微生物培养系统的杀菌

微生物培养系统的杀菌第1页，课件共33页，创作于2023年2月目录微生物培养装置简介1杀菌2发酵过程的污染及控制3微生物培养装置简介1杀菌2发酵过程的污染及控制3第2页，课件共33页，创作于2023年2月一、微生物培养装置简介微生物培养装置是指为了研究和利用微生物所具有的某种特性和本领、并将其用于工业生产为目的、人为地提供一种环境来培育微生物或者生产这些微生物所产生的特定有用物质的装置。代表有通气搅拌罐、气泡塔等第3页，课件共33页，创作于2023年2月一、微生物培养装置简介培养罐搅拌装置阀门及配管接头通风装置第4页，课件共33页，创作于2023年2月小型通用式发酵罐大型通用式发酵罐(发酵工程；李平兰，王成涛；2005）通风发酵设备

通风发酵设备一般就是指通风式发酵罐，又称好气性发酵罐，如谷氨酸、柠檬酸、抗生素等发酵所用的发酵罐。在好气性发酵过程中，需要空气的不断通人，以供微生物生长所需的氧。通入发酵液的空气分散程度越高，其比表面也就越大，进而发酵液中氧的溶解也就越快。

常见的通风式发酵罐主要有机械搅拌式发酵罐、自吸式发酵罐和气升式发酵罐三种。第5页，课件共33页，创作于2023年2月一、微生物培养装置简介第6页，课件共33页，创作于2023年2月一、微生物培养装置简介第7页，课件共33页，创作于2023年2月一、微生物培养装置简介自吸式发酵罐是一种无需空气压缩机，而在搅拌过程借助形成的局部低压而自行吸入空气的发酵罐，其主要用于酵母、醋酸、维生素、葡萄糖和抗生素发酵方面。其最大的区别就在于其经过改进可以自行吸入空气而不需要对空气进行压缩，也不用搅拌器。第8页，课件共33页，创作于2023年2月一、微生物培养装置简介嫌气发酵设备工业生产中有些发酵不需要氧，如丙酮、丁醇、酒精、啤酒、乳酸等，都采用嫌气发酵罐，发酵过程不需要通气。常生活中经常接触的酒精、啤酒等产品的发酵，均为嫌气性发酵罐所生产，其发酵罐因不需要通入昂贵的无菌空气，因此在设备放大、制造和操作时，都比好气性发酵设备简单得多。第9页，课件共33页，创作于2023年2月微生物培养装置管路系统（食品杀菌新技术；涂顺明邓丹雯；2004）第10页，课件共33页，创作于2023年2月目录微生物培养装置简介1杀菌2发酵过程的污染及控制3第11页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌杀菌1.杀菌项目3.杀菌条件2.杀菌方式第12页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌1、发酵罐及管道2、培养基3、空气2.1杀菌项目需要杀菌的物料及设备作为发酵生产的主体，因在发酵前和发酵过程中保持着清洁状态。主要材质为耐热强化玻璃或者不锈钢。发酵过程中的能量来源，应避免杂菌污染。大多数发酵产品采用液体培养基生产，有利于氧的溶解和传递，对发酵温度等参数的控制十分有利在绝大多数的深层培养为好氧微生物培养，然而空气中含有各种微生物，为了保证纯种培养，必须将空气中的微生物除去。第13页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌可以运用的杀菌技术湿热杀菌（蒸汽高温高压）臭氧杀菌化学药品杀菌（双氧水、甲醛、苯酚）物理除菌（膜过滤）射线灭菌（紫外线、高能电磁辐射）2.2杀菌方式第14页，课件共33页，创作于2023年2月杀菌方式比较杀菌方式优缺点湿热杀菌优：极易使微生物细胞中的蛋白质发生不可逆的凝固变性，使微生物在短时间内死亡，蒸气冷凝形成的水分使蛋白质更易变性，且变性温度显著降低；缺：在对设备杀菌时，需要较有经验的人员调控阀门开关来控制杀菌时间和温度。臭氧杀菌优：在常温下有效快速的杀死设备表面细菌，残留物少；利用臭氧水冲洗设备，可把细菌冲走并杀死，在生产过程中不会产生死角；缺：对培养基杀菌效果不明显；残留臭氧（水）对发酵过程有影响。化学药品杀菌优：具有穿透性，在常温下就能杀死设备表面细菌。缺：药品加入培养基后很难除掉，遗留毒性及腐蚀性大。射线灭菌紫外线最常用。紫外线对营养细胞和芽孢都能杀灭，但细菌芽孢和霉菌孢子对紫外线抵抗力强，且紫外线穿透力低，只能用于表面灭菌及无菌室、培养间等空间灭菌。物理除菌优：是一种有效的对热敏性物质的除菌方法，能大量制备无菌空气；缺：对孔径及吸附能力要求高，截留污染物的能力较小、容易堵满网孔。第15页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌杀菌1.杀菌项目3.杀菌条件2.杀菌方式第16页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌2.3杀菌条件2.3.1培养基的灭菌方法分批灭菌

分批灭菌也称实消、实罐灭菌、间歇灭菌。将配制好的培养基输入发酵罐内直接通人蒸气进行灭菌。此法不需其他附属设备，操作简便，染菌机会少，但其加热和冷却时间较长，营养成分有一定损失，罐利用率低，不能采用高温短时灭菌工艺。

实罐灭菌设备示意图（发酵工程；李平兰，王成涛；2005）第17页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌2.3杀菌条件2.3.1培养基的灭菌方法连续灭菌连续灭菌也称连消。培养基在发酵罐外经过一套灭菌设备连续的加热灭菌，冷却后送入空消后的发酵罐的灭菌法。所谓空消，即空罐灭菌，指通人蒸气对未加培养基的空罐内部进行湿热灭菌。空消是配合培养基连续灭菌后使用的。连消塔一喷淋冷却连续灭菌流程（发酵工程；李平兰，王成涛；2005）2.3杀菌条件2.3.1培养基的灭菌方法连续灭菌时料液在配料罐中配料后，由连消泵送入连消塔底端，料液在20s~30s内被直接蒸气立即加热到灭菌温度126℃~132℃，由顶部流出，进入维持罐维持保温5min~7min，罐压保持在0.4MPa，然后进入冷凝管冷却。一般冷却到40℃~50℃后送入预先空消的贮罐内第18页，课件共33页，创作于2023年2月微生物培养装置管路系统（食品杀菌新技术；涂顺明邓丹雯；2004）第19页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌连续灭菌与分批灭菌比较有很多优点，尤其在大规模生产时更为明显，主要表现为：可采用高温短时灭菌，培养基受热时间短营养成分破坏少，发酵产率高；发酵罐利用率高；蒸气负荷均衡，操作方便；采用板式换热器时可节约大量能源；适用自动控制，降低劳动强度。对于容积小的发酵罐，连续灭菌的优点不明显，采用分批灭菌比较方便。第20页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌培养系统灭菌（多采用湿热灭菌方法）微生物热死规律——对数残留定律微生物在高温高湿的环境中，其减小速率（即单位时间内菌体的减少量，用表示）与任何一瞬间残留的活菌数成正比。用数学公式表示为：式中，N为残留的活菌数（个），t为灭菌时间（min），K为反应速率常数（min-1），与灭菌温度及菌种特性有关。将上式移项后积分得：式（1）第21页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌分批灭菌如果不计升温阶段所杀灭的菌数，把培养基中所有的菌均看作是在保温阶段（灭菌温度）被杀灭这样可以简单地利用式1粗略地求得灭菌所需的时间。

例1：有一发酵罐内装40m3培养基，在121℃进行实罐灭菌。原污染程度为每1mL有2×105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时所需的灭菌时间。N0=40×106×2×105=8×1012（个）Nt=0.001(个）K=1.8min-1

灭菌时间：t=（2.303/K）lg(N0/Nt)=20.34(min)第22页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌连续灭菌连续灭菌的灭菌时间仍可用式1求得，但培养基中的含菌数应该改为每1mL培养基的含菌数，则式1应改为：式中，C0及Ct分别为单位体积培养基灭菌前、后的含菌数（个.mL）例2：有一发酵罐内装40m3培养基，在131℃进行实罐灭菌。原污染程度为每1mL有2×105个耐热细菌芽孢,131℃时灭菌速率常数为15min-1。求灭菌失败几率为0.001时所需的灭菌时间。C0=2×105(个.mL)Ct=1/(40×106×103)=2.5×10-11(个.mL)t=(2.303/15)lg(2×105/2.5×10-11)=2.37(min)第23页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌设备、管道灭菌条件1.

灭菌锅内灭菌灭菌蒸气压力为0.098MPa，固体培养基维持20min~30min，液体培养基维持15min~20min，玻璃器皿及用具灭菌维持30min~60min。2.种子罐、发酵罐、计量罐、补料罐等的空罐灭菌及管道灭菌从有关管道通入蒸气，使罐内蒸气压达0.147MPa

，维持45min，灭菌过程从阀门、边阀排出空气，并使蒸气通过达到死角灭菌。灭菌完毕关闭蒸气后，待罐压低于空气过滤器压力时，通入无菌空气保持罐压0.098MPa。3.空气总过滤器和分过滤器灭菌排出过滤器中的空气，从过滤器上部通人蒸气，并从上、下排气口排气，维持压力0.147MPa灭菌2h。灭菌完毕，通入压缩空气吹干。

第24页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌设备、管道灭菌条件4.种子培养基实罐灭菌从夹层通入蒸汽，间接加热至90℃，再从取样管、进风管、接种管进蒸气进行直接加热，同时关闭夹层蒸气进口阀门，升温至121℃，维持30min。5.发酵培养基实罐灭菌从夹层或盘管进入蒸气，间接加热至90℃，关闭夹层蒸气，从取样管、进风管、放料管三路进蒸气，直接加热至121℃，维持30min。第25页，课件共33页，创作于2023年2月微生物培养装置管路系统（食品杀菌新技术；涂顺明邓丹雯；2004）V-3、V-6、V-12提供杀菌的高压蒸汽V-5、V-13供给无菌空气V-1、V-2为空气输入调节阀V-7、V-8为冷却水控制阀V-4、V-9、V-15为排放水阀V-10、V-11为排气阀第26页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌空气净化空气中微生物含量与环境有密切关系。一般干冷的北方比暖湿的南方含菌量少；高空比地面含菌量少；农村比工业城市含菌量少。空气中的微生物一般附着在尘埃和雾沫上。

第27页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌空气净化的方法很多，适用于供给发酵需要的大量无菌空气的除菌方法主要有以下几种：加热灭菌静电除尘介质过滤除菌以上空气除菌方法中，加热灭菌可杀灭难以用过滤除去的噬菌体，但用蒸气或电加热，费用昂贵，无法处理大量的空气。利用空气压缩热灭菌是干热灭菌，必须维持一定时间的高温（220℃左右），空压机维持较高压力，压力越高则消耗动力越大，同时保温15s，需要较大的维持管或罐。静电除尘由于效率达不到无菌要求，一般只作初步除尘，至今工业上空气除菌大都是采用介质过滤除菌法。第28页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌空气净化空气过滤除菌的原理和介质1.原理

当微生物微粒随气流通过滤层时，由于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方向的绕流运动，从而导致微生物颗粒与滤层纤维间产生惯性碰撞、拦截、布朗扩散、重力及静电吸附等作用，将微生物颗粒截留在介质层内，达到过滤的目的。第29页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌空气净化空气过滤除菌的原理和介质2.介质空气过滤器主要有两种：一种以纤维状物（棉花、玻璃纤维、腈纶等）或颗粒状物（活性炭）为介质构成，这种过滤器滤层厚度大、体积大、压力降大，操作麻烦；另一种以微孔滤纸、滤板、滤棒构成，制成旋风式或管式。第30页，课件共33页，创作于2023年2月2、杀菌空气净化空气过滤除菌的原理和介质（发酵工程；李平兰，王成涛；2005）第31页，课件共33页，创作于2023年2月目录微生物培养装置简介1杀菌2发酵过程的污染及控制3第32页，课件共33页，创作于2