第四章 發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)課件

第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)2024/5/151第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)本章內(nèi)容一、概念

二、發(fā)酵工業(yè)污染的防治策略三、發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)四、培養(yǎng)基及設(shè)備滅菌

五、空氣除菌`2024/5/152第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)一、概念:滅菌、消毒、除菌、防腐滅菌(sterilization):用化學(xué)或物理方法殺死物料或設(shè)備中所有有生命物質(zhì)的過(guò)程。

消毒(disinfection):用物理或化學(xué)方法殺死空氣、地表以及容器和器具表面的微生物。

除菌(degermation):用過(guò)濾方法除去空氣或液體中的微生物及其孢子。

防腐(antisepsis):用物理或化學(xué)方法殺死或抑制微生物的生長(zhǎng)和繁殖

。消毒與滅菌的區(qū)別消毒與滅菌在發(fā)酵工業(yè)中的應(yīng)用2024/5/153第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)二、發(fā)酵工業(yè)污染的防治策略（一）污染的危害（二）污染的防治

2024/5/154第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)1.染菌的不良后果

消耗營(yíng)養(yǎng)合成新產(chǎn)物；菌體自溶、發(fā)粘等造成分離困難改變pH分解產(chǎn)物噬菌體破壞極大2024/5/155第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)2.染菌危害的具體分析

（1）染菌對(duì)不同菌種發(fā)酵的影響A．細(xì)菌谷氨酸：發(fā)酵周期短，培養(yǎng)基不太豐富，較少染雜菌，但噬菌體威脅大。肌苷：缺陷型生產(chǎn)菌，培養(yǎng)基豐富，易染菌，營(yíng)養(yǎng)成分迅速被消耗，嚴(yán)重抑制菌生長(zhǎng)和合成代謝產(chǎn)物。2024/5/156第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)B.霉菌PenG：青霉素水解酶上升，PenG迅速破壞，發(fā)酵一無(wú)所獲。檸檬酸：pH2.0，不易染菌，主要防止前期染菌。C.酵母菌:易污染細(xì)菌以及野生酵母菌

D.疫苗：無(wú)論污染的是活菌、死菌或內(nèi)外毒素，都應(yīng)全部廢棄。（1）染菌對(duì)不同菌種發(fā)酵的影響2024/5/157第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)（2）染菌種類對(duì)發(fā)酵的影響青霉素：怕染細(xì)短產(chǎn)氣桿菌鏈霉素：怕染細(xì)短桿菌、假單孢桿菌和產(chǎn)氣桿菌四環(huán)素：怕染雙球菌、芽孢桿菌和莢膜桿菌檸檬酸：怕染青霉菌肌苷（酸）：怕染芽孢桿菌谷氨酸：怕染噬菌體，易造成連續(xù)污染2024/5/158第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)（3）不同發(fā)酵時(shí)期染菌對(duì)發(fā)酵的影響種子擴(kuò)大時(shí)期染菌:發(fā)酵前期染菌：發(fā)酵中期染菌：挽救困難，應(yīng)早發(fā)現(xiàn)，快處理，處理方法應(yīng)根據(jù)各種發(fā)酵的特點(diǎn)和具體情況來(lái)決定抗生素發(fā)酵

易染菌、應(yīng)滅菌后除去，并對(duì)種子罐、管道進(jìn)行檢查和徹底滅菌。應(yīng)迅速重新滅菌，補(bǔ)充必要的營(yíng)養(yǎng)成分，重新接種將另一罐發(fā)酵正常、單位高的發(fā)酵液的一部分輸入染菌罐中，以抑制雜菌繁殖，同時(shí)采取低通風(fēng)，低流加糖量等措施2024/5/159第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)（3）不同發(fā)酵時(shí)期染菌對(duì)發(fā)酵的影響檸檬酸發(fā)酵：

污染細(xì)菌：加大通風(fēng)量，加速產(chǎn)酸，降低pH，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)；污染酵母：加0.025-0.035g/L硫酸銅；污染黃曲霉；加入另一罐將近成熟的醪液，使pH下降，黃曲霉自溶污染青霉：青霉能在低pH環(huán)境下生長(zhǎng)，可考慮提前放罐。2024/5/1510第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)（3）不同發(fā)酵時(shí)期染菌對(duì)發(fā)酵的影響發(fā)酵后期污染染菌量不太多，可繼續(xù)發(fā)酵污染嚴(yán)重，則提前放罐殺菌劑的添加：前期無(wú)必要，增加成本發(fā)現(xiàn)后加入，效果要具體評(píng)價(jià)2024/5/1511第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)（4）雜菌污染對(duì)發(fā)酵產(chǎn)物提取和產(chǎn)品質(zhì)量的影響絲狀菌發(fā)酵被產(chǎn)酸菌污染：pH不斷下降，菌絲大量自溶，發(fā)酵液粘度增加，過(guò)濾困難處理方法：①將發(fā)酵液加熱后再加助濾劑；②先加絮凝劑使蛋白質(zhì)凝聚后沉淀雜菌分泌較多蛋白質(zhì)雜質(zhì)時(shí)，對(duì)發(fā)酵后處理過(guò)程中采用溶媒萃取的提取工藝非常不利，使水相和溶媒之間極易發(fā)生乳化2024/5/1512第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)1.染菌的檢查與判斷顯微鏡檢查法鏡檢出雜菌需要一定時(shí)間平板劃線培養(yǎng)或斜面培養(yǎng)檢查法：菌落噬菌體檢查可采用雙層平板法：噬菌斑肉湯培養(yǎng)檢查法發(fā)酵過(guò)程的異常現(xiàn)象判斷DO2水平異常變化pH異常變化尾氣CO2異常變化2024/5/1513第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)122024/5/1514第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)其他表現(xiàn)發(fā)酵液粘度異常發(fā)酵過(guò)程中泡沫異常增多發(fā)酵液的顏色異常氣味變化2024/5/1515第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)2.污染原因分析

主要原因：

①

種子帶菌②無(wú)菌空氣帶菌③設(shè)備滲漏④滅菌不徹底

⑤操作失誤⑥技術(shù)管理不善2024/5/1516第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)從污染時(shí)間看：早期污染可能與①②④⑤→接種操作不當(dāng)有關(guān)；后期污染可能與③⑤及中間補(bǔ)料有關(guān)。從雜菌種類看：耐熱芽孢桿菌：與④有關(guān)球菌、無(wú)芽孢桿菌：與①②③⑤有關(guān)淺綠色菌落的雜菌：與水有關(guān)，即冷卻盤管滲漏霉菌：與④⑤有關(guān)，即無(wú)菌室滅菌不徹底或操作問(wèn)題酵母菌：糖液滅菌不徹底或放置時(shí)間較長(zhǎng)

從染菌幅度看：各個(gè)發(fā)酵罐或多數(shù)發(fā)酵罐染菌，且所污染的是同一種雜菌，一般是空氣系統(tǒng)問(wèn)題，若個(gè)別罐連續(xù)染菌，一般是設(shè)備問(wèn)題。2.污染原因分析

2024/5/1517第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)3.預(yù)防種子帶菌的防治

滅菌徹底接種可靠：無(wú)菌室及設(shè)備可靠，無(wú)菌操作可靠保藏可靠過(guò)濾空氣帶菌的防治（第五節(jié)“空氣除菌”）設(shè)備的滲漏或“死角”造成的染菌及其防治2024/5/1518第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)

“死角”

發(fā)酵罐的“死角”法蘭、內(nèi)襯、接口、表頭、罐內(nèi)部件及其支撐件如攪拌軸拉桿、聯(lián)軸器、冷卻盤管、擋板、空氣分布管及其支撐件口：人孔（或手孔）、排風(fēng)管接口、燈孔、視鏡口、進(jìn)料管口發(fā)酵罐罐底膿皰狀積垢造成“死角”

消除方法：加強(qiáng)清洗并定期鏟除污垢；安裝放汽邊閥管道安裝不當(dāng)或配置不合理形成的“死角”

2024/5/1519第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)發(fā)酵罐罐底膿皰狀積垢造成“死角”2024/5/1520第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)法蘭連接不當(dāng)造成的“死角”2024/5/1521第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)滅菌時(shí)蒸汽不易通達(dá)的“死角”及其消除方法2024/5/1522第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)培養(yǎng)基與設(shè)備滅菌不徹底的防治原料性狀：大顆粒的原料過(guò)篩除去。實(shí)罐滅菌時(shí)要充分排除罐內(nèi)冷空氣。滅菌過(guò)程中產(chǎn)生的泡沫造成染菌：添加消泡劑防止泡沫升頂連消不徹底：最好采用自動(dòng)控制裝置滅菌后期罐壓驟變

死角

操作不當(dāng)造成染菌

噬菌體染菌及其防治

3.預(yù)防2024/5/1523第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)采取哪些措施能夠保持無(wú)菌發(fā)酵？物料、培養(yǎng)基、中間補(bǔ)料要滅菌；發(fā)酵設(shè)備及輔助設(shè)備（空氣過(guò)濾裝置、各種發(fā)酵罐進(jìn)出口連接裝置）和管道要滅菌；好氣發(fā)酵通入的空氣要除菌；種子無(wú)污染；接種無(wú)菌操作過(guò)關(guān)；為了保持發(fā)酵的長(zhǎng)期無(wú)菌狀態(tài)，需維持正壓。2024/5/1524第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)三、發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)——滅菌方法干熱滅菌法

濕熱滅菌法

射線滅菌法

化學(xué)藥劑滅菌法過(guò)濾除菌法火焰滅菌法

2024/5/1525第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)四、培養(yǎng)基及設(shè)備滅菌

（一）濕熱滅菌原理

（二）分批滅菌（實(shí)罐滅菌）（三）連續(xù)滅菌（連消）（四）分批滅菌與連續(xù)滅菌的比較

2024/5/1526第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)1.熱阻2.微生物熱死定律：對(duì)數(shù)殘留定律3.滅菌溫度和時(shí)間的選擇4.影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素

（一）濕熱滅菌原理2024/5/1527第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)1.熱阻

定義：微生物對(duì)熱的抵抗力稱為熱阻，可用比死亡速率常數(shù)k來(lái)表示。

k↓，熱阻↑,t↑2024/5/1528第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)當(dāng)溫度T一定時(shí)，k隨微生物不同而不同，具體計(jì)算時(shí)，可取細(xì)菌芽孢的k值為標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)T變化時(shí)，k有很大變化，其變化遵從阿累尼烏斯定律

k=Aexp(-△E/RT)∴k與微生物活化能及T有關(guān)1.熱阻

2024/5/1529第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)大腸桿菌在不同溫度下的殘留曲線嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢在不同溫度下的死亡曲線2024/5/1530第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)2.微生物熱死定律：

(1)對(duì)數(shù)殘留定律

在一定溫度下，微生物受熱致死遵循分子反應(yīng)速度理論，微生物受熱死亡的速率-dN/dt與任何瞬間殘留的活菌數(shù)N成正比，即

當(dāng)Nt=0時(shí)，t=∞，

既無(wú)意義，也不可能。一般采用Nt=0.001，即1000次滅菌中只有一次失敗。2024/5/1532第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)(2)非對(duì)數(shù)殘留定律

某些微生物受熱死亡的速率不符合對(duì)數(shù)殘留定律：如一些微生物芽孢。

kRksNRNsNDdNR/dt=-kRNRdNs/dt=kRNR-ksNs→Nt/N0=KR/(kR-kS)[ekst-ks/kRe-kRt]

式中NR：耐熱性活芽孢數(shù)；Ns：敏感性活芽孢數(shù)

ND：死亡的芽孢數(shù)；kR：耐熱性芽孢的比死亡速率；

ks：敏感性芽孢的比死亡速率；

N0：初始活芽孢數(shù)。2024/5/1533第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)培養(yǎng)基中含有大量的不耐熱的微生物和相當(dāng)數(shù)量的耐熱性微生物時(shí)的滅菌殘留曲線∴在T相同時(shí)，對(duì)數(shù)與非對(duì)數(shù)定律的滅菌時(shí)間t不同。2024/5/1534第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)3.

滅菌溫度和時(shí)間的選擇

培養(yǎng)物質(zhì)受熱破壞也可看作一級(jí)反應(yīng)：式中C：對(duì)熱不穩(wěn)定物質(zhì)的濃度；k’：分解速度常數(shù)；

k’的變化也遵循阿累尼烏斯方程：

都與相應(yīng)的活化能及T有關(guān)2024/5/1535第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)當(dāng)T1→T2㏑(k2/k1)/㏑(k2’/k1’)=ΔE/ΔE’>1(∵ΔE>ΔE’)∴隨著T上升，菌死亡速率增加倍數(shù)大于培養(yǎng)基成分分解速率增加倍數(shù)，故一般選擇高溫快速滅菌。3.

滅菌溫度和時(shí)間的選擇

2024/5/1536第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)4.影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素

培養(yǎng)基成分油脂、糖類及一定濃度的蛋白質(zhì)、高濃度有機(jī)物等增加微生物的耐熱性低濃度（1%-2%）NaCl對(duì)微生物有保護(hù)作用，隨著濃度增加，保護(hù)作用減弱，當(dāng)濃度達(dá)8%-10%以上，則減弱微生物的耐熱性。2024/5/1537第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)pH：pH6.0-8.0，微生物最耐熱，pH<6.0，H+易滲入微生物細(xì)胞內(nèi)，改變細(xì)胞的生理反應(yīng)促使其死亡?！嗯囵B(yǎng)基pH愈低，滅菌所需時(shí)間愈短。培養(yǎng)基的物理狀態(tài)泡沫：泡沫中的空氣形成隔熱層，對(duì)滅菌極為不利，可加入少量消泡劑。培養(yǎng)基中的微生物數(shù)量4.影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素

2024/5/1538第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)夾套或蛇管排冷水，開啟排氣管閥，空氣管通蒸汽，也可夾套內(nèi)通蒸汽達(dá)70℃左右取樣管放料管通蒸汽120℃，1×105Pa保溫保溫階段，凡液面以下各管道都應(yīng)通蒸汽，液面上其余各管道則應(yīng)排蒸汽，不留死角，維持壓力、溫度恒定罐壓接近空氣壓力向罐內(nèi)通無(wú)菌空氣保溫結(jié)束，依次關(guān)閉各排汽、進(jìn)汽閥門夾套或蛇管中通冷水培養(yǎng)基降溫到所需溫度（二）分批滅菌（實(shí)罐滅菌）

1.滅菌工藝過(guò)程

2024/5/1539第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)升溫、冷卻兩階段也有一定的滅菌效果，考慮到滅菌的可靠性主要在保溫階段進(jìn)行，故可以簡(jiǎn)單地利用式

㏑(N/N0)=-kt

來(lái)粗略估算滅菌所需時(shí)間。2.

滅菌時(shí)間的估算

2024/5/1540第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)2.滅菌時(shí)間的估算

例1：有一發(fā)酵罐內(nèi)裝40m3培養(yǎng)基，在1210C溫度下實(shí)罐滅菌，原污染程度為每1ml有2×105個(gè)耐熱細(xì)菌芽孢，已知1210C時(shí)滅菌速度常數(shù)k=1.8min-1，求滅菌失敗機(jī)率為0.001時(shí)所需時(shí)間。

解：N0=40×106×2×105=8×1012(個(gè))Nt=0.001(個(gè))k=1.8(min-1)

㏑(Nt/N0)=-kt

t=2.303/k[lg(N0/Nt)]=2.303/1.8[lg(8×1015)]=20.34(min)

由于升溫階段就有部分菌被殺滅，特別是當(dāng)培養(yǎng)基加熱至1000C以上，這個(gè)作用較為顯著，故實(shí)際保溫階段時(shí)間比計(jì)算值要短。2024/5/1541第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)（三）連續(xù)滅菌（連消）

工藝流程噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程噴射加熱連續(xù)滅菌流程薄板式換熱器連續(xù)滅菌流程滅菌時(shí)間的計(jì)算

㏑(Ct/C0)=－ktt=2.303/k[lg(C0/Ct)]

式中：C0、Ct分別為單位體積培養(yǎng)基滅菌前、后的含菌數(shù)。2024/5/1542第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)例2．某發(fā)酵罐內(nèi)裝40m3培養(yǎng)基，采用連續(xù)滅菌，滅菌溫度為1310C，原污染程度為每1ml含有2×105個(gè)雜菌，已知1310C時(shí)滅菌速度常數(shù)為15min-1，求滅菌所需的維持時(shí)間。連續(xù)滅菌時(shí)間的估算解：C0=2×105(個(gè)/ml)Ct=0.001/(40×106)=2.5×10-11(個(gè)/ml)t=2.303/k[lg(C0/Ct)]=2.303/15×lg[(2×105)/(2.5×10-11)]=2.37min2024/5/1543第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)噴淋冷卻連續(xù)滅菌流程2024/5/1544第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)分批滅菌與連續(xù)滅菌的比較

連續(xù)滅菌的優(yōu)點(diǎn)：（適用于大型罐）可采用高溫短時(shí)滅菌，營(yíng)養(yǎng)成分破壞少，有利于提高發(fā)酵產(chǎn)率；發(fā)酵罐利用率高；蒸汽負(fù)荷均衡；采用板式換熱器時(shí)，可節(jié)約大量能量；適宜采用自動(dòng)控制，勞動(dòng)強(qiáng)度??；可實(shí)現(xiàn)將耐熱性物料和不耐熱性物料在不同溫度下分開滅菌，減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞。2024/5/1546第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)缺點(diǎn)：對(duì)小型罐無(wú)優(yōu)勢(shì)，不方便，對(duì)設(shè)備要求高；蒸汽波動(dòng)時(shí)滅菌不徹底；當(dāng)培養(yǎng)基中含有固體顆?；蛴休^多泡沫時(shí)，以分批滅菌好，防止滅菌不徹底。

分批滅菌與連續(xù)滅菌的比較

2024/5/1547第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)五、空氣除菌

（一）概述（二）空氣過(guò)濾除菌流程（三）空氣預(yù)處理（四）空氣預(yù)處理流程設(shè)計(jì)應(yīng)用舉例（五）空氣過(guò)濾介質(zhì)（六）空氣過(guò)濾除菌原理（七）提高過(guò)濾除菌效率的措施2024/5/1548第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)（一）概述

空氣除菌的必要性

以一個(gè)50m3的發(fā)酵罐為例，若裝料系數(shù)為0.7，要求每立方米發(fā)酵液每分鐘通氣0.8m3，培養(yǎng)周期170h，那么每個(gè)周期需通氣量

：50×0.7×0.8×170×60=2.86×105m3

每立方米大氣中約有103-104個(gè)微生物。2024/5/1549第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)空氣除菌方法輻射殺菌：超聲波、高能陰極射線，x射線、β射線、γ射線、紫外線(2265?~3287?)加熱殺菌：加熱方法可用蒸汽、電和空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的熱量靜電除菌：常用于潔凈工作臺(tái)、潔凈工作室所需無(wú)菌無(wú)塵空氣的第一次除塵，配合高效過(guò)濾器使用。過(guò)濾除菌：采用定期滅菌的介質(zhì)來(lái)阻截流過(guò)的空氣所含的微生物而取得無(wú)菌空氣。常用的過(guò)濾介質(zhì)有棉花、活性炭、玻璃纖維、有機(jī)合成纖維、有機(jī)和無(wú)機(jī)燒結(jié)材料等等。（一）概述

2024/5/1550第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)2024/5/1551第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)1.

對(duì)空氣過(guò)濾除菌流程的要求流程主要設(shè)備：空氣壓縮機(jī)、空氣過(guò)濾器

附屬設(shè)備：粗過(guò)濾器、氣液分離器、空氣貯罐、空氣冷卻器

2024/5/1552第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)流程的制定應(yīng)根據(jù)所在地的地理、氣候環(huán)境和設(shè)備條件綜合考慮

環(huán)境污染比較嚴(yán)重的地方，要考慮改變吸風(fēng)的條件；在溫暖潮濕的南方，要加強(qiáng)除水設(shè)施；壓縮機(jī)耗油嚴(yán)重的設(shè)備，流程中則要加強(qiáng)消除油霧的污染，也可采用無(wú)油潤(rùn)滑的往復(fù)式壓縮機(jī)；往復(fù)式壓縮機(jī)，要配備前置粗過(guò)濾器及空氣貯罐。通常要求壓縮空氣的相對(duì)濕度φ=50%~60%時(shí)通過(guò)過(guò)濾器為好。1.

對(duì)空氣過(guò)濾除菌流程的要求2024/5/1553第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)2.

空氣除菌流程的分析空氣除菌系統(tǒng)包括：冷卻、分離油水、加熱、過(guò)濾幾種典型的設(shè)備流程2024/5/1554第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)

兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程圖1-粗過(guò)濾器；2-空壓機(jī)；3-貯罐；4，6-冷卻器；5-旋風(fēng)分離器；7-絲網(wǎng)分離器；8-加熱器；9-過(guò)濾器

兩級(jí)冷卻、加熱除菌流程2024/5/1555第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)

冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程圖1-粗過(guò)濾器；2-壓縮機(jī)；3-貯罐；4-冷卻器；5-絲網(wǎng)分離器；6-過(guò)濾器冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程2024/5/1556第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)

利用熱空氣加熱冷空氣的流程示意圖1-高空采風(fēng)；2-粗過(guò)濾器；3-壓縮機(jī)；4-熱交換器；5-冷卻器；6，7-析水器；8-空氣總過(guò)濾器；9-空氣分過(guò)濾器利用熱空氣加熱冷空氣流程2024/5/1557第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)

將空氣冷卻至露點(diǎn)以上的流程1－高空采風(fēng)；2－粗過(guò)濾器；3－壓縮機(jī)；4－冷卻器；5－冷卻器；6－空氣總過(guò)濾器；7－空氣分過(guò)濾器將空氣冷卻至露點(diǎn)以上的流程2024/5/1558第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)

高效前置過(guò)濾空氣除菌流程圖1—高效前置過(guò)濾器；2—壓縮機(jī)；3—貯罐；4—冷卻器；5—絲網(wǎng)分離器；6—加熱器；7—過(guò)濾器高效前置過(guò)濾空氣除菌流程2024/5/1559第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)

一次冷卻和析水的空氣過(guò)濾流程示意圖1－高空采風(fēng)；2－粗過(guò)濾器；3－壓縮機(jī)；4－冷卻器；5，6—析水器；7—貯罐；8—加熱器；9—空氣總過(guò)濾器；10—空氣分過(guò)濾器一次冷卻和析水的空氣過(guò)濾流程2024/5/1560第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)（三）空氣預(yù)處理1.

原理：除塵(外源空氣的前處理)：防塞，提高過(guò)濾效率和濾器壽命；降溫：防燒傷介質(zhì)及水分蒸發(fā)嚴(yán)重，對(duì)發(fā)酵不利除油、除水：防塞（因油膜堵），防止過(guò)濾器長(zhǎng)菌堵塞（因水滴）加熱：保持相對(duì)濕度穩(wěn)壓：防止壓力波動(dòng)，貯罐

2.

預(yù)處理流程設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)繁關(guān)鍵：去濕問(wèn)題措施：建吸風(fēng)塔、粗過(guò)濾器（布袋過(guò)濾器、填料過(guò)濾器、油浴洗滌和水霧除塵裝置等）、高效前置過(guò)濾器2024/5/1561第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)空氣壓縮和壓縮空氣的冷卻

空氣的壓縮過(guò)程可看作絕熱過(guò)程，故壓縮后的空氣溫度與被壓縮的程度有關(guān)：

T2=T1(P2/P1)(k-1)/k

式中T1,T2——壓縮前后空氣的絕對(duì)溫度，KP1,P2——

壓縮前后空氣的絕對(duì)壓強(qiáng)，Pak——絕熱指數(shù)，空氣為1.4

若壓縮為多變過(guò)程，則可用多變指數(shù)m（對(duì)于空氣m=1.2-1.3）代替絕熱指數(shù)k。2024/5/1562第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)例3：20oC的大氣被壓縮至表壓2.5kg/cm2時(shí)溫度是多少？解：T1=20+273=293kP2/P1=（2.5+1.033）/1.033=3.42m=1.3T2=T1(P2/P1)(m-1)/m=293×3.420.3/1.3=389k∴t2=389-273=116oC2024/5/1563第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)空氣預(yù)處理流程設(shè)計(jì)2024/5/1564第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)3.

幾個(gè)概念空氣的絕對(duì)濕度：1m3

濕空氣中含有的水蒸氣絕對(duì)量(kg)空氣的相對(duì)濕度（Φ）：空氣的絕對(duì)濕度與同溫度下飽和絕對(duì)濕度之比值或者空氣中水蒸汽分壓與同溫度時(shí)的飽和水蒸汽壓之比值，稱為空氣的相對(duì)濕度。

Φ=Pw/Ps

式中

Pw——空氣中水蒸氣分壓，

Pa

Ps——同溫度下水的飽和蒸氣壓，Pa，

它可由各類手冊(cè)中查到。空氣的濕含量（X）：1kg干空氣中含有的水汽量

（kg/kg干空氣）2024/5/1565第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)空氣的濕含量（X）

設(shè)Ggkg干空氣中含Gwkg水蒸汽時(shí)，則

X=Gw/Gg

又Pw/Pg=nw/ng=(Gw/Mw)/(Gg/Mg)=(Gw/Gg)·(Mg/Mw)

（Mw，Mg分別為水和空氣的分子量）∴X=Gw/Gg=(PwMw)/(PgMg)=(18/28.94)·(Pw/Pg)=0.622Pw/(P-Pw)（4-1）2024/5/1566第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)（1）Φ與X的關(guān)系

將ΦPs=Pw代入式4-1中得

X=0.622ΦPs/（P-ΦPs）所以，已知某一溫度T時(shí)Φ值，便可求得X。①當(dāng)X一定時(shí)，T1→T2，導(dǎo)致Φ1→Φ2

，則X1=0.622Φ1Ps1/(P1-Φ1Ps1)X2=0.622Φ2Ps2/(P2-Φ2Ps2)∵X1=X2∴Φ2=Φ1(PS1/PS2)(P2/P1)

（式4-2）2024/5/1567第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)②當(dāng)X發(fā)生變化，即有水析出時(shí)，X降低，此時(shí)Φ2=100%，

定義：當(dāng)Ф=1時(shí)，空氣中水蒸氣已飽和，此時(shí)溫度稱為露點(diǎn)Td。當(dāng)T<Td時(shí)，有水析出，X↓。當(dāng)ΔX=0時(shí)，壓縮過(guò)程中，隨著T↑，Ps↑，P↑，Ф↓；降溫過(guò)程中，隨著T↓，Ps↓，P一定，Ф↑。（1）Φ與X的關(guān)系

2024/5/1568第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)思考題壓縮空氣的露點(diǎn)比原始空氣的露點(diǎn)更高，即更易析出水分，且壓縮比愈大，露點(diǎn)愈高，為什么？2024/5/1569第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)思考題答案：由

可知當(dāng)＝1時(shí)，求出Ps2對(duì)應(yīng)

TdPs2愈高，Td愈高

而∴壓縮空氣的露點(diǎn)

比原始空氣高(P2>P1)

壓縮比

愈大，露點(diǎn)愈高第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)加熱后空氣的溫度設(shè)析出水后，在升溫階段ΔX=0，根據(jù)式4-2可以求出析水后應(yīng)升溫到多少度才能滿足相對(duì)濕度保持50-60%。

∵Φ后=ΦdPsd/Ps后∴Ps后=ΦdPsd/Φ后

Ps后→T后2024/5/1571第四章發(fā)酵工業(yè)的無(wú)菌技術(shù)(2)例4：溫度20℃、Φ=85%的空氣，當(dāng)壓縮至2.0kg/cm2時(shí)，溫度為120℃，求此時(shí)空氣相對(duì)濕度是多少？若在壓力不變的情況下將溫度冷卻至40℃后，相對(duì)濕度又是多少？

已知：20℃時(shí)，Ps1=0.0238kg/cm2,120℃時(shí)，Ps2=2.025kg/cm2

，