1.掌握常用生物工程设备的结构

（1）几种常用连续灭菌设备
培养液各个部分在管道中停留（受热） 的时间是否均等？ 如何做到均等受热？
培养液在管道中的流动形式：活塞流 （层流）、湍流、黏滞流
活塞流：平均速度与轴线处最高速 度相等，即截面各点速度相等
湍流：平均速度为轴线 黏滞流：平均速度为轴
处最高流速的82%
线处最高流速的50%
• 活塞流最理想 • 能够防止培养液的过热和加热不足 • 比较容易计算管道的长度
间歇式灭菌法（实消）
将培养基配制在发酵罐或其它装置中，通入蒸 汽直接加热，达到预定灭菌温度后保温一段时 间，再冷却到发酵温度。
连续式灭菌法（连消）
把发酵罐先灭菌好，在罐外连续不断进行加热， 保温灭菌和冷却，然后连续送入发酵罐中。
2 间歇式灭菌法中的常用杀菌设备
• 高压蒸汽灭菌锅 • 发酵罐本身
3 连续灭菌法中的常用设备
连消塔的参数计算
Biblioteka Baidu
• 培养液流动线速度


3600
G
（D2

d
2）
4
•G---培养液流量，m3/h •D---外管直径，m •d---内管直径，m
连消塔高度（H）
H
•H-连消塔的高度，m •τ-灭菌时间，s
•蒸汽喷孔总面积（F）及孔数（n）
F V
3600 则
F V
3600
•F-蒸汽喷孔总面积，m2 •ω-蒸汽喷孔处蒸汽喷射速度，m/s •V-加热蒸汽消耗量,m3/h
生物工程设备
食品的生产
药物的生产
农产品的加工
生物工程（设备）
• 遗传工程 • 细胞工程 • 发酵工程 • 酶工程 • 生物反应器工程
本门课程的总体目标
1.掌握常用生物工程设备的结构。 2.掌握设备关键组成单元的相关参数及计算。
第一章 培养基制备设备
学习目标
• 了解培养基灭菌的热动力学 • 掌握常见培养基制备设备的构造和工作原
K---反应速度常数 R---气体常数，1.987×4.187 J/(K·mol) T---绝对温度 E---细胞孢子的活化能，4.187J/(K·mol)
E
k Ae RT
1 ln N0
k Ns


1
E
e RT
ln
N0
A
Ns
第二节 培养基制备中的常用灭菌设备
1.培养基的两种灭菌方式
连消塔连续灭菌流程
喷射加热连续灭菌流程
1
2
3
薄板换热器连续灭菌流程
• 但是无法实现理想的活塞流，只能以 接近活塞流的形式进行流动
1）连消塔
• 培养液高温短时间连续灭菌设备 • 套管式和汽液混合式两类
•由内管小孔喷出的蒸汽加热（110130℃） •保持时间15-20s •流动线速度＜0.1m/s •孔距
套管式连消塔
a
b
a 汽液混合式连消塔 b 汽液混合式连消器
•套管式喷嘴 •喷嘴上方有圆形挡板 •加热蒸汽呈环形加热料液
理
第一节 培养基的灭菌设备
1.培养基灭菌的热动力学 • 如何衡量灭菌的效果？ • 灭菌效果的好坏受到哪些因素影响？如何
影响？
活菌残留总数-Ns 温度、时间
• 起始活菌总数：N0 • 将培养基的活菌总数N0杀灭到Ns，需要多高的温
度及多长时间。
（1）理论灭菌时间
dN kN
d
K---反应速度常数，s-1或min-1 N---任一时刻的活菌浓度，个/L ---时间，s或min
• 喷孔数（n）
n

F 0.785d12
•n-喷孔数，个 •d1-喷孔直径，m
套管式连消塔参数
• 线速度 ω • 连消塔高度 H • 蒸汽喷孔总面积 F • 蒸汽喷孔个数 n
2）喷射加热器
料液
13 2
蒸汽
1.喷嘴 2.蒸汽吸入口 3.混合喷嘴
加热后 料液
（2）连续灭菌的流程
• 连消塔连续灭菌流程 • 喷射加热连续灭菌流程 • 薄板换热器连续灭菌流程
ln Ns k
N0
1 ln N0 (对数残留定律)
k Ns •如果Ns=0,τ≈∞
•Ns/ N0=1/10时所需的时间记为τ0.9,1/10衰减 时间，或90%死灭时间
0.9

1 k
ln
10 1

2.303 k
（2）灭菌温度与反应速度常数k的关系
阿累尼乌斯方程：d ln k E dT RT 2