發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌.ppt

1,第三章 發(fā)酵工業(yè)原料及其處理,2,1、培養(yǎng)基如何分類？ 在發(fā)酵生產(chǎn)中常用的固體還是液體培養(yǎng)基？ 2、說說培養(yǎng)基的六大營養(yǎng)要素？,復習,根據(jù)培養(yǎng)基的用途(特殊用途)不同，可將培養(yǎng)基分成：孢子種子發(fā)酵 增殖、選擇和鑒別培養(yǎng)基,根據(jù)培養(yǎng)基狀態(tài)不同，可將培養(yǎng)基分成： 固體、液體和半固體培養(yǎng)基,根據(jù)營養(yǎng)物質的來源不同，培養(yǎng)基可分為： 天然培養(yǎng)基、合成培養(yǎng)基和半合成培養(yǎng)基,3,1、由于雜菌的污染，使生物反應中的基質或產(chǎn)物因雜菌的消耗而損失，造成生產(chǎn)能力的下降； 2、由于雜菌所產(chǎn)生的一些代謝產(chǎn)物，或在染菌后改變了培養(yǎng)液的某些理化性質，使產(chǎn)物 的提取和分離變得困難，造成收率降低或使產(chǎn)品的質量下降； 3、雜菌會大量繁殖，會改變反應介質的PH值，從而使生物反應發(fā)生異常變化； 4、雜菌可能會分解產(chǎn)物，從而使生產(chǎn)過程失?。?5、發(fā)生噬菌體污染，微生物細胞被裂解，而使生產(chǎn)失敗，等等,在發(fā)酵生產(chǎn)中，為什么要進行滅菌操作？,問題1,4,為防止雜菌的污染，整個生化生產(chǎn)過程哪些 需要注意滅菌？,培養(yǎng)基、發(fā)酵設備、空氣、菌種制作,問題2,滅菌的定義 滅菌利用物理和化學的方法殺滅或除去物料及設備中一切生命物質的過程。 消毒是指用物理或化學的方法殺死物料、容器、器具內外的病源微生物，一般只能殺死營養(yǎng)細胞而不能殺死芽孢。,5,發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌,一、滅菌的原理和方法 二、濕熱滅菌原理 三、培養(yǎng)基的濕熱滅菌方式 四、滅菌時間計算與影響因素,6,消毒與滅菌在發(fā)酵工業(yè)中均有廣泛應用。 消毒是指用物理或化學方法殺死物料、容器、器具內外的病源微生物。一般只能殺死營養(yǎng)細胞而不能殺死細菌芽孢。例如，用于消牛奶、啤酒和釀酒原汁等的巴氏消毒法，是將物料加熱至60維持30min，以殺死不耐高溫的物料中的微生物營養(yǎng)細胞。 滅菌是用物理或化學方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物，包括營養(yǎng)細胞、細菌芽孢和孢子。 消毒不一定能達到滅菌要求，而滅菌則可達到消毒的目的,消毒與滅菌的區(qū)別,7,一、滅菌的原理和方法,（一）化學試劑滅菌法,（二）射線滅菌法,（三）干熱滅菌法,化學試劑：甲醛、乙醇或新潔爾滅、高錳酸鉀等 適用范圍：環(huán)境空氣、皮膚及器械的表面消毒,電磁波、紫外線或放射性物質 適用范圍：無菌室、接種箱,常用烘箱，滅菌條件為在160下保溫1h 適用范圍：金屬或玻璃器皿,8,常用化學消毒劑及其使用方法,9,. 電磁波、射線滅菌法.,原理：利用高能電磁波、紫外線或放射性物質產(chǎn)生的高能粒子可以起到滅菌的作用。 波長在(2.1-3.1) 10-7 m的紫外線 表面或空氣滅菌。 波長在(0.06-1.4) 10-7 m的 X 射線/射線(Co60) 在 工業(yè)上還少采用。,穿透力差,設備投資高,10,（四）濕熱滅菌法,（五）過濾除菌法,（六）火焰滅菌法,利用飽和蒸汽進行滅菌、條件為：121，30min 。由于蒸汽有很強的穿透力，冷凝時放出大量的潛熱，來源方便，價格低廉，滅菌效果好，是目前最基本的適合培養(yǎng)基和設備的滅菌方法。 適用范圍：廣泛應用于生產(chǎn)設備及培養(yǎng)基的滅菌 。例：高壓滅菌鍋,利用過濾方法阻留微生物 適用范圍：制備無菌空氣,酒精燈火焰 。方法簡單、滅菌徹底，但適用范圍有限 適用范圍：接種針、玻璃棒、 三角瓶口,11,接種針、試管口 皮膚表面 無菌室、接種箱 培養(yǎng)基的滅菌 空氣,過濾除菌法 火焰滅菌法 濕熱滅菌法 射線滅菌法 化學試劑滅菌法,營養(yǎng)細胞、芽孢、病毒或孢子？,比較各種微生物對熱的抵抗能力大小,滅菌方法連線題,12,二、濕熱滅菌原理,濕熱滅菌原理,滅菌條件,滅菌不利方面,同時也會破壞培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分，甚至會產(chǎn)生不利于菌體生長的物質。因此，在工業(yè)培養(yǎng)過程中，除了盡可能殺死培養(yǎng)基中的雜菌外，還要盡可能減少培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的損失 。,由于蒸汽具有很強的穿透能力，而且在冷凝時會放出大量的冷凝熱(潛熱) ，很容易使蛋白質凝固而殺死各種微生物。,121，30min。,13,1、衡量熱滅菌指標,致死溫度：殺死微生物的極限溫度。 致死時間：在此溫度下，殺死全部微生物所需要的時間。 熱阻：對熱的抵抗力，指微生物在某一特定條件 （主要是溫度和加熱方式）下的致死時間。 相對熱阻：幾種微生物對熱的相對抵抗能力。指微生物在 某一特定條件下的致死時間與另一微生物在相同條件下的 致死時間的比值。,14,微生物對熱的抵抗力稱為熱阻（heat resistance）,15,某些微生物的相對熱阻。,說說芽孢或孢子的熱阻要比營養(yǎng)細胞的熱阻大的原因？,從表中可看出,16,芽孢或孢子的熱阻要比生長 期營養(yǎng)細胞的熱阻大得多， 這是由于芽孢或孢子內吡啶 二羧酸含量對熱阻的增加有關。 另外，芽孢子中蛋白質含水 量較營養(yǎng)細胞低（特別是游 離水分少），也是芽孢耐熱 強的一個原因。圖FS7954芽 孢桿菌的芽孢在不同溫度下 的死亡情況。,嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢在不同溫度下的死亡曲線,17,微生物的熱死規(guī)律和影響滅菌的因素,在發(fā)酵工業(yè)中，對培養(yǎng)基和發(fā)酵設備的滅菌，廣泛使用濕熱滅菌法。工廠里，蒸汽比較容易獲得，控制操作條件方便，是一種簡單而又價廉、有效的滅菌方法。用濕熱滅菌的方法處理培養(yǎng)基，其加熱受熱時間與滅菌程度和營養(yǎng)成分的破壞都有關系。營養(yǎng)成分的減少將影響菌種的培養(yǎng)和產(chǎn)物的生成，所以滅菌程度和營養(yǎng)成分的破壞成為滅菌工作中的主要矛盾，恰當掌握加熱受熱時間是滅菌工作的關鍵。,受熱時間如何確定？,18,1、 微生物的死亡速率：對數(shù)殘留定律,微生物受熱死亡的原因，主要是因高溫使微生物體內的一些重要蛋白質，如酶等，發(fā)生凝固、變性，從而導致微生物無法生存而死亡。微生物受熱而喪失活力，但其物理性質不變。,19,在一定溫度下，微生物的受熱死亡遵照分子反應速度理論。在滅菌過程中，微生物的死亡速率與任一瞬時殘存的活菌數(shù)成正比,對數(shù)殘留定律。,數(shù)學表達式：,- dN/d = N,N ：培養(yǎng)基中活的微生物個數(shù)； ：時間（s）; ：比死亡速率（s-1） (死亡速率常數(shù)) dN/d ： 微生物的瞬間變化率，即死亡速率,20,若開始滅菌（ = 0）時，培養(yǎng)基中活的微生物數(shù)為N0, =( 2.303 logN0/N )/,- dN/d = N,lnN/N0 = - ,積分,2.303logN0/N = ,or,21,各種微生物在同樣的溫度下K值是不同的，K值愈小，則此微生物愈耐熱。 在121度，枯草桿菌FS5230的K為0.047s-1，梭狀芽孢桿菌PA3679的K值為0.03 s-1 ，請問哪一種微生物更耐熱?,上式是計算滅菌的基本公式，滅菌速度常數(shù)K是判斷微生物受熱死亡難易程度的基本依據(jù)。, = (2.303 logN0/N) /,22,可見滅菌時間取決于污染程度(N0)、滅菌程度（殘留菌數(shù)N）和值,在培養(yǎng)基中有各種各樣的微生物，不可能逐一加以考慮。一般只考慮芽孢細菌和細菌的芽孢數(shù)之和作為計算依據(jù)。 滅菌程度，即殘留菌數(shù)，如果要求完全徹底滅菌，即N = 0，則 為，上式無意義，事實上也不可能。 一般取N = 0.001，即1000次滅菌中有1 次失敗。, = (2.303 logN0/N) /,23,例：有一發(fā)酵罐內裝40m3培養(yǎng)基，在121溫度下進行實罐滅菌。 原污染程度為每1mL有2*105個耐熱細菌芽孢，121度時滅菌速 度常數(shù)為1.8min-1。求滅菌失敗機率為0.001時所需要的滅菌 時間。,解： N0=40 106 2 105=8 1012（個） Ns=0.001（個） K= 1.8min-1,24,連續(xù)滅菌（連消）,連續(xù)滅菌的滅菌時間，仍可用滅菌公式計算，但培養(yǎng)基中的含菌數(shù)，應改為每單位體積(1mL)培養(yǎng)基的含菌數(shù)，則滅菌公式變換為下式,式中 c0單位體積培養(yǎng)基滅菌前的含菌數(shù)，個mL ; cs單位體積培養(yǎng)基滅菌后的含菌數(shù)，個mL。,25,【例】若將上例中的培養(yǎng)基采用連續(xù)滅菌，滅菌溫度為131，此溫度下滅菌速率常數(shù)為15min-1，求滅菌所需的維持時間。 解,26,2、滅菌的溫度和時間,上面說過，當培養(yǎng)基被加熱滅菌時，常會出現(xiàn)這樣的矛盾，這就是，加熱時，微生物固然會被殺死，但培養(yǎng)基中的有用成分也會隨之遭到破壞，那么有何良策可以既達到滅菌要求，同時又不破壞或盡可能少破壞培養(yǎng)基中的有用成分呢？ 實踐證明，在高壓加熱的情況下，培養(yǎng)基中的氨基酸和維生素極易被破壞，如在121，僅20min，就有59%的賴氨酸和精氨酸及其他堿性氨基酸被破壞，蛋氨酸和色氨酸也有相當數(shù)量被破壞。因此，必須選擇一個既能滿足滅菌需要，又可使培養(yǎng)基的破壞盡可能養(yǎng)活的滅菌工藝條件。,27,微生物的受熱死亡屬于單分子反應，其滅菌速率 常數(shù)K與溫度之間的關系可用阿累尼烏斯公式表示：,K滅菌速度常數(shù)（s-1），也稱反應速度常數(shù)或比死亡速度常數(shù).,A 比例常數(shù) E 殺死細菌所需的活化能，(E) （4.18 J/mol） T 絕對溫度，(K) R 氣體常數(shù)，1.9784.18 J/(molK) e 2.71 (exp),28,A 比例常數(shù)； E 分解活化能，(E) （4.18 J/mol）; T 絕對溫度，(K) R 氣體常數(shù)，1.9784.18 J/(molK) e 2.71 (exp),滅菌時，培養(yǎng)基成分分解速率常數(shù)K與溫度之間的關系 也可用阿累尼烏斯公式表示：,29,1= A e,R T1,E,2= A e,E,R T2,相除取對數(shù),ln,2,1,=,E 1 1,R T1 T2, ,在滅菌時，當溫度變化，菌死亡速率常數(shù)和培養(yǎng)基成分破壞速率常數(shù)都變化。溫度由T1升高到T2，值分別為：,同樣，滅菌時培養(yǎng)基成分的破壞也可得類似關系：,ln,2 ,1 ,=, ,R T1 T2,E 1 1,30,上面兩式相除，得,31,32,通過實驗測定可知： 滅菌時殺死微生物的活化能大于培養(yǎng)基成分的破壞 活化能值，因此：,結論1：當滅菌溫度上升時，微生物死亡速率的提高 要超過培養(yǎng)基成分的破壞速率的增加。,33,從上述的分析可知，在熱滅菌過程中，同時會發(fā)生微生 物死亡和培養(yǎng)基破壞這兩種過程，且這兩種過程的進行 速度都隨溫度的升高而加速，但微生物的死亡速率隨溫 度的升高更為顯著。因此，可選擇合適的滅菌溫度和 時間來調和二者之間的矛盾。,再看表滅菌溫度、時間與營養(yǎng)成分破壞 量的關系（N/No=0.001）,34,由此可見，若要減少營養(yǎng)成分的破壞，可升高溫度滅菌。 結論2：在滅菌時選擇較高的溫度、較短的時間，這樣便 既可達到需要的滅菌程度，同時又可減少營養(yǎng)物質的損失。,問題,滅菌要達到殺死99.99%的細菌芽孢，有兩種方法可以采用， 一種是118滅菌15min，另一種是128滅菌5min。哪一種方 法好，為什么？,答：從理論研究和生產(chǎn)實踐都可證明，在滅菌過程中，同時會發(fā)生微生物死亡和培養(yǎng)基破壞這兩種過程，且這兩種過程的進行速度都隨溫度的升高而加速，但微生物的死亡速率隨溫度的升高更為顯著。 因此，對于同一滅菌效果，選擇較高的溫度、較短的時間，這樣便既可達到需要的滅菌程度，同時又可減少營養(yǎng)物質的損失。,35,3、影響滅菌的因素,培養(yǎng)基中氫離子濃度對滅菌的影響 培養(yǎng)基中氫離子濃度直接影響滅菌的效果。培養(yǎng)基的 酸堿度越大，所需殺滅微生物的溫度越低。,pH 6.0 8.0 ，微生物最耐熱；pH 6.0 ，氫離子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(yǎng)基pH值愈低，滅菌所需的時間愈短。,36,微生物細胞中水分對滅菌的影響 細胞含水越多，蛋白質變性的溫度越低 微生物細胞菌齡對滅菌的影響 老細胞水分含量低、低齡細胞水分含量高 培養(yǎng)基的物理狀態(tài)對滅菌的影響 培養(yǎng)基中微生物數(shù)量對滅菌的影響,37,為什么說培養(yǎng)基中脂肪、糖分和蛋白質的含量越 高，滅菌溫度就得相應高些 ？,問題,問題,滅菌的徹底與否應以殺死營養(yǎng)細胞為準還是殺死細菌孢為標準，為什么？,答：培養(yǎng)液中油脂、糖類及一定濃度的蛋白質會增加微生物的耐熱性，高濃度有機物會包于細胞周圍形成一層薄膜，影響熱的傳遞；因此，在固形物含量高的情況下，滅菌溫度可高些。高濃度鹽類、色素能削減其耐熱性 。,38,答：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。 因而有時需要在培養(yǎng)基中加入消泡沫劑以減少泡沫的產(chǎn)生，或適當提高滅菌溫度，延長滅菌時間。,問題,在滅菌過程中，為什么說培養(yǎng)基發(fā)生泡沫對滅菌很不利？,39,問題,答：蒸汽滅菌過程中，溫度的控制是通過控制罐內的蒸汽壓力來實現(xiàn)。壓力表顯示的壓力應與罐內蒸汽壓力相對應，即壓力表的壓力所對應的溫度應是罐內的實際溫度。但是如果罐內空氣排除不完全，壓力表所顯示的壓力就不單是罐內蒸汽壓力，還包括了空氣分壓，因此，此時罐內的實際溫度就低于壓力表顯示壓力所對應的溫度，以致造成滅菌溫度不夠而滅菌不徹底,在滅菌過程中，為什么要排除罐內空氣？,40,培養(yǎng)基的PH值越低，滅菌所需的時間就愈短。（ ）,問題 判斷,在實際生產(chǎn)中，不宜采用嚴重霉腐的腐敗的水質，是因為其微生物數(shù)量多，影響滅菌效果。（ ）,微生物含水量越多，滅菌時間就得越長。（ ）,年輕細胞比年老細胞更易殺死。（ ）,在滅菌過程中，充分攪拌更有利于滅菌。（ ）,41,三、生產(chǎn)上培養(yǎng)基的滅菌方法,（一）分批滅菌 概念：先將輸料管內的污水放凈并沖洗干凈將配制好的培養(yǎng)基輸入發(fā)酵罐、種子罐或補料罐，用蒸汽直接加熱，達到滅菌要求的溫度和壓力后維持一定時間，再冷卻至發(fā)酵要求的溫度，這一工藝過程稱分批滅菌（實罐滅菌） 優(yōu)點：設備要求低，操作簡便 缺點：營養(yǎng)成份有損失 罐利用率低 不能采用高溫快速滅菌工藝,42,43,操作,1、在進行培養(yǎng)基滅菌之前，通常應先把發(fā)酵罐的分空氣過濾器滅菌并用無菌空氣吹干。 若已先行空罐滅菌，此步可不進行,2、預熱 向夾套或蛇管中通入蒸汽，間接將培養(yǎng)基加熱至70左右。 作 用： 利于糊化；減少冷凝水的生成；減輕噪音,44,3、開啟蒸汽管，向培養(yǎng)基中通入蒸汽，升溫。 4、罐壓達1kg/cm2 ( 0.1 MPa)時，按裝在發(fā)酵罐封頭的接種管、補料管、消泡劑管等應排汽。 5、保溫 調節(jié)好各進汽和排汽閥門，使罐壓和溫度保持在一穩(wěn)定水平，維持一定時間。,在保溫階段，凡進口在培養(yǎng)基液面下的各管道都應通入蒸汽；在液面上的其余管道則應排放蒸汽，這樣才能保證滅菌徹底，不留死角。,45,6、保溫結束后，依次關閉各排汽、進汽閥；待罐內壓力降至0.5kg/cm2左右時，向罐內通入無菌空氣，向夾套或蛇管中通入冷水，使培養(yǎng)基降至所需溫度。,通入無菌空氣的作用：加速降溫；保持罐內正壓,46,事故,2002年9月5日衡陽市某啤酒廠釀造車間一臺容積100m3的不銹鋼發(fā)酵糖在清洗過程中發(fā)生收縮變形而吸癟，造成直接經(jīng)濟損失22萬元的重大設備事故。,47,50m3發(fā)酵罐失穩(wěn)事故分析,1事故情況 1998年安陽市某化工廠車間一臺50m3發(fā)酵罐在空罐消毒后水冷卻過程中突然失穩(wěn)。無傷亡事故，直接經(jīng)濟損失20余萬元。 2事故原因分析 現(xiàn)場勘察發(fā)現(xiàn)，該罐進汽口和出汽門閥門關閉。冷卻水閥門敞開。這說明，失穩(wěn)是在冷卻過程中發(fā)生的。 許用壓力計算 100以下罐體就會承受外壓。外壓值等于大氣壓與水的飽和蒸汽壓之差。70以下水的飽和蒸汽壓與罐內負壓值見附表。 實測筒體許用外壓力0.0832MPa。 比較上表不難看出，當罐內溫度降到60 以下后，罐體失穩(wěn)隨時都有可能發(fā)生。,48,3、分批滅菌的注意事項 1）各路蒸汽進口要暢通，防止短路逆流；罐內液體翻動要劇烈，以使罐內物料達到均一的滅菌溫度。 2）排氣量不宜過大，以節(jié)約蒸汽 3）滅菌將要結束時，應立即引入無菌空氣以保持罐壓，然后開夾套或蛇管冷卻，以避免罐壓迅速下降產(chǎn)生負壓而吸入外界空氣，或引起發(fā)酵罐破壞。 4）在引入無菌空氣前，罐內壓力必須低于過濾器壓力，否則培養(yǎng)基將倒流入過濾器。,49,過程包括：升溫、保溫和冷卻等三個階段。 各階段對滅菌的貢獻：20%、75%、5%,0,圖為培養(yǎng)基間歇滅菌過程中的溫度變化情況,50,V = V加熱 + V維持 + V冷卻,RT2 (E 2RT) V 加熱 = t 加熱 (T-T0)E2,RT2 (E 2RT) V 冷卻 = t 冷卻 (T-T0)E2,51,R ：氣體常數(shù)；= 1. 986 卡/克分子K E ：耐熱孢子致死的活化能；= 65000 卡/克分子 T：滅菌維持溫度； 121 （393 K） T0：開始計算滅菌效果的溫度；100 （373 K）,52,例 1） 小型發(fā)酵罐在120滅菌維持15分鐘，由100 （100以下滅菌效果不計）加熱至120的時間為5分鐘，由120冷卻到100的時間為3分鐘，計算總的滅菌時間。,1.9863932(65000 21.986 393) V加熱 = 5 = 1.15 (393-373) 650002,RT2 (E 2RT) V 加熱 = t 加熱 (T-T0)E2,53,1.9863932(65000 21.986 393) V冷卻 = 3 = 0. 69 (393-373) 650002,V = V加熱 + V維持 + V冷卻 = 1.15 + 15 + 0.69 = 16.6 (min),RT2 (E 2RT) V 冷卻 = t 冷卻 (T-T0)E2,54,例 ） 如果滅菌條件不變，大罐由100加熱到120需24分鐘；冷卻至100的時間為16分鐘；求大罐的維持時間。,1.9863932(65000 1.986 393) V加熱 V冷卻 = （ ） (393-373) 650002 .min,則大罐維持時間 V維持 = V （V加熱V冷卻） 16.6 9.2 = 7.4 min,55,在不同規(guī)模的發(fā)酵罐中達到同樣滅菌效果所需時間,發(fā)酵罐規(guī)模（升） 維持時間（分） 200 17. 5 500 12. 6 5000 11. 3 50000 8. 8,56,在實際生產(chǎn)中，也可能遇到所供蒸汽不足、溫度不夠高的情況，這時可以適當延長滅菌時間。 生產(chǎn)上甚至有100蒸煮而達到徹底滅菌的實例。如要做固體曲而沒有高溫蒸汽時，可將原料用100蒸汽蒸30min，殺死其中的營養(yǎng)細胞，但孢子與細菌的芽孢沒有被殺死。將蒸過的原料置于室溫下過夜，未被殺死的孢子便發(fā)芽生長，芽孢發(fā)育成營養(yǎng)細胞，再30min便可殺死。如此連續(xù)反復進行2-3次，亦可達到徹底滅菌的目的。,從以上分析可知，滅菌過程中加熱和保溫階段的滅菌作用是主要的，而冷卻階段的滅菌作用是次要的，一般很小。此外，還應指出的是，應當避免長時間的加熱階段，因為加熱時間過長，不僅破壞營養(yǎng)物質，而且也有可能引起培養(yǎng)液中某些有害物質的生成，從而影響培養(yǎng)過程的順利進行。,57,58,問題,在實際生產(chǎn)中，如果遇到所供蒸汽不足，如何有用100蒸煮而達到徹底滅菌？,家用土蒸鍋對食用菌三級種進行滅菌？,59,(二)培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌（連消）,將配置好的培養(yǎng)基在向發(fā)酵罐等培養(yǎng)裝置輸送的同時進行加熱、保溫、和冷卻而進行滅菌。,60,連續(xù)滅菌時，培養(yǎng)基可在短時間內加熱到保溫溫度，并且能很快地被冷卻 因此可在比間歇滅菌更高的溫度下進行滅菌。 而由于滅菌溫度很高，保溫時間就相應地可以很短,極有利于減少培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質的破壞。,培養(yǎng)基連續(xù)滅菌過程中的溫度的變化,61,連續(xù)滅菌的基本設備有哪些 ？,問題,62,配料預熱罐：配料罐將培養(yǎng)基預熱60-70，防止培養(yǎng)基在殺菌時料液與蒸汽溫度相差過大而產(chǎn)生水汽撞擊聲。 連消塔（加熱塔）：使高溫蒸汽與培養(yǎng)基迅速接觸混和，使培養(yǎng)基迅速升高到滅菌溫度（126-132 ）。 維持罐：使培養(yǎng)基在滅菌溫度下保持5-7min，以達到滅菌的目的； 冷卻管：將培養(yǎng)基迅速冷卻到40-50 ，輸送到滅菌后的發(fā)酵罐內。,1、連消塔式滅菌流程,63,發(fā)酵罐,蒸汽,蒸汽,冷卻水,無菌培養(yǎng)基,配料罐,泵,加熱塔,維持罐,冷卻管,可在專門的預熱罐，也可用配料罐兼作 溫 度：一般預熱至70左右 預熱的物料用泵泵入連消裝置 輸料泵： 常用 旋渦泵、往復泵、螺桿泵,預熱,64,旋渦泵,往復泵,螺桿泵,65,加熱,物料泵入加熱器，培養(yǎng)基與蒸汽混合，溫度迅速上升至130140 常用連消裝置有三類： 套管式連消器 汽液混合式連消器 噴射式加熱器,66,套管式連消塔,上疏下密，45小孔，孔徑6毫米左右 培養(yǎng)液流動線速度小于0.1m/s ; 在管內逗留時間為1520秒,67,汽液混合式連消器,68,保溫,保溫設備 （維持設備） 保溫材料包裹 兩種形式：罐式；管式,69,維持罐,70,培養(yǎng)基的平均停留時間, = V / FM,-平均停留時間 （s） V- 維持罐的體積 （ m3） FM - 培養(yǎng)基的流量 （m3/s）,71,Note: 培養(yǎng)基在維持罐的流動不可能非常均勻，可能產(chǎn)生溝流，造成一部分培養(yǎng)基在罐內的停留時間少于平均值。為保證滅菌徹底，在設計罐式維持器時，通常取平均停留時間的35倍。,經(jīng)驗： 在滅菌溫度為130時，實際平均時間可取10分鐘；在140時則可取34分鐘。,72,管式維持器,在設計管式維持設備時，須采用停留時間分布的概念，而不能采用單純的停留時間。,73,圓管內不同流動形式流體的速度分布情況,湍流 Vaverage = 0.82 Vmax,活塞流 Vaverage = Vmax,粘滯流 Vaverage = 0.5 Vmax,74,在管式維持器中，若培養(yǎng)基流動為活塞流，可根據(jù)維持管的內徑、培養(yǎng)基的流量求出管長。,但實際上培養(yǎng)基不可能呈活塞流，當培養(yǎng)基處于粘滯留狀態(tài)時，管內速度呈拋物線，管中心部位的最大流速為平均流速的2倍；若以平均流速確定管長，則會造成邊緣部分的培養(yǎng)基過熱（加熱過長）。,確定維持管的長度，應采用擴散模型 ( Dispersion model) . （復雜，略）,75,冷卻,噴淋冷卻器 板式冷卻器 真空冷卻器,76,噴淋冷卻器,結構簡單；廣泛使用,77,噴射加熱-真空冷卻連續(xù)滅菌流程,78,噴射加熱連續(xù)滅菌流程,滅菌介質,原料介質,蒸汽,T=140度,保溫段,真空,流程中采用了蒸汽噴射器，它使培養(yǎng)液與高溫蒸汽直接接觸，從而在短時間內可將培養(yǎng)液急速升溫至預定的滅菌溫度然后在該溫度下維持一段時間滅菌，滅菌后的培養(yǎng)基通過一膨脹閥進入真空冷卻器急速冷卻，從圖中可以看出，由于該流程中培養(yǎng)基受熱時間短，營養(yǎng)物質的損失也就不很嚴重，同時該流程保證了培養(yǎng)基物料先進先出，避免了過熱或滅菌不徹底等現(xiàn)象。,2、噴射加熱連續(xù)滅菌流程,79,1 噴嘴 2 吸入口 3 吸入室 4混合噴嘴 5 混合段 6擴大管,噴射加熱器,80,81,薄板換熱器連續(xù)滅菌流程,進料 35,100 ,120 ,維持罐120 ,蒸汽147 ,120 ,55 ,出料35 ,水20 ,31 ,流程中采用了薄板換熱器作為培養(yǎng)液的加熱和冷