工業(yè)發(fā)酵滅菌

關于工業(yè)發(fā)酵滅菌概述1、發(fā)酵工業(yè)大都是純種培養(yǎng)，生產(chǎn)過程只能有生產(chǎn)菌，不允許有其他菌（危害）2、保證純種發(fā)酵，在生產(chǎn)菌種接種之前要對培養(yǎng)基、空氣系統(tǒng)、流加料、發(fā)酵罐及管道系統(tǒng)等滅菌，對環(huán)境要消毒.第2頁,共33頁，2024年2月25日，星期天幾個概念：消毒：用物理或化學方法殺死物料、容器、環(huán)境中的一切病原微生物（表面）一般只能殺死營養(yǎng)細胞而不能殺死細菌芽孢。滅菌：用物理或化學方法殺死或除去所有微生物除菌：采用過濾方法除去空氣或液體中的微生物或孢子。第3頁,共33頁，2024年2月25日，星期天

第一節(jié)滅菌方法

一、滅菌方法1熱滅菌法2輻射滅菌法3化學滅菌法4過濾除菌法第4頁,共33頁，2024年2月25日，星期天1、熱滅菌法：

原理：加熱使微生物蛋白質變性包括：干熱滅菌法、濕熱滅菌法（1）

干熱滅菌法火焰滅菌：采用火焰直接殺死微生物。如接種針、接種環(huán)等的滅菌。該方法應用范圍有限。第5頁,共33頁，2024年2月25日，星期天干熱滅菌：概念：在紅外線或電熱作用下，在設備內(nèi)加熱，主要用于保持干燥的物料、器具等滅菌。方法：常用在烘箱內(nèi)，烘箱內(nèi)的溫度160~170度，維持1~2小時第6頁,共33頁，2024年2月25日，星期天注意：不能超過180度、滅菌物體不能放得太緊、降溫時緩緩進行、溫度降到80度以下時才能開烘箱門。原理：氧化作用缺點：干熱的穿透力弱，微生物對干熱的耐受力比濕熱強很多，需要的滅菌溫度相比較要高，時間要長。第7頁,共33頁，2024年2月25日，星期天（2）

濕熱滅菌原理：借助蒸汽釋放的熱，使微生物細胞中的蛋白質、核酸、酶分子內(nèi)的化學鍵，特別是氫鍵受到破壞，引起不可逆的變性，使微生物死亡。熱阻：微生物在某一種條件下的致死時間。適用范圍；廣泛用于生產(chǎn)設備、培養(yǎng)基的滅菌。第8頁,共33頁，2024年2月25日，星期天同溫下相對于干熱滅菌，殺菌效力更強。原因：（1）濕熱條件下，菌體吸收水分，蛋白質更易凝固。原因：含水量加大，所需凝固溫度降低。（2）濕熱蒸汽的穿透力大（3）濕熱的蒸汽有潛熱存在濕熱滅菌方法分為：煮沸滅菌法、巴氏消毒法、間歇式、高壓蒸汽滅菌法第9頁,共33頁，2024年2月25日，星期天煮沸法：將要消毒的物品放入水中煮沸（100度）。煮沸時間：

15—20分，殺死微生物營養(yǎng)細胞

1—2h，殺死芽孢。加碳酸鈉或石炭酸(0.5%)對象：適用食品或器材的消毒第10頁,共33頁，2024年2月25日，星期天巴氏消毒法：待消毒的物體在60～62℃加熱30min或在70℃加熱15min，殺死病原菌和一部分微生物。對象：牛奶、啤酒、黃酒、醬油等食品特點：不損害某些食品的營養(yǎng)價值和色香味舉例：啤酒的滅菌第11頁,共33頁，2024年2月25日，星期天間歇滅菌法：采用反復幾次常壓蒸汽滅菌法。殺死微生物營養(yǎng)體和芽孢。具體方法：待滅菌物品，放入滅菌器中加熱到100℃，維持30～60min，取出，冷卻，37℃恒溫箱中培養(yǎng)1小時，次日同法處理。共三次對象：不宜高壓滅菌的物質。如糖類明膠牛奶培養(yǎng)基等第12頁,共33頁，2024年2月25日，星期天高壓蒸汽滅菌：主要使用密閉的高壓蒸汽滅菌鍋。使用廣泛。方法：壓力0.1MPa，溫度121度，維持15—30min.注意事項：滅菌完畢，緩緩減壓第13頁,共33頁，2024年2月25日，星期天總結優(yōu)缺點：濕熱滅菌優(yōu)點：蒸汽來源容易、蒸汽穿透力強，滅菌徹底、蒸汽有很大潛熱、可調(diào)節(jié)壓強濕熱滅菌的缺點：設備費用高，不能用于怕受潮的物料的滅菌。第14頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2輻射滅菌輻射滅菌：利用高能量的電磁輻射和微粒輻射來殺死微生物。紫外線最為常用。適用范圍：接種室，超凈工作臺、無菌培養(yǎng)室及物質表面。注意事項：紫外線穿透率力底，只能用于表面滅菌。30W紫外線燈照射30min，可取到殺菌效果。一般和化學試劑合用第15頁,共33頁，2024年2月25日，星期天紫外線滅菌機理：使微生物的DNA鏈斷裂，破壞核糖和磷酸的連接引起DNA分子內(nèi)或分子間氫鍵斷裂，使微生物死亡第16頁,共33頁，2024年2月25日，星期天

化學滅菌法化學滅菌法：化學藥品直接作用于微生物將其殺死的方法。適用范圍：生產(chǎn)車間、無菌室、實驗室、接種前的小型器具及手的消毒。使用方法：浸泡、添加、擦拭、噴灑等第17頁,共33頁，2024年2月25日，星期天

化學滅菌機理化學物質容易與微生物細胞中的某種成分產(chǎn)生化學反應。如蛋白質變性、酶類失活、破壞細胞膜通透性，殺滅微生物。注：不適合培養(yǎng)基的滅菌，適用于局部空間或器械的滅菌。例：P46常用化學滅菌劑，共7種第18頁,共33頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)培養(yǎng)基和發(fā)酵設備的滅菌一、培養(yǎng)基滅菌條件的選擇條件選擇原則：能達到滅菌、營養(yǎng)基成分破壞最少。1、滅菌溫度和時間選擇：（對數(shù)殘留定律）營養(yǎng)成分破壞分解反應：dc/dt=-kc(k為速率常數(shù)）阿累尼烏斯方程：K’=A’e-E’/RT(1)菌體死亡也屬一級動力學：K=Ae-E/RT(2)由（1）和（2），得到結論：隨著溫度的升高，滅菌反應速度常數(shù)的增加倍數(shù)大于營養(yǎng)成分破壞反應速度常數(shù)增加的倍數(shù)。用Q10表示。滅菌方法：采取高溫快速滅菌

第19頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2、影響培養(yǎng)基滅菌效果的因素（1）培養(yǎng)基的成分油脂、糖類、蛋白質、低質量分數(shù)（1%--2%）NaCl溶液（2）pH值：pH為6—8，微生物最耐熱，pH小于6，氫離子易滲入微生物細胞內(nèi)，改變細胞生理反應促使其死亡。pH愈低，滅菌所需時間愈短。（3）培養(yǎng)基中的顆粒。顆粒大，滅菌易；顆粒小，滅菌難（4）泡沫：泡沫中的空氣形成隔熱層，傳熱困難。難以殺死微生物。第20頁,共33頁，2024年2月25日，星期天二、培養(yǎng)基的滅菌方法（一）分批滅菌是在每批培養(yǎng)基全部流入發(fā)酵罐后，就在罐內(nèi)通入蒸汽，加熱至滅菌溫度后，維持一定時間，再冷卻到接種溫度。實罐滅菌時，發(fā)酵罐與培養(yǎng)基一起滅菌。特點：不需要其他附屬設備，操作簡單，為常用的滅菌方法缺點：加熱和冷卻時間長，營養(yǎng)隨時間增長而降低，發(fā)酵罐利用率低，不能采用高溫快速滅菌工藝。罐體容積越大，，加熱和冷卻時間越長。分批滅菌時間：T總=t1+t2+t3。其中t1、t2、t3分別為加熱、維持、冷卻時間注意事項：預熱時間、操作、管道的銜接處等的滅菌問題第21頁,共33頁，2024年2月25日，星期天（二）、連續(xù)滅菌（連消）指培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外經(jīng)過一套滅菌設備連續(xù)的加熱滅菌冷卻后送入已滅菌的發(fā)酵罐的滅菌工藝過程。溫度：126—132度，總蒸汽壓力：0.044—0.049MPa以上。優(yōu)點：營養(yǎng)成分破壞少，發(fā)酵罐非生產(chǎn)占用時間短，容積利用率高，蒸汽負荷均勻，鍋爐利用率高，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。缺點：不能用于黏度大、固形物含量高的培養(yǎng)基；增加了連續(xù)滅菌設備、增加了染菌概率。分類：按設備和工藝來分：（1）蒸汽直接加熱連續(xù)滅菌（2）蒸汽間接加熱連續(xù)滅菌第22頁,共33頁，2024年2月25日，星期天1、蒸汽直接加熱連續(xù)滅菌系統(tǒng)定義：蒸汽直接加入到培養(yǎng)基中，快速加熱到殺菌溫度，維持一段時間，冷卻到發(fā)酵溫度的過程。分兩種形式：（1）連消塔、維持罐和冷卻器組成連續(xù)滅菌系統(tǒng)配料罐將培養(yǎng)基預熱到60—70度，防止培養(yǎng)基在殺菌時料液與蒸汽溫度相差過大，而產(chǎn)生水汽撞擊聲（危害）連消塔使培養(yǎng)基迅速升溫（20s)（126—132度）維持塔：使培養(yǎng)基溫度保持在滅菌溫度下一段時間（5—7min)冷卻塔：將培養(yǎng)基迅速冷卻到40—50度，輸送到滅菌后的發(fā)酵罐內(nèi)。第23頁,共33頁，2024年2月25日，星期天（2）噴射加熱、維持管和真空冷卻器組成的連消系統(tǒng)蒸汽直接噴入培養(yǎng)基中，培養(yǎng)液急速升溫到預定滅菌溫度，培養(yǎng)基在此溫度下，維持一定時間后，通過一膨脹閥進入真空冷卻器而迅速冷卻。保證培養(yǎng)基先進先出，避免過熱或滅菌不徹底。優(yōu)點：升溫快、營養(yǎng)成分損失少、缺點：培養(yǎng)基隨蒸汽冷凝而稀釋。第24頁,共33頁，2024年2月25日，星期天2、蒸汽間接加熱連續(xù)滅菌系統(tǒng)蒸汽不直接與培養(yǎng)基接觸，通過熱交換器對培養(yǎng)基加熱熱交換器有：板式和螺旋板式兩種螺旋板式特點：適用于含固行懸浮物的培養(yǎng)基滅菌。流道寬，流速快，減少熱交換器表面的結垢。滅菌過程：新鮮培養(yǎng)基→殘熱回收器→加熱到90~120℃→

第二個熱交換器→140℃→維持30~120S→

第三個熱交換器（冷卻）→到符合要求溫度的培養(yǎng)基（20~30S）注意：含淀粉的培養(yǎng)基，要水或酶解含顆粒的培養(yǎng)基，增加滅菌時間第25頁,共33頁，2024年2月25日，星期天三、發(fā)酵設備滅菌1、實罐滅菌：培養(yǎng)基同發(fā)酵罐一起滅菌2、培養(yǎng)基連續(xù)滅菌：空罐先滅菌。

方法：蒸汽，壓力為0.147~0.180Mpa,45~60min.空消之后不能立即冷卻，用無菌空氣保壓，滅菌后的培養(yǎng)基或相關物料輸入后，冷卻。發(fā)酵用。

附屬設備滅菌：

（1）分空氣過濾器。發(fā)酵罐前滅菌（2）補料罐：滅菌溫度確定要視物料情況（3）補料管路、消泡劑管路與補料罐、油管等同時滅菌第26頁,共33頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)空氣除菌

概述1、需氧發(fā)酵需要氧氣，特別是深層發(fā)酵要不斷將空氣通入發(fā)酵罐。2、空氣中有微生物和灰塵等，在通入發(fā)酵罐前要嚴格處理3、發(fā)酵類型不同，對于空氣的無菌程度要求不同。4、發(fā)酵工業(yè)無菌空氣的制備方法：介質過濾除菌法第27頁,共33頁，2024年2月25日，星期天

一、空氣中的微生物分布特點

附著在塵埃和霧沫上、數(shù)量和分布隨地區(qū)、高低、季節(jié)、空氣中塵埃多少不同而不同。

二、空氣除菌方法加熱滅菌法、靜電除菌法、介質過濾除菌法。（一）加熱滅菌法：將空氣加熱到一定溫度，維持一段時間，殺滅空氣中微生物的方法。工業(yè)化采用空氣空氣壓縮過程產(chǎn)生的熱量滅菌。（對于無菌程度要求不高的發(fā)酵過程可采用）（二）靜電除菌。灰塵和細菌的空氣，產(chǎn)生電離，產(chǎn)生的離子使灰塵和微生物成為載電體，捕集在電極上。（三）介質過濾除菌：空氣通過經(jīng)高溫滅菌過的介質過濾層，微生物等顆粒阻截在介質層。工業(yè)上大多數(shù)采用。第28頁,共33頁，2024年2月25日，星期天

三、介質過濾除菌

按機制分：絕對介質過濾除菌、深層介質過濾除菌（一）絕對介質過濾除菌過濾介質之間的空隙小于被濾除微生物。過濾介質是各種微孔濾膜。由超細纖維制成，孔徑小于0.45um.

工業(yè)化：折疊膜濾芯的過濾器。（二）深層介質過濾除菌過濾介質空隙和過濾介質纖維的直徑大于被除去微生物。

第29頁,共33頁，2024年2月25日，星期天除菌機制：網(wǎng)格阻礙氣流直線前進，氣流改變方向和速度，引起微粒與濾層纖維產(chǎn)生碰撞、阻截、靜電吸附和擴散等。被截流在介質中。（1）、慣性碰撞作用：微粒慣性較大，不能及時改變方向，沖到縣委表面，摩擦黏附。作用大小取決于顆粒的動能、纖維阻