發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)課件

第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)本章內(nèi)容一、概念

二、發(fā)酵工業(yè)污染的防治策略三、發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)四、培養(yǎng)基及設(shè)備滅菌

五、空氣除菌4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)一、概念滅菌(sterilization):用化學(xué)或物理方法殺死物料或設(shè)備中所有有生命物質(zhì)的過(guò)程。

消毒(disinfection):用物理或化學(xué)方法殺死空氣、地表以及容器和器具表面的微生物。

除菌(degermation):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):用物理或化學(xué)方法殺死或抑制微生物的生長(zhǎng)和繁殖

。四者的區(qū)別在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)二、發(fā)酵工業(yè)污染的防治策略（一）污染的危害（二）污染的防治

染菌的不良后果

染菌危害的具體分析染菌的檢查與判斷污染原因分析預(yù)防4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)染菌的不良后果

消耗營(yíng)養(yǎng)合成其他產(chǎn)物；菌體自溶、發(fā)粘等造成分離困難改變pH分解產(chǎn)物噬菌體破壞極大4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)染菌危害的具體分析染菌對(duì)不同菌種發(fā)酵的影響雜菌污染對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物提取和產(chǎn)品質(zhì)量的影響不同發(fā)酵時(shí)期染菌對(duì)發(fā)酵的影響4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)細(xì)菌谷氨酸：發(fā)酵周期短，培養(yǎng)基不太豐富，較少染雜菌，但噬菌體威脅大。肌苷：缺陷型生產(chǎn)菌，培養(yǎng)基豐富，易染菌，營(yíng)養(yǎng)成分迅速被消耗，嚴(yán)重抑制菌生長(zhǎng)和合成代謝產(chǎn)物。

霉菌PenG：青霉素水解酶上升，PenG迅速破壞，發(fā)酵一無(wú)所獲。檸檬酸：pH2.0，不易染菌，主要防止前期染菌。染菌對(duì)不同菌種發(fā)酵的影響124發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)酵母菌易污染細(xì)菌以及野生酵母菌

疫苗無(wú)論污染的是活菌、死菌或內(nèi)外毒素，都應(yīng)全部廢棄。染菌對(duì)不同菌種發(fā)酵的影響124發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)種子擴(kuò)大時(shí)期染菌

滅菌后棄去發(fā)酵前期染菌

應(yīng)迅速重新滅菌，補(bǔ)充必要的營(yíng)養(yǎng)成分，重新接種發(fā)酵中期染菌

挽救困難，應(yīng)早發(fā)現(xiàn)，快處理，處理方法應(yīng)根據(jù)各種發(fā)酵的特點(diǎn)和具體情況來(lái)決定發(fā)酵后期污染染菌量不太多，可繼續(xù)發(fā)酵污染嚴(yán)重，則提前放罐不同發(fā)酵時(shí)期染菌對(duì)發(fā)酵的影響4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)檸檬酸發(fā)酵

污染細(xì)菌

加大通風(fēng)，加速產(chǎn)酸，調(diào)pH3.0，抑制細(xì)菌污染酵母

加入0.025~0.035g/LCuSO4抑制酵母；通風(fēng)加大，加速產(chǎn)酸。污染黃曲霉

加入另一罐將近發(fā)酵成熟的醪液，pH下降，黃曲霉自溶。污染青霉菌

在pH很低下能夠生長(zhǎng)。提前放罐。具體情況4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)絲狀菌發(fā)酵被產(chǎn)酸菌污染 pH不斷下降，菌絲大量自溶，發(fā)酵液粘度增加，過(guò)濾困難

處理方法：①將發(fā)酵液加熱后再加助濾劑；②先加絮凝劑使蛋白質(zhì)凝聚后沉淀雜菌分泌較多蛋白質(zhì)雜質(zhì)

對(duì)發(fā)酵后處理過(guò)程中采用溶媒萃取的提取工藝非常不利，使水相和溶媒之間極易發(fā)生乳化雜菌污染對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物提取和產(chǎn)品質(zhì)量的影響4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)顯微鏡檢查法鏡檢出雜菌需要一定時(shí)間平板法

平板劃線培養(yǎng)或斜面培養(yǎng)檢查法：菌落噬菌體檢查可采用雙層平板法：噬菌斑肉湯培養(yǎng)檢查法發(fā)酵過(guò)程的異常現(xiàn)象判斷DO2水平異常變化pH異常變化尾氣CO2異常變化染菌的檢查與判斷4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)12DO2水平異常變化4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)早期污染可能與①②④⑤→接種操作不當(dāng)有關(guān)后期污染可能與③⑤及中間補(bǔ)料有關(guān)。耐熱芽孢桿菌：與④有關(guān)球菌、無(wú)芽孢桿菌：與①②③⑤有關(guān)霉菌：與④⑤有關(guān)，即無(wú)菌室滅菌不徹底或操作問(wèn)題酵母菌：糖液滅菌不徹底或放置時(shí)間較長(zhǎng)各個(gè)發(fā)酵罐或多數(shù)發(fā)酵罐染菌，且所污染的是同一種雜菌，一般是空氣系統(tǒng)問(wèn)題，若個(gè)別罐連續(xù)染菌，一般是設(shè)備問(wèn)題。①種子帶菌②無(wú)菌空氣帶菌③設(shè)備滲漏④滅菌不徹底⑤操作失誤污染原因分析時(shí)間雜菌種類(lèi)染菌幅度4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)種子帶菌的防治

滅菌徹底接種可靠：無(wú)菌室及設(shè)備可靠，無(wú)菌操作可靠保藏可靠過(guò)濾空氣帶菌的防治設(shè)備的滲漏或“死角”造成的染菌及其防治預(yù)防124發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)培養(yǎng)基與設(shè)備滅菌不徹底的防治原料性狀：大顆粒的原料過(guò)篩除去。實(shí)罐滅菌時(shí)要充分排除罐內(nèi)冷空氣。滅菌過(guò)程中產(chǎn)生的泡沫造成染菌：添加消泡劑防止泡沫升頂連消不徹底：最好采用自動(dòng)控制裝置滅菌后期罐壓驟變死角

預(yù)防124發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)法蘭、內(nèi)襯、接口、表頭、罐內(nèi)部件及其支撐件如攪拌軸拉桿、聯(lián)軸器、冷卻盤(pán)管、擋板、空氣分布管及其支撐件口：人孔（或手孔）、排風(fēng)管接口、燈孔、視鏡口、進(jìn)料管口發(fā)酵罐罐底膿皰狀積垢造成“死角”

——加強(qiáng)清洗并定期鏟除污垢管路死角管道安裝不當(dāng)或配置不合理形成的“死角”

發(fā)酵罐的“死角”4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)發(fā)酵罐罐底膿皰狀積垢造成“死角”4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)法蘭連接不當(dāng)造成的“死角”4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)滅菌時(shí)蒸汽不易通達(dá)的“死角”及其消除方法4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)三、發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)方法干熱滅菌法

濕熱滅菌法

射線滅菌法

化學(xué)藥劑滅菌法過(guò)濾除菌法火焰滅菌法

4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)四、培養(yǎng)基及設(shè)備滅菌（一）濕熱滅菌原理

（二）分批滅菌（實(shí)罐滅菌）（三）連續(xù)滅菌（連消）（四）分批滅菌與連續(xù)滅菌的比較（五）滅菌技術(shù)參數(shù)

4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)（一）濕熱滅菌原理滅菌溫度和時(shí)間的選擇影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素

4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)滅菌溫度和時(shí)間的選擇

隨著T上升，菌死亡速率增加倍數(shù)大于培養(yǎng)基成分分解速率增加倍數(shù)，故一般選擇高溫快速滅菌。4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素

培養(yǎng)基成分油脂、糖類(lèi)及一定濃度的蛋白質(zhì)、高濃度有機(jī)物等增加微生物的耐熱性低濃度（1%-2%）NaCl對(duì)微生物有保護(hù)作用，隨著濃度增加，保護(hù)作用減弱，當(dāng)濃度達(dá)8%-10%以上，則減弱微生物的耐熱性。4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)pH：pH6.0-8.0，微生物最耐熱，pH<6.0，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?！嗯囵B(yǎng)基pH愈低，滅菌所需時(shí)間愈短。培養(yǎng)基的物理狀態(tài)泡沫：泡沫中的空氣形成隔熱層，對(duì)滅菌極為不利，可加入少量消泡劑。培養(yǎng)基中的微生物數(shù)量4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)滅菌工藝過(guò)程分空氣過(guò)濾器滅菌并用空氣吹干夾套或蛇管排冷水，開(kāi)啟排氣管閥，空氣管通蒸汽，也可夾套內(nèi)通蒸汽達(dá)70℃左右取樣管放料管通蒸汽121℃，1×105pa保溫保溫階段，凡液面以下各管道都應(yīng)通蒸汽，液面上其余各管道則應(yīng)排蒸汽，不留死角，維持壓力、溫度恒定罐壓接近空氣壓力向罐內(nèi)通無(wú)菌空氣保溫結(jié)束，依次關(guān)閉各排汽、進(jìn)汽閥門(mén)夾套或蛇管中通冷水培養(yǎng)基降溫到所需溫度（二）分批滅菌（實(shí)罐滅菌）

4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)（三）連續(xù)滅菌（連消）工藝流程噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程噴射加熱連續(xù)滅菌流程薄板式換熱器連續(xù)滅菌流程4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)（四）分批滅菌與連續(xù)滅菌的比較12

連續(xù)滅菌的優(yōu)點(diǎn)：（適用于大型罐）可采用高溫短時(shí)滅菌，營(yíng)養(yǎng)成分破壞少，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)率；發(fā)酵罐利用率高；蒸汽負(fù)荷均衡；采用板式換熱器時(shí)，可節(jié)約大量能量；適宜采用自動(dòng)控制，勞動(dòng)強(qiáng)度?。豢蓪?shí)現(xiàn)將耐熱性物料和不耐熱性物料在不同溫度下分開(kāi)滅菌，減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞。4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)缺點(diǎn)：對(duì)小型罐無(wú)優(yōu)勢(shì)，不方便，對(duì)設(shè)備要求高；蒸汽波動(dòng)時(shí)滅菌不徹底；當(dāng)培養(yǎng)基中含有固體顆?；蛴休^多泡沫時(shí)，以分批滅菌好，防止滅菌不徹底。

（四）分批滅菌與連續(xù)滅菌的比較12

4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)五、空氣除菌（一）概述（二）空氣過(guò)濾除菌流程（三）空氣預(yù)處理（四）空氣過(guò)濾介質(zhì)（五）空氣過(guò)濾除菌原理（六）提高過(guò)濾除菌效率的措施4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)（一）概述空氣除菌的必要性

以一個(gè)50m3的發(fā)酵罐為例，若裝料系數(shù)為0.7，要求每立方米發(fā)酵液每分鐘通氣0.8m3，培養(yǎng)周期170h，那么每個(gè)周期需通氣量2.86×105m3(50×0.7×0.8×170×60)，而每立方米大氣中約有103-104個(gè)微生物。4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)空氣除菌方法輻射殺菌：超聲波、高能陰極射線，x射線、β射線、γ射線、紫外線(2265?~3287?)加熱殺菌：加熱方法可用蒸汽、電和空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱量靜電除菌：常用于潔凈工作臺(tái)、潔凈工作室所需無(wú)菌無(wú)塵空氣的第一次除塵，配合高效過(guò)濾器使用。過(guò)濾除菌：采用定期滅菌的介質(zhì)來(lái)阻截流過(guò)的空氣所含的微生物而取得無(wú)菌空氣。常用的過(guò)濾介質(zhì)有棉花、活性炭、玻璃纖維、有機(jī)合成纖維、有機(jī)和無(wú)機(jī)燒結(jié)材料等等。

4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)1.

對(duì)空氣過(guò)濾除菌流程的要求流程的制定應(yīng)根據(jù)所在地的地理、氣候環(huán)境和設(shè)備條件綜合考慮

環(huán)境污染比較嚴(yán)重的地方，要考慮改變吸風(fēng)的條件；在溫暖潮濕的南方，要加強(qiáng)除水設(shè)施；壓縮機(jī)耗油嚴(yán)重的設(shè)備流程中則要加強(qiáng)消除油霧的污染，也可采用無(wú)油潤(rùn)滑的往復(fù)式壓縮機(jī)；通常要求壓縮空氣的相對(duì)濕度Φ=50%~60%時(shí)通過(guò)過(guò)濾器為好。4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)1.

對(duì)空氣過(guò)濾除菌流程的要求流程主要設(shè)備：空氣壓縮機(jī)、空氣過(guò)濾器

附屬設(shè)備：粗過(guò)濾器、氣液分離器、空氣貯罐、空氣冷卻器

4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)2.

空氣除菌流程的分析空氣除菌系統(tǒng)包括：壓縮、冷卻、分離油水、加熱、過(guò)濾幾種典型的設(shè)備流程

兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程

冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程高效前置過(guò)濾空氣除菌流程將空氣冷卻至露點(diǎn)以上的流程利用熱空氣加熱冷空氣流程一次冷卻和析水的空氣過(guò)濾流程

4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)（三）空氣預(yù)處理1.

原理：除塵(外源空氣的前處理)：防塞，提高過(guò)濾效率和濾器壽命；降溫：防燒傷介質(zhì)及水分蒸發(fā)嚴(yán)重，對(duì)發(fā)酵不利除油、除水：防塞（因油膜堵），防止過(guò)濾器長(zhǎng)菌堵塞（因水滴）加熱：保持相對(duì)濕度穩(wěn)壓：防止壓力波動(dòng)，貯罐

2.

預(yù)處理流程設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)繁關(guān)鍵：去濕問(wèn)題措施：建吸風(fēng)塔、粗過(guò)濾器（布袋過(guò)濾器、填料過(guò)濾器、油浴洗滌和水霧除塵裝置等）、高效前置過(guò)濾器4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)

兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程圖1-粗過(guò)濾器；2-空壓機(jī)；3-貯罐；4，6-冷卻器；5-旋風(fēng)分離器；7-絲網(wǎng)分離器；8-加熱器；9-過(guò)濾器

4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)

冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程圖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4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)

利用熱空氣加熱冷空氣的流程示意圖1-高空采風(fēng)；2-粗過(guò)濾器；3-壓縮機(jī)；4-熱交換器；5-冷卻器；6，7-析水器；8-空氣總過(guò)濾器；9-空氣分過(guò)濾器4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)

將空氣冷卻至露點(diǎn)以上的流程1－高空采風(fēng)；2－粗過(guò)濾器；3－壓縮機(jī)；4－冷卻器；5－冷卻器；6－空氣總過(guò)濾器；7－空氣分過(guò)濾器4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)

高效前置過(guò)濾空氣除菌流程圖1—高效前置過(guò)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(guò)濾器4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)

一次冷卻和析水的空氣過(guò)濾流程示意圖1－高空采風(fēng)；2－粗過(guò)濾器；3－壓縮機(jī)；4－冷卻器；5，6—析水器；7—貯罐；8—加熱器；9—空氣總過(guò)濾器；10—空氣分過(guò)濾器4發(fā)酵工業(yè)無(wú)菌技術(shù)空氣壓縮和壓縮空氣的冷卻

空氣的壓縮過(guò)程可看作絕熱過(guò)程，故壓縮后的空氣溫度與被壓縮的程度有關(guān)：

T2=T1(P2/P1)(k-1)/k

式中T1,T2——壓縮前后空氣的絕對(duì)溫度，KP1,P2——

壓縮前后空氣的絕對(duì)壓強(qiáng)，Pa