第一次作業1、什么是發酵？什么是發酵工程？2、簡述典型好氣性發酵的一般工藝流程第二次作業1、菌種選育具體有哪些方法？2、菌種保藏的原理是什么？有哪些方法？3、設計一個從自然界篩選產淀粉酶的高溫菌的實驗方案，詳細說明主要步驟。第三次作業1、種子擴大培養的一般流程是怎樣的？2、影響種子質量的因數有哪些？第3章滅菌與空氣凈化3.1滅菌滅菌：用物理或化學方法殺死或除去物料或設備中所有微生物，包括營養細胞、細菌芽孢和孢子。消毒：用物理或化學方法殺死空氣、容器內外及環境中的微生物，一般只能殺死營養細胞。除菌：用過濾的方法除去空氣或液體中的微生物及其孢子。3.1.1發酵工業常用的滅菌方法1、干熱滅菌法2、濕熱滅菌法3、射線滅菌法4、化學藥劑滅菌法5、過濾除菌法3.1.2濕熱滅菌原理1、微生物的熱阻致死溫度：殺死微生物的極限溫度致死時間：在致死溫度時，殺死全部微生物所需的時間熱阻：指微生物在某一特定條件（溫度和加熱方式）下的致死時間

表3-1幾種微生物對濕熱的相對抵抗力微生物名稱大腸桿菌細菌芽孢霉菌孢子病毒相對抵抗力130000002～101～52、微生物的熱死規律——對數殘留定律實驗證明，微生物營養細胞的均相熱死滅動力學符合化學反應的一級反應動力學，即：

（1）N：任一時刻的殘留的活菌數（個）t：滅菌時間（min）K：反應速率常數（min-1）取邊界條件t0=0，N=N0，對（1）積分得式中：N0為開始滅菌時原有活菌數（個），

Nt為經過t時間滅菌后的殘留菌數（個）

K為反應速率常數（min-1）由上式可知滅菌時間取決于污染程度N0、滅菌程度Nt和K值。①一般只考慮細菌的芽孢作為計算依據。②如果要求達到徹底滅菌，即Nt＝0則所需滅菌時間t∞，這在實際生產上不可行。在實際設計時常采用Nt＝0.001，即在1000批次滅菌中有一次失敗。③反應速率常數K是微生物耐熱性的一種特征，它隨微生物種類和滅菌溫度而異。相同溫度下，K值越小則微生物越耐熱。同一種微生物在不同滅菌溫度下，K值不同。滅菌溫度越低，K值越小；滅菌溫度越高，K值越大因此提高滅菌溫度，K值增大，滅菌時間顯著縮短。3.1.3培養基的滅菌1、培養基滅菌溫度和時間的選擇在化學反應的一級反應動力學類型中，當其他條件不變時，反應速率常數與溫度的關系可用阿倫尼烏斯（Arrhenius）方程表示：

由于雜菌死亡屬一級動力學反應，大部分培養基營養成分的破壞為一級分解反應。在滅菌時，當溫度由T1升到T2，滅菌速率常數K和培養基成分破壞速率常數K’都變化。滅菌速率常數K值在T1、T2時分別為：將兩式相除并取對數得：

(1)

同樣，滅菌時培養基營養成分的破壞也可得類似關系：

(2)將式（1）和式（2）相除得：由于殺死細菌芽孢的活化能E大于營養成分破壞的活化能E‘，因此>，即隨溫度升高，滅菌速率常數增加的倍數大于營養成分破壞速率常數增加的倍數，也就是說溫度升高，雜菌死亡速率大于培養基成分破壞的速率。達到相同的滅菌效果，提高滅菌溫度可明顯縮短滅菌時間，并減少培養基營養成分的破壞，這就是通常說的“高溫短時滅菌法”。如將芽孢桿菌和維生素B2放在一起滅菌，當溫度維持118℃加熱15min，可殺死99.99%的細菌芽孢，維生素B2破壞率為10%；而在120℃時加熱1.5min，細菌芽孢死亡率仍為99.99%，而維生素B2破壞率為5%。2、培養基的滅菌方法（1）分批滅菌也稱實消、實罐滅菌、間歇滅菌，是指將配制好的培養基輸入發酵罐內，直接通入蒸汽將培養基和所用設備一起進行滅菌的操作過程。在發酵罐中進行實罐滅菌，是典型的分批滅菌。全過程包括升溫、保溫、降溫三個過程。（2）連續滅菌也稱連消，指培養基在發酵罐外經過一套滅菌設備連續的加熱滅菌，冷卻后送入空消后的發酵罐的滅菌法。

連續滅菌的流程有3種：（a)噴射加熱連續滅菌流程(b)噴淋冷卻連續滅菌流程（c）薄板換熱器連續滅菌流程（3）固體培養基滅菌固體培養基也和液體培養基一樣，要先蒸煮滅菌，但固體培養基呈粒狀、片狀或粉狀，流動性差不易翻動，吸水加熱容易成團，冷卻困難。針對這些特點設計的轉鼓式滅菌機常用于酒廠、醬油廠。該設備能承受一定壓力，裝料后旋緊進出口蓋，就如同密封容器。轉鼓以0.5～1r/min徐徐轉動，培養基得到翻動，蒸汽沿軸心通入加熱培養基，達到一定溫度后進行保溫滅菌。滅菌完畢用真空泵沿空心軸抽真空，轉鼓內壓力降低，培養基冷卻。3、連續滅菌與分批滅菌的比較（1）連續滅菌的優缺點優點保留較多的營養質量容易放大較易自動控制；糖受蒸汽的影響較少；縮短滅菌周期；在某些情況下，可使發酵罐的腐蝕減少；發酵罐利用率高；蒸汽負荷均勻。缺點設備比較復雜，投資較大。（2）分批滅菌的優缺點優點設備投資較少染菌的危險性較小人工操作較方便對培養基中固體物質含量較多時更為適宜缺點滅菌過程中蒸汽用量變化大，造成鍋爐負荷波動大，一般只限于中小型發酵裝置。4、影響培養基滅菌的其他因素影響培養基滅菌除了所污染雜菌的種類、數量、滅菌時間和溫度外，培養基成分、pH值、培養基中顆粒、泡沫等對培養基滅菌也有影響。（1）培養基成分油脂，糖類及一定濃度的蛋白質可增加微生物的耐熱性，另一些物質，如高濃度的鹽類，色素等可削弱其耐熱性。（2）pH值培養基pH為6.0～8.0時，微生物耐熱性好，pH＜6.0時氫離子容易滲入微生物細胞內，從而改變細胞的生理反應促使其死亡，所以培養基的pH值越低，滅菌所需時間越短。（3）培養基的物理狀態顆粒小滅菌容易，顆粒大滅菌難。當培養基中有直徑大于1mm的顆粒物則明顯影響滅菌效果，蒸汽很難滲透到顆粒內部，稱為“滅菌不透”，應過濾除去。（4）泡沫泡沫中的空氣形成隔熱層，使傳熱困難，熱難穿透過去殺滅微生物。（5）微生物細胞的含水量含水越多，微生物越易死亡（6）微生物細胞的菌齡菌齡越老則越不易死亡（7）空氣排除情況空氣排出越徹底，微生物越易死亡5、滅菌時間的計算（1）分批滅菌時間的計算【例3-1】

有一發酵罐內裝40m3培養基，在121℃進行實罐滅菌。原污染程度為每1mL有2×105個耐熱細菌芽孢，121℃時滅菌速率常數為1.8min－1。求滅菌失敗機率為0.001時所需的滅菌時間。有一發酵罐，內裝80m3培養基，在121℃溫度下進行實罐滅菌。設每毫升培養基中含有耐熱菌的芽孢數為1.25×107個，大腸桿菌為5×107個，霉菌為2.5×107個121℃時滅菌速率常數為0.0287s－1。試求滅菌失敗幾率為0.001時所需的滅菌時間。（2）連續滅菌時間的計算【例3-2】若將例3-1中的培養基采用連續滅菌，滅菌溫度為131℃，此溫度下滅菌速率常數為15min－1，求滅菌所需的維持時間。3.2空氣凈化一、空氣凈化的方法1加熱滅菌2靜電除塵3介質過濾除菌二、空氣過濾除菌的原理和介質按照過濾除菌機理不同，過濾除菌分為：絕對過濾：塵埃或M直徑＞過濾介質孔徑相對過濾：塵埃或M直徑＜過濾介質孔徑這種相對過濾又稱為深層介質過濾。1、空氣過濾除菌的原理（1）布朗擴散作用（2）攔截作用（3）慣性碰撞（4）重力沉降（5）靜電吸引①當氣流速度較大時，慣性撞擊起主要作用，除菌效率隨氣流速度增加而上升②當氣流速度較小時，布朗擴散起主要作用，除菌效率隨氣流速度增加而降低③當氣流速度中等時，攔截起主要作用④當氣流速度過大時，已被捕集的微粒又