发酵工程灭菌技术
发酵工艺：发酵灭菌原理及全自动灭菌技术介绍
发酵工艺：发酵灭菌原理及全自动灭菌技术介绍在发酵工业中，对培养基和发酵设备的灭菌广泛使用湿热灭菌法。
工厂里，蒸汽比较容易获得，控制操作条件方便，是一种简单而又价廉、有效的灭菌方法。
用湿热灭菌的方法处理培养基，其加热受热时间与灭菌程度和营养成分的破坏都有关系。
营养成分的减少将影响菌种的培养和产物的生成，所以灭菌程度和营养成分的破坏成为灭菌工作中的主要矛盾，恰当掌握加热受热时间是灭菌工作的关键。
一、湿热灭菌相关理论：1、微生物的死亡速率：对数残留定律微生物受热死亡的原因，主要是因高温使微生物体内的一些重要蛋白质，如酶等发生凝固、变性，从而导致微生物无法生存而死亡。
微生物受热而丧失活力，但其物理性质不变。
在一定温度下，微生物的受热死亡遵照分子反应速度理论。
在灭菌过程中，微生物的死亡速率与任一瞬时残存的活菌数成正比，即对数残留定律。
用N表示残留活菌个数，则活菌的减少率（死亡率）与N呈线性关系，即：积分边界条件：N0→Nθ；t0=0注：式中，θ：灭菌时间（s）；K，灭菌速度常数；N0：灭菌开始时培养基中杂菌个数（个）；N：经过灭菌时间θ后残存的活菌数（个），一般取N = 0.001，即1000次灭菌中有1 次失败关于上述公式几点说明：（1）K值越大，微生物越易死亡；（2）一定温度下，K随M种类不同而异。
一般来说，细菌营养体、酵母菌、放线菌、病毒及噬菌体对热的抵抗力较弱，而细菌芽孢、霉菌孢子则较强。
（3）随着温度的变化，K有很大变化。
温度对K的影响遵循阿仑尼乌斯定律：A：系数，s-1；△E：活化能，J/mol；R：气体常数，8.314 J/(mol·K)；T：绝对温度。
2、两种常见灭菌方式：分批灭菌和连续灭菌理论时间计算及优劣比较（1）分批灭菌分批灭菌通常分为升温、保压和降温三个阶段。
如只考虑保温阶段，以耐热的芽孢杆菌为灭菌对象，发酵罐内装培养基40m3，121℃分批灭菌，初始培养基中含芽孢107个/mL，关于理论灭菌时间T计算可根据公式：其中A=1.34×1036 s-1，ΔE=2.844×105 J/mol，则k=0.0281 s－1；No=40×106×107=4×1014个，Nt=0.001个，则T=24min，理论上与一般分批灭菌条件121℃灭菌30min相差不大；若考虑升温阶段对灭菌的贡献，初始温度从100℃计算，从保温开始时培养基中活微生物数不是No而是Np，则：其中Km为100℃至121℃时间内灭菌常数平均值：k m＝0.0061s－1，Np＝2.65×1011个，保温灭菌时间T=19.7min。
《发酵工程实验》教案：发酵培养基的制备和实罐灭菌
发酵培养基的制备和实罐灭菌一、实验目的要求学生掌握通风发酵的基本原理及过程，掌握上罐操作技术，掌握流加补料控制技术。
（1）发酵罐及管路、空气过滤器灭菌操作及发酵罐系统管路的熟悉（2）实罐灭菌—培养基灭菌实验二、实验原理2.1 培养基组分的种类和作用：人工按一定比例配制的供微生物生长繁殖和合成各种代谢产物的营养物质。
主要包括：碳源、氮源、无机盐、生长因子、前体2.2 实罐灭菌原理保温温度（℃）加热保温冷却温度（℃）时间（min）三、实验仪器、设备和材料10升发酵罐（PH仪，培养液及酸碱液流加装置，蠕动泵），1台；淀粉水解糖液、尿素等原料。
四、实验内容与方法：酵母菌经扩大培养后，接入10升机械搅拌通风发酵罐培养，根据实际情况选用分批培养或分批补料培养，测定酵母浓度。
主要内容有：试管斜面培养基的配制、面包酵母种子扩大培养基配制、流加用培养基的配制及灭菌。
总流程：斜面培养基配制与灭菌所需仪器物品：灭菌锅、试管、棉塞、培养基原料、培养箱300毫升种子液、500ml三角瓶三只、装液100ml、培养基、培养摇瓶、纱布。
发酵培养基制备，灭菌。
面包酵母菌的培养基组成：酵母斜面培养基：10º麦芽汁固体斜面，PH5.0酵母摇瓶培养基：10º麦芽汁，PH5.0或葡萄糖10%，玉米浆1%，尿素0.2%，PH5.0酵母分批发酵培养基：玉米淀粉经液化、糖化，折合葡萄糖浓度为10%、玉米浆1%，尿素0.2%，PH5.5。
五、实验报告内容和数据处理实验设计原理；发酵系统的结构与操作方法；实罐灭菌工艺。
附：机械搅拌发酵系统介绍：1 技术指标1.1 概述具有温度、转速、氧气流量、空气流量、pH 、DO 、补料、消泡显示及控制功能，并配有机械消泡浆。
1.2指标1.2.1温度：自动控制范围：自来水温+5℃～ 50℃﹙±0.2 ℃﹚显示范围：0 ～150 ℃1.2.2搅拌转速：调速范围50 ～1000±5rpm1.2.3空气流量：显示控制范围0 ～ 10L/min1.2.4pH显示控制：2 ～12pH±0.05﹙酸碱双向﹚1.2.5溶解氧：0 ～150±2℅1.2.6补料、消泡蠕动泵各一台1.2.7 罐体总容积10L,设计压力2.0kg/c㎡、最高工作压力2.0kg/c ㎡,设计工作温度131 ℃1.2.8 灭菌方法:手动控制蒸汽消毒灭菌1.2.9 功率：主机：3kw, 单相220v1.2.10 气源：2 ～4kg/c㎡1.2.11 蒸汽： 2 ～4kg/c㎡2 管路说明该流程图中空气管路阀门的标号为“AXX”,蒸汽管路阀门的标号为“SXX”，冷却水管路阀门标号为“WXX”，冷凝水管路阀门标号为“VXX”，电磁阀标号为“CXX”，物料管路阀门标号为“PXX”,冷冻水管路标号为“CWX”，其它气体管路标号为“NXX”。
发酵工程第章-培养基的制备与灭菌
A、凝固培养基 ：即遇热可融化，冷却后则凝固的固 体培养基
B、非可逆性凝固培养基：指有血清凝固成的固体培 养基或由无机硅胶配成的凝固后即不能再融化的固体 培养基
C、天然固体培养基：由天然固体状基质直接制成的 培养基，如麸皮，米糠，木屑等
D、滤膜：是一种坚韧且带有无数微孔的醋酸纤维薄 膜，把它制成圆片状覆盖在营养琼脂或浸有培养液的 纤维衬垫上，形成了具有固体培养基性质的培养条件。
第二节 淀粉水解糖的制备
一、淀粉水解糖的制备方法 1、酸解法： 定义：以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高
压下将淀粉水解为葡萄糖的方法. 优点：设备要求简单，水解时间短（20min），设备
生产能力大 缺点：高温高压下进行，设备要求耐腐蚀、耐高温、
耐高压，副反应多，对原料要求严格，淀粉颗粒不宜 过大，淀粉乳浓度不能过高。
第五节 培养基灭菌
一、消毒与灭菌在发酵工业中的应用 消毒：指用物理和化学方法杀死物料、容器、器具内
外的病源微生物。一般只能杀死营养细胞而不能杀死 细菌芽孢。 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。 消灭杂菌和防止杂菌污染
二、灭菌方法：干热灭菌、湿热灭菌、物理灭 菌（射线、微波等）、化学灭菌（各种化学药 品）；
功能：构成菌体、含氮代谢物；
3.无机盐
磷酸盐、钾盐、钙盐等矿物盐 铁、锰、钴等微量元素
功能：构成菌体，参与酶的组成，维持酶活性， 调节渗透压，调节pH值，维持氧化还原电位；
4.特殊生长因子：硫胺素、生物素、对氨基苯甲 酸、肌酸等
功能：酶的辅助部分，维持生命活动；
5．发酵的促进剂与抑制剂
发酵培养基中某些成分的加入有利于调节产物 的形成，而并不促进微生物的生长，这些物质 包括前体、促进剂和抑制剂
发酵工程第四章工业发酵灭菌与消毒
•
达到灭菌温度（120 ℃）时，开始计算维持时间 （保温时间）。生产上采用30min 采用快速冷却方式，减少营养成份的损失
•
（1）连续灭菌
培养基在发酵罐外经过一套灭菌设备连续的加热灭菌,冷却后送入已灭菌 的发酵罐内的工艺过程.
• 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。
• 特点 ：省去一级冷却和分离设备及空气再加热设备，简化了流程， 使冷却水用量也降低了。压缩空气从贮罐出来分两路，一部分进冷却 器，经分离器分离水、油雾后与另一部分未处理过的高温压缩空气混 合，使混合后的空气温度为30～35℃，相对湿度为50～60%。
3、高效前置过滤除菌流程
• 在压缩机前设置一台高效过滤器，这样便可降低过滤器负荷（即多 次过滤），达到空气除菌的要求。
经济快速适 用范围广 安全高效 可用于热敏 物质
一、工业上培养基灭菌
1.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。
2.灭菌方法： 工业上培养基灭菌使用的方法是湿热灭菌。 湿热灭菌简便、有效、经济。
• 3.培养基灭菌的要求 • （1）达到要求的无菌程度； • （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。
项目 方法
化学物质灭菌 辐射灭菌
本质
化学反应 紫外线与菌体核酸 的光化学反应；其 它射线使水分子产 生自由基 加速与温度有关的 胞内反应 蒸汽释出潜热使蛋 白变性 氧化作用 利用菌体物理性质
发酵工艺学 灭菌与除菌1
灭菌与除菌（一）
一 、灭菌的基本原理
二 、培养空气除菌
冻干基因工程α1b干扰素制造及检定 规程 （发酵部分）
1） 每次发酵前必须进行一次空罐灭菌。
2 ）发酵用GMD培养基，用蒸馏水配制，其中不含有 任何抗生素，配制后进行实罐灭菌。 3） 发酵温度为36.5±0.1℃，根据工程菌生长情况 到后期可适当调整温度，并作必要的培养基成分添 加，发酵时间根据工程菌生长情况确定。发酵结束 时放出菌液，发酵灌应再进行一次灭菌并清洗。
氧化作用
过滤除去微生物
安全高效
可用于热敏物 质
4.
a)
湿热灭菌的原理
相关概念 当环境温度超过维持生命活动的最高限温度 时，微生物就会死亡，杀死微生物的极 限温度 称为致死温度。 在致死温度下，杀死全部微生物所需要的时 间成为致死时间。 无芽孢的营养菌体：60℃,10min;
芽孢：100℃,几十分钟到几小时;
b)
四．空气除菌
1. 空气灭菌的方法
加热空气：压缩空气的方法适用于无菌程度要 求不高的发酵过程
2.
静电除菌
机制：空气在高压直流电场中电离，产生的离 子使灰尘和微生物带电，被捕集于电极上
优点：能耗低；空气压力损失小；除尘效率高
缺点：高压技术，；设备庞大
3. 介质过滤除菌
a) 滤材要求：能耐受高温高压 不易被油水污染 除菌效率高 阻力小 成本低 易更换
η :介质捕获效应
3.
空气过滤除菌的工艺流程
a) 经典流程
特点：高空采风、两次冷却、两次分油水、 适当加热流程
空气第一次冷却到30～35℃，第二级冷却至20～ 25℃，经分水后加热到30～35℃，因为温度升高， 相对湿度下降,可保证过滤介质不致受潮失效。
4第四章发酵工程的灭菌与除菌 共164页
因此配制培养基所用原料要含杂菌少，培养基配制后
要尽快灭菌，以减少杂菌的生长。
灭菌程度的确定：在对数残留方程式中，如果要达到 绝对彻底地灭菌，即Nt=0，所需灭菌时间t为∞，这实 际上是不可行的。
因此在生产设计上常采用Nt=0.001 为达到灭菌要求， 即，在1000批次灭菌中只允许有1批失败；
与灭菌温度、菌种特性有关； dN/dt：活菌的瞬时变化速率，即死亡速率(个/s或个/min )。
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第一节 灭菌和除菌的基本原理
开始灭菌时，即t=0时，培养基中活菌数为N0。积 分上式得：
Nt 1 dN = -
t
kdt
N0 N
0
ln Nt kt
N0
t
k1 ·ln
N0 Nt
NO-灭菌开始时原有的活菌数(个) Nt -灭菌结束后残留的活菌数(个)
高压灭菌 高压—121℃15min； 低压—105℃30min。
13
第一节 灭菌和除菌的基本原理
二、高温湿热灭菌 1.高温湿热火菌是利用饱和蒸汽直接接触需要灭菌
的物品以杀死微生物。 原理：蒸汽具有强大的穿透力，冷凝时释放大量
潜热，使微生物细胞中的原生质胶体和酶蛋白变 性凝固，核酸分子的氢键破坏，酶失去活性，于 是微生物因代谢发生障碍而在短时间内死亡。 湿热灭菌法是目前最常用的基本灭菌方法，一般 的湿热灭菌条件为121℃ (表压约0.1MPa) ，维持 20~30min 。
高温灭菌
低温长时间(LTLT,62~65℃,30 分钟)，现在殆不存在，
干热灭菌法
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。
发酵实验灭菌方法
发酵实验灭菌方法一、干热灭菌法干热灭菌法是指在干燥环境中进行高温灭菌的方法。
通常是将待灭菌的物品放在烘箱、干燥箱或火焰中加热，以达到灭菌的目的。
此方法的优点是能够杀死绝大多数微生物，而且对不耐湿热的物品尤为适用。
然而，干热灭菌所需温度较高，时间较长，可能会对某些物品造成损坏。
二、湿热灭菌法湿热灭菌法是指利用高温水蒸气进行灭菌的方法。
在发酵实验中，常用的湿热灭菌设备有高压蒸汽灭菌器和常压蒸汽灭菌器。
湿热灭菌法的优点是杀菌效果好，对大多数微生物都能有效杀死，而且对物品的损伤较小。
但是，湿热灭菌法需要一定的时间和能源，而且在使用过程中要注意防止物品受潮。
三、紫外线灭菌法紫外线灭菌法是利用紫外线照射杀灭微生物的方法。
紫外线具有较好的杀菌作用，而且对人体的伤害较小。
在发酵实验中，可以使用紫外线灯对实验室内空气、表面和物品进行消毒。
然而，紫外线灭菌法对于隐藏在角落或缝隙中的微生物效果不佳，而且长时间照射可能会对某些物品造成损坏。
四、过滤除菌法过滤除菌法是指通过过滤介质去除微生物的方法。
在发酵实验中，常用的过滤除菌设备有滤膜过滤器和超滤器。
过滤除菌法的优点是不加热、不损伤物料、操作简便等。
但是，过滤除菌法只能去除液体中的微生物，对于气体和固体颗粒中的微生物效果不佳。
此外，过滤介质需要定期更换或清洗，以保证过滤效果。
五、化学消毒剂灭菌法化学消毒剂灭菌法是指利用化学消毒剂杀灭微生物的方法。
常用的化学消毒剂有酒精、漂白粉、甲醛等。
这些消毒剂具有较好的杀菌作用，而且使用方便。
然而，在使用化学消毒剂时要注意安全，避免对人体造成伤害，同时也需要注意防止消毒剂残留对实验结果造成影响。
六、辐射灭菌法辐射灭菌法是指利用放射性物质发射的射线杀灭微生物的方法。
常用的辐射源有钴-60和铯-137等放射性同位素。
辐射灭菌法的优点是杀菌效果好、时间短、操作简便等。
但是，辐射灭菌法的设备投资较大、成本较高，而且放射性物质有一定的危险性，需要专业人员操作和维护。
发酵工程发酵工业的无菌技术课件
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4）污染的杂菌大量繁殖，会改变反应介质的pH，从而使生物化学反应发生异常变化； 5）发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解而使生产失败等。
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染菌危害的具体分析 （1）染菌对不同菌种发酵的影响
A．细菌 谷氨酸(棒状杆菌)：发酵周期短，培养基不太丰富，较少染杂菌，但噬菌体威胁大。 肌苷（枯草杆菌）：缺陷型生产菌，培养基丰富，易染菌，营养成分迅速被消耗，严重抑制菌生长和合成代谢产物。
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染菌发酵液中含有比正常发酵液更多的水溶性蛋白和其它杂质。 采用有机溶剂萃取的提炼工艺，则极易发生乳化，很难使水相和溶剂相分离，影响进一步提纯。 采用直接用离子交换树脂的提取工艺，如链霉素、庆大霉素，染菌后大量杂菌黏附在离子交换树脂表面，或被离子交换树脂吸附，大大降低离子交换树脂的交换容量，而且有的杂菌很难用水冲洗干净，洗脱时与产物一起进入洗脱液，影响进一步提纯。
设备渗漏包括夹套穿孔、盘管穿孔、接种管穿孔、阀门渗漏、搅拌轴渗漏、罐盖漏和其它设备漏等。从日本工业技术院发酵研究所对染菌原因分析发现，这类染菌占33.85％。所以说加强设备本身及附属零部件的严密度检查，对制服染菌是极其主要的，也是重要的。
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密闭式发酵罐
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2、机械搅拌发酵罐的结构
好气性机械搅拌发酵罐是密封式受压设备，主要部件包括： 罐身 轴封 消泡器 搅拌器 联轴器 中间轴承 挡板 空气分布管 换热装置 人孔以及管路等
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“死角”
发酵罐的“死角” 法兰、内衬、接口、表头、罐内部件及其支撑件如搅拌轴拉杆、联轴器、冷却盘管、挡板、空气分布管及其支撑件 口：人孔（或手孔）、排风管接口、灯孔、视镜口、进料管口 发酵罐罐底脓疱状积垢造成“死角” 消除方法：加强清洗并定期铲除污垢；安装放汽边阀 管道安装不当或配置不合理形成的“死角”
发酵液的灭菌方法
发酵液的灭菌方法在生物工程、食品工业及医药工业中，发酵液起着至关重要的作用。
然而，发酵液中常常存在大量的微生物，这些微生物会影响到发酵液的质量和产量。
因此，在使用发酵液前，需要对其进行灭菌处理，以杀灭其中的微生物。
物理灭菌方法主要包括热处理和辐射灭菌。
热处理是最常用的物理灭菌方法之一，其原理是通过加热将微生物的生命活动杀死。
热处理的方式包括湿热灭菌和干热灭菌两种。
湿热灭菌常用的方法有煮沸法、蒸汽灭菌法和高压灭菌法。
煮沸法是将发酵液加热至沸腾，保持一段时间，目的是通过高温杀死微生物。
蒸汽灭菌法是利用高温高压蒸汽将发酵液进行灭菌。
高压灭菌法是在高压下对发酵液进行灭菌，可以更彻底地杀灭微生物。
干热灭菌的方法有干热灭菌箱法和热风灭菌法。
干热灭菌箱法是将发酵液置于干热灭菌箱中进行热处理。
热风灭菌法则是通过高温烘干将发酵液进行灭菌。
辐射灭菌是利用电子束、紫外线或γ射线等辐射对发酵液进行灭菌，这些辐射能够破坏微生物的细胞核酸，从而达到灭菌的目的。
化学灭菌方法则是通过化学物质对发酵液进行灭菌。
常见的化学灭菌方法有酶法、酸碱法和气体灭菌法。
酶法是利用一些特定的酶对发酵液进行灭菌。
酸碱法则是通过调整发酵液的酸碱度来达到灭菌的目的。
气体灭菌法是利用一些气体如二氧化硫、乙烯氧化物等对发酵液进行灭菌。
这些气体能够杀死微生物并与发酵液中的有机物发生化学反应，从而起到灭菌的效果。
无论是物理灭菌还是化学灭菌，选择合适的灭菌方法需要考虑多个因素，包括发酵液的成分、质量要求、操作条件等。
同时，不同的灭菌方法也有各自的优缺点。
物理灭菌方法相对简单易行，但对温度、时间和压力等条件要求较高，有些情况下可能会影响到发酵液的质量。
化学灭菌方法能够在较低的温度下灭菌，但可能会对发酵液的成分产生一定影响。
总之，发酵液的灭菌是保证发酵液质量的重要步骤。
在选择灭菌方法时，需根据发酵液的具体情况和质量要求，选择合适的物理灭菌或化学灭菌方法。
在操作过程中，需要严格控制灭菌条件，确保微生物能够被完全杀死，以确保发酵液的质量和产量。
《发酵工程的无菌技术》第1课时示范课教学设计【高中生物苏教版选修3新课标】
第二节发酵工程的无菌技术（第1课时）◆教学目标1．熟悉各种常见的灭菌方法以及应用范围。
2．熟练应用各种灭菌设备。
◆教学重难点【教学重点】常见的灭菌方法。
【教学难点】常见的灭菌方法。
◆教学过程【新课引入】展示资料：19世纪中期以前，人们普遍相信生命现象是自然发生的。
19世纪60年代，法国科学家巴斯德通过实验证明了微生物不是自然发生的。
巴斯德的成功取决于他重视实验的无菌操作。
分析上述事实，他的无菌操作体现在哪些方面？通过高温加热曲颈瓶中的肉汤，又通过开口的曲颈和外界相通。
这样既能杀死瓶内的各种微生物，又能阻隔外界微生物进入烧瓶。
【过渡】日常生活中，我们会用碘伏消毒液擦拭受伤破损的皮肤，从而杀灭伤口部位的部分微生物。
那么，在发酵工程实践中无菌操作是如何开展的呢？【新知讲解】一、发酵工程的灭菌方法【学生活动】阅读课本第14~15页发酵工程的灭菌方法的内容，思考：什么是无菌技术？无菌技术的核心是什么？常用的灭菌方法有什么？【教师活动】针对学生对上述问题的回答情况，为学生一一解答。
获得纯净的微生物培养物是发酵工程的基础，因此，无菌技术是发酵工程的重要技术之一。
1．无菌技术在操作过程中，保持物品与操作区域的无菌状态并不被微生物污染的技术，其核心是灭菌。
拓展1 无菌技术的主要内容（1）对实验操作的空间、操作者的衣着和手进行清洁和消毒。
（2）用于微生物培养的器皿、接种用具和培养基等进行灭菌。
（3）为避免周围环境中微生物的污染，实验操作应在超净工作台并在酒精灯火焰附近进行。
（4）实验操作时应避免已经灭菌处理的材料用具与周围的物品接触。
2．常用方法（1）化学试剂灭菌法①方法：利用化学试剂如甲醛、氯、高锰酸钾等灭菌剂。
②效果：破坏微生物的蛋白质或细胞结构。
③范围：一般不用于培养基的灭菌。
（2）射线灭菌法①方法：利用紫外线等产生的高能粒子进行灭菌。
②效果：破坏微生物的蛋白质或细胞结构。
③范围：一般用于表面和空气的灭菌。
（3）干热灭菌法（4）湿热灭菌法①方法：温度为121 ℃、气压约100 kPa的条件下维持15~20 min。
发酵工程连续灭菌设计方案
发酵工程连续灭菌设计方案一、引言发酵工程是一种利用微生物、酶或细胞等生物体系在一定条件下进行生长或代谢活动，产生有益物质的过程。
在发酵工程中，微生物培养液需要进行连续灭菌以确保生产的产品质量。
连续灭菌是指在发酵过程中对微生物培养液进行连续不间断的灭菌处理，以保证微生物培养液的无菌状态。
因此，设计合适的连续灭菌工艺和设备对于确保发酵工程的生产质量至关重要。
本文将介绍连续灭菌的设计方案，包括灭菌工艺流程、灭菌设备选择、操作规程等方面的内容，旨在为发酵工程的连续灭菌提供一些建议和参考。
二、连续灭菌工艺流程1. 培养液分装首先，将待灭菌的微生物培养液从发酵罐中抽取，通过管道输送至连续灭菌设备前的培养液分装装置。
在此过程中，需要确保分装装置能够对培养液进行准确的量化分装，保证后续的连续灭菌工艺。
2. 灭菌处理接下来，将分装好的微生物培养液送入连续灭菌设备中进行灭菌处理。
连续灭菌设备通常采用加热或者化学处理的方式进行微生物的灭菌。
在设计灭菌设备时，需要考虑到处理的温度、时间、压力、流速等参数，以及在灭菌过程中可能产生的氧化、变质、颜色和风味上的影响。
3. 加工尾水处理在连续灭菌处理过程中，可能产生一定量的加工尾水。
这部分尾水需要进行处理，以保证对环境的安全性和符合相关的环保法规。
4. 贮存和输送经过连续灭菌处理的微生物培养液需要进行存储和输送，以确保生产线上的连续生产。
因此，需要设计相应的贮存和输送设备，包括存储罐、输送管道、泵等。
5. 清洗和消毒在整个连续灭菌工艺结束后，需要对相关的设备进行清洗和消毒。
这包括清洗灭菌设备、培养液分装装置、贮存罐等设备，以确保下一次的灭菌工艺的进行。
三、连续灭菌设备选择在设计连续灭菌工艺中，选择合适的灭菌设备至关重要。
常见的连续灭菌设备有：1. 输送管道2. 灭菌罐3. 灭菌灌装机4. 贮存罐5. 清洗设备在选择灭菌设备时，需要考虑到其灭菌效率、可靠性、稳定性，以及容易清洗和维护的特点。
发酵工业灭菌
培养基中的蛋白质含量越高，微生物被杀死的速度越慢，因此在发酵 培养基中凡含玉米浆、麸质粉、花生饼粉、黄豆饼粉、蛋白胨等含氮白 质较高物料要注意控制消毒的温度、时间和压力。一般对于蛋白较高物 料即要考虑消透物料（细菌的致死温度与致死时间），同时要避免营养 物质的破坏。实消一般加热升温40分钟，控制125℃，0.12MPa,保温30 分钟. 易于挥发的物料,如屎素,硫酸铵等,这些物料本身比较纯净,含杂菌少,高 温灭菌易破坏成份,实消一般加热升温20分钟,105~110℃,0.05MPa,保温 10分钟. 对于一般葡萄糖、淀粉、花生饼粉、无机盐类的培养基，一般配制后 浓度比较小，物料本身相对纯净，易于消透，实消加热升温40分钟，控 制120℃，0.1~0.12MPa,保温20分钟. 对装有活性炭\棉花\玻璃棉\超细纤维纸等的过滤器一般在 120℃,0.12MPa,保温30分钟.对装有聚四氟乙烯的膜过滤器采用 115℃,0.10MPa,保温30分钟.
发酵工业灭菌
一、灭菌方法 二、灭菌原理 三、灭菌过程
一、灭菌方法
灭菌 利用物理或化学的方法杀灭或除去物料及设备中一切生命物质 的过程。 消毒 用物理或化学的方法杀灭物体上的病原微生物，使之不能传 染。 灭菌的方法——物理法、化学法
一、物理法 （1）加热灭菌 ：干热灭菌和湿热灭菌 ①干热灭菌 灼烧灭菌法：利用火焰直接将微生物灼烧致死。 一般对接种器具进行灭菌采用这种方法。主要用于金属接种工具、试管口、 锥形瓶口、接种移液管和滴管外部及无用的污染物（如称量化学诱变剂的称 量纸）或实验动物的尸体等的灭菌。对金属小镊子、小刀、玻璃涂棒、载玻 片、盖玻片灭菌时，应先将其浸泡在75%酒精溶液中，使用的时候从酒精溶液 中取出来，迅速通过火焰，瞬间灼烧灭菌。
《发酵工程》第9章 空气除菌
二.介质过滤（深层介质过滤、深度介质过滤）
以棉花、玻璃纤维等纤维材料或活性炭作为介质填充成 一定厚度的过滤层，或将玻璃纤维、聚四氟乙烯、金属烧结 材料制成过滤层，其介质间的空隙大于被滤除的尘埃或微生 物。当空气流过介质滤层时，借助惯性碰撞、阻截、静电吸 附、扩散等作用，将尘埃和微生物截留在介质层内，达到除 菌的目的。 介质过滤的设备及操作费用低廉，适用于大量空气的净 化处理。
2.过滤纸类过滤器
过滤介质为超细玻璃纤维纸，分为旋风式和套筒式两种。
过滤层很薄，一般用3~6张滤纸叠在一起使用，它属于深层过 滤技术。纤维间的孔隙约为l~1.5um，厚度约为0.25~0.4mm，实重 度为2600kg／m3，虚重度为384kg／m3，填充率为14.8％，除菌效 率相当高，对大于0.3um颗粒的去除率为99.99％以上，阻力小，压 力降小；但强度不大，特别是受潮后强度更差。为了增加强度，常 用酚醛树脂、甲基丙烯酸树脂或含氢硅油等增韧剂或疏水剂处理。 也可在制造滤纸时，在纸浆中加入7％~50％木浆，以增加强度。安 装时，将滤纸夹在多孔法兰花板中间，花板上开Φ8mm的小孔，开 孔面积占板面积40％，在滤纸上、下分别铺上钢丝网和细麻布，外 面各有一个橡胶垫圈。
三.空气过滤器的结构
1.纤维状或颗粒介质过滤器
过滤器内有上、下孔板，过 滤介质置于两孔板之间，被孔板 压紧。介质主要为棉花、玻璃纤 维、活性炭，也有用矿渣棉。一 般棉花（玻璃纤维）置于上、下 层，活性炭在中间，也可全部用 纤维状介质。介质放置时应注意 均匀，贴壁、平整，有一定填充 密度，以防止空气走短路或介质 被空气吹翻。
（2）阻截作用
当气流速度低于临界速度时，在纤维周边形成一层边界滞 留区，滞留区内的气流速度更慢，颗粒不是因惯性碰撞而被滞 留，而是由于摩擦、粘附作用而被滞留，这种作用称为阻截作 用。在介质过滤除菌中，阻截作用不是主要的。
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主要原理
在一定温度范围内，温度越低，细菌繁殖越慢；温度越高， 繁殖越快。但温度太高，细菌就会死亡。不同的细菌有不同的 最适生长温度和耐热、耐冷能力。
巴氏消毒其实就是利用病原体不是很耐热的特点，用适当的温 度和保温时间处理，将其全部杀灭。但经巴氏消毒后，仍保留 了小部分无害或有益、较耐热的细菌或细菌芽孢，因此巴氏消 毒牛奶要在4℃左右的温度下保存，且只能保存3~10天，最多16 天。
紫外线、阴极射线、X射线、γ射线
3.加热灭菌
高温致死原理：由于它使微生物的蛋白质和核酸等重要 生物高分子发生变性、破坏，例如它可使核酸发生脱氨、 脱嘌呤或降解，以及破坏细胞膜上的类脂质成分等。
每一种微生物都有一定的最适生长温度范围。当微生物 处于最低温度以下时，代谢作用几乎停止而处于休眠状 态。当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原生质胶 体和酶起了不可逆的凝固变性，使微生物在很短时间内 死亡，加热灭菌即是根据微生物这一特性而进行的。
4 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。
（二）灭菌的方法
1.化学试剂灭菌 2.电磁压或蒸汽高压加热法）
火焰灭菌、干热灭菌、湿热灭菌
工业上培养基灭菌使用的方法是湿热灭菌。 湿热灭菌简便、有效、经济。
1. 化学药物灭菌
利用化学试剂对微生物的氧化作用或损伤细胞等 进行灭菌。
常用的化学试剂： 氧化剂：0.%~0.25%KMnO4溶液、0.5%~1%漂白粉溶液 醇醛类：75%酒精、0.25%新洁尔灭、10%甲醛溶液、环氧
乙烷 酚类：苯酚溶液、来苏尔
2.电磁波、射线灭菌
利用高能电磁波、紫外线或放射性物质产生的高能 粒子射线穿透微生物细胞进行灭菌。
主要应用
主要为牛奶的一种灭菌法，既可杀死对健康有害的病原 菌又可使乳质尽量少发生变化。也就是根据对耐高温性极强 的结核菌热致死曲线和乳质中最易受热影响的奶油分离性热 破坏曲线的差异原理，在低温下长时间或高温下短时间进行 加热处理的一种方法。其中，在60℃以下加热30分钟的方式， 作为低温灭菌的标准，早为世界广泛采用。利用高温处理， 虽对乳质多少有些影响，但可增强灭菌效果，这种方法称为 高温灭菌（sterilization），也就是在95℃以上加热20分钟。 巴氏灭菌法除牛奶之外，也可应用于发酵产品。
现行方法
当今使用的巴氏杀菌程序种类繁多。
“低温长时间”(LTLT)处理是一个间歇过程，如今只被小型乳 品厂用来生产一些奶酪制品。 “高温短时间”(HTST)处理是一个“流动”过程，通常在板式 热交换器中进行，如今被广泛应用于饮用牛奶的生产。通过该 方式获得的产品不是无菌的，即仍含有微生物，且在储存和处 理的过程中需要冷藏。“快速巴氏杀菌”主要应用于生产酸奶 乳制品。
连
巴氏灭菌法(pasteurization)，亦称低温消毒法，冷杀菌法，是 一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风 味不变的消毒法。
巴氏灭菌法的产生来源于巴斯德解决啤酒变酸问题的努力。当 时，法国酿酒业面临着一个头疼的问题：啤酒在酿出后会变酸， 根本无法饮用。而且这种变酸现象还时常发生。巴斯德受人邀 请去研究这个问题。经过长时间的观察，他发现使啤酒变酸的 罪魁祸首是乳酸杆菌。营养丰富的啤酒简直就是乳酸杆菌生长 的天堂。采取简单的煮沸的方法是可以杀死乳酸杆菌的，但是， 这样一来啤酒也就被煮坏了。巴斯德尝试使用不同的温度来杀 死乳酸杆菌，而又不会破坏啤酒本身。最后，巴斯德的研究结 果是：以50~60摄氏度的温度加热啤酒半小时，就可以杀死啤酒 里的乳酸杆菌和芽孢，而不必煮沸。这一方法挽救了法国的酿 酒业。这种灭菌法也就被称为“巴氏灭菌法”。
第一节 培养基灭菌
一、概述 知识点：染菌的危害性
灭菌的方法 培养基灭菌的要求 液体培养基灭菌的特点
重点： 热灭菌原理
（一）灭菌的概念和必要性
微生物的培养过程： 培养基配制→灭菌→接种→培养
1. 灭菌的定义
用物理或化学因素除去物品上所有生活微生物的方法。
工程上的灭菌是指用物理或化学因子杀灭有生活能力的细菌 营养体和芽孢或孢子的方法。
•2)由于杂菌所产生的一些代谢产物改变了发酵液的某些理 化性质，使目标产物的提取困难，造成收得率降低或使 产品质量下降。
•3)污染的杂菌可能会分解产物，而使生产失效。 •4)发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解，而使生产失效。
3 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。
消毒是消除病原微生物的措施。 在工业中一般都笼统地称为杀菌或灭菌。工业规模的液体培
养基灭菌，杀灭杂菌比除去杂菌更为常用。 灭菌的目的：纯种发酵。
2 灭菌的必要性
为什么要进行培养基灭菌？
由于生物反应系统中通常含有比较丰实的营养物质，容 易受到杂菌污染，由于杂菌的存在，会有以下各种不良 后果：
•1)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。
发酵工程灭菌技术
本章学习要点 1、掌握发酵工程培养基灭菌和空气除菌的原理、方法和相关 计算设计。理解培养基灭菌的残留定律和空气过滤除菌的对数 穿透定律。 2、了解培养基灭菌和空气除菌的方法及设备流程；提高空气 过滤效率措施；理解培养基连续灭菌和分批灭菌的特点及高温 短时灭菌技术原理；培养基连续灭菌和分批灭菌技术的应用。 3、了解影响培养基灭菌的因素；掌握常用空气过滤介质类型 和特点；理解L90的意义。
目前国际上通用的巴氏高温消毒法主要有两种：
一种是将牛奶加热到62~65℃，保持30分钟。采用这一 方法，可杀死牛奶中各种生长型致病菌，灭菌效率可达 97.3%~99.9%，经消毒后残留的只是部分嗜热菌及耐热性菌 以及芽孢等，但这些细菌多数是乳酸菌，乳酸菌不但对人无 害反而有益健康。
第二种方法将牛奶加热到75~90℃，保温15~16秒，其杀 菌时间更短，工作效率更高。但杀菌的基本原则是，能将病 原菌杀死即可，温度太高反而会有较多的营养损失。