第三章生物细胞培养基灭菌设备课件.ppt

发酵机械与设备发酵机械与设备n徐徐 明明 芳芳 博博 士士n教教 授授n暨暨 南南 大大 学学 生生 科科 院院n2015-09-25目录绪论绪论第一篇第一篇 生物质原料处理设备生物质原料处理设备第二篇第二篇 生物反应设备生物反应设备第三篇第三篇 产物分离设备产物分离设备第四篇第四篇 其他设备其他设备第一篇第一篇 生物质原料处理设备生物质原料处理设备n第一章第一章 生物质原料预处理设备生物质原料预处理设备n第二章生物细胞培养基制备设备n n第三章第三章 生物培养基灭菌设备生物培养基灭菌设备本章内容本章内容n n第一节培养基湿热灭菌的原理第一节培养基湿热灭菌的原理n n第二节常用的灭菌设备第二节常用的灭菌设备n n第三节常用的连续灭菌流程第三节常用的连续灭菌流程n n第四节发酵罐实罐灭菌操作要点第四节发酵罐实罐灭菌操作要点底物底物底物底物检测控检测控制仪表制仪表培养基培养基（培养基灭菌培养基灭菌培养基灭菌培养基灭菌）经加工经加工原料原料酶酶细胞细胞生物催化剂生物催化剂（游离或固定化）（游离或固定化）机械能机械能除除菌菌空气空气产品提取纯化产品提取纯化副产品副产品产品产品废物废物热能热能原材料原材料原材料原材料营养物营养物典型工业生物技术过程典型工业生物技术过程核心技术？核心技术？培养基制备工艺过程：培养基制备工艺过程：原原 料料 筛筛 选选 粉粉 碎碎 糊糊 化（蒸煮、化（蒸煮、酶）酶）糖糖 化（酶法）化（酶法）灭灭 菌菌 冷冷 却却 思考题n1.工业上防止杂菌污染的措施有哪些？n2.如何计算如何计算灭菌时间灭菌时间？n3.某发酵罐内装某发酵罐内装40m3培养基，采用连续灭菌，灭菌温度为培养基，采用连续灭菌，灭菌温度为1310C，原污染程度为每，原污染程度为每1ml含有含有2105个杂菌，已知个杂菌，已知1310C时灭时灭菌速度常数为菌速度常数为15min-1，求灭菌所需的维持时间，求灭菌所需的维持时间。n4、板式换热器的结构域工作原理、板式换热器的结构域工作原理n5、喷淋冷却连续灭菌主要设备与灭菌流程喷淋冷却连续灭菌主要设备与灭菌流程6、喷射加热连续灭菌喷射加热连续灭菌主要设备与灭菌流程主要设备与灭菌流程7、薄板式换热器连续灭菌、薄板式换热器连续灭菌主要设备与灭菌流程主要设备与灭菌流程8、某发酵罐内装培养基某发酵罐内装培养基某发酵罐内装培养基某发酵罐内装培养基50m50m3 3,在在在在121121下进行分批灭菌，设每下进行分批灭菌，设每下进行分批灭菌，设每下进行分批灭菌，设每毫升培养基中含耐热的芽孢为毫升培养基中含耐热的芽孢为毫升培养基中含耐热的芽孢为毫升培养基中含耐热的芽孢为10107 7个，求理论灭菌时间？个，求理论灭菌时间？个，求理论灭菌时间？个，求理论灭菌时间？（分批灭菌的灭菌常数（分批灭菌的灭菌常数（分批灭菌的灭菌常数（分批灭菌的灭菌常数 lgklgk=-14889/T+38.127=-14889/T+38.127）n9、发酵罐实罐灭菌操作要点？、发酵罐实罐灭菌操作要点？n10、发酵罐的灭菌操作步骤第一节培养基湿热灭菌的原理第一节培养基湿热灭菌的原理1、概述：染菌的危害染菌的危害2 2、生物工程工业上防止杂菌污染的措施、生物工程工业上防止杂菌污染的措施3 3、实验室灭菌的常规设备、实验室灭菌的常规设备4、湿热灭菌原理与计算1、概述染菌的危害：染菌的危害：n n现代生物技术工业涉及的生物培养往往是纯种培养，需对培养现代生物技术工业涉及的生物培养往往是纯种培养，需对培养现代生物技术工业涉及的生物培养往往是纯种培养，需对培养现代生物技术工业涉及的生物培养往往是纯种培养，需对培养基等进行灭菌。基等进行灭菌。基等进行灭菌。基等进行灭菌。n n生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；n n在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生产菌生长得更在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生产菌生长得更在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生产菌生长得更在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生产菌生长得更快，结果使发酵罐中以杂菌为主；快，结果使发酵罐中以杂菌为主；快，结果使发酵罐中以杂菌为主；快，结果使发酵罐中以杂菌为主；n n杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难n n杂菌会降解目的产物；杂菌会降解目的产物；杂菌会降解目的产物；杂菌会降解目的产物；n n杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品；杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品；杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品；杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品；n n发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象。灭菌的定义灭菌的定义n定义：是指是指从培养基中杀灭有生活能力的细菌营从培养基中杀灭有生活能力的细菌营从培养基中杀灭有生活能力的细菌营从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及其孢子，或从中将其除去养体及其孢子，或从中将其除去养体及其孢子，或从中将其除去养体及其孢子，或从中将其除去。n n工业规模的液体培养基灭菌主要是杀灭杂菌。工业规模的液体培养基灭菌主要是杀灭杂菌。灭菌与消毒的区别：灭菌灭菌灭菌灭菌 是用物理或化学方法杀死或除去环境中所所有有 微生物微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。消毒消毒消毒消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿内外的病源微生物病源微生物。2、生物工程工业上、生物工程工业上防止杂菌污染的措施防止杂菌污染的措施1）使用的使用的培养基和设备培养基和设备须经灭菌须经灭菌；2）好氧培养中使用的）好氧培养中使用的空气空气应经除菌处理；应经除菌处理；3）设备应严密，生物反应器维持）设备应严密，生物反应器维持正压环境正压环境；4）培养过程中加入的培养过程中加入的物料物料应经过灭菌应经过灭菌；5）使用无污染的）使用无污染的纯粹种子纯粹种子。培养基灭菌的目的和要求培养基灭菌的目的和要求n目的：杀灭培养基中的微生物，为后续杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的条件。发酵过程创造无菌的条件。n要求：n达到要求的达到要求的无菌程度无菌程度无菌程度无菌程度(杂菌污染降低到被处理的每杂菌污染降低到被处理的每1000罐中只残留罐中只残留1个活菌的程度个活菌的程度,10101010-3-3-3-3个个个个/罐罐罐罐）；n尽量减少营养成分的破坏。尽量减少营养成分的破坏。在灭菌过程中在灭菌过程中，培养基组分的破坏培养基组分的破坏培养基组分的破坏培养基组分的破坏是由两个基本是由两个基本类型的反应引起的：类型的反应引起的：n n培养基中不同营养成分间的相互作用；培养基中不同营养成分间的相互作用；n n对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的分解。的分解。3、实验室灭菌的常规设备、实验室灭菌的常规设备n n化学法化学法化学法化学法n n化学药品灭菌法：甲醛、苯酚等化学药品灭菌法：甲醛、苯酚等化学药品灭菌法：甲醛、苯酚等化学药品灭菌法：甲醛、苯酚等n n物理法物理法物理法物理法n n干热灭菌法干热灭菌法干热灭菌法干热灭菌法n n湿热灭菌法（生物工程工业常用方法湿热灭菌法（生物工程工业常用方法湿热灭菌法（生物工程工业常用方法湿热灭菌法（生物工程工业常用方法）n n射线灭菌法射线灭菌法射线灭菌法射线灭菌法实验室灭菌器实验室灭菌器实验室灭菌器实验室灭菌器实验室灭菌器实验室灭菌器实验室灭菌器实验室灭菌器实验室灭菌器实验室灭菌器实验室灭菌器实验室灭菌器4.湿热灭菌原理和影响灭菌的因素湿热灭菌原理和影响灭菌的因素湿热灭菌的原理：湿热灭菌的原理：湿热灭菌的原理：湿热灭菌的原理：主要是因高温使微生物体内的一些重要蛋白质，如酶蛋白质，如酶等，发生凝固、变性，等，发生凝固、变性，从而导致微生物无法生存而死亡。n致死温度与致死时间致死温度与致死时间：n杀死微生物的极限温度称为杀死微生物的极限温度称为杀死微生物的极限温度称为杀死微生物的极限温度称为致死温度致死温度。n n在在在在致死温度致死温度致死温度致死温度下，下，下，下，杀死全部微生物所需的时间称为杀死全部微生物所需的时间称为杀死全部微生物所需的时间称为杀死全部微生物所需的时间称为致死致死时间时间；n n在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒；蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒；n蒸汽有强的穿透力，灭菌易于彻底；蒸汽有强的穿透力，灭菌易于彻底；n蒸汽有很大的潜热；蒸汽有很大的潜热；n操作方便，易管理。操作方便，易管理。湿热灭菌的优点湿热灭菌的优点n微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的一级反应动力学，即：N-任一时刻的活细菌浓度，个/L；t-时间，min；K-比热死速率常数，min-1，越小越耐热微生物的热力致死动力学方程微生物的热力致死动力学方程：对数残留定律对数残留定律取取边界条件边界条件t0=0，N=N0，对上式积分得对上式积分得 或或 为理论灭菌时间的对数残留规律公式为理论灭菌时间的对数残留规律公式。问题：能不能做到绝对无菌？湿热灭菌时间的计算湿热灭菌时间的计算n n将培养基中的将培养基中的杂菌总数杂菌总数N0杀灭到可以接受的杀灭到可以接受的总数总数N（10-3），），需要多高的温度、多长的需要多高的温度、多长的时间为合理。时间为合理。n n灭菌温度和时间的确定取决于灭菌温度和时间的确定取决于：n n杂菌孢子杂菌孢子的的热灭死动力学热灭死动力学n n反应器反应器的形式和操作方式的形式和操作方式n n培养基中培养基中有效成分受热破坏有效成分受热破坏的可接受范围的可接受范围n升温、冷却两阶段也有一升温、冷却两阶段也有一定的灭菌效果，考虑到定的灭菌效果，考虑到灭灭菌的可靠性主要在保温阶菌的可靠性主要在保温阶段进行段进行，故可以简单地利，故可以简单地利用式用式n(N/N0)=-kt来粗略估算灭菌所需时间。来粗略估算灭菌所需时间。灭菌时间的估算灭菌时间的估算http:/ 养基加热养基加热至至1000C以上，这个作用较为显著，以上，这个作用较为显著，故实际保温阶段时间比计算值要短。故实际保温阶段时间比计算值要短。n第二节常用的灭菌设备第二节常用的灭菌设备n1、板式换热器灭菌、板式换热器灭菌n2、管道式换热器灭菌、管道式换热器灭菌一、板式换热器灭菌一、板式换热器灭菌n n采用薄板换热器作为培养液的加热和冷采用薄板换热器作为培养液的加热和冷却器，培养液在设备中同时完成却器，培养液在设备中同时完成预热、预热、灭菌及冷却过程灭菌及冷却过程，蒸汽，蒸汽加热段加热段使培养液使培养液的温度升高，经的温度升高，经维持段保温一段时间维持段保温一段时间，然后在薄板换热器的另一段然后在薄板换热器的另一段冷却冷却，n n从而使培养基的从而使培养基的预热、加热灭菌及冷却预热、加热灭菌及冷却过程过程可在同一设备内完成可在同一设备内完成。板式换热器板式换热器一、板式换热器的应用与结构一、板式换热器的应用与结构一、板式换热器的应用与结构一、板式换热器的应用与结构2009.09郑裕国 王远山 汪钊 陈小龙 朱勍 徐建妙压压压压板板板板中间接管中间接管中间接管中间接管支支支支架架架架换热片换热片换热片换热片密封圈密封圈密封圈密封圈冷热冷热冷热冷热流体流体流体流体进出进出进出进出管管管管1、板式换热器的组成板式换热器流程组合板式换热器流程组合板式换热器流程组合板式换热器流程组合板式换热器的特点板式换热器的特点1 1 1 1、传热效率高，、传热效率高，、传热效率高，、传热效率高，K K K K 2 2 2 2、结构紧凑，占地面积小，但传热面积大结构紧凑，占地面积小，但传热面积大结构紧凑，占地面积小，但传热面积大结构紧凑，占地面积小，但传热面积大3 3 3 3、适应性强适应性强适应性强适应性强，当需改变工艺条件即生产能力时，当需改变工艺条件即生产能力时，当需改变工艺条件即生产能力时，当需改变工艺条件即生产能力时，只需增建板片数即可只需增建板片数即可只需增建板片数即可只需增建板片数即可4 4 4 4、适宜处理热敏性物料适宜处理热敏性物料适宜处理热敏性物料适宜处理热敏性物料5 5 5 5、便于清洗，拆卸方便、便于清洗，拆卸方便、便于清洗，拆卸方便、便于清洗，拆卸方便6 6 6 6、卫生安全。、卫生安全。、卫生安全。、卫生安全。7 7 7 7、热利用率高，可同时进行加热与冷却。、热利用率高，可同时进行加热与冷却。、热利用率高，可同时进行加热与冷却。、热利用率高，可同时进行加热与冷却。8 8 8 8、连续生产，劳动强度低、连续生产，劳动强度低、连续生产，劳动强度低、连续生产，劳动强度低9 9 9 9、密封圈宜脱落、产生泄漏。、密封圈宜脱落、产生泄漏。、密封圈宜脱落、产生泄漏。、密封圈宜脱落、产生泄漏。管管管管 式式式式 换换换换 热热热热 器器器器二、新型列管事换热器二、新型列管事换热器灭菌灭菌管管管管 式式式式 换换换换 热热热热 器器器器管管管管 式式式式 换换换换 热热热热 器器器器管式超高温灭菌外形管式超高温灭菌外形第三节常用的连续灭菌机与流程第三节常用的连续灭菌机与流程即在培养基输即在培养基输送至发酵罐送至发酵罐的同时进行的同时进行加热、保温加热、保温和冷却和冷却而进而进行的灭菌。行的灭菌。三类连续灭菌（连消）三类连续灭菌（连消）n n工艺流程工艺流程n1.喷淋冷却连续灭菌流程喷淋冷却连续灭菌流程n2.喷射加热连续灭菌流程喷射加热连续灭菌流程 n3.薄板式换热器连续灭菌流程薄板式换热器连续灭菌流程 n n灭菌时间的计算灭菌时间的计算 (Ct/C0)=kt t=2.303/klg(C0/Ct)式中：式中：C0、Ct分别为单位体积培养基灭菌前、后分别为单位体积培养基灭菌前、后 的含菌数。的含菌数。n例例2某发酵罐内装某发酵罐内装40m3培养基，采用连续灭菌，灭菌温度培养基，采用连续灭菌，灭菌温度为为1310C，原污染程度为每，原污染程度为每1ml含有含有2105个杂菌，已知个杂菌，已知1310C时灭菌速度常数为时灭菌速度常数为15min-1，求灭菌所需的维持时间。，求灭菌所需的维持时间。1、连续灭菌时间的估算、连续灭菌时间的估算解：解：C0=2105(个/ml)Ct=0.001/(40106)=2.510-11(个/ml)t=2.303/klg(C0/Ct)=2.303/15lg(2105)/(2.510-11)=2.37 min加热保温冷却2、连消塔连消塔-喷淋冷却连续灭菌流程喷淋冷却连续灭菌流程（1）连消塔）连消塔n n在在在在20203030s s或更短的时间内将或更短的时间内将或更短的时间内将或更短的时间内将料液加热至料液加热至料液加热至料液加热至130130140140。n n生生生生产产产产中中中中一一一一般般般般用用用用0.50.50.8Mpa0.8Mpa的的的的活活活活蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽与与与与预预预预热热热热后后后后的的的的料料料料液液液液直直直直接接接接接接接接触而加热。触而加热。触而加热。触而加热。n n套套套套管管管管式式式式连连连连消消消消塔塔塔塔用用用用:内内内内外外外外两两两两根根根根管管管管子子子子套套套套合合合合组组组组成成成成内内内内管管管管开开开开有有有有4545 向向向向下下下下倾倾倾倾斜斜斜斜的的的的小小小小孔孔孔孔，孔孔孔孔径径径径6 6mmmm。孔孔孔孔距距距距应应应应从从从从上上上上到到到到下下下下减减减减少少少少，使使使使蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽较较较较为均匀。为均匀。为均匀。为均匀。n n培培培培养养养养基基基基由由由由塔塔塔塔底底底底进进进进入入入入，与与与与小小小小孔孔孔孔中中中中喷喷喷喷出出出出的的的的蒸蒸蒸蒸汽汽汽汽连连连连续续续续混混混混合合合合后后后后在在在在塔塔塔塔上上上上部流出。部流出。部流出。部流出。n n培培培培 养养养养 基基基基 在在在在 塔塔塔塔 内内内内 停停停停 留留留留 时时时时 间间间间 一一一一 般般般般 取取取取 20203030s s；线线线线 速速速速 度度度度 要要要要 求求求求0.1m/s0.1m/s。设备构造（1 1 1 1）连消塔）连消塔）连消塔）连消塔 是培养液高温短时间连续灭菌设备，它与维持罐是培养液高温短时间连续灭菌设备，它与维持罐是培养液高温短时间连续灭菌设备，它与维持罐是培养液高温短时间连续灭菌设备，它与维持罐组成连续灭菌系统，分套管式和汽液混合式两类组成连续灭菌系统，分套管式和汽液混合式两类组成连续灭菌系统，分套管式和汽液混合式两类组成连续灭菌系统，分套管式和汽液混合式两类。（2）维持罐）维持罐灭菌系统中的维持设备，主要是使灭菌系统中的维持设备，主要是使灭菌系统中的维持设备，主要是使灭菌系统中的维持设备，主要是使加热后的培养加热后的培养加热后的培养加热后的培养基在维持设备中保温一段时间，以达到灭菌的目基在维持设备中保温一段时间，以达到灭菌的目基在维持设备中保温一段时间，以达到灭菌的目基在维持设备中保温一段时间，以达到灭菌的目的的的的，也称保温设备。，也称保温设备。，也称保温设备。，也称保温设备。体积计算：V-维持罐容积，m3；v-料液体积流量，m3/h；-维持时间，825min；充满系数（3 3）冷却设备）冷却设备常用常用常用常用喷淋冷却器和套管冷却器。喷淋冷却器和套管冷却器。喷淋冷却器和套管冷却器。喷淋冷却器和套管冷却器。喷淋冷却器喷淋冷却器喷淋冷却器喷淋冷却器是将是将是将是将冷却水通过喷淋装置均匀的淋在冷却水通过喷淋装置均匀的淋在冷却水通过喷淋装置均匀的淋在冷却水通过喷淋装置均匀的淋在水平的排管上水平的排管上水平的排管上水平的排管上，以冷却管内的培养基。，以冷却管内的培养基。，以冷却管内的培养基。，以冷却管内的培养基。套管冷却器套管冷却器套管冷却器套管冷却器是一种是一种是一种是一种内管走热培养基内管走热培养基内管走热培养基内管走热培养基，内外管间的内外管间的内外管间的内外管间的管隙中走冷却水的冷却器。管隙中走冷却水的冷却器。管隙中走冷却水的冷却器。管隙中走冷却水的冷却器。耗钢多，漏洞难以发现，会造成污染耗钢多，漏洞难以发现，会造成污染耗钢多，漏洞难以发现，会造成污染耗钢多，漏洞难以发现，会造成污染 热利用较合理热利用较合理热利用较合理热利用较合理（4）连消塔）连消塔-喷淋冷却连续灭菌流程喷淋冷却连续灭菌流程加热保温冷却连消塔连消塔-喷淋冷却连续灭菌流程喷淋冷却连续灭菌流程（1 1）配配料料预预热热罐罐，将配好的料液预预热热到6070，以避免灭菌时由于料液与蒸汽温度相差过大而产生水汽撞击声；（2）连消塔，是使高高温温蒸蒸汽汽与与料料液液迅速接触混合，并使料液的温度很快升高到灭菌温度（126126132132）；）；（3 3）维持罐维持罐，维持料液温度，延长灭菌时间（4）冷却管，生产上一般采用冷冷水水喷喷淋淋冷冷却却，冷冷却却到到40405050后后，输送到预先已经灭菌过的罐内。2 2、喷射加热、喷射加热-真空冷却流程真空冷却流程（1 1）喷射加热器）喷射加热器 可使料液和蒸汽迅速接触，充分混合，加热是在可使料液和蒸汽迅速接触，充分混合，加热是在可使料液和蒸汽迅速接触，充分混合，加热是在可使料液和蒸汽迅速接触，充分混合，加热是在瞬时内完成的瞬时内完成的瞬时内完成的瞬时内完成的。蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽优点：加热和冷却在瞬间完成，营养成分破坏最加热和冷却在瞬间完成，营养成分破坏最加热和冷却在瞬间完成，营养成分破坏最加热和冷却在瞬间完成，营养成分破坏最少，可以采用少，可以采用少，可以采用少，可以采用高温灭菌高温灭菌高温灭菌高温灭菌，把，把，把，把温度升高到温度升高到温度升高到温度升高到140140而不致引起培养基营养成分的严重破坏。而不致引起培养基营养成分的严重破坏。而不致引起培养基营养成分的严重破坏。而不致引起培养基营养成分的严重破坏。设计得合适的管道维持器能保证物料先进先出，设计得合适的管道维持器能保证物料先进先出，设计得合适的管道维持器能保证物料先进先出，设计得合适的管道维持器能保证物料先进先出，避免过热。避免过热。避免过热。避免过热。缺点：受压力影响，缺点：受压力影响，缺点：受压力影响，缺点：受压力影响，出料泵出料泵出料泵出料泵 （2 2）、喷射加热）、喷射加热-真空冷却流程真空冷却流程n n（1 1）喷射加热器）喷射加热器以较高速度自以较高速度自喷嘴喷出喷嘴喷出，借，借高速流体的抽吸作用与蒸汽混合，高速流体的抽吸作用与蒸汽混合，可以采用可以采用可以采用可以采用高高高高温灭菌温灭菌温灭菌温灭菌，把，把，把，把温度升高到温度升高到温度升高到温度升高到140140而不致引起培养而不致引起培养而不致引起培养而不致引起培养基营养成分的严重破坏。基营养成分的严重破坏。基营养成分的严重破坏。基营养成分的严重破坏。n n（2 2）管道维持器：维持灭菌时间）管道维持器：维持灭菌时间n n（3 3）真空闪急蒸发室）真空闪急蒸发室：由膨胀阀进入，因真：由膨胀阀进入，因真空作用使水分急骤蒸发而冷却到空作用使水分急骤蒸发而冷却到70807080左右，左右，再进入发酵罐再进入发酵罐冷却到接种温度冷却到接种温度。4、板式换热器灭菌流程、板式换热器灭菌流程n n采用薄板换热器作为培养液的加热和冷却器采用薄板换热器作为培养液的加热和冷却器采用薄板换热器作为培养液的加热和冷却器采用薄板换热器作为培养液的加热和冷却器n n培养液在设备中同时完成预热、灭菌及冷却过培养液在设备中同时完成预热、灭菌及冷却过培养液在设备中同时完成预热、灭菌及冷却过培养液在设备中同时完成预热、灭菌及冷却过程，蒸汽加热段使培养液的温度升高，经维持程，蒸汽加热段使培养液的温度升高，经维持程，蒸汽加热段使培养液的温度升高，经维持程，蒸汽加热段使培养液的温度升高，经维持段保温一段时间，然后在薄板换热器的另一段段保温一段时间，然后在薄板换热器的另一段段保温一段时间，然后在薄板换热器的另一段段保温一段时间，然后在薄板换热器的另一段冷却，冷却，冷却，冷却，从而使培养基的预热、加热灭菌及冷却从而使培养基的预热、加热灭菌及冷却从而使培养基的预热、加热灭菌及冷却从而使培养基的预热、加热灭菌及冷却过程可在同一设备内完成过程可在同一设备内完成过程可在同一设备内完成过程可在同一设备内完成。压压压压板板板板中间接管中间接管中间接管中间接管支支支支架架架架换热片换热片换热片换热片密封圈密封圈密封圈密封圈冷热冷热冷热冷热流体流体流体流体进出进出进出进出管管管管（1 1）、板式换热器）、板式换热器压压压压板板板板中间接管中间接管中间接管中间接管支支支支架架架架换热片换热片换热片换热片密封圈密封圈密封圈密封圈冷热冷热冷热冷热流体流体流体流体进出进出进出进出管管管管1、板式换热器的组成n n优点：灭菌的温度较高，灭菌时间较短，培养优点：灭菌的温度较高，灭菌时间较短，培养优点：灭菌的温度较高，灭菌时间较短，培养优点：灭菌的温度较高，灭菌时间较短，培养基的营养成分受破坏的程度较低，从而保证了基的营养成分受破坏的程度较低，从而保证了基的营养成分受破坏的程度较低，从而保证了基的营养成分受破坏的程度较低，从而保证了培养基的质量；设备的利用率高；培养基的质量；设备的利用率高；培养基的质量；设备的利用率高；培养基的质量；设备的利用率高；n n缺点：缺点：缺点：缺点：过程所需的设备较多过程所需的设备较多过程所需的设备较多过程所需的设备较多，操作较为麻烦，操作较为麻烦，操作较为麻烦，操作较为麻烦，染菌机会也相应较染菌机会也相应较染菌机会也相应较染菌机会也相应较多多多多 5.连续灭菌流程特点连续灭菌流程特点连续灭菌优点：连续灭菌优点：连续灭菌优点：连续灭菌优点：（1 1 1 1）提高产量；）提高产量；）提高产量；）提高产量；（2 2 2 2）产品质量较易控制；）产品质量较易控制；）产品质量较易控制；）产品质量较易控制；（3 3 3 3）蒸汽负荷均衡，锅炉利用率高，操作方便；）蒸汽负荷均衡，锅炉利用率高，操作方便；）蒸汽负荷均衡，锅炉利用率高，操作方便；）蒸汽负荷均衡，锅炉利用率高，操作方便；（4 4 4 4）适宜采用自动控制适宜采用自动控制适宜采用自动控制适宜采用自动控制；（5 5 5 5）降低劳动强度。）降低劳动强度。）降低劳动强度。）降低劳动强度。实际操作：实际操作：实际操作：实际操作：高高高高温温温温灭灭灭灭菌菌菌菌时时时时间间间间约约约约为为为为15301530s s，然然然然后后后后根根根根据据据据发发发发酵酵酵酵类类类类型型型型不同在不同在不同在不同在维持罐维持维持罐维持维持罐维持维持罐维持825825minmin。n在发酵罐发酵罐中进行实罐灭菌实罐灭菌，是典型的分批灭菌。n全过程包括升温、保温、升温、保温、降温三个过程降温三个过程第四节第四节发酵罐实罐灭菌操作要点发酵罐实罐灭菌操作要点n n升温阶段升温阶段升温阶段升温阶段将培养基从室温加热到灭菌温度将培养基从室温加热到灭菌温度将培养基从室温加热到灭菌温度将培养基从室温加热到灭菌温度,两种两种两种两种方式方式方式方式:n n用用用用蛇管或夹套用蒸汽间接加热蛇管或夹套用蒸汽间接加热蛇管或夹套用蒸汽间接加热蛇管或夹套用蒸汽间接加热(到到到到9090),),再直接再直接再直接再直接通入培养基至灭菌温度通入培养基至灭菌温度通入培养基至灭菌温度通入培养基至灭菌温度n n直接通入活蒸汽直接通入活蒸汽直接通入活蒸汽直接通入活蒸汽n n1010立方发酵罐立方发酵罐立方发酵罐立方发酵罐(7(7吨培养基吨培养基吨培养基吨培养基)n n升温需升温需升温需升温需1.61.6吨蒸汽吨蒸汽吨蒸汽吨蒸汽,n n保温需保温需保温需保温需0.5-0.80.5-0.8吨蒸汽吨蒸汽吨蒸汽吨蒸汽1、孢子热死亡的规律符合、孢子热死亡的规律符合升温升温保温保温冷却冷却n n因为升温、冷却阶段因为升温、冷却阶段因为升温、冷却阶段因为升温、冷却阶段T T是时间是时间是时间是时间t t的函数，的函数，的函数，的函数，K K不是不是不是不是常数常数常数常数，所以，所以，所以，所以：nnnKh-保温阶段的孢子比热死亡速度常数温度随灭菌时间的变化温度随灭菌时间的变化培养基的间歇灭菌就培养基的间歇灭菌就是将配制好的培养基是将配制好的培养基放在发酵罐或其他装放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起养基和所用设备一起进行加热灭菌的过进行加热灭菌的过 程，程，通常也称为实罐灭菌。通常也称为实罐灭菌。间歇灭菌过程包括间歇灭菌过程包括升温升温、保温保温和和冷却等冷却等三个阶段三个阶段，图，图57为为培养基间歇灭菌过程培养基间歇灭菌过程中的温度变化情况。中的温度变化情况。2、分批灭菌的灭菌常数、分批灭菌的灭菌常数n n通常以耐热芽孢杆菌为对象，通常以耐热芽孢杆菌为对象，通常以耐热芽孢杆菌为对象，通常以耐热芽孢杆菌为对象，n n其热死灭活化能为其热死灭活化能为其热死灭活化能为其热死灭活化能为67930 K/mol,67930 K/mol,n nA=1.34A=1.341 10 03636 1/1/秒秒秒秒,n nR=1.987K/mol,R=1.987K/mol,n ne=2.718,e=2.718,为灭菌温度的单一函数，计算如下为灭菌温度的单一函数，计算如下为灭菌温度的单一函数，计算如下为灭菌温度的单一函数，计算如下式式式式:lgk=-14845/T+36.1273、计算举例、计算举例-理论灭菌时间理论灭菌时间某发酵罐内装培养基某发酵罐内装培养基40m3,在在121下进行下进行分批灭菌，设每毫升培养基中含耐热的分批灭菌，设每毫升培养基中含耐热的芽孢为芽孢为107个，求理论灭菌时间？个，求理论灭菌时间？（分批灭菌的灭菌常数（分批灭菌的灭菌常数 lgk=-14845/T+36.127）解：N0=40106107=41014N=0.001lgk=-14845/T+36.127=-14845/(273+121)+36.127=-1.55k=0.0281s-1t=1/klnN0/N=1/0.0281ln41014/0.001=1442.6s=24min4、分批灭菌、分批灭菌-实罐灭菌实罐灭菌操作要点操作要点设备严密度设备严密度设备严密度设备严密度温度与气压是否对应。温度与气压是否对应。温度与气压是否对应。温度与气压是否对应。培养基及发酵设备的灭菌包括培养基及发酵设备的灭菌包括培养基及发酵设备的灭菌包括培养基及发酵设备的灭菌包括分批灭菌（也称实罐灭菌或实消）、分批灭菌（也称实罐灭菌或实消）、分批灭菌（也称实罐灭菌或实消）、分批灭菌（也称实罐灭菌或实消）、空罐灭菌（空消）、空罐灭菌（空消）、空罐灭菌（空消）、空罐灭菌（空消）、过滤器及管道灭菌过滤器及管道灭菌过滤器及管道灭菌过滤器及管道灭菌等。等。等。等。分空气过滤器灭菌分空气过滤器灭菌并用空气吹干并用空气吹干夹套或蛇管排冷水，开启夹套或蛇管排冷水，开启排排排排气管阀，空气管通蒸汽气管阀，空气管通蒸汽气管阀，空气管通蒸汽气管阀，空气管通蒸汽，也，也可夹套内通蒸汽可夹套内通蒸汽达达70左右左右取样管取样管放料管放料管通蒸通蒸通蒸通蒸汽汽120，1105pa保温保温保温阶段，凡液面以下各管保温阶段，凡液面以下各管道都应通蒸汽，液面上其余道都应通蒸汽，液面上其余各管道则应排蒸汽，不留死各管道则应排蒸汽，不留死角，维持压力、温度恒定角，维持压力、温度恒定罐压接近空气压力罐压接近空气压力向罐内通无菌空气向罐内通无菌空气保温结束，依次关闭保温结束，依次关闭各排汽、进汽阀门各排汽、进汽阀门夹套或蛇管中通冷水夹套或蛇管中通冷水 培养基降温到所需温度培养基降温到所需温度分批灭菌（实罐灭菌）1.灭菌工艺过程灭菌流程（三路进气、四路出气）灭菌流程（三路进气、四路出气）n n与罐相连的与罐相连的与罐相连的与罐相连的分空气过滤器分空气过滤器分空气过滤器分空气过滤器用用用用蒸汽灭菌蒸汽灭菌蒸汽灭菌蒸汽灭菌并用并用并用并用空气吹干空气吹干空气吹干空气吹干。n n将将将将输料管输料管输料管输料管路内的污水放掉冲净，路内的污水放掉冲净，路内的污水放掉冲净，路内的污水放掉冲净，培养基泵送至发酵罐培养基泵送至发酵罐培养基泵送至发酵罐培养基泵送至发酵罐（种子罐或料罐）内，同时（种子罐或料罐）内，同时（种子罐或料罐）内，同时（种子罐或料罐）内，同时开动搅拌器进行灭菌开动搅拌器进行灭菌开动搅拌器进行灭菌开动搅拌器进行灭菌。n n灭菌前先将灭菌前先将灭菌前先将灭菌前先将各排气阀打开各排气阀打开各排气阀打开各排气阀打开，将蒸汽引入夹套或蛇管进，将蒸汽引入夹套或蛇管进，将蒸汽引入夹套或蛇管进，将蒸汽引入夹套或蛇管进行预热，待行预热，待行预热，待行预热，待罐温升至罐温升至罐温升至罐温升至80908090，将排气阀逐渐关小。，将排气阀逐渐关小。，将排气阀逐渐关小。，将排气阀逐渐关小。三路进汽三路进汽：直接蒸直接蒸汽从汽从通风、取样和出通风、取样和出通风、取样和出通风、取样和出料口料口料口料口进入罐内直接加进入罐内直接加热，直到所规定的温热，直到所规定的温度，并维持一定的时度，并维持一定的时间。这就是所谓的间。这就是所谓的“三路进气三路进气”。*四路出汽四路出汽四路出汽四路出汽：直接蒸汽直接蒸汽从从排气、接种、进料排气、接种、进料排气、接种、进料排气、接种、进料和消沫剂管和消沫剂管和消沫剂管和消沫剂管排气排气分批灭菌设备示意图分批灭菌设备示意图 n总蒸汽管道压力要求不低 于 0.3-0.35Mpa，使用压力不低于0.2Mpa。n空消空消：n一 般 维 持 罐 压0.150.2Mpa，n n罐温罐温罐温罐温125130125130，n n保持保持保持保持30453045minmin；n n将将将将蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽从从从从进气口、排料口、取样口直接进气口、排料口、取样口直接进气口、排料口、取样口直接进气口、排料口、取样口直接通入罐通入罐通入罐通入罐中，使罐温上升到中，使罐温上升到中，使罐温上升到中，使罐温上升到118120118120，罐压维持在，罐压维持在，罐压维持在，罐压维持在0.090.10.090.1MpaMpa（表压），并保持表压），并保持表压），并保持表压），并保持3030minmin左右左右左右左右。n n各路进气要畅通，防止短路逆流，罐内液体翻各路进气要畅通，防止短路逆流，罐内液体翻各路进气要畅通，防止短路逆流，罐内液体翻各路进气要畅通，防止短路逆流，罐内液体翻动要激烈；动要激烈；动要激烈；动要激烈；n n各路排汽也要畅通，但排汽量不宜过大，以节各路排汽也要畅通，但排汽量不宜过大，以节各路排汽也要畅通，但排汽量不宜过大，以节各路排汽也要畅通，但排汽量不宜过大，以节约用气量。约用气量。约用气量。约用气量。三路进气三路进气n保温阶段保温阶段，n n凡进口在培养基液面以下的各管道及冲视镜管凡进口在培养基液面以下的各管道及冲视镜管凡进口在培养基液面以下的各管道及冲视镜管凡进口在培养基液面以下的各管道及冲视镜管都应都应都应都应进汽进汽进汽进汽；n n凡开口在液面之上者均应凡开口在液面之上者均应凡开口在液面之上者均应凡开口在液面之上者均应排汽排汽排汽排汽。管路在实消时。管路在实消时。管路在实消时。管路在实消时均应遵循均应遵循均应遵循均应遵循“不进则出不进则出不进则出不进则出”的原则。的原则。的原则。的原则。n n保温结束保温结束保温结束保温结束后，依次后，依次后，依次后，依次关闭各排汽、进汽阀门关闭各排汽、进汽阀门关闭各排汽、进汽阀门关闭各排汽、进汽阀门，待，待，待，待罐内压力低于空气压力后，向罐内压力低于空气压力后，向罐内压力低于空气压力后，向罐内压力低于空气压力后，向罐内通入无菌空罐内通入无菌空罐内通入无菌空罐内通入无菌空气气气气，在夹套或蛇管中通冷却水降温后接种。，在夹套或蛇管中通冷却水降温后接种。，在夹套或蛇管中通冷却水降温后接种。，在夹套或蛇管中通冷却水降温后接种。间歇灭菌间歇灭菌n是在所用的发酵罐或其他培养装置中进行的，它是在是在所用的发酵罐或其他培养装置中进行的，它是在配制罐中配好培养基后，通过专用管道输入发酵罐等配制罐中配好培养基后，通过专用管道输入发酵罐等培养设备中，然后开始灭菌。培养设备中，然后开始灭菌。n在进行培养基的间歇灭菌之前，通常先将发酵罐等培在进行培养基的间歇灭菌之前，通常先将发酵罐等培养装置的分空气过滤器进行灭菌，并且用养装置的分空气过滤器进行灭菌，并且用 开始灭菌时，应先放去夹套或蛇管中的冷水，开启开始灭菌时，应先放去夹套或蛇管中的冷水，开启排气管阀，通过空气管向发酵罐内的培养基通人蒸汽排气管阀，通过空气管向发酵罐内的培养基通人蒸汽进行加热，同时，也可在夹套内通蒸汽进行间接加热。进行加热，同时，也可在夹套内通蒸汽进行间接加热。n当培养基温度升到当培养基温度升到70左右时，从取样管和放料管左右时，从取样管和放料管向罐内通人蒸汽进一步加热，当温度升至向罐内通人蒸汽进一步加热，当温度升至120C，罐压为罐压为1100Pa(表压表压)时，打开时，打开接种、补料、消泡接种、补料、消泡剂、酸、碱等管道阀门进行排汽，剂、酸、碱等管道阀门进行排汽，并调节好各进汽和并调节好各进汽和排汽阀门的排汽量，使罐压和温度保持在一定水平上排汽阀门的排汽量，使罐压和温度保持在一定水平上进行保温。当然在保温过程中，应注意凡在培养基液进行保温。当然在保温过程中，应注意凡在培养基液面下的各种进口管道都应通人蒸汽，而在液面以上的面下的各种进口管道都应通人蒸汽，而在液面以上的其余各管道则应排放蒸汽，这样才能不留死角，从而其余各管道则应排放蒸汽，这样才能不留死角，从而保证灭菌彻底。保证灭菌彻底。n保温结束后，依次关闭各排汽、进汽阀门，待罐内压保温结束后，依次关闭各