实际利用掉的基质数量,即投入的基数减去残留的基质量(So-S)。
转化率:往往是指投入的原料与合成产物数量之比
基质比消耗速率[qs,g(或mo1)/g菌体·h]:系指每克菌体在一小时内消耗营养物质的量。它表示细胞对营养物质利用的速率或效率。在比较不同微生物的发酵效率上这个参数很有用。
产物比生产速率[qp,g(或mo1)/g菌体·h]:系指每克菌体在一小时内合成产物的量,它表示细胞合成产物的速率或能力,可以作为判断微生物合成代谢产物的效率。
提高微生物生长得率的措施:1.要筛选优良的菌种,其本身就应具备高的生长得率。2.要选择合适的培养基配方,提供略微过量的其它营养物质,使碳源成为最终的限制性物质。3.须选择和控制合适的培养条件,使得微生物的代谢按所需方向进行。
气升式发酵罐:特点:结构简单、不易染菌、溶氧效率高和耗能低等 类型:气升环流式、鼓泡式、空气喷射式
自吸式发酵罐:是一种不需要空气压缩机,而在搅拌过程中自吸入空气的发酵罐。结构大致上与通用式发酵罐相同,主要区别在于搅拌器的形状和结构不同
4.在发酵的操作过程中要尽量防止杂菌污染
发酵周期:实验周期是指接种开始至培养结束放罐这段时间。但在工业生产上即从{dy}罐接种经发酵到结束至第二次接种为止这段时间为一个发酵周期
连续发酵: 把新鲜的培养基连续地供给均匀混合的发酵系统,同时又以相同的速度把含有细胞和产物的发酵液从发酵系统中抽出便可使发酵过程连续化,并且使发酵罐内的液量维持恒定不变,使培养物在近似恒定状态下生长的培养方法
固态发酵:微生物在具有一定温度和湿度的固体培养基的表面进行生长、繁殖、代谢的发酵过程称作为固态发酵
氧的传递速率:通入发酵液中的气泡愈小,气泡与液体的接触面积就愈大,液体中氧的溶解速率也就愈快。
增加溶氧速率的方法:a)采用搅拌桨分散和打碎气泡b)利用循环管中的泵或螺旋桨增加液体的循环量,并使喷入或吸入的气体细化,增加气液两相的接触面积
发酵罐的结构:主要包括罐体、搅拌器、轴封、消泡器、联轴器、中间轴承、空气吹泡罐、挡板、冷却装置、入孔、视镜以及管路
罐体:1.防腐蚀 ,不锈钢2.清洗、xx要求3.安装、检修、观察要求4.各种用途的接管
机械消泡装置类型:1.耙式消泡器2.涡轮式消泡器 3.离心式消泡器4.碟片式消泡器
空气分布装置:吹入无菌空气,并使空气均匀分布。有单管和环形管
动物细胞培养反应器:
描述微生物需氧的物理量1.比耗氧速度或呼吸强度(QO2):单位时间内单位重量的细胞所消耗的氧气,mmol O2·g菌-1·h-1;2.摄氧率(r):单位时间内单位体积的发酵液所需要的氧量。mmol O2·L-1·h-1。 CCr: 临界溶氧浓度, 指不影响呼吸所允许的{zd1}溶氧浓度(一般对于微生物: CCr: =1~15%饱和浓度)。定义:氧饱和度=发酵液中氧的浓度/临界溶氧溶度。所以对于微生物生长,只要控制发酵过程中氧饱和度>1.
影响需氧的因素:1.菌体浓度2.QO2中1)遗传因素2)菌龄3)营养的成分与浓度4)有害物质的积累5)培养条件
氧从空气传到细胞以下3个步骤:1.氧从细胞传递到溶液2.溶氧从发酵液传递到微生物细胞 3.细胞吸收溶氧
补料分批发酵:补料分批发酵也叫半连续发酵、半连续培养,流加发酵,它是以分批培养为基础,间歇或连续地补加新鲜培养基的一种发酵方法。
补料分批培养特点:与分批发酵相比,发酵系统可维持很低的基质浓度。低基质浓度的优点:
1.可以除去快速利用碳源的阻遏效应,并维持适当的菌体浓度,使不致于加剧供氧矛盾2.避免在培养基中积累有毒代谢物,即代谢阻遏3.不需要严格的无菌条件,也不会产生菌种老化和变异等问题 适用范围:补料分批发酵广泛应用于xxx、氨基酸、酶蛋白、核苷酸、有机酸及高聚物等的生产
方式 |
优点 |
缺点 |
分批发酵
|
一般投资小 易转产、生产灵活 分批发酵中某一阶段可获得高的转化率 发酵周期短,菌种退化率小 |
因放罐、xx等原因,非生产时间长 经常xx会降低仪器寿命 前培养和种子的花费大 需较多的操作人员或自动控制系统 |
连续发酵 |
1. 可实现有规律的机械、自动化 2. 操作人员少 3. 反应器体积小,非生产时间少 4. 产品质量稳定 5. 操作人员接触毒害物质的可能性小 6. 测量仪器使用寿命长 |
1. 操作不灵活 2. 因操作条件不易改变,原料质量必须稳定 3. 若连续xx,加上控制系统和自动化设备,投资较大 4. 必须不断排除一些非溶性的固型物 5. 易染菌,菌种易退化 |
补料发酵 |
1. 操作灵活 2. 染菌、退化机率小 3. 可获得高的转化率 4. 对发酵过程可实现优化控制 5. 因经常xx会降低仪器使用寿命 |
1. 非生产时间长 2. 需较多操作人员或计算机控制系统 3. 操作人员接触一些病原和有毒产品可能性大 |
供养和耗氧的平衡:1)控制生物量浓度2)控制比耗氧速率3)既控制生物量浓度也控制比耗氧速率
PH对发酵的影响及控制:1.PH对发酵的影响:1)影响酶活性2)影响微生物细胞膜的带电状况3)影响培养基中某些营养物质的可给性4)可改变培养基氧化条件5)影响产物稳定性6)影响某些微生物的形态2.发酵过程中PH的调节:1)调节培养基配方2)补料控制
二氧化碳对发酵的影响:影响菌体生长、代谢产物积累,抑制某些发酵作用,影响细胞膜结构
菌体污染的方法:1.选育抗噬菌体菌种2.保护环境
预处理即物料的除杂、筛选和粉碎,热处理即物料的糊化、糖化和xx
固体物料的筛选除杂设备:1.大麦粗选机是带有风力除尘的振动筛,筛面倾斜作前后往复运动,称平摇倾斜筛2.磁力除铁器固定形磁钢装置3.大麦精选机4.大麦分级机(平板分级筛和圆筒分级
固体物料的粉碎种类:挤压、冲击、研磨、剪切、劈裂粉碎粉碎机械:锤式粉碎机、辊式粉碎机、盘磨机固体物料的加水粉碎(湿法粉碎):采用一级或二级粉碎,主要部分:输料装置、加料器、粉碎机和加热器等
下游过程:即是将发酵液经过一系列单元操作,把目标产物提取分离出来,精制成为合格的产品的过程。下游过程一般包括4个阶段:①发酵液的预处理和固液分离②初步纯化③高度纯化(精馏)④成品的{zh1}加工
发酵产物的提取﹑分离﹑纯化各阶段的每个步骤都有若干单元操作可以选用,其中包括常见的单元操作,如离心﹑过怒﹑萃取﹑浓缩﹑各种色谱技术等
发酵产物的提取精制方法的优化与工艺设计的目标是产率高﹑品质优﹑成本低 操作简便 无环境污染。
过滤速度的强化:①降低滤饼比阻力②降低绿叶黏度③悬浮液中悬浮固体的浓度④热处理⑤提高过滤压力差
分离因数:在离心分离中同一颗粒的离心力Fc与所受重力Fg的比值表示离心分离强度的大小,该比值称为离心分离因数。用Kc表示
膜分离技术:利用人工制造的多孔薄膜介质,在推动力的作用下,实现对不同大小分子进行过滤分离
膜的定义:是指能将流体分隔成两部分,厚度小于0.5㎜,对流体中的物质可按大小不同进行分离的薄层物质
膜的基本特性:1.耐压能力强2.热稳定性好3.耐酸碱4.化学稳定性5.生物稳定性
膜的特性参数:1.孔道特征2.水通量为单位时间内通过单位面积的水体积流量,也叫透水率3.截留率和截留分子量4.压力特性5.浓差极化指在膜分离过程中,由于水透过膜,因而再膜表面的溶质浓度增高,形成溶质的浓度梯度,在浓度梯度的作用下,溶质与水以相反方向扩散,在达到平衡状态时,膜表面形成一溶质浓度分布边界层,它对水的透过起着阻碍作用6.膜的污染即随着操作时间的增加,膜透过流速的迅速下降,溶质的截留率也明显下降。污染是由膜劣化和水生物污垢所引起防止污染的方法:1.预处理法2.开发抗污染膜3.加大供给液的流速可防止形成固结层和凝胶层净洗法分为:1.化学洗涤2.物理洗涤
膜组件:由膜、固体膜的支撑体、间隔物以及收纳这些部件的容器构成的一个单元,也称膜装置。分为平板式膜组件、卷式膜组件、管式膜组件、中空纤维膜组件
错流过滤:原料液以切线方向流过膜表面,溶剂和小于膜孔的颗粒,在压力作用下透过膜,大于膜孔的颗粒则被膜截留而停留在膜表面形成一层污染层
微滤:又称微孔过滤,是以静压差为推动力,利用膜的筛分作用进行物质分离的膜分离过程 基本原理:1.表面截留作用(机械截留、物理或吸附截留、架桥截留)2.膜内部截留作用
微滤的应用:1.实验室中的应用:微粒子检测、微生物检测 2.工业上的应用:制药工业、生物领域
超滤:在静压差为推动力的作用下,原料液中大于膜孔的大粒子溶质被膜截留,小于膜孔的小溶质粒子通过滤膜,从而实现不同大小物质的分离。机理是机械筛分
影响超滤的因素:1.膜结构2.溶质物理性质3.压力4.剪切力5.溶质浓度6.离子环境7.温度
超滤的应用:1.在水处理中的应用1)饮用水处理2)地表水处理3)海水淡化4)废水处理2.在食品及发酵工业中的应用1)在乳品工业中的应用2)大豆蛋白的制备3.在生物工程与医药工业中的应用1)医xx的制备2)生化药品的精选与提纯
反渗透:是以膜两侧静压差为推动力,克服溶剂的渗透压,通过反渗透膜的选择透过性使溶剂透过而离子物质被截留,从而实现对液体混合物进行分离的膜过程
盐析:向蛋白质溶液中加入高浓度的中性盐,以破坏蛋白质的胶体性质,使蛋白质的溶解度降低而从溶液中析出的现象。
影响盐析的因素:1、中性盐的种类 2、蛋白质的种类 3、温度和PH
盐析法的应用:一、盐析剂的选择:1、盐析作用强,具有较高的离子强度 2、溶解度大,且溶解度的变化小3、对蛋白质的生物活性的影响小4、经济、实惠。常用的吸附剂:1、活性炭2、氧化铝3、硅胶4、大孔吸附树脂:影响:比表面积、孔容、平均孔径、孔径分布
溶剂萃取法 利用物质在互不相溶的两项中溶解度的不同而将其分离的方法。特点:比化学沉淀法分离程度高,比离子交换法选择性好,比蒸馏法耗能低,生产能力大,周期短,容易实现自动化。
萃取剂:在溶剂萃取中,被萃取的溶液称为料液,其中欲萃取的物质称为溶质,用于进行萃取的溶剂的溶剂称为萃取剂。
工业萃取包括3个步骤:混合、分离和溶剂回收。 1、单级萃取:只包括一个混合器和一个分离器。2、多级错流萃取:料液经萃取后的萃余液再用新鲜的萃取剂进行萃取的方法。3、多级逆流萃取
离子交换分离技术的基本原理:是基于不溶性高分子化合物作为层析物质的一种分离方法。
离子交换树脂的操作:1、离子交换树脂的选择2、操作条件的选择:PH、浓度、洗脱条件3、离子交换树脂的预处理、转型、再生和保存
概念:蒸馏是分离液体混合物的典型单元操作,通过将液体混合物部分气化,利用其中各组分挥发度不同的特性,实现分离目的。
酒精粗镏塔 作用:是将发酵成熟谬中的酒精和所有的挥发性杂质蒸出,在正常操作的情况下,要求酒槽中的酒精含量在0.04%以下。
塔板的类型及结构:一、泡罩塔板:1、优点:操作十分稳定,对设计的准确性要求低,其负荷有较大变动时对操作十分稳定。 2、缺点:结构复杂,成本高,生产能力低,降压大。二、SD型泡罩塔板:优点:a、上升蒸气流通路的面积比普通泡罩大2~4倍,这样允许较高的气速和液速 b、气流与液流并行,液面落差小,所以在大液流下塔板仍能平稳操作 c、结构比一般泡罩板简单,制造、安装方便,造价低。
发酵热 :所谓发酵热就是发酵过程中释放出来的净热量。什么叫净热量呢?在发酵过程中产生菌分解基质产生热量,机械搅拌产生热量,而罐壁散热、水分蒸发、空气排气带走热量。这各种产生的热量和各种散失的热量的代数和就叫做净热量。发酵热引起发酵液的温度上升。发酵热大,温度上升快,发酵热小,温度上升慢。
临界溶氧浓度 指不影响呼吸所允许的{zd1}溶氧浓度
粗镏塔的主要技术参数及其控制:生产能力为每平方米塔的横截面积日产酒精25000~35000L,塔板层数22~26层,塔板间距400~500mm。
精馏塔 作用:1、把粗镏塔的酒精蒸气提取到产品要求的浓度 2、分离杂质使产品质量达到要求的标准。一、精馏塔主要技术参数及其控制:生产能力为每平方米塔的横截面积日产酒精30000~40000L,塔板层数60~70,踏板间距300~350mm
排醛塔和脱甲醇塔:一:排醛塔作用于排除头级杂质,二、生产能力为每平方米塔的横截面积日产酒精80000~120000L,塔板层数30~40层,塔板间距280~320mm。
脱甲醇塔:1、作用:进一步脱除精馏塔来的95%~96%酒精中的甲醇,还能在除去部分头级杂质,进一步提高酒精的纯度。2、生产能力:每平方米塔的横截面积日产酒精100000~150000L,塔板层数50~55层,塔板间距250~300mm.
塔板的操作范围:1、物沫夹带 2、泄露 3、降液管超负荷 4、液体负荷 5、淹塔
概念:结晶:将过饱和溶液缓慢冷却或蒸发,使溶质析出的过程。蒸发:是将稀溶液加热沸腾,是溶剂汽化从而使溶液浓缩的过程。结晶设备 概念:晶体是具有一定的几何形状,一定颜色的固体,物质自溶液智能光成晶体状态析出,或从熔融状态受冷时成晶体状态凝结的过程为结晶。
起晶方法:1、自然起晶 2、刺激起晶法3、晶种起晶法
结晶是被的类型和特点 一、根据改变溶液浓度的方法可将结晶设备可分为:浓缩结晶设备、冷却结晶设备和其他结晶设备。 二、设计结晶设备应注意的因素:应考虑溶液的性质、黏度、杂质的影响,结晶温度,结晶体的大小和形状、结晶长大速度特性等条件。
搅拌结晶箱的结构:1、立式搅拌结晶箱2、等电点结晶罐3、卧式搅拌结晶箱4、真空煮晶锅
干燥:是利用热能除去固体物料中湿分的单元操作。干燥的方法:1、空气干燥2、加热面积。传热干燥3、红外线干燥4、冷冻升华干燥5、微波干燥
干燥器的选型:1、气流干燥分:直管式、脉冲管式、旋风式。2、沸腾干燥:单层多室卧式和沸腾造粒干燥3、喷雾干燥分:气流式、压力式和离心式。
麦芽干燥设备:目的:1、停止绿麦芽的生长和分配的分解作用2、除去多量的水分,防止麦芽腐败变质,便于储藏3、使麦根干燥,便于脱落除去4、除去绿麦芽的生腥味,增加麦芽的色、香、味。
气流干燥设备:一:原理:是利用高速气流将潮湿的粉、粒、块状物料分散而又悬浮于气流中,一边与热气流并流运输,一边进行干燥,最终达到干燥的目的。二、特点:a、干燥强度大b、干燥时间短c、运行经济d、设备简单e、对某些物料不适用
搅拌热 :在机械搅拌通气发酵罐中,由于机械搅拌带动发酵液作机械运动,造成液体之间,液体与搅拌器等设备之间的摩擦,产生可观的热量。搅拌热与搅拌轴功率有关
大规模生产菌种的要求:1)发酵周期短2)能在廉价原料制作的发酵培养基上迅速生长并产生大量合成目的产物3)菌种生长条件易控制4)产物易于提取5)菌种不易被污染6)菌种xx害7)菌种遗传特性稳定,不易退化
样品预处理的方法:1)物理方法:热处理,膜过滤,离心法2)化学方法:添加某些化学成分3)诱饵法:诱饵富集菌种
设计过量生产产物的培养基的基本原则:1.配制一系列培养基,使其中某类型营养物质(如C,N,P,O)为限制性基质2.对生长所需的每类营养物质用其不同形式的物质来提供3.用一种聚合的或络合形式的营养物质作为生长限制性基质4.避免使用容易吸收的碳源(葡萄糖)或氮源(NH4+),这些能导致分解阻遏5.提供辅助因子(CO3+,Mg2+,Mn2+,Fe2+等)6.使用能减缓PH变化的物质
菌种的选育,改造方法:1)诱变育种(利用物理或化学诱变剂处理均匀分散的微生物细胞群,使其突变频率大幅提高,然后采用简便、快速和高效的筛选方法,从中挑选少数符合育种目的的突变菌株,以供生产实践和科学研究用。此法有简单、快速、收效显著等特点,能提高产量、改善产品质量、增加品种、简化工艺)2)杂交育种(两个基因型不同的菌株通过接合,使遗传物质重新组合,从中分离和筛选具有新性状的菌株)3)原生质体融合(首先用酶分别酶解两个出发菌株的细胞壁,在高渗环境中释放出原生质,将他们混合,在助溶剂或电场作用下,使他们相互融合,促使两套基因间接触、交换、遗传重组,在适宜条件下细胞壁再生,在再生的细胞中获得重组体。此法打破了种属间的界、提高重组频率、扩大重组幅度) 4)基因工程育种(是指按照人们的愿望将某一生物的遗传信息在细胞外与载体连接,构建一个新的重组DNA分子,然后将其转入另一些生物体细胞中,使其在受体细胞中复制、转录、翻译,从而使生物体的遗传性状发生定向编译,以{zd0}限度满足人类活动的需要。此法可大量发酵生产特定的基因产物和xx,还可改进传统的发酵工艺,提高菌种的发酵性能)
分支代谢途径:1.顺序反馈抑制: 当代谢途径有两个末端产物时,他们都不直接抑制途径中{dy}个酶的活性,而是分别抑制各自分支的反应,造成中间产物的累积,然后中间产物再反馈抑制主反应(只有当两个末端产物都过量存在时,才会对途径中的{dy}个酶有一只作用)。
2.同工酶的反馈抑制:代谢途径的{dy}个反应有两个同工酶,他们分别被两种末端产物抑制,只有这两种末端产物同时过量,反应才会被抑制。3.协同反馈抑制:在分支代谢途径中,几种末端产物同时过量时,才对途径中的{dy}个酶产生抑制作用,如果某个末端产物单独过量,则对代谢途径的{dy}个酶无抑制作用或抑制作用很小。4.累积反馈抑制:在分支代谢途径中,各种末端产物单独过量时,他们各自能对催化代谢途径中{dy}个反应的酶产生一定得抑制作用,总的抑制效果是累加的,并且各个末端产物所产生的抑制作用互不影响。5.增效反馈抑制:在一个分支代谢途径中,几种末端产物单独过量时,也仅对途径的{dy}个酶产生部分的抑制。但当每种末端产物都过量时,其抑制作用则超过各种各种末端产物单独过量时抑制的总和。
菌种保藏的方法:1.斜面保藏法是将微生物在适宜的斜面培养基和温度条件下培养并长势良好后,放入4~5℃冰箱中国保藏,一般保存期为3到6个月,到后期需重新传种再行保藏2.定期移植低温保藏法是把培养好的斜面菌种放在低温干燥处保存,间隔一定时间需重新进行移植培养,依菌种特性而定(少数用冷冻保存易死亡的菌种可采用本法)3.穿刺保藏法是低温保藏法的一种改进,用于各好气型xx的保藏。方法是将含0.6%~0.8%琼脂的培养基试管,xx直立放置冷凝后,用接种针挑取少量菌体、垂直刺入琼脂培养基中心,经培养后,微生物在穿刺处和培养基表面均可生长,然后覆盖2~3mm的无菌液体石蜡,放入冰箱保存,可至6-12个月4.液氮保藏法是将浓的菌悬液加入xx的保护剂中5.甘油低温保藏法是利用微生物在甘油中生长和代谢受到抑制的原理达到保藏目的6.沙土保藏法适于芽孢杆菌、放线菌、曲霉等的保藏7.冷冻干燥保藏法采用干燥、低温、缺氧的条件保藏菌种8.麸皮保藏法9.悬液保藏法原理是寡营养保藏,即微生物悬浮在不含养分的溶液中
菌种的退化原因:一是保藏不妥;二是菌种生长的要求未得到满足
菌种的复壮(防止菌种退化):1.菌种的提纯2.通过寄主体进行复壮3.淘汰已衰退个体4.选择适合的培养条件
种子需具备的条件:①菌种细胞的生长活力强,接种后在发酵罐中能迅速生长②生理性状稳定③菌体总量和浓度能满足大容量发酵罐的要求④无杂菌污染(不带杂菌)⑤生产能力稳定
发酵过程中的种子培养和发酵的异常现象:菌体生长缓慢、菌丝结团、菌体老化、代谢不正常
影响种子质量的主要因素:1.培养基2.接种龄和接种量3.温度4.PH 5.通气与搅拌6.泡沫7.染菌的控制8.种子罐级数的确定
发酵培养基的要求:① 培养基能够满足产物最经济的合成② 发酵后所形成的副产物尽可能的少③ 培养基的原料应因地制宜,价格低廉;且性能稳定,资源丰富,便于采购运输,适合大规模储藏,能保证生产上的供应④ 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
发酵培养基的配制原则:1)必须提供合成微生物细胞和发酵产物的基本成分2)有利于减少培养基原料的单耗,即提高单位营养物质所合成产物数量或{zd0}产率3)有利于提高培养基和产物的浓度,以提高单位容积发酵罐的生产能力4)有利于提高产物的合成速度,缩短发酵周期5)尽量减少副产物的形成,便于产物的分离纯化6)原料价格低廉,质量稳定,取材容易7)所用原料尽可能减少对发酵过程中通气搅拌的影响,利于提高氧的利用率,降低能耗8)有利于产品的分离纯化,并尽可能减少产生“三废”的物质
发酵过程中泡沫产生的模式:1.在整个发酵过程泡沫量保持稳定,起初取决于培养基,然后取决于微生物的活动2.发酵前期泡沫持续减少,然后保持稳定。起初泡沫与培养基有关,之后微生物活动不再影响起泡3.起初泡沫轻微下降,然后上升。培养基队泡沫影响较小,主要是微生物活动影响4.发酵开始泡沫有一个较低水平,然后上升,主要取决于微生物活动5.较复杂的泡沫生产模式,可能是以上两种或两种以上的混合模式
泡沫解决办法:1.改用合成培养基和改进某些物理参数2.利用消泡剂3.利用机械消泡器
理想消泡剂应具有的特性:1.易于分散,作用迅速2.用量少3.作用时间长,能防止新泡沫的产生4.不被微生物代谢利用5.对微生物xx6.对人和动物xx7.对产物提取或纯化没任何影响8.对操作不产生任何危害9.价格便宜10.不影响溶氧11.可进行加热xx
淀粉水解糖的制备方法:1.酸解法以酸为催化剂,在高温高压下将淀粉转化为葡萄糖的方法。2.酸酶法先将淀粉用酸水解成糊精或低聚糖,再用糖化剂水解成葡萄糖。3.酶酸法将淀粉先用α—淀粉酶液化,然后用酸水解成葡萄糖。4.双酶法用淀粉酶和糖化酶将淀粉水解成葡萄糖的工艺。
xx的必要性(目的):1.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。2.杂菌也会产生代谢产物,这就使产物的提取更加困难,造成得率降低,产品质量下降。3.有些杂菌会分解产物,使生产失败4.杂菌大量繁殖后,会改变反应液的pH值,使反应异常5.如果发生噬菌体污染,生产菌细胞将被裂解,使生产失败。
培养基xx的目的: 1.生产菌和杂菌同时生长,生产菌丧失生产能力;2.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3.杂菌及其产生的物质,使提取精制发生困难4.杂菌会降解目的产物;5.杂菌会污染最终产品,杂菌会污染最终产品;6.发酵时如污染噬菌体,可使生产菌发生溶菌
xx方式:分批xx(将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热,达到xx温度后维持一段时间,再冷却到发酵额温度,然后接种发酵。优点:1.能极大地保持培养基的质量2.易于放大3.易于自动化控制4.减少蒸汽用量5.降低蒸汽量的波动6.在一定程度上可减缓发酵罐的腐蚀 缺点:xx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)连续xx(将配置制好的培养基在向发酵罐输送的同时加热、保温和冷却。优点:1.设备成本低2.染菌风险低3.易于人工控制4.易于处理含高比例固体物质的培养基 缺点:设备比较复杂,投资较大)
连续xx流程:1.间接加热连续xx(优点:xx温度高,时间短,对营养物质破坏少,可有效节约能源。缺点:投资费用高)2.直接加热连续xx流程(优点:加热时间短、可用于含悬浮颗粒的培养基、成本低、易清洁维护、蒸汽利用高;缺点:加热过程易产生泡沫,与培养基直接接触的蒸汽要求允许对xx对象进行稀释且要求是不含腐蚀性添加剂)
空气xx的方法:1、热xx(将空气加热到一定温度后保温一定时间,使微生物蛋白热失活而致死。)2.辐射xx(高能阴极射线、X射线、γ、β射线、紫外线都能破坏蛋白质活性而起到xx作用。其中紫外线用的较多,它在波长226.5nm-328.7nm时xx最强。一般用于无菌室、手术室xx)3. 静电xx(利用静电引力来吸附带电粒子而达到xx除尘的目的。静电xx对很小的微粒效率很低)4. 过滤xx(①{jd1}过滤是介质之间的孔隙小于被滤除的微生物,当空气流过介质层后,空气中的微生物被滤除。②介质过滤是目前工业上用的较多的空气xx方法,它是采用定期xx的介质来阻截流过的空气所含的微生物,而取得无菌空气。常用的过滤介质有棉花、活性炭或玻璃纤维等。)
常用过滤介质(要求吸附性、阻力小、空气流量大、能耐干热):1.传统过滤介质:棉花、活性炭、玻璃纤维(更换过滤介质时将造成碎末飞扬,使皮肤发痒,甚至过敏)、超细玻璃纤维纸(有较高过滤效率和较低过滤阻力,但机械强度差,容污量小)、石棉滤板(耐湿,受潮不易穿孔或折断,能耐受蒸汽反复xx,使用时间长)2.新型过滤介质:烧结材料过滤介质、微孔滤膜(是由高分子聚合物经压制、热熔黏结或在适当溶剂、添加剂和成孔剂中成膜而制成的薄膜,孔径均匀,过滤精度高)
分批发酵的特点:1.微生物所处的环境是不断变化的2.可进行少量多品种的发酵生产3.发生杂菌污染能够很容易终止操作.4.当运转条件发生变化或需要生产新产品时,易改变处理对策5.对原料组成要求较粗
连续培养的特点:1.恒定状态可以有效地延长分批培养中的对数生长期2.在连续培养系统中,微生物细胞的浓度、比生长速率和环境条件(如营养物质浓度和产物浓度)均处于不随时间而变化的稳定状态之下,甚至还可以根据需要来调节生长速率3.连续培养系统大大提高了发酵的生产效率和设备利用率。
连续培养的原理: 1、基于细胞量的物料平衡 (细胞的进入速率-细胞的流出速率+细胞的
生长速率-细胞的死亡速率=细胞的积累速率 )2、基于限制性营养成分的物料平衡(养分进入系统的速率-养分流出系统的速率-用于生长的养分消耗速率-用于维持的养分消耗速率-用于产物形成的养分消耗速率=养分在系统中的积累速率)
固态发酵的特点: 1.原料来源广,价格低廉2.在霉菌发酵时就可以防止污染杂菌3.能耗低4.固态发酵的产物回收一般步骤少,费用也省优点:1.培养基含水量少,废水、废渣少,环境污染少,容易处理2.消耗低,供能设备简易3.培养基原料多为xx基质或废渣,广泛易得,价格低廉4.设备和技术较简易,后处理方便5.产物浓度较高,后处理方便缺点: 1. 菌种限于耐低水活性(aw)的微生物,菌种选择性少2.发酵速度慢,周期较长3.xx原料成分复杂,有时变化,影响发酵产物的质和量4.工艺参数难检测和控制5.产品少,工艺操作消耗劳力多,强度大
发酵罐的设计制造要求:1.设备能在几天内保证无菌状态运行,在长期运行过程中是可靠地2.设备能提供充足的空气与充分的搅拌来满足微生物代谢的需要 3.设备耗能尽可能低4.设备应具有温控系统5.设备应具有PH控制系统6.设备应具有取样装置7.设备蒸发损失不应过大8.设备操作、清洗和维护的人工应尽可能的少9.设备应有一定通用性10.设备内表面保证光滑,过渡处应尽可能用圆角取代尖角11.不同容积的设备应该具有相似的几何形状,便于按比例放大12.在满足使用要求的情况下,设备材质成本应尽可能低
机械搅拌发酵罐的基本条件:a) 发酵罐应具有适宜的径高比。罐身越长,氧的利用率越高,一般的高度与直径之比为1.7~4倍左右b) 要能承受一定压力。由于发酵罐在xx及正常运转时,罐内有一定压力(气压和液压)和温度,因此罐体各部件要有一定的强度,能承受相当的压力c) 发酵用的搅拌通风装置能使气液充分混合,保证发酵必需的溶解氧d) 应具有足够的冷却面积。微生物生长代谢过程放出大量的热,为了控制发酵过程不同阶段所需的温度,应装有足够的冷却部件e) 罐内应尽量减少死角,避免藏污积垢,xx能彻底,避免染菌f) 搅拌器的轴封应严密,尽量减少泄漏。
搅拌器和挡板:1.搅拌器作用:打碎空气气泡,增加气-液接触界面,以提高气-液间的传质速率。其次是为了使发酵液充分混和,液体中的固形物料保持悬浮状态2.搅拌器的类型:1)圆盘平直叶涡轮 2)圆盘弯叶涡轮 3)圆盘箭叶涡轮3.挡板的作用:加强搅拌强度,促使液体上下翻动和控制流型、xx涡流。冷却列管也可起挡板的作用
轴封:作用是对罐顶和罐低之间的缝隙加以密封,防止泄露和污染杂菌。1.填料函式轴封:优点结构简单;缺点1)死角多,很难彻底xx,容易渗漏染菌2)轴的磨损情况较严重3)填料压紧后摩擦功率消耗大4)寿命短,经常维修,耗工时多2.端面轴封:优点1)清洁2)密封可靠,不易或很少泄露3)无死角,可防止杂菌污染4)使用寿命长5)摩擦功率损耗小6)轴或轴套不受磨损7)对轴的精度和光洁度没填料轴封要求那么严格,对轴的整栋敏感性小 缺点:结构复杂,装拆不便,对动环及静环的表面光洁度及平直要求高,否则容易泄漏
气升环流式反应器的特点:1.反应溶液分布均匀2.较高的溶氧速率和溶氧效率3.剪切力小4.传热良好5.结构简单6.操作和维修方便
自吸式发酵罐 优点:1.节约空气净化系统中的空气压缩机、冷却器、油水分离器、空气贮罐、总过滤器设备,减少厂房占地面积2.减少工厂发酵设备投资约30%左右3.设备便于自动化、连续化,降低老定强度,减少劳动力4.设备结构简单,溶氧效率高,操作方便缺点:由于罐压较低,对某些产品生产容易造成染菌
带升式罐特点:1.结构简单,冷却面积小2.无搅拌传动设备,节约动了约50%,节约钢材;
操作无噪音3.料液可充满达80~90%,而不需加消泡剂4.维修、操作及清洗简便,减少杂菌感染 缺点:不能代替好气量较小的发酵罐,对于粘度大的发酵液溶氧系数较低
伍式发酵罐:主要部件是套筒、搅拌器。工作原理:搅拌时液体沿着套筒外向上升至液面,然后由套筒内返回罐底,搅拌器是用六根弯曲的空气管子焊于圆盘上,兼作空气分配器。空气由空心轴导入,经过搅拌器的空心管吹出,与被搅拌器甩出的液体相混合,发酵液在套筒外侧上升,由套筒内部下降,形成循环。这种发酵罐多应用纸浆废液发酵生产酵母。缺点:结构复杂,清洗套筒较困难,消耗功率较高
文氏管发酵罐:1.工作原理:用泵将发酵液压入文氏管中,由于文氏管的收缩段中液体的流速增加,形成真空将空气吸入,并使气泡分散与液体混合,增加发酵液中的溶解氧2.优点:吸氧的效率高,气、液、固三相均匀混合,设备简单,无须空气压缩机及搅拌器,动力消耗省3.缺点:气体吸入量与液体循环量之比降低,对于耗氧量较大的微生物发酵不适宜
微生物反应通风搅拌罐放大的方法:1. 以体积溶氧系数为基准的放大2. 以单位培养液体积搅拌功率相等为基准的放大3.以搅拌涡轮{jd0}线速率为基准的比拟放大 4.以混合时间相等为基准的比拟放大
比拟放大涉及的因素:1.菌种的扩大培养,发酵规模增大了,就要增加菌种扩大培养2.xx,xx与发酵规模关系密切3.环境参数(营养的可给性、PH、温度、溶氧浓度、剪切条件、溶解的CO2浓度、泡沫的产生量)、规模扩大,生物的环境也发生变化
Kla值的测定方法:1.亚硫酸盐氧化法(测量在铜或钴作催化剂下,0.5mol/l亚硫酸钠转化成硫酸钠的的速率即代表传氧速率,反应为Na2SO3+0.5O2---Na2SO4,步骤如下:在发酵罐中配制0.5mol/l亚硫酸钠溶液,加入化学纯的CuSO4,使Cu2+浓度为10-3mol/l,以固定速率进行通风和搅拌,间隔一定时间取样加入过量的I2溶液,I2与未氧化的亚硫酸反应,剩余的I2用标准的Na2S3O3溶液滴定。绘出耗用的标准Na2S3O3溶液的体积与取样时间的曲线,由曲线的斜率即可计算出传氧速率。优点:简便,可减少由于发酵罐中液体体积的变化所造成的误差缺点:耗时长,准确性差)2.排气法(1)稳态法:先通入N2以降低液体中的氧浓度,液体中的氧全部被置换出来。脱氧的溶液在通风搅拌,溶氧浓度随之增加,用适当的溶氧探头测量溶氧浓度优点:快捷,耗时少,适于小型发酵缺点:使用局限性2)动态法:在真实的发酵体系中测定KLA值在发酵过程的不同阶段都能进行,测定迅速,仅使用复膜双氧电极。但溶氧浓度增加范围小3.氧的横算法(最简便):在发酵过程中直接测定在一定时间内氧传递到溶液中的量)
发酵罐中影响Kla值因素:1.空气流率:1)机械搅拌发酵罐(液泛即由于空气流速和搅拌转速不匹配,流体流动以空气流为主的现象,当下部搅拌器所消耗的能量与通气所消耗的能量达到平衡时可避免发生液泛)2)非机械搅拌通风发酵罐:分泡柱式和气升式,依靠空气来进行混合和通风(在泡柱式发酵罐中,当罐截面空气与速度低于1-4㎝·S-1时,气泡均匀上升,只是在气泡流速减缓时才发生气液混合,这种流型称为均匀型;在高的气速下,在发酵罐的底部产生的气泡不均匀,气泡聚合导致不同部位液体的密度不同,由于液体密度不同而产生的循环流动,称为不均匀型)2.搅拌程度:1)搅拌能够形成小气泡,有助于分散空气,从而增加传氧面积2)搅拌能够延迟气泡从液体中溢出3)搅拌能防止气泡的聚合4)搅拌可使发酵液产生湍流,从而能够减小气液界面上的液膜厚度3.培养基和发酵液的流变特性(消泡剂一般是表面活性剂,在消泡剂破碎气泡的同时还会和液相中的气泡结合,形成更大的气泡以减小比表面积,从而降低传氧速率。为减少消泡剂的用量,必须控制发酵罐中适当的液体的高度)
发酵过程的主要参数:1.物理参数:温度(较常用金属电阻温度计和热敏电阻,精准的水银温度计用来校准其他形式的温度传感器)、罐压(为操作安全,常用的是Bourdon管式压力表,又称弹簧管式压力表)、搅拌速率(有磁感应式、光感应式和测速发电机,前两种测速仪是利用搅拌轴或电机轴上装设的感应片切割磁场或光束而产生脉冲信号,且与搅拌转速相同。测速发电机则是利用在搅拌轴或电机轴上装设一小型发电机,发电机输出的电压与搅拌转速成线性关系)、搅拌功率、流量、黏度2.化学参数:PH、基质浓度、溶解氧、氧化还原电位、排气中的氧浓度、排气中的二氧化碳浓度、产物浓度、离子浓度3.生物参数:菌丝形态、菌体浓度、关键酶活性、DNA含量
环境条件对发酵的影响及控制:1.温度对发酵的影响即是对酶活力的影响2.影响发酵变化的因素(1)生物热:指微生物在生长繁殖过程中产生的热量。菌体的呼吸强度也与生物热的大小有对应关系,呼吸强度雨愈大,所产生物热也越大2)搅拌热:搅拌带动发酵液做机械运动,可引起液体之间、液体与设备之间产生摩擦热3)蒸发热4)辐射热)3.温度的控制
溶氧对发酵的影响:1.满足微生物呼吸{zd1}限度的溶氧浓度称为临界溶氧浓度2.影响需氧的因素:菌种、菌体浓度、菌龄、培养基;影响供养因素:搅拌、通气量、培养液的物理性质3.提高溶氧的方法:1)改变气体的成分,用纯氧增加氧分压,该方法也称富氧通气,效果好,但成本高2)提高罐压3)提高通气量4)提高搅拌速度和增加挡板数
泡沫对发酵的影响及控制:1.降低了发酵罐的装料系数,使发酵液体积减小,直接影响收率2.气泡中的空气有隔热作用,影响xx3.过多的气泡会引发“逃液”,造成发酵液的损失,增加了染菌机会4.泡沫严重时,甚至必须停止搅拌,影响了正常的发酵过程,造成代谢异常,导致菌体提前自溶
泡沫的xx和控制:1.机械消沫依靠机械的强烈震动或压力变化促使泡沫破裂,可分为罐内、罐外两种优点:不加消沫剂,减少了杂菌污染机会缺点:效率不高。对黏度大的流态型泡沫几乎无作用2.消沫剂消泡通过加入消沫剂使泡沫破裂消泡机理1)当泡沫表层存在着极性的表面活性物质而形成双电层时,可加入另一种有机反电荷的表面活性剂来降低他的机械强度,促进泡沫破裂,或添加另一种强极性的物质和发泡剂争夺液沫上的空间使液膜破裂2)当泡沫的液膜具有较大的表面黏度时,可加入某些分子内聚力较小的物质以降低膜的表面黏度,从而促使液膜的液体流失而使泡沫破裂
消泡剂应具备的特点:1.有一定的亲水性,在气液界面上有足够的铺展系数,能迅速发挥消泡作用2.在低浓度下具有较高的额消泡效率3.不影响氧的传递4.对微生物细胞是xx的5.能耐高温高压6.对产物的提取和质量不产生任何影响7.成本低,来源广泛使用增效的方法:1.加入增效载体2.消沫剂的并用增效3.乳化消沫剂增效
防止污染的措施:1.无菌检查1)酚红肉汤法2)平板划线培养法2.发酵设备的定期检查3.严格按要求进行操作噬菌体污染的征兆:菌丝体生物量不上升或回落,镜检发现菌丝体染色不均匀,形态不规则。同时泡沫增多,发酵液粘稠,营养成分消耗迟缓,PH异常,产生刺激性气味,发酵液颜色改变。严重污染时,对数生长期的xx,可以明显看到自溶。防治噬
固体物料的机械输送:1.带式输送机:优点:1)结构简单自重轻,便于制造2)输送路线不知灵活,适应性强,可输送多种物料3)输送速度快、距离长4)可连续输送,操作平稳,不损伤物料5)操作简单、安全,易保修缺点:1)输送带易磨损2)不密闭3)成本高构造:输送带、驱动装置、张紧装置、机架和托辊、制动装置(又称逆止器,有带式、滚式、电磁闸瓦式)、清扫器、装载和卸载装置
气流输送:又称风力输送,是借助空气在密闭管道内的高速流动,物料在气流中被悬浮输送到目的地。优点:1.系统密闭,可避免污染2.在输送过程中可同时进行多个操作3.占地面积小4.设备简单,操作方便,易实现连续化、自动化缺点:需动力大,风机噪声大,对颗粒大小有限制,对管道和物料的磨损较大,不适于输送粘结性和易带静电而有爆炸性的物料分类:吸引式、压送式、综合式设备组成:1.进料装置:1)吸嘴2)旋转加料器2.卸料装置:离心卸料器、沉降式卸料器3.空气除尘器4.风机
发酵结束后的发酵液具有的特性:
①发酵产物浓度低,发酵液大部分是水,处理体积大②微生物细胞的颗粒小,密度与夜相相差不大③细胞含水量大,可压缩性大,一经压缩就变形④液体流变特性复杂,黏度大,容易吸附在滤布上⑤产物性质不稳定,不耐热,对较强的酸碱的环境敏感,易于手空气氧化微生物污染以及酶分解等作用的影响
发酵液预处理的意义:
以上特性使得发酵液很难直接采用离心或过滤操作实现固液分离,对发酵液进行适当的预处理,改变其流体特性降低滤饼比阻或离心沉降特性 使发酵液相对纯化等 可提高固液分离效率和后续分离效率及收率
改变发酵液的过滤特性:1降低发酵液黏度①加水稀释法②加热升温发③酶解法。2凝聚于絮凝①凝聚②絮凝③混凝。3调整发酵液的PH 4加入反应剂 5假如助滤剂
影响沉降速度的因素:①颗粒直径②分散介质粘度③两相密度差④沉降设备尺寸 行状和壁效应的影响
悬浮液沉降分离设备:①间歇式沉降器(在间歇式沉降器内,悬浮液从沉降开始至终了一直是处于静置状态,悬浮液的进入和沉淀的排出是间歇进行的)②半连续式沉降器(在半连续式沉降器内,悬浮液连续地进入设备,在流动过程终不断地沉降分离,澄清液也连续不断的自沉降器中流出来,沉淀层则间歇的排除)③连续式沉降器(连续式沉降器的进料以及清液和沉降=淀物的卸出均为连续操作。最xx的连续式沉降器为多尔曾浓器)
膜的分类:1.对称膜一般指模的各部分具有相同的特性,气孔结构不随深度变化而变化的膜,用于发酵产品中的xx、颗粒的除去2.非对称膜是由同种材料制成,一层为致密分离层,另一层或多层为支撑层,用于发酵产品中蛋白质、多糖等的分离与纯化3.复合膜其选择性膜层沉积于具有微孔的底膜表面上,但表层与底层的材质不同4.荷电膜即离子交换膜,是一种对称膜,溶胀胶带有固定的电荷,带有正电荷的膜称为阴离子交换膜,与周围流体中的阴离子作用;带有负电荷的膜称为阳离子交换膜,与周围流体中阳离子作用。用于发酵或化工产品的净化、分离、转换、合成等过程5.液膜是将第三种液体展成膜状悬浮于两个组成不同又互溶的液相之间,利用膜的选择透性使被分离物质在两相间的转移,达到分离的目的。用于萃取有机酸、氨基酸等6.微孔膜用于发酵产品中菌体、颗粒等杂质的去除7.动态膜是在多孔介质上沉积一层颗粒物作为有选择作用的膜,此沉积层与溶液处于动态平衡,但很不稳定
等电点沉淀法:优点:蛋白质仍保持xx现象,可重新溶于适当的PH或一定浓度的盐溶液。缺点:对于某些对酸比较敏感的蛋白质,往往会使其变性。三、有机溶剂沉淀法:优点:有机溶剂容易蒸发出去,不会残留。缺点容易使蛋白质变性失活。
影响吸附的因素:1、吸附剂的性质:吸附剂的理化性质对吸附的影响大。2、吸附物的性质:a、吸附物在溶剂中的溶解度越大越难以吸附b、极性吸附剂容易吸附极性物质,非极性吸附剂容易吸附非极性物质c、对于同系列物质的吸附,分子质量越大极性越差,越容易被非极性吸附剂吸附d、能使表面张力降低的物质,容易吸附。3、溶液的PH 4、温度
影响溶剂萃取的因素 一、萃取剂的选择:1、要求对溶质有较大的溶解度2、对其他杂质的溶解度尽量小,具有良好的选择性3溶剂和料液的互溶度要小,有利于相的分散和两相的分离4、溶剂的化学性质稳定性好,价格便宜,来源方便,容易回收5、溶剂的毒性低。二、PH的影响 三、温度的影响 四、盐析作用的影响 五、乳化和去乳化
离子交换剂的类型和结构:一、根据交换基团的不同可分:1、强酸性阳离子交换树脂2、强碱性阴离子交换树脂3、弱酸性阳离子交换树脂 4、弱酸性阴离子交换树脂。二、根据载体多糖种类的不同,多糖基离子交换剂可分为:1、离子交换纤维素2、离子交换葡聚糖3、离子交换琼脂糖
离子交换树脂的理化性能:一:物理性能:1、树脂性质 2、树脂的密度3、树脂的溶解度 4、膨胀度5、耐用度 二:交换容量:1、总交换容量2、工作交换容量 3、再生交换容量 三:吸附选择性:1、对阳离子的吸附 2、对阴离子的吸附 3、对有色物的吸附
多糖基离子交换剂的理化性能:1、有极大的表面积和多孔结构2、有良好的化学,物理稳定性,使洗脱剂的选择范围很广3、离子交换纤维素吸附生物高分子时结合键比较松,吸附与解析条件都较缓和,适于易变性的蛋白质、酶、xx等生化产品的纯化4、分离能力很强,能将一组复杂的混合物逐一分开5、能分离纯化毫克量纯品,适用于生化产品的工业生产。
酒精蒸馏的目的:一、提浓:将发酵成熟谬中的酒精提取出来并提高至95%以上。二、除杂分类:1、a、头级除杂:头级除杂又称醛脂除杂,是沸点比乙醇低的杂质,包括乙醇、乙酸乙酯和甲酸乙酯 b、中级除杂 :又称脂酒,其沸点与乙醇接近,主要包括丁酸已脂。c、尾级除杂:又称杂醇油,沸点比乙醇高,包括高级醇、戊醇、已丁醇、甘油等 d、端级杂质:即甲醇。三、除杂方法:1、头级除杂:从{zh1}一个冷凝器的排醛管中排至大气,或收集作化工原料。2、中级除杂:在塔顶加NaOH溶液,与杂质反应生成不挥发性的盐类或沉淀。3、甲醇的去除:薯类原料蒸煮是多排二次蒸气,将产生的甲醇排除,如果二次蒸气用于粉浆的加热蒸气,应尽量采用间接加热,以免甲醇进入粉浆。
发酵液的几种特性1、热敏性2、结晶性3、结垢性 4、气泡性5、腐蚀性6、粘滞性 二、蒸发设备的要求:1、溶液的浓缩比,浓缩后的收得率等均要满足工艺要求;2、传热效果良好,传热系数高,热能利用效率高;3、结垢合理紧凑,操作清洗方便,安全可靠;4、动力消耗要小;5、易于加工制造和维修。
蒸发器要满足的条件:1、要有充足的热源,以维持溶液的沸腾和补充溶剂汽化所带走的热量 2、迅速排除溶剂蒸气3、要有一定的热交换面积
1、升膜式蒸发器 优点:蒸发时间短,对于起泡性强,黏度较小的热敏性物质较为适用。缺点:不适用于黏度较大,受热后易产生积垢或浓缩时有晶体析出的物料。2、升降膜蒸发器特点:a、符合物料的要求,刚进入蒸发器,物料浓度较低,物料蒸发内阻较小,蒸发速度较快,容易达到要求。b、经升膜蒸发后的气液混合物,进入将膜蒸发,有利于降膜的液体均匀分布,同时也加速物料的湍流和搅动,以进一步提高降膜蒸发的传热系数c、用升膜来控制姜末的进料分配,有利于操作 d、将两个浓缩过程串联,可以提高产品的浓缩比,降低设备的高度。
燥设备的分类与选型:一、在物料干燥操作中把物料中的水分分为:结合水和非结合水,1、所谓结合水:是指水和物料结合力较强的水分2、非结合水:是指与物料的结合力较弱的,相对易于除去的水分。3外热型干燥:主要是用蒸气,热空气,加热接触式等方法使热交换对物料从外到内进行的干燥方法。4、内热型干燥则是在能量场下以微波、红外线、高压电场使被干燥物体产生分子运动而达到传热目的的干燥方法。
干燥器的分类:1、按干燥器操作压力分:常压式和真空式干燥器;2、按干燥器操作方式分:间歇操作和连续操作干燥器3、按被干燥物料的形态分:块状物料干燥器、带状物料干燥器、粒状物料干燥器、溶液和浆状物料干燥器4、按干燥器供给物料热量方法分:传导加热干燥器、对流加热干燥器、辐射加热干燥器、高频加热干燥器5、按干燥器使用干燥介质的种类分:空气干燥介质干燥器、烟道气干燥介质干燥器、过热水蒸气干燥介质的干燥器、惰性气体干燥介质的干燥器6、按干燥器的结构分:喷雾干燥器、沸腾干燥器、气流干燥器、回转圆筒干燥器、滚筒干燥器、真空耙式干燥器、各种箱式和带式干燥器7、按干燥器的干燥过程分:绝热干燥过程和非绝热干燥过程。
沸腾干燥设备:一、原理:利用流态化技术,流化介质为热空气使置放于孔板上的湿物料处于沸腾状态,湿物料的水分迅速汽化而达到干燥的目的。二、特点:1物料与干燥介质接触面大,搅拌剧烈,表面更新机会多,热容量大,热传导效果好,设备效率高2、干燥速度高,物料在设备内停留时间短,适宜于热敏性物料的干燥3、物料在干燥室内的停留时间可由出料口控制,故容易控制制品的含水率4、装置简单,设备造价低,本身无机械运动装置,保养容易,维修费用低5、对被干燥物料的粒度有一定的限制,一般要求颗粒不小于40um而不大于4~6um 6、对易结块物料容易产生与设备壁间黏结而不适用。三、沸腾干燥的分类:1、按被干燥的物料分:粒状物料、膏状物料、悬浮液和溶液等具有流动性的物料2、按操作情况分:间歇式,连续式。3、按设备结构形式分:单层沸腾干燥和多层沸腾干燥设备。
振动流化床干燥设备:特点:1、运行平稳,维修方便,噪音低,寿命长2、流化态均匀3、可调性好,适应性强4对物料表面损伤小,可用于易碎物料的干燥5、采用全封闭式的结构,有效的防止了物料和空气间的交叉感染,操作环境清洁6、机械效率与热效率搞,节能效果好。
沸腾造粒干燥设备:一、原理:压缩空气通过喷嘴把液体雾化,同时喷入沸腾床进行干燥。二、操作易出现的三种现象:1、自我成粒2、涂布测成粒3、黏结成粒 三、优点:使葡萄糖溶液的蒸发、结晶合并为一个操作过程,不会剩下母液,简化了工艺操作,因而缩短了生产周期,节约了劳动力,缩小了占地面积。 缺点:a、反料比太大,设备生产能力较低b、需要空气量大c、需要增加辅助设备
喷雾干燥设备:概念:就是利用喷雾器将液态或浆状物料喷成雾状液滴,悬浮于热空气气流中进行脱水干燥的过程。一:喷雾的形式:1、压力式喷雾器2、气流式喷雾器3、离心喷雾器 二:特点:1、干燥速度快2、产品质量好3、营养损失少4、产品质量高5、工艺较简单6、生产率高 三、 缺点:1、占地面积大,投资较多 2、能耗大,热效率不高3、因废气中含湿量较高,为降低产品中的水分含量,需耗用较多的空气量,从而增加了鼓风机的电能消耗与粉尘回收装置的负担4、干燥室内壁易于黏附产品微粒,不宜于清洗5、将料液雾化成细小微粒,以及从废气中回收夹带的粉末产品所需要的机构较复杂。
离心喷雾干燥:原理:利用在水平方向作高速旋转的圆盘产生的离心力,将料液高速甩出成薄膜,细丝或液滴,并由于受空气的摩擦和撕裂作用而雾化。一、必须具备的特点:1、圆盘要加工精密,动平衡好,旋转时物振动2、旋转时产生的离心力必须大于物料的重力3、给料必须均匀且圆盘表面均被料液所润湿4、圆盘及沟槽必须平滑5、保证雾化均匀,圆盘速度应为60m/s以上,一般为90~120m/s。 二、离心喷雾器的结构:1、光滑口盘2、多叶板圆盘3、多喷管圆盘4、尼罗式离心