3600
G
(D2
d2)
4
w-培养液流速，m/s； G-培养液流量，m3/h， D-外管直径，m； d-内管直径，m；
塔高 H w
H-连消塔高，m；τ-灭菌时间，s。
生物工程设备
内管蒸汽喷孔总面积和孔数
根据蒸汽消耗量（m3/h）等于从小孔喷出的蒸
汽量（m3/h）得
Fw V 3600
概述 连续灭菌流程与设备 分批灭菌过程与设备
生物工程设备
生物工程设备
生物工程设备
概述
现代生物技术工业涉及的生物培养往往是纯种培养， 需对培养基等进行灭菌。
染菌的危害： 生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力； 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； 杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难 杂菌会降解目的产物； 杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品； 发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象。
体内的一些重要蛋白质，如酶等，发生凝固、 变性，从而导致微生物无法生存而死亡。
生物工程设备
湿热灭菌的优点 蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒； 蒸汽有强的穿透力，灭菌易于彻底； 蒸汽有很大的潜热； 操作方便，易管理。
生物工程设备
在灭菌过程中，培养基组分的破坏是 由两个基本类型的反应引起的：
5-培养基出口 6-喷淋冷却 7-冷却水
生物工程设备
（2）喷射加热-真空冷却流程
喷射加热器以较高速度自喷嘴喷出，借高速流 体的抽吸作用与蒸汽混合
管道维持器：维持灭菌时间 真空闪急蒸发室：由膨胀阀进入，因真空作用
使水分急骤蒸发而冷却到70~80℃左右，再进 入发酵罐冷却到接种温度。
生物工程设备
优点：加热和冷却在瞬间完成，营养成分破坏 最少，可以采用高温灭菌，把温度升高到 140℃而不致引起培养基营养成分的严重破 坏。设计得合适的管道维持器能保证物料先 进先出，避免过热。
缺点：受压力影响， 出料泵
生物工程设备
（2）喷射加热-真空冷却流程
蒸汽 喷射加热器
生培养液
维持管
膨胀阀 急聚蒸发室
真空
套管式连消塔用:内外两根管子套合组成内管开 有45°向下倾斜的小孔，孔径6mm。孔距应从 上到下减少，使蒸汽较为均匀。
培养基由塔底进入，与小孔中喷出的蒸汽连续 混合后在塔上部流出。培养基在塔内停留时间 一般取20~30s；线速度要求<0.1m/s。
生物工程设备
培养基流速、塔高
培养基流动速度
w
生物工程设备
灭菌的定义
定义：是指从培养基中杀灭有生活能力 的细菌营养体及其孢子，或从中将其除 去。工业规模的液体培养基灭菌主要是 杀灭杂菌。
生物工程设备
生物工程工业上防止杂菌污染的 措施
1）使用的培养基和设备须经灭菌； 2）好氧培养中使用的空气应经除菌处理； 3）设备应严密，生物反应器维持正压环
第一篇 生物质原料处理设备
第二章 生物细胞培养基 制备设备
生物工程设备
内容
第一节 液体培养基的灭菌 第二节 淀粉质原料的蒸煮与糖化 第三节 纤维素和半纤维素的水解 第四节 糖蜜原料的稀释与澄清 第五节 啤酒生产中麦芽汁的制备设备 第六节 固体培养基制备
生物工程设备
第一节 液体培养基的灭菌
生物工程设备
设备构造和计算
（1）连消塔 是培养液高温短时间连续灭菌设备，它
与维持罐组成连续灭菌系统，分套管式和汽液混合式
两类。
蒸汽
出料口
培养液
放汽 人孔
出料
培养液 图2-7 连消塔的构造
排液口
蒸汽进口 进料口
图2-8 连消器的构造
测温口
进料 图2-9 维持罐的外形
生物工程设备
连消塔
在20~30s或更短的时间内将料液加热至 130~140℃。生产中一般用0.5~0.8Mpa的活蒸 汽与预热后的料液直接接触而加热。
– 培养基中不同营养成分间的相互作用； – 对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等
的分解。
高温瞬时灭菌
生物工程设备
2. 连续灭菌流程
连续灭菌优点： （1）提高产量； （2）产品质量较易控制； （3）蒸汽负荷均衡，锅炉利用率高，操作方便； （4）适宜采用自动控制； （5）降低劳动强度。 实际操作：
高温灭菌时间约为15~30s，然后根据发酵 类型不同在维持罐维持8~25min。
灭菌好的培养液
图2-5 加热-真空冷却连续灭菌流程
生物工程设备
（3）板式换热器灭菌流程
采用薄板换热器作为培养液的加热和冷却器， 培养液在设备中同时完成预热、灭菌及冷却过 程，蒸汽加热段使培养液的温度升高，经维持 段保温一段时间，然后在薄板换热器的另一段 冷却，从而使培养基的预热、加热灭菌及冷却 过程可在同一设备内完成。
（2）连消塔，是使高温蒸汽与料液迅速接触混 合，并使料液的温度很快升高到灭菌温度 （126~132℃）；
（3）维持罐，维持料液温度，延长灭菌时间 （4）冷却管，生产上一般采用冷水喷淋冷却，
冷却到40~50℃后，输送到预先已经灭菌过的 罐内。
生物工程设备
2 4
6
7
5
1
3
图2-4 连续灭菌设备流程示意图 1-配料罐（拌料罐）2-蒸汽入口 3-连消塔 4-维持罐
生物工程设备
优点：灭菌的温度较高，灭菌时间较短，培养 基的营养成分受破坏的程度较低，从而保证了 培养基的质量；设备的利用率高；
缺点：过程所需的设备较多，操作较为麻烦， 染菌机会也相应较多
生物工程设备
灭菌好的培养液蒸汽源自水冷 却段热回 收段加热 段
冷却水
生培养液
维持段
图2-6 薄板换热器连续灭菌流程
境； 4）培养过程中加入的物料应经过灭菌； 5）使用无污染的纯粹种子。
生物工程设备
灭菌的方法
化学法 – 化学药品灭菌法：甲醛、苯酚等
物理法 – 干热灭菌法 – 湿热灭菌法（生物工程工业常用方法） – 射线灭菌法
生物工程设备
1. 湿热灭菌原理和影响灭菌的因素
湿热灭菌的原理：主要是因高温使微生物
生物工程设备
连续灭菌流程
在培养基输送至发 酵罐的同时进行加 热、保温和冷却而 进行的灭菌。
20s 2-3min
20s
144℃
温 度
27℃
时间(min) 图2-3 培养基连续灭菌过程中温度的变化
生物工程设备
（1）连消塔-喷淋冷却连续灭 菌流程
（1）配料预热罐，将配好的料液预热到60~70℃， 以避免灭菌时由于料液与蒸汽温度相差过大而 产生水汽撞击声；