第四章 發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)課件1

第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)第一節(jié)、概念

第二節(jié)、發(fā)酵工業(yè)污染的防治策略第三節(jié)、滅菌方法第四節(jié)、培養(yǎng)基及設(shè)備滅菌

第五節(jié)、空氣除菌第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)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(guò)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。一般只能殺死營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死芽孢

除菌：用過(guò)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(zhǎng)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)用第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)第二節(jié)、發(fā)酵工業(yè)污染的防治策略一、污染的危害二、污染的防治

第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)1.染菌的不良后果

消耗營(yíng)養(yǎng)合成新產(chǎn)物；菌體自溶、發(fā)粘等造成分離困難改變pH分解產(chǎn)物噬菌體破壞極大第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)2.染菌危害的具體分析

（1）染菌對(duì)不同菌種發(fā)酵的影響A．細(xì)菌谷氨酸：發(fā)酵周期短，培養(yǎng)基不太豐富，較少染雜菌，但噬菌體威脅大。肌苷：缺陷型生產(chǎn)菌，培養(yǎng)基豐富，易染菌，營(yíng)養(yǎng)成分迅速被消耗，嚴(yán)重抑制菌生長(zhǎng)和合成代謝產(chǎn)物。B.霉菌PenG：青霉素水解酶上升，PenG迅速破壞，發(fā)酵一無(wú)所獲。檸檬酸：pH2.0，不易染菌，主要防止前期染菌。C.酵母菌:易污染細(xì)菌以及野生酵母菌。D.疫苗：無(wú)論污染的是活菌、死菌或內(nèi)外毒素，都應(yīng)全部廢棄。第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)（2）感染不同的雜菌對(duì)發(fā)酵的影響PenG：怕染細(xì)短產(chǎn)氣桿菌鏈霉素：怕染細(xì)短桿菌、假單孢桿菌和產(chǎn)氣桿菌四環(huán)素：怕染雙球菌、芽孢桿菌和莢膜桿菌檸檬酸：怕染青霉菌肌苷（酸）：怕染芽孢桿菌谷氨酸：怕染噬菌體，易造成連續(xù)污染第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)（3）不同發(fā)酵時(shí)期染菌對(duì)發(fā)酵的影響

種子擴(kuò)大時(shí)期染菌:滅菌后棄去

發(fā)酵前期染菌：應(yīng)迅速重新滅菌，補(bǔ)充必要的營(yíng)養(yǎng)成分，重新接種

發(fā)酵中期染菌：挽救困難，應(yīng)早發(fā)現(xiàn)，快處理，處理方法應(yīng)根據(jù)各種發(fā)酵的特點(diǎn)和具體情況來(lái)決定檸檬酸發(fā)酵

a.污染細(xì)菌：加大通風(fēng)，加速產(chǎn)酸，調(diào)pH3.0，抑制細(xì)菌

b.污染酵母：加入0.025~0.035g/LCuSO4抑制酵母；通風(fēng)加大，加速產(chǎn)酸。

c.染黃曲霉：加入另一罐將近發(fā)酵成熟的醪液，pH下降，黃曲霉自溶。

d.青霉菌：在pH很低下能夠生長(zhǎng)。提前放罐。第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)（3）不同發(fā)酵時(shí)期染菌對(duì)發(fā)酵的影響發(fā)酵后期污染染菌量不太多，可繼續(xù)發(fā)酵污染嚴(yán)重，則提前放罐殺菌劑的添加：前期無(wú)必要，增加成本；發(fā)現(xiàn)后加入，效果要具體評(píng)價(jià)第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)（4）雜菌污染對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物提取和產(chǎn)品質(zhì)量的影響絲狀菌發(fā)酵被產(chǎn)酸菌污染：pH不斷下降，菌絲大量自溶，發(fā)酵液粘度增加，過(guò)濾困難處理方法：①將發(fā)酵液加熱后再加助濾劑；②先加絮凝劑使蛋白質(zhì)凝聚后沉淀雜菌分泌較多蛋白質(zhì)雜質(zhì)時(shí)，對(duì)發(fā)酵后處理過(guò)程中采用溶媒萃取的提取工藝非常不利，使水相和溶媒之間極易發(fā)生乳化第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)1.染菌的檢查與判斷顯微鏡檢查法

鏡檢出雜菌需要一定時(shí)間平板劃線培養(yǎng)或斜面培養(yǎng)檢查法

噬菌體檢查可采用雙層平板法：噬菌斑肉湯培養(yǎng)檢查法：發(fā)酵過(guò)程的異?，F(xiàn)象判斷DO2水平異常變化pH異常尾氣CO2異常變化第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)12第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)2.污染原因分析

主要原因：

①

種子帶菌;②無(wú)菌空氣帶菌;③設(shè)備滲漏;④滅菌不徹底;⑤操作失誤;⑥技術(shù)管理不善從污染時(shí)間看：早期污染可能與①②④⑤→接種操作不當(dāng)有關(guān)；后期污染可能與③⑤及中間補(bǔ)料有關(guān)。從雜菌種類看：耐熱芽孢桿菌：與④有關(guān)球菌、無(wú)芽孢桿菌：與①②③⑤有關(guān)淺綠色菌落的雜菌：與水有關(guān)，即冷卻盤管滲漏霉菌：與④⑤有關(guān)，即無(wú)菌室滅菌不徹底或操作問(wèn)題酵母菌：糖液滅菌不徹底或放置時(shí)間較長(zhǎng)從染菌幅度看：各個(gè)發(fā)酵罐或多數(shù)發(fā)酵罐染菌，且所污染的是同一種雜菌，一般是空氣系統(tǒng)問(wèn)題，若個(gè)別罐連續(xù)染菌，一般是設(shè)備問(wèn)題。第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)3.預(yù)防種子帶菌的防治

滅菌徹底接種可靠：無(wú)菌室及設(shè)備可靠，無(wú)菌操作可靠保藏可靠過(guò)濾空氣帶菌的防治設(shè)備的滲漏或“死角”造成的染菌及其防治培養(yǎng)基與設(shè)備滅菌不徹底的防治原料性狀：大顆粒的原料過(guò)篩除去。實(shí)罐滅菌時(shí)要充分排除罐內(nèi)空氣。滅菌過(guò)程中產(chǎn)生的泡沫造成染菌：添加消泡劑防止泡沫升頂連消不徹底：最好采用自動(dòng)控制裝置滅菌后期罐壓驟變死角操作不當(dāng)造成染菌噬菌體染菌及其防治第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)“死角”

發(fā)酵罐的“死角”法蘭、內(nèi)襯、接口、表頭、罐內(nèi)部件及其支撐件如攪拌軸拉桿、聯(lián)軸器、冷卻盤管、擋板、空氣分布管及其支撐件口：入孔（或手孔）、排風(fēng)管接口、燈孔、視鏡口、進(jìn)料管口發(fā)酵罐罐底膿皰狀積垢造成“死角”

消除方法：加強(qiáng)清洗并定期鏟除污垢；安裝放汽邊閥。管道安裝不當(dāng)或配置不合理形成的“死角”

第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)發(fā)酵罐罐底膿皰狀積垢造成“死角”第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)法蘭連接不當(dāng)造成的“死角”第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)滅菌時(shí)蒸汽不易通達(dá)的“死角”及其消除方法第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)采取哪些措施能夠保持無(wú)菌發(fā)酵？物料、培養(yǎng)基、中間補(bǔ)料要滅菌；發(fā)酵設(shè)備及輔助設(shè)備（空氣過(guò)濾裝置、各種發(fā)酵罐進(jìn)出口連接裝置）和管道要滅菌；好氣發(fā)酵通入的空氣要除菌；種子無(wú)污染；接種無(wú)菌操作過(guò)關(guān)；為了保持發(fā)酵的長(zhǎng)期無(wú)菌狀態(tài)，需維持正壓。第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)

第三節(jié)、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(guò)濾除菌法火焰滅菌法第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)干熱滅菌法進(jìn)行干熱滅菌時(shí)，微生物細(xì)胞發(fā)生氧化，微生物體內(nèi)蛋白質(zhì)變性和電解質(zhì)濃縮引起中毒等作用，其中氧化作用導(dǎo)致微生物死亡是主要依據(jù)微生物對(duì)干熱的耐受力比對(duì)濕熱強(qiáng)得多，故干熱滅菌所需的溫度要高，時(shí)間要長(zhǎng)，一般160～170℃，1～2h主要針對(duì)必須保持干燥的實(shí)驗(yàn)器具或材料（培養(yǎng)皿、接種針、固定化細(xì)胞用的載體材料等）第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)濕熱滅菌法利用飽和蒸汽進(jìn)行滅菌的方法稱為濕熱滅菌法其原理是蒸汽具有很強(qiáng)的穿透能力，而且在冷凝時(shí)會(huì)放出大量的冷凝熱，借助于蒸汽釋放的熱能使微生物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)、酶和核酸分子內(nèi)部的化學(xué)鍵，特別是氫鍵受到破壞，引起不可逆的變性，使微生物死亡由于蒸汽有很強(qiáng)的穿透能力，濕熱滅菌對(duì)耐熱芽孢桿菌來(lái)說(shuō)，溫度升高10℃時(shí)，滅菌速度常數(shù)可增加8～10倍，對(duì)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞更高蒸汽來(lái)源方便，價(jià)格低廉，滅菌效果可靠，是目前最為常用的滅菌方法一般的濕熱滅菌條件為121℃，30min第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)射線滅菌法紫外線、高能電磁波或放射性物質(zhì)產(chǎn)生的高能粒子能起到滅菌的作用。以紫外線最常用，波長(zhǎng)在2.537×10-7下有滅菌效果紫外線對(duì)芽孢和營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞都能起作用，但細(xì)菌芽孢和霉菌孢子對(duì)紫外線的抵抗力強(qiáng)紫外線的穿透力低，僅適用于表面滅菌和無(wú)菌室、培養(yǎng)間等空間的滅菌，且距照射物不超過(guò)1.2m；對(duì)固體物料滅菌不徹底，也不能用于液體物料的滅菌第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)化學(xué)藥劑滅菌法某些化學(xué)藥劑能與微生物發(fā)生反應(yīng)而具有殺菌的作用化學(xué)藥劑適于生產(chǎn)車間環(huán)境的滅菌，接種操作前小型器具的滅菌等化學(xué)藥品的滅菌使用方法，根據(jù)滅菌對(duì)象的不同有浸泡、添加、擦拭、噴灑、氣態(tài)熏蒸等第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)高錳酸鉀高錳酸鉀溶液的滅菌作用是使蛋白質(zhì)、氨基酸氧化，使微生物死亡，一般用0.1％～0.25％的溶液漂白粉漂白粉的化學(xué)名稱是次氯酸鹽(次氯酸鈉，NaOCl)，它是強(qiáng)氧化劑，也是廉價(jià)易得的滅菌劑。它的殺菌作用是次氯酸鈉分解為次亞氯酸，后者不穩(wěn)定，在水溶液中分解為新生態(tài)氧和氯，使細(xì)菌受強(qiáng)烈氧化作用而導(dǎo)致死亡，對(duì)殺死細(xì)菌和噬菌體均有效第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)75％酒精溶液

75％酒精溶液的殺菌作用在于使細(xì)胞脫水，引起蛋白質(zhì)凝固變性。對(duì)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞、病毒、霉菌孢子均有殺死作用，但對(duì)細(xì)菌的芽孢殺死作用較差。常用于皮膚和器具表面殺菌新潔爾滅新潔爾滅是表面活性劑類潔凈消毒劑。它在水溶液中以陽(yáng)離子形式與菌體表面結(jié)合，引起菌體外膜損傷和蛋白變性。10min能殺死營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，但對(duì)細(xì)菌芽孢幾乎沒(méi)有殺滅作用。一般用于器具和生產(chǎn)環(huán)境的消毒，不能與合成洗滌劑合用，不能接觸鋁制品第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)甲醛甲醛(HCHO)是強(qiáng)還原劑，它能與蛋白質(zhì)的氨基結(jié)合，使蛋白質(zhì)變性，對(duì)氨基和蛋白質(zhì)的變性有較強(qiáng)活性，這是用甲醛作為滅菌劑的根據(jù)。使用時(shí)可以以2份37％甲醛溶液與1份KMnO4混合，或者將37％甲醛溶液直接加熱，產(chǎn)生氣態(tài)甲醛用于滅菌。甲醛滅菌的缺點(diǎn)是穿透力差過(guò)氧乙酸過(guò)氧乙酸是強(qiáng)氧化劑，它是廣譜、高效、速效的化學(xué)殺菌劑，對(duì)營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)菌芽孢、真菌孢子和病毒都有殺滅作用第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)戊二醛在酸性條件下，不具有殺死芽孢的能力，只有在堿性條件下，才具有殺死芽孢的能力，常用2％的溶液，常用于器具、儀器和工具等滅菌酚類苯酚毒性較大，易污染環(huán)境，且水溶性差，使應(yīng)用受到限制，而酚類衍生物的使用，擴(kuò)大了作為消毒劑的使用范圍第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)過(guò)濾除菌法利用過(guò)濾方法阻留微生物，也可達(dá)到除菌的目的，這就是過(guò)濾除菌法此法僅適用于澄清液體和氣體的除菌。工業(yè)上常用過(guò)濾法大量制備無(wú)菌空氣，供好氧微生物培養(yǎng)過(guò)程使用第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)火焰滅菌法利用火焰直接殺死微生物的滅菌法稱為火焰滅菌法該法方法簡(jiǎn)單，滅菌徹底，但使用范圍有限，僅適用于接種針、玻璃棒、三角瓶口等的滅菌第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)第四節(jié)、培養(yǎng)基及設(shè)備滅菌

一、培養(yǎng)基濕熱滅菌原理

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)滅菌的比較第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)濕熱滅菌原理滅菌條件滅菌不利方面蒸汽具有很強(qiáng)的穿透能力，而且在冷凝時(shí)會(huì)放出大量的冷凝熱，很容易使蛋白質(zhì)凝固而殺死各種微生物。

121℃，30min。

同時(shí)會(huì)破壞培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)成分，甚至產(chǎn)生不利于菌體生長(zhǎng)的物質(zhì)。一、培養(yǎng)基濕熱滅菌原理第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)2.微生物熱死定律：

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，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。Nt——經(jīng)t時(shí)間滅菌后的殘留菌數(shù)，個(gè)N0——開(kāi)始滅菌時(shí)原有的活菌數(shù)，個(gè)k——比死亡速率常數(shù)（滅菌速率常數(shù)），s-1第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)大腸桿菌在不同溫度下的殘留曲線第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢在不同溫度下的死亡曲線非對(duì)數(shù)殘留定律

第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)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、k’的變化遵循阿累尼烏斯方程：

當(dāng)T1→T2

㏑(k2/k1)/㏑(k2’/k1’)=ΔE/ΔE’>1(∵ΔE>ΔE’，P68表4-4)

∴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。都與相應(yīng)的活化能及T有關(guān)第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)4.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(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)量第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)二、分批滅菌（實(shí)罐滅菌）

將配制好的培養(yǎng)基放入發(fā)酵罐中，通入蒸汽，使培養(yǎng)基和所有設(shè)備一起滅菌。這一過(guò)程也稱為實(shí)罐滅菌24016012080時(shí)間（min)050100150溫度升溫冷卻保溫培養(yǎng)基間歇滅菌過(guò)程中的溫度變化情況過(guò)程包括：升溫、保溫和冷卻三階段。各階段對(duì)滅菌的貢獻(xiàn)：

20%、75%、5%。第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)1.滅菌工藝過(guò)程分空氣過(guò)濾器滅菌，夾套或蛇管排冷水，開(kāi)啟達(dá)700C左右并用空氣吹干排氣管閥，空氣管通蒸汽，也可夾套內(nèi)通蒸汽

取樣管1200C，1×105pa

保溫階段，凡液面以下各管道放料管保溫都應(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

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)基降溫到所需溫度向罐內(nèi)通無(wú)菌空氣通蒸汽罐壓<空氣壓力第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)2.滅菌時(shí)間的估算

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㏑(Nt/N0)=-kt來(lái)粗略估算滅菌所需時(shí)間例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2.5×105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=40×106×2.5×105=1013(個(gè))Nt=0.001(個(gè))k=1.8(min-1)㏑(Nt/N0)=-ktt=2.303/k×[lg(N0/Nt)]=2.303/1.8×[lg(1016)]=20.47(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。第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)三、連續(xù)滅菌（連消）連續(xù)滅菌也叫連消，其溫度一般以126～132℃為宜，總蒸汽壓力要求達(dá)到0.044～0.049MPa以上培養(yǎng)基采用連續(xù)滅菌時(shí)，需在培養(yǎng)基進(jìn)入發(fā)酵罐前，直接用蒸汽進(jìn)行空罐滅菌（空消），用無(wú)菌空氣保壓，待培養(yǎng)基流入罐后，開(kāi)始冷卻滅菌時(shí)對(duì)培養(yǎng)基的加熱可采用各種加熱器。培養(yǎng)基的冷卻方式有噴淋冷卻式、真空冷卻式、薄板換熱器式幾種方式，其過(guò)程均包括加熱、維持和冷卻第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)噴淋冷卻式連續(xù)滅菌流程1.連續(xù)滅菌工藝流程第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)真空冷卻式連續(xù)滅菌流程薄板換熱器式連續(xù)滅菌流程1.連續(xù)滅菌工藝流程第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)2.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)。例2．若將例1中的培養(yǎng)基采用連續(xù)滅菌，滅菌溫度為1310C，此溫度下滅菌速度常數(shù)為15min-1，求滅菌所需的維持時(shí)間。解：C0=2.5×105(個(gè)/ml)Ct=1/(40×106×103)=2.5×10-11(個(gè)/ml)t=2.303/k×[lg(C0/Ct)]=2.303/15×lg[(2.5×105)/(2.5×10-11)]=2.46min第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)四、分批滅菌與連續(xù)滅菌的比較

優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)連續(xù)滅菌1.高溫短時(shí)滅菌，培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分損失少。2.發(fā)酵罐占用時(shí)間縮短，利用率高。

1.設(shè)備復(fù)雜，操作麻煩,

染菌機(jī)會(huì)多。2.蒸汽波動(dòng)時(shí)滅菌不徹底3.不適合含大量固體物料的滅菌。分批滅菌1.設(shè)備要求低，不需另外加熱、冷卻裝置。2.操作要求低，適合小批量生產(chǎn)規(guī)模3.適合含大量固體物料的滅菌1.培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失大，滅菌后培養(yǎng)基質(zhì)量下降2.發(fā)酵罐的利用率較低3.不適合大規(guī)模生產(chǎn)的滅菌第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)第五節(jié)、空氣除菌一、概述二、空氣過(guò)濾除菌流程三、空氣預(yù)處理四、空氣過(guò)濾除菌原理五、空氣過(guò)濾介質(zhì)六、提高過(guò)濾除菌效率的措施第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)發(fā)酵對(duì)空氣無(wú)菌程度的要求以一個(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)一般要求1000次使用周期中只允許有一個(gè)菌通過(guò)，即經(jīng)過(guò)濾后空氣的無(wú)菌程度為N=10-3空氣中微生物(包括細(xì)菌、酵母、霉菌和病毒)含量一般為103

~104個(gè)／米3。一般附著在空氣中的灰塵上或霧滴上灰塵粒子的平均大小約0.6μm左右，空氣除菌主要去除空氣中的微粒(0.6~1μm）第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)發(fā)酵對(duì)無(wú)菌空氣的要求無(wú)菌無(wú)灰塵無(wú)雜質(zhì)無(wú)水無(wú)油正壓第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)輻射殺菌聲能、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?？諝庠谶M(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，空氣經(jīng)壓縮后溫度能夠升到200℃以上，保持一定時(shí)間后，便可實(shí)現(xiàn)干熱殺菌?？諝獬姆椒ǖ谒恼?發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)靜電除菌

靜電除菌是利用靜電引力來(lái)吸附帶電粒子而達(dá)到除塵滅菌的目的。常用于潔凈工作臺(tái)、潔凈工作室所需無(wú)菌無(wú)塵空氣的第一次除塵，配合高效過(guò)濾器使用?？諝獬姆椒o電除塵滅菌器示意1—升壓變壓器；2—整流器；3—沉淀電極；4—電暈電極第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)介質(zhì)過(guò)濾除菌法過(guò)濾除菌法是讓含菌空氣通過(guò)過(guò)濾介質(zhì)，以阻截空氣中所含微生物，而取得無(wú)菌空氣的方法。通過(guò)過(guò)濾除菌處理的空氣可達(dá)到無(wú)菌，并有足夠的壓力和適宜的溫度以供好氧培養(yǎng)過(guò)程之用。該法是目前廣泛應(yīng)用來(lái)獲得大量無(wú)菌空氣的常規(guī)方法。在空氣的除菌方法中，介質(zhì)過(guò)濾除菌生產(chǎn)中使用最多?？諝獬姆椒ǖ谒恼?發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)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。第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)空氣除菌流程的要求

空氣應(yīng)具有一定的壓力，過(guò)濾器要高效，設(shè)備盡量采用新技術(shù)，流程盡可能簡(jiǎn)化，降低動(dòng)力消耗，工人操作簡(jiǎn)便，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低。設(shè)備中要用無(wú)油潤(rùn)滑，否則有油霧，影響過(guò)濾效率。2.空氣除菌流程的分析

發(fā)酵生產(chǎn)中制備無(wú)菌空氣的一般流程

吸入空氣，粗過(guò)濾空壓機(jī)冷卻除油水加熱

空氣預(yù)處理

總過(guò)濾器分過(guò)濾器無(wú)菌空氣

空氣過(guò)濾(30-35℃)第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)2.空氣除菌流程的分析

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)濾流程第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程特點(diǎn)：兩次冷卻、兩次分油水、適當(dāng)加熱?？諝獾谝淮卫鋮s到30～35℃，第二級(jí)冷卻至20～25℃，經(jīng)分水后加熱到30～35℃，因?yàn)闇囟壬?，相?duì)濕度下降。第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程特點(diǎn)：省去一級(jí)冷卻和分離設(shè)備及空氣再加熱設(shè)備，簡(jiǎn)化了流程，使冷卻水用量也降低了。壓縮空氣從貯罐出來(lái)分兩路，一部分進(jìn)冷卻器，經(jīng)分離器分離水、油霧后與另一部分未處理過(guò)的高溫壓縮空氣混合，使混合后的空氣溫度為30～35℃，相對(duì)濕度為50～60%。

第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)在壓縮機(jī)前設(shè)置一臺(tái)高效過(guò)濾器，這樣便可降低過(guò)濾器負(fù)荷（即多次過(guò)濾），達(dá)到空氣除菌的要求。

高效前置過(guò)濾空氣除菌流程第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)三、空氣預(yù)處理

目的提高壓縮前空氣的潔凈度去除壓縮后空氣中的油和水原理除塵(外源空氣的前處理）：防塞，提高過(guò)濾效率和濾器壽命；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)，貯罐第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)1.提高壓縮前空氣的潔凈度（1）提高空氣吸氣口的位置（2）在空氣入口處設(shè)置粗過(guò)濾器

——捕集較大的灰塵顆粒，并保護(hù)空壓機(jī)。三、空氣預(yù)處理

第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)高空取氣管

為遠(yuǎn)離地面幾十米的管子。每升高10米，空氣中雜菌降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。因此從高空取氣要比從低空取氣有利得多。

第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)高效前置過(guò)濾除菌流程

第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)2.空氣壓縮和壓縮空氣的冷卻（1）空氣壓縮：克服輸送過(guò)程中過(guò)濾介質(zhì)的阻力并維持一定的氣流速度。（2）壓縮后空氣溫度顯著上升，需冷卻。三、空氣預(yù)處理

因?yàn)椋簤嚎s后的高溫空氣能引起過(guò)濾介質(zhì)的炭化或燃燒增大發(fā)酵罐的降溫負(fù)荷增加培養(yǎng)液水分的蒸發(fā)一般用列管式冷卻器進(jìn)行冷卻。第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)空氣貯罐消除壓縮機(jī)排出空氣量的脈沖，維持穩(wěn)定的空氣壓力。利用重力沉降作用除去部分油霧。緊接空壓機(jī)安裝。有些裝有冷卻管。第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)3.壓縮空氣的除油除水冷卻降溫后的空氣濕度增大，會(huì)使過(guò)濾介質(zhì)受潮失效。

三、空氣預(yù)處理

兩類設(shè)備：旋風(fēng)分離器——利用離心力進(jìn)行沉降，對(duì)于10

m以上的微粒分離效率較高。絲網(wǎng)分離器——利用慣性進(jìn)行攔截，分離效率較高，能除去2～5

m的細(xì)小顆粒。第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)旋風(fēng)分離器第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)

采用慣性攔截等機(jī)理，有效去除空氣中的水、油霧、塵埃，不銹鋼絲網(wǎng)可清洗，使用壽命長(zhǎng)。絲網(wǎng)分離器第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)4.空氣的加熱將除油水的空氣加熱（溫差在10～15°C

左右），降低相對(duì)濕度（達(dá)50%～60%）后，輸入過(guò)濾器。用列管換熱器。三、空氣預(yù)處理

第四章-發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)四、空氣過(guò)濾除菌原理當(dāng)氣流通過(guò)濾層時(shí)，基于濾層纖維的層層阻礙，迫使空氣在流動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)無(wú)數(shù)次改變氣速大小和方向的繞流運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致微生物微粒與濾層纖維間產(chǎn)生慣性沖擊、攔截、布朗擴(kuò)散、重力沉降、靜電引力等作用，從而把微生物微粒截留、捕集在纖維表面上，實(shí)現(xiàn)過(guò)濾目的。