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1、微生物發(fā)酵工程6無(wú)菌保障 2 6無(wú)菌保障 v 6 無(wú)菌保障提取困難 pH 噬菌體細(xì)胞裂解產(chǎn)率下降污染的危害 3 6無(wú)菌保障 v；無(wú)菌的保障設(shè)備無(wú)死角種子，培養(yǎng)過(guò)程加入的物料無(wú)污染。培養(yǎng)基和生產(chǎn)環(huán)境滅菌好氧發(fā)酵過(guò)程空氣除菌； 4 6無(wú)菌保障 滅菌（除菌）的方法v培養(yǎng)基濕熱滅菌 空氣過(guò)濾除菌 發(fā)酵的污染與防治6 無(wú)菌保障 5 6無(wú)菌保障 滅菌：用物理或化學(xué)方法殺滅或去除物料或設(shè)備中一切生命的過(guò)程。一些化學(xué)藥劑能使微生物中的蛋白、酶及核酸發(fā)生反應(yīng)。 乙醇，甲醛，氯，高錳酸鉀，環(huán)氧乙烷， 季銨鹽，臭氧等。主要用于器械和環(huán)境滅菌和消毒化學(xué)滅菌1 160下保溫1-2h。要求保持干燥的器具和材料。v干熱滅菌
2、3 4v利用飽和蒸汽進(jìn)行滅菌。有效，使用廣泛。2利用電磁波、紫外線(xiàn)、x射線(xiàn)、r-射線(xiàn)等射線(xiàn)滅菌濕熱滅菌過(guò)濾除菌利用過(guò)濾方法截流微生物，達(dá)到除菌的目的。適用于熱敏性培養(yǎng)基和制備無(wú)菌空氣過(guò)濾除菌3 6 6無(wú)菌保障 v原理：當(dāng)溫度超過(guò)最高限度時(shí)，微生物細(xì)胞中的原生質(zhì)和酶的基本成分-蛋白質(zhì)發(fā)生不可逆的變化，使微生物在很短時(shí)間內(nèi)死亡。v以能否殺死芽孢細(xì)菌為標(biāo)準(zhǔn)。v殺死微生物的極端溫度稱(chēng)為致死溫度。 在致死溫度下，殺死全部微生物所需的時(shí)間稱(chēng)為致死時(shí)間。 v6.2 培養(yǎng)基濕熱滅菌 7 6無(wú)菌保障 v培養(yǎng)基進(jìn)行濕熱滅菌時(shí)，培養(yǎng)基中的微生物受熱死亡的速率與殘存的微生物數(shù)量成正比。v即： dN/dt= -kNv式
3、中：N- 培養(yǎng)基中殘留活菌數(shù)（ 個(gè)）v t- 受熱時(shí)間（ min）v k- 反應(yīng)速率常數(shù)或比死亡速率（min-1）v一微生物的死亡速率與理論滅菌時(shí)間 8 6無(wú)菌保障 v 若開(kāi)始滅菌時(shí)（t=0），培養(yǎng)基中微生物的數(shù)量為N0， 將上式積分得：v lnN/N0=-ktv N= N0e-kt ( 對(duì)數(shù)殘留定律)v lnN/N0=-ktv t = 1/k ln N0/Ntv t = 2.303 /k lg N0/Ntv 計(jì)算時(shí)，Nt 一般可取0.001，N0 可參照一般培養(yǎng)基中活微生物數(shù)，?。?-2）X107而得。 9 6無(wú)菌保障 滅菌時(shí)間污染程度滅菌程度k值通常110-130， 5-20min 培養(yǎng)液
4、采用高溫短時(shí)間加熱的方式，可以達(dá)到徹底滅菌并且減少對(duì)培養(yǎng)液成分的破壞。 10 6無(wú)菌保障 k微生物種類(lèi)加熱溫度K值越大， 微生物越容易死亡 11 6無(wú)菌保障 即: k =Ae -E/RTv式中： A-頻率因子v E-殺死微生物所需的活化能v R-氣體常數(shù)，8.314 J/（mol K）v v Lg k = - 1 E /2.303 RT +lg Av耐熱芽胞桿菌 A 取作1.34X10 36s-1vE取 2.844X105 J/molk值隨著溫度的變化遵循阿侖尼烏斯定律 12 6無(wú)菌保障 v以L(fǎng)g k與1/T作圖，得一直線(xiàn)，從直線(xiàn)的斜率和截距求得 E和A。v進(jìn)而根據(jù)滅菌溫度可以求出k值， 并計(jì)
5、算出滅菌時(shí)間。v一般殺滅微生物營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞的 E值約為2.09X105-2.71X105J/mol, 殺死微生物芽孢的 E值約為4.48X105 J/mol。 13 6無(wú)菌保障v 因?yàn)榧訜釡缇^(guò)程中對(duì)培養(yǎng)基的破壞反應(yīng)的速率常數(shù)也符合阿侖尼烏斯定律， 同理計(jì)算出了培養(yǎng)基中某營(yíng)養(yǎng)成分分解的 E，值。v 一般酶和維生素等營(yíng)養(yǎng)成分分解的 E，值為8.36X103- 8.36X104。 14 6無(wú)菌保障 v 由于滅菌時(shí)殺死微生物的活化能 E值大于培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分破壞的活化能 E，值， 因此隨著溫度的升高，滅菌速率常數(shù)增加的倍數(shù)大于培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)成分分解的速率常數(shù)的增加倍數(shù)。v lnk2/k1 E v lnk2/
6、k1 E， v v 因此較高的滅菌溫度， 較短的滅菌時(shí)間能減少培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分的損耗。 15 6無(wú)菌保障 v1分批滅菌，不計(jì)升溫階段所殺滅的菌數(shù)， t = 2.303 /k lg N0/Ntv 例1有一發(fā)酵罐內(nèi)裝40m3 培養(yǎng)基， 在121溫度下進(jìn)行實(shí)罐滅菌。 原污染程度為每1mL 有2X105 個(gè)耐熱細(xì)菌芽孢，121 時(shí)滅菌速率常數(shù)為1.8min-1v 求滅菌失敗幾率為0.001 時(shí)所需要的滅菌時(shí)間v 解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012個(gè)v Nt= 0.001個(gè)v K = 1.8 min-1v 滅菌時(shí)間：t = 2.303 /1.8 lg （8X 10 12/0
7、.001） = 20.34min v二培養(yǎng)基滅菌時(shí)間的計(jì)算 16 6無(wú)菌保障 v例2.若將例1中的培養(yǎng)基采用連續(xù)滅菌，滅菌溫度131，此溫度下滅菌速率為15min-1。求滅菌所需的維持時(shí)間。v解：C0=2X105(個(gè)/ml)v Cs=1/40X106X1000= 2.5X10-11 (個(gè)/ml)v v 滅菌所需的時(shí)間v t = 2.303 /15 lg （2X 105/2.5X10-11）v = 2.37min 17 6無(wú)菌保障 v1分批滅菌：將配制好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐或其他容器中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所有設(shè)備儀器滅菌的操作過(guò)程，也稱(chēng)實(shí)罐滅菌。 分批滅菌優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)設(shè)備投資少，滅菌效果可靠，對(duì)蒸汽要
8、求低（0.2-0.3MPa）。培養(yǎng)基破壞作用大， 操作難于自動(dòng)化。v三培養(yǎng)基的滅菌： 18 6無(wú)菌保障 19 6無(wú)菌保障 20 6無(wú)菌保障 21 6無(wú)菌保障 v 將配制好的培養(yǎng)基在高溫快速的情況下，向發(fā)酵罐輸送的同時(shí)經(jīng)過(guò)加溫，保溫，冷卻的過(guò)程進(jìn)行滅菌。v 2. 連續(xù)滅菌 22 6無(wú)菌保障 設(shè)備利用率高蒸汽負(fù)荷均衡便于自動(dòng)控制營(yíng)養(yǎng)成分破壞少連續(xù) 23 6無(wú)菌保障 24 6無(wú)菌保障 25 6無(wú)菌保障 26 6無(wú)菌保障 6.3 空氣過(guò)濾除菌 一、發(fā)酵用無(wú)菌空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn):發(fā)酵用的無(wú)菌空氣,就是將自然界的空氣經(jīng)過(guò)壓縮,冷卻,減濕,過(guò)濾等過(guò)程達(dá)到: 27 6無(wú)菌保障 1 v連續(xù)提供一定流量的壓縮空氣。2
9、空氣的壓強(qiáng)為0.2-0.4Mpa3進(jìn)入過(guò)濾器之前，空氣的相對(duì)濕度 70%4 進(jìn)入發(fā)酵罐的空氣溫度可比培養(yǎng)溫度高10-305 v壓縮空氣的潔凈度一般以失敗概率為10-3為指標(biāo)。 28 6無(wú)菌保障 二.空氣除菌設(shè)備 29 6無(wú)菌保障 三.空氣凈化的流程v1. 空氣的預(yù)處理v1). 采風(fēng)塔: 10m ,上風(fēng)頭, 流速8m/s. v2). 粗過(guò)濾器:前置過(guò)濾器, 攔截空氣中較大的灰塵以保護(hù)空氣壓縮機(jī),同時(shí)減輕總過(guò)濾器的負(fù)擔(dān).過(guò)濾介質(zhì)采用泡沫塑料或無(wú)紡布.實(shí)際流速為0.1-5 m/s.v3). 空氣壓縮機(jī): 提供動(dòng)力以克服隨后各設(shè)備的阻力.v4). 空氣貯罐: 主要為消除壓縮機(jī)空氣的脈動(dòng), 特別是對(duì)于往
10、復(fù)式空壓機(jī). 30 6無(wú)菌保障 v5). 冷卻器: 溫度120左右,必須冷卻。降濕。v6). 氣液分離設(shè)備: 除去空氣中的水和油保護(hù)過(guò)濾介質(zhì).有利用離心力沉降的旋風(fēng)分離器,和利用慣性攔截的介質(zhì)分離器.v旋風(fēng)分離器：利用離心力進(jìn)行氣液和氣固沉降分離的設(shè)備。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，阻力小，分離效率高。可去除空氣中絕大多數(shù)的20m以上的液滴。但是10m左右的液滴，除去效率只有60-70% 。 v絲網(wǎng)除沫器：可除去1m以上的霧滴，去除率為98%。 v7）.空氣加熱設(shè)備v此時(shí)的壓縮空氣濕度為100% 31 6無(wú)菌保障 32 6無(wú)菌保障 33 6無(wú)菌保障 v 2空氣的過(guò)濾除菌過(guò)濾介質(zhì)絕對(duì)過(guò)濾深度過(guò)濾介質(zhì)的空隙小于被攔截
11、的微生物大小，如用聚四氟乙烯或纖維素酯材料做成的微孔濾膜。介質(zhì)孔隙大于被攔截的微生物大小，但介質(zhì)有一定厚度，機(jī)理是靜電，擴(kuò)散，慣性及攔截作用。 如棉花過(guò)濾器，超細(xì)玻璃纖維紙， 金屬燒結(jié)管等。 34 6無(wú)菌保障 v1). 纖維及顆粒狀介質(zhì)的過(guò)濾器 ：用于總過(guò)濾器。玻璃纖維活性炭棉花介質(zhì) 35 6無(wú)菌保障 v棉花：未脫脂棉花， 纖維直徑為16-20m， 其實(shí)密度為1520Kg/m3。填充率為8.5-10%。 v玻璃纖維：用無(wú)堿的玻璃纖維介質(zhì)作為過(guò)濾介質(zhì)。纖維直徑為3-20m， 其實(shí)密度為2600Kg/m3。填充率為5-11%。 v活性炭：常與纖維狀介質(zhì)分層堆放成過(guò)濾床。v通過(guò)過(guò)濾器的氣流速度一般為
12、0.2-0.3m/s, 相應(yīng)的壓力降也較小。 36 6無(wú)菌保障 37 6無(wú)菌保障 v過(guò)濾器進(jìn)行滅菌時(shí)，一般是自上而下通入0.2-0.4 Mpa的蒸汽，滅菌45min后用壓縮空氣吹干備用?？傔^(guò)濾器約每月滅菌一次。 38 6無(wú)菌保障 v介質(zhì):超細(xì)玻璃纖維紙。v孔徑:1-1.5mv厚度: 0.25-0.4mmv實(shí)密度:2600Kg/m3v填充率:14.8%。除菌效率高，阻力小，強(qiáng)度低。用酚醛樹(shù)脂，甲基丙烯酸樹(shù)脂等處理以提高防濕能力用多孔板夾住提高其抗沖擊能力。2). 濾紙過(guò)濾器： 39 6無(wú)菌保障 40 6無(wú)菌保障 v3）金屬燒結(jié)管空氣過(guò)濾器：v壓縮空氣進(jìn)入殼程，通過(guò)金屬微孔濾管的壁除去雜菌和顆粒，
13、得到的無(wú)菌空氣由管程排出。使用壽命長(zhǎng)，耐高熱，氣體阻力小，安裝維修方便?？諝忸A(yù)過(guò)濾器和蒸汽過(guò)濾器。 41 6無(wú)菌保障 v4）微孔膜過(guò)濾器-絕對(duì)過(guò)濾器：v 由耐高溫，疏水的，厚度為150m的聚四氟乙烯薄膜構(gòu)成。能絕對(duì)濾除所有的大于0.01m 以上的微粒，能除去幾乎所有空氣中夾帶的微生物。 過(guò)濾器體積小，處理量大，壓降小，除菌效率高 42 6無(wú)菌保障 43 6無(wú)菌保障 v3空氣凈化的流程：粗過(guò)濾器一級(jí)冷卻器空 氣加熱器分過(guò)濾器無(wú)菌空氣二級(jí)冷卻器分水器空氣貯罐旋風(fēng)分離器空氣壓縮機(jī)絲網(wǎng)除末器空氣吸氣口總過(guò)濾器 44 6無(wú)菌保障 v1）.兩級(jí)冷卻，加熱除菌流程v特點(diǎn)：兩次冷卻，兩次分離，適當(dāng)加熱。v 適應(yīng)性廣，充分分離油水，節(jié)約冷卻水。 45 6無(wú)菌保障 v2）.冷熱空氣直接混合式空氣除菌流程v特點(diǎn)：省去第二冷卻后的分離設(shè)備和空氣再加熱設(shè)備， 流程比較簡(jiǎn)單，冷卻水用量少。適用于中等濕度的地區(qū)。 46 6無(wú)菌保障 v3）.高效前置過(guò)濾空氣除菌流程 47 6無(wú)菌保障 v4影響介質(zhì)過(guò)濾效率的因素：v 介質(zhì)過(guò)濾效率指被介質(zhì)層捕集的塵埃顆粒與空氣中原有顆粒數(shù)之比。v = N1-N2/ N1過(guò)濾效率纖維直徑 填充密度空氣流速濾層厚度 48 6無(wú)菌保障 如何提高過(guò)濾除菌效率設(shè)計(jì)合理預(yù)處理設(shè)備 選擇合適凈化流程保證進(jìn)口空氣的潔凈度。降低空氣相對(duì)濕度保證過(guò)濾介質(zhì)干燥合理空氣過(guò)濾器，除菌效率高的過(guò)濾介質(zhì)
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