发酵工程实验 讲义文档格式.docx
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到时间后关闭F4、F14.当罐温度降至80度以下时,方可打开F22,排尽发酵罐内冷凝水后即关闭F22、F21。
当蒸汽阀门F4关闭后,发酵罐内的压力会迅速下降,为防止发酵罐内产生负压,必须微开F13,并调节F14,使罐压保持在0.03~0.05MPa之间。
4.加培养基液
4.1按工艺要求配置培养基。
4.2打开排气阀F14,关闭进气阀F13,卸去罐内压力,将校验好的pH、DO电极装入发酵罐内。
4.3打开罐盖上的加料口,将培养基原液加入发酵罐内并加水至所配培养基总量的75%~85%左右(视环境温度、蒸汽压力及接种量而定,其余25%~15%为蒸汽冷凝水和种子量)。
4.4拧紧加料口螺母(注意不要拧得太紧,否则会损坏密封圈)。
5.实消
检查夹套排水阀F33是否打开,夹套水是否排尽。
夹套预热:
关闭F34、F31,打开F5,稍开F33,接通电源,开电源开关,手动开启搅拌电机,调节电机转速至150rpm左右,进行慢速搅拌。
当发酵罐内温度达到80度左右,打开F4、F22,排尽蒸汽管中冷凝水后即关闭F22,稍开F21,使蒸汽徐徐进入发酵罐,继续升温。
此时应关闭进气阀F13,并将排气阀F14调为微开。
当培养液温度达到95-100度可停止搅拌,当发酵罐内温度达到灭菌要求温度时,阀门F4、F14处于微开状态,在灭菌过程中,应时刻注意罐压,并控制在0.1~0.11MPa之间,严禁超压。
罐压的控制通过调节阀门F5、F4、F14来实现。
注意在升温过程中不要开冷却开关,否则当温度设定值设定在培养温度时,冷却水管中会自动通冷却水,不仅会影响升温速度,浪费蒸汽,更重要的是会引起冷凝水过多,引起培养液浓度变化或不能达到的灭菌温度。
实消时间一般为30min。
到时间后关闭F4、F5、F14。
自然冷却10mih左右。
通冷却水进行冷却,操作如下:
关闭夹套排水阀F33,按冷却键,至手动冷却状态,或调整温度设定值,按冷却键至自动状态,此时即进入控温状态。
当蒸汽阀门关闭以及通冷却水后,发酵罐的压力迅速下降,当罐内压力降至0.03MPa时,必须间隙开启进气阀F13,让空气进入发酵罐内,并保持内压力在0.03~0.05MPa之间。
当罐内温度降至70度以下时,调节搅拌电机的调速器,慢速搅动培养基,加快冷却速度,同时可稍开进气阀F13和调节排气阀F14,使罐压保持在0.03~0.05MPa之间。
6.接种
a)当发酵液温度降到接种温度时即可进行接种。
b)准备合格的摇床菌种。
c)用酒精棉擦洗罐顶接种口,并在接种口四周围上酒精棉。
接种者的双手也需要酒精棉擦洗消毒,晾干。
d)调进气阀F13,减少进气量(不能关闭,否则罐压跌为零,引起污染),拧松接种口螺母,检查罐内压力是否在0.01MPa以下,点燃接种口四周的酒精棉,拧下接种口螺母,并将其放入预先准备的盛有酒精的培养皿中。
e)将菌种瓶的瓶口在火焰上烧一会,并在火焰下拔出瓶塞,迅速将菌种倒入发酵罐内。
f)盖上接种口螺母,灭火焰,拧紧螺母,并用酒精棉将接种口擦洗干净。
g)调节进气阀F13及排气阀F14,达到工艺要求的通气量及保持罐压。
7.培养
a)按照工艺要求调节通气量、培养温度及搅拌转速。
b)通气量的调节:
要加大通气量,则需开大进气阀F13,反之则调小进气阀F13的开度,阀F14要作出相应的调整,以保持罐压。
通气量的测定:
通过流量计进行检测。
c)发酵温度、pH、转速、流加控制、消泡等各参数的调整。
将控制器设置至“开机”状态,并分别按“加热”、“冷却”、“搅拌”键,使之置于“自动”状态。
此时,各参数进入自动控制,并根据记录周期所定的时间进行各项参数的记录。
如果在自动控制过程中,某参数出现过调或调不到所需值,则需调整该参数设定值中的“开度”。
如果过调,则需减少“开度”值,如果调不到所需值,则需加大“开度”值。
d)DO电极的满度校正:
当温度、通风量、罐压、搅拌转速稳定后,将此时DO值校正为100%。
e)将预先准备好的碱液和灭过菌的消泡剂、流加物料及硅胶管与蠕动泵及发酵罐(将针插入发酵罐备用口)连接好,注意操作过程必须保证无菌。
f)打开“pH”、“消泡”、“流加”开关,将手动、自动开关置于“自动”位置,此时,上述参数进入自动控制。
8.取样
a)取样口的消毒:
打开阀门F4,微开取样阀F22,保持20~30min,关闭F22、F4。
b)取样:
打开阀门F21、F22放出少量培养液后关闭取样阀F22,用火焰封取样口,把预先灭过菌的取样瓶瓶口置于火焰上,拔去瓶塞,瓶口对准取样口,开取样阀F22,至所需取样量后即关闭取样阀F22,盖上瓶塞,关闭阀门F21。
c)取样口再灭菌。
同8.1.
9.出料
a)必要时在出料口用不锈钢管(或优质橡胶管)引至盛料容器或下道工序。
b)出料口的灭菌:
打开阀门F4,微开出料阀F22,保持20~30min。
关闭F22、F4.
c)调小排气阀F14,调节进气阀F13,使罐压维持在0.05~0.1MPa之间的某一值。
d)出料:
打开F21、F22,发酵液通过管道输送到盛料容器或下道工序。
e)出料完毕后用蒸汽消毒出料管,方法同9.2.
f)发酵罐应及时清洗干净。
g)如发酵罐暂时不用是,则需排尽罐内及各管道内的余水。
仪器维护与保养
1.空气压缩机应按期使用说明书进行定期的维护与保养。
2.接地线保持可靠接地。
3.精密过滤器及金属过滤器的滤芯,一般使用期限为一年,如果过滤阻力太大或失去过滤能力,影响正常生产,则需更换或再生。
4.发酵罐清洗时,请用软毛刷刷洗,不要使用硬器刮擦。
5.压力表、调压阀等仪表每年应校验一次,以确保正常使用。
6.pH电极在使用前必须通电稳定2~3h,否则电极不稳定,造成测量数据不准。
7.DO电极在使用前必须通电极化4~6h,否则电极不稳定,测量数据会不准。
8.电器、仪表、传感器等电器设备严禁直接接触水、汽。
9.设备停止使用时,应清洗干净,排尽发酵罐及各管道中的余水,松开发酵罐罐盖螺丝,放置密封圈产生永久变形。
注意事项
1.必须确保所有单件设备能正常运行时使用本系统。
2.在过滤器消毒时,流经空气过滤器(金属滤芯)的蒸汽压力不得超过0.17MPa,否则过滤器滤芯会被损坏,失去过滤能力。
3.在操作过程中,罐压不得超过0.12MPa,防止引起设备的损坏。
4.注意:
在空、实消升温过程中冷却按钮必须处于停止状态,否则当设定值设定在培养温度时,冷却水管中会自动通冷却水,不仅会影响升温速度,浪费蒸汽,更重要的是会引起冷凝水过多,造成培养液的浪费。
5.在空、实消结束后冷却时,发酵罐内严禁产生负压,以免损坏设备或造成污染。
6.发酵过程中,罐压应维持在0.03~0.05MPa之间,以免引起污染。
在各项操作中,必须保持空气管道中的压力大于发酵罐的压力,否则会引起发酵罐中的液体倒流回
过滤器中,堵塞过滤器滤芯或失去过滤能力。
实验二乳酸菌的分离及其发酵试验
乳酸及其衍生物,广泛应用于食品、医药、饲料和化工等领域。
特别是近年来为了解决废弃塑料制品的污染,世界各国普遍重视可降解塑料的研究开发,其中已进入工业生产的完全可降解塑料以聚L-乳酸(简称聚乳酸)为主流。
目前,D-乳酸的研究也引起了人们普遍的关注,主要因为聚D-乳酸可以用于药物的缓释技术,因为其高聚物人体不能利用,只有被消化系统的微生物分解,从而起缓释作用;
另外,可以作为农药的前体物,这种农药易分解、无残留,是一种环保型农药。
乳酸的生产菌种主要是乳酸菌,例如Lactobacillusdelbrueckii、Lactobacillushelveticus和Lactobacilluscasei等是生产乳酸的主要菌种。
但是,乳酸菌属于化能异养型微生物,其营养要求复杂,除了可发酵性碳水化合物外,外界还必须提供氨基酸、维生素等多种生长因子才能正常生长。
由于乳酸菌具有的酶系比较简单,缺乏对许多有机物的合成能力,有人将乳酸菌看成是丧失一系列代谢能力的残废者。
乳酸菌能否在特定环境下生长,很大程度上取决于营养物质的供给情况。
有效而廉价的营养物质用以提高乳酸产量和底物底转化率将会在很大程度上降低乳酸的成本。
本实验主要根据乳酸菌生长过程中积累乳酸的特点,利用乳酸分解CaCO3判断细菌产酸的原理,建立筛选模型,从自然界中筛选生产乳酸的乳酸菌。
实验步骤
1培养基的配置
MRS培养基(g/L):
蛋白胨10,牛肉膏10,酵母膏5,葡萄糖20,磷酸氢二钾2,柠檬酸二铵2,醋酸钠2,硫酸镁0.58,硫酸锰0.25,吐温801mL,调pH6.2~6.4。
115℃灭菌20min。
斜面培养基(g/L):
大米糖化液(葡萄糖含量为80),酵母粉5,CaCO35,琼脂10。
基本培养基(g/L):
葡萄糖20,(NH4)2SO44,MgSO40.4,MnSO40.0008,FeSO40.01,NaCl2.5,K2HPO30.5,KH2PO30.5,琼脂16,蒸馏水配制,调pH值6.5-7.0,121℃灭菌20min。
发酵培养基
玉米糖化液制备:
将玉米粉与自来水以1:
4的比例混合,加入α-淀粉酶5~8U/g淀粉,在搅拌下加热到85~90℃,保温液化至碘液测试呈红棕色。
然后,将液化的玉米缪冷却到60℃,加入糖化酶80~100U/g淀粉,保温2h。
2乳酸菌的筛选
2.1乳酸菌的初筛
将酸奶样品直接在MRS培养基上划线,30℃培养48h。
然后挑取一定数量的特征单菌落在MRS固体培养基上反复划线分离,直至菌落较纯。
利用乳酸菌产酸在含有CaCO3的平板上形成透明圈的原理,取分离到的菌株.同时,进行革兰氏染色和接触酶试验。
革兰氏染色阳性、接触酶试验阴性的菌株暂定为乳酸菌,进一步纯化培养。
(也可添加澳甲酚紫作为指示剂来初筛能使指示剂变红或变黄,菌落表面光滑的菌株进行划线培养。
)
2.2乳酸菌的复筛
将初筛的菌株接种于发酵培养基中发酵,48℃培养72h,用0.05mol/L的EDTA滴定测定发酵液中的总酸,用纸层析和液相色谱鉴定菌株产酸类型,筛选出产乳酸的细菌。
3发酵液中总酸的测定
3.1酸碱滴定:
取1mL发酵液,用0.111mol/L的经过标定的NaOH标准液滴定,酚酞指示剂指示终点。
每消耗1mL的NaOH标准液相当于发酵液中含有1%的乳酸。
3.2EDTA滴定:
取5mL乳酸发酵液,离心后得到上清液。
准确取1mL上清液于100mL三角瓶中,加水15mL和5%的NaOH溶液15mL,混匀后加入少许钙红指示剂,用0.05mol/LEDTA溶液滴定。
当溶液由紫红色变为纯兰色,即为终点。
每消耗1mL的EDTA相当于0.91%乳酸。
注:
溴甲酚紫指示液取溴甲酚紫0.1g,加0.02mol/L氢氧化钠溶液20ml使溶解,再加水稀释至100ml,即得。
变色范围pH5.2~6.8(黄→紫)。
实验三抗生素产生菌的分离
实验目的:
1、了解采集土样的要求和方法。
2、掌握由土壤中分离稀有放线菌的基本原理和操作技术。
3、学习并掌握土壤稀释法和微生物的纯培养技术。
4、学习并掌握抗生菌的鉴别方法。
实验内容:
筛选放线菌是新抗研究的重要课题之一。
迄今为止,已发现的抗生素有80%皆来自于放线菌。
放线菌主要存在于土壤中,并在土壤中占有相当大的比例。
一般地,放线菌在比较干燥、偏碱性、含有机质丰富的土壤中数量居多。
通常,随着地理分布、植被及土壤性质的不同,放线菌的种类、数量和拮抗性也各不相同。
土壤是微生物的大本营,其中的放线菌多以链霉菌为主,因此人们通常将除链霉菌以外的其它放线菌统称为稀有放线菌。
若以常规方法进行分离,得到的几乎全部是链霉菌。
然而,当采用加热处理土样、选用特殊培养基或添加某种抗生素等方法时,均可提高稀有放线菌的获得率。
由土壤中分离放线菌的方法很多,其中包括稀释法、弹土法、混土法和喷土法等,本实验主要采用稀释法,并通过选用特殊培养基的方法,来获得少量稀有放线菌。
由土壤中分出的放线菌需进一步鉴别是否为需要的抗生菌。
首先应根据筛选目的确定试验模型,然后利用培养基平板进行拮抗性测定。
常用的方法有琼脂块法和滤纸片法。
其主要依据是扩散原理,即观察在抗生菌周围是否会出现明显的抑菌圈。
抑菌圈的大小和透明度则表明了该菌株抗菌活性的强弱。
实验要求:
学生了解实验目的,能自己独立设计可行性的实验内容,并能独立完成操作,及时提交实验报告。
学生实验结束后上交筛选获得的菌株,并对其进行初步的鉴定。
主要器材及试剂:
高氏一号固体培养基、藤黄八叠球菌(Sarcinalutea)和大肠杆菌各一支、培养皿、三角瓶、吸管、滤纸片直径1CM、土样,镊子,无菌玻璃平盘,无菌玻棒,玻璃刮铲
实验四青霉素效价的生物测定
一、实验目的:
1.了解用杯碟法测定抗生素效价的原理。
2.掌握青霉素效价生物测定的具体操作步骤与方法。
二、实验内容
抗生素的抗菌特性决定了它的医疗价值,因此,利用他们各自的抗菌活性来测定其效价有着重要的意义。
效价的测定法有:
液体稀释法、比浊法和扩散法等。
本实验采用国际上最常用的杯碟扩散法来测定青霉素的效价。
测定时,将规格完全一致的不锈钢小管(即牛津小杯)置于含敏感菌的琼脂平板上,并在牛津小杯中加入已知浓度的标准青霉素溶液和未知浓度的青霉素发酵液。
于是,抗生素就自牛津小杯处向平板四周扩散,在抑菌浓度所达范围内敏感菌的生长被抑制而出现抑菌圈。
在一定的范围内,抗生素浓度的对数值与抑菌圈直径呈线性关系。
因此,只要将被测样品与标准样品的抑菌圈直径进行比较,就可在标准曲线上查得未知样品的抗生素效价值,为科学实验或临床应用提供参考依据。
(使用完全相同的洗脱条件),根据其洗脱体积,从标准曲线中查出相应的分子质量。
三、实验仪器设备和材料
1.菌种:
金黄色葡萄球菌(Staphylococcus),产黄青霉(Penicilliumchrysogenum)。
2.培养基:
牛肉膏蛋白胨琼脂培养基(作生物测定用时,平板应分上下两层,上层需另加0.5%葡萄糖)。
3.试剂
①1%pH6磷酸缓冲液:
K2HPO40.2g(或K2HPO4·
3H2O0.253g),K2HPO40.8g,蒸馏水100ml。
②0.85%Nacl生理盐水溶液。
③苄青霉素钠盐:
1.667U/mg(1U即1国际单位,等于0.6ug)。
4.其他:
牛津小杯[不锈钢小管,内径(6+0.1)mm,外径(8+0.1)mm,高(10+0.1)mm],培养皿(直径90mm,深20mm;
大小一致,皿底平坦),试管、滴管、移液管(5、1ml)及大口10ml移液管等。
四、实验要求:
同实验目的。
五、实验步骤及结果测试
1.敏感菌悬液的制备
⑴保藏与传代:
将测定用的金黄色葡萄球菌在新鲜斜面培养基上传代并保存。
注意测定用敏感菌应每隔3周传代一次,菌种可在37℃温箱培养18~20h后,再在室温下置放3~4h,使菌种斜面产生良好的色素,然后将其置于4℃冰箱保存。
⑵活化:
在使用前先将供试菌株在斜面培养基上连续传代3~4次,使菌种充分恢复其生理性状。
⑶制备悬液:
将活化的敏感菌斜面,用0.85%生理盐水洗下,经离心后去除上清液,再用生理盐水洗涤1~2次,并将其稀释至一定浓度的悬液。
2.青霉素标准溶液的配制
(1)青霉素标准母液:
准确称取纯苄青霉素钠盐15~20mg,,溶液在一定量的0.2mol/LpH6磷酸缓冲液中,使成2000U/ml的青霉素溶液,然后保持冷藏存放。
(2)青霉素标准工作液:
使用时以标准母液配成10U/ml青霉素标准测定液,按表I加入青霉素标准母液,即配成不同浓度的青霉素标准液。
表Ⅰ不同浓度标准青霉素液的配法
试管编号
10U/ml工作液量/ml
Ph6磷酸盐缓冲液/ml
青霉素含量/(U·
ml-1)
1
2
3
4
5
6
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.4
9.6
9.4
9.2
9.0
8.8
8.6
3.标准曲线的绘制
(1)倒底层培养基:
取无菌培养皿16套,每皿移入20ml牛肉膏蛋白胨底层琼脂培养基,置水平待凝备用。
(2)铺含菌上层培养基:
将装在三角瓶中的牛肉膏蛋白胨琼脂培养基(100ml)融化,待冷却到60℃左右时再加入60%葡萄糖液12ml和金黄色葡萄球菌菌液3~5ml(加入菌液的浓度应控制在使1U/ml青霉素溶液的抑制菌圈直径在20~24mm),充分混匀后,用大口移液管吸取4ml于底层平板上迅速铺满上层,然后移置水平位置待凝备用。
(3)放牛津小杯:
待上层充分凝固后,在每个琼脂板上轻轻放置4支牛津小杯,其间距应相等,如图所示:
(4)滴加标准样品液:
用无菌洁净移液管滴加标准样品液,每一稀释度应更换一支移液管,每支牛津小杯中的加量为0.2ml。
或者用带滴头的滴管加样品液,加夜量如图所示,与杯口水平为准。
每一稀释度做3个重复。
(5)培养:
待样品加毕后,最好换上无菌素烧瓷盖(吸湿性号,在盖内不易形成水滴)做培养皿的盖子,并将平板置37℃温箱内培养18~24h后观察测定结果。
(6)测量与计算:
移去测定培养皿的素烧瓷盖,再将牛津小杯移去,精确地测量各稀释度的青霉素的抑制圈直径(用圆规两脚的针尖测量可提高精度)并记录于下表中。
皿号
青霉素效价/
(U·
抑菌圈直径/
mm
平均值/
校正值/
1U/ml青霉素抑菌圈
直径/mm
7
8
9
10
11
12
13
14
15
1U/ml青霉素抑菌圈直径总平均值=(mm)
计算步骤:
1算出各组(即各剂量)抑制圈的平均直径。
2算出各组1U/ml的抑制圈平均直径。
3统计15套培养皿中1U/ml的抑制圈平均值。
4以1U/ml抑制圈的总平均值来校正各组的1U/ml抑制圈的平均值,即求得各组的校正值。
5以各组1U/ml的抑制圈的校正值校正各剂量单位浓度的抑制圈直径,即获得各组抑制圈的校正值。
举例:
若30个1U/ml青霉素溶液的抑制圈直径的平均值为22.6mm。
而第一组内6个1U/ml青霉素溶液的抑制圈直径的平均值为22.4mm,则:
第一组的校正值=22.6-22.4=+0.20(mm)。
若第一组皿内0.4U/ml青霉素溶液的抑制圈平均值为18.6mm,那么第一组0.4U/ml青霉素溶液的抑制圈校正值=18.6+0.2=18.8(mm)。
其他各组依次类推获得各自的校正值。
(7)绘制标准曲线:
在对数坐标纸上,以青霉素浓度(对数值)为纵坐标,以抑制圈直径的校正值为横坐标,绘制标准曲线。
4.青霉素发酵液效价的测定
(1)青霉素发酵:
用摇瓶或台式发酵罐法接种与培养产黄青霉(青霉素高产分泌菌株)
(2)稀释发酵液:
作青霉素测定的发酵液用1%pH6.0磷酸盐缓冲液作适当稀释,每个被检验样品用3套培养皿测定其效价。
(3)放牛津小杯:
每套含菌测定平半上均匀地放置4支牛津小杯,小杯中心坐落在培养皿两互相垂直直径的各自半径的中心。
(4)杯中加样品液:
青霉素标准液(1U/ml)与发酵液的稀释液间隔地加入牛津小贝中,加液量务求准确,以降低操作误差。
(5)培养与测定:
加完样品的平板放37℃下培养18~24h后,测量抑菌圈的直径并记录在下表中。
5.青霉素发酵液效价的计算
(1)求校正值:
将青霉素标准测定也(1U/ml)在8套培养皿中抑菌圈的平均值曲线上1U/ml抑菌圈直径相互比较,以求得其校正值。
(2)校正发酵液的值:
将此校正值校正被检发酵液抑菌圈直径,以求得他的近似效价值。
(3)查对标准曲线值:
将此校正值在标准曲线上查得被检青霉素发酵液(稀释液)的效价单位。
(4)发酵原液的效价:
将上述效价值乘上其稀释倍数,就可求得青霉素发酵液原液的效价值。
【结果记录】
发酵时间
稀释倍数
样品稀释液抑菌圈直径/mm
平均/mm
校正/mm
效价/
发酵液效价/(U·
1U/ml青霉素抑菌圈直径/mm
平均值
/mm
校正值/mm
实验五小型啤酒酿造设备介绍及发酵罐的空消
一、实验目的:
熟悉啤酒酿造工艺流程,对发酵罐进行空消,为发酵作好准备。
二、实验原理:
啤酒酿造包括麦芽粉碎、麦汁糖化、麦醪过滤、麦汁煮沸、麦汁冷却及啤酒发酵等几个过程。