發(fā)酵工程：培養(yǎng)基滅菌與空氣凈化

培養(yǎng)基滅菌與空氣凈化

第一節(jié)培養(yǎng)基滅菌

一、滅菌的原理和方法

消毒（disinfection）與滅菌（sterilization）的區(qū)別？

消毒是指用物理或化學(xué)方法殺死物料、容器、器具內(nèi)外的病原微生物。一般只能殺死營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死細(xì)菌芽孢。例如，巴氏消毒法，是將物料加熱至60℃維持30min，以殺死不耐高溫的微生物營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞。

滅菌是用物理或化學(xué)方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物，包括營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)菌芽孢和孢子。

消毒不一定能達(dá)到滅菌要求，而滅菌則可達(dá)到消毒的目的。

防腐（antisepsis）

防腐就是利用某種理化因素完全抑制霉腐微生物的生長(zhǎng)繁殖，從而達(dá)到防止食品等發(fā)生霉腐的措施。（1）低溫（4）高滲（2）缺氧（5）高酸度（3）干燥（6）防腐劑

除菌的方法

培養(yǎng)基的加熱滅菌空氣的過濾除菌紫外線或電離輻射化學(xué)藥物滅菌1.化學(xué)試劑滅菌法

甲醛、乙醇或新潔爾滅、高錳酸鉀等適用范圍：環(huán)境、皮膚及器械的表面消毒2.射線滅菌法3.干熱滅菌法

電磁波、紫外線或放射性物質(zhì)適用范圍：無菌室、接種箱常用烘箱，滅菌條件：160℃下保溫1h適用范圍：金屬或玻璃器皿4.濕熱滅菌法

利用飽和蒸汽滅菌，條件：121℃，30min適用范圍：生產(chǎn)設(shè)備及培養(yǎng)基滅菌5.過濾除菌法

利用過濾方法阻留微生物適用范圍：制備無菌空氣

6.火焰滅菌法

火焰適用范圍：接種針、玻璃棒、三角瓶口

二、培養(yǎng)基的濕熱滅菌

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)。

將配制好的培養(yǎng)基同時(shí)放在發(fā)酵罐或其他裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設(shè)備一起進(jìn)行加熱滅菌的過程，也稱實(shí)罐滅菌。（一）間歇滅菌

（常用）24016012080時(shí)間（min)050100150溫度升溫冷卻保溫培養(yǎng)基間歇滅菌過程中的溫度變化情況過程包括：升溫、保溫和冷卻三階段。各階段對(duì)滅菌的貢獻(xiàn)：

20%、75%、5%。發(fā)酵罐蒸汽蒸汽冷卻水無菌培養(yǎng)基配料罐泵加熱塔維持罐冷卻管（二）連續(xù)滅菌（又稱連消）

將培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外通過連續(xù)滅菌裝置進(jìn)行加熱、保溫和冷卻而進(jìn)行滅菌。

連續(xù)滅菌的基本設(shè)備有哪些？問題連續(xù)滅菌的流程與設(shè)備（1）配料預(yù)熱罐，將配制好的料液預(yù)熱到60

70°C，以免連續(xù)滅菌時(shí)由于料液與蒸汽溫度相差過大而產(chǎn)生水汽撞擊聲；（2）連消塔，用高溫蒸汽使料液溫度很快升高到滅菌溫度（126

132°C）；（3）維持罐，使料液在滅菌溫度下保持5

7min。因?yàn)椋哼B消塔加熱的時(shí)間很短，光靠這段時(shí)間的滅菌是不夠的；（4）冷卻管，使料液冷卻到40

50°C后（冷水噴淋），輸送到預(yù)先滅菌過的罐內(nèi)。

連續(xù)滅菌過程中溫度的變化(虛線)

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.不適合含大量固體物料的滅菌。間歇滅菌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（三）間歇滅菌與連續(xù)滅菌的比較

第二節(jié)空氣凈化（除菌）發(fā)酵對(duì)空氣無菌程度的要求

一般要求1000次使用周期中只允許有一個(gè)菌通過，即經(jīng)過濾后空氣的無菌程度為N=10-3?？諝庵形⑸?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?；覊m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）。一、空氣除菌的方法

（一）輻射殺菌（二）熱殺菌

（三）靜電除菌（四）過濾除菌

二、空氣過濾除菌的原理與介質(zhì)

1.過濾除菌的種類絕對(duì)過濾：過濾介質(zhì)的濾孔小于細(xì)胞和孢子。如聚乙烯醇縮甲醛樹脂（PVF）制成的0.3

m的微孔濾膜。深層介質(zhì)過濾：介質(zhì)的孔隙一般大于微生物細(xì)胞。如用棉花、玻璃纖維和顆?；钚蕴刻畛涞倪^濾器。2.深層介質(zhì)過濾的原理

微粒隨氣流通過濾層時(shí)，由于濾層纖維的層層阻礙，使氣流出現(xiàn)無數(shù)次改變運(yùn)動(dòng)速度和方向的繞流運(yùn)動(dòng)，引起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、靜電引力等作用把微粒滯留在纖維表面上，實(shí)現(xiàn)過濾的目的。

3.空氣過濾除菌介質(zhì)

（１）纖維狀或顆粒狀過濾介質(zhì)棉花：常用，有彈性，纖維長(zhǎng)度適中。玻璃纖維：纖維直徑小，不易折斷，過濾效果好。活性炭：要求質(zhì)地堅(jiān)硬，顆粒均勻。

缺點(diǎn)：體積大，裝填費(fèi)時(shí)費(fèi)力，松緊度不易掌握，空氣壓降大。（２）紙類過濾介質(zhì)——超細(xì)玻璃纖維紙

3

6張疊在一起使用，過濾效率高，壓降小。缺點(diǎn)：強(qiáng)度不大（特別是受潮后）。發(fā)酵生產(chǎn)中制備無菌空氣的

大致過程

空氣空壓機(jī)貯氣罐冷卻除油水加熱空氣預(yù)處理總過濾器分過濾器無菌空氣

空氣過濾三、空氣的預(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)置粗過濾器

——捕集較大的灰塵顆粒，并保護(hù)空壓機(jī)。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。

高效前置過濾除菌流程

１——高效前置過濾器２——壓縮機(jī)３——貯罐４——冷卻器５——絲網(wǎng)分離器６——加熱器７——過濾器

2.空氣壓縮和壓縮空氣的冷卻（1）空氣壓縮：克服輸送過程中過濾介質(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。

因?yàn)閴嚎s后的高溫空氣能引起過濾介質(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。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。3.壓縮空氣的除油除水

冷卻降溫后的空氣濕度增大，會(huì)使過濾介質(zhì)受潮失效。

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。旋風(fēng)分離器

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)。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，輸入過濾器。用列管換熱器?？諝膺^濾除菌設(shè)備流程空壓機(jī)儲(chǔ)罐二級(jí)冷卻加熱器空氣過濾粗過濾四、