课用第五章-发酵工程的灭菌与空气除菌
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第四章 发酵工程的灭菌 和空气除菌
在当前的发酵工业中，绝大多数的发酵过程属于需氧的纯种发酵。
发酵过程中需要不断通入无菌空气以满足微生物生长及合成代谢 产物的需要。
在整个发酵系统内存活的生物体只有需要培养的微生物，如果在 发酵系统内除了需要培养的微生物以外，还有其他微生物存活， 这种现象称为染菌。
染菌会给发酵带来很多负面影响，轻则影响产物的产量，或使产 物的提取变得困难，造成产品质量下降或收率降低，重则导致产 物全部损失，所以染菌是工业发酵的“大敌”。
高压灭菌 高压—121℃20min； 低压—105℃30min。
二、工业生产中的灭菌
1、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应经除菌处理； （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。 2、培养基灭菌的目的
用于化疗目的的化学物质称化学治疗剂。最重要的化 学治疗剂如各种抗生素、磺胺类药物和中草药中的有 效成分等。
发酵工业生产中常用的灭菌方法： ① 化学物质灭菌、
② 热灭菌 干热灭菌
湿热灭菌
③ 辐射灭菌 ④ 过滤介质除菌 ⑤ 臭氧（O3）灭菌 ⑥
高温灭菌
干热灭菌法
湿热灭菌法
低温长时间(LTLT,62~65℃,30 分钟)，现在殆不存在，
长；
3.杂菌的代谢产物改变发酵液的某些理化性质(如溶解
氧、黏度、pH) ，抑制产物的生物合成；
4.污染的杂菌和产生的某些酶类会分解或破坏已经合成
的产物；
5.使产物提取变得困难，造成产率降低或使产品外观及
内在质量下降；
6.发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解而使生产失败。
因此防止染菌是任何发酵的一项重要工作内容， 必须牢固树立无菌观念，特别强调无菌操作：
②直接与细菌、病毒作用，破坏它们的细胞器和DNA、
RNA，使细菌的新陈代谢受阻，导致细菌死亡；
③作用于细胞外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌
发生通透性畸变而溶解死亡。
我国在GMP验证过程中人们大力推荐臭氧灭菌方 法。臭氧灭菌有许多特点：
① O3为气体，能迅速弥漫到整个灭菌空间，灭菌无死角，
浓度分布均匀。
使用方法：根据灭菌对象的不同有浸泡、添加、擦拭、喷洒、 气态熏蒸等。
2、臭氧（O3）灭菌
臭氧是一种强氧化剂，灭菌过程属生物化学氧化反 应。原理是：
①臭氧在常温、常压下分子结构不稳定，很快自行分
解成氧气（O2）和单个氧原子（O）；后者具有极 强的氧化作用，能氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所 必须的酶，从而破坏其细胞膜，将它杀死；
②臭氧灭菌为溶菌级方法，杀菌彻底。杀菌能力与过氧
乙酸相当，高于其它消毒剂。
③杀菌广谱，可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等，
并可破坏肉毒杆菌毒素。另外，O3对霉菌也有极强的 杀灭作用。
④臭氧制备是利用我们周围的大气制取(现有成型产品：
臭氧发生器），现制现用，不需储藏设施，节省原料 储储所需的占地面积。
1、化学物质灭菌
wenku.baidu.com原理：某些化学药剂能与微生物细胞中的某种成分产生化学 反应，如使蛋白质变性、酶类失活、破坏细胞膜透性而具 有杀菌或消毒的作用。
常用的化学药剂：甲醛、氯(或次氯酸钠)、高锰酸钾、环氧 乙烷、苯酚、季氨盐(如新洁尔灭)、氯化汞等。
适用情况：因①培养基里含有蛋白质等营养物质亦易与上述 化学物质发生化学反应， ②同时药物加入培养基之后很难除掉。 适合于局部空间或某些器具的消毒，但不适合用于培养基 的灭菌。
发酵使用的培养基、发酵设备、空气过滤器、附属设备、管路、 阀门以及通入罐内的空气，在使用前均需彻底灭菌或除菌，这是 防止发酵过程染菌、确保正常生产的关键。
本章内容
第一节 常用的灭菌方法 第二节 培养基与发酵设备的灭菌 第三节 空气的除菌
在工业发酵中，发生杂菌污染会产生以下不良后果：
1.营养物质和产物会被杂菌消耗而损失； 2.杂菌产生的毒性物质和某些酶类会抑制生产菌株的生
1.发酵设备、空气过滤器、附属设备、管路、阀门
应严格密闭，整个系统要维持高于环境的压力， 使用前应经过彻底灭菌；
2.培养基和培养过程中加入的物料应经过彻底灭菌； 3.通入罐内的空气应经彻底除菌处理； 4.使用无污染的种子等。
这是防止发酵过程染菌、确保正常生产的关键。
第一节 常用的灭菌方法 第二节 培养基与发酵设备的灭菌 第三节 空气的除菌
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。
巴氏消毒法 常压灭菌 煮沸消毒法
间歇灭菌法
超高温加热瞬时法(UHT法 ， 135~150℃、2~6秒) ，而成为 今日牛乳杀菌法的主流，此 有牛乳中乳清蛋白增进变性 之虞。 达到杀菌与保质，缩 短时间，提高经济效益。
第一节 灭菌和除菌的基本原理 一、常用灭菌方法
灭菌：是利用物理或化学的方法杀灭或去除物 料或设备中所有的有生命的有机体的技术或工 艺过程。
消毒：是采用较温和的理化方法，仅杀死对人 体有害的病原微生物的过程。
消毒只能杀死营养细胞而不能杀死芽孢或孢 子。
除菌：是指用过滤方法除去空气或液体中所有 的微生物及其孢子。
防腐：就是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生 物的生长繁殖，从而达到防止食品等发生霉腐的 措施。如： 低温，缺氧，干燥，高渗，高酸度， 防腐剂。
化疗即化学治疗：是利用具有高度选择毒力（即 对病原微生物具有高度毒力而对宿主无显著毒性） 的化学物质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁 殖，借以达到治疗该传染病的一种措施。
⑤臭氧分解形成的单个氧原子（O）则会自行重新结合
成为普通氧分子（O2），不存在任何有毒残留物，没 有二次污染，故称无污染消毒剂(绿色消毒剂)。
臭氧灭菌在药品生产中具有广泛的用途。
杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的 条件。 3、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。
第一节 常用的灭菌方法
在当前的发酵工业中，绝大多数的发酵过程属于需氧的纯种发酵。
发酵过程中需要不断通入无菌空气以满足微生物生长及合成代谢 产物的需要。
在整个发酵系统内存活的生物体只有需要培养的微生物，如果在 发酵系统内除了需要培养的微生物以外，还有其他微生物存活， 这种现象称为染菌。
染菌会给发酵带来很多负面影响，轻则影响产物的产量，或使产 物的提取变得困难，造成产品质量下降或收率降低，重则导致产 物全部损失，所以染菌是工业发酵的“大敌”。
高压灭菌 高压—121℃20min； 低压—105℃30min。
二、工业生产中的灭菌
1、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应经除菌处理； （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。 2、培养基灭菌的目的
用于化疗目的的化学物质称化学治疗剂。最重要的化 学治疗剂如各种抗生素、磺胺类药物和中草药中的有 效成分等。
发酵工业生产中常用的灭菌方法： ① 化学物质灭菌、
② 热灭菌 干热灭菌
湿热灭菌
③ 辐射灭菌 ④ 过滤介质除菌 ⑤ 臭氧（O3）灭菌 ⑥
高温灭菌
干热灭菌法
湿热灭菌法
低温长时间(LTLT,62~65℃,30 分钟)，现在殆不存在，
长；
3.杂菌的代谢产物改变发酵液的某些理化性质(如溶解
氧、黏度、pH) ，抑制产物的生物合成；
4.污染的杂菌和产生的某些酶类会分解或破坏已经合成
的产物；
5.使产物提取变得困难，造成产率降低或使产品外观及
内在质量下降；
6.发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解而使生产失败。
因此防止染菌是任何发酵的一项重要工作内容， 必须牢固树立无菌观念，特别强调无菌操作：
②直接与细菌、病毒作用，破坏它们的细胞器和DNA、
RNA，使细菌的新陈代谢受阻，导致细菌死亡；
③作用于细胞外膜的脂蛋白和内部的脂多糖，使细菌
发生通透性畸变而溶解死亡。
我国在GMP验证过程中人们大力推荐臭氧灭菌方 法。臭氧灭菌有许多特点：
① O3为气体，能迅速弥漫到整个灭菌空间，灭菌无死角，
浓度分布均匀。
使用方法：根据灭菌对象的不同有浸泡、添加、擦拭、喷洒、 气态熏蒸等。
2、臭氧（O3）灭菌
臭氧是一种强氧化剂，灭菌过程属生物化学氧化反 应。原理是：
①臭氧在常温、常压下分子结构不稳定，很快自行分
解成氧气（O2）和单个氧原子（O）；后者具有极 强的氧化作用，能氧化分解细菌内部氧化葡萄糖所 必须的酶，从而破坏其细胞膜，将它杀死；
②臭氧灭菌为溶菌级方法，杀菌彻底。杀菌能力与过氧
乙酸相当，高于其它消毒剂。
③杀菌广谱，可杀灭细菌繁殖体和芽孢、病毒、真菌等，
并可破坏肉毒杆菌毒素。另外，O3对霉菌也有极强的 杀灭作用。
④臭氧制备是利用我们周围的大气制取(现有成型产品：
臭氧发生器），现制现用，不需储藏设施，节省原料 储储所需的占地面积。
1、化学物质灭菌
wenku.baidu.com原理：某些化学药剂能与微生物细胞中的某种成分产生化学 反应，如使蛋白质变性、酶类失活、破坏细胞膜透性而具 有杀菌或消毒的作用。
常用的化学药剂：甲醛、氯(或次氯酸钠)、高锰酸钾、环氧 乙烷、苯酚、季氨盐(如新洁尔灭)、氯化汞等。
适用情况：因①培养基里含有蛋白质等营养物质亦易与上述 化学物质发生化学反应， ②同时药物加入培养基之后很难除掉。 适合于局部空间或某些器具的消毒，但不适合用于培养基 的灭菌。
发酵使用的培养基、发酵设备、空气过滤器、附属设备、管路、 阀门以及通入罐内的空气，在使用前均需彻底灭菌或除菌，这是 防止发酵过程染菌、确保正常生产的关键。
本章内容
第一节 常用的灭菌方法 第二节 培养基与发酵设备的灭菌 第三节 空气的除菌
在工业发酵中，发生杂菌污染会产生以下不良后果：
1.营养物质和产物会被杂菌消耗而损失； 2.杂菌产生的毒性物质和某些酶类会抑制生产菌株的生
1.发酵设备、空气过滤器、附属设备、管路、阀门
应严格密闭，整个系统要维持高于环境的压力， 使用前应经过彻底灭菌；
2.培养基和培养过程中加入的物料应经过彻底灭菌； 3.通入罐内的空气应经彻底除菌处理； 4.使用无污染的种子等。
这是防止发酵过程染菌、确保正常生产的关键。
第一节 常用的灭菌方法 第二节 培养基与发酵设备的灭菌 第三节 空气的除菌
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。
巴氏消毒法 常压灭菌 煮沸消毒法
间歇灭菌法
超高温加热瞬时法(UHT法 ， 135~150℃、2~6秒) ，而成为 今日牛乳杀菌法的主流，此 有牛乳中乳清蛋白增进变性 之虞。 达到杀菌与保质，缩 短时间，提高经济效益。
第一节 灭菌和除菌的基本原理 一、常用灭菌方法
灭菌：是利用物理或化学的方法杀灭或去除物 料或设备中所有的有生命的有机体的技术或工 艺过程。
消毒：是采用较温和的理化方法，仅杀死对人 体有害的病原微生物的过程。
消毒只能杀死营养细胞而不能杀死芽孢或孢 子。
除菌：是指用过滤方法除去空气或液体中所有 的微生物及其孢子。
防腐：就是利用某种理化因素完全抑制霉腐微生 物的生长繁殖，从而达到防止食品等发生霉腐的 措施。如： 低温，缺氧，干燥，高渗，高酸度， 防腐剂。
化疗即化学治疗：是利用具有高度选择毒力（即 对病原微生物具有高度毒力而对宿主无显著毒性） 的化学物质来抑制宿主体内病原微生物的生长繁 殖，借以达到治疗该传染病的一种措施。
⑤臭氧分解形成的单个氧原子（O）则会自行重新结合
成为普通氧分子（O2），不存在任何有毒残留物，没 有二次污染，故称无污染消毒剂(绿色消毒剂)。
臭氧灭菌在药品生产中具有广泛的用途。
杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的 条件。 3、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。
第一节 常用的灭菌方法