灭菌及空气除菌.ppt

第五章 发酵工业的灭菌及 空气除菌,第一节 消毒与灭菌 第二节 发酵工业的无菌技术 第三节 培养基与发酵设备的灭菌 第四节 空气的除菌,目的要求：,了解灭菌对发酵工业的意义，灭菌的原理及常用的方法。 掌握培养基及发酵设备的灭菌方法。 了解生产中空气除菌的基本方法、原理及设备。理解空气净化流程。,几个问题,1、灭菌对发酵的意义 2、灭菌的原理 3、灭菌的方法 4、灭菌的对象 5、空气的灭菌,灭菌的目的及内容,目的：为了保证纯种并安全发酵 内容： 培养基 补料液（流加料） 发酵过程的无菌控制 空气系统 直接关系到 发酵罐 生产的成败! 管道系统 环境：需要消毒,第一节 消毒与灭菌,一、控制有害微生物的主要措施,二、几个概念,（一）灭菌 （二）消毒 （三）防腐 （四）化疗,（一）灭菌（sterilization）,灭菌： （p128） 采用理化因素使任何物体内外部的一切微生物永远丧失其生长繁殖能力的措施，称为灭菌。 Sterilization就是失去繁殖力。 例如各种高温灭菌措施等。 灭菌实质上可分杀菌和溶菌两种，前者指菌体虽死，但形体尚存，后者则指菌体杀死后，其细胞发生溶化、消失的现象 。,（二）消毒,从字义上来看，消毒就是消除毒害，这里的“毒害”就是指传染源或致病菌的意思。 消毒:是一种采用较温和的理化因素，仅杀死物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌，而对被消毒的物体基本无害的措施。,（三）防腐（antisepsis）,防腐:就是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，从而达到防止食品等发生霉腐的措施。 （1）低温 （2）缺氧 （3）干燥 （4）高渗 （5）高酸度 （6）防腐剂,（四）化疗（chemotherapy）,化疗:即化学治疗。它是利用具有高度选择毒力（即对病原菌具有高度毒力而对宿主无显著毒性）的化学物质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁殖，借以达到治疗该传染病的一种措施。 用于化疗目的的化学物质称化学治疗剂。最重要的化学治疗剂如各种抗生素、磺胺类药物和中草药中的有效成分等。,第二节 发酵工业的无菌技术,常用的除菌方法（p128-129） 一、高温灭菌：干热灭菌和湿热灭菌。火焰灭菌：接种时用。 二、射线灭菌：用紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的高能粒子进行灭菌的方法。 三、化学药剂灭菌：一些化学药剂能与微生物反应而具杀菌作用。适用于环境、设备等方面的消毒，一般不用于培养基的灭菌。 四、过滤除菌：利用过滤方法阻留微生物，达灭菌目的。适用于澄清流体（如气体和液体）的除菌以及热敏性培养基的除菌。,一、高温杀菌,（一）高温致死原理 （二）高温灭菌的方法 （三）高温对培养基成分的有害影响及其防止 （四）灭菌设备,（一）高温致死原理,高温使微生物的蛋白质和核酸等重要生物高分子发生变性、破坏。 例如它可使核酸发生脱氨、脱嘌呤或降解，以及破坏细胞膜上的类脂质成分等。,（二）高温灭菌的方法,1干热灭菌法,干热灭菌法： 将金属制品或清洁玻璃器皿放入电热干燥箱内，在160170下维持12h后，即可达到彻底灭菌的目的。 原因：在这种条件下，可使细胞膜破坏、蛋白质变性、原生质干燥，以及各种细胞成分发生氧化。 适用对象：玻璃器皿、金属材料、耐高温物品。 灼烧：是一种最彻底的干热灭菌方法，但它只能用于接种环、接种针等少数对象的灭菌。,2湿热灭菌法,湿热灭菌法：利用饱和蒸汽进行灭菌的方法。 湿热灭菌法与干热灭菌法的比较：湿热灭菌法比干热灭菌法更有效，这一方面是由于湿热易于传递热量，另一方面是由于湿热更易破坏保持蛋白质稳定性的氢键等结构，从而加速其变性。 方法：常压和高压。 微生物的耐热情况： 多数细菌和真菌的营养细胞在60左右处理510min后即可杀死； 酵母菌和真菌的孢子稍耐热些，要用80以上的温度处理才能杀死； 细菌的芽孢最耐热，一般要在121下处理15min才能杀死。,（1）常压法,巴氏消毒法： 用于牛奶、啤酒、果酒和酱油等不能进行高温灭菌的液体的一种消毒方法，其主要目的是杀死其中无芽孢的病原菌（如牛奶中的结核杆菌或沙门氏菌），而又不影响它们的风味。它是一种低温消毒法。 低温维持法：在63下保持30min可进行牛奶消毒； 高温瞬时法：用于牛奶消毒时只要在72下保持15秒钟即可。,间歇灭菌法：又称丁达尔灭菌法或分段灭菌法。 方法：将待灭菌的培养基在80100下蒸煮1560min，以杀死其中所有微生物的营养细胞，然后置室温或37下保温过夜，诱导残留的芽孢发芽，第二天再以同法蒸煮和保温过夜，如此连续重复3天，即可在较低温度下达到彻底灭菌的效果。 用途：适用于不耐热培养基的灭菌。,（2）加压法,常规加压灭菌法:将盛有适量水的加压蒸汽灭菌锅加热煮沸，彻底驱尽气体后将锅密闭。 分为两种具体的方法： 再继续加热至121（压力为1kgcm2或15磅英寸2），时间维持1520min； 或采用在较低的温度115，（即压力为0.7kgcm2或10磅英寸2）下维持35min。 用途：一切微生物学实验室、医疗保健机构或发酵工厂中对培养基及多种器材、物料的灭菌。,连续加压灭菌法“连消法”,用途：只在大规模的发酵工厂中作培养基灭菌用。 主要操作：将培养基在发酵罐外连续不断地进行加热、维持和冷却，然后才进入发酵罐。 方法：培养基一般在135140下处理515秒钟以达到灭菌的目的。,连续加压灭菌法优点：,因采用高温瞬时灭菌，故既可杀灭微生物，又可最大限度减少营养成分的破坏，从而提高了原料的利用率，比“实罐灭菌”（121，30min）提高产量510； 由于总的灭菌时间较分批灭菌注明显减少，所以缩短了发酵罐的占用周期，从而提高了它的利用率； 由于蒸汽负荷均匀，故提高了锅炉的利用率； 适宜于自动化操作； 降低了操作人员的劳动强度。,影响加压蒸汽灭菌效果的因素,（1）灭菌物体含菌量的影响 （2）灭菌锅内空气排除程度的影响 （3）灭菌对象pH的影响 （4）灭菌对象的体积 （5）加热与散热速度,（1）灭菌物体含菌量的影响 天然原料尤其是麸皮等植物性原料配成的培养基，一般含菌量较高，而用纯粹化学试剂配制成的组合培养基，含菌量低。,（2）灭菌锅内空气排除程度的影响 检验灭菌锅内空气排除度，可采用多种方法。最好的办法是灭菌锅上同时装有压力表和温度计，其次是将待测气体通过橡胶管引入深层冷水中，如只听到“扑扑”声而未见有气泡冒出，也可证明锅内已是纯蒸汽了。,（3）灭菌对象pH的影响 （4）灭菌对象的体积 要防止用常规的压力和时间在加压灭菌锅内进行大容量培养基的灭菌。 （5）加热与散热速度 这两段也对灭菌效果和培养基成分发生影响。为了使科学研究的结果有良好的重演性，在灭菌操作中对这些技术细节都应加以注意。,（三）高温对培养基成分的有害影响及其防止,消除高温有害影响的措施：,（1）采用特殊加热灭菌法 （2）对易破坏的含糖培养基进行灭菌时，应先将糖液与其他成分分别灭菌后再合并。 （3）对含Ca2+或Fe3+的培养基与磷酸盐先作分别灭菌，然后再混合，就不易形成磷酸盐沉淀。,（4）对含有在高温下易破坏成分的培养基（如含糖组合培养基）可进行低压灭菌（在112即0.57kgcm2或8磅英寸2下灭菌15min）或间歇灭菌。 （5）在大规模发酵工业中，可采用连续加压灭菌法进行培养基的灭菌。,1. 高压蒸汽灭菌设备 2常压蒸汽灭菌锅,（四）灭菌设备,1.高压蒸汽灭菌设备,手提式灭菌锅：容量小，多用于母种培养基灭菌。 立式或卧式灭菌锅：较大，多用于原种或少量栽培种培养基的灭菌，一般能装几十瓶或几百瓶。 灭菌柜：要和蒸汽锅炉配套，用于大量的原种和栽培种培养基的灭菌，一次能装几百至几千瓶(袋)。但投资太大，适合大型菌种场使用。,2常压蒸汽灭菌锅 常压蒸汽灭菌锅是用铁锅、砖、水泥砌成的，造价低，适于一般生产单位和专业户使用。大小可根据需要而定，但最大的锅每次装料也最好不超过500Kg。 3烘箱 烘箱主要是用于玻璃器皿的干燥和灭菌，也可用于其它物品烘干。,二、射线灭菌,射线灭菌： 是用紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的高能粒子进行灭菌的方法。 常用的方法： 波长为2537A的紫外线，多用于表面及空气消毒。 0.061.4A的X射线。 C060产生的射线。 微波灭菌等。,三、化学杀菌剂或制菌剂,（一）表面消毒剂,表面消毒剂：是指对一切活细胞都有毒性，不能用作活细胞内的化学治疗用的化学药剂。 常用消毒剂的种类很多，它们的杀菌强度各不相同。但几乎都有一个共同规律，即当其在极低浓度时，常常会对微生物的生命活动起刺激作用，随着浓度逐渐增高，就相继出现制菌和杀菌作用，因而形成一个连续的作用谱。 适用：环境以及物体表面的消毒,（二）石炭酸系数,为比较各种表面消毒剂的相对杀菌强度，常采用在临床上最早使用的消毒剂石炭酸作为比较的标准，并提出了石炭酸系数这一指标。 石炭酸系数：指在一定时间内被试药剂能杀死全部供试菌的最高稀释度与达到同效的石炭酸的最高稀释度的比率。一般规定处理时间为10min，而供试菌定为Salmonellatyphi（伤寒沙门氏菌）。,四、过滤除菌,过滤除菌：将液体或气体用微孔薄膜过滤，使大于孔径的细菌等微生物颗粒阻留，从而达到除菌目的。 适用： 澄清流体（如气体和液体）的除菌 热敏性培养基的除菌 工业生产中用于制备无菌空气 产品提取过程中处理料液而获得无菌产品（尤其适合对热不稳定的物质）。 在实际生产中，以上几种方法有时根据情况可结合使用。如制备培养基时，其中一些成分对热敏感（如氨基酸、维生素等）就要用过滤方法除菌。而其它物质可用蒸汽灭菌，最后合并使用。,目前，大多实验室采用微孔滤膜滤器除菌。关键步骤是安装滤膜及无菌过滤过程。 滤膜过滤装置: 烧结玻璃滤板过滤器、石棉板过滤器（Seitz滤器）、素烧瓷过滤器以及硅藻土过滤器等。 过滤除菌的缺点：是无法去除其中的病毒和噬菌体。,常见的过滤器滤膜孔径：0.22、0.45m。 可以拦截的微生物：细菌、放线菌、酵母菌、霉菌。 除病毒需要的滤膜孔径：0.04m。,醋酸纤维素膜过滤器拦截的 大肠杆菌图片,板式膜分离器（实验室用）,中空纤维膜分离器（实验室用）,中空纤维膜分离器（工业用）,第三节 培养基与发酵设备的灭菌,培养基与设备灭菌的方法（p129-137） 高压蒸汽湿热灭菌法 一、湿热灭菌的基本原理 二、影响培养基灭菌的因素 三、灭菌的实际操作,原理：湿热灭菌是直接用蒸汽灭菌。蒸汽冷凝时释放大量潜热，并具有强大的穿透力，在高温和水存在时，微生物细胞中的蛋白质极易发生不可逆的凝固性变性，致使微生物在短时间内死亡。 致死温度：杀死微生物的极限温度。 致死时间：杀死全部微生物所需的时间。 由于湿热灭菌有经济和快速等特点，因此被广泛用于工业生产。,一、湿热灭菌的基本原理,用蒸汽加热的方法对培养基灭菌的要求: 既要达到一定的灭菌程度。 又要尽量减少营养成分的破坏。,（一）理论灭菌时间,某些分子的分解和分子内部的重新排列的反应属于单分子反应。 杂菌虽然是一个复杂的高分子体系，但其受热被杀死，主要原因是高温能使蛋白质变性，这种反应属于单分子反应，因此，杂菌在一定温度下受热死亡也遵循单分子反应方程。,微生物受热死亡的定律 对数残留定律：,计算灭菌时间的基本公式对数残留方程： t =(2.303/k)log(No/Nt) t-灭菌时间（s） k-灭菌反应速度常数，与菌的种类和灭菌温度有关（s） No-灭菌开始时，培养基中杂菌个数（个ml） -经过灭菌时间t后，残存活菌个数（个ml） 灭菌时间与污染程度（No）、灭菌程度（Nt）和灭菌反应速度常数（k）有关。 灭菌时间和温度呈反比关系。 （p 130）,（二）灭菌温度与灭菌反应速度常数的关系,灭菌温度与灭菌反应速度常数的关系阿仑乌斯定律： k=Ae-E/RT K灭菌反应速度常数（ s-1） A阿仑乌斯常数（s-1） E活化能（Jmol） R气体常数 4.18681.98J（ molK） T绝对温度（K） 灭菌温度越低，K值越小，灭菌时间越长；反之，灭菌温度越高，K值越大，则灭菌时间越短。 （p130-131）,杀死细菌和芽孢的温度和时间： 一般根据试验确定。 或者根据推算确定。 p131,二、影响培养基灭菌的因素 (p134-135),1、培养基成分 2、培养基的物理状态 3、培养基pH值的影响 4、微生物细胞含水量 5、培养基中微生物的性质与数量 6、冷空气排除情况 7、泡沫 8、搅拌,1、培养基成分,培养基的成分中，油脂、糖类、蛋白质都是传热的不良介质，会增加微生物的耐热性，使灭菌困难。 浓度较高的培养基相对需要较高温度和较长时间灭菌。 高浓度的盐类，色素则削弱其耐热性，故较易灭菌。 天然培养基不易灭菌，而化学合成培养基较易灭菌。,2、培养基的物理状态,培养基中的颗粒物质大，灭菌困难，反之，灭菌容易。 一般说来，含有小于1mm颗粒的培养基对灭菌影响不大。 但在培养基混有较大颗粒，特别是存在凝结成团的胶体时，会影响灭菌效果，必须过滤除去。,3、培养基的pH值,pH值对微生物的耐热性影响很大： pH为6.08.0时微生物最不易死亡 pH6.0时，氢离子易渗入微生物的细胞内，促使其死亡，缩短灭菌时间。 培养基pH与灭菌时间的关系见p134表5-4。,4、微生物细胞含水量,微生物细胞含水量越少，越耐热，灭菌时间越长。 孢子、芽孢的含水量少，要长时间，高温才能将其杀死。,5、微生物性质与数量,微生物的种类不同，耐热情况不同。因此，采用的灭菌温度不同。 细菌、酵母菌的营养体、霉菌的菌丝体对热敏感；放线菌、酵母菌、霉菌的孢子，细菌的芽孢等，对热的抵抗力强。 处于不同生长时期的微生物耐热不同，采用的温度不同。 数量多灭菌的时间长，含芽孢灭菌的时间长。,6、冷空气排除情况,高压蒸汽灭菌锅中的冷空气对灭菌效果影响很大。 原因： 冷空气导热性能差。 降低高压锅内的蒸汽分压使之不能达到应有的温度。 因此，灭菌器内的冷空气一定要排除彻底，否则高压锅内的实际温度要低于压力表所对应的温度，达不到灭菌效果。 空气排除程度与温度的关系，见p135表5-6。,7、泡沫,泡沫中的空气形成隔热层，使传热困难，所以要消泡。,8、搅拌,搅拌的作用： 不至于造成局部过热或灭菌死角的情况，在保证不过多的破坏培养基营养成分的前提下，达到彻底灭菌的目的。,三、灭菌的实际操作 （p131-137）,（一）发酵罐和液体培养基的灭菌 （二）固体培养基的灭菌 （三）其他设备的灭菌,（一）发酵罐和液体培养基的 灭菌,发酵罐灭菌包括： 种子罐、发酵罐、计量罐、补料罐等的空罐灭菌及管道灭菌等。 灭菌的方法： 发酵罐的灭菌方法：空消、实消 液体培养基的灭菌方法：分批灭菌（实消）、连续灭菌（连消） 灭菌具体的方法： 、空罐灭菌（空消） 2、实罐灭菌（实消，分批灭菌） 3、连续灭菌（连消）,（一）发酵罐和液体培养基的 灭菌,发酵罐灭菌包括： 种子罐、发酵罐、计量罐、补料罐等的空罐灭菌及管道灭菌等。 灭菌的方法： 发酵罐的灭菌方法：空消、实消 液体培养基的灭菌方法：分批灭菌（实消）、连续灭菌（连消） 灭菌具体的方法： 、空罐灭菌（空消） 2、实罐灭菌（实消，分批灭菌） 3、连续灭菌（连消）,、空罐灭菌（空消） p137,空罐灭菌： 无论是种子罐、发酵罐、还是尿素（或液氨）罐、消泡罐，当培养基（或物料）尚未进罐前对罐进行预先灭菌，为空罐灭菌。 方法： 一般从管道通入蒸汽，使罐内压力为0.147MPa，维持40min，灭菌结束，关闭蒸汽，在保温结束后，关键是随即通入无菌空气，使容器保持正压（0.098MPa） ，防止形成真空而吸入带菌的空气。,空罐灭菌的特点： 为了杀死所有微生物特别是耐热的的芽孢，空罐灭菌要求温度较高，灭菌时间较长，只有这样才能杀死设备中各死角残存的杂菌或芽孢。,2、实罐灭菌（分批灭菌） p131-132,实罐灭菌： 将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后，维持一定时间，再冷却到接种温度，然后接种发酵的灭菌方法，又称分批灭菌、间歇灭菌。即发酵罐、种子罐等和培养基一起的灭菌。 操作要求： 为达到良好的灭菌效果，不留死角，应严格按照操作规程进行操作。它包括升温、保温、降温三个阶段。 适用： 中小型发酵罐和种子罐的灭菌。,实罐灭菌的特点：（p132）,优点： （1）不需专门灭菌设备，在发酵罐中灭菌即可。 （2）投入少，操作简单。 （3）灭菌效果可靠，对蒸汽要求低，一般（34）10 Pa（表压）即可。灭菌标准是121，1530min。 （4）适合含有固体颗粒、较多泡沫、粘度大的培养基的灭菌。 缺点： （1）易发生过热破坏培养基营养的现象。 （2）能耗增加。 （3）发酵周期延长。 （4）降低发酵罐的利用率。,3、连续灭菌（连消） p132-133,连消：液体培养基的连续灭菌又称连消。 就是将配制好的培养基在向发酵罐输送的同时进行加热、保温和冷却的过程，从而达到灭菌的效果。 适用： 发酵培养基、种子培养基、补料等液体培养基灭菌。,连续灭菌的特点： （p132-133）,优点： （1）培养液受热时间短，既能达灭菌要求又能减少培养基中营养成分的破坏。 （2）在培养基连续灭菌过程中，蒸汽用量平衡，但蒸汽压力一般要求高于5 10 Pa（表压）。灭菌标准是126-132，5-8min。 （3）设备利用率高，适于自动控制。 缺点： （1）所用设备多而复杂，投资较大。 （2）染菌机会大。 （3）不适合含有大量固体颗粒培养基的灭菌。,培养基连续灭菌的主要设备：,加热器（连消塔） 维持罐（或管） 冷却器（喷淋或真空冷却器）,几种加热器：,培养基连消工艺流程图：（p133）,喷射加热连续灭菌流程：,特点:蒸汽直接喷入生的培养液，温度几乎直接上升到预定杀菌温度，由保温段管子的长度来保证必要的杀菌时间。,薄板换热器连续灭菌流程：,特点：效率高，利用冷的培养液作冷却剂。既冷却了热的培养基又预热了冷的培养液，节约用水和蒸汽。并且可在20S内达到杀菌温度，经保温段保持必要的杀菌时间，然后在板式热交换器另一段，20S内冷却到发酵温度。,热交换器,水20,31 ,进料35 ,120 ,120 ,147 ,120 ,55 ,出料35 ,100 ,（二）固体培养基的灭菌 （p133）,1、方法： 采用旋转蒸煮锅也称转鼓式灭菌器（灭菌蒸汽压力0.098MPa，维持2030min）进行灭菌。 2、用途： 固体曲、固体发酵原料的灭菌。 3、固体培养基的特点： 呈片状或粒状，不易翻动，吸水后加热易成团，热传递性能差，冷却困难。,4、旋转蒸煮锅结构,有单头（出口）和双头两种，由钢板焊制能承受一定压力。 锅中心有带孔空心横轴， 蒸汽沿轴中心通入锅内加热； 灭菌结束后用真空泵抽气， 以降压和降温。 轴装在支架两端的 轴承中，借齿轮 转动（0.51r/min）。,（三）其他设备及物品的灭菌（p137）,1、玻璃器皿及用具的灭菌： 压力为0.098MPa，维持3060min。 2、空气总过滤器和分过滤器灭菌： 压力为0.174MPa，维持2h，灭菌完毕，通入压缩空气吹干。 3、消泡剂灭菌： 121，保温30min。 4、尿素溶液灭菌： 105，保温5min。 淀粉料液的灭菌：121 ，保温30min。 5、各管路的灭菌：0.3 0.45MPa，保温1h。,第四节 空气的除菌 （p137-148）,一、空气除菌的原因 二、空气除菌的方法 三、介质过滤除菌 四、空气介质过滤除菌设备 五、发酵生产中空气净化的工艺流程,一、空气除菌的原因,（一）空气中微生物的分布 空气中微生物的含量和种类，随地区，季节和空气中灰尘粒子多少，以及人们的活动情况而异。 北方气候干燥，寒冷，空气中的含菌量较多，离地面越高，含菌量越少；一般每升高10m，空气中的含菌量就降低一个数量级； 城市的空气中含菌量较多，农村的空气中含菌量较少，一般城市空气中杂菌数为103104个m3 。,空气中的微生物种类:以细菌和细菌芽胞较多，也有酵母，霉菌和病毒。 这些微生物大小不一，一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上。 灰尘粒子的平均大小约0.6m左右，所以空气除菌主要是去除空气中的微粒(0.61m）,（二）空气除菌的原因,1.空气中存在有大量的各种各样的微生物 （工业设计中常以微生物浓度104个/m3作为空气的污染指标。） 2.空气中存在着润滑油、灰尘颗粒、水蒸汽等。（由于深层发酵所用空气需一定压力，空气经压缩机压缩后，将夹带大量的油滴和水雾。如它们进入过滤介质的纤维间，将阻塞通道，甚至使过滤介质结块，完全丧失其除菌作用，所以要除去这些物质。）,二、空气除菌的方法,（一）工业发酵对空气质量的要求 随发酵产品和菌种不同而异： 半固体制曲和酵母生产中无菌要求不十分严格，一般无需复杂的空气净化处理。 密闭的深层通气发酵需严格的纯净培养，进入发酵罐前空气必须进行冷却、脱水、脱油和过滤除菌等处理（如氨基酸、抗生素等）。 同一工厂的不同生产区域（环节）有不同的空气无菌度的要求。,（二）发酵对空气无菌程度的要求,好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，空气要作到绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济的。 无菌空气：通过除菌处理使空气中含菌量降到零或者极低从而使污染的可能性降至极小。 发酵对无菌空气的要求：无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，正压等几项指标。 发酵对无菌空气的无菌程度要求：只要在发酵过程中不因无菌空气染菌，而造成损失即可。 一般按染菌率计算，在工程设计中一般要求染菌率为10-3 即1000次发酵无菌空气使用周期中只允许一次染菌。,一般空气无菌程度是用空气洁净度表示。 空气洁净度：洁净环境中空气含尘量多少的程度。 空气洁净度的高低是用空气洁净度级别来区分的。 空气洁净度级别是用操作时间内空气的计数含尘量表示。 环境空气的洁净程度：p138,（三）空气除菌的方法（p141-146）,空气除菌： 就是除去或杀死空气中的微生物。 常用的方法： 加热杀菌 辐射杀菌 静电除菌 过滤除菌,1、加热灭菌,原理：基于加热后微生物体内的蛋白（酶）热变性而得以实现。 热空气进入培养系统之前，一般均需用压缩机压缩，提高压力。 空气压缩后温度能达到200以上，保持一定时间后，便可实行干热杀菌。,热杀菌：,空气热灭菌流程示意图 1-空气压缩机 2-粗过滤器 3-保温管 4-贮气罐 5-保温罐 6-列管式冷却器 7-涡轮压缩机 8-预热器 9-粗过滤器 10-空气吸入塔,利用空气压缩时所产生的热量进行灭菌的原理对制备大量无菌空气有特别意义。 实际应用中需考虑培养装置与空气压缩机的相对位置，连接压缩机与培养装置的管道的灭菌以及管道长度等。 热杀菌流程见p141 。,2辐射灭菌法,原理：2537波长的紫外线具有极强烈的杀菌效力，它的主要作用是使微生物的DNA分子产生的胸腺嘧啶的二聚体，导致细胞死亡。 应用：表面灭菌、无菌室灭菌。 无菌室常用的紫外灯功率为30W，安装在操作台上方一米左右高处，每次照射1530min既可。 特点：紫外线有很强的杀菌力，但穿透力很弱，一张薄纸即可完全挡住紫外线，因此待灭菌物品必须置于紫外光直接照射下，而且在一定范围内作用强度与距离平方成反比。,超净工作台,注意事项：,此外，紫外线对人体组织有一定刺激作用，眼睛、皮肤受照射后会产生某些症状，所以工作人员在无菌室操作时应关闭紫外灯。 注意,3、静电除菌,静电除尘器可除去空气中的水雾、油雾、尘埃，同时也除去微生物。 原理：利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘灭菌目的。 对于一些直径小的微粒，所带电荷小，不能被吸附而沉降。 应用：洁净工作台。,电 除 尘 电 源,静电除尘器装置图：,4、介质过滤除菌,介质过滤除菌：是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌的目的。 特点：从可靠性、经济适用与便于控制等方面考虑，目前仍以介质过滤法较好，也是大多数发酵厂广泛采用的方法。,三、介质过滤除菌 （p143-146）,（一）介质过滤除菌的材料 （二）介质过滤除菌的原理 （三）影响介质过滤效率的因素 （四）提高过滤除菌效率的措施,（一）介质过滤除菌的材料 （p143-145）,、棉花：纤维细长，1620m，填充150200kg/m3。 、玻璃纤维：直径819m，直径越小越好，但小易断。缺点：更换时碎末飞扬，过敏。 、活性炭：大表面，物理吸附，空气阻力小，常夹带在二层棉花中降低阻力，为整个过滤器的1/31/2。 、超细玻璃纤维纸:以拦截为主，直径11.5m，有较高过滤效率。缺点为强度差，受温后纤维松散。只用于分过滤器。可加入木浆纤维或其他纤维或采用树脂并加疏松剂。,、石棉滤板：蓝石棉20加80纸将混合打浆。温强度大，过滤效率低，耐蒸气反复杀菌。 、烧结材料过滤介质：聚乙烯醇过滤板。 、新型过滤介质 ：微孔滤膜。,（二）介质过滤除菌的原理（p145）,1、概述 目前发酵工厂采用的空气过滤设备大多数是传统的深层过滤设备，滤层厚度一般为12米，所用的过滤介质一般是棉花、活性炭，也有采用玻璃纤维、焦炭等。 对不同的材料，材料的不同规格，材料的填充情况不同，都会得到不同的过滤效果。为了制取适合要求的无菌空气，就得深入研究深层过滤的各种关系。,2、深层过滤原理,深层过滤所用的过滤介质棉花的纤维直径一般为1620m。充填系数为8%时，棉花纤维所形成网格的孔隙为2050m，微粒大小为(0.52m)。 过滤除菌原理:深层过滤所用介质的间隙，一般大于固体颗粒（微生物细胞），但空气中的菌体还能够除去的原因是： 微粒随气流通过滤层时，滤层纤维所形成的网格阻碍气流前进，使气流出现无数次改变运动速度和运动方向，绕过纤维前进。这些改变引起微粒以对滤层纤维产生惯性冲击、阻拦、重力沉降、布朗扩散、静电吸引等作用而把微粒滞留在纤维表面上。,（1）布朗扩散截留作用,布朗扩散： 直径很小的微粒在很慢的气流中产生的不规则的直线运转称为布朗扩散。 作用的条件： 气流速度很慢、纤维间隙较小。 作用的结果： 增加了微粒与纤维的接触滞留机会，被截留在纤维上。,（2）拦截截留作用,在惯性截留作用为零的气流速度以下（临界气流速度），当微生物等微粒随气流慢慢靠近纤维时，受纤维所阻改变气流方向，绕过纤维前进，在纤维周边形成一层边界滞留区。 滞留区的速度更慢。进入滞留区的微粒就容易被纤维黏附截留。,（3）惯性撞击截留作用,微粒随气流通过滤层时，滤层纤维纵横交错所形成的网格阻碍气流前进，使气流不断改变运动速度和运动方向。由于微生物颗粒的惯性大于空气，所以当空气流遇阻而绕道前进时，微生物颗粒由于不能及时的改变它的运动方向，结果就撞击纤维并被截留在纤维的表面。,（4）重力沉降作用,机理：重力沉降是一个稳定的分离作用，当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就容易沉降。 就单一的重力沉降情况下，大颗粒比小颗粒作用显著，对于小颗粒只有在气流速度很慢时才起作用。 一般它是与拦截作用相配合的，即在纤维的边界滞留区内，微粒的沉降作用提高了拦截滞留的捕集效率。,（5）静电吸附作用,机理：干空气对非导体的物质相对运动磨擦时，会产生诱导电荷，纤维和树脂处理过的纤维，尤其是一些合成纤维更为显著。这些带电的微粒会受带异性电荷的物体所吸引而沉降。 悬浮在空气中的微生物微粒大多带有不同的电荷。如枯草杆菌孢子20%带正电荷，20%带负电荷，15%中性，这些带电的微粒会受带异性电荷的物体所吸引而沉降。,此外，表面吸附也归属于这个范畴，如活性炭的大部分过滤效能应是表面吸附的作用。,（三）影响介质过滤效率的因素,1、介质纤维直径 介质过滤效率与介质纤维直径关系很大，在其他条件相同时，介质纤维直径越小，过滤效率越高。 2、对于相同介质，过滤效率与介质滤层厚度、介质填充密度和空气流量有关。,（四）提高过滤除菌效率的措施,鉴于目前所采用的过滤介质均需要干燥条件下才能进行除菌，因此需要围绕介质来提高除菌效率。 （1）设计合理的空气预处理设备，选择合适的空气净化流程，以达到除油、水和杂质的目的。 （2）设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤介质。 （3）保证进口空气清洁度，如加强生产场地卫生管理，正确选择进风口，加强空气压缩前的预处理。 （4）降低进入空气过滤器的空气相对湿度，如使用无油润滑的空气压缩机，加强空气冷却和去油，提高进入过滤器的空气温度。,（五）过滤器失效,压缩空气进入过滤器后便引起活性炭颗粒之间相互顶撞与摩擦，久而成为粉末(灰化)，活性炭的体积也逐渐变小，于是过滤器内的空间逐渐增大，到达一定程度时，便会发生棉花成90翻身现象。这样空气便会未经过滤而进入罐内，引起染菌。,棉花经过多次加热灭菌后，颜色逐渐变深，靠近过滤器壁的棉花，因经受夹层蒸汽的烤干，受热更为剧烈，更容易变成粉末，而被空气带走，造成过滤层有缝隙，使过滤层疏松而漏风，甚至还因过高的压力和过长时间的烘烤而引起棉花活性炭着火的事故。 因此，要注意更换棉花。,四、空气介质过滤除菌设备,（一）采风塔 （二）粗过滤器 （三）空气压缩机 （四）空气贮罐 （五）空气冷却器 （六）气液分离器 （七）空气加热器,高空取气管：,高空取气管是远离地面几十米的管子。 一般而言，地面附近空气中所含的微生物和灰尘等均比高空空气中含的多，据资料介绍，每升高10m，空气中杂菌可降低一个数量级，因此从高空取气要比从低空取气有利得多。,粗过滤器,油浴洗涤空气装置,水雾除尘装置,纤维介质深层过滤器：,空气贮罐,作用：消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力，同时也可以利用重力沉降作用分离部分油雾。,空气冷却器,常用的类型有：立式列管式热交换器、沉浸式热交换器、喷淋式热交换器和板翘式热交换器等。,气液分离器,作用：将空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾粒子除去的设备。 一般常用的有旋风式和填料式。,气液分离器,填料式分离器是利用各种填料如焦炭、活性炭、磁环、金属丝网、塑料丝网等的惯性拦截作用分离空气中水雾或油雾。,油水分离器：,原理：其内部同时采用直接拦截，惯性碰撞，布朗扩散及凝聚等机理。 功能：能有效地去除空气中的水、油雾、尘埃。 特点：内部不锈钢丝网可清洗，使用寿命长。,平板式过滤器(丝网分离器),出口 过滤介质 金属丝网 进口 排污口,五、发酵生产中空气净化的工艺流程,空气 高空取气管除尘器 空气压缩机 贮气罐 一级冷却器 油水分离器 二级分离