發(fā)酵工程的滅菌與除菌1

1、滅菌滅菌與與除菌除菌1本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容 第一節(jié)第一節(jié) 染菌的危害染菌的危害第二節(jié)第二節(jié) 滅菌和除菌的基本原理滅菌和除菌的基本原理第三節(jié)第三節(jié) 培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌第四節(jié)第四節(jié) 空氣除菌空氣除菌2第一節(jié)第一節(jié) 染菌的危害染菌的危害雜菌污染會(huì)產(chǎn)生哪些不良后果？雜菌污染會(huì)產(chǎn)生哪些不良后果？為防止雜菌污染應(yīng)采取哪些措施？為防止雜菌污染應(yīng)采取哪些措施？3第二節(jié)第二節(jié) 滅菌和除菌的基本原理滅菌和除菌的基本原理4第一節(jié)第一節(jié) 滅菌和除菌的基本原理滅菌和除菌的基本原理一、常用滅菌方法5第一節(jié)第一節(jié) 滅菌和除菌的基本原理滅菌和除菌的基本原理滅菌：滅菌：是利用是利用物理或化學(xué)的方法

2、物理或化學(xué)的方法殺滅或去除殺滅或去除物物料或設(shè)備中料或設(shè)備中所有的有生命的有機(jī)體所有的有生命的有機(jī)體的的技術(shù)技術(shù)或或工工藝過程藝過程。消毒：消毒：是采用較溫和的理化方法，是采用較溫和的理化方法，僅殺死對(duì)人僅殺死對(duì)人體有害的病原微生物的過程體有害的病原微生物的過程。( (消毒只能殺死營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死芽孢或孢子。消毒只能殺死營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死芽孢或孢子。) )除菌：除菌：是指用過濾方法除去空氣或液體中所有是指用過濾方法除去空氣或液體中所有的微生物及其孢子。的微生物及其孢子。6第一節(jié)第一節(jié) 滅菌和除菌的基本原理滅菌和除菌的基本原理防腐：防腐：就是利用某種理化因素就是利用某種理化因素完全抑制霉腐微生

3、完全抑制霉腐微生物的生長(zhǎng)繁殖物的生長(zhǎng)繁殖，從而達(dá)到防止食品等發(fā)生霉腐的，從而達(dá)到防止食品等發(fā)生霉腐的措施。如：措施。如： 低溫，缺氧，干燥，高滲，高酸度，低溫，缺氧，干燥，高滲，高酸度，防腐劑。防腐劑?；熁熂醇椿瘜W(xué)治療化學(xué)治療：是利用具有高度選擇毒力（即：是利用具有高度選擇毒力（即對(duì)病原微生物具有高度毒力而對(duì)宿主無顯著毒性）對(duì)病原微生物具有高度毒力而對(duì)宿主無顯著毒性）的化學(xué)物質(zhì)來抑制宿主體內(nèi)病原微生物的生長(zhǎng)繁的化學(xué)物質(zhì)來抑制宿主體內(nèi)病原微生物的生長(zhǎng)繁殖，借以達(dá)到治療該傳染病的一種措施。殖，借以達(dá)到治療該傳染病的一種措施。7滅菌和除菌的基本原理滅菌和除菌的基本原理發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中常用的滅菌方法

4、：化學(xué)物質(zhì)滅菌、熱滅菌輻射滅菌過濾介質(zhì)除菌臭氧（O3）滅菌 89干熱滅菌法干熱滅菌法火焰灼燒法火焰灼燒法熱空氣滅菌法熱空氣滅菌法濕熱滅菌法濕熱滅菌法常壓滅菌常壓滅菌高壓滅菌高壓滅菌巴氏消毒法巴氏消毒法煮沸消毒法煮沸消毒法間歇滅菌法間歇滅菌法高壓高壓121121 15min15min；低壓低壓105105 30min30min。二、高溫濕熱滅菌二、高溫濕熱滅菌 高溫濕熱滅菌是利用飽和蒸汽直接接觸需要滅菌的物品以殺死微生物。 濕熱滅菌法是目前最常用的基本滅菌方法，一般的濕熱滅菌條件為121 (表壓約0.1MPa) ，維持2030min 。10濕熱滅菌優(yōu)點(diǎn)：蒸汽來源方便，操作簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，本身無毒

5、；蒸汽有強(qiáng)的穿透力(能殺死耐熱的芽孢桿菌能殺死耐熱的芽孢桿菌)和很大的潛熱，滅菌效果可靠； 因此被廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。1112雜雜菌的名菌的名稱稱溫度溫度/最低最低最最適適最高最高嗜熱嗜熱芽孢芽孢桿桿菌菌525265657575枯草芽孢枯草芽孢桿桿菌菌1515303730375555大大腸桿腸桿菌菌1010303730374343酵母菌酵母菌0.50.5253025304040幾種雜菌適應(yīng)溫度范圍幾種雜菌適應(yīng)溫度范圍能夠殺死微生物的溫度稱為致死溫度。13第一節(jié)第一節(jié) 滅菌和除菌的基本原理滅菌和除菌的基本原理幾種雜菌致死溫度范圍幾種雜菌致死溫度范圍雜菌名稱雜菌名稱致死溫度致死溫度/致死致死時(shí)間時(shí)間

6、/min/min嗜熱嗜熱芽孢芽孢桿桿菌菌1201201212枯草芽孢枯草芽孢桿桿菌菌100100617617大大腸桿腸桿菌菌60601010肺炎球菌肺炎球菌56565757酵母菌酵母菌50605060510510在致死溫度下殺死全部微生物所需要的時(shí)間稱為致死時(shí)間。不同的微生物的致死溫度和致死時(shí)間也有差別。 一般無芽孢的營(yíng)養(yǎng)菌體在60保溫l0min即可全部被殺死，而芽孢在100%下保溫?cái)?shù)十分鐘乃至數(shù)小時(shí)才能被殺死，某些嗜熱細(xì)菌在121下可耐受20-30min 。1415n熱阻：指微生物在某一種特定條件下（主要指溫度和加熱方式）的致死時(shí)間。 一般來說，滅菌是否徹底，是以能否殺死熱阻大的芽孢桿菌為指

7、標(biāo)。n相對(duì)熱阻：是指某一微生物在某一條件下的致死時(shí)間與另一微生物在相同條件下的致死時(shí)間之比。滅菌方式大腸桿菌細(xì)菌或酵母營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞細(xì)菌芽胞 霉菌孢子噬菌體和病毒干熱1110002101濕熱11310621015苯酚11101081230甲醛112502102紫外線1125510051016三、干熱滅菌是指在干燥高溫條件下，微生物細(xì)胞內(nèi)的各種與溫度有關(guān)的氧化反應(yīng)速度迅速增加，使微生物的致死率迅速增高的過程。常用滅菌條件：160下保溫12 h。17四、輻射滅菌 輻射滅菌是利用高能量的電磁輻射和微粒輻射來殺滅微生物。 射線、X射線、射線、射線、紫外線、超聲波等從理論上講都能破壞蛋白質(zhì)，破壞生物活性物質(zhì)，

8、從而起到殺菌作用。 X射線的穿透力極強(qiáng)，但不經(jīng)濟(jì)，并且向四面八方輻射，不適于發(fā)酵生產(chǎn)使用。18 紫外線波長(zhǎng)為21003100的紫外線有滅菌作用，最常用的波長(zhǎng)2537的紫外線。主要是與菌體核酸發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)而造成菌體死亡。紫外線對(duì)微生物菌體和芽胞均有殺滅作用，有高度致死效果。但紫外線的穿透力很低，僅適用于表面和局部空間滅菌，如臺(tái)面、潔凈室、更衣室等?，F(xiàn)在，紫外線常與HVAC相結(jié)合用于氣相循環(huán)消毒。HVAC是Heating, Ventilation and Air Conditioning 的英文縮寫，就是空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)，是包含溫度、濕度、空氣清凈度以及空氣循環(huán)的控制系統(tǒng)。19五、化學(xué)物質(zhì)滅菌五、化

9、學(xué)物質(zhì)滅菌原理：某些化學(xué)藥劑能與微生物細(xì)胞中的某種成分產(chǎn)生化原理：某些化學(xué)藥劑能與微生物細(xì)胞中的某種成分產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，如使蛋白質(zhì)變性、酶類失活、破壞細(xì)胞膜透性學(xué)反應(yīng)，如使蛋白質(zhì)變性、酶類失活、破壞細(xì)胞膜透性而具有殺菌或消毒的作用。而具有殺菌或消毒的作用。常用的化學(xué)藥劑：甲醛、氯常用的化學(xué)藥劑：甲醛、氯( (或次氯酸鈉或次氯酸鈉) )、高錳酸鉀、環(huán)氧、高錳酸鉀、環(huán)氧乙烷、苯酚、季氨鹽乙烷、苯酚、季氨鹽( (如新潔爾滅如新潔爾滅) )、氯化汞等。、氯化汞等。 適用情況：培養(yǎng)基里含有蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)亦易與上述適用情況：培養(yǎng)基里含有蛋白質(zhì)等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)亦易與上述化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，

10、 同時(shí)藥物加入培養(yǎng)基之后很難除掉。同時(shí)藥物加入培養(yǎng)基之后很難除掉。 適合于局部空間或某些器具的消毒，但不適合用于適合于局部空間或某些器具的消毒，但不適合用于培養(yǎng)基的滅菌。培養(yǎng)基的滅菌。20六、靜電除菌 靜電除菌是利用靜電引力來吸附帶電粒子而達(dá)到除靜電除菌是利用靜電引力來吸附帶電粒子而達(dá)到除塵滅菌的目的。塵滅菌的目的。-帶微粒的空氣電離部分除塵部分清潔空氣5000v10000v圖4-2 靜電除塵器裝置圖2122空氣進(jìn)空氣出鋼絲電暈電極鋼管沉淀電極+優(yōu)點(diǎn)： 阻力小，約0.01MPa； 除水、除油的效果好 耗電少，每處理1000m3的空氣每小時(shí)僅耗電0.20.8KW。缺點(diǎn)： 靜電除菌效果不是很高，一

11、般在8599%之間。23七、臭氧（O3）滅菌 臭氧是一種強(qiáng)臭氧是一種強(qiáng)氧化劑氧化劑，滅菌過程屬生物化學(xué)氧化反應(yīng)。原，滅菌過程屬生物化學(xué)氧化反應(yīng)。原理是：理是：臭氧在常溫、常壓下分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，很快自行分解成氧氣臭氧在常溫、常壓下分子結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，很快自行分解成氧氣（O O2 2）和單個(gè)氧原子（）和單個(gè)氧原子（O O）；后者具有極強(qiáng)的氧化作用，能氧）；后者具有極強(qiáng)的氧化作用，能氧化分解細(xì)菌內(nèi)部氧化葡萄糖所必須的酶，從而破壞其細(xì)胞膜，化分解細(xì)菌內(nèi)部氧化葡萄糖所必須的酶，從而破壞其細(xì)胞膜，將它殺死；將它殺死；直接與細(xì)菌、病毒作用，破壞它們的細(xì)胞器和直接與細(xì)菌、病毒作用，破壞它們的細(xì)胞器和DNADNA、

12、RNARNA，使細(xì)菌的新陳代謝受阻，導(dǎo)致細(xì)菌死亡；使細(xì)菌的新陳代謝受阻，導(dǎo)致細(xì)菌死亡； 作用于細(xì)胞外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，使細(xì)菌發(fā)生通透作用于細(xì)胞外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，使細(xì)菌發(fā)生通透性畸變而溶解死亡。性畸變而溶解死亡。24 我國(guó)在我國(guó)在GMPGMP驗(yàn)證過程中人們大力推薦臭氧滅菌驗(yàn)證過程中人們大力推薦臭氧滅菌方法。臭氧滅菌有許多特點(diǎn)：方法。臭氧滅菌有許多特點(diǎn)： O O3 3為氣體，能迅速?gòu)浡秸麄€(gè)滅菌空間，滅菌無死角，為氣體，能迅速?gòu)浡秸麄€(gè)滅菌空間，滅菌無死角，濃度分布均勻。濃度分布均勻。臭氧滅菌為溶菌級(jí)方法，殺菌徹底。殺菌能力與過氧臭氧滅菌為溶菌級(jí)方法，殺菌徹底。殺菌能力與過氧乙酸

13、相當(dāng)，高于其它消毒劑。乙酸相當(dāng)，高于其它消毒劑。殺菌廣譜，可殺滅細(xì)菌繁殖體和芽孢、病毒、真菌等，殺菌廣譜，可殺滅細(xì)菌繁殖體和芽孢、病毒、真菌等， 并可破壞肉毒桿菌毒素。另外，并可破壞肉毒桿菌毒素。另外，O O3 3對(duì)霉菌也有極強(qiáng)的殺對(duì)霉菌也有極強(qiáng)的殺滅作用。滅作用。臭氧制備是利用我們周圍的大氣制取臭氧制備是利用我們周圍的大氣制取( (現(xiàn)有成型產(chǎn)品：現(xiàn)有成型產(chǎn)品：臭氧發(fā)生器），現(xiàn)制現(xiàn)用，不需儲(chǔ)藏設(shè)施，節(jié)省原料儲(chǔ)臭氧發(fā)生器），現(xiàn)制現(xiàn)用，不需儲(chǔ)藏設(shè)施，節(jié)省原料儲(chǔ)儲(chǔ)所需的占地面積。儲(chǔ)所需的占地面積。臭氧分解形成的單個(gè)氧原子（臭氧分解形成的單個(gè)氧原子（O O）則會(huì)自行重新結(jié)合）則會(huì)自行重新結(jié)合成為普通氧

14、分子（成為普通氧分子（O O2 2），不存在任何有毒殘留物，沒有），不存在任何有毒殘留物，沒有二次污染，故稱無污染消毒劑二次污染，故稱無污染消毒劑( (綠色消毒劑綠色消毒劑) )。25臭氧滅菌在藥品生產(chǎn)中具有廣泛的用途。臭氧滅菌在藥品生產(chǎn)中具有廣泛的用途。對(duì)管道容器的滅菌；對(duì)管道容器的滅菌；與與HVACHVAC相結(jié)合，利用中央空調(diào)凈化系統(tǒng)對(duì)潔凈區(qū)相結(jié)合，利用中央空調(diào)凈化系統(tǒng)對(duì)潔凈區(qū)的滅菌；的滅菌；對(duì)原輔助材料和工作器具的滅菌；對(duì)原輔助材料和工作器具的滅菌；對(duì)密閉空間的滅菌；對(duì)密閉空間的滅菌；對(duì)藥廠用水的滅菌處理。對(duì)藥廠用水的滅菌處理。26八、介質(zhì)過濾除菌 工業(yè)上主要用于熱敏性物質(zhì)(氨水、丙醇等

15、)和空氣的除菌。按過濾除菌機(jī)制不同而分為27絕對(duì)過濾絕對(duì)過濾深層過濾深層過濾1 1、絕對(duì)過濾、絕對(duì)過濾 絕對(duì)過濾最常用的過濾材料是微孔濾膜。選擇孔徑絕對(duì)過濾最常用的過濾材料是微孔濾膜。選擇孔徑為為0.2m0.2m或或0.45m0.45m的濾膜就可達(dá)到除菌的目的。對(duì)動(dòng)的濾膜就可達(dá)到除菌的目的。對(duì)動(dòng)物細(xì)胞血清培養(yǎng)基選用物細(xì)胞血清培養(yǎng)基選用0.1m0.1m孔徑的濾膜來除去支原孔徑的濾膜來除去支原體的污染。體的污染。 濾膜材料可以是醋酸纖維素、尼龍、聚醚砜、聚丙濾膜材料可以是醋酸纖維素、尼龍、聚醚砜、聚丙烯等。烯等。 絕對(duì)過濾易于控制過濾后空氣質(zhì)量，節(jié)約能量和時(shí)絕對(duì)過濾易于控制過濾后空氣質(zhì)量，節(jié)約能量

16、和時(shí)間，操作簡(jiǎn)便。間，操作簡(jiǎn)便。 282 2、深層過濾（介質(zhì)過濾）、深層過濾（介質(zhì)過濾） 空氣中的微生物大多數(shù)是細(xì)菌和芽孢，還有一定數(shù)量空氣中的微生物大多數(shù)是細(xì)菌和芽孢，還有一定數(shù)量的霉菌、酵母和病毒。細(xì)菌的大小為零點(diǎn)幾微米至幾微的霉菌、酵母和病毒。細(xì)菌的大小為零點(diǎn)幾微米至幾微米，這些微生物在空氣中極少單獨(dú)游離存在，基本都是米，這些微生物在空氣中極少單獨(dú)游離存在，基本都是附著在灰塵、液滴等微粒的表面上。附著在灰塵、液滴等微粒的表面上。29微生物細(xì)胞：寬長(zhǎng)/m孢子：寬長(zhǎng)/m產(chǎn)氣桿菌1.01.51.02.5蠟狀芽孢桿菌1.32.08.125.8普通變形桿菌0.51.01.03.0地衣芽孢桿菌0.5

17、0.71.83.3巨大芽孢桿菌0.92.12.010.00.61.20.91.7蕈狀芽孢桿菌0.61.61.613.6枯草芽孢桿菌0.51.11.64.80.51.00.91.8金黃色小球菌0.51.00.51.0酵母菌3.05.05.019.0病毒0.00150.2250.00150.28霉?fàn)罘种U菌0.61.61.613.60.81.20.81.830介質(zhì)過濾除菌的原理與絕對(duì)過濾除菌的原理是不介質(zhì)過濾除菌的原理與絕對(duì)過濾除菌的原理是不同的，介質(zhì)過濾介質(zhì)間的空隙往往遠(yuǎn)大于顆粒直同的，介質(zhì)過濾介質(zhì)間的空隙往往遠(yuǎn)大于顆粒直徑。徑。如棉花纖維直徑一般為如棉花纖維直徑一般為1620m1620m，充填

18、系數(shù)為，充填系數(shù)為8%8%時(shí)，棉花纖維間形成的空隙為時(shí)，棉花纖維間形成的空隙為2050m2050m。球菌的。球菌的直徑一般在直徑一般在0.52m0.52m，桿菌一般長(zhǎng)，桿菌一般長(zhǎng)1-5m1-5m，寬，寬0.5lm0.5lm。31 因?yàn)檫^濾介質(zhì)層是由無數(shù)的纖因?yàn)檫^濾介質(zhì)層是由無數(shù)的纖維縱橫交錯(cuò)組成的，形成的網(wǎng)格阻維縱橫交錯(cuò)組成的，形成的網(wǎng)格阻礙氣流前進(jìn)，使氣流無數(shù)次地改變礙氣流前進(jìn)，使氣流無數(shù)次地改變運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向，這些改變引運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向，這些改變引起空氣中微粒的起空氣中微粒的慣性沖擊慣性沖擊、攔截?cái)r截、擴(kuò)散擴(kuò)散、重力沉降重力沉降和和靜電吸附等作用靜電吸附等作用，于是大大增加了微粒被纖

19、維捕獲的于是大大增加了微粒被纖維捕獲的幾率。幾率。32(1)(1)慣性沖擊截留作用：撞上去被吸附；慣性沖擊截留作用：撞上去被吸附； 這種慣性沖擊作用的程度取決于微粒的動(dòng)能、纖這種慣性沖擊作用的程度取決于微粒的動(dòng)能、纖維阻力、氣流速度。慣性沖擊作用的強(qiáng)弱與氣流流速維阻力、氣流速度。慣性沖擊作用的強(qiáng)弱與氣流流速成正比，成正比，空氣流速大時(shí)，慣性沖擊就起主導(dǎo)作用空氣流速大時(shí)，慣性沖擊就起主導(dǎo)作用。 33(2)(2)攔截截留作用：速度太慢動(dòng)能不足被吸附；攔截截留作用：速度太慢動(dòng)能不足被吸附； 當(dāng)氣流速度較低時(shí)，微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡與空氣流當(dāng)氣流速度較低時(shí)，微粒的運(yùn)動(dòng)軌跡與空氣流線相似。氣流改變力向時(shí)，微粒的

20、流向隨之改變，與線相似。氣流改變力向時(shí)，微粒的流向隨之改變，與纖維表面接觸時(shí)就被捕集，這種作用叫攔截。纖維表面接觸時(shí)就被捕集，這種作用叫攔截。3490o(3)(3)布朗擴(kuò)散截留作用：不規(guī)則運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)了接觸機(jī)會(huì)；布朗擴(kuò)散截留作用：不規(guī)則運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)了接觸機(jī)會(huì)；直徑很小直徑很小( ( 1m)1m)的微粒在很慢的氣流中能產(chǎn)生不規(guī)的微粒在很慢的氣流中能產(chǎn)生不規(guī)則的直線運(yùn)動(dòng)稱為布朗運(yùn)動(dòng)。結(jié)果使較小的微粒聚則的直線運(yùn)動(dòng)稱為布朗運(yùn)動(dòng)。結(jié)果使較小的微粒聚集成為較大的微粒，增加了與纖維接觸的機(jī)會(huì)，當(dāng)集成為較大的微粒，增加了與纖維接觸的機(jī)會(huì)，當(dāng)與纖維接觸時(shí)就被捕集，這種作用叫做擴(kuò)散。與纖維接觸時(shí)就被捕集，這種作用叫做擴(kuò)

21、散。35(4) (4) 重力沉降作用：對(duì)大顆粒有效；重力沉降作用：對(duì)大顆粒有效； 空氣中的灰塵微粒所受的重力大于氣流對(duì)它空氣中的灰塵微粒所受的重力大于氣流對(duì)它的支持力時(shí)，微粒就會(huì)沉降。的支持力時(shí)，微粒就會(huì)沉降。 直徑直徑50m50m以上的顆粒沉降作用比較顯著，小以上的顆粒沉降作用比較顯著，小顆粒只有在氣流速度很慢時(shí)才有沉降作用。顆粒只有在氣流速度很慢時(shí)才有沉降作用。36(5) (5) 靜電吸引作用：靜電吸引作用：異性相吸。異性相吸。 空氣在非導(dǎo)體物質(zhì)中間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于空氣在非導(dǎo)體物質(zhì)中間進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于摩擦?xí)a(chǎn)生誘導(dǎo)電荷，特別是纖維更為顯著。懸浮摩擦?xí)a(chǎn)生誘導(dǎo)電荷，特別是纖維更為顯著

22、。懸浮在空氣中的微生物顆粒大多帶有不同的電荷。有人在空氣中的微生物顆粒大多帶有不同的電荷。有人曾測(cè)定，大腸埃希菌、枯草芽孢桿菌約有曾測(cè)定，大腸埃希菌、枯草芽孢桿菌約有75%75%的孢子的孢子帶負(fù)電荷，帶負(fù)電荷，15%15%的孢子帶正電荷，其余的孢子帶正電荷，其余10%10%的孢子是的孢子是電中性的。電中性的。37 在過濾除菌中，有時(shí)很難分辨上述各種機(jī)理各自所在過濾除菌中，有時(shí)很難分辨上述各種機(jī)理各自所做出貢獻(xiàn)的大小，多是五種作用的綜合結(jié)果。隨著參數(shù)做出貢獻(xiàn)的大小，多是五種作用的綜合結(jié)果。隨著參數(shù)的變化，各種作用之間有著復(fù)雜的關(guān)系，目前還未能作的變化，各種作用之間有著復(fù)雜的關(guān)系，目前還未能作準(zhǔn)確

23、的理論計(jì)算。準(zhǔn)確的理論計(jì)算。 一般認(rèn)為慣性沖擊、攔截和布朗擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的作用較一般認(rèn)為慣性沖擊、攔截和布朗擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的作用較大，而重力沉降作用和靜電吸引的作用則很小。大，而重力沉降作用和靜電吸引的作用則很小。38Vc 空氣過濾后的微粒數(shù)與過濾前的微粒數(shù)的比值空氣過濾后的微粒數(shù)與過濾前的微粒數(shù)的比值稱為稱為穿透率穿透率P P，則，則 P P = = 式中式中N N0 0過濾前空氣中的微粒含量過濾前空氣中的微粒含量( (個(gè)個(gè)) )； N Nt t過濾后空氣中的微粒含量過濾后空氣中的微粒含量( (個(gè)個(gè)) )。介質(zhì)過濾效率介質(zhì)過濾效率 是指被捕集的微粒數(shù)與空氣中原有的是指被捕集的微粒數(shù)與空氣中原有的微粒數(shù)的

24、比值，是衡量過濾設(shè)備過濾能力的指標(biāo)。微粒數(shù)的比值，是衡量過濾設(shè)備過濾能力的指標(biāo)。 = = =1- =1-1- =1-P P39Nt N0N0 -Nt N0Nt N0 1 1）纖維直徑：）纖維直徑：在其他條件相同時(shí)，介質(zhì)纖維直徑越小，在其他條件相同時(shí)，介質(zhì)纖維直徑越小，過濾效率越高。過濾效率越高。 2 2）介質(zhì)的填充厚度與密度：）介質(zhì)的填充厚度與密度：對(duì)于相同的介質(zhì)，填充厚對(duì)于相同的介質(zhì)，填充厚度和密度越大則過濾效率越高，但同時(shí)流速也越小。度和密度越大則過濾效率越高，但同時(shí)流速也越小。 3 3 ）空氣流速：）空氣流速：在空氣流速很低時(shí)，過濾效率隨氣流速在空氣流速很低時(shí)，過濾效率隨氣流速度增加而降

25、低；當(dāng)氣流速度增加到臨界值后，過濾效度增加而降低；當(dāng)氣流速度增加到臨界值后，過濾效率隨氣流速度增加而提高；氣流速度高達(dá)一定值后，率隨氣流速度增加而提高；氣流速度高達(dá)一定值后，過濾效率再降低，所以要通過實(shí)驗(yàn)方法來摸索最適流過濾效率再降低，所以要通過實(shí)驗(yàn)方法來摸索最適流速。速。40培養(yǎng)基的滅菌培養(yǎng)基的滅菌1. 1. 分批滅菌分批滅菌2. 2. 連續(xù)滅菌連續(xù)滅菌發(fā)酵罐的滅菌發(fā)酵罐的滅菌1. 1. 空消空消2. 2. 實(shí)消實(shí)消物料管路的滅菌物料管路的滅菌倒種管路的滅菌倒種管路的滅菌補(bǔ)料液的滅菌補(bǔ)料液的滅菌消沫劑的滅菌消沫劑的滅菌41第二節(jié) 培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌一、溫度和時(shí)間對(duì)培養(yǎng)基滅菌的影響一、溫度

26、和時(shí)間對(duì)培養(yǎng)基滅菌的影響 用濕熱滅菌方法對(duì)培養(yǎng)基滅菌，在殺滅微生物的同時(shí)，用濕熱滅菌方法對(duì)培養(yǎng)基滅菌，在殺滅微生物的同時(shí)，也會(huì)對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分造成破壞。在高壓加熱的條件下，會(huì)使也會(huì)對(duì)營(yíng)養(yǎng)成分造成破壞。在高壓加熱的條件下，會(huì)使糖液焦化變色、維生素失活、醛糖與氨基化合物反應(yīng)、糖液焦化變色、維生素失活、醛糖與氨基化合物反應(yīng)、不飽和醛聚合、一些化合物水解等。不飽和醛聚合、一些化合物水解等。滅菌溫度（C）達(dá)到滅菌程度的時(shí)間（min）維生素B1的損失（%）100110120130140150843757.60.8510.1070.01599.998927103142一、溫度和時(shí)間對(duì)培養(yǎng)基滅菌的影響嗜熱脂肪芽孢桿

27、菌孢子死亡程度為N/N0=10-16時(shí)，滅菌溫度對(duì)維生素B1破壞的影響滅菌溫度、滅菌時(shí)間和維生素滅菌溫度、滅菌時(shí)間和維生素B1破壞量的比較破壞量的比較 滅菌滅菌溫度溫度/滅菌時(shí)間滅菌時(shí)間/minB1破壞量破壞量/%10040099.3110306711515501204271300.581400.0821500.01143二、影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素1 1、 培養(yǎng)基成分培養(yǎng)基成分 在固形物含量高的情況下，滅菌溫度要高些。在固形物含量高的情況下，滅菌溫度要高些。培養(yǎng)基成分對(duì)大腸桿菌滅菌影響培養(yǎng)基成分對(duì)大腸桿菌滅菌影響環(huán)境水10%糖液30%糖液致死6065，10min70，46min70，30mi

28、n442 2、培養(yǎng)基的、培養(yǎng)基的pHpH值值溫度溫度 孢子數(shù)孢子數(shù) 滅菌時(shí)間滅菌時(shí)間 (min)(min) () ( () (個(gè)個(gè)/ml) pH=6.1 5.3 5.0 4.7 4.5/ml) pH=6.1 5.3 5.0 4.7 4.5120 10000 8 7 5 3 3 120 10000 8 7 5 3 3 115 10000 25 25 16 13 13115 10000 25 25 16 13 13110 10000 70 65 35 30 24110 10000 70 65 35 30 24100 10000 740 720 180 150 150 100 10000 740 7

29、20 180 150 150 453 3、培養(yǎng)基的物理狀態(tài)、培養(yǎng)基的物理狀態(tài)培養(yǎng)基的物理狀態(tài)對(duì)滅菌有極大的影響。培養(yǎng)基的物理狀態(tài)對(duì)滅菌有極大的影響。 固體培養(yǎng)基的滅菌時(shí)間要比液體培養(yǎng)基的滅菌時(shí)固體培養(yǎng)基的滅菌時(shí)間要比液體培養(yǎng)基的滅菌時(shí)間長(zhǎng)，如果間長(zhǎng)，如果100100時(shí)液體培養(yǎng)基的滅菌時(shí)間為時(shí)液體培養(yǎng)基的滅菌時(shí)間為1h1h，固，固體培養(yǎng)基則需要體培養(yǎng)基則需要23h23h才能達(dá)到同樣的滅菌效果。才能達(dá)到同樣的滅菌效果。越濃稠的培養(yǎng)基滅菌所需時(shí)間越長(zhǎng)。越濃稠的培養(yǎng)基滅菌所需時(shí)間越長(zhǎng)。 464 4、泡沫、泡沫 泡沫中的空氣會(huì)形成隔熱層，使傳熱困難，對(duì)泡沫中的空氣會(huì)形成隔熱層，使傳熱困難，對(duì)滅菌極為不利

30、。對(duì)易產(chǎn)生泡沫的培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌時(shí)，滅菌極為不利。對(duì)易產(chǎn)生泡沫的培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌時(shí)，可加入少量消泡劑?？杉尤肷倭肯輨?。5 5、培養(yǎng)基中的微生物性質(zhì)與數(shù)量、培養(yǎng)基中的微生物性質(zhì)與數(shù)量 不同成分的培養(yǎng)基中含菌性質(zhì)與量是不同的。不同成分的培養(yǎng)基中含菌性質(zhì)與量是不同的。 培養(yǎng)基中微生物數(shù)量越多，達(dá)到無菌要求所需的培養(yǎng)基中微生物數(shù)量越多，達(dá)到無菌要求所需的滅菌時(shí)間也越長(zhǎng)。天然基質(zhì)培養(yǎng)基，特別是營(yíng)養(yǎng)豐滅菌時(shí)間也越長(zhǎng)。天然基質(zhì)培養(yǎng)基，特別是營(yíng)養(yǎng)豐富或變質(zhì)的原料中的含菌量遠(yuǎn)比化工原料的含菌量富或變質(zhì)的原料中的含菌量遠(yuǎn)比化工原料的含菌量多，因此滅菌時(shí)間要適當(dāng)延長(zhǎng)。多，因此滅菌時(shí)間要適當(dāng)延長(zhǎng)。476 6、冷空氣排除

31、情況、冷空氣排除情況 高壓蒸汽滅菌的關(guān)鍵問題是為熱的傳導(dǎo)提供高壓蒸汽滅菌的關(guān)鍵問題是為熱的傳導(dǎo)提供良好條件，而其中最重要的是使冷空氣從滅菌器良好條件，而其中最重要的是使冷空氣從滅菌器中順利排出。因?yàn)槔淇諝鈱?dǎo)熱性差，阻礙蒸汽接中順利排出。因?yàn)槔淇諝鈱?dǎo)熱性差，阻礙蒸汽接觸欲滅菌物品。觸欲滅菌物品。48 工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)于大量的培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌，工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)于大量的培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌，最有效、最常用的方法是蒸汽滅菌最有效、最常用的方法是蒸汽滅菌( (即濕熱滅菌即濕熱滅菌) )。培養(yǎng)基的滅菌包括培養(yǎng)基的滅菌包括分批滅菌：分批滅菌：將配制好的培養(yǎng)基輸入發(fā)酵罐內(nèi)，經(jīng)過間將配制好的培養(yǎng)基輸入發(fā)酵罐內(nèi)，

32、經(jīng)過間接蒸汽預(yù)熱，然后直接通入飽和蒸汽加熱，使培養(yǎng)基接蒸汽預(yù)熱，然后直接通入飽和蒸汽加熱，使培養(yǎng)基和設(shè)備一起滅菌，達(dá)到要求的溫度和壓力后維持一定和設(shè)備一起滅菌，達(dá)到要求的溫度和壓力后維持一定時(shí)間，再冷卻至發(fā)酵要求的溫度，這一工藝過程稱為時(shí)間，再冷卻至發(fā)酵要求的溫度，這一工藝過程稱為分批滅菌或?qū)嵐逌缇峙鷾缇驅(qū)嵐逌缇Ｈ贪ㄈ贪訜峒訜?、維持維持、冷卻冷卻三個(gè)過程。三個(gè)過程。49三、培養(yǎng)基分批滅菌三、培養(yǎng)基分批滅菌分批滅菌連續(xù)滅菌加熱：加熱：包括預(yù)熱和升溫包括預(yù)熱和升溫。預(yù)熱預(yù)熱：培養(yǎng)基在攪拌狀態(tài)下，排放夾套或蛇管中培養(yǎng)基在攪拌狀態(tài)下，排放夾套或蛇管中的冷水，開啟排氣管閥，在夾套或蛇管內(nèi)

33、緩慢通的冷水，開啟排氣管閥，在夾套或蛇管內(nèi)緩慢通入蒸汽以預(yù)熱料液，當(dāng)發(fā)酵罐的溫度預(yù)熱至入蒸汽以預(yù)熱料液，當(dāng)發(fā)酵罐的溫度預(yù)熱至80908090，關(guān)閉夾套或蛇管蒸汽閥門。，關(guān)閉夾套或蛇管蒸汽閥門。作用：作用：使物料糊化、溶脹并均勻受熱；減少冷凝使物料糊化、溶脹并均勻受熱；減少冷凝水的生成；減輕蒸汽流沖擊發(fā)酵液產(chǎn)生的噪音。水的生成；減輕蒸汽流沖擊發(fā)酵液產(chǎn)生的噪音。50升溫：升溫：培養(yǎng)基加熱至培養(yǎng)基加熱至9090，關(guān)閉夾套或蛇管蒸汽閥門后，關(guān)閉夾套或蛇管蒸汽閥門后，由由空氣進(jìn)口空氣進(jìn)口取樣管取樣管放料管放料管通入蒸汽對(duì)培養(yǎng)基直接加熱。通入蒸汽對(duì)培養(yǎng)基直接加熱。開啟開啟排氣管閥排氣管閥進(jìn)料管進(jìn)料管( (

34、補(bǔ)料管補(bǔ)料管) )接種管排氣閥接種管排氣閥消泡劑管消泡劑管排氣。排氣。51液面保溫：保溫：當(dāng)發(fā)酵罐內(nèi)溫度升至當(dāng)發(fā)酵罐內(nèi)溫度升至110110左右，控制進(jìn)出蒸汽左右，控制進(jìn)出蒸汽閥門直至溫度達(dá)閥門直至溫度達(dá)121121、壓力為、壓力為0.1MPa0.1MPa時(shí)，開始保溫。時(shí)，開始保溫。在保溫階段，在保溫階段，凡開口在培養(yǎng)基液面以下各管道都應(yīng)通蒸汽，凡開口在培養(yǎng)基液面以下各管道都應(yīng)通蒸汽，開口在培養(yǎng)基液面以上的各管道則應(yīng)排蒸汽，開口在培養(yǎng)基液面以上的各管道則應(yīng)排蒸汽，與罐相連通的管道均應(yīng)遵循蒸汽與罐相連通的管道均應(yīng)遵循蒸汽“不進(jìn)則出不進(jìn)則出”的原則，才能保證滅菌徹底，不留死角；的原則，才能保證滅菌徹

35、底，不留死角；各路蒸汽進(jìn)入要均勻暢通，防止短路逆流；各路蒸汽進(jìn)入要均勻暢通，防止短路逆流；罐內(nèi)液體翻動(dòng)要激烈；罐內(nèi)液體翻動(dòng)要激烈；各路排氣也要暢通，但排氣量不宜過大，以節(jié)各路排氣也要暢通，但排氣量不宜過大，以節(jié)約蒸汽；約蒸汽； 維持壓力、溫度恒定直到保溫結(jié)束。維持壓力、溫度恒定直到保溫結(jié)束。52冷卻降溫：冷卻降溫：為了減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞，多采用快速冷卻方式。為了減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞，多采用快速冷卻方式。 保溫到時(shí)間后，依次關(guān)閉各排汽、進(jìn)汽閥；保溫到時(shí)間后，依次關(guān)閉各排汽、進(jìn)汽閥；待罐內(nèi)壓力降至待罐內(nèi)壓力降至0.05 MPa0.05 MPa左右左右( (注意罐壓必須低于注意罐壓必須低于空氣過濾器壓

36、力空氣過濾器壓力) )時(shí)，迅速向罐內(nèi)通入無菌空氣，時(shí)，迅速向罐內(nèi)通入無菌空氣，以維持發(fā)酵罐降溫過程以維持發(fā)酵罐降溫過程中的正壓；中的正壓； 開啟冷卻系統(tǒng)，向夾套或蛇管中通入冷水，開啟冷卻系統(tǒng)，向夾套或蛇管中通入冷水，使培養(yǎng)基快速降至所需溫度。使培養(yǎng)基快速降至所需溫度。53實(shí)罐滅菌主要是在保溫階實(shí)罐滅菌主要是在保溫階段起作用，在升溫階段后期段起作用，在升溫階段后期也有一定的滅菌作用。也有一定的滅菌作用。滅菌時(shí)，蒸汽總管道壓力滅菌時(shí)，蒸汽總管道壓力要求不低于要求不低于0.3MPa0.3MPa，使用壓，使用壓力力( (通入罐中的蒸汽壓力通入罐中的蒸汽壓力) )不不低于低于0.2MPa0.2MPa。

37、54加熱冷卻維持優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)設(shè)備要求低，不需要設(shè)備要求低，不需要附加專門的加熱和冷附加專門的加熱和冷卻設(shè)備卻設(shè)備，投資少，投資少；操作簡(jiǎn)便，滅菌效果操作簡(jiǎn)便，滅菌效果可靠；可靠；對(duì)蒸汽的要求較低，對(duì)蒸汽的要求較低，一般一般0.2-0.3 MPa0.2-0.3 MPa即可即可滿足滿足要求要求。55缺點(diǎn)缺點(diǎn)n加熱和冷卻時(shí)間較長(zhǎng)，營(yíng)加熱和冷卻時(shí)間較長(zhǎng)，營(yíng)養(yǎng)成分有一定的損失；養(yǎng)成分有一定的損失；n罐利用率低；罐利用率低；n不能采用高溫快速滅菌工不能采用高溫快速滅菌工藝；藝；n在滅菌過程中蒸汽用量變?cè)跍缇^程中蒸汽用量變化大，造成鍋爐負(fù)荷波動(dòng)化大，造成鍋爐負(fù)荷波動(dòng)大；大；n冷卻水用量大。冷卻水用量大。培養(yǎng)基

38、分批滅菌的優(yōu)、缺點(diǎn)：培養(yǎng)基分批滅菌的優(yōu)、缺點(diǎn)：培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外經(jīng)過一套滅菌設(shè)備連續(xù)加熱滅菌，培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外經(jīng)過一套滅菌設(shè)備連續(xù)加熱滅菌，冷卻后送入已滅菌的發(fā)酵罐內(nèi)，這種工藝過程稱為冷卻后送入已滅菌的發(fā)酵罐內(nèi)，這種工藝過程稱為連續(xù)滅菌連續(xù)滅菌。連續(xù)滅菌工藝的優(yōu)點(diǎn)是：連續(xù)滅菌工藝的優(yōu)點(diǎn)是：可采用高溫快速滅菌方法，營(yíng)養(yǎng)成分破壞少；可采用高溫快速滅菌方法，營(yíng)養(yǎng)成分破壞少；組成培養(yǎng)基的耐熱性物料和不耐熱性物料可分開在不組成培養(yǎng)基的耐熱性物料和不耐熱性物料可分開在不同溫度下滅菌，以減少物料的破壞；同溫度下滅菌，以減少物料的破壞；也可將糖和氮源分開滅菌，以免醛基與氨基發(fā)生反應(yīng)，也可將糖和氮源分開滅菌，以免

39、醛基與氨基發(fā)生反應(yīng)，防止有害物質(zhì)生成；防止有害物質(zhì)生成；發(fā)酵罐非生產(chǎn)占用時(shí)間短，容積利用率高；發(fā)酵罐非生產(chǎn)占用時(shí)間短，容積利用率高；熱能利用合理，適合自動(dòng)化控制；熱能利用合理，適合自動(dòng)化控制；蒸汽用量平穩(wěn)。蒸汽用量平穩(wěn)。56四、培養(yǎng)基連續(xù)滅菌四、培養(yǎng)基連續(xù)滅菌缺點(diǎn)是：缺點(diǎn)是：蒸汽壓力一般要求高于蒸汽壓力一般要求高于0.5MPa0.5MPa；不適用于黏度大或固形物含量高的培養(yǎng)基的滅菌；不適用于黏度大或固形物含量高的培養(yǎng)基的滅菌；需增加一套連續(xù)滅菌設(shè)備，投資較大；需增加一套連續(xù)滅菌設(shè)備，投資較大；增多了操作環(huán)節(jié)，增加了染菌的幾率。增多了操作環(huán)節(jié)，增加了染菌的幾率。 571、連續(xù)滅菌(工藝/設(shè)備)流

40、程58 配料輸料加熱保溫冷卻滅菌的發(fā)酵罐預(yù)熱第一種：連消一噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程第一種：連消一噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程 5940-50132，2030維持維持57分鐘分鐘預(yù)熱至預(yù)熱至60-70 配料罐常用輸料泵60旋渦泵往復(fù)泵螺桿泵132，2030預(yù)熱至預(yù)熱至60-70 配料罐套管式連消塔套管式連消塔 培養(yǎng)基由塔外管下部側(cè)面進(jìn)培養(yǎng)基由塔外管下部側(cè)面進(jìn)入，在兩管間向上流動(dòng)，被入，在兩管間向上流動(dòng)，被內(nèi)管噴出蒸汽加熱到內(nèi)管噴出蒸汽加熱到126 126 132132，再由外管上部側(cè)面，再由外管上部側(cè)面流出，進(jìn)入維持罐。流出，進(jìn)入維持罐。 培養(yǎng)液流動(dòng)線速度要小于培養(yǎng)液流動(dòng)線速度要小于0.1m/s 0.1m/

41、s ；在管內(nèi)逗留時(shí)間為；在管內(nèi)逗留時(shí)間為15201520秒，塔高秒，塔高10m10m左右。左右。62蒸汽噴嘴式連消塔噴嘴式連消塔63料液進(jìn)口汽液混合式連消塔汽液混合式連消塔64(3)(3)保溫保溫 由于加熱器加熱時(shí)間較由于加熱器加熱時(shí)間較短，光靠這段時(shí)間滅菌是短，光靠這段時(shí)間滅菌是不夠的，維持罐的作用是不夠的，維持罐的作用是使料液在滅菌溫度下保持使料液在滅菌溫度下保持57min57min，以達(dá)到滅菌目的。，以達(dá)到滅菌目的。壓力一般保持壓力一般保持0.4 Mpa0.4 Mpa。65(4)(4)冷卻冷卻6667冷卻培養(yǎng)基冷卻培養(yǎng)基送入發(fā)酵罐送入發(fā)酵罐配料罐熱交換器40-5013220-3060-7

42、55-8min第二種第二種 噴射加熱一真空冷卻連續(xù)滅菌流程噴射加熱一真空冷卻連續(xù)滅菌流程 68真空閃急冷卻器真空閃急冷卻器維持管道維持管道噴射加熱器噴射加熱器滅菌培養(yǎng)基滅菌培養(yǎng)基未滅菌培養(yǎng)基未滅菌培養(yǎng)基優(yōu)點(diǎn)：此流程由于受熱時(shí)間短，不致引起培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分的嚴(yán)重破壞；維持管能保證先進(jìn)入的培養(yǎng)基先輸出，避免過熱或滅菌不徹底的現(xiàn)象。缺點(diǎn)是隨著蒸汽的冷凝使培養(yǎng)基稀釋，由于培養(yǎng)基黏度的變化，使滅菌溫度和壓力的控制受到影響；如維持時(shí)間較長(zhǎng)，維持管的長(zhǎng)度就需要很長(zhǎng)，安裝使用不便。噴射加熱器噴射加熱器691 1噴嘴噴嘴, 2, 2吸入口吸入口, 3, 3吸入室吸入室, ,4 4混合噴嘴，混合噴嘴，5 5混合段，

43、混合段，6 6擴(kuò)大管擴(kuò)大管7020 31 35 100 140 12013235 5555 120 120第三種第三種 板式換熱器連續(xù)滅菌流程板式換熱器連續(xù)滅菌流程熱回收器加熱器維持管道冷卻器71熱交換器熱交換器板式板式螺旋板式螺旋板式螺旋板式連續(xù)滅菌系統(tǒng)螺旋板式連續(xù)滅菌系統(tǒng)板式冷卻器板式冷卻器7273冷液熱液冷液變熱熱液變冷第三節(jié) 空 氣 除 菌74一、空氣除菌的必要性1. 空氣的構(gòu)成75氧氣氮?dú)舛栊詺怏w二氧化碳水蒸氣氣態(tài)物質(zhì)的混合物懸浮在空氣中的塵粒構(gòu)成地殼的無機(jī)物質(zhì)顆粒煙灰植物花粉種類繁多的細(xì)菌和其他微生物空氣2. 空氣中微生物的數(shù)量與環(huán)境有密切關(guān)系空氣中的含菌量和種類空氣中的含菌量和種

44、類 一般干燥、寒冷的北方空氣中的含菌量較少，而潮濕一般干燥、寒冷的北方空氣中的含菌量較少，而潮濕溫暖的南方則含菌量較多；溫暖的南方則含菌量較多； 人口稠密的城市比人口少的農(nóng)村含菌量多，一般城市人口稠密的城市比人口少的農(nóng)村含菌量多，一般城市空氣中雜菌數(shù)為空氣中雜菌數(shù)為10103 310104 4個(gè)個(gè)m m3 3 ； 地面又比高空的空氣含菌量多，離地面越高，含菌量地面又比高空的空氣含菌量多，離地面越高，含菌量越少；一般每升高越少；一般每升高3.053.05米，空氣中的含菌量就降低一米，空氣中的含菌量就降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。個(gè)數(shù)量級(jí)。 各地空氣中所懸浮的微生物種類及比例各不相同，以各地空氣中所懸浮的微生物

45、種類及比例各不相同，以細(xì)菌和細(xì)菌芽胞為主，也有酵母、霉菌和病毒，數(shù)量細(xì)菌和細(xì)菌芽胞為主，也有酵母、霉菌和病毒，數(shù)量也隨條件的變化而異。也隨條件的變化而異。76空氣中的塵埃數(shù)與細(xì)菌數(shù)的關(guān)系如下式：空氣中的塵埃數(shù)與細(xì)菌數(shù)的關(guān)系如下式：式中式中 y y：空氣中的微生物數(shù)量，個(gè)：空氣中的微生物數(shù)量，個(gè)/m3/m3； x x：空氣中的塵埃顆粒數(shù)量，個(gè)：空氣中的塵埃顆粒數(shù)量，個(gè)/m3/m3。所以空氣除菌主要是去除空氣中的微粒所以空氣除菌主要是去除空氣中的微粒(0.6-1m (0.6-1m ）。）。776 .2003.0 xy3.空氣除菌的必要性 絕大多數(shù)工業(yè)發(fā)酵均是利用好氧微生物進(jìn)行純種培絕大多數(shù)工業(yè)發(fā)酵

46、均是利用好氧微生物進(jìn)行純種培養(yǎng)，無論是生長(zhǎng)還是合成代謝產(chǎn)物都需要消耗大量的溶養(yǎng)，無論是生長(zhǎng)還是合成代謝產(chǎn)物都需要消耗大量的溶解氧，用于基質(zhì)同化、菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物代謝。這些氧氣解氧，用于基質(zhì)同化、菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物代謝。這些氧氣的來源是空氣，但空氣中含有各種各樣的微生物，它們的來源是空氣，但空氣中含有各種各樣的微生物，它們一旦隨空氣進(jìn)入發(fā)酵液，便會(huì)染菌，空氣除菌不徹底是一旦隨空氣進(jìn)入發(fā)酵液，便會(huì)染菌，空氣除菌不徹底是發(fā)酵染菌的主要原因之一。發(fā)酵染菌的主要原因之一。 例如，一個(gè)通氣量為例如，一個(gè)通氣量為40m40m3 3/min/min的發(fā)酵罐，一天所需的空氣量高的發(fā)酵罐，一天所需的空氣量高達(dá)達(dá)5.75

47、5.7510104 4m m3 3，假如空氣中含菌量為，假如空氣中含菌量為103104/m103104/m3 3，那么一天將有，那么一天將有5.95.910106 6個(gè)微生物細(xì)胞進(jìn)入發(fā)酵罐個(gè)微生物細(xì)胞進(jìn)入發(fā)酵罐。78 空氣除菌的方法很多，如過濾除菌、熱殺菌、靜電空氣除菌的方法很多，如過濾除菌、熱殺菌、靜電除菌、輻射殺菌等，各種除菌方法的除菌效果、設(shè)備除菌、輻射殺菌等，各種除菌方法的除菌效果、設(shè)備條件、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)各不相同。實(shí)際生產(chǎn)中所需的除菌程條件、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)各不相同。實(shí)際生產(chǎn)中所需的除菌程度要根據(jù)發(fā)酵工藝而定，既要避免染菌，又要盡量簡(jiǎn)度要根據(jù)發(fā)酵工藝而定，既要避免染菌，又要盡量簡(jiǎn)化除菌流程，以減少

48、設(shè)備投資和正常運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力消耗?；鞒?，以減少設(shè)備投資和正常運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力消耗。 如酵母培養(yǎng)所用的培養(yǎng)基成分以糖為主，酵母菌能利如酵母培養(yǎng)所用的培養(yǎng)基成分以糖為主，酵母菌能利用無機(jī)氮，要求的用無機(jī)氮，要求的pHpH較低，一般細(xì)菌較難繁殖，而酵較低，一般細(xì)菌較難繁殖，而酵母的繁殖速度又較快，能抵抗少量的雜菌影響，因此母的繁殖速度又較快，能抵抗少量的雜菌影響，因此對(duì)無菌空氣的要求不十分嚴(yán)格，可采用高壓離心式鼓對(duì)無菌空氣的要求不十分嚴(yán)格，可采用高壓離心式鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)即可。風(fēng)機(jī)通風(fēng)即可。 氨基酸、抗生素的生產(chǎn)菌等，發(fā)酵周期長(zhǎng)，耗氧量大，氨基酸、抗生素的生產(chǎn)菌等，發(fā)酵周期長(zhǎng)，耗氧量大，無菌程度要求也嚴(yán)格，無

49、菌，無灰塵，無雜質(zhì)，無水，無菌程度要求也嚴(yán)格，無菌，無灰塵，無雜質(zhì)，無水，并要求有一定的溫度和壓力，空氣必須經(jīng)過嚴(yán)格的脫并要求有一定的溫度和壓力，空氣必須經(jīng)過嚴(yán)格的脫水、脫油和過濾除菌處理后才能通入發(fā)酵罐。水、脫油和過濾除菌處理后才能通入發(fā)酵罐。 79二、發(fā)酵用無菌空氣的概念和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 為確保生產(chǎn)在純種培養(yǎng)狀態(tài)下進(jìn)行，嚴(yán)格無菌條件為確保生產(chǎn)在純種培養(yǎng)狀態(tài)下進(jìn)行，嚴(yán)格無菌條件下發(fā)酵用無菌空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求如下：下發(fā)酵用無菌空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求如下： 連續(xù)提供，保持一定流量；保證發(fā)酵罐連續(xù)提供，保持一定流量；保證發(fā)酵罐0.1-2.0 VVM0.1-2.0 VVM的需氣量；的需氣量； 保持一定的壓強(qiáng)；

50、表壓達(dá)到保持一定的壓強(qiáng)；表壓達(dá)到0.20.4 MPa0.20.4 MPa。 空氣的相對(duì)濕度在進(jìn)入發(fā)酵罐之前空氣的相對(duì)濕度在進(jìn)入發(fā)酵罐之前70%70%。 進(jìn)罐前的空氣溫度要比培養(yǎng)溫度略高或相同。進(jìn)罐前的空氣溫度要比培養(yǎng)溫度略高或相同。 潔凈度達(dá)到潔凈度達(dá)到N = 10N = 10-3-3 ；80三、空氣過濾除菌流程 81三、空氣過濾除菌流程 1、高空采氣 一般認(rèn)為，高度每上升一般認(rèn)為，高度每上升3.05m3.05m，空氣中微生物，空氣中微生物量下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，空氣吸入口一般都選在量下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，空氣吸入口一般都選在上風(fēng)口比較潔凈處，高度一般在上風(fēng)口比較潔凈處，高度一般在10m10m

51、左右，設(shè)計(jì)流左右，設(shè)計(jì)流速速8m/s8m/s。 822、前過濾 從大氣中吸入的空氣常帶有灰塵、沙土、細(xì)菌等，從大氣中吸入的空氣常帶有灰塵、沙土、細(xì)菌等，在進(jìn)入空氣壓縮機(jī)前要先經(jīng)過前過濾器，濾去灰塵、在進(jìn)入空氣壓縮機(jī)前要先經(jīng)過前過濾器，濾去灰塵、沙土等固體顆粒，以減少往復(fù)式空氣壓縮機(jī)活塞和氣沙土等固體顆粒，以減少往復(fù)式空氣壓縮機(jī)活塞和氣缸的磨損，延長(zhǎng)空氣壓縮機(jī)的使用壽命，保證空氣壓缸的磨損，延長(zhǎng)空氣壓縮機(jī)的使用壽命，保證空氣壓縮機(jī)的效率，縮機(jī)的效率， 要求過濾效率高，阻力小，容灰量大，否則會(huì)增要求過濾效率高，阻力小，容灰量大，否則會(huì)增加壓縮機(jī)的吸人負(fù)荷和降低壓縮機(jī)的排氣量。加壓縮機(jī)的吸人負(fù)荷和降

52、低壓縮機(jī)的排氣量。83布袋過濾：布袋過濾： 結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，只要將濾布縫制成與骨架相同形狀的結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，只要將濾布縫制成與骨架相同形狀的布袋，緊套于焊在進(jìn)氣管的骨架上，并縫緊所有會(huì)造成布袋，緊套于焊在進(jìn)氣管的骨架上，并縫緊所有會(huì)造成短路的空隙。短路的空隙。 其過濾效率和阻力損失要視所選用的濾布結(jié)構(gòu)情況和其過濾效率和阻力損失要視所選用的濾布結(jié)構(gòu)情況和過濾面積而定。過濾面積而定。84布袋過濾器填料過濾器油浴洗滌裝置水霧除塵裝置前過濾通常采用85布袋式過濾器振動(dòng)機(jī)構(gòu)含塵氣流圖4-7 機(jī)械振動(dòng)袋式除塵器濾袋凈氣填料式粗過濾器填料式粗過濾器 一般用油浸鐵回絲、玻璃纖維或其他合成纖維等作一般用油浸鐵回絲、玻璃

53、纖維或其他合成纖維等作填料，過濾效果比布袋過濾稍好，阻力損失也較小，但填料，過濾效果比布袋過濾稍好，阻力損失也較小，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，占地面積也較大，內(nèi)部填料經(jīng)常洗換才能結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，占地面積也較大，內(nèi)部填料經(jīng)常洗換才能保持一定的過濾作用，操作比較麻煩。保持一定的過濾作用，操作比較麻煩。86油浴洗滌裝置 在空氣進(jìn)人裝置后要通過油箱中的油層洗滌，空在空氣進(jìn)人裝置后要通過油箱中的油層洗滌，空氣中的微粒被油黏附而逐漸沉降于油箱底部而被除氣中的微粒被油黏附而逐漸沉降于油箱底部而被除去，經(jīng)過油浴的空氣因帶有油霧，需要經(jīng)過百葉窗去，經(jīng)過油浴的空氣因帶有油霧，需要經(jīng)過百葉窗式的圓盤，分離較大粒油霧，再經(jīng)過濾網(wǎng)分離

54、小顆式的圓盤，分離較大粒油霧，再經(jīng)過濾網(wǎng)分離小顆粒油霧后，才能吸入壓縮機(jī)。粒油霧后，才能吸入壓縮機(jī)。87水霧除塵裝置 空氣從設(shè)備底部進(jìn)入，空氣從設(shè)備底部進(jìn)入，經(jīng)上部噴下的水霧洗滌，將經(jīng)上部噴下的水霧洗滌，將空氣中的灰塵、微生物微?？諝庵械幕覊m、微生物微粒黏附沉降，從器底排出。黏附沉降，從器底排出。空氣出口圖4-9 水霧除塵裝置空氣入口過濾網(wǎng)高壓水入口88粒子0.5 m1 m5 m去除率%507055889099893、空氣壓縮機(jī) 供給發(fā)酵用的無菌空氣，為了克服過濾介質(zhì)阻力、供給發(fā)酵用的無菌空氣，為了克服過濾介質(zhì)阻力、發(fā)酵液靜壓力和管道阻力，故一般使用空氣壓縮機(jī)輸送。發(fā)酵液靜壓力和管道阻力，故一

55、般使用空氣壓縮機(jī)輸送。 空壓機(jī)有兩種空壓機(jī)有兩種 渦輪式和往復(fù)式渦輪式和往復(fù)式904 4、空氣貯罐、空氣貯罐 結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，裝有安全閥、壓結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，裝有安全閥、壓力表的空罐殼體。力表的空罐殼體。作用：儲(chǔ)氣作用：儲(chǔ)氣消除壓縮機(jī)排出空氣的脈動(dòng)，消除壓縮機(jī)排出空氣的脈動(dòng)，維持穩(wěn)定的空氣壓力；維持穩(wěn)定的空氣壓力；利用重力沉降作用使大的油滴利用重力沉降作用使大的油滴和水滴沉降下來；和水滴沉降下來； 利用壓縮機(jī)熱量熱滅菌。利用壓縮機(jī)熱量熱滅菌。 貯罐緊接著壓縮機(jī)其后，對(duì)設(shè)備貯罐緊接著壓縮機(jī)其后，對(duì)設(shè)備防腐、冷卻器熱交換都有利。防腐、冷卻器熱交換都有利。 915、空氣冷卻器 空氣經(jīng)壓縮，出口處的壓力一般在空

56、氣經(jīng)壓縮，出口處的壓力一般在0.2Mpa0.2Mpa以上；溫以上；溫度會(huì)顯著升高，壓縮比愈高，溫度也愈高，含濕量愈大。度會(huì)顯著升高，壓縮比愈高，溫度也愈高，含濕量愈大。 往復(fù)式空氣壓縮機(jī)出口空氣溫度達(dá)往復(fù)式空氣壓縮機(jī)出口空氣溫度達(dá)120120，而渦輪式，而渦輪式壓縮機(jī)出口空氣溫度達(dá)壓縮機(jī)出口空氣溫度達(dá)150150，能起到一定的滅菌作用。，能起到一定的滅菌作用。92但目前生產(chǎn)中應(yīng)用的過濾介質(zhì)難以耐受這樣高的溫度，但目前生產(chǎn)中應(yīng)用的過濾介質(zhì)難以耐受這樣高的溫度，會(huì)引起過濾介質(zhì)的炭化或燃燒；會(huì)引起過濾介質(zhì)的炭化或燃燒；增大培養(yǎng)裝置的降溫負(fù)荷，給培養(yǎng)過程溫度的控制帶增大培養(yǎng)裝置的降溫負(fù)荷，給培養(yǎng)過程溫

57、度的控制帶來困難；來困難； 高溫空氣還會(huì)增加培養(yǎng)液水分的蒸發(fā)，對(duì)微生物的生高溫空氣還會(huì)增加培養(yǎng)液水分的蒸發(fā)，對(duì)微生物的生長(zhǎng)和生物合成都是不利的；長(zhǎng)和生物合成都是不利的；在潮濕地域和季節(jié)，空氣中含水量較高，為了避免過在潮濕地域和季節(jié)，空氣中含水量較高，為了避免過濾介質(zhì)受潮而失效，冷卻還可以達(dá)到降濕的目的。濾介質(zhì)受潮而失效，冷卻還可以達(dá)到降濕的目的。93冷卻的設(shè)備94列管式熱交換器沉浸式熱交換器噴淋式熱交換器95列管式空氣冷卻器6、氣液分離器/油水分離器 冷凝水和油霧黏附在纖維表面，可能成為微生物微冷凝水和油霧黏附在纖維表面，可能成為微生物微穿透濾層的途徑，降低過濾效率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)浸潤(rùn)介質(zhì)穿透濾層

58、的途徑，降低過濾效率，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)浸潤(rùn)介質(zhì), ,使過濾介質(zhì)失效，失去除菌作用。使過濾介質(zhì)失效，失去除菌作用。 一般采用油水分離器與除沫器相結(jié)合的方法除塵、一般采用油水分離器與除沫器相結(jié)合的方法除塵、除油、除水。除油、除水。 50m 50m以上的液滴用旋風(fēng)分離器除掉，以上的液滴用旋風(fēng)分離器除掉， 5m 5m以上的液滴用絲網(wǎng)除沫器捕捉。以上的液滴用絲網(wǎng)除沫器捕捉。 近年生產(chǎn)中使用的無油潤(rùn)滑空氣壓縮機(jī)近年生產(chǎn)中使用的無油潤(rùn)滑空氣壓縮機(jī)( (如透平式、如透平式、螺旋桿式螺旋桿式) )免除了油對(duì)壓縮空氣的污染，但空氣中的水分免除了油對(duì)壓縮空氣的污染，但空氣中的水分仍需冷卻除掉，否則也會(huì)影響過濾介質(zhì)的除菌效

59、率。仍需冷卻除掉，否則也會(huì)影響過濾介質(zhì)的除菌效率。 旋風(fēng)分離器：利用離心力進(jìn)行沉降水和油滴；介質(zhì)過濾器：利用慣性進(jìn)行攔截水和油滴。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便；特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便；對(duì)分離對(duì)分離10 10 m m 以上的微粒效率較高，以上的微粒效率較高，但對(duì)但對(duì)10 10 m m 以下的微粒比較困難。以下的微粒比較困難。旋風(fēng)分離器工作原理旋風(fēng)分離器工作原理 內(nèi)部填料可拆換或清洗，內(nèi)部填料可拆換或清洗，使用壽命長(zhǎng)。對(duì)使用壽命長(zhǎng)。對(duì)1m1m以上的霧以上的霧滴除去率滴除去率98%98%。絲網(wǎng)絲網(wǎng)介質(zhì)分離器原理：分離器原理： 0.1-0.4mm7、空氣的加熱、空氣的加熱 一般采用列管式換熱器或套管式加

60、熱器，以降一般采用列管式換熱器或套管式加熱器，以降低空氣相對(duì)濕度低空氣相對(duì)濕度( (要求在要求在60%60%以下以下) )，保證過濾介質(zhì)不，保證過濾介質(zhì)不致受潮失效。致受潮失效。8、空氣除菌、空氣除菌 加熱后的空氣進(jìn)入空氣過濾器加熱后的空氣進(jìn)入空氣過濾器( (介質(zhì)多為棉花活介質(zhì)多為棉花活性炭或玻璃纖維性炭或玻璃纖維) )進(jìn)行除菌。進(jìn)行除菌。 總空氣過濾器一般用總空氣過濾器一般用2 2臺(tái)，交替使用。臺(tái)，交替使用。 每個(gè)發(fā)酵罐前還需單獨(dú)配備分過濾器。每個(gè)發(fā)酵罐前還需單獨(dú)配備分過濾器。 四、空氣過濾器類型空氣除菌空氣除菌 就是除去或殺滅空氣中的微生物。就是除去或殺滅空氣中的微生物。其方法有：其方法有