发酵工程：培养基灭菌与空气净化

培养基灭菌与空气净化

第一节培养基灭菌

一、灭菌的原理和方法

消毒（disinfection）与灭菌（sterilization）的区别？

消毒是指用物理或化学方法杀死物料、容器、器具内外的病原微生物。一般只能杀死营养细胞而不能杀死细菌芽孢。例如，巴氏消毒法，是将物料加热至60℃维持30min，以杀死不耐高温的微生物营养细胞。

灭菌是用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。

消毒不一定能达到灭菌要求，而灭菌则可达到消毒的目的。

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（4）高渗（2）缺氧（5）高酸度（3）干燥（6）防腐剂

除菌的方法

培养基的加热灭菌空气的过滤除菌紫外线或电离辐射化学药物灭菌1.化学试剂灭菌法

甲醛、乙醇或新洁尔灭、高锰酸钾等适用范围：环境、皮肤及器械的表面消毒2.射线灭菌法3.干热灭菌法

电磁波、紫外线或放射性物质适用范围：无菌室、接种箱常用烘箱，灭菌条件：160℃下保温1h适用范围：金属或玻璃器皿4.湿热灭菌法

利用饱和蒸汽灭菌，条件：121℃，30min适用范围：生产设备及培养基灭菌5.过滤除菌法

利用过滤方法阻留微生物适用范围：制备无菌空气

6.火焰灭菌法

火焰适用范围：接种针、玻璃棒、三角瓶口

二、培养基的湿热灭菌

湿热灭菌原理灭菌条件灭菌不利方面蒸汽具有很强的穿透能力，而且在冷凝时会放出大量的冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀死各种微生物。

121℃，30min。

同时会破坏培养基中的营养成分，甚至产生不利于菌体生长的物质。

将配制好的培养基同时放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行加热灭菌的过程，也称实罐灭菌。（一）间歇灭菌

（常用）24016012080时间（min)050100150温度升温冷却保温培养基间歇灭菌过程中的温度变化情况过程包括：升温、保温和冷却三阶段。各阶段对灭菌的贡献：

20%、75%、5%。发酵罐蒸汽蒸汽冷却水无菌培养基配料罐泵加热塔维持罐冷却管（二）连续灭菌（又称连消）

将培养基在发酵罐外通过连续灭菌装置进行加热、保温和冷却而进行灭菌。

连续灭菌的基本设备有哪些？问题连续灭菌的流程与设备（1）配料预热罐，将配制好的料液预热到60

70°C，以免连续灭菌时由于料液与蒸汽温度相差过大而产生水汽撞击声；（2）连消塔，用高温蒸汽使料液温度很快升高到灭菌温度（126

132°C）；（3）维持罐，使料液在灭菌温度下保持5

7min。因为：连消塔加热的时间很短，光靠这段时间的灭菌是不够的；（4）冷却管，使料液冷却到40

50°C后（冷水喷淋），输送到预先灭菌过的罐内。

连续灭菌过程中温度的变化(虚线)

优点缺点连续灭菌1.高温短时灭菌，培养基营养成分损失少。2.发酵罐占用时间缩短，利用率高。

1.设备复杂，操作麻烦,

染菌机会多。2.不适合含大量固体物料的灭菌。间歇灭菌1.设备要求低，不需另外加热、冷却装置。2.操作要求低，适合小批量生产规模3.适合含大量固体物料的灭菌1.培养基的营养物质损失大，灭菌后培养基质量下降2.发酵罐的利用率较低3.不适合大规模生产的灭菌（三）间歇灭菌与连续灭菌的比较

第二节空气净化（除菌）发酵对空气无菌程度的要求

一般要求1000次使用周期中只允许有一个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为N=10-3。空气中微生物(包括细菌、酵母、霉菌和病毒)含量一般为103~104个／米3。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0.6μm左右，空气除菌主要去除空气中的微粒(0.6~1μm）。一、空气除菌的方法

（一）辐射杀菌（二）热杀菌

（三）静电除菌（四）过滤除菌

二、空气过滤除菌的原理与介质

1.过滤除菌的种类绝对过滤：过滤介质的滤孔小于细胞和孢子。如聚乙烯醇缩甲醛树脂（PVF）制成的0.3

m的微孔滤膜。深层介质过滤：介质的孔隙一般大于微生物细胞。如用棉花、玻璃纤维和颗粒活性炭填充的过滤器。2.深层介质过滤的原理

微粒随气流通过滤层时，由于滤层纤维的层层阻碍，使气流出现无数次改变运动速度和方向的绕流运动，引起微粒与滤层纤维间产生惯性冲击、拦截、布朗扩散、重力沉降、静电引力等作用把微粒滞留在纤维表面上，实现过滤的目的。

3.空气过滤除菌介质

（１）纤维状或颗粒状过滤介质棉花：常用，有弹性，纤维长度适中。玻璃纤维：纤维直径小，不易折断，过滤效果好。活性炭：要求质地坚硬，颗粒均匀。

缺点：体积大，装填费时费力，松紧度不易掌握，空气压降大。（２）纸类过滤介质——超细玻璃纤维纸

3

6张叠在一起使用，过滤效率高，压降小。缺点：强度不大（特别是受潮后）。发酵生产中制备无菌空气的

大致过程

空气空压机贮气罐冷却除油水加热空气预处理总过滤器分过滤器无菌空气

空气过滤三、空气的预处理

目的:提高压缩前空气的洁净度去除压缩后空气中的油和水1.提高压缩前空气的洁净度（1）提高空气吸气口的位置（2）在空气入口处设置粗过滤器

——捕集较大的灰尘颗粒，并保护空压机。高空取气管

为远离地面几十米的管子。每升高10米，空气中杂菌降低一个数量级。因此从高空取气要比从低空取气有利得多。

高效前置过滤除菌流程

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

2.空气压缩和压缩空气的冷却（1）空气压缩：克服输送过程中过滤介质的阻力并维持一定的气流速度。（2）压缩后空气温度显著上升，需冷却。

因为压缩后的高温空气能引起过滤介质的炭化或燃烧增大发酵罐的降温负荷增加培养液水分的蒸发一般用列管式冷却器进行冷却。空气贮罐消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力。利用重力沉降作用除去部分油雾。紧接空压机安装。有些装有冷却管。3.压缩空气的除油除水

冷却降温后的空气湿度增大，会使过滤介质受潮失效。

两类设备旋风分离器——利用离心力进行沉降，对于10

m以上的微粒分离效率较高。丝网分离器——利用惯性进行拦截，分离效率较高，能除去2～5

m的细小颗粒。旋风分离器

采用惯性拦截等机理，有效去除空气中的水、油雾、尘埃，不锈钢丝网可清洗，使用寿命长。4.空气的加热将除油水的空气加热（温差在10～15°C

左右），降低相对湿度（达50%～60%）后，输入过滤器。用列管换热器。空气过滤除菌设备流程空压机储罐二级冷却加热器空气过滤粗过滤四、