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实验报告⽣物⼯程综合实验教程实验1 ⼟霉素摇瓶发酵实验（设计型实验）⼀、实验⽬的冯惠勇周晓辉1、熟悉放线菌的微⽣物学特性及培养⽅法2、了解和掌握种⼦制备和摇瓶发酵技术和⽅法3、了解抗⽣素发酵的⼀般规律和代谢调控理论4、熟悉和掌握常⽤的⽐⾊分析⽅法的操作技术⼆、实验原理⼟霉素是四环类抗⽣素，其在结构上含有四并苯的基本母核，随环上取代基的不同或位置的不同⽽构成不同种类的四环素类抗⽣素。
其结构和命名如图。
R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 ⼟霉素 H OH CH 3 OH H 四环素 H OH CH 3 H H ⾦霉素 Cl OH CH 3 H H 去甲基⾦霉素 Cl OH H H H 多西环素 H H CH 3 OH H ⽶诺环素 N(CH 3)2 H H H H美他环素H=CH 2OHCH 2(NH)CH(COOH)(CH 2)4NH 2⼟霉素具有⼴谱抗菌性，能抑制多种细菌、较⼤的病毒及⼀部分原⾍。
⼟霉素能抑制细菌的⽣长，在浓度⾼的时候也具有杀菌的作⽤。
它的作⽤机制是⼲扰蛋⽩质的合成。
由于它的毒副作⽤⼩，所以其在医疗上⽤途⼴泛，主要是应⽤于呼吸道和肠道感染。
⼟霉素是由龟裂链丝菌产⽣的，属于放线菌中的链霉菌属，它们具有发育良好的菌丝体，菌丝体分⽀，⽆隔膜，直径约0.4～1.0⽶，长短不⼀，多核。
菌丝体有营养菌丝、⽓⽣菌丝和孢⼦丝之分，孢⼦丝再形成分⽣孢⼦。
⽽龟裂链丝菌的菌落灰⽩⾊，后期⽣褶皱，成龟裂状。
菌丝成树枝分⽀，⽩⾊，孢⼦灰⽩⾊，柱形。
3N2H R 5C H 3 41龟裂链丝菌的菌落形态显微镜观察的菌丝特征⼟霉素是典型的次级代谢产物，其发酵的特点之⼀就是分批过程分为菌体的⽣长期、产物期和菌体期三个阶段。
龟裂链丝菌的⽣长和⼟霉素的⽣物合成受到许多发酵条件的影响：温度、发酵pH值、溶氧、接种量、泡沫等。
同时还受到⼀些代谢调控机制的控制：磷酸盐的调节作⽤、ATP的调节和产⽣菌⽣长速率的调节等。
三、仪器与材料（⼀）培养基1、斜⾯⾼⽒⼀号培养基可溶性淀粉2% 氯化钠0.05% 硝酸钾0.1% 三⽔磷酸氢⼆钾0.05%七⽔硫酸镁0.05% 七⽔硫酸亚铁0.001% 琼脂1.5%-2.0% pH：7.4-7.62、母瓶培养基淀粉3% 黄⾖饼粉0.3% 硫酸铵0.4% 碳酸钙0.5% ⽟⽶浆0.4% 氯化钠0.5% 磷酸⼆氢钾0.015% pH：7.0-7.23、发酵培养基淀粉15% 黄⾖饼粉2% 硫酸铵1.4% 碳酸钙1.4% 氯化钠0.4% ⽟⽶浆0.4% 磷酸⼆氢钾0.01% 氯化钴10µg/ml 消沫剂0.01% 淀粉酶0.1%-0.2% pH：7.0-7.2（⼆）实验菌种：龟裂链丝菌，微⽣物实验室保藏（三）仪器：玻璃试管、试管架、吸管（1ml，2ml，10ml）、吸⽿球、离⼼管、容量瓶、烧杯、三⾓瓶（250 ml，500ml）、量筒（250ml，500ml，1000ml）、玻璃棒、试纸、塑料漏⽃、电炉、接种铲（针）、振荡培养箱、恒温箱、台秤等四、实验题⽬1、溶氧对⼟霉素发酵的影响2、培养基中磷量对⼟霉素发酵的影响3、接种量对⼟霉素发酵的影响4、碳源、氮源浓度对⼟霉素发酵的影响五、实验步骤1．斜⾯孢⼦的制备⽆菌条件下，从冷藏的产⽣菌的斜⾯孢⼦中，刮取适量孢⼦涂在⾼⽒斜⾯上，然后置36.5～37℃的恒温箱培养3天，再置30℃的恒温室培养1天。
1. 一级种子接入种子罐的操作①金属种瓶如图6-4所示，用不锈钢特制的种子瓶主要由瓶体、带螺纹的瓶盖以及耐高温的软管组成，软管用纱布包扎好，置于灭菌锅内121℃灭菌30min，备用。
12435图6-4 金属种瓶结构示意图图6-5 一级种子接入种子罐的操作示意图1—带螺纹的瓶盖；2—橡胶塞； 1—金属种子瓶；2—耐高温软管；3—耐高温软管；4—纱布；5—金属瓶体 3—接种阀；4—进气阀；5—排气阀；6—种子罐并瓶操作时，在无菌条件下将三角瓶内的一级种子液倒入金属种瓶，塞上橡胶塞，并拧紧瓶盖，置于4℃冰箱内保藏备用。
②接种操作接种前，采取必要措施尽可能防止操作区域的空气流动，并对操作空间进行必要的消毒。
接种时，点燃火球灼烧种子罐的接种管口，并让火焰笼罩接种管口，稍微打开接种阀门，使种子罐内无菌空气以微弱气流从接种管口排出。
如图6-5所示，在火焰上解开金属种瓶的纱布，迅速将软管套在种子罐的接种管上，并用铁丝固定，然后移开火球。
开尽接种阀门，同时调节种子罐进气阀门的开度，使种子罐压力升高至0.10~0.15MPa,由于金属种瓶已与种子罐连通，两者压力可达到平衡。
接着，关闭进气阀门，打开排气阀门排气，于是种子罐压力便降低，在金属种瓶与种子罐内就会形成气压差，从而把一级种子压进种子罐。
当种子罐压力降低至0.03~0.05MPa时,若一级种子没有完全压进种子罐，应立即关闭排气阀门，重复上述操作，使一级种子全部进入种子罐。
接种完毕，立即调节进气阀门和排气阀门，使罐压升高至0.10MPa左右，然后调小接种阀门开度，拔出软管，让种子罐内气流将残留在接种管的种子液吹出，便可关闭接种阀门，启动种子罐搅拌进行培养。
整个过程需2~3个人员进行操作完成，必须注意操作的先后顺序，以及不同操作者之间要相互协调。
目录前言 (2)设计方案的拟定................................................................................... (3)（1）、机械搅拌生物反应器的型式 (3)（2）、反应器用途 (3)（3）、冷却水及冷却装置 (3)（4）、设计压力罐内0.4MPa；夹套0.25 Mpa (4)表-发酵罐主要设计 (4)工艺设计及计算 (5)（1）生产能力、数量和容积的确定 (5)（2）主要尺寸计算 (5)（3）冷却面积的计算 (6)（4）搅拌器设计 (6)（5）搅拌轴功率的计算 (7)（6）i求最高热负荷下的耗水量W (8)ii 冷却管组数和管径 (9)iii冷却管总长度L计算 (10)iv 每组管长l和管组高度 (10)V 每组管子圈数n (10)Vi 校核布置后冷却管的实际传热面积 (10)（7）设备材料的选择 (10)（8）发酵罐壁厚的计算 (11)（9）接管设计 (12)（10）支座选择 (13)设计结果汇总 (14)参考资料 (14)发酵罐设计心得体会 (15)附录及设计图前言生化工程设备课程设计是生物工程专业一个重要的、综合性的实践教学环节，要求我们综合运用所学知识如生化反应工程与生物工程设备课程来解决生化工程实际问题，对培养我们全面的理论知识与工程素养，健全合理的知识结构具有重要作用。
在本课程设计中，通过生化过程中应用最为广泛的设备，如机械搅拌发酵罐、气升式发酵罐、动植物细胞培养反应器，蒸发结晶设备、蒸馏设备等的设计实践，对我们进行一次生化过程发酵设备设计的基本训练，使我们初步掌握发酵设备设计的基本步骤和主要方法，树立正确的设计思想和实事求是，严肃负责的工作作风，为今后从事实际设计工作打下基础。
设计方案的拟定我们设计的是一台25M3机械搅拌通风发酵罐,发酵生产味精。
设计基本依据（1）、机械搅拌生物反应器的型式通用式机械搅拌生物反应器，其主要结构标准如下：①高径比：H/D=1.7-4.0②搅拌器：六弯叶涡轮搅拌器,Di :di:L:B=20:15:5:4③搅拌器直径：Di=D/3④搅拌器间距：S=（0.95-1.05）D⑤最下一组搅拌器与罐底的距离：C=（0.8-1.0）D⑥挡板宽度：B=0.1D，当采用列管式冷却时，可用列管冷却代替挡板（2）、反应器用途用于味精生产的各级种子罐或发酵罐，有关设计参数如下：①装料系数：种子罐0.50-0.65发酵罐0.65-0.8②发酵液物性参数：密度1080kg/m3粘度2.0×10-3N.s/m2导热系数0.621W/m.℃比热4.174kJ/kg.℃③高峰期发酵热3-3.5×104kJ/h.m3④溶氧系数：种子罐5-7×10-6molO2发酵罐6-9×10-6molO2⑤标准空气通风量：种子罐0.4-0.6vvm发酵罐0.2-0.4vvm（3）、冷却水及冷却装置冷却水：地下水18-20℃冷却水出口温度：23-26℃发酵温度：32-33℃冷却装置：种子罐用夹套式冷却，发酵罐用列管冷却。
目录前言 (1)第一章、概述 (2)1.1、柠檬酸 (2)1.2、柠檬酸的生产工艺 (2)1.3、机械搅拌通风发酵罐 (3)1.3.1、通用型发酵罐的几何尺寸比例 (3)1.3.2、罐体 (3)1.3.3、搅拌器和挡板 (3)1.3.4、消泡器 (4)1.3.5、联轴器及轴承 (4)1.2.6、变速装置 (4)1.3.7、通气装置 (4)1.3.8、轴封 (5)1.3.9、附属设备 (5)第二章、设备的设计计算与选型 (5)2.1、发酵罐的主要尺寸计算 (5)2.1.1、圆筒体的内径、高度与封头的高度 (5)2.1.2、圆筒体的壁厚 (7)2.1.3、封头的壁厚 (7)2.2、搅拌装置设计 (8)2.2.1、搅拌器 (8)2.2.2、搅拌轴设计 (8)2.2.3、电机功率 (10)2.3、冷却装置设计 (10)2.3.1、冷去卩方式 (10)2.3.2、冷却水耗量 (10)2.3.3、冷却管组数和管径 (12)2.4零部件 (13)2.4.1 人孔和视镜 (13)2.4.2 接管口 (13)2.4.3、梯子 (15)2.5发酵罐体重 (15)2.6支座的选型 (16)第三章、计算结果的总结 (16)设计总结 (17)附录 (18)符号的总结 (18)参考文献 (20)生物工程设备课程设计任务书一、课程设计题目“ iooom的机械搅拌发酵罐”的设计。
二、课程设计内容1、设备所担负的工艺操作任务和工作性质，工作参数的确定。
2、容积的计算，主要尺寸的确定，传热方式的选择及传热面积的确定。
3、动力消耗、设备结构的工艺设计。
三、课程设计的要求课程设计的规模不同，其具体的设计项目也有所差别，但其基本内容是大体相同，主要基本内容及要求如下：1、工艺设计和计算根据选定的方案和规定的任务进行物料衡算，热量衡算，主体设备工艺尺寸计算和简单的机械设计计算，汇总工艺计算结果。
主要包括：（1）工艺设计①设备结构及主要尺寸的确定（D, H, HL，V，V L，Di等）②通风量的计算③搅拌功率计算及电机选择④传热面积及冷却水用量的计算（2）设备设计①壁厚设计（包括筒体、封头和夹套）②搅拌器及搅拌轴的设计③局部尺寸的确定（包括挡板、人孔及进出口接管等）④冷却装置的设计（包括冷却面积、列管规格、总长及布置等）2、设计说明书的编制设计说明书应包括设计任务书，目录、前言、设计方案论述，工艺设计和计算，设计结果汇总、符号说明，设计结果的自我总结评价和参考资料等。
种子罐作业指导书
1目的
按照工艺要求生产无污染洁净的酵母纯培养物。
2范围
适合于发酵工段。
3操作原则：必须无菌操作。
4 工艺要求
用CIP清洗系统，将罐洗净
空消温度：90℃，时间30分钟
空消温度：121℃，时间40分钟
卸压： 103℃打开风阀
接种温度：31-33℃
发酵温度：30±0.5℃
发酵PH值：4.0-5.0自然变化
发酵时间:16-20小时
发酵结束指标:酒精份≥1.2%或菌浓度≥14g/l
4.2操作规程
4.2.1用CIP清水(二遍)碱水将罐洗净
4.2.2松开人孔盖和接种口，取样口，压力传感器排污口和排污口打开一半
4.2.3打开汽门，提温至90℃计时：30分钟(各口见汽)
4.2.4打开人孔盖，按工艺配方进行配罐：加水加蜜加营
养盐浓硫酸调节PH值
4.2.5配罐后取样测锤度、PH值达到指标后封罐提温
4.2.6提温到100℃关闭风阀到121℃时计时40分钟，同时打开取样口、排污口排一下，见汽为准
4.2.7 40分钟后卸压降温103℃时打开风阀及冷水循环降温至33℃时，关闭冷水循环，准备接种。
4.2.8 配合菌种员按照无菌操作将2个三角瓶种子接入种子罐。
4.2.9 目测调整风量，在第10小时再调整一次风量。
4.2.10
5注意事项
5.1使用蒸气必须提前15分钟与锅炉房联系。
5.2开启阀门注意安全防止烫伤！
5.3使用浓硫酸、碱液时必须穿戴好防护服,防止酸灼伤!如有灼伤发生,立即按化学物品灼伤处理方法处置,严重时处置后将伤者送至就近医院治疗。
皖西学院生物与制药工程学院（制药设备与工程设计）课程设计皖西学院生物与制药工程学院制药设备与工程设计课程设计任务书设计题目发酵法制备链霉素的工厂设计指导教师专业班级学生设计的目的和要求1、产量及生产时间：年产链霉素干粉50吨，年开工300天，每天24小时。
2、原料及工艺要求：原料菌种自选，产品质量符合链霉素相关标准，产品包装为100克/瓶。
3、其它数据：查阅相关资料。
设计任务1、工艺流程的设计、说明及物料衡算。
2、绘出带控制点的工艺流程图、厂区平面布置图、主体车间平面图、主体车间立面图、主体设备（分离）剖面图、辅助设备图。
设计工作计划与进度安排1、星期一：收集查阅相关文献资料2、星期二：初步确定工艺方案3、星期三：物料衡算、主要设备选型4、星期四：最终确定工艺方案，撰写设计说明书5、星期五：绘制相应图纸课 程 设 计 说 明 书 目 录第一章 设计资料（宋体，小三号） 一、产品设计简介（宋体，四号） 第3页 二、设计参数和质量标准 第4页第二章 工艺设计与说明 一、工艺流程图 第5页 二、工艺说明 第5页第三章 物料衡算与设备选型一、物料衡算 第7页 二、主要设备选型 第9页第四章 设计总结 第11页 附录：主要参考文献资料参考文献：[1] 朱宏吉，张明贤. 制药设备与工程设计，化学工业出版社， 2004. [2] 宫锡坤. 生物制药设备. 中国医药科技出版社，2005[3] 李津. 生物制药设备和分离纯化技术. 化学工业出版社，2003.[4] 元英进. 制药工艺学 化学工业出版社，2007.[5] 李淑芬，姜中义. 高等制药分离工程. 化学工业出版社，2004. [6] 王国胜. 化工原理课程设计. 大连理工大学出版社，2005. [7] 娄爱娟. 化工设计. 华东化工学院出版社，2002. [8] 杨树才. 化工制图. 化学工业出版社， 2005. [1] / [2] / [3] / [4] / [5] / [6] /1.设备一览表第12页2.参考文献第13页第一章设计资料一．产品设计简介1. 筹建概况发酵厂厂区周围大气中的含尘量应在一定范围以下。
