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文檔簡介
第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)本章內(nèi)容一、概念
二、發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)三、培養(yǎng)基及設(shè)備滅菌
四、空氣除菌第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)一、概念:滅菌、消毒、除菌、防腐
滅菌: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)的過程。
消毒: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:用過濾方法除去空氣或液體中的微生物及其孢子。
防腐:用物理或化學(xué)方法殺死或抑制微生物的生長和繁殖
。消毒與滅菌的區(qū)別消毒與滅菌在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)二、發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)——滅菌方法干熱滅菌法濕熱滅菌法射線滅菌法化學(xué)藥劑滅菌法過濾除菌法火焰滅菌法第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)三、培養(yǎng)基及設(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
第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)1.熱阻2.滅菌溫度和時(shí)間的選擇3.影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素
(一)濕熱滅菌原理第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)1.熱阻
定義:微生物對熱的抵抗力稱為熱阻,可用比死亡速率常數(shù)k來表示。
k↓,熱阻↑,t↑第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)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)1.熱阻
第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)大腸桿菌在不同溫度下的殘留曲線嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢在不同溫度下的死亡曲線第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)2.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反應(yīng):式中C:對熱不穩(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)第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)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。2.滅菌溫度和時(shí)間的選擇
第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)3.影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素
培養(yǎng)基成分油脂、糖類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。第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)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3.影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素
第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)分空氣過濾器滅菌并用空氣吹干夾套或蛇管排冷水,開啟排氣管閥,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)通無菌空氣保溫結(jié)束,依次關(guān)閉各排汽、進(jìn)汽閥門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.滅菌工藝過程
第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)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,故可以簡單地利用式
㏑(N/N0)=-kt
來粗略估算滅菌所需時(shí)間。2.滅菌時(shí)間的估算
第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)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。
第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)(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)。第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)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第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)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;適宜采用自動控制,勞動強(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滅菌,減少營養(yǎng)成分的破壞。第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)缺點(diǎn):對小型罐無優(yōu)勢,不方便,對設(shè)備要求高;蒸汽波動時(shí)滅菌不徹底;當(dāng)培養(yǎng)基中含有固體顆?;蛴休^多泡沫時(shí),以分批滅菌好,防止滅菌不徹底。
分批滅菌與連續(xù)滅菌的比較
第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)四、空氣除菌
(一)概述(二)空氣過濾除菌流程(三)空氣預(yù)處理(四)空氣過濾介質(zhì)第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)(一)概述
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。第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)空氣除菌方法輻射殺菌:超聲波、高能陰極射線,x射線、β射線、γ射線、紫外線(2265?~3287?)加熱殺菌:加熱方法可用蒸汽、電和空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱量靜電除菌:常用于潔凈工作臺、潔凈工作室所需無菌無塵空氣的第一次除塵,配合高效過濾器使用。過濾除菌:采用定期滅菌的介質(zhì)來阻截流過的空氣所含的微生物而取得無菌空氣。常用的過濾介質(zhì)有棉花、活性炭、玻璃纖維、有機(jī)合成纖維、有機(jī)和無機(jī)燒結(jié)材料等等。
(一)概述
第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)1.對空氣過濾除菌流程的要求流程主要設(shè)備:空氣壓縮機(jī)、空氣過濾器
附屬設(shè)備:粗過濾器、氣液分離器、空氣貯罐、空氣冷卻器
第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)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,也可采用無油潤滑的往復(fù)式壓縮機(jī);往復(fù)式壓縮機(jī),要配備前置粗過濾器及空氣貯罐。通常要求壓縮空氣的相對濕度Φ=50%~60%時(shí)通過過濾器為好。1.對空氣過濾除菌流程的要求第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)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、過濾幾種典型的設(shè)備流程
兩級冷卻、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濾流程
第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)(三)空氣預(yù)處理1.原理:除塵(外源空氣的前處理):防塞,提高過濾效率和濾器壽命;降溫:防燒傷介質(zhì)及水分蒸發(fā)嚴(yán)重,對發(fā)酵不利除油、除水:防塞(因油膜堵),防止過濾器長菌堵塞(因水滴)加熱:保持相對濕度穩(wěn)壓:防止壓力波動,貯罐
2.
預(yù)處理流程設(shè)計(jì)的簡繁關(guān)鍵:去濕問題措施:建吸風(fēng)塔、粗過濾器(布袋過濾器、填料過濾器、油浴洗滌和水霧除塵裝置等)、高效前置過濾器第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)
兩級冷卻、加熱除菌流程圖1-粗過濾器;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-過濾器
第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程圖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-過濾器第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)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-空氣總過濾器;9-空氣分過濾器第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)將空氣冷卻至露點(diǎn)以上的流程1-高空采風(fēng);2-粗過濾器;3-壓縮機(jī);4-冷卻器;5-冷卻器;6-空氣總過濾器;7-空氣分過濾器第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)高效前置過濾空氣除菌流程圖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—過濾器第八章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)一次冷卻和析水的空氣過濾流程示意圖1-高空采風(fēng);2-粗過濾器;3-壓縮機(jī);4-冷
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