第八章 发酵工业的无菌技术课件

第八章发酵工业的无菌技术第八章发酵工业的无菌技术本章内容一、概念

二、发酵工业的无菌技术三、培养基及设备灭菌

四、空气除菌第八章发酵工业的无菌技术一、概念:灭菌、消毒、除菌、防腐

灭菌:用化学或物理方法杀死物料或设备中所有有生命物质的过程。

消毒:用物理或化学方法杀死空气、地表以及容器和器具表面的微生物。

除菌:用过滤方法除去空气或液体中的微生物及其孢子。

防腐:用物理或化学方法杀死或抑制微生物的生长和繁殖

。消毒与灭菌的区别消毒与灭菌在发酵工业中的应用第八章发酵工业的无菌技术二、发酵工业的无菌技术——灭菌方法干热灭菌法湿热灭菌法射线灭菌法化学药剂灭菌法过滤除菌法火焰灭菌法第八章发酵工业的无菌技术三、培养基及设备灭菌

（一）湿热灭菌原理

（二）分批灭菌（实罐灭菌）（三）连续灭菌（连消）（四）分批灭菌与连续灭菌的比较

第八章发酵工业的无菌技术1.热阻2.灭菌温度和时间的选择3.影响培养基灭菌的其它因素

（一）湿热灭菌原理第八章发酵工业的无菌技术1.热阻

定义：微生物对热的抵抗力称为热阻，可用比死亡速率常数k来表示。

k↓，热阻↑,t↑第八章发酵工业的无菌技术当温度T一定时，k随微生物不同而不同，具体计算时，可取细菌芽孢的k值为标准。当T变化时，k有很大变化，其变化遵从阿累尼乌斯定律

k=Aexp(-△E/RT)∴k与微生物活化能及T有关1.热阻

第八章发酵工业的无菌技术大肠杆菌在不同温度下的残留曲线嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢在不同温度下的死亡曲线第八章发酵工业的无菌技术2.灭菌温度和时间的选择

培养物质受热破坏也可看作一级反应：式中C：对热不稳定物质的浓度；k’：分解速度常数；

k’的变化也遵循阿累尼乌斯方程：

都与相应的活化能及T有关第八章发酵工业的无菌技术当T1→T2㏑(k2/k1)/㏑(k2’/k1’)=ΔE/ΔE’>1(∵ΔE>ΔE’)∴随着T上升，菌死亡速率增加倍数大于培养基成分分解速率增加倍数，故一般选择高温快速灭菌。2.灭菌温度和时间的选择

第八章发酵工业的无菌技术3.影响培养基灭菌的其它因素

培养基成分油脂、糖类及一定浓度的蛋白质、高浓度有机物等增加微生物的耐热性低浓度（1%-2%）NaCl对微生物有保护作用，随着浓度增加，保护作用减弱，当浓度达8%-10%以上，则减弱微生物的耐热性。第八章发酵工业的无菌技术pH：pH6.0-8.0，微生物最耐热，pH<6.0，H+易渗入微生物细胞内，改变细胞的生理反应促使其死亡。∴培养基pH愈低，灭菌所需时间愈短。培养基的物理状态泡沫：泡沫中的空气形成隔热层，对灭菌极为不利，可加入少量消泡剂。培养基中的微生物数量3.影响培养基灭菌的其它因素

第八章发酵工业的无菌技术分空气过滤器灭菌并用空气吹干夹套或蛇管排冷水，开启排气管阀，空气管通蒸汽，也可夹套内通蒸汽达70℃左右取样管放料管通蒸汽120℃，1×105pa保温保温阶段，凡液面以下各管道都应通蒸汽，液面上其余各管道则应排蒸汽，不留死角，维持压力、温度恒定罐压接近空气压力向罐内通无菌空气保温结束，依次关闭各排汽、进汽阀门夹套或蛇管中通冷水培养基降温到所需温度（二）分批灭菌（实罐灭菌）

1.灭菌工艺过程

第八章发酵工业的无菌技术升温、冷却两阶段也有一定的灭菌效果，考虑到灭菌的可靠性主要在保温阶段进行，故可以简单地利用式

㏑(N/N0)=-kt

来粗略估算灭菌所需时间。2.灭菌时间的估算

第八章发酵工业的无菌技术2.灭菌时间的估算

例1：有一发酵罐内装40m3培养基，在1210C温度下实罐灭菌，原污染程度为每1ml有2×105个耐热细菌芽孢，已知1210C时灭菌速度常数k=1.8min-1，求灭菌失败机率为0.001时所需时间。

解：N0=40×106×2×105=8×1012(个)Nt=0.001(个)k=1.8(min-1)

㏑(Nt/N0)=-kt

t=2.303/k[lg(N0/Nt)]=2.303/1.8[lg(8×1015)]=20.34(min)由于升温阶段就有部分菌被杀灭，特别是当培养基加热至1000C以上，这个作用较为显著，故实际保温阶段时间比计算值要短。

第八章发酵工业的无菌技术（三）连续灭菌（连消）

工艺流程喷淋冷却连续灭菌流程喷射加热连续灭菌流程薄板式换热器连续灭菌流程灭菌时间的计算

㏑(Ct/C0)=－ktt=2.303/k[lg(C0/Ct)]式中：C0、Ct分别为单位体积培养基灭菌前、后的含菌数。第八章发酵工业的无菌技术例2．某发酵罐内装40m3培养基，采用连续灭菌，灭菌温度为1310C，原污染程度为每1ml含有2×105个杂菌，已知1310C时灭菌速度常数为15min-1，求灭菌所需的维持时间。连续灭菌时间的估算解：C0=2×105(个/ml)Ct=0.001/(40×106)=2.5×10-11(个/ml)t=2.303/k[lg(C0/Ct)]=2.303/15×lg[(2×105)/(2.5×10-11)]=2.37min第八章发酵工业的无菌技术喷淋冷却连续灭菌流程第八章发酵工业的无菌技术第八章发酵工业的无菌技术分批灭菌与连续灭菌的比较

连续灭菌的优点：（适用于大型罐）可采用高温短时灭菌，营养成分破坏少，有利于提高发酵产率；发酵罐利用率高；蒸汽负荷均衡；采用板式换热器时，可节约大量能量；适宜采用自动控制，劳动强度小；可实现将耐热性物料和不耐热性物料在不同温度下分开灭菌，减少营养成分的破坏。第八章发酵工业的无菌技术缺点：对小型罐无优势，不方便，对设备要求高；蒸汽波动时灭菌不彻底；当培养基中含有固体颗粒或有较多泡沫时，以分批灭菌好，防止灭菌不彻底。

分批灭菌与连续灭菌的比较

第八章发酵工业的无菌技术四、空气除菌

（一）概述（二）空气过滤除菌流程（三）空气预处理（四）空气过滤介质第八章发酵工业的无菌技术（一）概述

空气除菌的必要性

以一个50m3的发酵罐为例，若装料系数为0.7，要求每立方米发酵液每分钟通气0.8m3，培养周期170h，那么每个周期需通气量2.86×105m3(50×0.7×0.8×170×60)，而每立方米大气中约有103-104个微生物。第八章发酵工业的无菌技术空气除菌方法辐射杀菌：超声波、高能阴极射线，x射线、β射线、γ射线、紫外线(2265Å~3287Å)加热杀菌：加热方法可用蒸汽、电和空气压缩机产生的热量静电除菌：常用于洁净工作台、洁净工作室所需无菌无尘空气的第一次除尘，配合高效过滤器使用。过滤除菌：采用定期灭菌的介质来阻截流过的空气所含的微生物而取得无菌空气。常用的过滤介质有棉花、活性炭、玻璃纤维、有机合成纤维、有机和无机烧结材料等等。

（一）概述

第八章发酵工业的无菌技术第八章发酵工业的无菌技术1.对空气过滤除菌流程的要求流程主要设备：空气压缩机、空气过滤器

附属设备：粗过滤器、气液分离器、空气贮罐、空气冷却器

第八章发酵工业的无菌技术流程的制定应根据所在地的地理、气候环境和设备条件综合考虑

环境污染比较严重的地方，要考虑改变吸风的条件；在温暖潮湿的南方，要加强除水设施；压缩机耗油严重的设备流程中则要加强消除油雾的污染，也可采用无油润滑的往复式压缩机；往复式压缩机，要配备前置粗过滤器及空气贮罐。通常要求压缩空气的相对湿度Φ=50%~60%时通过过滤器为好。1.对空气过滤除菌流程的要求第八章发酵工业的无菌技术2.空气除菌流程的分析空气除菌系统包括：冷却、分离油水、加热、过滤几种典型的设备流程

两级冷却、加热除菌流程

冷热空气直接混合式空气除菌流程高效前置过滤空气除菌流程将空气冷却至露点以上的流程利用热空气加热冷空气流程一次冷却和析水的空气过滤流程

第八章发酵工业的无菌技术（三）空气预处理1.原理：除尘(外源空气的前处理)：防塞，提高过滤效率和滤器寿命；降温：防烧伤介质及水分蒸发严重，对发酵不利除油、除水：防塞（因油膜堵），防止过滤器长菌堵塞（因水滴）加热：保持相对湿度稳压：防止压力波动，贮罐

2.

预处理流程设计的简繁关键：去湿问题措施：建吸风塔、粗过滤器（布袋过滤器、填料过滤器、油浴洗涤和水雾除尘装置等）、高效前置过滤器第八章发酵工业的无菌技术

两级冷却、加热除菌流程图1-粗过滤器；2-空压机；3-贮罐；4，6-冷却器；5-旋风分离器；7-丝网分离器；8-加热器；9-过滤器

第八章发酵工业的无菌技术冷热空气直接混合式空气除菌流程图1-粗过滤器；2-压缩机；3-贮罐；4-冷却器；5-丝网分离器；6-过滤器第八章发酵工业的无菌技术利用热空气加热冷空气的流程示意图1-高空采风；2-粗过滤器；3-压缩机；4-热交换器；5-冷却器；6，7-析水器；8-空气总过滤器；9-空气分过滤器第八章发酵工业的无菌技术将空气冷却至露点以上的流程1－高空采风；2－粗过滤器；3－压缩机；4－冷却器；5－冷却器；6－空气总过滤器；7－空气分过滤器第八章发酵工业的无菌技术高效前置过滤空气除菌流程图1—高效前置过滤器；2—压缩机；3—贮罐；4—冷却器；5—丝网分离器；6—加热器；7—过滤器第八章发酵工业的无菌技术一次冷却和析水的空气过滤流程示意图1－高空采风；2－粗过滤器；3－压缩机；4－冷