滅菌與空氣除菌

關(guān)于滅菌與空氣除菌第1頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第一節(jié)常用滅菌方法滅菌(sterilization):用化學(xué)或物理方法殺死物料或設(shè)備中所有有生命物質(zhì)的過(guò)程。

消毒(disinfection):用物理或化學(xué)方法殺死空氣、地表以及容器和器具表面的微生物。

除菌(degermation):用過(guò)濾方法除去空氣或液體中的微生物及其孢子。

防腐(antisepsis):用物理或化學(xué)方法殺死或抑制微生物的生長(zhǎng)和繁殖

。第2頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)——滅菌方法干熱滅菌法

濕熱滅菌法

射線(xiàn)滅菌法

化學(xué)藥劑滅菌法過(guò)濾除菌法火焰滅菌法

第3頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月化學(xué)滅菌：一些化學(xué)物質(zhì)與微生物細(xì)胞中某種成分產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)。一般無(wú)法殺死所有微生物，只能殺死病原菌，所以起消毒劑作用。消毒劑：迅速殺滅病原菌微生物的藥物。防腐劑：抑制或阻止微生物生長(zhǎng)繁殖的藥物。常用化學(xué)藥劑：石碳酸、甲醛、氯化汞、碘酒、酒精等。第4頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月主要用于：生產(chǎn)車(chē)間的環(huán)境、無(wú)菌室空間、接種操作前小型器具及雙手的消毒燈。使用方法：浸泡、擦拭、噴灑、氣態(tài)熏等。滅菌主要機(jī)理：一些化學(xué)物質(zhì)（高錳酸鉀、漂白粉等）與微生物細(xì)胞中的某種成分產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使蛋白質(zhì)變性、核酸破壞、酶類(lèi)失活、細(xì)胞膜透性改變而殺死微生物。第5頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月射線(xiàn)滅菌：利用紫外線(xiàn)、高能電磁波或放射性物質(zhì)產(chǎn)生的γ射線(xiàn)進(jìn)行滅菌的方法。波長(zhǎng)范圍：200~275nm紫外線(xiàn)，殺菌最強(qiáng)范圍250~275nm,253.7nm最強(qiáng)。主要用于：接種室、超凈工作臺(tái)、無(wú)菌培養(yǎng)室、物質(zhì)表面滅菌。30min作用力：桿菌>球菌>酵母霉菌第6頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月作用機(jī)理：微生物在紫外線(xiàn)照射下細(xì)胞中DNA遭到破壞，形成胸腺嘧啶二聚體和胞嘧啶水合物，抑制DNA正常復(fù)制；空氣在紫外線(xiàn)照射下產(chǎn)生臭氧也能殺菌。干熱滅菌：在干燥高溫條件下，微生物細(xì)胞內(nèi)的各種與溫度有關(guān)的氧化還原反應(yīng)迅速增加，使微生物致死率迅速增高。160℃,1h。主要用于：玻璃器皿、金屬器材和其他耐高溫的物品滅菌。作用機(jī)理：干燥高溫條件下，微生物細(xì)胞內(nèi)各種與溫度有關(guān)的氧化還原反應(yīng)迅速增加，使微生物致死率提高。第7頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第二節(jié)培養(yǎng)基與設(shè)備滅菌**

（一）濕熱滅菌原理

（二）分批滅菌（實(shí)罐滅菌）（三）連續(xù)滅菌（連消）（四）分批滅菌與連續(xù)滅菌的比較

第8頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月濕熱滅菌：高溫使微生物體內(nèi)的一些重要蛋白質(zhì)發(fā)生凝固、變性，從而導(dǎo)致微生物無(wú)法生存而死忙。用于：培養(yǎng)基、發(fā)酵設(shè)備、附屬設(shè)備、管道和實(shí)驗(yàn)器材等。機(jī)理：蒸汽冷凝時(shí)釋放大量潛熱，并具有強(qiáng)大的穿透力，在高溫蒸汽的作用下，使微生物細(xì)胞中蛋白質(zhì)、酶核酸分子內(nèi)部的化學(xué)鍵和氫鍵受到破壞，致使微生物再短時(shí)間內(nèi)死亡。第9頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月干濕熱比較：濕熱優(yōu)于干熱。一方面是細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)含水量較高；另一方面高溫水蒸氣對(duì)蛋白質(zhì)有較高的穿透力，從而加速蛋白質(zhì)變性而使微生物死亡。一般121℃維持20-30min。致死溫度：殺死微生物的極限溫度。致死時(shí)間：殺死全部微生物所需的時(shí)間。例：微生物營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞在60℃加熱10min。芽孢100℃加熱10min---1h。第10頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.熱阻2.微生物熱死定律：對(duì)數(shù)殘留定律3.滅菌溫度和時(shí)間的選擇4.影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素

（一）濕熱滅菌原理第11頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.熱阻

定義：微生物對(duì)熱的抵抗力稱(chēng)為熱阻（微生物細(xì)胞在某一特定條件下死亡致死時(shí)間），可用比死亡速率常數(shù)k來(lái)表示。

k↓，熱阻↑,t↑第12頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)溫度T一定時(shí)，k隨微生物不同而不同，具體計(jì)算時(shí)，可取細(xì)菌芽孢的k值為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)T變化時(shí)，k有很大變化，其變化遵從阿累尼烏斯定律

k=Aexp(-△E/RT)∴k與微生物活化能及T有關(guān)k越小，微生物越耐熱1.熱阻

第13頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月大腸桿菌在不同溫度下的殘留曲線(xiàn)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢在不同溫度下的死亡曲線(xiàn)第14頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第15頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.微生物熱死定律：

(1)對(duì)數(shù)殘留定律

在一定溫度下，微生物受熱致死遵循分子反應(yīng)速度理論，微生物受熱死亡的速率-dN/dt與任何瞬間殘留的活菌數(shù)N成正比稱(chēng)為殘留定律，即

當(dāng)Nt=0時(shí)，t=∞，

既無(wú)意義，也不可能。一般采用Nt=0.001，即1000次滅菌中只有一次失敗。第16頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月菌體死亡屬于一級(jí)動(dòng)力學(xué)滅菌反應(yīng)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)。溫度對(duì)k影響，遵從阿累尼烏斯定律

k=Aexp(-△E/RT)培養(yǎng)基在滅菌之前存在各種微生物，他們的k不相同，上式可寫(xiě)成同一微生物在不同滅菌溫度下，k不同，滅菌溫度越低，k越?。粶缇鷾囟仍礁?，k越大。第17頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月(2)非對(duì)數(shù)殘留定律

某些微生物受熱死亡的速率不符合對(duì)數(shù)殘留定律：如一些微生物芽孢。

kRksNRNsNDdNR/dt=-kRNRdNs/dt=kRNR-ksNs→Nt/N0=KR/(kR-kS)[ekst-ks/kRe-kRt]

式中NR：耐熱性活芽孢數(shù)；Ns：敏感性活芽孢數(shù)

ND：死亡的芽孢數(shù)；kR：耐熱性芽孢的比死亡速率；

ks：敏感性芽孢的比死亡速率；

N0：初始活芽孢數(shù)。第18頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月培養(yǎng)基中含有大量的不耐熱的微生物和相當(dāng)數(shù)量的耐熱性微生物時(shí)的滅菌殘留曲線(xiàn)∴在T相同時(shí)，對(duì)數(shù)與非對(duì)數(shù)定律的滅菌時(shí)間t不同。第19頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月3.

滅菌溫度和時(shí)間的選擇

培養(yǎng)物質(zhì)受熱破壞也可看作一級(jí)反應(yīng)：式中C：對(duì)熱不穩(wěn)定物質(zhì)的濃度；k’：分解速度常數(shù)；

k’的變化也遵循阿累尼烏斯方程：

都與相應(yīng)的活化能及T有關(guān)第20頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月當(dāng)T1→T2

㏑(k2/k1)/㏑(k2’/k1’)=ΔE/ΔE’>1(∵ΔE>ΔE’)∴隨著T上升，菌死亡速率增加倍數(shù)大于培養(yǎng)基成分分解速率增加倍數(shù)，故一般選擇高溫快速滅菌。3.

滅菌溫度和時(shí)間的選擇

第21頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月4.影響培養(yǎng)基滅菌的因素

培養(yǎng)基成分油脂、糖類(lèi)及一定濃度的蛋白質(zhì)、高濃度有機(jī)物等增加微生物的耐熱性低濃度（1%-2%）NaCl對(duì)微生物有保護(hù)作用，隨著濃度增加，保護(hù)作用減弱，當(dāng)濃度達(dá)8%-10%以上，則減弱微生物的耐熱性。微生物細(xì)胞含水量。含水量越少，滅菌時(shí)間越長(zhǎng)。第22頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月pH：pH6.0-8.0，微生物最耐熱，pH<6.0，H+易滲入微生物細(xì)胞內(nèi)，改變細(xì)胞的生理反應(yīng)促使其死亡?！嗯囵B(yǎng)基pH愈低，滅菌所需時(shí)間愈短。培養(yǎng)基的物理狀態(tài)泡沫：泡沫中的空氣形成隔熱層，對(duì)滅菌極為不利，可加入少量消泡劑。培養(yǎng)基中的微生物數(shù)量攪拌冷空氣排除情況4.影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素

第23頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分空氣過(guò)濾器滅菌并用空氣吹干夾套或蛇管排冷水，開(kāi)啟排氣管閥，空氣管通蒸汽，也可夾套內(nèi)通蒸汽達(dá)70℃左右取樣管放料管通蒸汽120℃，1×105pa保溫保溫階段，凡液面以下各管道都應(yīng)通蒸汽，液面上其余各管道則應(yīng)排蒸汽，不留死角，維持壓力、溫度恒定罐壓接近空氣壓力向罐內(nèi)通無(wú)菌空氣保溫結(jié)束，依次關(guān)閉各排汽、進(jìn)汽閥門(mén)夾套或蛇管中通冷水培養(yǎng)基降溫到所需溫度（二）分批滅菌（實(shí)罐滅菌）

1.滅菌工藝過(guò)程

第24頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月升溫、冷卻兩階段也有一定的滅菌效果，考慮到滅菌的可靠性主要在保溫階段進(jìn)行，故可以簡(jiǎn)單地利用式

㏑(N/N0)=-kt

來(lái)粗略估算滅菌所需時(shí)間。分批滅菌過(guò)程：升溫、保溫冷卻3個(gè)階段。2.

滅菌時(shí)間的估算

第25頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.滅菌時(shí)間的估算

例1：有一發(fā)酵罐內(nèi)裝40m3培養(yǎng)基，在1210C溫度下實(shí)罐滅菌，原污染程度為每1ml有2×105個(gè)耐熱細(xì)菌芽孢，已知1210C時(shí)滅菌速度常數(shù)k=1.8min-1，求滅菌失敗機(jī)率為0.001時(shí)所需時(shí)間。

解：N0=40×106×2×105=8×1012(個(gè))Nt=0.001(個(gè))k=1.8(min-1)

㏑(Nt/N0)=-kt

t=2.303/k[lg(N0/Nt)]=2.303/1.8[lg(8×1015)]=20.34(min)

由于升溫階段就有部分菌被殺滅，特別是當(dāng)培養(yǎng)基加熱至1000C以上，這個(gè)作用較為顯著，故實(shí)際保溫階段時(shí)間比計(jì)算值要短。

第26頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（三）連續(xù)滅菌（連消）

工藝流程噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程噴射加熱連續(xù)滅菌流程薄板式換熱器連續(xù)滅菌流程滅菌時(shí)間的計(jì)算

㏑(Ct/C0)=－ktt=2.303/k[lg(C0/Ct)]

式中：C0、Ct分別為單位體積培養(yǎng)基滅菌前、后的含菌數(shù)。

第27頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月例2．某發(fā)酵罐內(nèi)裝40m3培養(yǎng)基，采用連續(xù)滅菌，滅菌溫度為1310C，原污染程度為每1ml含有2×105個(gè)雜菌，已知1310C時(shí)滅菌速度常數(shù)為15min-1，求滅菌所需的維持時(shí)間。連續(xù)滅菌時(shí)間的估算解：C0=2×105(個(gè)/ml)Ct=0.001/(40×106)=2.5×10-11(個(gè)/ml)t=2.303/k[lg(C0/Ct)]=2.303/15×lg[(2×105)/(2.5×10-11)]=2.37min第28頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程第29頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月第30頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分批滅菌與連續(xù)滅菌的比較

連續(xù)滅菌的優(yōu)點(diǎn)：（適用于大型罐）可采用高溫短時(shí)滅菌，營(yíng)養(yǎng)成分破壞少，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)率；發(fā)酵罐利用率高；蒸汽負(fù)荷均衡；采用板式換熱器時(shí)，可節(jié)約大量能量；適宜采用自動(dòng)控制，勞動(dòng)強(qiáng)度??；可實(shí)現(xiàn)將耐熱性物料和不耐熱性物料在不同溫度下分開(kāi)滅菌，減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞。第31頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月缺點(diǎn)：對(duì)小型罐無(wú)優(yōu)勢(shì)，不方便，對(duì)設(shè)備要求高；蒸汽波動(dòng)時(shí)滅菌不徹底；當(dāng)培養(yǎng)基中含有固體顆粒或有較多泡沫時(shí)，以分批滅菌好，防止滅菌不徹底。不適合含有大量固體物料培養(yǎng)基滅菌。第32頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月分批滅菌優(yōu)點(diǎn)：不需其他設(shè)備，操作簡(jiǎn)單易行；不需設(shè)備進(jìn)行加熱冷卻；適合小型發(fā)酵罐中培養(yǎng)基滅菌；適合含固體顆粒或較多泡沫培養(yǎng)基滅菌。缺點(diǎn)：對(duì)培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分破壞較大；培養(yǎng)基反復(fù)冷卻耗能增加發(fā)酵周期延長(zhǎng)；降低發(fā)酵罐利用率。

第33頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

第三節(jié)空氣除菌

（一）發(fā)酵使用凈化標(biāo)準(zhǔn)（二）空氣過(guò)濾除菌流程（三）空氣預(yù)處理（四）空氣預(yù)處理流程設(shè)計(jì)應(yīng)用舉例（五）空氣過(guò)濾介質(zhì)（六）空氣過(guò)濾除菌原理（七）提高過(guò)濾除菌效率的措施第34頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（一）發(fā)酵使用凈化標(biāo)準(zhǔn)

空氣除菌的必要性

以一個(gè)50m3的發(fā)酵罐為例，若裝料系數(shù)為0.7，要求每立方米發(fā)酵液每分鐘通氣0.8m3，培養(yǎng)周期170h，那么每個(gè)周期需通氣量2.86×105m3(50×0.7×0.8×170×60)，而每立方米大氣中約有103-104個(gè)微生物。第35頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月空氣潔凈度：潔凈環(huán)境中空氣含塵量多少的程度。第36頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（二）空氣除菌流程第37頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月1.

對(duì)空氣過(guò)濾除菌流程的要求流程主要設(shè)備：空氣壓縮機(jī)、空氣過(guò)濾器

附屬設(shè)備：粗過(guò)濾器、氣液分離器、空氣貯罐、空氣冷卻器

第38頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月流程的制定應(yīng)根據(jù)所在地的地理、氣候環(huán)境和設(shè)備條件綜合考慮

環(huán)境污染比較嚴(yán)重的地方，要考慮改變吸風(fēng)的條件；在溫暖潮濕的南方，要加強(qiáng)除水設(shè)施；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，也可采用無(wú)油潤(rùn)滑的往復(fù)式壓縮機(jī)；往復(fù)式壓縮機(jī)，要配備前置粗過(guò)濾器及空氣貯罐。通常要求壓縮空氣的相對(duì)濕度Φ=50%~60%時(shí)通過(guò)過(guò)濾器為好。1.

對(duì)空氣過(guò)濾除菌流程的要求第39頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月2.

空氣除菌流程的分析空氣除菌系統(tǒng)包括：冷卻、分離油水、加熱、過(guò)濾幾種典型的設(shè)備流程

兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程

冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程高效前置過(guò)濾空氣除菌流程將空氣冷卻至露點(diǎn)以上的流程利用熱空氣加熱冷空氣流程一次冷卻和析水的空氣過(guò)濾流程

第40頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程圖1-粗過(guò)濾器；2-空壓機(jī)；3-貯罐；4，6-冷卻器；5-旋風(fēng)分離器；7-絲網(wǎng)分離器；8-加熱器；9-過(guò)濾器

第41頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程圖1-粗過(guò)濾器；2-壓縮機(jī)；3-貯罐；4-冷卻器；5-絲網(wǎng)分離器；6-過(guò)濾器第42頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

利用熱空氣加熱冷空氣的流程示意圖1-高空采風(fēng)；2-粗過(guò)濾器；3-壓縮機(jī)；4-熱交換器；5-冷卻器；6，7-析水器；8-空氣總過(guò)濾器；9-空氣分過(guò)濾器第43頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

將空氣冷卻至露點(diǎn)以上的流程1－高空采風(fēng)；2－粗過(guò)濾器；3－壓縮機(jī)；4－冷卻器；5－冷卻器；6－空氣總過(guò)濾器；7－空氣分過(guò)濾器第44頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

高效前置過(guò)濾空氣除菌流程圖1—高效前置過(guò)濾器；2—壓縮機(jī)；3—貯罐；4—冷卻器；5—絲網(wǎng)分離器；6—加熱器；7—過(guò)濾器第45頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

一次冷卻和析水的空氣過(guò)濾流程示意圖1－高空采風(fēng)；2－粗過(guò)濾器；3－壓縮機(jī)；4－冷卻器；5，6—析水器；7—貯罐；8—加熱器；9—空氣總過(guò)濾器；10—空氣分過(guò)濾器第46頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月無(wú)菌空氣制備過(guò)程包括兩部分內(nèi)容：一是對(duì)進(jìn)入空氣過(guò)濾器的空氣進(jìn)行預(yù)處理達(dá)到合適的空氣狀態(tài)，二是對(duì)空氣進(jìn)行過(guò)濾處理，除去微生物顆粒，滿(mǎn)足生物細(xì)胞培養(yǎng)的需要。預(yù)處理的目的：一是提高壓縮機(jī)空氣潔凈度，降低空氣過(guò)濾器的負(fù)荷；二是除去壓縮機(jī)后空氣所帶的油水，以合適空氣濕度和溫度進(jìn)入空氣過(guò)濾器。（三）空氣預(yù)處理第47頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月原理：除塵(外源空氣的前處理)：防塞，提高過(guò)濾效率和濾器壽命；降溫：防燒傷介質(zhì)及水分蒸發(fā)嚴(yán)重，對(duì)發(fā)酵不利除油、除水：防塞（因油膜堵），防止過(guò)濾器長(zhǎng)菌堵塞（因水滴）加熱：保持相對(duì)濕度穩(wěn)壓：防止壓力波動(dòng)，貯罐預(yù)處理流程設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)繁關(guān)鍵：去濕問(wèn)題措施：建吸風(fēng)塔、粗過(guò)濾器（布袋過(guò)濾器、填料過(guò)濾器、油浴洗滌和水霧除塵裝置等）、高效前置過(guò)濾器第48頁(yè)，課件共57頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月采風(fēng)塔粗