发酵工程 第四章 无菌空气的制备

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达到灭菌温度（120 ℃）时，开始计算维持时间 （保温时间）。生产上采用30min 采用快速冷却方式，减少营养成份的损失
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（1）连续灭菌
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 的发酵罐内的工艺过程.
• 优点
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• 特点 ：省去一级冷却和分离设备及空气再加热设备，简化了流程， 使冷却水用量也降低了。压缩空气从贮罐出来分两路，一部分进冷却 器，经分离器分离水、油雾后与另一部分未处理过的高温压缩空气混 合，使混合后的空气温度为30～35℃，相对湿度为50～60%。
3、高效前置过滤除菌流程
• 在压缩机前设置一台高效过滤器，这样便可降低过滤器负荷（即多 次过滤），达到空气除菌的要求。
经济快速适 用范围广 安全高效 可用于热敏 物质
一、工业上培养基灭菌
1.培养基灭菌的目的： 杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的条件。
2.灭菌方法： 工业上培养基灭菌使用的方法是湿热灭菌。 湿热灭菌简便、有效、经济。
• 3.培养基灭菌的要求 • （1）达到要求的无菌程度； • （2）尽量减少营养成分的破坏，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起的： • 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。
项目 方法
化学物质灭菌 辐射灭菌
本质
化学反应 紫外线与菌体核酸 的光化学反应；其 它射线使水分子产 生自由基 加速与温度有关的 胞内反应 蒸汽释出潜热使蛋 白变性 氧化作用 利用菌体物理性质

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)] =2.37 min
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
丝状菌发酵被产酸菌污染：pH不断下降，菌丝 大量自溶，发酵液粘度黏度增加，过滤困难 处理方法：①将发酵液加热后再加助滤剂； ②先加絮凝剂使蛋白质凝聚后沉淀
杂菌分泌较多蛋白质杂质时，使水相和溶媒之 间极易发生乳化。
（二）杂菌污染的防治
1. 染菌的检查与判断
显微镜检查法 平板划线培养或斜面培养检查法 肉汤培养检查法 发酵过程的异常现象判断
三、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
四、发酵培养基及设备管道灭菌
（一）湿热灭菌原理 （二）分批灭菌（实罐灭菌） （三）连续灭菌（连消） （四）发酵培养基及设备管道灭菌技术
（一）湿热灭菌原理 1.微生物的热阻
灭菌后弃去
发酵前期染菌
应迅速重新灭菌，补充必要的营养成分， 重新接种
发酵中期染菌
挽救困难，应早发现，应根据各种发酵的特 点和具体情况尽快处理 。
抗生素发酵
输入正常发酵的另一罐发酵液
柠檬酸发酵
a. 污染细菌：加大通风，加速产酸；加入盐 酸等条pH3.0以下，抑制细菌
b. 污染酵母：加入0.025~0.035g/L CuSO4抑制 酵母；通风加大，加速产酸。
3. 杂菌污染的途径及其预防
（1）种子带菌的防治
培养基及器具彻底灭菌 避免菌种在移接过程中受污染 避免菌种在培养及保藏过程中污染

工业发酵所需的无菌空气要求高，用量大，故选择运行可靠、操作方便、 设备简单、节省材料和减少动力消耗的有效除菌方法。
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1. 辐射杀菌
理论上，声能、高能阴极射线、X射线、γ射线、β射线、紫外线 等都能破坏蛋白质活性而起杀菌作用。但具体的杀菌机理研究比较少， 了解得较多的是紫外线杀菌，紫外线波长为2537-2650 À时杀菌效力最 强，它的杀菌力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成反比。
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高空采风、两次冷却、两次分油水、 适当加热流程
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冷热空气直接混合式空气除菌流程
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高效前置过滤除菌流程
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四 空气过滤器设计
1、惯性捕集作用
在过滤器中的滤层交错着无数的纤维，好像形成层层的网 格，随着纤维直径减小，充填密度的增大，所形成的网格 就越紧密，网格的层数也就越多，纤维间的间隙就越小。 当带有微生物的空气通过滤层时，无论顺纤维方向流动或 是垂直于纤维方向流动，仅能从纤维的间隙通过。由于纤 维交错所阻迫，使空气要不断改变运动方向和速度才能通 过滤层。
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1. 经第一次冷却后，大部分的水、油都已结成较大的雾粒，且雾粒浓 度比较大，故适宜用旋风分离器分离。 2. 第二冷却器使空气进一步冷却后析出一部分较小的雾粒，宜采用丝 网分离器分离，发挥丝网能够分离较小直径的雾粒和分离效果高的作 用。 3. 经二次分离的空气带的雾沫就较少，两级冷却可以减少油膜污染对 传热的影响。 4. 若采用低温的地下水，可采用串联来减少冷却水用量。在没有低温 地下水时，第二级可采用冰水冷却，通常第一级冷却到30一35℃，第 二级冷都到20-25℃。除水后，空气的相对湿度还是l00％，可用加热 的办法把空气的相对湿度降到50一60％。

因此配制培养基所用原料要含杂菌少，培养基配制后
要尽快灭菌，以减少杂菌的生长。
灭菌程度的确定：在对数残留方程式中，如果要达到 绝对彻底地灭菌，即Nt=0，所需灭菌时间t为∞，这实 际上是不可行的。
因此在生产设计上常采用Nt=0.001 为达到灭菌要求， 即，在1000批次灭菌中只允许有1批失败；
与灭菌温度、菌种特性有关； dN/dt：活菌的瞬时变化速率，即死亡速率(个/s或个/min )。
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第一节 灭菌和除菌的基本原理
开始灭菌时，即t=0时，培养基中活菌数为N0。积 分上式得：
Nt 1 dN = -
t
kdt
N0 N
0
ln Nt kt
N0
t
k1 ·ln
N0 Nt
NO-灭菌开始时原有的活菌数(个) Nt -灭菌结束后残留的活菌数(个)
高压灭菌 高压—121℃15min； 低压—105℃30min。
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第一节 灭菌和除菌的基本原理
二、高温湿热灭菌 1.高温湿热火菌是利用饱和蒸汽直接接触需要灭菌
的物品以杀死微生物。 原理：蒸汽具有强大的穿透力，冷凝时释放大量
潜热，使微生物细胞中的原生质胶体和酶蛋白变 性凝固，核酸分子的氢键破坏，酶失去活性，于 是微生物因代谢发生障碍而在短时间内死亡。 湿热灭菌法是目前最常用的基本灭菌方法，一般 的湿热灭菌条件为121℃ (表压约0.1MPa) ，维持 20~30min 。
高温灭菌
低温长时间(LTLT,62~65℃,30 分钟)，现在殆不存在，
干热灭菌法
火焰灼烧法 热空气灭菌法
高温短时间(HTST,72~75℃,15 秒)，能杀灭牛乳中之所有病 原菌，在欧美主要被使用。