4微生物工程第四章发酵工业的无菌技术.pptx
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发酵前期染菌
应迅速重新灭菌，补充必要的营养成分， 重新接种
发酵中期染菌
挽救困难，应早发现，应根据各种发酵的特 点和具体情况尽快处理 。
抗生素发酵
输入正常发酵的另一罐发酵液
柠檬酸发酵
a. 污染细菌：加大通风，加速产酸；加入盐 酸等条pH3.0以下，抑制细菌
b. 污染酵母：加入0.025~0.035g/L CuSO4抑制 酵母；通风加大，加速产酸。
废弃。
常见发酵产品容易污染的杂菌：
青霉素：怕染细短产气杆菌 链霉素：怕染细短杆菌、假单孢杆菌和产气杆菌 四环素：怕染双球菌、芽孢杆菌和荚膜杆菌 柠檬酸：怕染青霉菌 肌苷（酸）：怕染芽孢杆菌 谷氨酸：怕染噬菌体，易造成连续污染
（2）不同发酵时期染菌对发酵的影响
种子扩大时期染菌
灭菌后弃去
相对热阻：指某一微生物在某一条件下的致死时 间与另一微生物在相同条件下的致死时间之比。
致死温度 致死时间
2.湿热灭菌的对数残留定律
在一定温度下，微生物受热致死遵循分子反应速 度理论，微生物受热死亡的速率-dN/dt与任何瞬 间残留的活菌数N成正比，即：
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
灭菌时蒸汽不易通达的“死角”及其消除方 法
污水
脓疱
罐底
发酵罐罐底脓疱状积垢造成“死角”
法兰连接不当造成的“死角”
（4）培养基与设备灭菌不彻底的防治
① 原料性状的影响 ② 灭菌时温度和压力不对 ③ 灭菌过程中产生的泡沫造成染菌 ④ 连续灭菌维持时间不够或压力波动大 ⑤ 灭菌后期的罐压骤变（冷却负压）
溶解氧水平异常变化 pH异常变化 尾气中CO2异常变化 其他异常现象（黏度、泡沫、颜色等）
1 2
2. 污染原因分析
主要原因： ① 种子带菌 ② 空气带菌 ③ 设备渗漏 ④ 灭菌不彻底 ⑤ 操作失误 ⑥ 技术管理不善
污染原因分析方法：
从污染杂菌的种类分析； 从污染时间进行分析； 从染菌的程度进行分析。
染杂菌，但噬菌体威胁大。 肌苷：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。
B. 霉菌 PenG：青霉素水解酶上升，PenG迅速破坏，发酵
一无所获。 柠檬酸：pH2.0，不易染菌，主要防止前期染菌。 C. 酵母菌 易污染细菌以及野生酵母菌 D. 疫苗 无论污染的是活菌、死菌或内外毒素，都应全部
设备的渗漏染菌：发酵设备、管道、阀门的破 损等而引起的污染。 “死角”：蒸汽不能到达预定的灭菌部位或该 部位的冷空气不能在加热过程中排净。
➢ 发酵罐的“死角” ➢ 管道安装不当或配置不合理形成“死角”
常出现“死角”的地方：
连接点：法兰、内衬、接口、表头、联轴器、 小部件：罐内部件及其支撑件如搅拌轴拉杆、
丝状菌发酵被产酸菌污染：pH不断下降，菌丝 大量自溶，发酵液粘度黏度增加，过滤困难 处理方法：①将发酵液加热后再加助滤剂； ②先加絮凝剂使蛋白质凝聚后沉淀
杂菌分泌较多蛋白质杂质时，使水相和溶媒之 间极易发生乳化。
（二）杂菌污染的防治
1. 染菌的检查与判断
显微镜检查法 平板划线培养或斜面培养检查法 肉汤培养检查法 发酵过程的异常现象判断
除菌(degermation): 用过滤方法除去空气或液体中 的微生物及其孢子。
防腐(antisepsis): 用物理或化学方法杀死或抑制微 生物的生长和繁殖 。
消毒与灭菌的区别
➢ 消毒：表面微生物，只能杀死营养细胞 ➢ 杀菌：所有生命体
消毒与灭菌在发酵工业中的应用
➢消毒：发酵车间环境、设备、器具的无菌处理 ➢灭菌：培养基等物料的无菌处理
三、发酵工业的无菌技术——灭菌方法
干热灭菌法 湿热灭菌法 射线灭菌法 化学药剂灭菌法 过滤除菌法 火焰灭菌法
四、发酵培养基及设备管道灭菌
（一）湿热灭菌原理 （二）分批灭菌（实罐灭菌） （三）连续灭菌（连消） （四）发酵培养基及设备管道灭菌技术
（一）湿热灭菌原理 1.微生物的热阻
定义：微生物对热的抵抗力称为热阻，即指微生 物在某一特定条件下（温度）的致死时间。
第四章 发酵工业的无菌技术
本章内容
一、基本概念 二、发酵工业污染的防治策略 三、发酵工业的无菌技术 四、培养基及设备管道灭菌 五、空气除菌
一、基本概念
灭菌(sterilization):用化学或物理方法杀死物料或 设备中所有生命物质的过程。
消毒(disinfection):用物理或化学方法杀死空气、 地表以及容器和器具表面的微生物。
二、发酵工业污染的防治策略
（一）污染的危害 （二）杂菌污染的防治
（一）污染的危害
1.染菌的不良后果
消耗营养； 合成非目的产物，菌体自溶、发粘等造成分
离困难等； 改变体系pH值； 杂菌分解目的产物； 噬菌体对细菌发酵破坏极大。
2.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：发酵周期短，培养基不太丰富，较少
（5）操作不当造成染菌 （6）噬菌体染菌及其防治
采取哪些措施能够保持无菌发酵？
物料、培养基、中间补料都要灭菌； 发酵设备及辅助设备（空气过滤装置、各种发酵罐
进出口连接装置）和管道要灭菌彻底； 好氧发酵通入的空气要除菌； 种子无污染；接种无菌操作过关； 为了保持发酵的长期无菌状态，需维持一定的正压。
c.染黄曲霉：加入另一罐将近发酵成熟的醪液， pH下降，黄曲霉自溶。 d.青霉菌：在pH很低下能够生长。提前放罐。
发酵后期污染
染菌量不太多，可继续发酵 污染严重，则提前放罐
杀菌剂的添加：前期无必要，增加成本； 发现后加入，效果要具体评价
（3）杂菌污染对发酵产物提取和产品质量的影响
杂质增多，黏度增大，产生泡沫等
3. 杂菌污染的途径及其预防
（1）种子带菌的防治
培养基及器具彻底灭菌 避免菌种在移接过程中受污染 避免菌种在培养及保藏过程中污染
（2）过滤空气带菌及其防治
正确选择采气口
高处采气、前置粗过滤器
设计合理的空气预处理流程
减少含油量和湿度
设计和安装合理的空气过滤 器
介质选择
பைடு நூலகம்
（3）设备的渗漏或“死角”造成的染菌及其防治
应迅速重新灭菌，补充必要的营养成分， 重新接种
发酵中期染菌
挽救困难，应早发现，应根据各种发酵的特 点和具体情况尽快处理 。
抗生素发酵
输入正常发酵的另一罐发酵液
柠檬酸发酵
a. 污染细菌：加大通风，加速产酸；加入盐 酸等条pH3.0以下，抑制细菌
b. 污染酵母：加入0.025~0.035g/L CuSO4抑制 酵母；通风加大，加速产酸。
废弃。
常见发酵产品容易污染的杂菌：
青霉素：怕染细短产气杆菌 链霉素：怕染细短杆菌、假单孢杆菌和产气杆菌 四环素：怕染双球菌、芽孢杆菌和荚膜杆菌 柠檬酸：怕染青霉菌 肌苷（酸）：怕染芽孢杆菌 谷氨酸：怕染噬菌体，易造成连续污染
（2）不同发酵时期染菌对发酵的影响
种子扩大时期染菌
灭菌后弃去
相对热阻：指某一微生物在某一条件下的致死时 间与另一微生物在相同条件下的致死时间之比。
致死温度 致死时间
2.湿热灭菌的对数残留定律
在一定温度下，微生物受热致死遵循分子反应速 度理论，微生物受热死亡的速率-dN/dt与任何瞬 间残留的活菌数N成正比，即：
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
灭菌时蒸汽不易通达的“死角”及其消除方 法
污水
脓疱
罐底
发酵罐罐底脓疱状积垢造成“死角”
法兰连接不当造成的“死角”
（4）培养基与设备灭菌不彻底的防治
① 原料性状的影响 ② 灭菌时温度和压力不对 ③ 灭菌过程中产生的泡沫造成染菌 ④ 连续灭菌维持时间不够或压力波动大 ⑤ 灭菌后期的罐压骤变（冷却负压）
溶解氧水平异常变化 pH异常变化 尾气中CO2异常变化 其他异常现象（黏度、泡沫、颜色等）
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2. 污染原因分析
主要原因： ① 种子带菌 ② 空气带菌 ③ 设备渗漏 ④ 灭菌不彻底 ⑤ 操作失误 ⑥ 技术管理不善
污染原因分析方法：
从污染杂菌的种类分析； 从污染时间进行分析； 从染菌的程度进行分析。
染杂菌，但噬菌体威胁大。 肌苷：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。
B. 霉菌 PenG：青霉素水解酶上升，PenG迅速破坏，发酵
一无所获。 柠檬酸：pH2.0，不易染菌，主要防止前期染菌。 C. 酵母菌 易污染细菌以及野生酵母菌 D. 疫苗 无论污染的是活菌、死菌或内外毒素，都应全部
设备的渗漏染菌：发酵设备、管道、阀门的破 损等而引起的污染。 “死角”：蒸汽不能到达预定的灭菌部位或该 部位的冷空气不能在加热过程中排净。
➢ 发酵罐的“死角” ➢ 管道安装不当或配置不合理形成“死角”
常出现“死角”的地方：
连接点：法兰、内衬、接口、表头、联轴器、 小部件：罐内部件及其支撑件如搅拌轴拉杆、
丝状菌发酵被产酸菌污染：pH不断下降，菌丝 大量自溶，发酵液粘度黏度增加，过滤困难 处理方法：①将发酵液加热后再加助滤剂； ②先加絮凝剂使蛋白质凝聚后沉淀
杂菌分泌较多蛋白质杂质时，使水相和溶媒之 间极易发生乳化。
（二）杂菌污染的防治
1. 染菌的检查与判断
显微镜检查法 平板划线培养或斜面培养检查法 肉汤培养检查法 发酵过程的异常现象判断
除菌(degermation): 用过滤方法除去空气或液体中 的微生物及其孢子。
防腐(antisepsis): 用物理或化学方法杀死或抑制微 生物的生长和繁殖 。
消毒与灭菌的区别
➢ 消毒：表面微生物，只能杀死营养细胞 ➢ 杀菌：所有生命体
消毒与灭菌在发酵工业中的应用
➢消毒：发酵车间环境、设备、器具的无菌处理 ➢灭菌：培养基等物料的无菌处理
三、发酵工业的无菌技术——灭菌方法
干热灭菌法 湿热灭菌法 射线灭菌法 化学药剂灭菌法 过滤除菌法 火焰灭菌法
四、发酵培养基及设备管道灭菌
（一）湿热灭菌原理 （二）分批灭菌（实罐灭菌） （三）连续灭菌（连消） （四）发酵培养基及设备管道灭菌技术
（一）湿热灭菌原理 1.微生物的热阻
定义：微生物对热的抵抗力称为热阻，即指微生 物在某一特定条件下（温度）的致死时间。
第四章 发酵工业的无菌技术
本章内容
一、基本概念 二、发酵工业污染的防治策略 三、发酵工业的无菌技术 四、培养基及设备管道灭菌 五、空气除菌
一、基本概念
灭菌(sterilization):用化学或物理方法杀死物料或 设备中所有生命物质的过程。
消毒(disinfection):用物理或化学方法杀死空气、 地表以及容器和器具表面的微生物。
二、发酵工业污染的防治策略
（一）污染的危害 （二）杂菌污染的防治
（一）污染的危害
1.染菌的不良后果
消耗营养； 合成非目的产物，菌体自溶、发粘等造成分
离困难等； 改变体系pH值； 杂菌分解目的产物； 噬菌体对细菌发酵破坏极大。
2.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：发酵周期短，培养基不太丰富，较少
（5）操作不当造成染菌 （6）噬菌体染菌及其防治
采取哪些措施能够保持无菌发酵？
物料、培养基、中间补料都要灭菌； 发酵设备及辅助设备（空气过滤装置、各种发酵罐
进出口连接装置）和管道要灭菌彻底； 好氧发酵通入的空气要除菌； 种子无污染；接种无菌操作过关； 为了保持发酵的长期无菌状态，需维持一定的正压。
c.染黄曲霉：加入另一罐将近发酵成熟的醪液， pH下降，黄曲霉自溶。 d.青霉菌：在pH很低下能够生长。提前放罐。
发酵后期污染
染菌量不太多，可继续发酵 污染严重，则提前放罐
杀菌剂的添加：前期无必要，增加成本； 发现后加入，效果要具体评价
（3）杂菌污染对发酵产物提取和产品质量的影响
杂质增多，黏度增大，产生泡沫等
3. 杂菌污染的途径及其预防
（1）种子带菌的防治
培养基及器具彻底灭菌 避免菌种在移接过程中受污染 避免菌种在培养及保藏过程中污染
（2）过滤空气带菌及其防治
正确选择采气口
高处采气、前置粗过滤器
设计合理的空气预处理流程
减少含油量和湿度
设计和安装合理的空气过滤 器
介质选择
பைடு நூலகம்
（3）设备的渗漏或“死角”造成的染菌及其防治