第四章 灭菌与空气的净化

2.空气除菌



工业发酵对空气处理的要求随发酵产品和菌种 不同而异。 半固体制曲和酵母生产中无菌要求不十分严格， 一般无需复杂的空气净化处理； 密闭的深层通气发酵需严格的纯净培养，进入 发酵罐前空气必须进行冷却、脱水、脱油和过 滤除菌等处理。
3.生产对空气无菌程度的要求

好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，空气要作 到 绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济的。 发酵对无菌空气的要求是 ：无菌，无灰尘，无杂 质，无水，无油，正压等几项指标； 发酵对无菌空气的无菌程度要求是：只要在发酵过 程中不因无菌空气染菌，而造成损失即可。 在工程设计中一般要求1000次使用周期中只允许有 一个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为N=10-3
二、灭菌标准 实际工作中采用致死时间or致死温度or对数残留规律 作为灭菌的标准。 1.致死时间：指在一定时间内（最短）杀死某一种微 生物的最少时间。 2.致死温度：指在一定时间内杀死微生物的最少温度。 3.对数残留规律：在灭菌中在一定时间内微生物受热 死亡，即菌的减少速度与任何一瞬间残留的活菌数 成正比。
第二节空气的净化


空气除菌是生物细胞培养过程中极其重要的一 个环节。 对空气进行净化和调节，使空气的温度、湿度 和压力发生改变，符合工艺要求，已成为生物 加工过程中的一个重要组成部分
一：概述

1、空气中微生物分布 2、空气除菌 3、生产对空气无菌程度的要求
1、空气中微生物分布


1.培养基湿热灭菌方法（续） 1.2间歇灭菌：即称为实消，专门 的杀菌罐or分批培养基全部泵入发 酵罐在罐内通入蒸汽加热致死温度 保持一定时间。 1.3固体培养灭菌：蒸煮灭菌，转 鼓式灭菌机，解决了固体培养基流 动性差，，不易翻动，吸水加热易 成团问题。


分批灭菌的操作
在培养基灭菌之前，通常应先将与罐相连的分空气 过滤器用蒸汽灭菌并用空气吹干。 实罐灭菌时，先将输料管路内的污水放掉冲净，然 排气 后将配制好的培养基泵送至发酵罐（种子罐或料罐） 消沫剂管 内，同时开动搅拌器进行灭菌。 排气 灭菌前先将各排气阀打开，将蒸汽引入夹套或蛇管 进行预热，待罐温升至80~90℃，将排气阀逐渐关 小。 接着将蒸汽从进气口、排料口、取样口直接通入罐 进汽 中，使罐温上升到118~120℃，罐压维持在 冷却水出口 0.09~0.1MPa（表压），并保持30min左右。 无论与罐连通的管路如何配制，在实消时均应遵循 “不进则出”的原则。这样才能保证灭菌彻底，不 进汽 留死角。 保温结束后，依次关闭各排汽、进汽阀门，待罐内 取 压力低于空气压力后，向罐内通入无菌空气，在夹 样 套或蛇管中通冷却水降温，使培养基的温度降到所 管 需的温度，进行下一步的发酵和培养。
2.303 N o lg t= k Nt
式中:N0—开始灭菌时原有的活菌数，个； Nt—经过时间t灭菌后的残留菌数，个。
按上式，如果要达到绝对彻底灭菌， 即Nt=0所需时间为∞，这不符合实 际，在实际中，Nt＜0.001时，达 到灭菌要求。 温度高，K值增加，灭菌效果增加。 在实际中确定合适的灭菌温度，使 既能彻底灭菌，又不影响产品风味。
例如：假定某产品的发酵周期40hr,，发酵一 开始混进了一个杂菌，若该菌的调整期为6hr， 繁殖一代为30min，试计算发酵到21hr的污 染程度？ 解：按对数生长公式： ln Nt/ N0= k*t 由繁殖一代时间标出K值 ln 2/ 1= k*0.5 k=1.386（hr-1） 求Nt=？ T=21-6=15hr ln N2=kt N2=ekt=2.7181.386*15 N2=109（个），即10亿个 繁殖15hr后，可达到10亿个菌。
2、冷热空气直接混合式空气除菌流程（适于中 等潮湿地区特点： 冷却用水少、耗能少。 ）
3、高效前置过滤空气除菌流程（适于药厂的无 菌程度要求高的空气特点：除菌效果好）
4、利用热空气冷却加热空气的流
三、空气的过滤除菌原理和介质P103

当气流通过滤层时由于滤层纤维网格的层层阻碍， 迫使气流无数次改变运动速度和运动方向而绕过纤维 前进，从而导致微粒对滤层纤维产生惯性冲击、重力 沉降、拦截、布朗扩散、静电吸附等作用而把微生物 滞留在纤维表面。。 过滤介质的要求：除菌效率高、耐高温、高压、不 易被油水污染，阻力小，成本低，易更换。 影响介质过滤效率的因素：空气中微粒的大小、空气 流速、过滤介质的种类及规格（纤维直径）、介质的 填充密度、介质的层厚度等。 过滤效率是衡量一种过滤介质是否优越的主要标准。
第一节
灭
菌
灭菌指利用物理和化学的方法杀灭or除去物料及设备中的 一切生命物质的过程。 消毒是指用物理和化学的方法杀死物料、设备、用工具内 外的病源微生物。 消毒不一定能达到灭菌的要求，而灭菌可达到消毒的目的。 1995.10.30国家主席令第59号《中华人民共和国食品卫生 法》已在第八届全国人民代表大会常务委员会第16次会 议通过。 一、灭菌的方法P91 灭菌方法很多：干热灭菌法、湿热灭菌法、火焰灭菌法、 电磁波、射线灭菌、化学药品灭菌法及过滤除菌 。根据灭 菌对象和要求不同选用不同方法。


超净工作台
2.热灭菌

原理：基于加热后微生物体内的蛋白（酶）热变性而 得以实现。 热空气进入培养系统之前，一般均需用压缩机压缩， 提高压力。 空气压缩后温度能达到2000C以上，保持一定时间后， 便可实行干热杀菌。 利用空气压缩时所产生的热量进行灭菌的原理对制备 大量无菌空气有特别意义。 实际应用中需考虑培养装置与空气压缩机的相对位置， 连接压缩机与培养装置的管道的灭菌以及管道长度等。
－dN/dt=KN 式中:N—残留活菌数，个； t—受热时间，min； k—比死亡速率常数，S-1，k也称灭菌速率常数，此常数大小与 微生物种类及灭菌温度有关； dN/dt—活菌数瞬时变化速率，即死亡速率。 若开始灭菌(t = 0)时，培养基中活的微生物数为N0，将－dN/dt=KN积 分后可得 ln N0/ Nt= k*t或
空气热灭菌流程示意图
1-空气压缩机 2-粗过滤器 3-保温管 4-贮气罐 5-保温罐 6-列管式 冷却器 7-涡轮压缩机 8-预热器 9-粗过滤器 10-空气吸入塔
3.静电除菌



静电除尘器可除去空气中的水雾、油雾、尘埃， 同时也除去微生物。 原理：利用静电引力来吸附带电粒子而达到除 尘灭菌目的。 对于一些直径小的微粒，所带电荷小，不能被 吸附而沉降。
第四章 灭菌与空气的净化-p91
在微生物工业生产中必须树 立无菌操作观念，必须从培 养基制备开始，各个环节彻 底灭菌，保证纯培养，否则 纯培养失败，产生异常发酵， 造成严重的经济损失。通常 采取的主要措施是： 1、培养基灭菌； 2、空气灭菌； 3、生物反应器(发酵罐)及其 和原料接触的附属管件灭菌；
三、空气净化流程



一般流程：采风 压缩 除水、除油 加热 总过滤 分过滤 重点：各流程的使用环境、流程的设计理念 1、两级冷却、加热除菌流程（适于潮湿地区）

1、两级冷却、加热除菌流程（特点及适用范围 特点：提高传热系数、节约冷却用水、油水分离完 全。 适用范围：潮湿的南方地区。）
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两级冷却、加热除菌流程图 1—粗过滤器 2-压缩机 3-贮罐 4、6-冷却器 5-旋风分离器 7-丝网分离器 8-加热器 9-过滤器 空气净化的一般流程 空气吸气口→粗过滤器→空气压缩机→一级空气冷却器→二级空气冷却器→分水 器→空气储气罐→旋风分离器→丝网除沫器→空气加热器→总空气过滤器→分空气过 滤器→无菌空气。 冷却到30~350C（大部分水、 油都结成较大的雾粒）宜用 旋风分离器 用冰水冷却20~250C（析 出部分较小雾粒）宜用 丝网分离器
•静电除菌
封头 空气出口 钢板 绝缘瓶
钢管 电极钢丝
静电除尘器装置图
原理动画演示
管板 法兰
空气进口
管式静电除菌器
4.介质过滤除菌




介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中 的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌的目的。此法经济 适用、易于控制，目前在生产中使用最多。 常用的过滤介质按孔隙的大小可分为两大类： 一类是介质间孔隙大于微生物直径，故必须有一定厚度滤层才能 达到过滤除菌的目的，一般有：棉花、活性炭、玻璃纤维、有机 合成纤维、烧结材料（烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料）； 另一类介质的孔隙小于细菌，含细菌等微生物的空气通过介质， 微生物就被截留于介质上而实现过滤除菌，有时称之为绝对过滤。
三、培养基的灭菌


1.培养基湿热灭菌方法 1.1连续灭菌：培养基在发酵罐外经一套灭菌 设备连续加热灭菌，冷却后送入已灭菌发酵罐 的工艺过程。也叫连消：一般分为套管式和汽 液混合式两种。 初温420C一般热蒸汽压为0.4MPa（表），灭 菌温度1150C，培养液在管间的高温灭菌时间 为15~30S，流动线速度要小于0.1m/s。
空气中微生物的含量和种类，随地区，季节和空气中灰尘粒 子多少，以及人们的活动情况而异。 北方气候干燥，寒冷，空气中的含微生物量较少，而潮湿温暖 的南方空气中含微生物量较多，离地面越高，含菌量越少；一般 每升高10米，空气中的含菌量就降低一个数量级； 城市的空气中含微生物量较多，农村的空气中含微生物量较 少，一般城市空气中杂菌数为3000~8000个／米3 。 空气中的微生物种类以细菌和细菌芽胞较多，也有酵母，霉菌 和病毒。 这些微生物大小不一，一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上， 空气中微生物的含量一般为103--104个／米3。 灰尘粒子的平均大小约0.6μ m左右，所以空气除菌主要是去除 空气中的微粒(0.6-1μ m ）
二、空气净化方法P100 有热灭菌、静电除菌、过滤介 质除菌、辐射灭菌、化学灭菌等。 静电除菌具有低能耗、空气压 力损失少、对1μm的尘粒捕集效率 为99％。