第六章灭菌及染菌的防治(2013生)

1、第六章第六章 灭菌及染菌的防治灭菌及染菌的防治郭伟云郭伟云生命科学技术学院发酵工程教研室生命科学技术学院发酵工程教研室抗生素生产工艺抗生素生产工艺上节回顾上节回顾培养基的基本组成与功能：培养基的基本组成与功能： 碳源、氮源、水、无机盐及微量元素、生长因素碳源、氮源、水、无机盐及微量元素、生长因素 前体、诱导物（刺激物）、抑制剂。前体、诱导物（刺激物）、抑制剂。培养基的种类：培养基的种类： 按来源、状态、用途等分类。按来源、状态、用途等分类。培养基的制备：培养基的制备： 母液的配制与保存母液的配制与保存 培养基的配制培养基的配制抗生素生产工艺抗生素生产工艺目目 录录!灭菌概述灭菌概述!培养基灭菌

2、培养基灭菌!发酵罐的灭菌发酵罐的灭菌!空气的除菌空气的除菌!染菌的防治染菌的防治抗生素生产工艺抗生素生产工艺4第一节第一节 灭菌概述灭菌概述 消毒消毒-灭菌灭菌消毒消毒是指用物理是指用物理或化学方法杀死或化学方法杀死物料、容器、器物料、容器、器具内外的病原微具内外的病原微生物。生物。一般只能一般只能杀死营养细胞而杀死营养细胞而不能杀死细菌芽不能杀死细菌芽孢。孢。 灭菌灭菌是用物理是用物理或化学方法杀或化学方法杀死或除去环境死或除去环境中所有微生物，中所有微生物，包括营养细胞、包括营养细胞、细菌芽孢和孢细菌芽孢和孢子。子。消毒不一定能达到灭菌要求，消毒不一定能达到灭菌要求，灭菌则可达到消毒的目的

3、。灭菌则可达到消毒的目的。 抗生素生产工艺抗生素生产工艺高温灭菌高温灭菌辐射作用辐射作用过滤作用过滤作用高渗作用高渗作用超声波超声波一、物理灭菌因素高温一、物理灭菌因素高温火焰灼烧法火焰灼烧法烘箱热空气灭菌法烘箱热空气灭菌法干热灭菌法干热灭菌法煮沸消毒法煮沸消毒法巴氏消毒法巴氏消毒法间歇灭菌法间歇灭菌法高压蒸汽灭菌法高压蒸汽灭菌法湿热灭菌（消毒）法湿热灭菌（消毒）法高温灭菌（消毒）法高温灭菌（消毒）法低温维持法低温维持法（LTHLTH）高温瞬时法高温瞬时法（HTSTHTST）超高温瞬时法超高温瞬时法（UTP）湿热的灭菌条件：湿热的灭菌条件：多数细菌和真菌的营养细胞：多数细菌和真菌的营养细胞：6

4、060左右处理左右处理5-105-10minmin；酵母菌和真菌的孢子：酵母菌和真菌的孢子：8080才能才能被杀死；被杀死；细菌的芽孢：细菌的芽孢：121121处理处理1515minmin。5抗生素生产工艺抗生素生产工艺6辐射灭菌辐射灭菌( (Radiation Sterilization)Radiation Sterilization)是利用电磁辐射产生的电磁是利用电磁辐射产生的电磁波杀死大多数物质表面或内部微生物的一种有效方法。波杀死大多数物质表面或内部微生物的一种有效方法。用于灭菌的电磁波有微波，紫外线用于灭菌的电磁波有微波，紫外线( (UV)UV)、X-X-射线和射线和-射线等射线等6

5、二、辐射作用二、辐射作用抗生素生产工艺抗生素生产工艺7v紫外线紫外线 原理：原理：波长波长200-300nm的紫外线具有杀菌作的紫外线具有杀菌作用。其中用。其中260266nm波长波长UV与与DNA吸收光谱吸收光谱一致。其主要作用于一致。其主要作用于DNA，使一条，使一条DNA链上链上相邻的两个胸腺嘧啶共价结合形成二聚体，相邻的两个胸腺嘧啶共价结合形成二聚体，干扰干扰DNA复制与转录，导致细菌变异和死亡复制与转录，导致细菌变异和死亡，并可杀灭病毒。，并可杀灭病毒。特点：特点：穿透力较弱穿透力较弱应用：应用：物体表面及空气消毒，如无菌室、接物体表面及空气消毒，如无菌室、接种箱种箱 抗生素生产工艺

6、抗生素生产工艺空气和不耐热的液空气和不耐热的液体培养基的灭菌体培养基的灭菌采用比细菌小的筛子采用比细菌小的筛子或滤膜作各种过滤器，或滤膜作各种过滤器，当空气或液体流经筛当空气或液体流经筛子或滤膜时，微生物子或滤膜时，微生物不能通过滤孔而被阻不能通过滤孔而被阻留在一侧，从而达到留在一侧，从而达到灭菌的目的。灭菌的目的。 8三、过滤除菌三、过滤除菌抗生素生产工艺抗生素生产工艺9是一种机械的作用因素，每秒超过是一种机械的作用因素，每秒超过2万次振动万次振动的声波即为超声波。常用的超声波发生器能产的声波即为超声波。常用的超声波发生器能产生生20-100千赫的声波。可使细菌细胞壁裂解千赫的声波。可使细菌

7、细胞壁裂解而死亡。而死亡。四、超声波杀菌法四、超声波杀菌法抗生素生产工艺抗生素生产工艺10p原理：原理：许多化学药剂渗透到微生物细胞内进行许多化学药剂渗透到微生物细胞内进行氧化、还原、水解等化学作用，引起细胞内蛋氧化、还原、水解等化学作用，引起细胞内蛋白质变性、酶类失活或细胞溶解而杀灭微生物。白质变性、酶类失活或细胞溶解而杀灭微生物。p使用范围：使用范围：器皿、双手和厂房、实验室、无器皿、双手和厂房、实验室、无菌室等环境灭菌，空间的消毒和溶氧电极等器菌室等环境灭菌，空间的消毒和溶氧电极等器具的消毒。具的消毒。 不适合用于培养基的灭菌。不适合用于培养基的灭菌。p常用的灭菌剂：常用的灭菌剂：如甲醛

8、、苯酚、高锰酸钾、如甲醛、苯酚、高锰酸钾、洁尔灭、氯化汞等。洁尔灭、氯化汞等。五、化学物质灭菌五、化学物质灭菌抗生素生产工艺抗生素生产工艺11常用的灭菌剂常用的灭菌剂有效浓度有效浓度化学物质名称化学物质名称有效浓度有效浓度新洁尔灭新洁尔灭(苯扎溴铵苯扎溴铵)0.25%甲醛甲醛37%杜灭芬杜灭芬0.25%戊二醛戊二醛2%高锰酸钾高锰酸钾0.1%-0.25%苯酚苯酚0.1%-0.15%漂白粉漂白粉5%过氧乙酸过氧乙酸0.02%-0.2%酒精酒精75%焦碳酸二乙酯焦碳酸二乙酯0.01%-0.1%煤酚皂（来苏尔）煤酚皂（来苏尔）1%5%*抗生素生产工艺抗生素生产工艺12六、臭氧灭菌六、臭氧灭菌利用臭氧

9、的氧化作利用臭氧的氧化作用杀灭微生物细胞。臭用杀灭微生物细胞。臭氧在常温、常压下分子氧在常温、常压下分子结构不稳定，很快自行结构不稳定，很快自行分解成氧气分解成氧气(O(O2 2) )和单个和单个氧原子氧原子(O)(O)，后者具有，后者具有很强的活性，对细菌有很强的活性，对细菌有极强的氧化作用。极强的氧化作用。不存在任何有毒残留物，不存在任何有毒残留物，故称无污染消毒剂故称无污染消毒剂。臭氧不。臭氧不但对各种细菌但对各种细菌(包括大肠杆菌、包括大肠杆菌、铜绿假单胞菌及杂菌等铜绿假单胞菌及杂菌等)有极有极强的杀灭能力，而且对杀死强的杀灭能力，而且对杀死霉菌也很有效。臭氧灭菌是霉菌也很有效。臭氧灭

10、菌是新近发展起来的一种消毒方新近发展起来的一种消毒方式，具有使用安全、安装灵式，具有使用安全、安装灵活、杀菌作用明显的特点，活、杀菌作用明显的特点，主要用于洁净室及净化设备主要用于洁净室及净化设备的消毒。的消毒。抗生素生产工艺抗生素生产工艺渗透压灭菌渗透压灭菌七、渗透压灭菌七、渗透压灭菌渗透压灭菌利用高渗透压溶液进行灭菌的方渗透压灭菌利用高渗透压溶液进行灭菌的方法。在高浓度的食盐或糖溶液中细胞因脱水法。在高浓度的食盐或糖溶液中细胞因脱水而发生而发生质壁分离质壁分离，不能进行正常的，不能进行正常的新陈代谢新陈代谢，结果导致微生物的死亡。结果导致微生物的死亡。抗生素生产工艺抗生素生产工艺14一、一

11、、第二节第二节培养基灭菌培养基灭菌抗生素生产工艺抗生素生产工艺1515工业上具体措施包括：工业上具体措施包括： 使用的培养基和设备须经灭菌；使用的培养基和设备须经灭菌； 好氧培养中使用的空气应经除菌处理；好氧培养中使用的空气应经除菌处理； 设备应严密，发酵罐维持正压环境；设备应严密，发酵罐维持正压环境； 培养过程中加入的物料应经过灭菌；培养过程中加入的物料应经过灭菌； 使用无污染的纯粹种子。使用无污染的纯粹种子。抗生素生产工艺抗生素生产工艺1616（1 1）达到要求的无菌程度（）达到要求的无菌程度（1010-3-3）；）；（2 2）尽量减少营养成分的破坏，在灭菌过程中，）尽量减少营养成分的破坏

12、，在灭菌过程中，培养基组分的破坏，是由两个基本类型的反应引培养基组分的破坏，是由两个基本类型的反应引起的：起的：培养基中不同营养成分间的相互作用；培养基中不同营养成分间的相互作用；对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的分解。对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的分解。抗生素生产工艺抗生素生产工艺1717湿热灭菌原理湿热灭菌原理蒸汽具有很强的穿透能力，而且在冷凝时会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。杀死各种微生物。 灭菌条件灭菌条件121121，30min30min。 灭菌缺点灭菌缺点同时会破坏培养基中的

13、营养成分，甚至产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。生不利于菌体生长的物质。湿热灭菌的效果，取决于致死温度和致死时间。湿热灭菌的效果，取决于致死温度和致死时间。灭菌优点灭菌优点蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒；蒸汽蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒；蒸汽有强的穿透力，灭菌易于彻底；蒸汽有很大的有强的穿透力，灭菌易于彻底；蒸汽有很大的潜热；操作方便，易管理。潜热；操作方便，易管理。抗生素生产工艺抗生素生产工艺18致死时间致死时间：是在致死温度下或以上杀灭微生物：是在致死温度下或以上杀灭微生物 所需时间。所需时间。致死温度致死温度：是杀灭微生物的极限温度。：是杀灭微生物的

14、极限温度。在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。抗生素生产工艺抗生素生产工艺19 在实际生产中，由于不能完全了解杂菌的数量和种类。在实际生产中，由于不能完全了解杂菌的数量和种类。因此要以相对热阻大的芽孢杆菌作为灭菌的依据。因此要以相对热阻大的芽孢杆菌作为灭菌的依据。热阻（对热抵抗力）：热阻（对热抵抗力）：微生物在某一特定条件（一定微生物在某一特定条件（一定的温度、加热方式）的死亡时间。的温度、加热方式）的死亡时间。相对热阻：相对热阻：指在相同条件下两种微生物热阻的比值。指在相同条件下两种微生物热阻的比值。微生物微生物相对热阻相对热阻营养细胞和酵母营养细

15、胞和酵母1.0细菌芽孢细菌芽孢3106霉菌孢子霉菌孢子210病毒和噬菌体病毒和噬菌体15抗生素生产工艺抗生素生产工艺高温对培养基的不利影响：高温对培养基的不利影响：会产生混浊或形成不溶性沉淀会产生混浊或形成不溶性沉淀营养成分被破坏（营养成分被破坏（POPO4 4-3-3存在，葡萄糖生成酮糖，菌不存在，葡萄糖生成酮糖，菌不利用利用）；）；色泽加深（褐变如产生氨基糖等）；色泽加深（褐变如产生氨基糖等）；改变培养基的改变培养基的pH值值（通常下降（通常下降0.20.2）；形成有害物质，抑制微生物生长；形成有害物质，抑制微生物生长；消除有害影响的措施消除有害影响的措施采用特殊的加热灭菌法采用特殊的加热

16、灭菌法过滤除菌法过滤除菌法加入螯合剂加入螯合剂抗生素生产工艺抗生素生产工艺21n微生物的种类微生物的种类n微生物细胞中水分对灭菌的影响微生物细胞中水分对灭菌的影响 细胞含水越多，蛋白质变性的温度越底细胞含水越多，蛋白质变性的温度越底n微生物细胞菌龄对灭菌的影响微生物细胞菌龄对灭菌的影响 老细胞水分含量低、低龄细胞水分含量高老细胞水分含量低、低龄细胞水分含量高n培养基中微生物数量对灭菌的影响培养基中微生物数量对灭菌的影响抗生素生产工艺抗生素生产工艺p培养基成分对灭菌的影响：培养基成分对灭菌的影响： 油脂、蛋白质增加微生油脂、蛋白质增加微生物的耐热性，高浓度的盐类，色素等可削弱其耐热性。物的耐热性

17、，高浓度的盐类，色素等可削弱其耐热性。p培养基的成份油脂、糖类及蛋白质等组成的高浓度有培养基的成份油脂、糖类及蛋白质等组成的高浓度有机物会包于细胞的周围形式一层薄膜、影响热的传导机物会包于细胞的周围形式一层薄膜、影响热的传导，所以可采用较高的灭菌温度以及稍长的灭菌时间；，所以可采用较高的灭菌温度以及稍长的灭菌时间；p低浓度有机物灭菌温度可适当降低。低浓度低浓度有机物灭菌温度可适当降低。低浓度(1.02.0)的氯化钠溶液对微生物有保护作用，但随着浓的氯化钠溶液对微生物有保护作用，但随着浓度的增加，保护作用随之降低，易引起细胞蛋白质变度的增加，保护作用随之降低，易引起细胞蛋白质变性，当浓度达到性，

18、当浓度达到810以上时，微生物的耐热性以上时，微生物的耐热性显著减弱，有利于灭菌。显著减弱，有利于灭菌。抗生素生产工艺抗生素生产工艺p培养基中的颗粒：固体颗粒的存在影响热穿透。培养基中的颗粒：固体颗粒的存在影响热穿透。 p培养基中不宜含有过多颗粒物质，因为颗粒内部容培养基中不宜含有过多颗粒物质，因为颗粒内部容易潜藏微生物，而颗粒物质本身就是一道隔热层，易潜藏微生物，而颗粒物质本身就是一道隔热层，使微生物不易受热被杀灭。颗粒愈大，灭菌难度愈使微生物不易受热被杀灭。颗粒愈大，灭菌难度愈大。大。p蒸汽中空气的存在降低蒸汽分压和灭菌温度。蒸汽中空气的存在降低蒸汽分压和灭菌温度。p但是如果罐内空气排除不

19、完全，压力表所显示的压但是如果罐内空气排除不完全，压力表所显示的压力不单是罐内蒸汽压力，还包括了空气分压。此时力不单是罐内蒸汽压力，还包括了空气分压。此时罐内的实际温度就低于压力表显示压力所对应的温罐内的实际温度就低于压力表显示压力所对应的温度，以致造成灭菌温度不够而灭菌不彻底。度，以致造成灭菌温度不够而灭菌不彻底。抗生素生产工艺抗生素生产工艺p培养基中氢离子浓度对灭菌的影响：培养基中氢离子浓度对灭菌的影响：培养基中氢培养基中氢离子浓度直接影响灭菌的效果。培养基的酸碱度越大，离子浓度直接影响灭菌的效果。培养基的酸碱度越大，所需杀灭微生物的温度越低。所需杀灭微生物的温度越低。ppH68 时，微生

20、物最耐热。时，微生物最耐热。pH小于小于6时，氢离子时，氢离子易渗入细胞内，改变细胞的生理反应促使其死亡。易渗入细胞内，改变细胞的生理反应促使其死亡。所以培养所以培养pH值愈低，所需灭菌时间愈短。值愈低，所需灭菌时间愈短。p泡沫的多少：培养基内的泡沫对灭菌不利。泡沫的多少：培养基内的泡沫对灭菌不利。p因为泡沫中的空气形成隔热层，影响热量传递，使因为泡沫中的空气形成隔热层，影响热量传递，使热量难以渗透进去，不易杀死泡沫中的微生物，所热量难以渗透进去，不易杀死泡沫中的微生物，所以对容易产生泡沫的培养基，在灭菌前应适当加入以对容易产生泡沫的培养基，在灭菌前应适当加入少量消泡剂。少量消泡剂。抗生素生产

21、工艺抗生素生产工艺25分批灭菌分批灭菌连续灭菌连续灭菌抗生素生产工艺抗生素生产工艺26分批灭菌分批灭菌是将配制好的培养基输是将配制好的培养基输入发酵罐内，用直接蒸汽加热，达到入发酵罐内，用直接蒸汽加热，达到灭菌要求的温度和压力后维持一定时灭菌要求的温度和压力后维持一定时间，再冷却至发酵要求的温度，这一间，再冷却至发酵要求的温度，这一工艺过程称为工艺过程称为分批灭菌或实罐灭菌分批灭菌或实罐灭菌。1.分批灭菌（分批灭菌（batchsterilization）抗生素生产工艺抗生素生产工艺27过程包括：过程包括：升温、保温升温、保温和冷却三阶段。和冷却三阶段。各阶段对灭菌的贡献：各阶段对灭菌的贡献：2

22、0%、75%、5%。24016012080时间（min)050100150温度升温冷却保温培养基分批灭菌过程培养基分批灭菌过程中的温度变化情况中的温度变化情况分批灭菌的设计在发酵罐中，进行实罐灭菌，是分批灭菌的设计在发酵罐中，进行实罐灭菌，是典型的分批灭菌。典型的分批灭菌。抗生素生产工艺抗生素生产工艺28全过程包括升温、保温、降温三个过程。全过程包括升温、保温、降温三个过程。 灭菌时间：灭菌时间：t t总总=t1+t2+t3=t1+t2+t3 灭菌作用：灭菌作用： 总总= = 加热加热+ + 维持维持+ + 降温降温如果知道如果知道t1t1和和t3t3，合理，合理设计维持时间设计维持时间t2t

23、2、亦能减少、亦能减少灭菌过程中培灭菌过程中培养基营养成分养基营养成分的破坏。的破坏。抗生素生产工艺抗生素生产工艺291. 1.不需专门的灭菌设备，设备投资少不需专门的灭菌设备，设备投资少2. 2.灭菌后再次染菌的危险性较小灭菌后再次染菌的危险性较小3. 3.发酵罐内有搅拌，加热时上下翻腾灭菌较均匀发酵罐内有搅拌，加热时上下翻腾灭菌较均匀4. 4.适于起泡性强、黏度大和含固形物较多的培养基适于起泡性强、黏度大和含固形物较多的培养基灭菌灭菌优点优点抗生素生产工艺抗生素生产工艺30升温升温时间时间保温保温时间时间冷却冷却时间时间缺点缺点加热和冷却时间长，发酵罐的周转率低，不加热和冷却时间长，发酵罐

24、的周转率低，不能适应大规模连续生产的要求，适于小型发酵能适应大规模连续生产的要求，适于小型发酵厂生产。厂生产。对培养基的营养成份破坏大对培养基的营养成份破坏大不能采用高温快速灭菌工艺不能采用高温快速灭菌工艺抗生素生产工艺抗生素生产工艺31又称连消，即培养基在发酵罐外经过一套灭菌又称连消，即培养基在发酵罐外经过一套灭菌设备连续的加热灭菌，冷却后送入已灭菌的发设备连续的加热灭菌，冷却后送入已灭菌的发酵罐内的工艺过程。酵罐内的工艺过程。2.连续灭菌（连续灭菌（continuoussterilization）抗生素生产工艺抗生素生产工艺32发酵罐发酵罐蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽冷却水冷却水无菌培养基无菌培养基配

25、料罐配料罐泵泵加热塔加热塔维持罐维持罐冷却管冷却管连续灭菌的基本设备一般包括（连续灭菌的基本设备一般包括（1）配料预热罐，将配制好的料液预）配料预热罐，将配制好的料液预热到热到60-70，以避免连续灭菌时由于料液与蒸汽温度相差过大而产，以避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；（生水汽撞击声；（2）连消塔，连消塔的作用主要是使高温蒸汽与料）连消塔，连消塔的作用主要是使高温蒸汽与料液迅速接触混和，并使料液的温度很快升高到灭菌温度（液迅速接触混和，并使料液的温度很快升高到灭菌温度（126-132）；（）；（3）维持罐，连消塔加热的时间很短，光靠这段时间的灭菌）维持罐，连消塔加热的

26、时间很短，光靠这段时间的灭菌是不够的，维持罐的作用是使料液在灭菌温度下保持是不够的，维持罐的作用是使料液在灭菌温度下保持5-7min，以达到，以达到灭菌的目的；（灭菌的目的；（4）冷却管，从维持罐出来的料液要经冷却排管进行）冷却管，从维持罐出来的料液要经冷却排管进行冷却，生产上一般采用冷水喷淋冷却，冷却到冷却，生产上一般采用冷水喷淋冷却，冷却到40-50后，输送到预后，输送到预先已灭菌的罐内。先已灭菌的罐内。由连消塔、维持罐和冷却器组成的连消系统由连消塔、维持罐和冷却器组成的连消系统 抗生素生产工艺抗生素生产工艺33p可采用高温快速灭菌工艺，营养成分破坏的少；可采用高温快速灭菌工艺，营养成分破

27、坏的少；p发酵罐非生产占用时间缩短，容积利用率提高；发酵罐非生产占用时间缩短，容积利用率提高；p热能利用合理，适合实行自动化控制；热能利用合理，适合实行自动化控制；p不适合用于粘度大或固形物含量高的培养基的灭不适合用于粘度大或固形物含量高的培养基的灭菌；菌；p增加一套连续灭菌设备，增多了操作环节，增加增加一套连续灭菌设备，增多了操作环节，增加了染菌的几率。了染菌的几率。特点特点抗生素生产工艺抗生素生产工艺34分批灭菌与连续灭菌分批灭菌与连续灭菌优优点点缺缺点点连续连续灭菌灭菌1.高温短时灭菌，培养基营高温短时灭菌，培养基营养成分损失少。养成分损失少。2.发酵罐占用时间缩短，利发酵罐占用时间缩短

28、，利用率高。用率高。1.设备复杂，操作麻烦设备复杂，操作麻烦,染菌机会多。染菌机会多。2.不适合含大量固体物料不适合含大量固体物料的灭菌。的灭菌。分批分批灭菌灭菌1.设备要求低，不需另外加设备要求低，不需另外加热、冷却装置。热、冷却装置。2.操作要求低，适合小批量操作要求低，适合小批量生产规模生产规模3.适合含大量固体物料灭菌适合含大量固体物料灭菌1.培养基的营养物质损失培养基的营养物质损失大，灭菌后培养基质大，灭菌后培养基质量下降量下降2.发酵罐的利用率较低发酵罐的利用率较低3.不适合大规模生产灭菌不适合大规模生产灭菌抗生素生产工艺抗生素生产工艺35分批灭菌分批灭菌连续灭菌连续灭菌实验室采用

29、湿热灭菌法：实验室采用湿热灭菌法：121121，20-30min20-30min大规模生产大规模生产35第三节第三节 发酵罐的灭菌发酵罐的灭菌 抗生素生产工艺抗生素生产工艺36抗生素生产工艺抗生素生产工艺37 培养基的灭菌如果是采用连续灭菌法，培养基的灭菌如果是采用连续灭菌法，则发酵罐则发酵罐应在加入灭菌的培养基前先行单独灭菌应在加入灭菌的培养基前先行单独灭菌。 通常是用蒸汽加热发酵罐的夹套或蛇管并从空气通常是用蒸汽加热发酵罐的夹套或蛇管并从空气分布管中通入蒸汽，充满整个容器后，再从排气管分布管中通入蒸汽，充满整个容器后，再从排气管中缓缓排出。容器内的蒸汽压力保持中缓缓排出。容器内的蒸汽压力保

30、持1 1公斤，公斤，2020分钟。分钟。在保温结束后，关键是随即通入无菌空气，使容器在保温结束后，关键是随即通入无菌空气，使容器保持正压，防止形成真空而吸入带菌的空气。保持正压，防止形成真空而吸入带菌的空气。抗生素生产工艺抗生素生产工艺3838第四节第四节 空气除菌空气除菌一、无菌空气的概述一、无菌空气的概述在发酵工业中，绝大多数是利用好气性微生物进行在发酵工业中，绝大多数是利用好气性微生物进行纯种培养，空气则是微生物生长和代谢必不可少的纯种培养，空气则是微生物生长和代谢必不可少的条件。无菌空气的制备就成为发酵工程中的一个重条件。无菌空气的制备就成为发酵工程中的一个重要环节。要环节。发酵工业应

31、用的发酵工业应用的“无菌空气无菌空气”是指通过除菌处理使是指通过除菌处理使空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会。此种空气称为制发酵污染至极小机会。此种空气称为“无菌空无菌空气气”。 抗生素生产工艺抗生素生产工艺39空气中微生物的分布特点空气中微生物的分布特点 不同地区：不同地区：城市多，农村少；主风向多，上游少。城市多，农村少；主风向多，上游少。 不同高度：不同高度：位置越高，数量越少，所以采用高空采位置越高，数量越少，所以采用高空采风一般每升高风一般每升高1010米，微生物数量下降一个数量级。米，微生物数量下降一个数量级

32、。 不同季节：不同季节：冬季少，夏季多，夏季约冬季少，夏季多，夏季约4000-60004000-6000个个/ /立方米，为冬季的立方米，为冬季的2 2倍。倍。抗生素生产工艺抗生素生产工艺40v辐射灭菌辐射灭菌 v加热灭菌加热灭菌 v化学药品杀菌化学药品杀菌l静电除菌静电除菌 l介质过滤介质过滤将有机体蛋白将有机体蛋白质变性而破坏质变性而破坏其活力，从而其活力，从而杀灭空气中的杀灭空气中的微生物微生物空气除菌：除去或者杀死空气中的微生物。空气除菌：除去或者杀死空气中的微生物。二、空气除菌方法二、空气除菌方法抗生素生产工艺抗生素生产工艺41二、空气除菌方法二、空气除菌方法（一）辐射灭菌（一）辐射

33、灭菌（二）化学杀菌（二）化学杀菌 用新洁尔灭，苯酚等喷洒或用甲醛熏蒸，硫磺熏蒸，用新洁尔灭，苯酚等喷洒或用甲醛熏蒸，硫磺熏蒸，进行空气灭菌，灭菌时间长，灭菌不彻底，空气湿度大，进行空气灭菌，灭菌时间长，灭菌不彻底，空气湿度大，也只限于静止空间的灭菌。也只限于静止空间的灭菌。 利用高能射线来进行灭菌，如紫外线，利用高能射线来进行灭菌，如紫外线，射线等，其射线等，其杀菌时间长，只能用于静止空间的灭菌，如无菌室的灭杀菌时间长，只能用于静止空间的灭菌，如无菌室的灭菌，对于流动的空气效果差。菌，对于流动的空气效果差。抗生素生产工艺抗生素生产工艺42（三）加热灭菌（三）加热灭菌加热灭菌即将空气加热到一定温

34、度后，加热灭菌即将空气加热到一定温度后，保温一定时间，将微生物杀死的方法。保温一定时间，将微生物杀死的方法。 优点：优点：加热灭菌效果加热灭菌效果迅速，如细菌芽胞。迅速，如细菌芽胞。 缺点：缺点：迅速加热和冷迅速加热和冷却费用高，周期长时，却费用高，周期长时，稳态难以维持。稳态难以维持。抗生素生产工艺抗生素生产工艺43l 利用高压利用高压20-50KV20-50KV电压进行除菌，微生物的细电压进行除菌，微生物的细胞与孢子大都带有电荷，即使不带电荷，在高胞与孢子大都带有电荷，即使不带电荷，在高压电场中也会被电离，带电的细胞或孢子在高压电场中也会被电离，带电的细胞或孢子在高压电场中被吸附，达到除菌

35、的目的。压电场中被吸附，达到除菌的目的。w 该方法除菌能耗虽不该方法除菌能耗虽不高，每处理高，每处理10001000立方米立方米空气仅耗电空气仅耗电0.2-0.8KW0.2-0.8KW，但所需的电压高，操作不但所需的电压高，操作不安全，且安全，且除菌效率不高除菌效率不高，在在85%-99%85%-99%之间，制备之间，制备的无菌空气不符合要求。的无菌空气不符合要求。（四）静电除菌（四）静电除菌抗生素生产工艺抗生素生产工艺44（五）介质过滤除菌（五）介质过滤除菌 介质过滤介质过滤是目前发酵工业上常使用的空气是目前发酵工业上常使用的空气除菌方法。它采用定期灭菌的干燥介质来阻截除菌方法。它采用定期灭

36、菌的干燥介质来阻截流过的空气中所含的微生物，从而制得无菌空流过的空气中所含的微生物，从而制得无菌空气。气。 常用的过滤介质有棉花；活性炭或玻璃纤常用的过滤介质有棉花；活性炭或玻璃纤维、有机合成纤维、有机和无机烧结材料等。维、有机合成纤维、有机和无机烧结材料等。 抗生素生产工艺抗生素生产工艺 特点特点： 利用过滤介质阻截进入的空气的尘埃和利用过滤介质阻截进入的空气的尘埃和微生物，除菌效率高，处理能力大，可以达微生物，除菌效率高，处理能力大，可以达到发酵生产所需用的无菌要求，且投资少，到发酵生产所需用的无菌要求，且投资少，能耗低，工厂普遍采用。能耗低，工厂普遍采用。抗生素生产工艺抗生素生产工艺前过

37、滤前过滤空压机空压机冷却冷却分离分离加热加热过滤过滤46抗生素生产工艺抗生素生产工艺471粗过空滤器、粗过空滤器、2空压机、空压机、3贮罐、贮罐、4、6冷却器、冷却器、5旋风分离器、旋风分离器、7丝网分离器、丝网分离器、8加热器、加热器、9过滤器过滤器抗生素生产工艺抗生素生产工艺48第五节第五节 染菌的防治染菌的防治 发酵过程中除了生产菌以外，还有其发酵过程中除了生产菌以外，还有其它菌生长繁殖。它菌生长繁殖。 设备渗漏、空气带菌、种子带菌、灭设备渗漏、空气带菌、种子带菌、灭菌不彻底及管理不善等是造成染菌的普遍菌不彻底及管理不善等是造成染菌的普遍原因。原因。一、染菌概述一、染菌概述抗生素生产工艺

38、抗生素生产工艺49u竞争营养物质，导致产量下降；竞争营养物质，导致产量下降；u产生一些代谢产物，改变发酵液的理化特性，使后提取产生一些代谢产物，改变发酵液的理化特性，使后提取困难，收率下降，质量降低；困难，收率下降，质量降低；u杂菌可能会产生生长菌的抑制物或分解产物；杂菌可能会产生生长菌的抑制物或分解产物；u感染噬菌体时，会造成菌体消失，发酵彻底失败；感染噬菌体时，会造成菌体消失，发酵彻底失败；u杂菌杂菌大量繁殖后，会改变反应液的杂菌杂菌大量繁殖后，会改变反应液的pHpH值，使反应值，使反应异常。异常。1.污染杂菌的危害：污染杂菌的危害：抗生素生产工艺抗生素生产工艺502.污染不同种类和性质的

39、微生物的影响污染不同种类和性质的微生物的影响（1）污染噬菌体：）污染噬菌体： 噬菌体的感染力很强，传播蔓延迅速，也噬菌体的感染力很强，传播蔓延迅速，也较难防治，故较难防治，故危害极大危害极大。 污染噬菌体后，可使发酵产量大幅度下降，污染噬菌体后，可使发酵产量大幅度下降，严重造成断种，被迫停产。严重造成断种，被迫停产。抗生素生产工艺抗生素生产工艺51（2）污染其它杂菌）污染其它杂菌 有些杂菌会使生产菌自溶产生大量泡沫，即有些杂菌会使生产菌自溶产生大量泡沫，即使添加消泡剂也无法控制逃液，影响发酵过程的使添加消泡剂也无法控制逃液，影响发酵过程的通气搅拌。通气搅拌。有的杂菌会使发酵液发臭、发酸，致使有

40、的杂菌会使发酵液发臭、发酸，致使pH下降，使不耐酸的产品破坏。特别是染芽孢杆菌，下降，使不耐酸的产品破坏。特别是染芽孢杆菌，由于芽孢耐热，不易杀死，往往一次染菌后会反由于芽孢耐热，不易杀死，往往一次染菌后会反复染菌。复染菌。 抗生素生产工艺抗生素生产工艺523.不同时间染菌对发酵的影响不同时间染菌对发酵的影响污染时间污染时间是指用无菌检测方法确准的污染时间，是指用无菌检测方法确准的污染时间，不是杂菌窜入培养液的时间。不是杂菌窜入培养液的时间。杂菌进入培养液后，需有足够的生长、繁殖的杂菌进入培养液后，需有足够的生长、繁殖的时间才能显现出来，显现的时间又与污染菌量有关。时间才能显现出来，显现的时间

41、又与污染菌量有关。污染的菌量多，显现染菌所需的时间就短，污染菌污染的菌量多，显现染菌所需的时间就短，污染菌量少，显现染菌的时间就长。量少，显现染菌的时间就长。抗生素生产工艺抗生素生产工艺53（1）种子培养期染菌由于接种量较小，生产）种子培养期染菌由于接种量较小，生产菌生长一开始不占优势，而且培养液中几乎没菌生长一开始不占优势，而且培养液中几乎没有抗生素（产物）或只有很少抗生素（产物）。有抗生素（产物）或只有很少抗生素（产物）。因而它防御杂菌能力低，容易污染杂菌。因而它防御杂菌能力低，容易污染杂菌。 如在此阶段染菌，应将培养液全部废弃。如在此阶段染菌，应将培养液全部废弃。抗生素生产工艺抗生素生产

42、工艺54（2）发酵前期染菌：发酵前期最易染菌，且危害最大。）发酵前期染菌：发酵前期最易染菌，且危害最大。原因：发酵前期菌量不很多，与杂菌没有竞争优势；原因：发酵前期菌量不很多，与杂菌没有竞争优势；且还未合成产物（抗生素）或产生很少，抵御杂菌能力且还未合成产物（抗生素）或产生很少，抵御杂菌能力弱。弱。在这个时期要特别警惕以制止染菌的发生。在这个时期要特别警惕以制止染菌的发生。染菌措施：可以用降低培养温度，调整补料量，用染菌措施：可以用降低培养温度，调整补料量，用酸碱调酸碱调pH值，缩短培养周期等措施予以补救。如果前期值，缩短培养周期等措施予以补救。如果前期染菌，且培养基养料消耗不多，可以重新灭菌

43、，补加一染菌，且培养基养料消耗不多，可以重新灭菌，补加一些营养，重新接种再用。些营养，重新接种再用。抗生素生产工艺抗生素生产工艺55（3）发酵中期染菌）发酵中期染菌 ：会严重干扰产生菌的代谢。杂：会严重干扰产生菌的代谢。杂菌大量产酸，培养液菌大量产酸，培养液pH下降；糖、氮消耗快，发酵液下降；糖、氮消耗快，发酵液发粘，菌丝自溶，产物分泌减少或停止，有时甚至会发粘，菌丝自溶，产物分泌减少或停止，有时甚至会使已产生的产物分解。有时也会使发酵液发臭，产生使已产生的产物分解。有时也会使发酵液发臭，产生大量泡沫。大量泡沫。措施：降温培养，减少补料，密切注意代谢变化措施：降温培养，减少补料，密切注意代谢变

44、化情况。如果发酵单位到达一定水平可以提前放罐，或情况。如果发酵单位到达一定水平可以提前放罐，或者抗生素生产中可以将高单位的发酵液输送一部分到者抗生素生产中可以将高单位的发酵液输送一部分到染菌罐，抑制杂菌。染菌罐，抑制杂菌。抗生素生产工艺抗生素生产工艺56（4）发酵后期染菌：发酵液内已积累大量的产物，）发酵后期染菌：发酵液内已积累大量的产物，特别是抗生素，对杂菌有一定的抑制或杀灭能力。特别是抗生素，对杂菌有一定的抑制或杀灭能力。因此如果染菌不多，对生产影响不大。如果染菌因此如果染菌不多，对生产影响不大。如果染菌严重，又破坏性较大，可以提前放罐。严重，又破坏性较大，可以提前放罐。抗生素生产工艺抗生

45、素生产工艺1 1、防止种子带菌、防止种子带菌l制备种子时对沙土管及摇瓶严格加以控制。制备种子时对沙土管及摇瓶严格加以控制。l沙土制备时要多次间歇灭菌沙土制备时要多次间歇灭菌l注意接种时的无菌操作注意接种时的无菌操作l子瓶、母瓶的移种和培养子瓶、母瓶的移种和培养l无菌室和摇床间都要保持清洁。无菌室内要无菌室和摇床间都要保持清洁。无菌室内要供给恒温恒湿的无菌空气，还要装紫外灯用以供给恒温恒湿的无菌空气，还要装紫外灯用以灭菌，或用化学药品灭菌。灭菌，或用化学药品灭菌。二二 . .染菌的防止染菌的防止抗生素生产工艺抗生素生产工艺无菌室要求无菌室要求有紫外灯：打开紫外灯，照有紫外灯：打开紫外灯，照半小时

46、，关灯后半小时，关灯后15分钟再接种。分钟再接种。用消毒药水如新洁而灭擦桌用消毒药水如新洁而灭擦桌子、拖地，开启超净台的通风，子、拖地，开启超净台的通风，接种时必须在超净台上操作。接种时必须在超净台上操作。超净台装有一台鼓风机，进风超净台装有一台鼓风机，进风口有一粗过滤器，出风口有高口有一粗过滤器，出风口有高效过滤器，保证无菌风从超净效过滤器，保证无菌风从超净台吹出，外界有菌空气不可能台吹出，外界有菌空气不可能进入接种区域，保证无菌条件。进入接种区域，保证无菌条件。接种人员必须穿好无菌服，接种人员必须穿好无菌服，戴好口罩，手用酒精棉球擦干戴好口罩，手用酒精棉球擦干净。净。抗生素生产工艺抗生素生

47、产工艺2 2防止设备渗漏防止设备渗漏发酵设备及附件由于化学腐蚀、电化学腐蚀，发酵设备及附件由于化学腐蚀、电化学腐蚀，物料与设备摩擦造成机械磨损以及加工制作不良等物料与设备摩擦造成机械磨损以及加工制作不良等原因会导致设备及附件渗漏。原因会导致设备及附件渗漏。设备上一旦渗漏，就会造成染菌，例如冷却盘设备上一旦渗漏，就会造成染菌，例如冷却盘管、夹套穿孔渗漏，有菌的冷却水便会通过漏孔而管、夹套穿孔渗漏，有菌的冷却水便会通过漏孔而进入发酵罐中招致染菌。阀门渗漏也会使带菌的空进入发酵罐中招致染菌。阀门渗漏也会使带菌的空气或水进入发酵罐而造成染菌。气或水进入发酵罐而造成染菌。抗生素生产工艺抗生素生产工艺3

48、3防止培养基灭菌不彻底防止培养基灭菌不彻底培养基灭菌方法培养基灭菌方法高压蒸汽灭菌高压蒸汽灭菌分批灭菌分批灭菌 121，30分钟分钟连续灭菌连续灭菌 罐温罐温125130 ，3045分钟分钟培养基灭菌前含有大量杂菌，灭菌时如果培养基灭菌前含有大量杂菌，灭菌时如果蒸蒸汽压力汽压力不足，就达不到要求的温度；灭菌时产生不足，就达不到要求的温度；灭菌时产生大量大量泡沫泡沫或发酵罐中有或发酵罐中有污垢堆积污垢堆积，就会窝藏大量，就会窝藏大量杂菌，造成灭菌不彻底。杂菌，造成灭菌不彻底。抗生素生产工艺抗生素生产工艺防止方法：防止方法： 缓慢开启蒸汽阀门，或加入少量缓慢开启蒸汽阀门，或加入少量消泡剂。消泡剂。

49、灭菌时还会因设备安装或污垢堆积造成一灭菌时还会因设备安装或污垢堆积造成一些些“死角死角”。这些死角蒸汽不能有效达到，常。这些死角蒸汽不能有效达到，常会窝藏耐热芽孢杆菌，所以设备安装要注意不会窝藏耐热芽孢杆菌，所以设备安装要注意不能造成死角，发酵设备要经常清洗，铲除污垢。能造成死角，发酵设备要经常清洗，铲除污垢。抗生素生产工艺抗生素生产工艺4 4防止空气引起的染菌防止空气引起的染菌空气冷却器的列管穿孔泄露空气冷却器的列管穿孔泄露，冷却水会渗入到空气中，造，冷却水会渗入到空气中，造成染菌。成染菌。棉花棉花-活性炭过滤器活性炭过滤器长期使用后，棉花和活性炭的体积被长期使用后，棉花和活性炭的体积被压缩

50、而松动，如果上下端棉花铺得厚薄不均，厚的一边阻压缩而松动，如果上下端棉花铺得厚薄不均，厚的一边阻力大空气不畅通，薄的一边空气容易通过，久而久之，薄力大空气不畅通，薄的一边空气容易通过，久而久之，薄的一边长期受空气顶吹而使棉花活性炭改变位置，造成过的一边长期受空气顶吹而使棉花活性炭改变位置，造成过滤器失效。滤器失效。抗生素生产工艺抗生素生产工艺5 5、发酵染菌后的措施、发酵染菌后的措施l染菌后的培养基必须灭菌后才可放下水道。染菌后的培养基必须灭菌后才可放下水道。灭灭菌方法：可通蒸汽灭菌，也可加入过氧乙酸等化学灭菌剂菌方法：可通蒸汽灭菌，也可加入过氧乙酸等化学灭菌剂搅拌半小时，才放下水道。否则由于各罐的管道相通，会搅拌半小时，才放下水道。否则由于各罐的管道相通，会造成其它罐的染菌，而且直接放下水道也会造成空气的污造成其它罐的染菌，而且直接放下水道也会造成空气的污染而导致其它罐批染菌。染而导致其它罐批染菌。l凡染菌的罐要找染菌的原因凡染菌的罐要找染菌的原因，对症下药，该罐也对症下药，该罐也要彻底清洗，进行空罐消毒，才可进罐。要彻底清洗，进行空罐消毒，才可进罐。l染菌厉害时，车间环境要用石灰消毒染菌厉害时，