發(fā)酵工程 4 發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)

4發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)思索題1、發(fā)酵工業(yè)中污染雜菌的危害及其預(yù)防措施2、滅菌、消毒、除菌與防腐3、滅菌的常用方法及其機(jī)理4、濕熱滅菌的實(shí)際計(jì)算5、空氣滅菌的常用方法6、簡(jiǎn)述好氧發(fā)酵無(wú)菌空氣制備的工藝流程與要求。什么是染菌？發(fā)酵過(guò)程中除了消費(fèi)菌以外，還有其它菌生長(zhǎng)繁衍。一、發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌處置滅菌〔sterilization〕是指用物理或化學(xué)方法殺滅或去除物料或設(shè)備中一切有生命物質(zhì)的過(guò)程。滅菌本質(zhì)上可分殺菌和溶菌兩種，前者指菌體雖死，但形體尚存，后者那么指菌體殺死后，其細(xì)胞發(fā)生溶化、消逝的景象。消毒〔disinfection〕是指用化學(xué)或物理的方法殺滅或去除病原微生物的過(guò)程，它普通只能殺死營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞而不能殺滅細(xì)菌芽孢。消毒是一種采用較溫暖的理化要素，僅殺死物體外表或內(nèi)部一部分對(duì)人體有害的病原菌，而對(duì)被消毒的物體根本無(wú)害的措施。除菌〔degerming〕是用過(guò)濾方法除去空氣或液體中的微生物及其孢子。防腐〔antisepsis〕就是利用某種理化要素完全抑制霉腐微生物的生長(zhǎng)繁衍，從而到達(dá)防止食品等發(fā)生霉腐的措施。如低溫、缺氧、枯燥、高滲、添加防腐劑等。1〕由于雜菌污染，使發(fā)酵培育基因雜菌的耗費(fèi)而損失，呵斥產(chǎn)率的下降；2〕由于雜菌所產(chǎn)生的某些代謝產(chǎn)物，或染菌后發(fā)酵液某些理化性質(zhì)的改動(dòng)，使產(chǎn)物的提取變得困難，呵斥得率降低或使產(chǎn)質(zhì)量量下降；3〕污染的雜菌能夠會(huì)分解產(chǎn)物而使消費(fèi)失?。欢?、雜菌污染的危害4〕污染的雜菌大量繁衍，會(huì)改動(dòng)反響介質(zhì)的pH，從而使生物化學(xué)反響發(fā)生異常變化；5〕發(fā)生噬菌體污染，微生物細(xì)胞被裂解而使消費(fèi)失敗等。三、發(fā)酵污染及其危害的詳細(xì)分析1、染菌對(duì)不同菌種發(fā)酵的影響細(xì)菌：發(fā)酵周期短，主要防止噬菌體的污染；營(yíng)養(yǎng)缺陷型細(xì)菌：生長(zhǎng)才干差，所需培育基營(yíng)養(yǎng)豐富，易受生長(zhǎng)較快雜菌的污染；霉菌：發(fā)酵周期較長(zhǎng)，易染菌。對(duì)于有機(jī)酸發(fā)酵，中、后期pH較低不易發(fā)生染菌；酵母：易受生長(zhǎng)較快的細(xì)菌及野生酵母的污染。放線菌由于生長(zhǎng)的最適pH為7左右，因此染細(xì)菌為多，而霉菌生長(zhǎng)pH為5左右，因此染酵母菌為多。青霉素發(fā)酵染菌，絕大多數(shù)雜菌都能直接產(chǎn)生青霉素酶，而另一些雜菌那么可被青霉素誘導(dǎo)而產(chǎn)生青霉素酶。不論在發(fā)酵前期、中期或后期，染有能產(chǎn)生青霉素酶的雜菌，都能使青霉素迅速破壞。不同產(chǎn)品鏈霉素、四環(huán)素、紅霉素、卡那霉素等雖不象青霉素發(fā)酵染菌那樣一無(wú)所得，但也會(huì)呵斥不同程度的危害。如雜菌大量耗費(fèi)營(yíng)養(yǎng)干擾消費(fèi)菌的正常代謝；改動(dòng)pH，降低產(chǎn)量?；尹S霉素、制霉菌素、克念菌素等抗生素抑制霉菌，對(duì)細(xì)菌幾乎沒(méi)有抑制和殺滅作用。不同產(chǎn)品對(duì)疫苗消費(fèi)危害很大。如今疫苗多采用深層培育，這是一類不加提純而直接運(yùn)用的產(chǎn)品，在其深層培育過(guò)程中，一旦污染雜菌，不論死菌、活菌或內(nèi)外毒素，都應(yīng)全部廢棄。因此，發(fā)酵罐容積越大，污染雜菌后的損失也越大。2、污染不同種類和性質(zhì)的微生物的影響〔1〕污染噬菌體噬菌體的感染力很強(qiáng)，傳播蔓延迅速，也較防治，故危害極大。污染噬菌體后，可使發(fā)酵產(chǎn)量大幅度下降，嚴(yán)重的呵斥斷種，被迫停產(chǎn)?！?〕污染其它雜菌有些雜菌會(huì)使消費(fèi)菌自溶產(chǎn)生大量泡沫，即使添加消泡劑也無(wú)法控制逃液，影響發(fā)酵過(guò)程的通氣攪拌。有的雜菌會(huì)使發(fā)酵液發(fā)臭、發(fā)酸，致使pH下降，使不耐酸的產(chǎn)品破壞。特別是染芽孢桿菌，由于芽孢耐熱，不易殺死，往往一次染菌后會(huì)反復(fù)染菌。由于接種量較小，消費(fèi)菌生長(zhǎng)一開(kāi)場(chǎng)不占優(yōu)勢(shì)，而且培育基營(yíng)養(yǎng)豐富，容易污染雜菌。種子染菌對(duì)發(fā)酵危害極大，應(yīng)嚴(yán)厲控制種子染菌，如在此階段染菌，應(yīng)將培育液全部廢棄。3、不同發(fā)酵時(shí)期染菌對(duì)發(fā)酵的影響〔1〕種子培育期染菌〔2〕發(fā)酵前期染菌發(fā)酵前期最易染菌。緣由發(fā)酵前期菌量不很多，與雜菌沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；且還未合成產(chǎn)物〔抗生素〕或產(chǎn)生很少，抵御雜菌才干弱。在這個(gè)時(shí)期要特別警惕以防止染菌的發(fā)生。措施可以用降低培育溫度，調(diào)整補(bǔ)料量，用酸堿調(diào)pH值，縮短培育周期等措施予以補(bǔ)救。假設(shè)前期染菌，且培育基養(yǎng)料耗費(fèi)不多，可以重新滅菌，補(bǔ)加一些營(yíng)養(yǎng)，重新接種再用。發(fā)酵中期染菌，處置困難，危害很大?！?〕發(fā)酵中期染菌發(fā)酵中期染菌會(huì)嚴(yán)重干擾產(chǎn)生菌的代謝。雜菌大量產(chǎn)酸，培育液pH下降；糖、氮耗費(fèi)快，發(fā)酵液發(fā)粘，菌絲自溶，產(chǎn)物分泌減少或停頓，有時(shí)甚至?xí)挂旬a(chǎn)生的產(chǎn)物分解。有時(shí)也會(huì)使發(fā)酵液發(fā)臭，產(chǎn)生大量泡沫。措施降溫培育，減少補(bǔ)料，親密留意代謝變化情況。假設(shè)發(fā)酵單位到達(dá)一定程度可以提早放罐，或者抗生素消費(fèi)中可以將高單位的發(fā)酵液保送一部分到染菌罐，抑制雜菌?！?〕發(fā)酵后期染菌發(fā)酵后期發(fā)酵液內(nèi)已積累大量的產(chǎn)物，特別是抗生素，對(duì)雜菌有一定的抑制或殺滅才干。因此假設(shè)染菌不多，對(duì)消費(fèi)影響不大。假設(shè)染菌嚴(yán)重，又破壞性較大，可以提早放罐。4、雜菌污染對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物提取和產(chǎn)質(zhì)量量的影響1〕發(fā)酵染菌對(duì)過(guò)濾的影響染菌的發(fā)酵液普通發(fā)粘，菌體大多數(shù)自溶，所以在發(fā)酵液過(guò)濾時(shí)不能或很難構(gòu)成濾餅，導(dǎo)致過(guò)濾困難。污染雜菌的種類對(duì)過(guò)濾的影響程度有差別，如污染霉菌時(shí)，影響較小，而污染細(xì)菌時(shí)很難過(guò)濾。由于過(guò)濾困難，過(guò)濾時(shí)間拉長(zhǎng)，影響發(fā)酵液儲(chǔ)罐和過(guò)濾設(shè)備的周轉(zhuǎn)運(yùn)用，破壞了消費(fèi)平衡。染菌發(fā)酵液還會(huì)因過(guò)濾困難而大幅度降低過(guò)濾收率，直接影響提取總收率。2〕發(fā)酵染菌對(duì)提取的影響染菌發(fā)酵液中含有比正常發(fā)酵液更多的水溶性蛋白和其它雜質(zhì)。采用有機(jī)溶劑萃取的提煉工藝，那么極易發(fā)生乳化，很難使水相和溶劑相分別，影響進(jìn)一步提純。采用直接用離子交換樹(shù)脂的提取工藝，如鏈霉素、慶大霉素，染菌后大量雜菌黏附在離子交換樹(shù)脂外表，或被離子交換樹(shù)脂吸附，大大降低離子交換樹(shù)脂的交換容量，而且有的雜菌很難用水沖洗干凈，洗脫時(shí)與產(chǎn)物一同進(jìn)入洗脫液，影響進(jìn)一步提純。四、雜菌污染的防治1、染菌的檢查顯微鏡檢查法：平板劃線培育檢查法：肉湯培育檢查法：發(fā)酵過(guò)程的異常景象察看法：溶解氧、pH、尾氣中的CO2含量、發(fā)酵液黏度、顏色等的異常變化，都能夠是發(fā)生染菌的重要信息。溶解氧程度的異常變化污染好氧性雜菌，溶解氧在短時(shí)間內(nèi)下降，并接近零值，長(zhǎng)時(shí)間不能上升；污染非好氧性雜菌，消費(fèi)菌遭到抑制，耗氧量減少，溶解氧升高。pH異常對(duì)于污染產(chǎn)酸菌或利用碳源效率高生長(zhǎng)較快的雜菌，會(huì)使pH迅速下降。尾氣中CO2含量異常污染雜菌，糖耗加快，CO2含量添加；感染噬菌體，糖耗減慢，CO2含量減少。2、污染的緣由分析染菌的緣由復(fù)雜，包括種子帶菌、空氣帶菌、設(shè)備滲漏、培育基或補(bǔ)料液滅菌不徹底、操作失誤、技術(shù)管理不善等。日本工業(yè)技術(shù)院發(fā)酵研討所多年來(lái)抗生素發(fā)酵染菌緣由分析工程百分率%種子帶菌或疑心種子帶菌9.64接種時(shí)罐壓跌零0.19培育基滅菌不透0.79總空氣系統(tǒng)有菌19.96泡沫冒頂0.48夾套穿孔12.36盤(pán)管穿孔5.89接種管穿孔0.39閥門(mén)滲漏1.45攪拌軸密封滲漏2.09罐蓋漏1.54其它設(shè)備滲漏10.13操作緣由10.15緣由不明24.941〕從污染雜菌的種類分析污染耐熱芽孢桿菌：培育基或設(shè)備滅菌不徹底；污染不耐熱雜菌：種子帶菌、空氣除菌不徹底、設(shè)備滲漏或操作問(wèn)題；污染淺綠色菌落雜菌：冷卻盤(pán)管滲漏引起；污染霉菌：無(wú)菌室滅菌不徹底，或操作問(wèn)題；污染酵母菌：糖液滅菌不徹底。2〕從污染時(shí)間分析發(fā)酵前期染菌：種子帶菌、培育基或設(shè)備滅菌不徹底、操作不當(dāng)或空氣帶菌；發(fā)酵后期染菌：中間補(bǔ)料污染、設(shè)備滲漏或操作問(wèn)題。3〕從染菌程度分析多個(gè)罐染菌：種子帶菌、空氣系統(tǒng)問(wèn)題；個(gè)別罐染菌：設(shè)備問(wèn)題、操作不當(dāng)。3、雜菌污染的途徑及其預(yù)防措施1〕種子帶菌種子帶菌又分為種子本身帶菌和種子培育過(guò)程中染菌。加強(qiáng)種子管理，嚴(yán)厲無(wú)菌操作，種子本身帶菌是可以抑制的。種子培育過(guò)程染菌與發(fā)酵一樣有許多要素呵斥。防止種子帶菌制備種子時(shí)對(duì)沙土管及搖瓶嚴(yán)厲加以控制。沙土制備時(shí)要多次間歇滅菌留意接種時(shí)的無(wú)菌操作子瓶、母瓶的移種和培育無(wú)菌室和搖床間都要堅(jiān)持清潔。無(wú)菌室內(nèi)要供應(yīng)恒溫恒濕的無(wú)菌空氣，還要裝紫外燈用以滅菌，或用化學(xué)藥品滅菌。無(wú)菌室要求在無(wú)菌室中裝有紫外燈，翻開(kāi)紫外燈，照半小時(shí)，關(guān)燈后15分鐘再接種。用消毒藥水如新潔而滅配成1/1000濃度擦桌子、拖地，開(kāi)啟超凈臺(tái)的通風(fēng)，接種時(shí)必需在超凈臺(tái)上操作，超凈臺(tái)裝有一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，進(jìn)風(fēng)口有一粗過(guò)濾器，出風(fēng)口有高效過(guò)濾器，保證無(wú)菌風(fēng)從超凈臺(tái)吹出，外界有菌空氣不能夠進(jìn)入接種區(qū)域，保證無(wú)菌條件。接種人員必需穿好無(wú)菌服，戴好口罩，手用酒精棉球擦干凈。2〕空氣帶菌從日本工業(yè)技術(shù)院分析空氣帶菌而呵斥的染菌為19.96％。國(guó)內(nèi)外空氣除菌技術(shù)雖已有較大改善，但依然沒(méi)有使染菌率降低到理想的程度。由于空氣除菌系統(tǒng)較為復(fù)雜，環(huán)節(jié)多，偶遇不慎便會(huì)導(dǎo)致空氣除菌失敗。防止空氣引起的染菌空氣過(guò)濾除菌設(shè)備流程空壓機(jī)儲(chǔ)罐二級(jí)冷卻加熱器空氣過(guò)濾器粗過(guò)濾空氣冷卻器的列管穿孔泄露，冷卻水會(huì)滲入到空氣中，呵斥染菌。棉花-活性炭過(guò)濾器長(zhǎng)期運(yùn)用后，棉花和活性炭的體積被緊縮而松動(dòng)，假設(shè)上下端棉花鋪得厚薄不均，厚的一邊阻力大空氣不暢通，薄的一邊空氣容易經(jīng)過(guò)，久而久之，薄的一邊長(zhǎng)期受空氣頂吹而使棉花活性炭改動(dòng)位置，呵斥過(guò)濾器失效。過(guò)濾器用蒸汽滅菌時(shí)，假設(shè)被蒸汽冷凝水潤(rùn)濕就會(huì)降低或喪失過(guò)濾效能，滅菌終了應(yīng)立刻緩慢通入緊縮空氣，將水分吹干。3〕設(shè)備滲漏設(shè)備滲漏包括夾套穿孔、盤(pán)管穿孔、接種管穿孔、閥門(mén)滲漏、攪拌軸滲漏、罐蓋漏和其它設(shè)備漏等。從日本工業(yè)技術(shù)院發(fā)酵研討所對(duì)染菌緣由分析發(fā)現(xiàn)，這類染菌占33.85％。所以說(shuō)加強(qiáng)設(shè)備本身及附屬零部件的嚴(yán)密度檢查，對(duì)制服染菌是極其主要的，也是重要的。防止設(shè)備滲漏發(fā)酵設(shè)備及附件由于化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕，物料與設(shè)備摩擦呵斥機(jī)械磨損以及加工制造不良等緣由會(huì)導(dǎo)致設(shè)備及附件滲漏。設(shè)備上一旦滲漏，就會(huì)呵斥染菌，例如冷卻盤(pán)管、夾套穿孔滲漏，有菌的冷卻水便會(huì)經(jīng)過(guò)漏孔而進(jìn)入發(fā)酵罐中招致染菌。閥門(mén)滲漏也會(huì)使帶菌的空氣或水進(jìn)入發(fā)酵罐而呵斥染菌。設(shè)備上的漏隙假設(shè)肉眼能看見(jiàn)，容易發(fā)現(xiàn)，也容易治理；但有的微小走漏，肉眼看不見(jiàn)，必需經(jīng)過(guò)一定的試漏方法才干發(fā)現(xiàn)。試漏方法可采用水壓試漏法。即被測(cè)設(shè)備的出口處裝上壓力表，將水壓入設(shè)備，待設(shè)備中壓力上升到要求壓力，封鎖進(jìn)出水，看壓力有否下降。壓力下降那么有滲漏。但有些滲漏很小，看不出何處漏水，可以用稀堿溶液壓入設(shè)備，然后用蘸有酚酞的紗布揩，只需酚酞能變紅處即為滲漏處。閥門(mén)滲漏可以用集氣桶來(lái)試漏。方法是先在集氣桶中裝滿水，然后封鎖一切閥門(mén)，向發(fā)酵罐中通入空氣，使罐壓上升到要求壓力，普通一公斤以上。由于集氣桶連通各管道，察看哪根管子冒泡，即這根管子的閥門(mén)漏氣。4〕滅菌不徹底滅菌技術(shù)的好壞與滅菌質(zhì)量很有關(guān)系蒸汽通入培育基。升溫快慢、保溫時(shí)間、泡沫的產(chǎn)生；蒸汽總壓能否到達(dá)要求規(guī)范環(huán)境中的雜菌數(shù)量因季節(jié)而有很大差別。如上海第四制藥廠在卡那霉素消費(fèi)中，于炎熱的夏季將延續(xù)滅菌預(yù)熱至800C的培育基采樣培育，可發(fā)現(xiàn)無(wú)法計(jì)數(shù)的大量的芽孢桿菌；而在冬季取樣的培育中，那么僅發(fā)現(xiàn)2～3個(gè)芽孢桿菌。原資料儲(chǔ)存和保管，如液胨、玉米漿、母液糖等有機(jī)原料——雜菌的數(shù)量發(fā)酵罐、培育基配制罐等設(shè)備的清洗質(zhì)量——有無(wú)滅菌的死角對(duì)減少或防止染菌依然是非常必要的。五、發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)1．化學(xué)試劑滅菌法：常用試劑有甲醛、氯氣〔或次氯酸鈉〕、高錳酸鉀、環(huán)氧乙烷、季銨鹽〔如新潔爾滅〕、臭氧等。這些物質(zhì)易與微生物細(xì)胞中的一些成分產(chǎn)生化學(xué)反響，如使蛋白量變性、酶類失活、破壞細(xì)胞膜通透性而殺滅微生物。由于化學(xué)試劑也會(huì)與培育基中的一些成分作用，而且參與培育基后不易去除，它不能用于培育基的滅菌，但染菌后的培育基可用化學(xué)藥劑處置。2．輻射滅菌：利用高能量的電磁輻射和微粒輻射來(lái)殺滅微生物。如紫外線〔穿透力低，僅適用于外表消毒和空氣消毒〕與菌體核酸的光化學(xué)反響而使菌體死亡；〔0.01-0.14nm〕的X射線、Co60產(chǎn)生的γ射線，它們含極高的能量，可使菌體內(nèi)的水和有機(jī)物產(chǎn)生劇烈的離子化反響，構(gòu)成OH-、H2O2和有機(jī)過(guò)氧化物，從而在微生物體內(nèi)引起氧化連鎖反響，導(dǎo)致微生物菌體迅速死亡。近年興起了微波滅菌。3．過(guò)濾除菌法適用于廓清液體和氣體的除菌。是將液體或氣體用微孔薄膜過(guò)濾，使大于孔徑的細(xì)菌等微生物顆粒阻留，從而到達(dá)除菌目的。用于遇熱容易變性而失效的試劑或培育液。4．高溫滅菌法：1〕干熱滅菌法160℃下保溫1-2小時(shí)。干熱對(duì)微生物有氧化、使細(xì)胞蛋白量變性和電解質(zhì)濃縮等效應(yīng)而使菌體死亡。2〕火焰滅菌法滅菌徹底，但僅適用于接種針、玻璃棒、三角瓶口等的滅菌。3〕濕熱滅菌法(工業(yè)上的蒸氣滅菌安裝)：濕熱滅菌要比干熱滅菌更有效，這一方面是由于濕熱易于傳送熱量，蒸汽具有很強(qiáng)的穿透才干，而且在冷凝時(shí)會(huì)放出大量的冷凝熱，另一方面是由于濕熱更易破壞堅(jiān)持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的氫鍵等構(gòu)造，從而加速其變性。很容易使蛋白質(zhì)凝固而殺死各種微生物。普通的濕熱滅菌條件：121℃，30min。高壓蒸汽滅菌是發(fā)酵工業(yè)最常用的方法，能有效地殺滅雜菌，但高溫也破壞培育基的營(yíng)養(yǎng)成分。消除高溫有害影響的措施〔1〕對(duì)易破壞的含糖培育基進(jìn)展滅菌時(shí)，應(yīng)先將糖液與其他成分分別滅菌后再合并；〔2〕對(duì)含Ca2+或Fe3+的培育基與磷酸鹽先作分別滅菌，然后再混合，就不易構(gòu)成磷酸鹽沉淀；〔3〕對(duì)含有在高溫下易破壞成分的培育基〔如含糖組合培育基〕可進(jìn)展低壓滅菌〔在112℃即0.57kg／cm2或8磅／英寸2下滅菌15分鐘〕或間歇滅菌；〔4〕在大規(guī)模發(fā)酵工業(yè)中，可采用延續(xù)加壓滅菌法進(jìn)展培育基的滅菌。4)間歇滅菌法，又稱丁達(dá)爾滅菌法或分段滅菌法。適用于不耐熱培育基的滅菌。方法是：將待滅菌的培育基在80～100℃下蒸煮15～60分鐘，以殺死其中一切微生物的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞，然后置室溫或37℃下保溫過(guò)夜，誘導(dǎo)殘留的芽孢發(fā)芽，第二天再以同法蒸煮和保溫過(guò)夜，如此延續(xù)反復(fù)3天，即可在較低溫度下到達(dá)徹底滅菌的效果。滅菌設(shè)備

高壓蒸汽滅菌

消費(fèi)中運(yùn)用高壓蒸汽滅菌鍋的型號(hào)很多：手提式滅菌鍋立式或臥式滅菌鍋大型滅菌鍋六、發(fā)酵培育基與設(shè)備管道滅菌某些分子的分解和分子內(nèi)部的重新陳列的反響屬于單分子反響。雜菌雖然是一個(gè)復(fù)雜的高分子體系，但其受熱被殺死，主要緣由是高溫能使蛋白量變性，這種反響屬與單分子反響，因此雜菌在一定溫度下受熱死亡也遵照單分子反響方程。1、濕熱滅菌原理對(duì)微生物進(jìn)展?jié)駸釡缇鷷r(shí)，培育基中的微生物受熱死亡的速率與殘存的微生物數(shù)量成正比，即式中，N為培育基中活微生物的個(gè)數(shù)；t為微生物受熱時(shí)間；k為比死亡速率。假設(shè)開(kāi)場(chǎng)滅菌時(shí)〔t＝0〕，培育基中活微生物數(shù)為N0，將上式積分可得即隨溫度的變化，比死亡速率k值有很大的變化，溫度對(duì)k的影響遵照阿侖尼烏斯定律。或A－阿累尼烏斯常數(shù)，1/s，對(duì)指定反響來(lái)說(shuō)為一常數(shù)；E－反響的活化能；R－摩爾氣體常數(shù)；T－熱力學(xué)溫度。由實(shí)驗(yàn)測(cè)得一微生物死亡反響在一系列不同溫度時(shí)的k值，以對(duì)作圖，可得不斷線。直線的斜率為，截距為，可求得該反響的活化能。培育基在滅菌以前，存在各種各樣的微生物，它們的k各不一樣，k值越小，那么此微生物越耐熱。在計(jì)算時(shí)，可以對(duì)熱抵抗力較大的芽孢桿菌的k進(jìn)展計(jì)算，這時(shí)A可以取1.34×1036s-1，E可以取2.844×105J/mol，這樣得到了只隨滅菌溫度而變的滅菌速率常數(shù)k的簡(jiǎn)化計(jì)算公式，即假設(shè)要求滅菌后絕對(duì)無(wú)菌，即N=0，那么從上面公式可以看出滅菌時(shí)間t將等于無(wú)窮大，這是不能夠的，故培育液滅菌后，以在培育液中還殘留一定活菌數(shù)進(jìn)展計(jì)算。工程上，通常以=10-3個(gè)/罐，即雜菌污染降低到被處置的每1000罐中只殘留1個(gè)活菌的程度，此數(shù)已滿足消費(fèi)要求。某發(fā)酵罐，內(nèi)裝培育基80m3，在121℃下進(jìn)展分批滅菌。設(shè)每毫升培育基中含耐熱的芽孢為107個(gè)，求滅菌時(shí)間？影響培育基滅菌的要素1〕pH值的影響pH值對(duì)微生物的耐熱性影響很大，pH為6.0－8.0時(shí)微生物最不易死亡，pH<6.0時(shí)氫離子易滲入微生物的細(xì)胞內(nèi)。2〕培育基成分培育基的成分中，油脂、糖類、蛋白質(zhì)都是傳熱的不良介質(zhì)，會(huì)添加微生物的耐熱性，使滅菌困難。濃度較高的培育基相對(duì)需求較高溫度和較長(zhǎng)時(shí)間滅菌。高濃度的鹽類，色素那么減弱其耐熱性，故較易滅菌。3〕培育基中的顆粒物質(zhì)培育基中的顆粒物質(zhì)大，滅菌困難，反之，滅菌容易。普通說(shuō)來(lái)，含有顆粒對(duì)培育基滅菌影響不大，但在培育基混有較大顆粒，特別是存在凝結(jié)成團(tuán)的膠體時(shí)，會(huì)影響滅菌效果，必需過(guò)濾除去。2、分批滅菌培育基的分批滅菌就是將配制好的培育基放在發(fā)酵罐或其他容器中，通入蒸汽將培育基和所用設(shè)備一同滅菌的操作過(guò)程，也稱實(shí)罐滅菌。在工業(yè)上，培育基的分批滅菌無(wú)需專門(mén)的滅菌設(shè)備，設(shè)備投資少，滅菌效果可靠，對(duì)滅菌用蒸汽要求低〔0.2-0.3Mpa表壓〕，但因其滅菌溫度低、時(shí)間長(zhǎng)而對(duì)培育基成分破壞大，對(duì)操作難于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制。分批滅菌的過(guò)程包括升溫、保溫暖降溫三個(gè)階段。1〕培育基的預(yù)熱滅菌時(shí)培育基需經(jīng)過(guò)夾套或蛇管先加熱到80－90℃，然后再導(dǎo)入蒸汽升溫至120－130℃。預(yù)熱的目的一是防止直接導(dǎo)入蒸汽時(shí)由于培育基與蒸汽的溫差過(guò)大而產(chǎn)生大量冷凝水使培育基稀釋；二是防止直接導(dǎo)入蒸汽所呵斥的泡沫急劇上升而引起物料外溢。2〕培育基滅菌將蒸汽從進(jìn)氣口、排料口或取樣口直接導(dǎo)入罐內(nèi)，使罐溫上升至120－130℃，并保溫30min。3〕降溫封鎖蒸汽，先自然冷卻10分鐘左右，通冷卻水進(jìn)展冷卻，當(dāng)罐內(nèi)溫度降至70℃以下時(shí)，啟動(dòng)攪拌槳攪拌，慢速攪動(dòng)培育基，加速冷卻。當(dāng)蒸汽閥門(mén)封鎖以及通冷卻水后，發(fā)酵罐的罐壓將迅速下降，當(dāng)罐內(nèi)壓力降至0.03MPa時(shí)，必需間隙開(kāi)啟進(jìn)氣閥，讓無(wú)菌空氣進(jìn)入發(fā)酵罐內(nèi)，并使罐壓堅(jiān)持在0.03-0.05MPa之間，以罐內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓而吸入外界空氣。在引入無(wú)菌空氣前，罐內(nèi)壓力必需低于空氣壓力，否那么罐內(nèi)物料〔培育基〕將倒流進(jìn)展空氣過(guò)濾器。滅菌時(shí)總蒸汽壓力不低于0.3-0.4Mpa，運(yùn)用壓力不低于0.2Mpa。應(yīng)該指出，在分批滅菌時(shí)，升溫階段對(duì)滅菌亦是有奉獻(xiàn)的。3、培育基的延續(xù)滅菌延續(xù)滅菌就是將配制好的培育基在通入發(fā)酵罐時(shí)進(jìn)展加熱、保溫、降溫的滅菌過(guò)程，也稱之為連消。延續(xù)滅菌時(shí)，培育基在短時(shí)間內(nèi)被加熱到滅菌溫度〔普通為130-140度〕，短時(shí)間保溫〔普通為5-8min〕后，被快速冷卻，再進(jìn)入早已滅菌終了的發(fā)酵罐。組成培育基的不同成分〔耐熱與不耐熱、糖與氮源〕可在不同溫度下分開(kāi)滅菌，以減少培育基受熱破壞的程度。培育基的延續(xù)滅菌具有對(duì)培育基破壞小、可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、提高發(fā)酵罐的設(shè)備利用率、蒸汽用量平穩(wěn)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛運(yùn)用，尤其在培育基體積較大時(shí)。但對(duì)加熱蒸汽的壓力要求較高，普通不小于0.45Mpa。同時(shí)延續(xù)滅菌需求一組附加設(shè)備，設(shè)備投資大。培育基連消工藝流程圖分批滅菌與延續(xù)滅菌的比較滅菌方式

優(yōu)點(diǎn)

缺陷

延續(xù)滅菌

1、滅菌溫度高，可減少培育基中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的損失；

2、操作條件恒定，滅菌質(zhì)量穩(wěn)定；

3、易于實(shí)現(xiàn)管道化和自控操作；

4、防止了反復(fù)的加熱和冷卻，提高了熱的利用率；

5、發(fā)酵設(shè)備利用率高；

1、對(duì)設(shè)備的要求高，需另外設(shè)置加熱冷卻安裝；

2、操作較費(fèi)事；

3、染菌的時(shí)機(jī)多；

4、不適宜于含大量固體物料的滅菌；

5、對(duì)蒸汽的要求高；

分批滅菌

1、設(shè)備要求低，不需另外的加熱冷卻裝置；

2、操作要求低，適于手動(dòng)操作；

3、適宜于小批量消費(fèi)規(guī)模；

4、適宜于含有大量固體物質(zhì)的培育基的滅菌；

1、培育基的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損失較多，滅菌后培養(yǎng)基的質(zhì)量下降；

2、需進(jìn)展反復(fù)的加熱和冷卻，能耗較高；

3、不適宜于大規(guī)模消費(fèi)過(guò)程的滅菌；

4、發(fā)酵罐的利用率較低；

七、空氣除菌好氣性發(fā)酵過(guò)程中需求大量的無(wú)菌空氣，空氣要作到絕對(duì)無(wú)菌在目前是不能夠的，也是不經(jīng)濟(jì)的。發(fā)酵對(duì)無(wú)菌空氣的要求是：無(wú)菌，無(wú)灰塵，無(wú)雜質(zhì)，無(wú)水，無(wú)油，正壓等幾項(xiàng)目的；發(fā)酵對(duì)無(wú)菌空氣的無(wú)菌程度要求是：只需在