微生物培養(yǎng)系統(tǒng)的殺菌

微生物培養(yǎng)系統(tǒng)的殺菌第1頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄微生物培養(yǎng)裝置簡介1殺菌2發(fā)酵過程的污染及控制3微生物培養(yǎng)裝置簡介1殺菌2發(fā)酵過程的污染及控制3第2頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月一、微生物培養(yǎng)裝置簡介微生物培養(yǎng)裝置是指為了研究和利用微生物所具有的某種特性和本領(lǐng)、并將其用于工業(yè)生產(chǎn)為目的、人為地提供一種環(huán)境來培育微生物或者生產(chǎn)這些微生物所產(chǎn)生的特定有用物質(zhì)的裝置。代表有通氣攪拌罐、氣泡塔等第3頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月一、微生物培養(yǎng)裝置簡介培養(yǎng)罐攪拌裝置閥門及配管接頭通風(fēng)裝置第4頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月小型通用式發(fā)酵罐大型通用式發(fā)酵罐(發(fā)酵工程；李平蘭，王成濤；2005）通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備

通風(fēng)發(fā)酵設(shè)備一般就是指通風(fēng)式發(fā)酵罐，又稱好氣性發(fā)酵罐，如谷氨酸、檸檬酸、抗生素等發(fā)酵所用的發(fā)酵罐。在好氣性發(fā)酵過程中，需要空氣的不斷通人，以供微生物生長所需的氧。通入發(fā)酵液的空氣分散程度越高，其比表面也就越大，進(jìn)而發(fā)酵液中氧的溶解也就越快。

常見的通風(fēng)式發(fā)酵罐主要有機(jī)械攪拌式發(fā)酵罐、自吸式發(fā)酵罐和氣升式發(fā)酵罐三種。第5頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月一、微生物培養(yǎng)裝置簡介第6頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月一、微生物培養(yǎng)裝置簡介第7頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月一、微生物培養(yǎng)裝置簡介自吸式發(fā)酵罐是一種無需空氣壓縮機(jī)，而在攪拌過程借助形成的局部低壓而自行吸入空氣的發(fā)酵罐，其主要用于酵母、醋酸、維生素、葡萄糖和抗生素發(fā)酵方面。其最大的區(qū)別就在于其經(jīng)過改進(jìn)可以自行吸入空氣而不需要對空氣進(jìn)行壓縮，也不用攪拌器。第8頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月一、微生物培養(yǎng)裝置簡介嫌氣發(fā)酵設(shè)備工業(yè)生產(chǎn)中有些發(fā)酵不需要氧，如丙酮、丁醇、酒精、啤酒、乳酸等，都采用嫌氣發(fā)酵罐，發(fā)酵過程不需要通氣。常生活中經(jīng)常接觸的酒精、啤酒等產(chǎn)品的發(fā)酵，均為嫌氣性發(fā)酵罐所生產(chǎn)，其發(fā)酵罐因不需要通入昂貴的無菌空氣，因此在設(shè)備放大、制造和操作時(shí)，都比好氣性發(fā)酵設(shè)備簡單得多。第9頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月微生物培養(yǎng)裝置管路系統(tǒng)（食品殺菌新技術(shù)；涂順明鄧丹雯；2004）第10頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄微生物培養(yǎng)裝置簡介1殺菌2發(fā)酵過程的污染及控制3第11頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌殺菌1.殺菌項(xiàng)目3.殺菌條件2.殺菌方式第12頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌1、發(fā)酵罐及管道2、培養(yǎng)基3、空氣2.1殺菌項(xiàng)目需要?dú)⒕奈锪霞霸O(shè)備作為發(fā)酵生產(chǎn)的主體，因在發(fā)酵前和發(fā)酵過程中保持著清潔狀態(tài)。主要材質(zhì)為耐熱強(qiáng)化玻璃或者不銹鋼。發(fā)酵過程中的能量來源，應(yīng)避免雜菌污染。大多數(shù)發(fā)酵產(chǎn)品采用液體培養(yǎng)基生產(chǎn)，有利于氧的溶解和傳遞，對發(fā)酵溫度等參數(shù)的控制十分有利在絕大多數(shù)的深層培養(yǎng)為好氧微生物培養(yǎng)，然而空氣中含有各種微生物，為了保證純種培養(yǎng)，必須將空氣中的微生物除去。第13頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌可以運(yùn)用的殺菌技術(shù)濕熱殺菌（蒸汽高溫高壓）臭氧殺菌化學(xué)藥品殺菌（雙氧水、甲醛、苯酚）物理除菌（膜過濾）射線滅菌（紫外線、高能電磁輻射）2.2殺菌方式第14頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月殺菌方式比較殺菌方式優(yōu)缺點(diǎn)濕熱殺菌優(yōu)：極易使微生物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)發(fā)生不可逆的凝固變性，使微生物在短時(shí)間內(nèi)死亡，蒸氣冷凝形成的水分使蛋白質(zhì)更易變性，且變性溫度顯著降低；缺：在對設(shè)備殺菌時(shí)，需要較有經(jīng)驗(yàn)的人員調(diào)控閥門開關(guān)來控制殺菌時(shí)間和溫度。臭氧殺菌優(yōu)：在常溫下有效快速的殺死設(shè)備表面細(xì)菌，殘留物少；利用臭氧水沖洗設(shè)備，可把細(xì)菌沖走并殺死，在生產(chǎn)過程中不會(huì)產(chǎn)生死角；缺：對培養(yǎng)基殺菌效果不明顯；殘留臭氧（水）對發(fā)酵過程有影響?；瘜W(xué)藥品殺菌優(yōu)：具有穿透性，在常溫下就能殺死設(shè)備表面細(xì)菌。缺：藥品加入培養(yǎng)基后很難除掉，遺留毒性及腐蝕性大。射線滅菌紫外線最常用。紫外線對營養(yǎng)細(xì)胞和芽孢都能殺滅，但細(xì)菌芽孢和霉菌孢子對紫外線抵抗力強(qiáng)，且紫外線穿透力低，只能用于表面滅菌及無菌室、培養(yǎng)間等空間滅菌。物理除菌優(yōu)：是一種有效的對熱敏性物質(zhì)的除菌方法，能大量制備無菌空氣；缺：對孔徑及吸附能力要求高，截留污染物的能力較小、容易堵滿網(wǎng)孔。第15頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌殺菌1.殺菌項(xiàng)目3.殺菌條件2.殺菌方式第16頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌2.3殺菌條件2.3.1培養(yǎng)基的滅菌方法分批滅菌

分批滅菌也稱實(shí)消、實(shí)罐滅菌、間歇滅菌。將配制好的培養(yǎng)基輸入發(fā)酵罐內(nèi)直接通人蒸氣進(jìn)行滅菌。此法不需其他附屬設(shè)備，操作簡便，染菌機(jī)會(huì)少，但其加熱和冷卻時(shí)間較長，營養(yǎng)成分有一定損失，罐利用率低，不能采用高溫短時(shí)滅菌工藝。

實(shí)罐滅菌設(shè)備示意圖（發(fā)酵工程；李平蘭，王成濤；2005）第17頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌2.3殺菌條件2.3.1培養(yǎng)基的滅菌方法連續(xù)滅菌連續(xù)滅菌也稱連消。培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外經(jīng)過一套滅菌設(shè)備連續(xù)的加熱滅菌，冷卻后送入空消后的發(fā)酵罐的滅菌法。所謂空消，即空罐滅菌，指通人蒸氣對未加培養(yǎng)基的空罐內(nèi)部進(jìn)行濕熱滅菌?？障桥浜吓囵B(yǎng)基連續(xù)滅菌后使用的。連消塔一噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程（發(fā)酵工程；李平蘭，王成濤；2005）2.3殺菌條件2.3.1培養(yǎng)基的滅菌方法連續(xù)滅菌時(shí)料液在配料罐中配料后，由連消泵送入連消塔底端，料液在20s~30s內(nèi)被直接蒸氣立即加熱到滅菌溫度126℃~132℃，由頂部流出，進(jìn)入維持罐維持保溫5min~7min，罐壓保持在0.4MPa，然后進(jìn)入冷凝管冷卻。一般冷卻到40℃~50℃后送入預(yù)先空消的貯罐內(nèi)第18頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月微生物培養(yǎng)裝置管路系統(tǒng)（食品殺菌新技術(shù)；涂順明鄧丹雯；2004）第19頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌連續(xù)滅菌與分批滅菌比較有很多優(yōu)點(diǎn)，尤其在大規(guī)模生產(chǎn)時(shí)更為明顯，主要表現(xiàn)為：可采用高溫短時(shí)滅菌，培養(yǎng)基受熱時(shí)間短營養(yǎng)成分破壞少，發(fā)酵產(chǎn)率高；發(fā)酵罐利用率高；蒸氣負(fù)荷均衡，操作方便；采用板式換熱器時(shí)可節(jié)約大量能源；適用自動(dòng)控制，降低勞動(dòng)強(qiáng)度。對于容積小的發(fā)酵罐，連續(xù)滅菌的優(yōu)點(diǎn)不明顯，采用分批滅菌比較方便。第20頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌培養(yǎng)系統(tǒng)滅菌（多采用濕熱滅菌方法）微生物熱死規(guī)律——對數(shù)殘留定律微生物在高溫高濕的環(huán)境中，其減小速率（即單位時(shí)間內(nèi)菌體的減少量，用表示）與任何一瞬間殘留的活菌數(shù)成正比。用數(shù)學(xué)公式表示為：式中，N為殘留的活菌數(shù)（個(gè)），t為滅菌時(shí)間（min），K為反應(yīng)速率常數(shù)（min-1），與滅菌溫度及菌種特性有關(guān)。將上式移項(xiàng)后積分得：式（1）第21頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌分批滅菌如果不計(jì)升溫階段所殺滅的菌數(shù)，把培養(yǎng)基中所有的菌均看作是在保溫階段（滅菌溫度）被殺滅這樣可以簡單地利用式1粗略地求得滅菌所需的時(shí)間。

例1：有一發(fā)酵罐內(nèi)裝40m3培養(yǎng)基，在121℃進(jìn)行實(shí)罐滅菌。原污染程度為每1mL有2×105個(gè)耐熱細(xì)菌芽孢,121℃時(shí)滅菌速率常數(shù)為1.8min-1。求滅菌失敗幾率為0.001時(shí)所需的滅菌時(shí)間。N0=40×106×2×105=8×1012（個(gè)）Nt=0.001(個(gè)）K=1.8min-1

滅菌時(shí)間：t=（2.303/K）lg(N0/Nt)=20.34(min)第22頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌連續(xù)滅菌連續(xù)滅菌的滅菌時(shí)間仍可用式1求得，但培養(yǎng)基中的含菌數(shù)應(yīng)該改為每1mL培養(yǎng)基的含菌數(shù)，則式1應(yīng)改為：式中，C0及Ct分別為單位體積培養(yǎng)基滅菌前、后的含菌數(shù)（個(gè).mL）例2：有一發(fā)酵罐內(nèi)裝40m3培養(yǎng)基，在131℃進(jìn)行實(shí)罐滅菌。原污染程度為每1mL有2×105個(gè)耐熱細(xì)菌芽孢,131℃時(shí)滅菌速率常數(shù)為15min-1。求滅菌失敗幾率為0.001時(shí)所需的滅菌時(shí)間。C0=2×105(個(gè).mL)Ct=1/(40×106×103)=2.5×10-11(個(gè).mL)t=(2.303/15)lg(2×105/2.5×10-11)=2.37(min)第23頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌設(shè)備、管道滅菌條件1.

滅菌鍋內(nèi)滅菌滅菌蒸氣壓力為0.098MPa，固體培養(yǎng)基維持20min~30min，液體培養(yǎng)基維持15min~20min，玻璃器皿及用具滅菌維持30min~60min。2.種子罐、發(fā)酵罐、計(jì)量罐、補(bǔ)料罐等的空罐滅菌及管道滅菌從有關(guān)管道通入蒸氣，使罐內(nèi)蒸氣壓達(dá)0.147MPa

，維持45min，滅菌過程從閥門、邊閥排出空氣，并使蒸氣通過達(dá)到死角滅菌。滅菌完畢關(guān)閉蒸氣后，待罐壓低于空氣過濾器壓力時(shí)，通入無菌空氣保持罐壓0.098MPa。3.空氣總過濾器和分過濾器滅菌排出過濾器中的空氣，從過濾器上部通人蒸氣，并從上、下排氣口排氣，維持壓力0.147MPa滅菌2h。滅菌完畢，通入壓縮空氣吹干。

第24頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌設(shè)備、管道滅菌條件4.種子培養(yǎng)基實(shí)罐滅菌從夾層通入蒸汽，間接加熱至90℃，再從取樣管、進(jìn)風(fēng)管、接種管進(jìn)蒸氣進(jìn)行直接加熱，同時(shí)關(guān)閉夾層蒸氣進(jìn)口閥門，升溫至121℃，維持30min。5.發(fā)酵培養(yǎng)基實(shí)罐滅菌從夾層或盤管進(jìn)入蒸氣，間接加熱至90℃，關(guān)閉夾層蒸氣，從取樣管、進(jìn)風(fēng)管、放料管三路進(jìn)蒸氣，直接加熱至121℃，維持30min。第25頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月微生物培養(yǎng)裝置管路系統(tǒng)（食品殺菌新技術(shù)；涂順明鄧丹雯；2004）V-3、V-6、V-12提供殺菌的高壓蒸汽V-5、V-13供給無菌空氣V-1、V-2為空氣輸入調(diào)節(jié)閥V-7、V-8為冷卻水控制閥V-4、V-9、V-15為排放水閥V-10、V-11為排氣閥第26頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌空氣凈化空氣中微生物含量與環(huán)境有密切關(guān)系。一般干冷的北方比暖濕的南方含菌量少；高空比地面含菌量少；農(nóng)村比工業(yè)城市含菌量少。空氣中的微生物一般附著在塵埃和霧沫上。

第27頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌空氣凈化的方法很多，適用于供給發(fā)酵需要的大量無菌空氣的除菌方法主要有以下幾種：加熱滅菌靜電除塵介質(zhì)過濾除菌以上空氣除菌方法中，加熱滅菌可殺滅難以用過濾除去的噬菌體，但用蒸氣或電加熱，費(fèi)用昂貴，無法處理大量的空氣。利用空氣壓縮熱滅菌是干熱滅菌，必須維持一定時(shí)間的高溫（220℃左右），空壓機(jī)維持較高壓力，壓力越高則消耗動(dòng)力越大，同時(shí)保溫15s，需要較大的維持管或罐。靜電除塵由于效率達(dá)不到無菌要求，一般只作初步除塵，至今工業(yè)上空氣除菌大都是采用介質(zhì)過濾除菌法。第28頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌空氣凈化空氣過濾除菌的原理和介質(zhì)1.原理

當(dāng)微生物微粒隨氣流通過濾層時(shí)，由于濾層纖維所形成的網(wǎng)格阻礙氣流前進(jìn)，使氣流出現(xiàn)無數(shù)次改變運(yùn)動(dòng)速度和方向的繞流運(yùn)動(dòng)，從而導(dǎo)致微生物顆粒與濾層纖維間產(chǎn)生慣性碰撞、攔截、布朗擴(kuò)散、重力及靜電吸附等作用，將微生物顆粒截留在介質(zhì)層內(nèi)，達(dá)到過濾的目的。第29頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌空氣凈化空氣過濾除菌的原理和介質(zhì)2.介質(zhì)空氣過濾器主要有兩種：一種以纖維狀物（棉花、玻璃纖維、腈綸等）或顆粒狀物（活性炭）為介質(zhì)構(gòu)成，這種過濾器濾層厚度大、體積大、壓力降大，操作麻煩；另一種以微孔濾紙、濾板、濾棒構(gòu)成，制成旋風(fēng)式或管式。第30頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月2、殺菌空氣凈化空氣過濾除菌的原理和介質(zhì)（發(fā)酵工程；李平蘭，王成濤；2005）第31頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2023年2月目錄微生物培養(yǎng)裝置簡介1殺菌2發(fā)酵過程的污染及控制3第32頁，課件共33頁，創(chuàng)作于2