第四章 生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)課件

生物工藝學(xué)國(guó)家十一五規(guī)劃教材《生物工藝學(xué)》（邱樹(shù)毅主編）配套課件第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)

目錄第一章緒論第二章工業(yè)微生物菌種選育、制備與保藏第三章工業(yè)培養(yǎng)基及其設(shè)計(jì)第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)第五章生物反應(yīng)動(dòng)力學(xué)第六章發(fā)酵過(guò)程原理第七章生物反應(yīng)器及生物工藝過(guò)程的放大第八章生物反應(yīng)過(guò)程參數(shù)檢測(cè)與控制第九章生物產(chǎn)品分離及純化技術(shù)第十章生物產(chǎn)品工藝學(xué)及應(yīng)用第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)

第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)

4.1生物反應(yīng)過(guò)程中無(wú)菌的要求4.2工業(yè)常用無(wú)菌技術(shù)4.2.1干熱滅菌4.2.2濕熱滅菌4.2.3射線滅菌4.2.4化學(xué)藥劑滅菌4.2.5過(guò)濾除菌4.3培養(yǎng)基滅菌4.3.1濕熱滅菌原理4.3.2分批滅菌4.3.3連續(xù)滅菌4.4空氣除菌4.4.1空氣除菌方法4.4.2空氣除菌流程

4.5設(shè)備及管道滅菌第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)

采取措施對(duì)生產(chǎn)過(guò)程涉及到的原料、設(shè)備等進(jìn)行滅菌處理，達(dá)到嚴(yán)格的純種培養(yǎng)條件。通常工業(yè)上采取的主要措施是：(1)對(duì)培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌處理；(2)對(duì)好氧過(guò)程的空氣進(jìn)行滅菌處理；(3)對(duì)生物反應(yīng)器(發(fā)酵罐)及其連接管道進(jìn)行滅菌處理；(4)菌種為無(wú)污染的純粹種子；(5)使生物反應(yīng)器處于正壓環(huán)境；(6)對(duì)培養(yǎng)過(guò)程中補(bǔ)料進(jìn)行滅菌處理等。4.1生物反應(yīng)過(guò)程中無(wú)菌的要求第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)4.2.1干熱滅菌

4.2工業(yè)常用無(wú)菌技術(shù)4.2.2濕熱滅菌

4.2.3射線滅菌

4.2.4化學(xué)藥劑滅菌4.2.5過(guò)濾除菌第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)干熱滅菌時(shí)，微生物主要由于氧化作用而死亡。最常用的方法有以下兩種：(1)灼燒法。常用于實(shí)驗(yàn)室接種針、勺、試管或三角瓶口和棉塞的滅菌，也用于工業(yè)發(fā)酵罐接種時(shí)的火環(huán)保護(hù)。(2)烘箱熱空氣法。將物品放入烘箱內(nèi)，然后升溫至165℃，維持2小時(shí)。經(jīng)過(guò)烘箱熱空氣法可以達(dá)到徹底滅菌的目的。該法適用于玻璃、陶瓷和金屬物品的滅菌。其優(yōu)點(diǎn)是滅菌后物品干燥，缺點(diǎn)是操作所需時(shí)間長(zhǎng)，易損壞物品，對(duì)液體樣品不適用。

4.2.1干熱滅菌

第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)利用飽和蒸汽進(jìn)行滅菌的方法稱為濕熱滅菌。通常濕熱滅菌條件為121℃，維持30min。高壓蒸汽滅菌是實(shí)驗(yàn)室、發(fā)酵工業(yè)生產(chǎn)中最常用的滅菌方法。一般培養(yǎng)基、玻璃器皿、無(wú)菌水、緩沖液、金屬用具等都可以采用此法滅菌。4.2.2濕熱滅菌

第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)射線滅菌是利用紫外線、高能電磁波或放射性物質(zhì)產(chǎn)生的高能粒子進(jìn)行滅菌的方法，其中以紫外線最常用。其殺菌作用主要是因?yàn)閷?dǎo)致DNA胸腺嘧啶間形成胸腺嘧啶二聚體和胞嘧啶水合物，抑制DNA正常復(fù)制。此外，空氣在紫外線輻射下產(chǎn)生的臭氧有一定殺菌作用。

4.2.3射線滅菌

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某些化學(xué)試劑能與微生物發(fā)生反應(yīng)而具有殺菌作用。常用的化學(xué)藥劑有酒精、甲醛、漂白粉(或次氯酸鈉)、高錳酸鉀、環(huán)氧乙烷、季銨鹽等。由于化學(xué)藥劑也會(huì)與培養(yǎng)基中的一些成分作用，且加入培養(yǎng)基后易殘留在培養(yǎng)基內(nèi)，所以，化學(xué)藥劑不能用于培養(yǎng)基的滅菌，一般應(yīng)用于發(fā)酵工廠環(huán)境的消毒。4.2.4化學(xué)藥劑滅菌第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)

過(guò)濾除菌是利用過(guò)濾法阻留微生物以達(dá)到除菌的目的。此法僅適用于不耐高溫的液體培養(yǎng)基組分和空氣的過(guò)濾除菌。工業(yè)上常用過(guò)濾法大量制備無(wú)菌空氣，供好氧微生物的液體深層發(fā)酵使用。4.2.5過(guò)濾除菌第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)4.3.1濕熱滅菌原理

4.3培養(yǎng)基滅菌4.3.2分批滅菌

4.3.3連續(xù)滅菌第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)4.3.1.1微生物熱阻☆每種微生物都有一定的生長(zhǎng)溫度范圍。當(dāng)微生物處于生長(zhǎng)溫度的下限時(shí)，代謝作用幾乎停止而處于休眠狀態(tài)。當(dāng)溫度超過(guò)生長(zhǎng)溫度的上限時(shí)，微生物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)會(huì)發(fā)生不可逆變性，使微生物在很短的時(shí)間內(nèi)死亡，加熱滅菌就是根據(jù)微生物的這一特性進(jìn)行的。☆一般微生物的營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞在60℃加熱10min全部死亡，但細(xì)菌芽孢能耐受較高的溫度，在100℃需要數(shù)分鐘甚至數(shù)小時(shí)才能被殺滅。某些嗜熱菌的芽孢在120℃下需30min甚至更長(zhǎng)時(shí)間才能殺滅。所以，一般衡量滅菌徹底與否，是以能否殺滅芽孢細(xì)菌為標(biāo)準(zhǔn)。

4.3.1濕熱滅菌原理

☆致死溫度：殺死微生物的極限溫度。☆致死時(shí)間：在致死溫度下，殺死全部微生物所需要的時(shí)間。在致死溫度以上，溫度愈高，致死時(shí)間愈短。由于不同種類微生物細(xì)胞及微生物細(xì)胞和微生物孢子對(duì)熱的抵抗力不同，它們的致死溫度和致死時(shí)間也有很大的差別。☆熱阻：微生物對(duì)熱的抵抗力，即指微生物在某一特定條件下(主要是溫度)的致死時(shí)間?！钕鄬?duì)熱阻：指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。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)

在一定溫度下，微生物受熱致死遵循分子反應(yīng)速率理論，微生物受熱死亡的速率－dN/dt在任何瞬間與殘留的活菌數(shù)N成正比，這就是對(duì)數(shù)殘留定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

式中：N—?dú)埩艋罹鷶?shù)，個(gè)；

t—受熱時(shí)間，min；

k—比死亡速率常數(shù)，s-1。k也稱滅菌速率常數(shù)，此常數(shù)大小與微生物種類及滅菌溫度有關(guān)；

dN/dt—活菌數(shù)瞬時(shí)變化速率，即死亡速率。4.3.1.2濕熱滅菌的對(duì)數(shù)殘留定律若開(kāi)始滅菌(t=0)時(shí)，培養(yǎng)基中活的微生物數(shù)為N0，將式上式積分后可得到式中：N0—開(kāi)始滅菌時(shí)原有的活菌數(shù)，個(gè)；

Nt—經(jīng)過(guò)t時(shí)間滅菌后的殘留菌數(shù)，個(gè)。

此式是計(jì)算滅菌的基本公式，從式中可知滅菌時(shí)間取決于污染程度(N0)、滅菌程度(殘留菌數(shù)Nt)和k值。亦可看出，如果要求完全徹底滅菌，即殘留菌數(shù)Nt=0時(shí)，需要的滅菌時(shí)間為無(wú)窮大，此式即無(wú)意義，事實(shí)上是不可能的。因此，工程上進(jìn)行滅菌設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用Nt=0.001，即在1000次滅菌中允許有一次染菌機(jī)會(huì)。

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在實(shí)際過(guò)程中某些微生物受熱死亡的速率是不符合對(duì)數(shù)殘留規(guī)律的。將其N0/Nt對(duì)滅菌時(shí)間t在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)中標(biāo)繪得到的殘留曲線不是直線。呈現(xiàn)這種熱死亡非對(duì)數(shù)動(dòng)力學(xué)行為的主要是一些微生物芽孢。有關(guān)這一類熱死亡動(dòng)力學(xué)的行為，雖然可用多種模型來(lái)描述，但其中以Prokop和Hunphey所提出的“菌體循序死亡模型”最有代表性，其假設(shè)耐熱性微生物芽孢的死亡不是突然的，而是漸變的，即耐熱性芽孢(R型)先轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)熱敏感的中間態(tài)芽孢(S型)，然后轉(zhuǎn)變成死亡的芽孢(D型)，這一過(guò)程可用下式表示

NR—耐熱性活芽孢數(shù)(R型)；NS—敏感性活芽孢數(shù)(S型)；

ND—死亡的芽孢數(shù)(D型)；

4.3.1.3濕熱滅菌的非對(duì)數(shù)殘留定律根據(jù)對(duì)數(shù)殘留定律，聯(lián)立微分方程可得式中：Nt—任一時(shí)刻具有活力的芽孢數(shù)，即Nt=NS+NR；

N0—初始的活芽孢數(shù)；

kR—耐熱性芽孢的比死亡速率，s-1；

kS—敏感性芽孢的比死亡速率，s-1。

在溫度相同時(shí)，對(duì)數(shù)與非對(duì)數(shù)定律的滅菌時(shí)間t不同。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)

當(dāng)培養(yǎng)基受熱溫度從T1上升至T2時(shí)，微生物的比死亡速率常數(shù)k和培養(yǎng)基成分分解破壞的速率常數(shù)k’變化情況為☆對(duì)微生物的死亡情況而言將上述兩式相除并取對(duì)數(shù)后可得☆培養(yǎng)基成分的破壞，同樣也可得兩式相除得

4.3.1.4滅菌溫度和時(shí)間的選擇

在生產(chǎn)中必須選擇既能達(dá)到滅菌目的，又能使培養(yǎng)基成分破壞減少至最少的工藝條件。

微生物的受熱死亡屬于單分子反應(yīng)，其滅菌速率常數(shù)k與溫度之間的關(guān)系可用阿倫尼烏斯方程表示：式中：A—阿倫尼烏斯常數(shù)，s-1；

R—?dú)怏w常數(shù)，8.314J/(mol·K)；

T—熱力學(xué)溫度，K；

△E—微生物死亡活化能，J/mol。

大部分培養(yǎng)基的破壞也可認(rèn)為是一級(jí)分解反應(yīng)，若其他條件不變，培養(yǎng)基成分分解速率常數(shù)和溫度的關(guān)系也可用阿倫尼烏斯方程表示。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)4.3.1.4滅菌溫度和時(shí)間的選擇滅菌溫度/℃完全滅菌時(shí)間/min維生素B1破壞量/%10040099.3110366711515501204271300.581450.0821500.01＜1滅菌溫度和完全滅菌時(shí)間對(duì)維生素B1破壞量的比較

由于滅菌時(shí)殺死微生物的活化能大于培養(yǎng)基成分破壞的活化能△E’，因此隨著溫度的上升，微生物比死亡速率常數(shù)增加倍數(shù)要大于培養(yǎng)基成分破壞分解速率常數(shù)的增加倍數(shù)。也就是說(shuō)，當(dāng)滅菌溫度升高時(shí)，微生物死亡速率大于培養(yǎng)基成分破壞的速率。根據(jù)這一理論，培養(yǎng)基滅菌一般選擇高溫快速滅菌法，換言之，為達(dá)到目的相同的滅菌效果，提高滅菌溫度可以明顯縮短滅菌時(shí)間，并可減少培養(yǎng)基因受熱時(shí)間長(zhǎng)而遭到破壞的損失。

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不同成分的培養(yǎng)基其含菌量是不同的。培養(yǎng)基中微生物數(shù)量越多，達(dá)到無(wú)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)豐富或變質(zhì)的原料中含菌量遠(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)。含芽孢桿菌多的培養(yǎng)基，要適當(dāng)提高滅菌溫度并延長(zhǎng)滅菌時(shí)間。

4.3.1.5影響培養(yǎng)基滅菌的其他因素培養(yǎng)基成分培養(yǎng)基pH培養(yǎng)基物理狀態(tài)泡沫微生物數(shù)量pH對(duì)微生物的耐熱性影響很大，pH為6.0～8.0時(shí)微生物耐熱能力最強(qiáng)，pH小于6.0時(shí)，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。所以培養(yǎng)基pH愈低，滅菌所需時(shí)間愈短。

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)，假如100℃時(shí)液體培養(yǎng)基的滅菌時(shí)間為1h，而固體培養(yǎng)基則需要2～3h才能達(dá)到同樣的滅菌效果。其原因在于液體培養(yǎng)基滅菌時(shí)，熱的傳遞除了傳導(dǎo)作用外還有對(duì)流作用，而固體培養(yǎng)基則只有傳導(dǎo)作用而沒(méi)有對(duì)流作用，另外液體培養(yǎng)基中水的傳熱系數(shù)要比有機(jī)固體物質(zhì)大得多。

泡沫中的空氣形成隔熱層，使傳熱困難，對(duì)滅菌極為不利。因此對(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。

油脂、糖類及一定濃度的蛋白質(zhì)增加了微生物的耐熱性，高濃度有機(jī)物會(huì)在細(xì)胞的周圍形成一層薄膜，從而影響熱的傳入。所以滅菌溫度應(yīng)高些。例如，大腸桿菌在水中加熱到60～65℃便死亡，在10%的糖液中，需70℃處理4～6min，而在30%的糖液中則需70℃處理30min。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)4.3.2分批滅菌

培養(yǎng)基的分批滅菌就是將配制好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐或生物反應(yīng)器中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設(shè)備儀器進(jìn)行滅菌的操作過(guò)程，也稱為實(shí)罐滅菌，而若反應(yīng)中沒(méi)有物料，則稱為空消，空消是對(duì)發(fā)酵罐設(shè)備及其周邊連接管道進(jìn)行滅菌處理。優(yōu)點(diǎn)：培養(yǎng)基的分批滅菌不需要專門的滅菌設(shè)備，對(duì)蒸汽要求低，投資少，設(shè)備簡(jiǎn)單，滅菌效果可靠。缺點(diǎn)：蒸汽消耗量大，造成鍋爐負(fù)荷波動(dòng)大；滅菌溫度低時(shí)間長(zhǎng)以及升降溫時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)培養(yǎng)基破壞大。應(yīng)用：分批滅菌是中、小型發(fā)酵罐經(jīng)常采用的一種培養(yǎng)基滅菌方法。

分批滅菌在所用的發(fā)酵罐中進(jìn)行。將培養(yǎng)基在配制罐中配好以后，用泵通過(guò)專用管道輸入發(fā)酵罐中，然后用直接蒸汽或間接蒸汽加熱到滅菌溫度(一般121℃)在此溫度維持一定時(shí)間，再冷卻到發(fā)酵所需溫度，完成滅菌過(guò)程。

分批滅菌過(guò)程包括升溫、維持和冷卻三個(gè)階段，通常100℃以下的溫度對(duì)滅菌沒(méi)有太多貢獻(xiàn)，在實(shí)際過(guò)程中是忽略的，升溫是指從100℃升到121℃的情況，而冷卻是指121℃冷卻到100℃時(shí)的情況，在這兩個(gè)溫度段，加熱升溫和冷卻對(duì)滅菌是有貢獻(xiàn)的。為了使滅菌處理得到期望的結(jié)果，Deindoerfer引入了▽來(lái)測(cè)定滅菌度(N0/N)

。▽＝ln

Deindoerfer還假設(shè)各階段滅菌效果可以疊加，即▽總＝▽加熱＋▽維持＋▽冷卻＝ln

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例：一萬(wàn)升培養(yǎng)基在發(fā)酵罐中于121℃分批滅菌，各階段的時(shí)間分別為：升溫從100～121℃，37分鐘，保持121℃，10分鐘，從121℃冷卻到100℃，13分鐘，計(jì)算▽總。解：由表4－5，從100～121℃的▽值累加為11.36，由于實(shí)際升溫過(guò)程為37分鐘，而不是20分鐘，實(shí)際有更多的滅菌處理。則：▽加熱＝11.36×37/20＝21.016同樣，從121℃冷卻到100℃，在20分鐘時(shí)間內(nèi)▽值為11.36，由于實(shí)際冷卻時(shí)間為13分鐘，滅菌過(guò)程實(shí)際更少，則▽冷卻＝11.36×13/20＝7.384保持階段.▽＝kt，k＝1.83(121℃)▽保持＝1.83×10＝18.3所以，▽總＝▽加熱＋▽維持＋▽冷卻＝21.016＋7.384＋18.3＝46.7

一般來(lái)說(shuō)，在培養(yǎng)基分批滅菌，使用Richards方法計(jì)算有大約5％的偏差，其最大優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單，這樣，在滅菌過(guò)程中可很快調(diào)整滅菌過(guò)程中出現(xiàn)的失誤。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)分批滅菌操作：發(fā)酵罐上一般裝有空氣管道，取樣用的取樣管道，放料用的出料管道，接種管道，消泡管道，補(bǔ)料管道，調(diào)節(jié)pH用的酸堿管道以及控制培養(yǎng)溫度用的降溫水管道。降溫水管是與夾套或蛇管連接，與發(fā)酵罐內(nèi)部不相通。

4.3.2分批滅菌

注意事項(xiàng)：★滅菌之前，進(jìn)行分空氣過(guò)濾器滅菌并用空氣吹干?！锓湃A套或蛇管中的冷水，進(jìn)料完畢，并開(kāi)動(dòng)攪拌器以防料液沉淀?！镩_(kāi)始滅菌時(shí)，開(kāi)啟夾套蒸汽閥，緩慢進(jìn)蒸汽，使料液間接加熱至80℃左右后關(guān)閉夾套蒸汽閥?！飶娜庸芎头帕瞎芟蚬迌?nèi)通入蒸汽，培養(yǎng)基溫度達(dá)到121℃，罐壓達(dá)1×105Pa(表壓)時(shí)，安裝在發(fā)酵罐上封頭的接種、補(bǔ)料、消泡劑、酸、堿管道應(yīng)排氣，并調(diào)節(jié)好各進(jìn)氣和排氣閥門，使罐壓和溫度保持在這一水平進(jìn)行保溫。★在保溫階段，凡進(jìn)口在培養(yǎng)基液面下的各管道以及顯示鏡管都應(yīng)通入蒸汽，在液面上的其余各管道則應(yīng)排放蒸汽，這樣才能保證滅菌徹底，不留死角?！锉亟Y(jié)束后，依次關(guān)閉各排氣，進(jìn)氣閥門，待罐內(nèi)壓力低于空氣壓力后，向罐內(nèi)通入無(wú)菌空氣，在夾套或蛇管中通冷卻水，使培養(yǎng)基溫度降到所需溫度。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌就是將配好的培養(yǎng)基在向發(fā)酵罐等培養(yǎng)裝置輸送的同時(shí)進(jìn)行加熱、保溫和冷卻的滅菌過(guò)程。圖4-1連續(xù)滅菌過(guò)程中溫度變化優(yōu)點(diǎn)：①培養(yǎng)基成分破壞少；②發(fā)酵罐利用率高；③提高產(chǎn)量；④產(chǎn)品質(zhì)量較易控制；⑤蒸汽負(fù)荷均衡，鍋爐利用率高，操作方便；⑥適宜采用自動(dòng)控制；⑦降低勞動(dòng)強(qiáng)度。4.3.3連續(xù)滅菌缺點(diǎn)：①氣壓要求高于0.5MP；②滅菌設(shè)備復(fù)雜，投資大。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)常用連續(xù)滅菌工藝流程4.3.3.1連消塔—噴淋冷卻流程

4.3.3.2噴射加熱—真空冷卻流程

4.3.3.3板式換熱器滅菌流程第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)4.3.3.1連消塔—噴淋冷卻流程1-配料預(yù)熱罐2-連消泵3-連消塔4-維持罐5-噴淋冷卻器圖4-2連消塔--噴淋冷卻流程配好的培養(yǎng)基用泵打人連消塔與蒸汽直接混合，達(dá)到滅菌溫度后進(jìn)入維持罐，維持一定時(shí)間后經(jīng)噴淋冷卻器冷卻至一定溫度后進(jìn)入發(fā)酵罐。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)基本設(shè)備一般包括：①配料預(yù)熱罐，將配好的料液預(yù)熱到60～70℃，以避免滅菌時(shí)由于料液與蒸汽溫度相差過(guò)大而產(chǎn)生水汽撞擊聲；②連消塔，連消塔的作用主要是使高溫蒸汽與料液迅速接觸混合，并使料液的溫度很快升高到滅菌溫度(126～132℃)；③維持罐，連消塔加熱的時(shí)間很短，光靠這段時(shí)間的滅菌是不夠的，需要在維持罐高溫保溫；④冷卻管，從維持罐出來(lái)的料液要經(jīng)過(guò)冷卻管進(jìn)行冷卻，生產(chǎn)上一般采用冷卻水噴淋冷卻，冷卻到40～50℃后，輸送到預(yù)先已經(jīng)滅菌過(guò)的罐內(nèi)。4.3.3.1

連消塔—噴淋冷卻流程第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)圖4-3噴射加熱--真空冷卻流程4.3.3.2噴射加熱—真空冷卻流程

培養(yǎng)基用泵打入噴射加熱器，以較高速度自噴嘴噴出，借高速流體的抽吸作用與蒸汽混合后進(jìn)人管道維持器，經(jīng)一定維持時(shí)間后通過(guò)一膨脹閥進(jìn)入真空閃急蒸發(fā)室，因真空作用使水分急驟蒸發(fā)而冷卻到70～80℃左右，再進(jìn)入發(fā)酵罐冷卻到接種溫度。

流程優(yōu)點(diǎn)：加熱和冷卻在瞬間完成，營(yíng)養(yǎng)成分破壞最少。注意：恒定滅菌溫度的控制第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)圖4-4薄板換熱器連續(xù)滅菌流程4.3.3.3板式換熱器滅菌流程★流程中采用了薄板換熱器作為培養(yǎng)液的加熱和冷卻器，培養(yǎng)液在設(shè)備中同時(shí)完成預(yù)熱、滅菌及冷卻過(guò)程?！锢冒迨綗峤粨Q器進(jìn)行連續(xù)滅菌時(shí)，加熱和冷卻培養(yǎng)液所需要的時(shí)間比使用噴射式連續(xù)滅菌稍長(zhǎng)，但滅菌周期比間歇滅菌短得多?！镉捎跍缇囵B(yǎng)液的預(yù)熱過(guò)程同時(shí)為滅菌培養(yǎng)液的冷卻過(guò)程，所以節(jié)約了蒸汽及冷卻水的用量。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)連續(xù)滅菌優(yōu)勢(shì)：1、高溫快速滅菌，對(duì)培養(yǎng)基成分破壞少；2、耐熱性物料和熱敏性物料可在不同溫度下分開(kāi)滅菌；碳源和氮源可分開(kāi)滅菌，以免醛基和氨基發(fā)生反應(yīng)生成有害物。需注意：1、黏度高或固體成分多的培養(yǎng)基連續(xù)滅菌，必須避免管道過(guò)長(zhǎng)，或盡可能將淀粉質(zhì)原料先液化。2、采用連續(xù)滅菌時(shí)，發(fā)酵罐應(yīng)提前空消，加熱器、維持罐及冷卻器也應(yīng)先滅菌。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)4.4.1空氣除菌方法4.4

空氣除菌4.4.2空氣除菌流程

空氣除菌就是除去或殺滅空氣中的微生物，可使用介質(zhì)過(guò)濾、輻射、化學(xué)藥品、加熱、靜電吸附等方法。其中，介質(zhì)過(guò)濾和靜電吸附方法是利用分離過(guò)程把微生物粒子除去，其余的方法是使微生物蛋白質(zhì)變性失活。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)4.4.1.1熱殺菌

熱殺菌是一種有效的、可靠的方法。采用蒸汽或電加熱空氣；利用空氣被壓縮時(shí)產(chǎn)生的熱量進(jìn)行加熱保溫殺菌，并安裝分過(guò)濾器將空氣進(jìn)一步過(guò)濾，然后再進(jìn)入發(fā)酵罐。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)

X-射線、β-射線、紫外線、超聲波、γ-射線等從理論上都能破壞蛋白質(zhì)活性而起殺菌作用。但應(yīng)用較廣泛的還是紫外線，它的波長(zhǎng)在253.72～256nm時(shí)殺菌效力最強(qiáng)，它的殺菌力與紫外線的強(qiáng)度成正比，與距離的平方成反比。紫外線通常用于超凈臺(tái)、無(wú)菌室和醫(yī)院手術(shù)室等空氣對(duì)流不大的環(huán)境消毒殺菌。但殺菌效率低，殺菌時(shí)間長(zhǎng)，一般要結(jié)合甲醛或苯酚噴霧等來(lái)保證無(wú)菌室的高度無(wú)菌。4.4.1.2輻射殺菌第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)4.4.1.3靜電除菌

靜電除塵是利用靜電引力吸附帶電粒子而達(dá)到除菌除塵的目的，主要去除空氣中的水霧、油霧、塵埃和微生物。常用于潔凈工作臺(tái)和潔凈室所需無(wú)菌空氣的預(yù)處理，再配合高效過(guò)濾器使用。懸浮于空氣中的微生物，其孢子大多帶有不同的電荷；沒(méi)有帶電荷的微粒在進(jìn)入高壓靜電場(chǎng)時(shí)都會(huì)被電離變成帶電微粒。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)4.4.1.4過(guò)濾除菌法

過(guò)濾除菌是目前最常用的空氣除菌方法，它采用定期滅菌的干燥介質(zhì)來(lái)阻截濾過(guò)的空氣所含的微生物，從而獲得無(wú)菌空氣。原理：微粒隨空氣流通過(guò)過(guò)濾層時(shí)濾層纖維所形成的網(wǎng)格阻礙氣流前進(jìn)，使氣流無(wú)數(shù)次改變運(yùn)動(dòng)速度和運(yùn)動(dòng)方向而繞過(guò)纖維前進(jìn)，這些改變引起微粒對(duì)濾層纖維產(chǎn)生慣性沖擊、重力沉降、攔截滯留、布朗擴(kuò)散、靜電吸引等作用而把微粒截留在纖維表面。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)4.4.2空氣除菌流程

空氣除菌流程是按發(fā)酵生產(chǎn)時(shí)對(duì)無(wú)菌空氣的要求，如無(wú)菌程度、空氣壓力、溫度和濕度等，并結(jié)合采氣環(huán)境的空氣條件和所用除菌設(shè)備的特性，根據(jù)空氣的性質(zhì)制定的。吸風(fēng)條件壓縮和鼓風(fēng)冷卻除水去油霧過(guò)濾第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)4.4.2空氣除菌流程4.4.2.1兩極冷卻、加熱除菌流程4.4.2.2冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程4.4.2.3高效前置過(guò)濾空氣除菌流程4.4.2.4利用熱空氣加熱冷空氣的流程第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)4.4.2.1兩極冷卻、加熱除菌流程旋風(fēng)分離器特點(diǎn)：兩次冷卻、兩次分離、適當(dāng)加熱。兩次冷卻、兩次分離油水的好處是能提高傳熱系數(shù)，節(jié)約冷卻水，油水分離得比較完全。

適用：比較完善的除菌流程，能適應(yīng)各種氣候條件，充分分離油水，尤其適用潮濕的地區(qū)及對(duì)無(wú)菌程度要求比較高的微生物工程產(chǎn)品。第四章生物工藝過(guò)程中的無(wú)菌技術(shù)4.4.2.2冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程

1-粗過(guò)濾器;2-壓縮機(jī);3-貯罐;4-冷卻器;5-絲網(wǎng)分離器;6-過(guò)濾器圖4-6冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程

壓縮空氣從貯罐出來(lái)后分成兩部分，一部分進(jìn)入冷卻器，冷卻到較低溫度，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，此時(shí)混合空氣已達(dá)到溫度為30~35℃，相對(duì)濕度為50％~60％的要求，再進(jìn)入過(guò)濾器過(guò)濾．特點(diǎn)：省去二次冷卻、分離設(shè)備和空氣加熱設(shè)備，流程比較簡(jiǎn)單，利用壓縮空氣來(lái)加熱析水后的空氣，冷卻水用量少等。適用：中等含濕地區(qū)，但不適合于空氣含濕量高