發(fā)酵工程基本操作.ppt

1、第六章第六章 發(fā)酵工程基本操作發(fā)酵工程基本操作 第一節(jié) 嚴(yán)格消毒滅菌 第二節(jié) 氧的供給 第三節(jié) 空氣除菌第一節(jié) 嚴(yán)格消毒滅菌 控制有害微生物主要有以下幾種措施 除菌的方法 培養(yǎng)基的加熱滅菌（包括常壓或蒸汽高壓加熱法） 空氣的過濾除菌 紫外線或電離輻射 化學(xué)藥物滅菌 培養(yǎng)基的滅菌培養(yǎng)基的滅菌 一、影響培養(yǎng)基滅菌的因素一、影響培養(yǎng)基滅菌的因素 1、pH值的影響 pH值對(duì)微生物的耐熱性影響很大，pH為6.0-8.0時(shí)微生物最不易死亡， pH 6.0時(shí)氫離子易滲入微生物的細(xì)胞內(nèi)。 2、培養(yǎng)基成分 培養(yǎng)基的成分中，油脂、糖類、蛋白質(zhì)都是傳熱的不良介質(zhì)，會(huì)增加微生物的耐熱性，使滅菌困難。 濃度較高的培養(yǎng)基

2、相對(duì)需要較高溫度和較長時(shí)間滅菌。 高濃度的鹽類，色素則削弱其耐熱性，故較易滅菌。 3、培養(yǎng)基中的顆粒物質(zhì) 培養(yǎng)基中的顆粒物質(zhì)大，滅菌困難，反之，滅菌容易。一般說來，含有顆粒對(duì)培養(yǎng)基滅菌影響不大，但在培養(yǎng)基混有較大顆粒，特別是存在凝結(jié)成團(tuán)的膠體時(shí)，會(huì)影響滅菌效果，必須過濾除去。 二、滅菌的實(shí)際操作二、滅菌的實(shí)際操作 （一）空罐滅菌（一）空罐滅菌 空罐滅菌也稱空消。無論是種子罐、發(fā)酵罐、還是尿素（或液氨）罐、消泡罐，當(dāng)培養(yǎng)基（或物料）尚未進(jìn)罐前對(duì)罐進(jìn)行預(yù)先滅菌，為空罐滅菌。 為了殺死所有微生物特別是耐熱的的芽孢，空罐滅菌要求溫度較高，滅菌時(shí)間較長，只有這樣才能殺死設(shè)備中各死角殘存的雜菌或芽孢。 （

3、二）實(shí)罐滅菌（二）實(shí)罐滅菌 將培養(yǎng)基置于發(fā)酵罐中用蒸汽加熱，達(dá)到預(yù)定滅菌溫度后，維持一定時(shí)間，再冷卻到發(fā)酵溫度，然后接種發(fā)酵，這叫做實(shí)罐滅菌，又稱分批滅菌。 操作要點(diǎn)： 三路進(jìn)汽：直接蒸汽從通風(fēng)、取樣和出料口進(jìn)入罐內(nèi)直接加熱，直到所規(guī)定的溫度，并維持一定的時(shí)間。這就是所謂的“三路進(jìn)氣”。 培養(yǎng)基連消工藝流程圖培養(yǎng)基連消工藝流程圖 （2）過濾除菌法 是將液體或氣體用微孔薄膜過濾，使大于孔徑的細(xì)菌等微生物顆粒阻留，從而達(dá)到除菌目的。在體外培養(yǎng)時(shí)，過濾除菌大多用于遇熱容易變性而失效的試劑或培養(yǎng)液。 （3）其他方法 在配制培養(yǎng)基時(shí)，為避免發(fā)生沉淀，一般應(yīng)按配方逐一加入各種成分。 另外，加入0.01ED

4、TA或0.01NTA（氮川三乙酸）等螯合劑到培養(yǎng)基中，可防止金屬離子發(fā)生沉淀。 最后，還可以用氣體滅菌劑如氧化乙烯等對(duì)個(gè)別成分進(jìn)行滅菌處理。三、化學(xué)殺菌劑或制菌劑三、化學(xué)殺菌劑或制菌劑 （一）表面消毒劑 常用消毒劑的種類很多，它們的殺菌強(qiáng)度各不相同。但幾乎都有一個(gè)共同規(guī)律，即當(dāng)其在極低濃度時(shí)，常常會(huì)對(duì)微生物的生命活動(dòng)起刺激作用，隨著濃度逐漸增高，就相繼出現(xiàn)制菌和殺菌作用，因而形成一個(gè)連續(xù)的作用譜。 表面消毒劑是指對(duì)一切活細(xì)胞都有毒性，不能用作活細(xì)胞內(nèi)的化學(xué)治療用的化學(xué)藥劑。 為比較各種表面消毒劑的相對(duì)殺菌強(qiáng)度，常采用在臨床上最早使用的消毒劑石炭酸作為比較的標(biāo)準(zhǔn)，并提出了石炭酸系數(shù)這一指標(biāo)。 所

5、謂石炭酸系數(shù)，指在一定時(shí)間內(nèi)被試藥劑能殺死全部供試菌的最高稀釋度與達(dá)到同效的石炭酸的最高稀釋度的比率。一般規(guī)定處理時(shí)間為10分鐘，而供試菌定為Salmonellatyphi（傷寒沙門氏菌）。 消消 毒毒 試試 驗(yàn)驗(yàn) 以人工染菌實(shí)物為消毒對(duì)象，模擬現(xiàn)場表面污染大腸桿菌液。 消毒前采樣：放置無菌規(guī)格板，取無菌棉拭于含5ml稀釋液試管中沾濕， 在規(guī)格板空心處旋轉(zhuǎn)自左至右涂抹整個(gè)區(qū)域 消毒后采樣：在前采樣地點(diǎn)旁用0.05過氧乙酸溶液消毒物體表面，30分鐘后將無菌棉 拭于含5ml采樣液試管中沾濕，作為消毒后樣液。 將 消 毒 前 后 樣 液 充 分 振 蕩 搖 勻 后 稀 釋 培養(yǎng)待凝固后37培養(yǎng)244

6、8小時(shí)，作菌落計(jì)數(shù)。滅菌效果監(jiān)測滅菌效果監(jiān)測 、高壓蒸氣滅菌效果監(jiān)測 (1) 高壓蒸氣滅菌指示卡：將卡片放入滅菌器不同部位，觀察滅菌后指示卡顏色變化。 (2)芽胞菌片法：將每片染有嗜熱脂肪桿菌芽胞105cfu/ml的菌片包好、放入滅菌器內(nèi)。滅菌后作細(xì)菌計(jì)數(shù)測定。 對(duì)照是不經(jīng)滅菌的菌片，芽胞完全被殺滅或殺來率達(dá)99.9999為合格。 、紫外線消毒效果監(jiān)測 微型紫外線強(qiáng)度計(jì)：使用時(shí)打開儀器開關(guān)，裝入電池，打開電源開關(guān) ，接通電源，將測定電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至電壓一方，此時(shí)指針應(yīng)超過中線。 測定時(shí)，將測定電壓轉(zhuǎn)換開關(guān)撥至測定一方，打開紫外線燈照射分鐘后，將紫外線燈強(qiáng)度計(jì)置于紫外線燈下垂直的中央進(jìn)行照射，

7、直至儀表指針穩(wěn)定，所示之值即為該紫外線燈的強(qiáng)度值(uw/cm2) 。 (2)紫外線強(qiáng)度與消毒劑量指示卡： 測定燈管強(qiáng)度時(shí)，將卡片置于離紫外燈管的中央處，將圖案一面朝向燈管，照射一分鐘（照射時(shí)間要準(zhǔn)確）后，圖案正中涂層由白色變?yōu)樽霞t色。與周圍相應(yīng)色塊相比，可測知所照射的強(qiáng)度。 新燈管以不低于100uw/cm2為合格，舊燈管低于70uw/cm2應(yīng)更換。 第二節(jié)第二節(jié) 空氣的凈化空氣的凈化 一、空氣中微生物的分布一、空氣中微生物的分布 空氣中微生物的含量和種類，隨地區(qū)，季節(jié)和空氣中灰塵粒子多少，以及人們的活動(dòng)情況而異。 .北方氣候干燥，寒冷，空氣中的含菌量較多，離地面越高，含菌量越少；一般每升高10

8、米，空氣中的含菌量就降低一個(gè)數(shù)量級(jí)； 城市的空氣中含菌量較多，農(nóng)村的空氣中含菌量較少，一般城市空氣中雜菌數(shù)為30008000個(gè)米3 。 空氣中的微生物種類以細(xì)菌和細(xì)菌芽胞較多，也有酵母，霉菌和病毒。 這些微生物大小不一，一般附著在空氣中的灰塵上或霧滴上，空氣中微生物的含量一般為103104個(gè)米3。 灰塵粒子的平均大小約0.6m左右，所以空氣除菌主要是去除空氣中的微粒(0.6-1m ）二、空氣除菌二、空氣除菌 工業(yè)發(fā)酵對(duì)空氣處理的要求隨發(fā)酵產(chǎn)品和菌種不同而異。 半固體制曲和酵母生產(chǎn)中無菌要求不十分嚴(yán)格，一般無需復(fù)雜的空所凈化處理； 密閉的深層通氣發(fā)酵需嚴(yán)格的純凈培養(yǎng)，進(jìn)入發(fā)酵罐前空氣必須進(jìn)行冷卻

9、、脫水、脫油和過濾除菌等處理。（二）發(fā)酵對(duì)空氣無菌程度（二）發(fā)酵對(duì)空氣無菌程度的要求的要求 好氣性發(fā)酵過程中需要大量的無菌空氣，空氣要作到 絕對(duì)無菌在目前是不可能的，也是不經(jīng)濟(jì)的。 發(fā)酵對(duì)無菌空氣的要求是 ：無菌，無灰塵，無雜質(zhì)，無水，無油，正壓等幾項(xiàng)指標(biāo)； 發(fā)酵對(duì)無菌空氣的無菌程度要求是：只要在發(fā)酵過程中不因無菌空氣染菌，而造成損失即可。 在工程設(shè)計(jì)中一般要求1000次使用周期中只允許有一個(gè)菌通過，即經(jīng)過濾后空氣的無菌程度為N=10-3 二、空氣除菌的方法二、空氣除菌的方法 （一）（一） 輻射殺菌輻射殺菌 （二）（二） 熱殺菌熱殺菌 （三）（三） 靜電除菌靜電除菌 （四）（四） 過濾除菌過濾

10、除菌 一輻射滅菌法一輻射滅菌法 最常用的是用紫外光線進(jìn)行無菌室滅菌。無菌室常用的紫外燈功率為30W，安裝在操作臺(tái)上方一米左右高處，每次照射15-30min既可。 紫外線有很強(qiáng)的殺菌力，但穿透力很弱，一張薄紙即可完全擋住紫外線，因此待滅菌物品必須置于紫外光直接照射下，而且在一定范圍內(nèi)作用強(qiáng)度與距離平方成反比。 此外，紫外線對(duì)人體組織有一定刺激作用，眼睛、皮膚受照射后會(huì)產(chǎn)生某些癥狀，所以工作人員在無菌室操作時(shí)應(yīng)關(guān)閉紫外燈二、熱滅菌二、熱滅菌 原理：基于加熱后微生物體內(nèi)的蛋白（酶）熱變性而得以實(shí)現(xiàn)。 熱空氣進(jìn)入培養(yǎng)系統(tǒng)之前，一般均需用壓縮機(jī)壓縮，提高壓力。 空氣壓縮后溫度能達(dá)到200度以上，保持一定

11、時(shí)間后，便可實(shí)行干熱殺菌。 利用空氣壓縮時(shí)所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行滅菌的原理對(duì)制備大量無菌空氣有特別意義。 實(shí)際應(yīng)用中需考慮培養(yǎng)裝置與空氣壓縮機(jī)的相對(duì)位置，連接壓縮機(jī)與培養(yǎng)裝置的管道的滅菌以及管道長度等。三、靜電除菌三、靜電除菌 靜電除塵器可除去空氣中的水霧、油霧、塵埃，同時(shí)也除去微生物。 原理：利用靜電引力來吸附帶電粒子而達(dá)到除塵滅菌目的。 對(duì)于一些直徑小的微粒，所帶電荷小，不能被吸附而沉降。電 除 塵 電源 四、介質(zhì)過濾除菌四、介質(zhì)過濾除菌 介質(zhì)過濾除菌是使空氣通過經(jīng)高溫滅菌的介質(zhì)過濾層，將空氣中的微生物等顆粒阻截在介質(zhì)層中，而達(dá)到除菌的目的。 從可靠性，經(jīng)濟(jì)適用與便于控制等方面考慮，目前仍以介質(zhì)

12、過濾法較好，也是大多數(shù)發(fā)酵廠廣泛采用的方法。發(fā)酵生產(chǎn)中制備無菌空氣的大發(fā)酵生產(chǎn)中制備無菌空氣的大致過程致過程 要制備較高無菌程度，具有一定壓力的無菌空氣，它的流程設(shè)備有空氣壓縮機(jī)。 附屬設(shè)備要求盡量采用新技術(shù)，提高效率，減少設(shè)備，精簡設(shè)備投資、運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用和動(dòng)力消耗，簡便操作。 流程的制訂就根據(jù)所在的地理、氣候環(huán)境和設(shè)備條件而考慮。 在環(huán)境污染比較嚴(yán)重的地方，要考慮改變吸風(fēng)的條件，以降低過濾器的負(fù)荷，提高空氣的無菌程度； 在溫暖潮濕的南方，要加強(qiáng)除水設(shè)施，以確保和發(fā)揮過濾器的最大除菌效率； 在壓縮機(jī)耗油嚴(yán)重的設(shè)備流程中則要加強(qiáng)消除油霧的污染等等。 要保持過濾器有比較高的過濾效率，應(yīng)維持一定的氣流速

13、度和不受油、水的干擾。 氣流速度可由操作來控制； 要保持不受油、水干擾則要有一系列冷卻、分離、加熱的設(shè)備來保證空氣的相對(duì)濕度在50%60%的條件下過濾。 高空取氣管是遠(yuǎn)離地面幾十米的管子。一般而言，地面附近空氣中所含的微生物和灰塵等均比高空空氣中含的多，據(jù)資料介紹，每升高10米，空氣中雜菌可降低一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此從高空取氣要比從低空取氣有利得多。 油水分離器油水分離器 其內(nèi)部同時(shí)采用直接攔截，慣性碰撞，布朗擴(kuò)散及凝聚等機(jī)理，能有效地去除空氣中的水、油霧、塵埃，內(nèi)部不銹鋼絲網(wǎng)可清洗，使用壽命長。兩級(jí)分離、冷卻、加熱的空氣除菌流程 粗過濾器粗過濾器壓縮機(jī)壓縮機(jī) 貯罐貯罐冷卻器冷卻器 絲網(wǎng)分離器絲網(wǎng)分

14、離器 過濾器過濾器 高效前置過濾器高效前置過濾器壓縮機(jī)壓縮機(jī)貯罐貯罐冷卻器冷卻器 絲網(wǎng)分離器絲網(wǎng)分離器加熱器加熱器過濾器過濾器 空氣凈化的流程空氣凈化的流程 吸氣口吸入的空氣先經(jīng)過壓縮前的過濾 進(jìn)入空氣壓縮機(jī)（120-150度） 冷卻（20-25度），除去油、水，再加熱至30-35度。 最后通過總過濾器和分過濾器除菌，獲得潔凈度、壓力、溫度和流量都符合要求的無菌空氣。 概述： 目前發(fā)酵工廠采用的空氣過濾設(shè)備大多數(shù)是傳統(tǒng)的深層過濾設(shè)備，濾層厚度一般為12米，所用的過濾介質(zhì)一般是棉花、活性炭，也有采用玻璃纖維、焦炭等。 對(duì)不同的材料，材料的不同規(guī)格，材料的填充情況不同，都會(huì)得到不同的過濾效果。為了

15、制取適合要求的無菌空氣，就得深入研究深層過濾的各種關(guān)系。 深層過濾所用的過濾介質(zhì)棉花的纖維直徑一般為1620微米。 充填系數(shù)為8%時(shí)，棉花纖維所形成網(wǎng)格的孔隙為2050微米，微粒大小為(0.5-2微米)。 微粒隨氣流通過濾層時(shí)，濾層纖維所形成的網(wǎng)格阻礙氣流前進(jìn)，使氣流出現(xiàn)無數(shù)次改變運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向，繞過纖維前進(jìn)； 這些改變引起微粒以對(duì)濾層纖維產(chǎn)生慣性沖擊、阻攔、重力沉降、布朗擴(kuò)散、靜電吸引等作用而把微粒滯留在纖維表面上。 空氣過濾除菌空氣過濾除菌介質(zhì)介質(zhì) 、棉花：纖維細(xì)長，16-20um，填充150-200kg/立方米 、玻璃纖維：直徑8-19um，直徑越小越好，但小易斷，缺點(diǎn)：更換時(shí)碎末飛

16、揚(yáng)，過敏 、活性炭 ：大表面，物理吸附，空氣阻力小，常夾帶在二層棉花中降低阻力，為整個(gè)過濾器的1/3-1/2 、超細(xì)玻璃纖維紙:以攔截為主，直徑1-1.5um，有較高過濾效率。缺點(diǎn)為強(qiáng)度差，受溫后纖維松散。只用于分過濾器?？杉尤肽緷{纖維或其他纖維或采用樹脂并加疏松劑。 、石棉濾板：藍(lán)石棉20加80紙將混合打漿。溫強(qiáng)度大，過濾效率低，耐蒸氣反復(fù)殺菌。 、燒結(jié)材料過濾介質(zhì)：聚乙烯醇過濾板。 、新型過濾介質(zhì) ：微孔濾膜提高過濾除菌效率的措施提高過濾除菌效率的措施 鑒于目前所采用的過濾介質(zhì)均需要干燥條件下才能進(jìn)行除菌，因此需要圍繞介質(zhì)來提高除菌效率。 （1）設(shè)計(jì)合理的空氣預(yù)處理設(shè)備，選擇合適的空氣凈化

17、流程，以達(dá)到除油、水和雜質(zhì)的目的。 （2）設(shè)計(jì)和安裝合理的空氣過濾器，選用除菌效率高的過濾介質(zhì)。 （3）保證進(jìn)口空氣清潔度，如加強(qiáng)生產(chǎn)場地衛(wèi)生管理，正確選擇進(jìn)風(fēng)口，加強(qiáng)空氣壓縮前的預(yù)處理。 （4）降低進(jìn)入空氣過濾器的空氣相對(duì)濕度，如使用無油潤滑的空氣壓縮機(jī)，加強(qiáng)空氣冷卻和去油，提高進(jìn)入過濾器的空氣溫度。過濾器失效過濾器失效 壓縮空氣進(jìn)入過濾器后便引起活性炭顆粒之間相互頂撞與摩擦，久而成為粉末(灰化)，活性炭的體積也逐漸變小，于是過濾器內(nèi)的空間逐漸增大，到達(dá)-定程度時(shí)，便會(huì)發(fā)生棉花成90翻身現(xiàn)象。這樣空氣便會(huì)未經(jīng)過濾而進(jìn)入罐內(nèi)，引起染菌。 棉花經(jīng)過多次加熱滅菌后，顏色逐漸變深，靠近過濾器壁的棉花，因經(jīng)受夾層蒸汽的烤干，受熱更為劇烈，更容易變成粉末，而被空氣帶走，造成過濾層有縫隙，使過濾層疏松而漏風(fēng)甚至還因過高的壓力和過長時(shí)間的烘烤而引起棉花活性炭著火的事故。（二）（二）過濾器的結(jié)構(gòu)過濾器的結(jié)構(gòu) 、棉花活性炭過濾器 棉花是最常用的過濾介質(zhì)，通常要用纖維不太長的原棉，因?yàn)樗哂幸欢ǖ?/p>