生物工艺实验讲义

试验一发酵罐的构造［实验目的］1了解发酵罐的结构和原理。2掌握通气式机械搅拌发酵罐的结构［实验原理］按照生物反应器的类型，发酵罐可分为三大类。（1）敞口式发酵：属于繁殖速度快的好氧发酵，例如酵母工业；（2）半密闭式发酵：如酵母菌等的发酵，大多数情况下属于不是很严格的厌氧发酵；（3）密闭式发酵：主要是好气性的液体深层培养，要求复杂，但无菌程度高。发酵罐的主要部件包括以下几部分。罐体：主要用来培养发酵各种菌体，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；空气处理系统，用来供给菌体生长所需要的空气或氧气；蒸汽净化系统以供给发酵罐空消及实效所需蒸汽；罐体上有控制传感器，最常用的有pH电极和容氧电极，用来监测发酵过程中发酵液pH和DO的变化。此外有些发酵罐还配备有电气控制系统，用来显示和控制发酵条件等等。其基本工艺流程图如下所示。自来水电磁阀压缩空 >水分过滤器―|加热器发酵罐自来水电磁阀压缩空 >水分过滤器―|加热器发酵罐< .绝对过滤器< 空气减压阀发酵*—摇床菌种1蒸汽源 >|蒸汽过滤器工艺流程图［实验材料］BIOTECH型发酵系统（BIOTECH—7BS、BIOTECH—10BS、BIOTECH—30BS）［实验内容］1空气管路2蒸汽管路3冷热水管路（循环）4控制器［作业］绘发酵罐结构示意图发酵罐管路示意图标在或昭|通川丸发贫坦徉部样管道承意日椎而口一试验二酵罐发酵罐的实消与接种操作［实验目的］学习发酵罐的实消与接种操作。并掌握其使用操作规程。［实验原理］［实验材料］BIOTECH—10BS型发酵系统。［实验内容］1发酵罐的实消2接种培养装置型19,捧荆卒，什卅暮h出口Eh皿亿心'型19,捧荆卒，什卅暮h出口Eh皿亿心'A应洋口期攻at而显计过谑器图9 70L容积的中式培养装置示意图发酵罐为不锈钢制的圆柱形，外有夹套以便加热或冷却。对于生产中使用的大型发酵罐，罐内装有冷却管。搅拌可采用电动机带动或磁力搅拌器，空气过滤可采用介质层过滤或聚乙烯醇PVA滤芯空气过滤器，在液面上方一般还有安装有机械消泡器，采用可蒸汽杀菌的pH复合电极及pH控制装置，使用2台泵，一台用于流加酸，一台用于流加碱。四.操作步骤空消首先，清洗培养罐内部，特别要注意在空气分布或取样管导出残留污物。罐内加入20%〜30%的水后，通入加热蒸汽（蒸汽需经过滤膜过滤）在121°C下杀菌15min。杀菌过程中不断地打开阀门，确保彻底杀菌。杀菌完成后，从取样管将罐内液体排出。培养基制备培养基的加入量一般为罐容积的50%〜60%。将称量好的培养基组分，经溶解后加入到发酵罐中。此时培养液的体积为实际所需培养基容积的80%。由于蒸汽杀菌过程中有大量的蒸汽转变为水，使发酵液体积增大。对于合成培养基的灭菌操作，葡萄糖与磷酸盐应分别灭菌后，在开始培养前加入以避免在杀菌过程中，葡萄糖与氮化合物之间发生美拉德反应，以及磷酸盐与其他金属离子形成沉淀。安装控制装置安装调试好pH电极、氧电极、消泡电极等。实消与冷却夹套内通入加热蒸汽，是培养液温度达到80°C以上。随后将蒸汽直接通入发酵罐，在121°C下杀菌15min。杀菌过程中，间断打开各阀门，排出内部空气，以保证各出管内杀菌完全。此时如果不采用夹套预热至一定温度，直接通入蒸汽杀菌的话，培养基装置内冷凝水增加，将增加培养液体积调节的难度。杀菌完全后，夹套内通入冷却水，进行培养基的冷却。为保证罐内正压，应通入适量无菌空气。操作条件的设定在无菌条件下连接好酸、碱消泡剂等流入管线。设定好通风量（一般为0.5〜2L/min.L）、温度和pH。接菌、培养将浸有酒精的脱脂棉围绕在接种口周围，点火后打开接种口，加入无菌水，调节好罐内培养液量（必要时应加入葡萄糖、磷酸盐等溶液），进而将种子培养液注入。接种量一般为1%〜10%，盖好接种口后，调节搅拌转数至所需值，培养开始。取样为了解培养过程中的变化，需定时取样进行样品分析。由于罐内为正压，打开取样管时，样品自然流出。取样时应将上一次取样时残留在取样管中的培养液去除后在取样。另外，取样后应通入加热蒸汽，以防取样管路污染杂菌。培养结束将电极与培养液全部取出，培养液在121C下杀菌15min后，排出到指定地点。罐内应冲洗干净。思考题：操作遵循的原则：通蒸汽前先关闭所有阀门。粗过滤器不空消也不实消，要定期处理，所以必须关闭通向粗过滤器的阀门。活蒸汽，灭过头，即尾汽不能关死，要保证有活蒸汽放出，但不能太大，以免分压。罐体排气口排汽，并保持罐内正压。空气过滤系统只空消，不实消，以免罐中物料冲入过滤器内。但空消一结束，即要通入无菌空气吹干管路并保压，避免染菌。进蒸汽时顺着蒸汽管路开阀门，结束时逆着进路关阀门，先开尾阀后开主阀，结束时先关主阀后关尾阀。蒸汽一停，即由无菌空气充入保持罐内正压。实验三酸奶发酵剂的制备及酸奶的酿制一、 实验目的学习并掌握酸奶制作的基本原理和方法。二、 实验原理酸奶是以牛奶等为原料，经乳酸菌发酵而成的一种具有较高营养价值和特殊风味的发酵乳制品，是具有一定保健作用的食品。其基本原理是通过乳酸菌发酵牛奶中的乳糖产生乳酸，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)。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。三、 实验器材菌种：一般选用保加利亚乳杆菌(Lactobacillusbulgaricus)和嗜热链球菌(Streptococcusthermophilus)。也有使用嗜酸乳杆菌(L.acidophilus)和双歧乳杆菌如两歧双歧乳杆菌(Bifidobacteriumbifidum)的，目前虽然有人认为它们保健作用更好，但由于不易培养和有特殊异味，尚未全面推广使用。本实验使用前两种菌以1：1比例混合接种。培养基：菌种活化及扩大用培养基：10%脱脂乳液，pH自然。发酵培养基：16%全脂乳液加适当比例(如8%)的白砂糖，pH自然。3.器材:试管、烧杯、三角瓶、无菌吸管、酸奶瓶、温度计、玻璃棒、酒精灯、电炉。四、实验方法1.工艺流程：全脂乳粉、砂糖、水―混合均匀一预热(60-7O°C)—►均质(15-18MPa)——灭菌(85-90C,5-8min)——►冷却(43-45C)——►接种——►分装tt—►封口 菌种一►活化一母发酵剂一生产发酵剂保温发酵(42-43C,2-3h)酸奶瓶一►清洗一开水烫洗消毒冷藏(2〜5C,24h)成品2.菌种活化和培养：将脱脂乳液(要求乳粉或生新鲜牛乳不含抗生素)分装试管和三角瓶.装量：18mmX180mm试管：15mL/管；250mL三角瓶：150mL/瓶。置于高压灭菌锅内115C,15min灭菌。将保藏菌种接入脱脂乳试管中活化2次，至凝固良好时，转接于三角瓶中(做成母发酵剂)，接种量2%左右。大规模生产时还需进行下一级扩大培养(即做生产发酵剂)，接种量2%〜3%。（3） 生产发酵剂培养需采用较大的容器，如不锈钢桶，灭菌则采用80°C、15min，连续两次。灭菌后牛乳应立即冷却待用。如1h内不使用，需储放在3〜-5C环境下。（4） 培养：保加利亚乳杆菌一般在42〜45C下培养12h，至牛乳凝固结实即可。嗜热链球菌一般在37〜42C下培养12〜14h，至牛乳凝固结实即可。发酵培养基的消毒：将乳粉、砂糖和水按比例混合均匀（实验室小规模制作可用打浆机打浆，使充分混匀，代替均质），在不锈钢容器（或烧杯）中加热至85〜90C保持5〜8min即可杀死病原菌和其它微生物。接种：将消毒后的牛乳迅速降温至45C以下，接入发酵剂的量为原料乳量的10