滅菌及無菌空氣的制備

1、發(fā)酵的一般流程發(fā)酵的一般流程種子擴(kuò)大培養(yǎng)種子擴(kuò)大培養(yǎng)培養(yǎng)基配制培養(yǎng)基配制空氣除菌空氣除菌培養(yǎng)基滅菌培養(yǎng)基滅菌發(fā)酵生產(chǎn)發(fā)酵生產(chǎn)下游處理下游處理發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵設(shè)備 發(fā)酵工程無菌技術(shù)：發(fā)酵工程無菌技術(shù)： 純培養(yǎng)發(fā)酵技術(shù)：發(fā)酵全過程只有生產(chǎn)菌，無雜菌發(fā)酵全過程只有生產(chǎn)菌，無雜菌第五章第五章 滅菌及無菌空氣制備滅菌及無菌空氣制備 在發(fā)酵過程中夾雜其它雜菌造成的不良后果：在發(fā)酵過程中夾雜其它雜菌造成的不良后果： 雜菌污染使基質(zhì)或產(chǎn)物被雜菌消耗，造成生產(chǎn)能力下降；雜菌污染使基質(zhì)或產(chǎn)物被雜菌消耗，造成生產(chǎn)能力下降； 雜菌產(chǎn)生的某些代謝產(chǎn)物，改變了培養(yǎng)液的理化性質(zhì)，使提取雜菌產(chǎn)生的某些代謝產(chǎn)物，改變了培養(yǎng)液的理化

2、性質(zhì)，使提取精制發(fā)生困難；精制發(fā)生困難； 雜菌可能會降解目的產(chǎn)物，使得生產(chǎn)過程失?。浑s菌可能會降解目的產(chǎn)物，使得生產(chǎn)過程失敗； 雜菌會污染最終產(chǎn)品；雜菌會污染最終產(chǎn)品； 發(fā)酵時(shí)如污染噬菌體，可使生產(chǎn)菌發(fā)生溶菌現(xiàn)象，使生產(chǎn)失敗發(fā)酵時(shí)如污染噬菌體，可使生產(chǎn)菌發(fā)生溶菌現(xiàn)象，使生產(chǎn)失敗 為了保證培養(yǎng)過程的正常進(jìn)行，在接種要培養(yǎng)的微生物之前，需要進(jìn)行滅菌與消毒。滅菌對象：培養(yǎng)基；設(shè)備與管道；空氣系統(tǒng)；流加料、消泡劑培養(yǎng)基；設(shè)備與管道；空氣系統(tǒng)；流加料、消泡劑；必要時(shí)還有對生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行必要時(shí)還有對生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行消毒消毒，防止雜菌和噬菌體，防止雜菌和噬菌體 工業(yè)上具體措施包括：工業(yè)上具體措施包括： 1）使用的

3、培養(yǎng)基和設(shè)備須經(jīng)滅菌；）使用的培養(yǎng)基和設(shè)備須經(jīng)滅菌； 2）好氧培養(yǎng)中使用的空氣應(yīng)經(jīng)除菌處理）好氧培養(yǎng)中使用的空氣應(yīng)經(jīng)除菌處理 3）設(shè)備應(yīng)嚴(yán)密，發(fā)酵罐維持正壓環(huán)境；）設(shè)備應(yīng)嚴(yán)密，發(fā)酵罐維持正壓環(huán)境； 4）培養(yǎng)過程中加入的物料應(yīng)經(jīng)過滅菌；）培養(yǎng)過程中加入的物料應(yīng)經(jīng)過滅菌； 5）使用無污染的種子。）使用無污染的種子。 消毒與滅菌在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用消毒與滅菌在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用消毒消毒(disinfection)：用物理或用物理或化學(xué)方法化學(xué)方法殺死物料、容器器殺死物料、容器器具內(nèi)外具內(nèi)外病原微生物病原微生物，而對被消毒的物體基本無害的措施，而對被消毒的物體基本無害的措施。一般只能殺死營養(yǎng)細(xì)胞，。一般只

4、能殺死營養(yǎng)細(xì)胞，例如巴氏消毒法（例如巴氏消毒法（60，30min30min）。滅菌滅菌(sterilization)：用物理或化學(xué)方法殺死或除去物料、用物理或化學(xué)方法殺死或除去物料、空氣容器等環(huán)境中所有微生物，包括營養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)菌芽空氣容器等環(huán)境中所有微生物，包括營養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)菌芽孢和孢子。孢和孢子。 關(guān)系：消毒不一定達(dá)到滅菌的要求，而滅菌可以達(dá)到消毒的目的。關(guān)系：消毒不一定達(dá)到滅菌的要求，而滅菌可以達(dá)到消毒的目的。 常用消毒、滅菌原理與方法 化學(xué)藥劑消毒：化學(xué)藥劑消毒：甲醛或新潔爾滅、高錳酸鉀等甲醛或新潔爾滅、高錳酸鉀等 使蛋白質(zhì)凝固變性、酶失活；破壞細(xì)胞膜；使蛋白質(zhì)凝固變性、酶失活；破壞細(xì)胞膜

5、； 物理方法物理方法 輻射滅菌：輻射滅菌：紫外線、紫外線、X射線，高能輻射與菌體核酸光化學(xué)反應(yīng)射線，高能輻射與菌體核酸光化學(xué)反應(yīng) 干熱滅菌法：干熱滅菌法：氧化作用氧化作用、高溫使蛋白質(zhì)變性和電解質(zhì)濃縮中毒、高溫使蛋白質(zhì)變性和電解質(zhì)濃縮中毒 濕熱滅菌法濕熱滅菌法（最常用）（最常用）：蒸汽熱使蛋白質(zhì)變性，大分子氫鍵收蒸汽熱使蛋白質(zhì)變性，大分子氫鍵收到破壞；到破壞； 過濾介質(zhì)除菌過濾介質(zhì)除菌：微生物不能透過濾膜而除菌微生物不能透過濾膜而除菌濕熱滅菌法濕熱滅菌法 蒸汽具有強(qiáng)的熱穿透力，滅菌易于徹底，效果最好，應(yīng)用蒸汽具有強(qiáng)的熱穿透力，滅菌易于徹底，效果最好，應(yīng)用飽和蒸汽進(jìn)行滅菌最為普遍。飽和蒸汽進(jìn)行滅

6、菌最為普遍。適用范圍：適用范圍：廣泛應(yīng)用于廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)設(shè)備及培養(yǎng)基生產(chǎn)設(shè)備及培養(yǎng)基的滅菌的滅菌 例如：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的高壓蒸汽滅菌、發(fā)酵車間采用的例如：實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的高壓蒸汽滅菌、發(fā)酵車間采用的設(shè)備空消設(shè)備空消和和培養(yǎng)基實(shí)消培養(yǎng)基實(shí)消。過濾介質(zhì)除菌法過濾介質(zhì)除菌法 過濾介質(zhì)除菌 采用適當(dāng)?shù)倪^濾介質(zhì)對熱敏性的液體或氣體進(jìn)行過濾，去除微生物的方法。 液體：液體：0.22m或0.45m濾膜 氣體：氣體：纖維介質(zhì)濾材纖維介質(zhì)濾材捕捉極微小的懸浮微生物適用范圍：適用范圍：對壓縮空氣制備無菌空氣；酶溶液、啤對壓縮空氣制備無菌空氣；酶溶液、啤酒及其他不耐熱化合物溶液除菌。酒及其他不耐熱化合物溶液除菌。高壓蒸汽滅菌利

7、用飽和蒸汽的高溫殺死微生物的同時(shí)，高壓蒸汽滅菌利用飽和蒸汽的高溫殺死微生物的同時(shí)，高溫還可能造成培養(yǎng)基成分的損失。高溫還可能造成培養(yǎng)基成分的損失。培養(yǎng)基滅菌的要求：培養(yǎng)基滅菌的要求： 達(dá)到要求的無菌程度達(dá)到要求的無菌程度 盡量減少營養(yǎng)成分的破壞。盡量減少營養(yǎng)成分的破壞。在滅菌過程中，培養(yǎng)基組分的在滅菌過程中，培養(yǎng)基組分的破壞，是由兩個(gè)基本類型的反應(yīng)引起的：破壞，是由兩個(gè)基本類型的反應(yīng)引起的： 培養(yǎng)基中不同營養(yǎng)成分間的相互作用；培養(yǎng)基中不同營養(yǎng)成分間的相互作用； 對熱不穩(wěn)定的組分如氨基酸和維生素等的分解對熱不穩(wěn)定的組分如氨基酸和維生素等的分解 合理選擇滅菌條件的關(guān)鍵：合理選擇滅菌條件的關(guān)鍵：了解

8、滅菌溫度、時(shí)間對微生物了解滅菌溫度、時(shí)間對微生物死亡和培養(yǎng)基成分破壞的關(guān)系。死亡和培養(yǎng)基成分破壞的關(guān)系。 第一節(jié)第一節(jié) 培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌 致死溫度：殺死微生物的極限（最低）溫度。在致死溫度下，殺死全部微生物所需要的時(shí)間成為致死時(shí)間；在致死溫度以上，溫度愈高，致死時(shí)間愈短。 用濕熱滅菌方法對培養(yǎng)基滅菌時(shí)，加熱的溫度和時(shí)間對微生物死亡和營養(yǎng)成分均有破壞作用，因而選擇一種既能達(dá)到滅菌要求又能減少營養(yǎng)成分被破壞的溫度和受熱時(shí)間，是研究培養(yǎng)基滅菌質(zhì)量的重要內(nèi)容。培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分的破壞和菌體死亡都符合Arrhenius Equation方程: 一、培養(yǎng)基的滅菌溫度選擇一、培養(yǎng)基

9、的滅菌溫度選擇微生物微生物營養(yǎng)成分營養(yǎng)成分反應(yīng)速度常數(shù)增加的倍數(shù)反應(yīng)速度常數(shù)增加的倍數(shù)K值為比死亡速率值為比死亡速率 反應(yīng)速率常數(shù)反應(yīng)速率常數(shù)k是微生物耐熱性的一種特征，它隨微生物的種類和滅菌溫度而異。T相同，k值越小，則微生物越是耐熱。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，溫度越高，k值增大。細(xì)菌芽孢名稱 k值/min-1枯草芽孢桿菌FS5230 3.82.6硬脂嗜熱芽孢桿菌FS1518 0.77硬脂嗜熱芽孢桿菌FS617 2.9產(chǎn)氣梭狀芽孢桿菌PA3679 1.8121某些細(xì)菌芽孢的k值 隨溫度的升高，滅菌反應(yīng)速度常數(shù)增加的倍數(shù)大于營養(yǎng)成分破壞反應(yīng)速度常數(shù)增加的倍

10、數(shù)。 達(dá)到相同滅菌效果時(shí)，溫度達(dá)到相同滅菌效果時(shí)，溫度T越高，越高，K值越大（比死亡速率常數(shù)），所值越大（比死亡速率常數(shù)），所需滅菌的時(shí)間需滅菌的時(shí)間t 越短。越短。 在實(shí)際生產(chǎn)中為了既達(dá)到滅菌目的又較好地保存營養(yǎng)成分，在實(shí)際生產(chǎn)中為了既達(dá)到滅菌目的又較好地保存營養(yǎng)成分，最好采用較最好采用較高的溫度，較短時(shí)間進(jìn)行滅菌，瞬時(shí)高溫滅菌高的溫度，較短時(shí)間進(jìn)行滅菌，瞬時(shí)高溫滅菌UHT。即可達(dá)到殺死培養(yǎng)即可達(dá)到殺死培養(yǎng)基中的全部微生物的目的，又可減少營養(yǎng)成分的破壞?；械娜课⑸锏哪康?，又可減少營養(yǎng)成分的破壞。 通常情況選擇滅菌溫度為通常情況選擇滅菌溫度為121，當(dāng)培養(yǎng)基中含熱敏成分，則降低溫度，當(dāng)培

11、養(yǎng)基中含熱敏成分，則降低溫度 微生物微生物營養(yǎng)成分營養(yǎng)成分芽孢VB2118, 15min99.99%10%120, 1. 5min99.99%5%在確定了培養(yǎng)基滅菌的溫度后，如何來計(jì)算滅菌時(shí)間？toNNktlog303. 2t: t: 發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌時(shí)間發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌時(shí)間k: k: 比死亡速率，比死亡速率，min min -1-1, ,不同微生物在某一溫度下的不同微生物在某一溫度下的k k值差異值差異N N0 0: : 開始滅菌時(shí)培養(yǎng)基物料中的活菌數(shù)開始滅菌時(shí)培養(yǎng)基物料中的活菌數(shù)，污染程度，污染程度Nt: 培養(yǎng)基經(jīng)滅菌時(shí)間培養(yǎng)基經(jīng)滅菌時(shí)間t后中的殘留活菌數(shù)（后中的殘留活菌數(shù)（滅菌程度一般為

12、滅菌程度一般為0.001，即即1000次有一次失敗次有一次失敗），），滅菌程度滅菌程度在計(jì)算滅菌時(shí)間過程中需考慮兩個(gè)問題： 一是一般只考慮芽孢細(xì)菌和細(xì)菌的芽孢數(shù)之和作為計(jì)算依據(jù)； 二是滅菌程度，即殘留菌數(shù)，一般采用Nt=0.001，即1000次滅菌中有一次失敗。1培養(yǎng)基培養(yǎng)基 pH值值 ：培養(yǎng)基中氫離子濃度直接影響滅菌的效果。培養(yǎng)基的培養(yǎng)基中氫離子濃度直接影響滅菌的效果。培養(yǎng)基的pH值越低，所需殺值越低，所需殺滅微生物的溫度越低。滅微生物的溫度越低。pH6.0-8.0時(shí)最難滅菌。時(shí)最難滅菌。溫度溫度（）孢子數(shù)孢子數(shù)（個(gè)（個(gè)/mL)滅菌時(shí)間（滅菌時(shí)間（min）pH6.1pH5.3pH5.0pH4

13、.7pH4.5120115110100100001000010000100008257074072565720512351803133015031324150pH值對滅菌時(shí)間的影響值對滅菌時(shí)間的影響二、影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素除了滅菌溫度和時(shí)間外，影響滅菌效果的因素還有：除了滅菌溫度和時(shí)間外，影響滅菌效果的因素還有：2、培養(yǎng)基成分： 油脂、糖類及一定濃度的蛋白質(zhì)可增加微生物耐熱性； 大腸桿菌E.coli在水中加熱60-65死亡；在10%糖溶液中，需要70加熱46min，在30%糖溶液中，需要加熱30min。另一些物質(zhì)，如高濃度的鹽類、色素等的存在等可削弱其耐熱性3、泡沫

14、：對滅菌極為不利，泡沫中的空氣形成隔熱層，使傳熱困難，熱難穿對滅菌極為不利，泡沫中的空氣形成隔熱層，使傳熱困難，熱難穿透。在易產(chǎn)生泡沫的培養(yǎng)基中加入消泡劑。透。在易產(chǎn)生泡沫的培養(yǎng)基中加入消泡劑。 影響滅菌效果的因素影響滅菌效果的因素 4、培養(yǎng)基中微生物數(shù)量、培養(yǎng)基中微生物數(shù)量微生物數(shù)量越多，達(dá)到要求滅菌效果所需時(shí)間也越長。培養(yǎng)基中微生物孢子數(shù)/（個(gè)/ml） 9 900 90 000 9000 000 900 000 000105滅菌所需時(shí)間/min 2 14 20 36 48培養(yǎng)基中微生物孢子在105 在實(shí)際生產(chǎn)中，不宜采用嚴(yán)重霉變的原料和腐敗的水質(zhì)。在實(shí)際生產(chǎn)中，不宜采用嚴(yán)重霉變的原料和腐敗

15、的水質(zhì)。影響滅菌效果的因素影響滅菌效果的因素 5、培養(yǎng)基的物理狀態(tài) 固體培養(yǎng)基比液體培養(yǎng)基滅菌時(shí)間長；顆粒越大，滅菌時(shí)蒸汽穿透所需時(shí)間越長，滅菌難，對于小于1mm的顆粒培養(yǎng)基，不必考慮顆粒對滅菌的影響，但含有少量大顆粒和粗纖維的培養(yǎng)基的滅菌，則要適當(dāng)提高溫度，在不影響培養(yǎng)基質(zhì)量的條件下，采用粗過濾的方法預(yù)先處理，以防止培養(yǎng)基結(jié)塊而造成滅菌不徹底。6. 其他：微生物細(xì)胞的含水量、菌齡、攪拌和空氣排除情況等會影響培養(yǎng)基的滅菌效果。三、發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌工藝三、發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌工藝1 1、分批滅菌、分批滅菌（實(shí)罐滅菌，實(shí)消）（實(shí)罐滅菌，實(shí)消）2 2、連續(xù)滅菌、連續(xù)滅菌（連消）（連消）3 3、固體滅菌、固體

16、滅菌（一）分批滅菌 分批滅菌也叫間歇滅菌或分批滅菌也叫間歇滅菌或?qū)嵐逌缇?、?shí)消實(shí)罐滅菌、實(shí)消。培養(yǎng)基的分批滅菌就培養(yǎng)基的分批滅菌就是將配制好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐或其他裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用是將配制好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐或其他裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設(shè)備一起進(jìn)行加熱滅菌的過程，設(shè)備一起進(jìn)行加熱滅菌的過程，也稱為實(shí)罐滅菌，或?qū)嵪?。也稱為實(shí)罐滅菌，或?qū)嵪?。?yōu)點(diǎn)：無需其他附屬設(shè)備，操作簡便；優(yōu)點(diǎn)：無需其他附屬設(shè)備，操作簡便；缺點(diǎn)：加熱和冷卻時(shí)間長，營養(yǎng)成分有一定損失，不能采用高溫快速滅菌缺點(diǎn)：加熱和冷卻時(shí)間長，營養(yǎng)成分有一定損失，不能采用高溫快速滅菌一般采用一般采用121分批滅菌的時(shí)間計(jì)算

17、若不計(jì)升溫階段所殺滅的菌數(shù)，把培養(yǎng)基中所有的菌均看成在保若不計(jì)升溫階段所殺滅的菌數(shù)，把培養(yǎng)基中所有的菌均看成在保溫階段被殺死，可粗略計(jì)算滅菌所需時(shí)間。溫階段被殺死，可粗略計(jì)算滅菌所需時(shí)間。 例：發(fā)酵罐內(nèi)裝例：發(fā)酵罐內(nèi)裝40m3培養(yǎng)基，在溫度培養(yǎng)基，在溫度121下進(jìn)行實(shí)罐滅菌。原下進(jìn)行實(shí)罐滅菌。原污染程度為每毫升污染程度為每毫升2 2105感染耐熱細(xì)菌芽孢，感染耐熱細(xì)菌芽孢， 121時(shí)滅菌速率常數(shù)時(shí)滅菌速率常數(shù)為為1.8min-1，求滅菌失敗概率為，求滅菌失敗概率為0.001時(shí)所需要的滅菌時(shí)間。時(shí)所需要的滅菌時(shí)間。解：解：N0=40 106 2105（個(gè)）（個(gè)） Nt=0.001（個(gè)）（個(gè)） k

18、=1.8min-1滅菌時(shí)間：滅菌時(shí)間：t=N0Nt1k=2.303 1.8（81015）=20.34（min）24016012080時(shí)間（時(shí)間（min)050100150溫度溫度升溫升溫冷卻冷卻保溫保溫分批滅菌過程包括：分批滅菌過程包括：升溫、保溫和冷升溫、保溫和冷卻等三個(gè)階段。卻等三個(gè)階段。各階段對滅菌的貢獻(xiàn)：各階段對滅菌的貢獻(xiàn)：20%、75%、5%。應(yīng)當(dāng)應(yīng)當(dāng)避免長時(shí)間的避免長時(shí)間的升溫加熱階段升溫加熱階段，因?yàn)榧訜釙r(shí)間過長，因?yàn)榧訜釙r(shí)間過長，不僅破壞營養(yǎng)物質(zhì)，而且也有可能引不僅破壞營養(yǎng)物質(zhì)，而且也有可能引起培養(yǎng)液中某些有害物質(zhì)的生成，從起培養(yǎng)液中某些有害物質(zhì)的生成，從而影響培養(yǎng)過程的順利進(jìn)

19、行。而影響培養(yǎng)過程的順利進(jìn)行。 分批滅菌溫度變化曲線分批滅菌的工藝操作操作過程：操作過程：1、空罐準(zhǔn)備：清洗、檢修和檢測、空罐準(zhǔn)備：清洗、檢修和檢測2、升溫：把培養(yǎng)基加熱到滅菌所需的溫度，夾套、升溫：把培養(yǎng)基加熱到滅菌所需的溫度，夾套和直接通蒸汽加熱和直接通蒸汽加熱3、保溫維持：在滅菌溫度下保持滅菌所需時(shí)間、保溫維持：在滅菌溫度下保持滅菌所需時(shí)間4、冷卻保壓：把培養(yǎng)基降低到接種的溫度、冷卻保壓：把培養(yǎng)基降低到接種的溫度三路進(jìn)汽：三路進(jìn)汽：蒸汽直接從通蒸汽直接從通風(fēng)、取樣和出料口進(jìn)入罐風(fēng)、取樣和出料口進(jìn)入罐內(nèi)直接加熱，直到所規(guī)定內(nèi)直接加熱，直到所規(guī)定的溫度，并維持一定的時(shí)的溫度，并維持一定的時(shí)間

20、。這就是所謂的間。這就是所謂的“三路三路進(jìn)氣進(jìn)氣”。四路出汽：四路出汽：直接蒸汽從直接蒸汽從排氣、接種、進(jìn)料和消排氣、接種、進(jìn)料和消沫劑管排氣沫劑管排氣分批滅菌設(shè)備示意圖分批滅菌設(shè)備示意圖 思考：滅菌過程培養(yǎng)基的體積和成份變化，對發(fā)酵過程有何影響？優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 不需要專門的設(shè)不需要專門的設(shè)備，投資少，對設(shè)備備，投資少，對設(shè)備要求簡單，對蒸汽的要求簡單，對蒸汽的要求也比較低，而且要求也比較低，而且滅菌效果可靠。滅菌效果可靠。l連續(xù)滅菌時(shí)，培養(yǎng)基可在連續(xù)滅菌時(shí)，培養(yǎng)基可在短時(shí)短時(shí)間內(nèi)加熱到保溫溫度間內(nèi)加熱到保溫溫度，并且能，并且能很很快地被冷卻；快地被冷卻；l因此可在比分批滅菌因此可在比分批滅菌更

21、高的溫更高的溫度下度下進(jìn)行滅菌；進(jìn)行滅菌；l而由于而由于滅菌溫度很高滅菌溫度很高，保溫時(shí)保溫時(shí)間間就相應(yīng)地可以就相應(yīng)地可以很短，很短，極有利于極有利于減少培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)的破壞。減少培養(yǎng)基中的營養(yǎng)物質(zhì)的破壞。 （二）連續(xù)滅菌1、連續(xù)滅菌的溫度變化、連續(xù)滅菌的溫度變化 培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌就是將配制好的培養(yǎng)基在向發(fā)酵罐等培養(yǎng)裝置輸送的同時(shí)進(jìn)行加熱、保溫和冷卻而進(jìn)行滅菌。 連續(xù)滅菌時(shí)間的計(jì)算：連續(xù)滅菌的時(shí)間的計(jì)算，含菌數(shù)應(yīng)改為每毫升培養(yǎng)基的含菌數(shù)。連續(xù)滅菌的時(shí)間的計(jì)算，含菌數(shù)應(yīng)改為每毫升培養(yǎng)基的含菌數(shù)。 例：發(fā)酵罐內(nèi)裝40m3培養(yǎng)基，在溫度131下進(jìn)行連續(xù)滅菌。原污染程度為每毫升2105感染耐熱細(xì)菌

22、芽孢， 131時(shí)滅菌速率常數(shù)為15min-1，求所需要的滅菌時(shí)間。解：c0= 2105（個(gè)/ml） ct=1 /40 106 103 =2.5 10-11 （個(gè)/ml） k=15min-1滅菌時(shí)間：t=C0Ct1k=2.303 15（ ）=2.37（min）21052.5 10-11連續(xù)滅菌的工藝流程配料預(yù)熱罐：預(yù)熱到6070，避免連續(xù)滅菌時(shí)由于料液與蒸汽溫度相差過大而產(chǎn)生水汽撞擊聲音。連消塔：使高溫蒸汽與料液迅速解除混合，使料液溫度很快上升到滅菌溫度（126132）維持罐：使料液在滅菌溫度下保持57min，以達(dá)到滅菌目的；冷卻管：生產(chǎn)上一般采用冷水噴淋冷卻到4050后，輸送到滅菌的罐內(nèi)分批滅

23、菌和連續(xù)滅菌的比較滅菌方式優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)連續(xù)滅菌 1.滅菌溫度高，減少營養(yǎng)物質(zhì)損失2.操作條件恒定，滅菌質(zhì)量穩(wěn)定3.易于實(shí)現(xiàn)管道化和自控操作4.避免反復(fù)加熱冷卻，提高熱利用率5.發(fā)酵設(shè)備利用率高1.對設(shè)備要求高，需要設(shè)置加熱和冷卻裝置2.操作麻煩3.染菌的機(jī)會多4.不適合含大量固體物料的滅菌5.對蒸汽的要求高間歇分批1.設(shè)備要求低，不需另外設(shè)置加熱好冷卻裝置2.操作要求低，適于手動操作3.適合于小批量生產(chǎn)4.適合于含有大量固體物質(zhì)的培養(yǎng)基的滅菌1.培養(yǎng)基營養(yǎng)物質(zhì)損失多，滅菌后培養(yǎng)基質(zhì)量下降2.需要反復(fù)的加熱和冷卻，能耗較大3.不適于大規(guī)模生產(chǎn)過程的滅菌4.發(fā)酵罐的利用率低 設(shè)備滅菌設(shè)備滅菌 ，又稱空

24、消，又稱空消(Stearilization of fermenter) 實(shí)罐滅菌時(shí)，發(fā)酵罐與培養(yǎng)基一起滅菌（實(shí)罐滅菌時(shí)，發(fā)酵罐與培養(yǎng)基一起滅菌（實(shí)消實(shí)消） 培養(yǎng)基采用連續(xù)滅菌時(shí)，發(fā)酵罐需在培養(yǎng)基滅菌加入前培養(yǎng)基采用連續(xù)滅菌時(shí)，發(fā)酵罐需在培養(yǎng)基滅菌加入前進(jìn)行進(jìn)行空消空消，通常是用蒸汽加熱發(fā)酵罐的夾套或設(shè)管并從，通常是用蒸汽加熱發(fā)酵罐的夾套或設(shè)管并從空氣分布管中通入蒸汽，充滿整個(gè)容器后，再從排氣管空氣分布管中通入蒸汽，充滿整個(gè)容器后，再從排氣管中緩緩排出。容器內(nèi)的蒸汽壓力保持中緩緩排出。容器內(nèi)的蒸汽壓力保持1 1公斤，公斤，2020分鐘。分鐘。 管道、空氣過濾器、補(bǔ)料罐、計(jì)量貯存罐管道、空氣過濾器

25、、補(bǔ)料罐、計(jì)量貯存罐 發(fā)酵附屬設(shè)備滅菌發(fā)酵附屬設(shè)備滅菌四、培養(yǎng)基和設(shè)備、管路滅菌的條件1、種子罐、發(fā)酵罐、計(jì)量罐、補(bǔ)料罐等的空罐及管道滅菌、種子罐、發(fā)酵罐、計(jì)量罐、補(bǔ)料罐等的空罐及管道滅菌 從有關(guān)管道通入蒸汽，使罐內(nèi)蒸汽壓力達(dá)0.147Mpa。維持45min，滅菌過程從有關(guān)閥門排出空氣，并使?fàn)幦⊥ㄟ^達(dá)到死角滅菌；滅菌結(jié)束，關(guān)閉蒸汽后，待罐內(nèi)壓力低于空氣過濾器壓力時(shí)，通入無菌空氣保壓0.098Mpa。2、空氣總過濾器和分過濾器滅菌、空氣總過濾器和分過濾器滅菌 排出過濾器中空氣，從過濾器上部通入蒸汽，并從下、下排氣口排氣，維持壓力0.147Mpa，滅菌2h，滅菌完畢通入壓縮空氣吹干。3、種子培養(yǎng)基

26、實(shí)罐滅菌 從夾層通入蒸汽間接加熱至80，再從取樣管、進(jìn)風(fēng)管、接種管進(jìn)蒸汽，進(jìn)行直接加熱，同時(shí)，關(guān)閉夾層蒸汽進(jìn)口閥門，升溫121，維持30min，谷氨酸發(fā)酵的種子培養(yǎng)基實(shí)罐滅菌為110，維持10min。4、發(fā)酵培養(yǎng)基實(shí)罐滅菌 從夾層或盤管通入，蒸汽間接加熱至90，再從取樣管、進(jìn)風(fēng)管、接種管進(jìn)蒸汽，進(jìn)行直接加熱，同時(shí)，關(guān)閉夾層蒸汽進(jìn)口閥門，升溫121，維持30min，谷氨酸發(fā)酵的種子培養(yǎng)基實(shí)罐滅菌為105，維持5min。5、.發(fā)酵培養(yǎng)基連續(xù)滅菌 一般培養(yǎng)基為130，維持5min， 谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基為115，68min。第二節(jié)第二節(jié) 空氣除菌空氣除菌 城市上空空氣中含有的細(xì)菌數(shù)為3000-10000

27、個(gè)/m3，因此在空氣引進(jìn)發(fā)酵罐之前必須進(jìn)行嚴(yán)格處理，除去其中含有的微生物和其他有害成分。 抗生素、氨基酸和酶制劑等多數(shù)品種發(fā)酵，耗氧量大，無菌程度要求十分嚴(yán)格.一、通風(fēng)發(fā)酵對無菌空氣的要求一、通風(fēng)發(fā)酵對無菌空氣的要求1.1.空氣中微生物的分布空氣中微生物的分布 空氣中含菌量隨環(huán)境的不同而有很空氣中含菌量隨環(huán)境的不同而有很大的差異。大的差異。 2.2.發(fā)酵對空氣無菌程度的要求發(fā)酵對空氣無菌程度的要求 一般按染菌機(jī)率為一般按染菌機(jī)率為10-3來計(jì)來計(jì)算，即算，即1000次發(fā)酵周期所用的無菌空氣只允許次發(fā)酵周期所用的無菌空氣只允許1次失敗。次失敗?？諝獬O(shè)備空氣除菌設(shè)備 空氣過濾除菌的目的空氣過濾

28、除菌的目的 Ns10-3個(gè)個(gè)/m3 ，同時(shí)使空氣有一定壓力，同時(shí)使空氣有一定壓力 空氣過濾除菌流程空氣過濾除菌流程 普通空氣冷卻除菌流程普通空氣冷卻除菌流程 高效前置過濾除菌流程高效前置過濾除菌流程 高效前置過濾除菌流程高效前置過濾除菌流程空氣預(yù)處理流程空氣預(yù)處理流程 空氣除菌總流程如下：空氣除菌總流程如下：高空采風(fēng)高空采風(fēng) 粗濾器粗濾器 空壓機(jī)空壓機(jī) 貯罐貯罐冷卻器冷卻器 油水分離器油水分離器 絲網(wǎng)分離器絲網(wǎng)分離器加熱器加熱器 總過濾器總過濾器 分過濾器分過濾器 發(fā)酵罐發(fā)酵罐空氣除菌方法空氣除菌方法 加熱滅菌加熱滅菌（220C，20秒）秒）滅菌徹底，能耗大，成本高滅菌徹底，能耗大，成本高 靜

29、電除菌靜電除菌除菌效果差，僅用于初除菌除菌效果差，僅用于初除菌 輻射滅菌輻射滅菌254-265nm效果最佳，僅限表面滅菌效果最佳，僅限表面滅菌 介質(zhì)過濾除菌介質(zhì)過濾除菌主流的除菌方式主流的除菌方式空氣壓縮機(jī)余熱滅菌圖過濾除菌過濾除菌(Filter sterilization)及其控制及其控制 按除菌機(jī)制可分為：按除菌機(jī)制可分為： 1 絕對（表面）過濾絕對（表面）過濾 2 深層介質(zhì)過濾深層介質(zhì)過濾 1 絕對（表面）過濾絕對（表面）過濾 定義：濾空在表面；依靠直接攔截捕獲顆粒。定義：濾空在表面；依靠直接攔截捕獲顆粒。 特點(diǎn)：易于控制過濾后的空氣質(zhì)量，節(jié)約特點(diǎn)：易于控制過濾后的空氣質(zhì)量，節(jié)約能量和時(shí)

30、間，但孔隙能量和時(shí)間，但孔隙小于小于0.5m，材料較貴，材料較貴，容量有限。容量有限。 常用濾膜常用濾膜2 2、深層介質(zhì)過濾除菌、深層介質(zhì)過濾除菌定義：定義：1、污染物被介質(zhì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)捕獲的一種過濾介質(zhì)，濾孔貫穿于整個(gè)介質(zhì)厚度。2、調(diào)整流道可以獲得高容污能力是以棉花、玻璃纖維、尼龍等纖維是以棉花、玻璃纖維、尼龍等纖維或或活性炭活性炭作為介質(zhì)填充成作為介質(zhì)填充成一定厚度的過濾層，或?qū)⒊?xì)玻璃纖維、聚乙烯醇、聚四一定厚度的過濾層，或?qū)⒊?xì)玻璃纖維、聚乙烯醇、聚四氟乙烯、金屬燒結(jié)材料制成過濾層，氟乙烯、金屬燒結(jié)材料制成過濾層，其介質(zhì)的空隙大于被其介質(zhì)的空隙大于被濾除的塵埃或微生物。濾除的塵?；蛭⑸?。 空氣流通過這種介質(zhì)過濾層時(shí)，空氣流通過這種介質(zhì)過濾層時(shí)，借助慣性碰撞、攔截滯借助慣性碰撞、攔截滯流、靜電吸附、擴(kuò)散等作用，將其塵埃和微生物截留在介流、靜電吸附、擴(kuò)散等作用，將其塵埃和微生物截留在介質(zhì)層內(nèi)，質(zhì)層內(nèi)，達(dá)到過濾除菌目的。達(dá)到過濾除菌目的。 特點(diǎn)：設(shè)備及操作費(fèi)用低廉，適用于大量空氣的處理。特點(diǎn)：設(shè)備及操作費(fèi)用低廉，適用于大量空氣的處理。2空氣除菌設(shè)備空氣除菌設(shè)備 以纖維狀物或顆粒狀物為介質(zhì)以纖維狀物或顆粒狀物為介質(zhì)空氣過濾器空氣過濾器 所構(gòu)成的過濾器所構(gòu)成的過濾器 以微孔濾紙、濾板、濾棒構(gòu)成以微孔濾紙、濾板、濾棒構(gòu)成 的過濾器的過濾器(1)纖維狀或顆粒介質(zhì)過濾器