發(fā)酵工程基本操作演示文稿

發(fā)酵工程基本操作演示文稿當(dāng)前第1頁\共有52頁\編于星期六\2點優(yōu)選發(fā)酵工程基本操作當(dāng)前第2頁\共有52頁\編于星期六\2點第一節(jié)嚴(yán)格消毒滅菌控制有害微生物主要有以下幾種措施

當(dāng)前第3頁\共有52頁\編于星期六\2點除菌的方法培養(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)藥物滅菌當(dāng)前第4頁\共有52頁\編于星期六\2點

培養(yǎng)基的滅菌

當(dāng)前第5頁\共有52頁\編于星期六\2點一、影響培養(yǎng)基滅菌的因素

1、pH值的影響pH值對微生物的耐熱性影響很大，pH為時微生物最不易死亡，pH<6.0時氫離子易滲入微生物的細(xì)胞內(nèi)。當(dāng)前第6頁\共有52頁\編于星期六\2點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)，會增加微生物的耐熱性，使滅菌困難。濃度較高的培養(yǎng)基相對需要較高溫度和較長時間滅菌。高濃度的鹽類，色素則削弱其耐熱性，故較易滅菌。當(dāng)前第7頁\共有52頁\編于星期六\2點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，會影響滅菌效果，必須過濾除去。當(dāng)前第8頁\共有52頁\編于星期六\2點二、滅菌的實際操作

（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。當(dāng)前第9頁\共有52頁\編于星期六\2點（二）實罐滅菌

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，維持一定時間，再冷卻到發(fā)酵溫度，然后接種發(fā)酵，這叫做實罐滅菌，又稱分批滅菌。操作要點：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，并維持一定的時間。這就是所謂的“三路進(jìn)氣”。

當(dāng)前第10頁\共有52頁\編于星期六\2點培養(yǎng)基連消工藝流程圖

當(dāng)前第11頁\共有52頁\編于星期六\2點當(dāng)前第12頁\共有52頁\編于星期六\2點（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，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。當(dāng)前第13頁\共有52頁\編于星期六\2點（3）其他方法

在配制培養(yǎng)基時，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0.01％EDTA或0.01％NTA（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個別成分進(jìn)行滅菌處理。當(dāng)前第14頁\共有52頁\編于星期六\2點三、化學(xué)殺菌劑或制菌劑

當(dāng)前第15頁\共有52頁\編于星期六\2點（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。但幾乎都有一個共同規(guī)律，即當(dāng)其在極低濃度時，常常會對微生物的生命活動起刺激作用，隨著濃度逐漸增高，就相繼出現(xiàn)制菌和殺菌作用，因而形成一個連續(xù)的作用譜。表面消毒劑是指對一切活細(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。

當(dāng)前第16頁\共有52頁\編于星期六\2點為比較各種表面消毒劑的相對殺菌強(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)。所謂石炭酸系數(shù)，指在一定時間內(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)定處理時間為10分鐘，而供試菌定為Salmonellatyphi（傷寒沙門氏菌）。

當(dāng)前第17頁\共有52頁\編于星期六\2點當(dāng)前第18頁\共有52頁\編于星期六\2點消毒試驗

⑴以人工染菌實物為消毒對象，模擬現(xiàn)場表面污染大腸桿菌液。⑵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)自左至右涂抹整個區(qū)域⑶消毒后采樣：在前采樣地點旁用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。⑷將消毒前后樣液充分振蕩搖勻后稀釋⑸培養(yǎng)待凝固后37℃培養(yǎng)24～48小時，作菌落計數(shù)。當(dāng)前第19頁\共有52頁\編于星期六\2點滅菌效果監(jiān)測１、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)菌計數(shù)測定。對照是不經(jīng)滅菌的菌片，芽胞完全被殺滅或殺來率達(dá)99.9999％為合格。

當(dāng)前第20頁\共有52頁\編于星期六\2點２、紫外線消毒效果監(jiān)測⑴微型紫外線強(qiáng)度計：使用時打開儀器開關(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，此時指針應(yīng)超過中線。測定時，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２分鐘后，將紫外線燈強(qiáng)度計置于紫外線燈下垂直１Ｍ的中央進(jìn)行照射，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)。當(dāng)前第21頁\共有52頁\編于星期六\2點(2)紫外線強(qiáng)度與消毒劑量指示卡：測定燈管強(qiáng)度時，將卡片置于離紫外燈管１Ｍ的中央處，將圖案一面朝向燈管，照射一分鐘（照射時間要準(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。當(dāng)前第22頁\共有52頁\編于星期六\2點第二節(jié)空氣的凈化

當(dāng)前第23頁\共有52頁\編于星期六\2點一、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米，空氣中的含菌量就降低一個數(shù)量級；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3000~8000個／米3

。當(dāng)前第24頁\共有52頁\編于星期六\2點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103~104個／米3?；覊m粒子的平均大小約0.6μm左右，所以空氣除菌主要是去除空氣中的微粒(0.6-1μm）當(dāng)前第25頁\共有52頁\編于星期六\2點二、空氣除菌

工業(yè)發(fā)酵對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、脫水、脫油和過濾除菌等處理。當(dāng)前第26頁\共有52頁\編于星期六\2點（二）發(fā)酵對空氣無菌程度

的要求好氣性發(fā)酵過程中需要大量的無菌空氣，空氣要作到絕對無菌在目前是不可能的，也是不經(jīng)濟(jì)的。發(fā)酵對無菌空氣的要求是：無菌，無灰塵，無雜質(zhì)，無水，無油，正壓等幾項指標(biāo)；發(fā)酵對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)計中一般要求1000次使用周期中只允許有一個菌通過，即經(jīng)過濾后空氣的無菌程度為N=10-3

當(dāng)前第27頁\共有52頁\編于星期六\2點二、空氣除菌的方法

（一）輻射殺菌

（二）熱殺菌

（三）靜電除菌（四）

過濾除菌

當(dāng)前第28頁\共有52頁\編于星期六\2點一．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。當(dāng)前第29頁\共有52頁\編于星期六\2點此外，紫外線對人體組織有一定刺激作用，眼睛、皮膚受照射后會產(chǎn)生某些癥狀，所以工作人員在無菌室操作時應(yīng)關(guān)閉紫外燈當(dāng)前第30頁\共有52頁\編于星期六\2點二、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?？諝鈮嚎s后溫度能達(dá)到200度以上，保持一定時間后，便可實行干熱殺菌。當(dāng)前第31頁\共有52頁\編于星期六\2點利用空氣壓縮時所產(chǎn)生的熱量進(jìn)行滅菌的原理對制備大量無菌空氣有特別意義。實際應(yīng)用中需考慮培養(yǎng)裝置與空氣壓縮機(jī)的相對位置，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。當(dāng)前第32頁\共有52頁\編于星期六\2點三、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

當(dāng)前第33頁\共有52頁\編于星期六\2點四、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)過濾法較好，也是大多數(shù)發(fā)酵廠廣泛采用的方法。當(dāng)前第34頁\共有52頁\編于星期六\2點發(fā)酵生產(chǎn)中制備無菌空氣的大致過程

當(dāng)前第35頁\共有52頁\編于星期六\2點一、對空氣除菌流程的要求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、運轉(zhuǎn)費用和動力消耗，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。

當(dāng)前第36頁\共有52頁\編于星期六\2點在環(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。當(dāng)前第37頁\共有52頁\編于星期六\2點二、空氣除菌流程分析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濕度在50%～60%的條件下過濾。當(dāng)前第38頁\共有52頁\編于星期六\2點高空取氣管

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數(shù)量級，因此從高空取氣要比從低空取氣有利得多。當(dāng)前第39頁\共有52頁\編于星期六\2點油水分離器其內(nèi)部同時采用直接攔截，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。當(dāng)前第40頁\共有52頁\編于星期六\2點兩級分離、冷卻、加熱的空氣除菌流程

１——粗過濾器２——壓縮機(jī)３——貯罐４——冷卻器

５——絲網(wǎng)分離器６——過濾器

當(dāng)前第41頁\共有52頁\編于星期六\2點高效前置過濾除菌流程

１——高效前置過濾器２——壓縮機(jī)３——貯罐４——冷卻器

５——絲網(wǎng)分離器６——加熱器７——過濾器

當(dāng)前第42頁\共有52頁\編于星期六\2點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。當(dāng)前第43頁\共有52頁\編于星期六\2點二、過濾除菌設(shè)備原理

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1～2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。對不同的材料，材料的不同規(guī)格，材料的填充情況不同，都會得到不同的過濾效果。為了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。當(dāng)前第44頁\共有52頁\編于星期六\2點（一）深層過濾原理深層過濾所用的過濾介質(zhì)—棉花的纖維直徑一般為16~20微米。充填系數(shù)為8%時，棉花纖維所形成網(wǎng)格的孔隙為20～50微米，微粒大小為(0.5-2微米)。微粒隨氣流通過濾層時，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)次改變運動速度和運動方向，繞過纖維前進(jìn)；這些改變引起微粒以對濾層纖維產(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。當(dāng)前第45頁\共有52頁\編于星期六\2點空氣過濾除菌介質(zhì)１、棉花：纖維細(xì)長，16-20um，填充150-200kg/立方米２、玻璃纖維：直徑8-19um，直徑越小越好，但小易斷，缺點：更換時碎末飛揚，過敏３、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，為整個過濾器的1/3-1/2４、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。當(dāng)前第46頁\共有52頁\編于星期六\2點５、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。６、燒結(jié)材料過濾介質(zhì)：聚乙烯醇過濾板。７、新型過濾介質(zhì)：微孔濾膜當(dāng)前第47頁\共有52頁\編于星期六\2點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。當(dāng)前第48頁\共有52頁\編于星期六\2點（1）設(shè)計合理的空氣預(yù)處理設(shè)備，選擇合適的空氣凈化流程，以達(dá)到除油、