工业发酵灭菌与消毒.pptx

第一节第一节 灭菌的概念和方法灭菌的概念和方法一、灭菌概念一、灭菌概念灭菌：灭菌：是指用物理或化学因子杀灭有生活是指用物理或化学因子杀灭有生活 能力的细菌营养体、芽孢或孢子的方法。能力的细菌营养体、芽孢或孢子的方法。消毒：消毒：用物理或化学方法消除物料、容器、环用物理或化学方法消除物料、容器、环 境的病原微生物的措施。境的病原微生物的措施。在工业中一般都笼统地称为杀菌或灭菌。在工业中一般都笼统地称为杀菌或灭菌。培养基灭菌培养基灭菌设备灭菌设备灭菌好氧培养中空气除菌好氧培养中空气除菌培养过程中加入的物料要灭菌培养过程中加入的物料要灭菌使用无污染的纯种使用无污染的纯种设备严密，罐内保持正压设备严密罐内保持正压环境灭菌环境灭菌工业上采取的措施工业上采取的措施:灭菌是为了灭菌是为了保证进行纯培养（纯种）发酵。保证进行纯培养（纯种）发酵。1.加热灭菌加热灭菌火焰灭菌、干热灭菌、湿热灭菌火焰灭菌、干热灭菌、湿热灭菌2.射线灭菌射线灭菌紫外线、阴极射线、紫外线、阴极射线、X射线、射线、射线射线3.化学药剂灭菌化学药剂灭菌0.2%0.25%KMnO4溶液、溶液、0.5%1%漂白粉溶液、漂白粉溶液、75%酒精、酒精、0.25%新洁尔灭、新洁尔灭、10%甲醛溶液、苯酚甲醛溶液、苯酚溶液、来苏尔溶液、来苏尔4.臭氧灭菌臭氧灭菌5.过滤除菌过滤除菌二、灭菌的方法二、灭菌的方法2.2.灭菌方法：灭菌方法：工业上培养基灭菌使用的方法是湿热灭菌。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。湿热灭菌简便、有效、经济。第二节第二节 工业发酵培养基灭菌工业发酵培养基灭菌1.1.培养基灭菌的目的：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杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的条件。条件。2.2.灭菌条件（灭菌温度和时间）的选择灭菌条件（灭菌温度和时间）的选择l灭菌条件选择原则：选择一种即能达到灭菌灭菌条件选择原则：选择一种即能达到灭菌要求又能减少营养成分被破坏的温度和受热要求又能减少营养成分被破坏的温度和受热时间，是提高培养基灭菌质量的重要措施。时间，是提高培养基灭菌质量的重要措施。l措施：高温短时灭菌法。措施：高温短时灭菌法。一、培养基灭菌条件的选择一、培养基灭菌条件的选择1.1.培养基灭菌的要求：培养基灭菌的要求：l达到要求的无菌程度达到要求的无菌程度l尽量减少营养成分的破坏尽量减少营养成分的破坏 灭菌程度（残留菌数）：由于芽孢比灭菌程度（残留菌数）：由于芽孢比较耐热，故一般只考虑将芽孢细菌和细菌较耐热，故一般只考虑将芽孢细菌和细菌的芽孢数作为计算的依据。完全彻底灭菌，的芽孢数作为计算的依据。完全彻底灭菌，一般取一般取10001000次灭菌中有一次失败。次灭菌中有一次失败。灭菌措施考核指标：灭菌程度灭菌措施考核指标：灭菌程度灭菌效果取决于：灭菌效果取决于：灭菌时间灭菌时间灭菌温度灭菌温度培养基的培养基的pH、营养成分、杂菌浓度、泡沫。、营养成分、杂菌浓度、泡沫。二、影响培养基灭菌的因素二、影响培养基灭菌的因素（1）pH 温度温度（）孢子数孢子数（个（个/mL）灭菌时间（灭菌时间（min）pH6.1pH5.3pH5.0pH4.7pH4.5120115110100100001000010000100008257074072565720512351803133015031324150培养基的培养基的pH为为.08.0时，微生物耐热性好时，微生物耐热性好pH6.0时氢离子容易渗透入微生物细胞内，时氢离子容易渗透入微生物细胞内，从而改变细胞的生理反应使其死亡。所以从而改变细胞的生理反应使其死亡。所以pH低，低，湿热灭菌效果好。湿热灭菌效果好。培培养养基基中中的的油油脂脂、糖糖类类、蛋蛋白白质质等等有有机机化化合合物物，会会在在微微生生物物细细胞胞周周围围形形成成一一层层薄薄膜膜，影响热的传导，增加了灭菌难度。影响热的传导，增加了灭菌难度。（2）培养基成分）培养基成分 不不同同成成分分的的培培养养基基其其含含菌菌量量是是不不同同的的，天天然然基基质质培培养养基基，特特别别是是营营养养丰丰富富或或变变质质的的原原料料中中含含菌菌量量远远比比化化工工原原料料的的含含菌菌量量多多，因因此此灭灭菌菌时时间间要要适适当当延延长长。含含芽芽孢孢杆杆菌菌多多的的培培养养基基，要要适适当当提提高高灭菌温度和延长时间。灭菌温度和延长时间。（3）培养基含菌量）培养基含菌量 泡沫中的空气能形成隔热层，而泡沫中的空气能形成隔热层，而影响热量发挥杀菌作用。因此灭菌前影响热量发挥杀菌作用。因此灭菌前可适当加些消泡剂。操作时需注意排可适当加些消泡剂。操作时需注意排汽速度，尽量不引发泡沫。汽速度，尽量不引发泡沫。（4）泡沫）泡沫 培培养养基基中中有有直直径径大大于于1mm1mm的的颗颗粒粒物物质质则则明明显显影影响响灭灭菌菌效效果果。因因此此蒸蒸汽汽很很难难渗渗透透到到颗颗粒粒内部，故称为内部，故称为“灭菌不透灭菌不透”。（5）培养基中颗粒物质）培养基中颗粒物质分批灭菌（实消）：将培养基置于反应器分批灭菌（实消）：将培养基置于反应器中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后维持中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，这叫分批灭菌。发酵，这叫分批灭菌。连续灭菌（连消）：将培养基在罐外连续连续灭菌（连消）：将培养基在罐外连续进行加热、维持和冷却然后进入到灭菌反进行加热、维持和冷却然后进入到灭菌反应器的灭菌方法就是连续灭菌。应器的灭菌方法就是连续灭菌。三、三、发酵培养基灭菌的操作发酵培养基灭菌的操作（1）分批灭菌）分批灭菌在发酵罐中进行实罐灭菌，是典型的分批在发酵罐中进行实罐灭菌是典型的分批灭菌。全过程包括升温、保温、降温三个灭菌。全过程包括升温、保温、降温三个过程。过程。实实消消的的步步骤骤：配配料料夹夹套套进进蒸蒸汽汽液液面面以以下下进进蒸蒸汽汽入入培培养养基基直直接接升升温温 液液面面以以上上排排汽汽打打开开 恒温恒温通无菌空气通无菌空气降温降温注意事项：注意事项：经一段预热时间预热至经一段预热时间预热至90，使物料受热均匀，使物料受热均匀，减少冷凝水量减少冷凝水量达到灭菌温度（达到灭菌温度（120）时，开始计算维持时间）时，开始计算维持时间（保温时间）。生产上采用（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采用快速冷却方式，减少营养成份的损失优点：优点：设备投资少，操作简便，染菌机会少。设备投资少，操作简便，染菌机会少。缺点：缺点：蒸汽耗用大，发酵设备的利用率较低。蒸汽耗用大，发酵设备的利用率较低。（2）连续灭菌）连续灭菌直接蒸汽加热灭菌 间接蒸汽加热灭菌优点优点l保留较多的营养质量保留较多的营养质量l容易放大，较易自动控制容易放大，较易自动控制l糖受蒸汽的影响较少糖受蒸汽的影响较少l缩短灭菌周期缩短灭菌周期l在某些情况下，可使发酵罐的腐蚀减少在某些情况下，可使发酵罐的腐蚀减少l发酵罐利用率高，蒸汽负荷均匀。发酵罐利用率高，蒸汽负荷均匀。缺点缺点l设备比较复杂，投资较大设备比较复杂，投资较大l灭菌不易彻底。灭菌不易彻底。第三节第三节 发酵设备灭菌发酵设备灭菌发酵罐灭菌：发酵罐灭菌：实罐灭菌时，与培养基一起灭菌实罐灭菌时，与培养基一起灭菌连续灭菌时，发酵罐需在培养基灭菌前进行空消连续灭菌时，发酵罐需在培养基灭菌前进行空消附属设备灭菌：附属设备灭菌：空气过滤器空气过滤器补料系统补料系统消沫剂系统消沫剂系统培养基采用连续灭菌时，发酵罐、种子罐、计量罐等需在培养基采用连续灭菌时，发酵罐、种子罐、计量罐等需在培养基灭菌之前，直接用蒸汽进行空罐灭菌，灭菌压力为培养基灭菌之前，直接用蒸汽进行空罐灭菌，灭菌压力为0.1470.18MPa（127-131），维持），维持4560min。空消之后。空消之后不能立即冷却，先用无菌空气保压，待灭菌的培养基或相关不能立即冷却，先用无菌空气保压，待灭菌的培养基或相关物料输入罐内后，才可以开冷却系统进行冷却。物料输入罐内后，才可以开冷却系统进行冷却。分空气过滤器在发酵罐灭菌之前进行灭菌，灭菌后用空气吹干分空气过滤器在发酵罐灭菌之前进行灭菌，灭菌后用空气吹干备用。备用。管路可与罐同时进行灭菌，但保温时间为管路可与罐同时进行灭菌，但保温时间为1h1h。上述各种管路在。上述各种管路在灭菌之前，要进行严格检查，以防泄漏和灭菌之前，要进行严格检查，以防泄漏和“死角死角”的存在。的存在。一、加热空气一、加热空气常用压缩空气的方法常用压缩空气的方法,适用于无菌程度要求不高的发酵过程适用于无菌程度要求不高的发酵过程第四节第四节 空气除菌空气除菌机制：空气在高压直流电场中电机制：空气在高压直流电场中电 离，产生的离子使灰尘和离，产生的离子使灰尘和 微生物带电，被捕集于电微生物带电，被捕集于电 极上极上优点：能耗低；空气压力损失优点：能耗低；空气压力损失 小；除尘效率高小；除尘效率高缺点：高压技术，设备庞大缺点：高压技术，设备庞大二、静电除菌二、静电除菌三、介质过滤除菌三、介质过滤除菌（一）绝对介质过滤机制：微生物大于孔径介质：微孔滤膜、微孔虑棒、折叠微孔膜滤心 (孔径0.2 um)(二二)深层过滤介质深层过滤介质重力沉降：可以忽略重力沉降：可以忽略惯性冲击惯性冲击惯性冲击惯性冲击：空气流速大时，起主导作用：空气流速大时，起主导作用 阻截阻截阻截阻截：空气流速小时，起主导作用：空气流速小时，起主导作用 扩散扩散扩散扩散：布朗运动：布朗运动静电吸附静电吸附1.深层介深层介质过滤器除菌的机制质过滤器除菌的机制