发酵工程课件

微生物发酵工程6无菌保障

6无菌保障提取困难pH

噬菌体细胞裂解产率下降污染的危害26无菌保障；无菌的保障设备无死角种子，培养过程加入的物料无污染。培养基和生产环境灭菌好氧发酵过程空气除菌；36无菌保障灭菌：用物理或化学方法杀灭或去除物料或设备中一切生命的过程。一些化学药剂能使微生物中的蛋白、酶及核酸发生反应。乙醇，甲醛，氯，高锰酸钾，环氧乙烷，季銨盐，臭氧等。主要用于器械和环境灭菌和消毒化学灭菌1160℃下保温1-2h。要求保持干燥的器具和材料。干热灭菌34利用饱和蒸汽进行灭菌。有效，使用广泛。2利用电磁波、紫外线、x射线、r-射线等射线灭菌湿热灭菌过滤除菌利用过滤方法截流微生物，达到除菌的目的。适用于热敏性培养基和制备无菌空气过滤除菌356无菌保障原理：当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原生质和酶的基本成分----蛋白质发生不可逆的变化，使微生物在很短时间内死亡。以能否杀死芽孢细菌为标准。杀死微生物的极端温度称为致死温度。在致死温度下，杀死全部微生物所需的时间称为致死时间。

6.2培养基湿热灭菌66无菌保障培养基进行湿热灭菌时，培养基中的微生物受热死亡的速率与残存的微生物数量成正比。即：dN/dt=-kN式中：N---培养基中残留活菌数（个）

t---受热时间（min）

k---反应速率常数或比死亡速率（min-1）一．微生物的死亡速率与理论灭菌时间76无菌保障灭菌时间污染程度灭菌程度k值通常110-130℃，5-20min培养液采用高温短时间加热的方式，可以达到彻底灭菌并且减少对培养液成分的破坏。96无菌保障k微生物种类加热温度K值越大，微生物越容易死亡106无菌保障

即:

k=Ae-△E/RT式中：A---频率因子△E---杀死微生物所需的活化能

R---气体常数，8.314J/（mol·K）

Lgk=-1△E/2.303RT+lgA耐热芽胞杆菌A取作1.34X1036s-1△E取2.844X105J/molk值随着温度的变化遵循阿仑尼乌斯定律116无菌保障

因为加热灭菌过程中对培养基的破坏反应的速率常数也符合阿仑尼乌斯定律，同理计算出了培养基中某营养成分分解的△E，值。一般酶和维生素等营养成分分解的△E，值为8.36X103-8.36X104。136无菌保障

由于灭菌时杀死微生物的活化能△E值大于培养基营养成分破坏的活化能△E，值，因此随着温度的升高，灭菌速率常数增加的倍数大于培养基中营养成分分解的速率常数的增加倍数。

lnk2/k1△Elnk’2/k’1△E，

因此较高的灭菌温度，较短的灭菌时间能减少培养基营养成分的损耗。146无菌保障1．分批灭菌，不计升温阶段所杀灭的菌数，

t=2.303/klgN0/Nt

例1．有一发酵罐内装40m3

培养基，在121℃温度下进行实罐灭菌。原污染程度为每1mL有2X105

个耐热细菌芽孢，121℃

时灭菌速率常数为1.8min-1

求灭菌失败几率为0.001时所需要的灭菌时间

解：N0=40X106X2X105=8X1012个

Nt=0.001个

K=1.8min-1

灭菌时间：t=2.303/1.8lg（8X1012/0.001）=20.34min二．培养基灭菌时间的计算156无菌保障1．分批灭菌：将配制好的培养基放在发酵罐或其他容器中，通入蒸汽将培养基和所有设备仪器灭菌的操作过程，也称实罐灭菌。

分批灭菌优点缺点设备投资少，灭菌效果可靠，对蒸汽要求低（0.2-0.3MPa）。培养基破坏作用大，操作难于自动化。三．培养基的灭菌：176无菌保障186无菌保障196无菌保障

将配制好的培养基在高温快速的情况下，向发酵罐输送的同时经过加温，保温，冷却的过程进行灭菌。2.连续灭菌216无菌保障设备利用率高蒸汽负荷均衡便于自动控制营养成分破坏少连续226无菌保障236无菌保障256无菌保障

6.3空气过滤除菌

一、发酵用无菌空气的质量标准:发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:266无菌保障三.空气净化的流程1.空气的预处理1).

采风塔:≥10m,上风头,流速8m/s.

2).

粗过滤器:前置过滤器,拦截空气中较大的灰尘以保护空气压缩机,同时减轻总过滤器的负担.过滤介质采用泡沫塑料或无纺布.实际流速为0.1-5m/s.3).

空气压缩机:提供动力以克服随后各设备的阻力.4).

空气贮罐:主要为消除压缩机空气的脉动,特别是对于往复式空压机.296无菌保障5).冷却器:温度120℃左右,必须冷却。降湿。6).气液分离设备:除去空气中的水和油保护过滤介质.有利用离心力沉降的旋风分离器,和利用惯性拦截的介质分离器.旋风分离器：利用离心力进行气液和气固沉降分离的设备。结构简单，阻力小，分离效率高。可去除空气中绝大多数的20μm以上的液滴。但是10μm左右的液滴，除去效率只有60-70%

。丝网除沫器：可除去1μm以上的雾滴，去除率为98%。7）.空气加热设备此时的压缩空气湿度为100%306无菌保障316无菌保障326无菌保障

2．空气的过滤除菌过滤介质绝对过滤深度过滤介质的空隙小于被拦截的微生物大小，如用聚四氟乙烯或纤维素酯材料做成的微孔滤膜。介质孔隙大于被拦截的微生物大小，但介质有一定厚度，机理是静电，扩散，惯性及拦截作用。如棉花过滤器，超细玻璃纤维纸，金属烧结管等。336无菌保障1).纤维及颗粒状介质的过滤器：用于总过滤器。玻璃纤维活性炭棉花介质346无菌保障棉花：未脱脂棉花，纤维直径为16-20μm，其实密度为1520Kg/m3。填充率为8.5-10%。

玻璃纤维：用无碱的玻璃纤维介质作为过滤介质。纤维直径为3-20μm，其实密度为2600Kg/m3。填充率为5-11%。

活性炭：常与纤维状介质分层堆放成过滤床。通过过滤器的气流速度一般为0.2-0.3m/s,相应的压力降也较小。356无菌保障366无菌保障过滤器进行灭菌时，一般是自上而下通入0.2-0.4Mpa的蒸汽，灭菌45min后用压缩空气吹干备用。总过滤器约每月灭菌一次。376无菌保障介质:超细玻璃纤维纸。孔径:1-1.5μm厚度:0.25-0.4mm实密度:2600Kg/m3填充率:14.8%。除菌效率高，阻力小，强度低。用酚醛树脂，甲基丙烯酸树脂等处理以提高防湿能力用多孔板夹住提高其抗冲击能力。2).滤纸过滤器：386无菌保障396无菌保障3）金属烧结管空气过滤器：压缩空气进入壳程，通过金属微孔滤管的壁除去杂菌和颗粒，得到的无菌空气由管程排出。使用寿命长，耐高热，气体阻力小，安装维修方便。空气预过滤器和蒸汽过滤器。406无菌保障4）微孔膜过滤器----绝对过滤器：

由耐高温，疏水的，厚度为150μm的聚四氟乙烯薄膜构成。能绝对滤除所有的大于0.01μm以上的微粒，能除去几乎所有空气中夹带的微生物。

过滤器体积小，处理量大，压降小，除菌效率高416无菌保障426无菌保障3．空气净化的流程：粗过滤器一级冷却器空气加热器分过滤器无菌空气二级冷却器分水器空气贮罐旋风分离器空气压缩机丝网除末器空气吸气口总过滤器436无菌保障1）.两级冷却，加热除菌流程特点：两次冷却，两次分离，适当加热。适应性广，充分分离油水，节约冷却水。446无菌保障2）.冷热空气直接混合式空气除菌流程特点：省去第二冷却后的分离设备和空气再加热设备，流程比较简单，冷却水用量少。适用于中等湿度的地区。456无菌保障3）.高效前置过滤空气除菌流程466无菌保障4．影响介质过滤效率的因素：

介