郭开元发酵工程课程设计汇总.docx
- 文档编号:14139434
- 上传时间:2023-06-20
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:122.44KB
郭开元发酵工程课程设计汇总.docx
《郭开元发酵工程课程设计汇总.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《郭开元发酵工程课程设计汇总.docx(13页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
郭开元发酵工程课程设计汇总
课程设计说明书(论文)
题目:
酵母菌高密度发酵
课程名称:
发酵工程原理与技术
学院:
生物与食品工程学院
学生姓名:
郭开元
学号:
201206030011
专业班级:
生物工程12-1
指导教师:
李安华
2015年5月24日
课程设计任务书
设计题目
酵母菌高密度发酵
学生姓名
郭开元
所在学院
生物与食品工程学院
专业、年级、班
生物工程12-1
设计要求:
1、树立正确的设计指导思想,严谨负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索的作风和学风。
2、根据所给资料,按照任务书中提出的范围和要求按时独立完成,不得延误,不得抄袭他人成果。
3、说明书应字迹清楚文字通顺,并附有各项设计成果表,摘引其他书籍或杂志的材料必须注明出处。
4、绘制流程图要明确清晰、布置匀称、图面整洁。
5、设计应严格按有关设计规范进行。
6、设计结束后,以个人为单位提交设计说明书一份(后附流程图)。
学生应完成的工作:
1、在老师的指导下确定设计题目
2、查阅相关资料和文献制定实验路线,并由指导老师检查路线的合理性和可操作性。
3、给出检验规则。
4、在实验室进行实际发酵操作,并完成实验相关数据的测定与记录。
5、完成课程设计说明书的初稿,经过指导老师修改,最后定稿
参考文献阅读:
[1]李寅等著,高细胞密度发酵技术[M].化学工业出版社,2006
[2]陈思如,萧熙佩酵母生物化学[M].济南:
山东科学技术出版社,1990
[3](日)山根恒夫(周斌译),生化反应工程[M].西安:
西安大学出版社,1992
[4]陈洪章,李佐虎,酵母菌的高密度发酵[J].工业微生物
工作计划:
2015.5.11---2015.5.13接受设计任务,查阅相关文献。
2015.5.14---2015.5.18整理文献资料,进行产品标准的应用设计。
2015.5.19---2015.5.24整理设计内容,完成课程设计说明书。
任务下达日期:
2015年5月11日
任务完成日期:
2015年5月24日
指导教师(签名):
学生(签名):
酵母菌的高密度发酵
摘要:
酵母的高密度发酵是一个相对概念,一般指菌体浓度在100g/ml以上。
根据高密度培养活性干酵母的生长特点,用上海联环生物工程设备有限公司生产的SGJ-10L型发酵罐,采用分批补料培养技术,维持葡萄糖的浓度处于适当范围,并用分批补加氮源的方法,控制溶氧浓度在20%-80%,发酵罐转速300-400rpm。
培养期间每隔2h对发酵液的还原糖含量,氨基氮含量,菌体密度进行一次测定。
关键词:
活性干酵母、分批补料培养、还原糖、氨基氮、菌体浓度
目录
1设计背景.…………………………………………………..1
1.1酵母菌高密的状态……………………………………….1
1.2高密度发酵的定义.………………………………………1
1.3影响高密度发酵的因素………………………………….1
2设计方案……………………………………………………2
2.1培养方式的选择………………………………………….2
2.2实验流程………………………………………………….2
3实施方案……………………………………………………3
3.1材料……………………………………………………….3
3.2种子液的培养………………………………………….....3
3.3发酵罐的准备…………………………………………….3
3.4发酵罐的灭菌…………………………………………….4
3.5接种操作………………………………………………….4
3.6发酵中的补料…………………………………………….4
3.7取样与分析方法………………………………………….4
3.8发酵罐的倒灌…………………………………………….5
4结果与结论…………………………………………………5
4.1测量数据………………………………………………….5
4.2实验曲线图及结果分析………………………………….5
5收获与致谢…………………………………………………7
6参考文献………………………………………………….8
7附件……………………………………………………….9
1.设计背景
1.1酵母菌高密度发酵的状态
酵母菌是一种兼性厌氧菌,当酵母在低浓度的葡萄糖中进行好氧生长时,它能把葡萄糖分解成二氧化碳和水。
当酵母在厌氧条件下生长时,葡萄糖主要生成乙醇和二氧化碳。
早在巴斯德时代,人们已知道大量通风不长生乙酸,并且采用了补料技术(1915年)。
但由于酵母菌的乙醇发酵酶系是组成酶,不受其他影响,而其呼吸酶系是阻遏酶系,受其他条件影响较大[2]。
在发酵中如果提高发酵液中的碳源含量,酵母菌就会生成乙醇或乙酸,但其生物量则有所下降;如果将碳源保持在最低水平,就会限制酵母的生长.而利用分批补料发酵的方式,既可以满足高密度发酵时酵母细胞对营养源的大量需求,又能减少生长抑制物质的产生。
1.2高密度发酵的定义
高密度发酵(highcelldensitycultivation,HCDC)是指在一定条件和培养体系下,获得最多的细胞量,由此更多的或更有效地获得目的产物。
即利用一定的培养技术和装置提高菌体的发酵密度,使菌体密度较普通培养有显著提高,最终提高产物的比生产率(单位体积单位时间内产物的量)。
通常认为菌体密度超过30g/L即为高密度发酵,但是对于一些极端微生物或自养微生物,细胞浓度如果达到1g/L也算比较高的细胞密度[1]。
酵母高密度理论值上限是多少呢?
山根恒夫[3]以面包酵母细胞在发酵液中所占体积分率的大小加以说明,不含上清液的菌体浓度最大为280g/L,该值为物理上限。
假定细胞为球形,以最大密度堆积,可得细胞真正所占有的体积为整个细胞沉淀层体积的74%,因此,高密度浓度可达150~200g/L。
一般酵母厂每升发酵液中酵母干菌体重在30g以下[4]。
要达到高密度发酵并非易事,限制酵母菌高密度发酵的因素主要表现在营养供给不适宜、生产抑制性物质的积累和发酵液流变学特性的影响。
1.3影响高密度发酵的因素
培养基的营养物质、溶解氧(DO)、压力、CO2、温度、pH值、接种量、生长抑制性物质、发酵液的流变状态。
2.设计方案
2.1培养方式的选择
微生物的培养方式主要有分批、连续和补料分批3种。
在本次酵母菌发酵中,我们采用补料分批培养。
补料分批培养发酵的定义:
是以分批发酵为基础,介于分批发酵和连续发酵之间的一种发酵技术。
在分批发酵培养开始时投入较低的浓度底物,当微生物开始消耗底物后,间歇或连续的补加新鲜培养基而不从发酵罐中放出培养液的一种发酵方式。
这是在现代发酵工艺得到优化的一种发酵方式,能有效的优化微生物培养过程中的化学环境,使微生物处于最佳的生长环境。
这种方式一方面可以避免某些营养成分初始浓度过高出现底物抑制现象,另一方面可以防止限制性营养成分被耗尽而影响细胞的生长和产物的形成。
补料分批培养已广泛应用于各种各样的初级、次级生物产品和蛋白等的发酵生产中。
在此过程中,我们使用50L的发酵罐采用分批补料培养方式对酵母菌进行培养。
实时监测培养过程中的溶氧、pH以及温度等发酵参数,每隔两小时取料测定料液OD值、氨基氮、还原糖等数据,直到发酵结束。
2.2实验流程
器材、试剂、菌种的准备→种子培养液的配制与灭菌→摇瓶接种
发酵罐的安装及调试→发酵罐的清洗→发酵培养基的配制灭菌→
发酵罐的接种
↓
发酵罐条件的控制
↓
取样
↓
清洗发酵罐←培养基灭菌处理←发酵结束←补料及调节pH
↑
流加培养基的配置及灭菌
打扫实验室→实验结束
3.方案实施
3.1材料
3.1.1活性干酵母
由生物与食品工程学院实验室购买的活性干酵母
3.1.2培养基
种子培养基:
葡萄糖25g/L,尿素3g/L,KH2PO410g/L,MgSO42.5g/L,酵母膏15g/L,pH5.0。
发酵培养基:
(NH4)2SO415g/L,KH2PO48.0g/L,MgSO43.0g/L,酵母膏15g/L,消泡剂0.3ml/L,ZnSO40.4g/L。
流加培养基:
KH2PO49.0g/L,MgSO42.5g/L,K2SO43.5g/L,Na2SO40.28g/L,葡萄糖500g/L。
调节pH的氨水浓度:
30%氨水
3.1.3试剂和器材
(1)试剂:
葡萄糖、酵母膏、尿素、KH2PO4、(NH4)2SO4、MgSO4、ZnSO4、K2SO4、Na2SO4、氨水、消泡剂
(2)器材:
电子天平、钥匙、量筒、烧杯、玻璃棒、3个1000ml三角瓶、恒温摇床、超净工作台、高压蒸汽灭菌锅。
3.1.4发酵仪器与设备
空压机、发酵罐、蒸汽加热器、分光光度仪等
3.2种子液的培养
用接种环从保存斜面中接一环至装液量为60mL的1000mL摇瓶中,250r/min,30℃,摇瓶培养24h,制作三瓶种子液。
3.3发酵罐的准备
3.3.1发酵罐的清洗
发酵罐的清洗发酵罐使用前后都应认真清洗,特别是前后两次培养采用不同的菌株时,更应注意清洗和杀菌工作。
发酵罐内可进行清洗的任何部分都应认真清洗,否则都可能成为杂菌的滋生地。
易被忽略而未能充分清洗的地方有喷嘴内部与取样管内以及罐顶等处。
3.3.2发酵罐溶氧电极和PH电极的校正
用标准溶液校正电极
3.4发酵罐的灭菌
配制发酵培养基并加入发酵罐进行灭菌
①排气管为硅胶管,一端装有过滤装置,以保证蒸汽能自由出入发酵罐,同时不会出现染菌现象.
②取样口上连接一段硅胶管,在硅胶管上安装节流夹,以防止培养基在灭菌时流出。
③装入发酵罐容积60%的培养基后,通入高压蒸汽加热发酵罐,在121℃下灭菌20min。
当灭菌完成后,确认排气口正常后,以0.3-0.5L/min的通气量通入过滤气体.接通冷却水管脚开挽拌在低转速下进行培养基的冷却.
3.5接种操作
接种是在发酵罐顶部接种口进行。
适当降低通风量,在接种口四周缠绕上经酒精浸泡的脱脂棉,点燃后戴上石棉手套,迅速打开接种口,将菌种加入到发酵罐中,接种量为3%,然后将接种口盖子在火焰中灭菌后盖好。
在30℃,pH5.0下进行,搅拌速度为300rpm。
通气量100L/h.的条件下进行发酵培养。
3.6发酵过程中的补料
进行补料培养基的配制灭菌后,用补料瓶进行补料,期间要注意无菌操作和要注意蠕动泵运转中自于硅胶管的弯曲折叠,出现的阻塞现象以及水的渗漏等问题。
特别需要注意在一定的阶段泡沫有可能大量生成。
3.7取样与分析方法
3.7.1还原糖含量的测定
还原糖含量测定用的是菲林试剂法。
3.7.2氨基氮含量的测定
氨基氮含量的测定用的是甲醛滴定法
3.7.3菌体浓度的测量
用分光光度仪在OD600下测定菌液的吸光度.对于高于1.0的菌液要进行稀释,并进行吸光度的测定。
此时菌体密度即为吸收值与稀释倍数的乘积。
自培养操作开始起,每4h取一次样。
取样时将取样管口流出的最初15mL左右培养液作为废液,取随后流出的培养液10mL。
3.7.4结果的整理
以时间为横坐标,分别以OD值、氨基氮含量、还原糖含量、pH等为纵坐标做图。
3.8发酵罐的倒灌
发酵过程结束,需要灭菌后再进行罐内培养基的处理。
处理培养基后进行发酵罐的清洗,保持发酵罐的干燥和完好。
并进行实验室的清洁工作。
到此实验结束。
4.结果与结论
4.1测量数据如下
表4.1酵母菌高密度培养过程的参数变化
取样
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
时间
0:
00
2:
00
4:
00
6:
00
8:
00
10:
00
12:
00
14:
00
16:
00
18:
00
20:
00
22:
00
pH值
6.20
5.61
5.96
4.02
3.90
3.74
3.59
3.46
3.43
3.65
3.93
3.90
OD值
0.000
0.074
0.170
0.508
0.932
1.428
1.640
2.679
4.212
4.313
4.520
5.062
氨基氮含量(g/100ml)
0.40
0.22
0.07
0.13
0.14
0.15
0.14
0.12
0.11
0.13
0.14
0.14
还原糖含量(g/100ml)
41.30
36.00
34.82
46.31
42.28
45.37
31.20
20.13
2.608
3.087
3.542
3.233
备注
实验数据每隔两个小时取一次样,补料时间分别为发酵开始后6h、5h、4h、4h。
OD值最后四个数据稀释20倍
4.2实验曲线图及结果分析
4.2.1OD值分析
微生物OD值是反映菌体生长状态的一个指标,OD是opticaldelnsity(光密度)的缩写,表示被检测物吸收掉的光密度。
通常400~700nm都是微生物测定的范围,此时用的是OD600,需要紫外分光光度计测最大吸收波长。
从图中看出,OD值随着时间在逐渐升高,由此间接测定出菌体浓度在逐渐增大。
由于发酵时间的缩短,以至于菌体浓度生长曲线不是很完整,只测量到菌体处于对数生长阶段。
在实验结束后做的镜检实验验证了这个结论。
在菌体稀释20倍后做镜检,镜检结果显示菌体铺满整个视野,其中大部分菌体处于出芽生殖阶段。
图4.2-1
图4.2-2
4.2.2氨基氮值分析
从图中看出前期氨基氮含量基本不变,后期氨基氮变化明显,也正为菌体大量增长需要消耗氨基氮为菌体生长提供原料提供了依据。
4.2.3pH值分析
图中pH数值不断下降,是因为培养过程中,酵母菌有氧呼吸产生大量的二氧化碳溶于培养液后形成碳酸使培养液pH值不断下降
4.2.4还原糖值测定
发酵过程中期还原糖变化不大,但是后期还原糖下降幅度较大,说明培养基内还原糖被菌体利用较多,也进一步说明菌体浓度的急速增加即以对数生长方式的快速增值正在进行。
结合图4.2-1中菌体浓度可以得知菌体在发酵12小时左右才大量增长,时间较长的原因是:
接种时接种量较少或接种的种子不在对数期,进而影响到发酵时间的延长。
5.收获与致谢
课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现、提出、分析和解决问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。
通过这次课程设计,让我更详细了解了发酵工程。
这为今后的学习和工作都能提供很大的帮助。
在这次课程实习中,我们精诚合作,积极查找资料,认真阅读文献,对问题深入探讨的同时,逐步地完善了这个课程设计,彼此都能尽心尽力。
在此次为期两周的课程设计中,我们得到李安华老师的悉心指导。
在课程实习过程中,李老师给予我们很大的支持和鼓励。
李老师的敬业让我们崇拜,在此向李老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
在这次课程实习里我得到了很多课本上得不到的,我非常感谢校领导给予我们这次动手参与实践的机会。
也非常感谢我们组各成员积极参与到该项课题实习中,我们共同努力解决了好多难题,是他们给予了我非常大的支持和鼓励。
最后再一次诚挚感谢在课程设计中帮助我的良师益友。
6.参考文献
[1]李寅等著,高细胞密度发酵技术[M].化学工业出版社,2006
[2]陈思如,萧熙佩酵母生物化学[M].济南:
山东科学技术出版社,1990
[3](日)山根恒夫(周斌译),生化反应工程[M].西安:
西安大学出版社,1992
[4]陈洪章,李佐虎,酵母菌的高密度发酵[J].工业微生物,1998
7.附件
(图纸、软件、作品等附件列表,宋体小四,1.5倍行距)
指导教师评语:
课程设计报告成绩:
,占总成绩比例:
课程设计其它环节成绩:
环节名称:
,成绩:
,占总成绩比例:
环节名称:
,成绩:
,占总成绩比例:
环节名称:
,成绩:
,占总成绩比例:
总成绩:
指导教师签字:
年月日
本次课程设计负责人意见:
负责人签字:
年月日
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 开元 发酵 工程 课程设计 汇总