发酵工业无菌技术.ppt

第四章发酵工业的无菌技术4.1灭菌与消毒的区别

灭菌：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：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿内外的病源微生物。
培养基灭菌的目的
1，在发酵过程中夹杂其它杂菌造成的后果：
生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；
在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生产菌生长得更快，结果使发酵罐中以杂菌为主；
杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难
杂菌会降解目的产物；
杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品；
发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象。
2，工业上具体措施包括：
（1）使用的培养基和设备须经灭菌；
（2）好氧培养中使用的空气须除菌处理；
（3）设备应严密，发酵罐维持正压环境；
（4）培养过程中加入的物料应经过灭菌；
（5）使用无污染的纯粹种子。
3，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。
4，培养基灭菌的要求
（1）达到要求的无菌程度（10-3）
（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。4.2发酵工业污染的防治策略
4.2.1污染的危害
1.使生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降。
2.杂菌也会产生代谢产物，这就使产物的提取更加困难，造成得率降低，产品质量下降。
3.有些杂菌会分解产物，使生产失败。
4.杂菌大量繁殖后，会改变反应液的pH值，使反应异常。
5.如果发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解，使生产失败。4.2.2杂菌污染的防治杂菌污染的途径及其预防
种子带菌及其预防：
1.培养基及其器具彻底灭菌
2.避免菌种在移接中污染
3.避免菌种在培养和保藏中污染
过滤空气带菌及其防治
设备的渗漏或死角染菌及其防治
培养基灭菌不彻底导致染菌及其防治
操作不当造成染菌
噬菌体染菌及其防治4.3发酵工业的无菌技术灭菌的方法
（1）化学法
化学药品灭菌法
（2）物理法
干热灭菌法
湿热灭菌法
射线灭菌法
过滤除菌法
火焰灭菌法
4.4发酵培养基及设备管道灭菌微生物4.4.1湿热灭菌的理论基础实验证明，微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的一级反应动力学，即：

N：任一时刻的活细菌浓度（个/L）
t：时间（min）
活菌的减少率与N的关系K：比热死速率常数（min-1）
取边界条件t=0，N=N0，对（1）积分得
或lnN0/N=kt

2.303logN0/N=kt

t=2.303/klogN0/N对数残存规律
工厂的经验数据，高温灭菌时间15－30s,维持8－25min。培养基达到完全灭菌时，灭菌温度和灭菌时间对培养基养分破坏的比较（以VitB1为准）

灭菌温度0C灭菌时间min营养成分破坏率（％）
10040099.3
1103667
1151550
120427
1300.58
1450.082
1500.0114.4.2培养基灭菌的工程设计孢子热死亡的规律符合
保证间歇灭菌成功的要素
（1）内部结构合理(主要是无死角)，焊缝及轴封装置可靠，蛇管无穿孔现象
（2）压力稳定的蒸汽
（3）合理的操作方法。培养基间歇灭菌过程中应注意的问题
（1）温度和压力的关系
（2）泡沫问题
（3）投料过程中，麸皮和豆饼粉等固形物在罐壁上残留的问题
（4）灭菌结束后应立即引入无菌空气保压典型的喷射加热连续灭菌时的温度和时间曲线图薄板换热器连续灭菌时的温度和时间曲线图连消器薄板换热器四、连续灭菌与间歇灭菌的比较
1，连续灭菌的优缺点
优点
–保留较多的营养质量
–容易放大
–较易自动控制；
–糖受蒸汽的影响较少；
–缩短灭菌周期；
–在某些情况下，可使发酵罐的腐蚀减少；
–发酵罐利用率高；
–蒸汽负荷均匀。优点
–设备投资较少
–染菌的危险性较小
–人工操作较方便
–对培养基中固体物质含量较多时更为适宜
缺点
–灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，一般只限于中小型发酵装置。采用一台连续灭菌设备，培养液流量为18m3/h，发酵罐装料量为36m3，原始污染度为106个，要求灭菌度N＝10-3个罐，灭菌温度为398k，查图得此时得反应速度常数＝11min-1，试求维持时间t。（1）培养基成分对灭菌的影响
油脂，糖类及一定浓度的蛋白质可增加微生物的耐热性，另一些物质，如高浓度的盐类，色素等可削弱其耐热性。
（2）培养基的物理状态对灭菌的影响
（3）培养基中微生物数量对灭菌的影响
（4）培养基中氢离子浓度对灭菌的影响
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，所需杀灭微生物的温度越低。（5）微生物细胞中水分对灭菌的影响
细胞含水越多，蛋白质变