第五章 培养基灭菌106(精品).ppt

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1、第五章培养基及设备的灭菌本章讲述的内容本章讲述的内容第一节 培养基灭菌的目的、要求培养基灭菌的目的、要求 和方法和方法第二节第二节 湿热灭菌的理论基础湿热灭菌的理论基础 第三节第三节 培养基灭菌的工程设计培养基灭菌的工程设计 第一节培养基灭菌的目的、要求和方第一节培养基灭菌的目的、要求和方法法 一、定义 1 1，培养基灭菌的定义，培养基灭菌的定义是指从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体是指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。工业规模的液体及其孢子，或从中将其除去。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。培养基灭菌，杀灭杂菌比除去杂菌更为常用。2，灭菌与消

2、毒的区别灭菌灭菌：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。二、培养基灭菌的目的 1 1，在发酵过程中夹杂其它杂菌造成的后果：，在发酵过程中夹杂其它杂菌造成的后果：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；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；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；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会降解目的

3、产物；杂菌会降解目的产物；杂菌会污染最终产品；杂菌会污染最终产品；发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象。象。2，工业上具体措施包括：1）使用的培养基和设备须经灭菌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。3，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，为后续发酵杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的条件。过程创造无菌的条件。4，培养基灭菌的要求，培养基灭菌的要求达到要求的无菌程度

4、（达到要求的无菌程度（1010-3-3）尽量减少营养成分的破坏，在灭菌过程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，是由两个基本中，培养基组分的破坏，是由两个基本类型的反应引起的：类型的反应引起的：p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；p对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的分解分解。5，灭菌的方法，灭菌的方法 化学法化学法化学药品灭菌法化学药品灭菌法:0.1%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、甲醛溶液、苯酚溶液、苯酚

5、溶液、来苏尔来苏尔物理法物理法干热灭菌法干热灭菌法:进行干热灭菌时，微生物细胞发生氧化，进行干热灭菌时，微生物细胞发生氧化，微生物体内蛋白质变性和电解质浓缩引起中毒等作用，其微生物体内蛋白质变性和电解质浓缩引起中毒等作用，其中氧化作用导致微生物死亡是主要依据。由于微生物对干中氧化作用导致微生物死亡是主要依据。由于微生物对干热的耐受力比对湿热强得多，故干热灭菌所需的温度要高，热的耐受力比对湿热强得多，故干热灭菌所需的温度要高，时间要长，一般时间要长，一般160170，11.5 h。实际应用时，对一些要求保持干燥的实验器实际应用时，对一些要求保持干燥的实验器具和材料可以采用干热灭菌法。具和材料可以

6、采用干热灭菌法。射线灭菌法射线灭菌法以紫外线最常用。紫外线对芽孢和营养细胞都以紫外线最常用。紫外线对芽孢和营养细胞都能起作用，但细菌芽孢和霉菌孢子对紫外线的能起作用，但细菌芽孢和霉菌孢子对紫外线的抵抗力强。紫外线的穿透力低，仅适用于表面抵抗力强。紫外线的穿透力低，仅适用于表面灭菌和无菌室、培养间等空间的灭菌，且距照灭菌和无菌室、培养间等空间的灭菌，且距照射物不超过射物不超过1.2 m；对固体物料灭菌不彻底，也；对固体物料灭菌不彻底，也不能用于液体物料的灭菌。不能用于液体物料的灭菌。过滤除菌法过滤除菌法 利用过滤方法阻留微生物，也可达到利用过滤方法阻留微生物，也可达到除菌的目的，这就是过滤除菌法

7、。除菌的目的，这就是过滤除菌法。此法仅适用于澄清液体和气体的除菌。工此法仅适用于澄清液体和气体的除菌。工业上常用过滤法大量制备无菌空气，供好氧业上常用过滤法大量制备无菌空气，供好氧微生物培养过程使用。微生物培养过程使用。小颗粒的相对尺寸小颗粒的相对尺寸8.040人发直径裸眼可见最小颗粒花粉红细胞酵母和真菌6.0100 mm806020105.0沙雷氏菌 假单胞菌 0.43.02.01.00.80.60.50.34.0 mm 湿热灭菌法湿热灭菌法利用饱和蒸汽进行灭菌的方法称为湿热灭菌法。由利用饱和蒸汽进行灭菌的方法称为湿热灭菌法。由于蒸汽有很强的穿透能力，湿热灭菌对耐热芽孢杆于蒸汽有很强的穿透能

8、力，湿热灭菌对耐热芽孢杆菌来说，温度升高菌来说，温度升高10 时，灭菌速度常数可增加时，灭菌速度常数可增加810倍，对营养细胞更高。蒸汽来源方便，价格低倍，对营养细胞更高。蒸汽来源方便，价格低廉，灭菌效果可靠，是目前最为常用的灭菌方法。廉，灭菌效果可靠，是目前最为常用的灭菌方法。一般的湿热灭菌条件为一般的湿热灭菌条件为121，30 min。1)，湿热灭菌的原理 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

9、。借助蒸汽释放的热能使微生物中的蛋白质,酶,核酸分子内部的化学键,特别是氢键受到破坏,引起不可逆的变性,使微生物死亡2)，湿热灭菌中的相关定义，湿热灭菌中的相关定义杀死微生物的极限温杀死微生物的极限温度称为度称为致死温度致死温度。在致死。在致死温度下，杀死全部微生物所需的时间称为温度下，杀死全部微生物所需的时间称为致死致死时间时间；在致死温度以上，温度愈高，致死时间；在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。愈短。微生物的热阻微生物的热阻：是指微生物在某一特定条件是指微生物在某一特定条件（主要是温度和加热方式）下的致死时间。（主要是温度和加热方式）下的致死时间。相相对热阻对热阻是指某一微生物在某

10、条件下的致死时间是指某一微生物在某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的比值。与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。芽孢的热阻特别高的原因：芽孢的热阻特别高的原因：芽孢具有吡啶二羧酸，能增强对热抵抗力芽孢具有吡啶二羧酸，能增强对热抵抗力芽孢厚而且结构致密，热不易透过芽孢厚而且结构致密，热不易透过芽孢的游离水分少，蛋白质含水芽孢的游离水分少，蛋白质含水量较营养细胞蛋白质含水量低。量较营养细胞蛋白质含水量低。在实际生产中，由于不能完全了解杂菌的数量和类型，因此要以在实际生产中，由于不能完全了解杂菌的数量和类型，因此要以相对热阻大的芽孢作为灭菌的依据。相对热阻大的芽孢作为灭菌的依据

11、。各种微生物对湿热的相对热阻各种微生物对湿热的相对热阻微生物相对热阻营养细胞和酵母1.0细菌芽孢3106霉菌孢子210病毒和噬菌体153)，湿热灭菌的优缺点，湿热灭菌的优缺点优点优点蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒；蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒；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；蒸汽有很大的潜热；蒸汽有很大的潜热；操作方便，易管理。操作方便，易管理。缺点缺点:蒸汽直接加到培养基蒸汽直接加到培养基,带来水分带来水分,细胞浓度细胞浓度发生变化发生变化,关键因素影响很大关键因素影响很大,蒸汽量算进去蒸汽量算进去 ,怕湿的怕湿的 不能不能,碳酸钙变成氧化钙碳酸钙变

12、成氧化钙,不能同时不能同时 加加进去进去 .尿素灭菌与培养基的灭菌不同尿素灭菌与培养基的灭菌不同 .物料的物料的不同灭菌要求不同灭菌要求 第二节 湿热灭菌的理论基础 一、培养基湿热灭菌需解决的工程问题一、培养基湿热灭菌需解决的工程问题将培养基中的杂菌总数将培养基中的杂菌总数N N0 0杀灭到可以接受的总杀灭到可以接受的总数数N N（1010-3-3），需要多高的温度、多长的时间为），需要多高的温度、多长的时间为合理。合理。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：杂菌孢子的热灭死动力学杂菌孢子的热灭死动力学反应器的形式和操作方式反应器的形式和操作方式培养基中有效成分受热破坏的可接

13、受范围培养基中有效成分受热破坏的可接受范围二、微生物的热死灭动力学方程实验证明，微生物营养细胞的均相热死灭动力学实验证明，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：符合化学反应的一级反应动力学，即：（1 1）N N：任一时刻的活细菌浓度（个：任一时刻的活细菌浓度（个/L/L）t t：时间（：时间（minmin）K K：比热死速率常数（：比热死速率常数（minmin-1-1）100时不同时间活菌的存活数时间时间存活数存活数时间时间存活数存活数0910715110661.21072021057810625210495106300113106取边界条件t0=0，N=N0，对（

14、1）积分得 （2）或 （3）同一微生物,温度不同k不 同,一般温度月底,k越小,温度高,k值大相同温度下,k越小越耐热,121下细菌芽孢的k为1min,营养细胞10-1010实验还证明，细菌孢子的热杀灭动力学与营养实验还证明，细菌孢子的热杀灭动力学与营养细胞的有所不同。它表现为非对数的死亡动力细胞的有所不同。它表现为非对数的死亡动力学。这可能与孢子壁的化学成分及结构有关。学。这可能与孢子壁的化学成分及结构有关。但当温度超过但当温度超过120120C C时，热阻极强的嗜热脂肪时，热阻极强的嗜热脂肪芽孢杆菌孢子的热杀灭动力学也接近对数死亡芽孢杆菌孢子的热杀灭动力学也接近对数死亡动力学即符合一级反应

15、规律。动力学即符合一级反应规律。三、温度对K的影响(灭菌温度的选择)微生物的热死灭动力学接近一级反应动力学它的比热死灭速率常数K与灭菌温度T的关系可用阿累尼乌斯方程表征 （4）A：频率因子（min-1）E：活化能（J/mol）R：通用气体常数J/（mol.k）从（4）可以看出：活化能E的大小对K值有重大影响。其它条件相同时，E越高，K越低，热死速率越慢。不同菌的孢子的热死灭反应E可能各不相同。对（4）两边取对数，得（5）K是E和T的函数，K的对T的变化率与有关，对（5）两边取 T的导数，得（6）（4）（5）1/TK（min-1）K是E和T的函数，K对T的变化率与E有关由（6）可得出结论：反应的

16、E越高，lnK对T的变化率越大，即T的变化对K的影响越大（6）培养基成份受热破坏的化学分解反应也符合灭菌过程中,当温度变化时,活菌死亡动力学常数k和培养基成分 破坏速度常数 k都变化,温度 由T1升高到 T2,K分别为微生物的灭菌两式相除并取对数得培养基成分的破坏也有类似关系两式相除试验表明，细菌孢子热死灭反应的试验表明，细菌孢子热死灭反应的EE很高，而某很高，而某些有效成分热破坏反应的些有效成分热破坏反应的EE较低。即随着温度的较低。即随着温度的升高升高,灭菌速率常数增加的倍数大于培养基成分分灭菌速率常数增加的倍数大于培养基成分分解的速度常数的增加倍数解的速度常数的增加倍数.将温度提高到一定

17、程度，会加速细菌孢子的死灭速将温度提高到一定程度，会加速细菌孢子的死灭速度，缩短灭菌时间，由于有效成分的度，缩短灭菌时间，由于有效成分的EE很低，温很低，温度的提高只能稍微增大其破坏速度，但由于灭菌时度的提高只能稍微增大其破坏速度，但由于灭菌时间的显著缩短，有效成分的破坏反而减少间的显著缩短，有效成分的破坏反而减少受热物质受热物质E（J/mol）维生素维生素B1296232维生素维生素B1盐酸盐盐酸盐92048嗜热脂肪芽孢杆菌孢子嗜热脂肪芽孢杆菌孢子283257肉毒梭菌孢子肉毒梭菌孢子343088枯草杆菌孢子枯草杆菌孢子317984B族维生素和细菌芽孢的活化能族维生素和细菌芽孢的活化能EBS=

18、67000 4.184（J/mol）EVB=22000 4.184（J/mol）将灭菌温度从将灭菌温度从105C提提高到高到127 CKVB从从0.02（min-1）提）提高到高到0.06（min-1）KBS从从0.12（min-1）提）提高到高到40.0（min-1）嗜热脂肪芽孢杆菌孢子和嗜热脂肪芽孢杆菌孢子和维生素维生素B1的的lnK-1/T图图嗜热脂肪芽孢杆菌孢子死灭程度为嗜热脂肪芽孢杆菌孢子死灭程度为N/N0=10-16时，灭菌温度对维生素时，灭菌温度对维生素B1破坏的影响破坏的影响灭菌温度（C）达到灭菌程度的时间（min）维生素B1的损失（%）10084399.99110758912

19、07.6271300.851101400.10731500.0151第三节 培养基灭菌的工程设计 一、无菌的标准根据微生物热死灭方程，要求灭菌后达到绝对无菌是很难做到的，也是不必要的。因此在工程设计中常取N=10-3二、分批灭菌1，分批灭菌的设计(间歇灭菌或实罐灭菌)间歇灭菌即实消，是在每批培养基全部间歇灭菌即实消，是在每批培养基全部流入发酵罐后，就在罐内通入蒸汽加热至灭菌温度，流入发酵罐后，就在罐内通入蒸汽加热至灭菌温度，维持一定时间，再冷却到接种温度。实罐灭菌时，发维持一定时间，再冷却到接种温度。实罐灭菌时，发酵罐与培养基一起灭菌。酵罐与培养基一起灭菌。规模较小的发酵罐往往采用分批灭菌的方

20、法。这种方法不需要其它设备，操作简单易行，故获得较普遍采用。其缺点是加热和冷却所需时间较长，增加了发酵前的准备时间，也就相应地延长了发酵周期，使发酵罐的利用率降低。所以大型发酵罐采用这种方法在经济上是不合理的。同时，分批灭菌无法采用高温短时间灭菌，因而不可避免地使培养基中营养成分遭到一定程度的破坏。但是对于极易发泡或粘度很大难以连续灭菌的培养基，即使对于大型发酵罐也不得不仍然采用分批灭菌的方法。分批灭菌仍被许多工厂采用在发酵罐中进行实罐灭菌。全过程包括升温、保温、降温三个过程孢子热死亡的规律符合因为升温、冷却阶段T是时间t的函数，K不是常数，所以：（7）（8）（9）式中Kh是保温阶段的孢子比热

21、死亡速度常数分批灭菌中几种换热方式的温度分批灭菌中几种换热方式的温度-时间变化关系时间变化关系T：介质温度（：介质温度（K）；）；T0：介质初温（：介质初温（K）；）；t：时间（：时间（min）；）；h：蒸汽相对于介质的热焓（：蒸汽相对于介质的热焓（kJ/kg）；）；s：蒸汽的重量流率（：蒸汽的重量流率（kg/min）M：介质重量：介质重量(kg)；Cp：介质比热：介质比热kJ/(kg.K)；TH：热源温度：热源温度(K)U：总传热系数：总传热系数kJ/（m2.min.K）；q：传热速率（：传热速率（kJ/min）Cp：冷却剂比热；：冷却剂比热；W：冷却剂流率；：冷却剂流率；TCO：冷却剂温度

22、：冷却剂温度参见微生物工程工艺原理P226伦世仪主编生化工程P13。2，保证间歇灭菌，保证间歇灭菌成功的要素成功的要素内部结构合理内部结构合理(主主要是无死角要是无死角)，焊，焊缝及轴封装置可缝及轴封装置可靠，蛇管无穿孔靠，蛇管无穿孔现象现象压力稳定的蒸汽压力稳定的蒸汽合理的操作方法合理的操作方法。发酵罐的接管图发酵罐的接管图3，培养基间歇灭菌过程中应注意的问题，培养基间歇灭菌过程中应注意的问题温度和压力的关系温度和压力的关系泡沫问题泡沫问题投料过程中，麸皮和豆饼粉等固形物投料过程中，麸皮和豆饼粉等固形物在罐壁上残留的问题在罐壁上残留的问题灭菌结束后应立即引入无菌空气保压灭菌结束后应立即引入无

23、菌空气保压三、连续灭菌的设计培养基的连续灭菌，就是将配好的培养基培养基的连续灭菌，就是将配好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温和冷却而进行灭菌热、保温和冷却而进行灭菌1，连续灭菌的流程，连续灭菌的流程上图为连续灭菌过程中温度的变化情况。由图可以看上图为连续灭菌过程中温度的变化情况。由图可以看出，连续灭菌时，培养基可在短时间内加热到保温温出，连续灭菌时，培养基可在短时间内加热到保温温度，并且能很快地冷却，因此可在比间歇灭菌更高的度，并且能很快地冷却，因此可在比间歇灭菌更高的温度下进行灭菌，而由于灭菌温度很高，保温时间就温度下进行灭菌，而由于灭

24、菌温度很高，保温时间就相应地可以很短，极有利于减少培相应地可以很短，极有利于减少培 养基中的营养物养基中的营养物质的破坏。质的破坏。在连续灭菌过程中，在连续灭菌过程中，1.蒸汽用量虽平稳，但气压一般要求高于蒸汽用量虽平稳，但气压一般要求高于0.5Mpa（表（表压）。压）。2.连消设备比较复杂，投资较大。采用连续灭菌时，连消设备比较复杂，投资较大。采用连续灭菌时，发酵罐应在连续灭菌开始前先进行空消，以容纳经发酵罐应在连续灭菌开始前先进行空消，以容纳经过灭菌的培养基。过灭菌的培养基。3.加热器、维持罐和冷却器也应先进行灭菌，然后才加热器、维持罐和冷却器也应先进行灭菌，然后才能进行培养基连续灭菌。能

25、进行培养基连续灭菌。4.组成培养基的耐热性物料和不耐热性物料可在不同组成培养基的耐热性物料和不耐热性物料可在不同温度下分开灭菌，以减少物料受热破坏的程度，也温度下分开灭菌，以减少物料受热破坏的程度，也可将糖和氮源分开灭菌，以免醛基与氨基发生反应可将糖和氮源分开灭菌，以免醛基与氨基发生反应而生成有害物质。而生成有害物质。5.对于粘度过高或固体成分较多的培养对于粘度过高或固体成分较多的培养基要实现连消困难较多，主要是灭菌的基要实现连消困难较多，主要是灭菌的均匀度问题。设计这类物料的连消设备均匀度问题。设计这类物料的连消设备必须避免管道过长，或尽可能将淀粉质必须避免管道过长，或尽可能将淀粉质物料先行

26、液化物料先行液化。图是一种连消塔、维持罐、喷淋冷却的连续灭菌流程。配好的培养基用泵打入连消塔与蒸汽直接混合，达到灭菌温度后进入维持罐，维持一定时间后经喷淋冷却器冷却至一定温度后进入发酵罐。连续灭菌的基本设备一般包括（1）配料预热罐，将配好的料液预热到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，连消塔的作用主要是使高温蒸汽与料液迅速接触混合，并使料液的温度很快升高到灭菌温度（126132）；（3）维持罐，连消塔加热的时间很短，光靠这段时间的灭菌是不够的；（4）冷却管，从维持罐出来的料液要经过冷却管进行冷却，生产上一般采用冷水喷淋冷却，冷却到4050后，输送到预

27、先已经灭菌过的罐内。（一）连消塔喷淋冷却流程（二）喷射加热真空冷却流程（三）板式换热器灭菌流程该流程中采用了薄板换热器作为培养液的加热和冷却器，培养液在设备该流程中采用了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预热、灭菌及冷却过程，蒸汽加热段使培养液的温度升高，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，经维持段保温一段时间，然后在薄板换热器的另一段冷却，从而使培养经维持段保温一段时间，然后在薄板换热器的另一段冷却，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。虽然利用板式热基的预热、加热灭菌及冷却过程可在同一设备内完成。虽然利用板式热交换器进行

28、连续灭菌时，加热和冷却培养液所需要的时间比使用喷射式交换器进行连续灭菌时，加热和冷却培养液所需要的时间比使用喷射式连续灭菌稍长，但灭菌周期则较间歇灭菌小得多。由于待灭菌培养液的连续灭菌稍长，但灭菌周期则较间歇灭菌小得多。由于待灭菌培养液的预热过程同时为灭菌培养液的冷却过程，所以节约了蒸汽及冷却水的用预热过程同时为灭菌培养液的冷却过程，所以节约了蒸汽及冷却水的用量。量。2、连续灭菌设备的结构及计算（1）设备结构：套管式连消塔套管式连消塔又称加热器，是培养基于蒸汽混合加热又称加热器，是培养基于蒸汽混合加热至灭菌温度的设备。要求在至灭菌温度的设备。要求在2030s2030s或更短或更短的时间内将料液

29、加热至的时间内将料液加热至130140130140。生产。生产中一般用中一般用0.50.8Mpa0.50.8Mpa的活蒸汽与预热后的的活蒸汽与预热后的料液直接接触而加热。料液直接接触而加热。连消塔用内外两根管子套合组成，内管连消塔用内外两根管子套合组成，内管开有开有4545向下倾斜的小孔，孔径一般为向下倾斜的小孔，孔径一般为6mm6mm，蒸汽由此喷出。孔距应从上到下，蒸汽由此喷出。孔距应从上到下减少，使蒸汽较为均匀。培养基由塔底减少，使蒸汽较为均匀。培养基由塔底进入，与小孔中喷出的蒸汽连续混合后进入，与小孔中喷出的蒸汽连续混合后在塔上部流出。培养基在塔内停留时间在塔上部流出。培养基在塔内停留时

30、间一般取一般取2030s2030s；线速度要求；线速度要求0.1m/s0.1m/s喷嘴式连消塔：培养基以较高流速从中间管喷入，蒸汽从管外环隙同时喷入，在器内进行混合，为了增加混合效果，器内设置一块弧形挡板。与近3m高的连消塔比较，尺寸大为减少，其高度仅为0.5m左右，使用效果也很好。此种形式的连消器实际上已接近于喷射加热器。连消器维持罐维持罐灭菌系统中的维持设备，主要是使加热灭菌系统中的维持设备，主要是使加热后的培养基在维持设备中保温一段时间，后的培养基在维持设备中保温一段时间，以达到灭菌的目的，因此，也可称保温以达到灭菌的目的，因此，也可称保温设备。维持设备一般不需另行加热，但设备。维持设备

31、一般不需另行加热，但必须在维持设备的外壁用绝热材料进行必须在维持设备的外壁用绝热材料进行绝热，以免培养基冷却。维持罐为长圆绝热，以免培养基冷却。维持罐为长圆筒形，高为直径的筒形，高为直径的2424倍，上下封头为倍，上下封头为球形，如图所示。罐顶部设有人孔球形，如图所示。罐顶部设有人孔1 1，进料管进料管2 2由圆筒上部侧面伸入后，在罐由圆筒上部侧面伸入后，在罐内通至下部，使料液自下向上流动，至内通至下部，使料液自下向上流动，至上部侧面接管上部侧面接管3 3流出，要防止进料管流出，要防止进料管2 2上上部弯头处受料液磨损而使料液短路，引部弯头处受料液磨损而使料液短路，引起低温灭菌时间不够而染菌。

32、罐上部留起低温灭菌时间不够而染菌。罐上部留有空间，以便安装压力表和排汽管。压有空间，以便安装压力表和排汽管。压力表管安装成向下弯，以免管内冷凝污力表管安装成向下弯，以免管内冷凝污水落入维持管内而污染料液，同时便于水落入维持管内而污染料液，同时便于观察压力。圆筒中部有温度计测温孔观察压力。圆筒中部有温度计测温孔4 4。罐的有效容积应能满足维持时间为罐的有效容积应能满足维持时间为825min825min的需要。停止操作时，料液由的需要。停止操作时，料液由管管5 5排尽。排尽。喷射式加热器的特点是蒸汽和料液迅速接触，充分混合，加喷射式加热器的特点是蒸汽和料液迅速接触，充分混合，加热是在瞬时内完成的。

33、简单的喷射式加热器仅是一个喷嘴装热是在瞬时内完成的。简单的喷射式加热器仅是一个喷嘴装置，蒸汽由喷嘴喷出，料液从侧面进入器内而被蒸汽加热。置，蒸汽由喷嘴喷出，料液从侧面进入器内而被蒸汽加热。工厂中较常见的是一种在下游具有扩大室的喷射加热器。此工厂中较常见的是一种在下游具有扩大室的喷射加热器。此种加热器的喷嘴部分与一般喷嘴不同，料液在中间进入，蒸种加热器的喷嘴部分与一般喷嘴不同，料液在中间进入，蒸汽则在周围环隙中进入，同时下游有一个扩大室以使料液进汽则在周围环隙中进入，同时下游有一个扩大室以使料液进入，蒸汽则在周围环隙中进入，同时下游有一个扩大室以使入，蒸汽则在周围环隙中进入，同时下游有一个扩大室

34、以使料液在进入加热器时的流速约为料液在进入加热器时的流速约为1.2m/s1.2m/s左右，蒸汽喷口的环左右，蒸汽喷口的环隙面积约为喷嘴外径的一倍，扩大管高度一般为隙面积约为喷嘴外径的一倍，扩大管高度一般为1 1米左右。米左右。此种加热器结构简单，轻巧省料，且在操作过程中无噪声此种加热器结构简单，轻巧省料，且在操作过程中无噪声。薄板换热器冷却设备冷却设备冷却设备是将已灭菌的培养基加以冷却的设备，通常采用的是冷却设备是将已灭菌的培养基加以冷却的设备，通常采用的是喷淋冷却器，也可考虑用套管冷却器。喷淋冷却器，也可考虑用套管冷却器。喷淋冷却器是将水通过喷淋装置均匀地淋在水平的排管上，以喷淋冷却器是将水

35、通过喷淋装置均匀地淋在水平的排管上，以冷却管内的培养基。培养基一般由排管下部进入，而由上部排冷却管内的培养基。培养基一般由排管下部进入，而由上部排出，流体在管内的流速约为出，流体在管内的流速约为0.3m/s0.3m/s。它具有结构简单，清洗方。它具有结构简单，清洗方便的优点，且由于部分淋下的水滴在管表面被高温的管壁所汽便的优点，且由于部分淋下的水滴在管表面被高温的管壁所汽化，其传热效率较高，传热系数为化，其传热效率较高，传热系数为300kcal/m300kcal/m2 2h h 左右，被左右，被广泛地用于连续灭菌过程中。广泛地用于连续灭菌过程中。套管冷却器是一种内管走热培养基，内外管间的管隙中

36、走冷却套管冷却器是一种内管走热培养基，内外管间的管隙中走冷却水的冷却器。操作时，冷热两流体流向相反，以提高平均温度水的冷却器。操作时，冷热两流体流向相反，以提高平均温度差，节约用水。若将所制培养基代替冷却水，则培养基可获得差，节约用水。若将所制培养基代替冷却水，则培养基可获得预热的作用。此种冷却器与喷淋冷却器相比，消耗钢材较多，预热的作用。此种冷却器与喷淋冷却器相比，消耗钢材较多，且内管有漏洞时不易被发现而引起严重污染，但其热利用较合且内管有漏洞时不易被发现而引起严重污染，但其热利用较合理，传热系数较高，一般可达理，传热系数较高，一般可达400 kcal/m400 kcal/m2 2h h。（

37、2）连消塔及维持罐体积的计算A:连消塔培养液在管间流动，线速度为 ，则：式中 培养液流速，m/s；G培养液流量，m3/h，蒸汽冷凝量使培养液量增加，但对灭菌设备中有关因素的影响是很小的，可以略而不计；D外管直径，m；d内管直径，m。则塔高 式中式中 H 连消塔高，连消塔高，m；灭菌时间，灭菌时间，s。内管蒸汽喷孔总面积和孔数计算：内管蒸汽喷孔总面积和孔数计算：根据蒸汽消耗量（根据蒸汽消耗量（m3/h）等于从小孔喷出的蒸汽量（）等于从小孔喷出的蒸汽量（m3/h）得：）得：则则式中式中 F蒸汽喷孔的总面积，蒸汽喷孔的总面积，m3；蒸汽喷孔的速度，蒸汽喷孔的速度，m/s，通常采用，通常采用2540m

38、/sV加热蒸汽消耗量，加热蒸汽消耗量，m3/h。加热蒸汽喷孔数 为：式中 n 喷孔数，个；d1喷孔直径，m。B维持罐维持罐维持罐容积由下式计算：维持罐容积由下式计算：式中式中 V V 维持罐容积，维持罐容积，m m3 3；v v料液体积流量，料液体积流量，m m3 3/h/h；t t维持时间，维持时间，minmin，取经验数据为，取经验数据为825min825min，不，不同类型的发酵维持时间不同；同类型的发酵维持时间不同；充满系数，取充满系数，取0.850.90.850.9。4，连续灭菌设计及计算举例，连续灭菌设计及计算举例参见参见课本课本8384页页课后作业课后作业 一台连续灭菌器的灭菌温

39、度是一台连续灭菌器的灭菌温度是129.5度度,要求要求在在40min内对内对30m3的培养基进行灭菌的培养基进行灭菌,培养基的原培养基的原始污染度是始污染度是105个菌个菌/cm3,要求灭菌后要求灭菌后30m3培养基培养基 中只有中只有 一个一个 菌菌,试计算灭菌时间应多长试计算灭菌时间应多长?四、连续灭菌与间歇灭菌的比较1，连续灭菌的优缺点，连续灭菌的优缺点优点优点保留较多的营养质量保留较多的营养质量容易放大容易放大较易自动控制；较易自动控制；糖受蒸汽的影响较少；糖受蒸汽的影响较少；缩短灭菌周期；缩短灭菌周期；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；发酵罐利用

40、率高；发酵罐利用率高；蒸汽负荷均匀。蒸汽负荷均匀。缺点缺点设备比较复杂，投资较大。设备比较复杂，投资较大。2，分批灭菌的优缺点，分批灭菌的优缺点优点优点设备投资较少设备投资较少染菌的危险性较小染菌的危险性较小人工操作较方便人工操作较方便对培养基中固体物质含量较多时更为适宜对培养基中固体物质含量较多时更为适宜缺点缺点灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，一般只限于中小型发酵装置。动大，一般只限于中小型发酵装置。五、影响灭菌的因素五、影响灭菌的因素培养基成分对灭菌的影响培养基成分对灭菌的影响油脂，糖类及一定浓度的蛋白质可增加微生物油脂，糖类及一定浓度

41、的蛋白质可增加微生物的耐热性，另一些物质，如高浓度的盐类，色的耐热性，另一些物质，如高浓度的盐类，色素等可削弱其耐热性。素等可削弱其耐热性。培养基的物理状态对灭菌的影响培养基的物理状态对灭菌的影响培养基中微生物数量对灭菌的影响培养基中微生物数量对灭菌的影响培养基中氢离子浓度对灭菌的影响培养基中氢离子浓度对灭菌的影响培养基中氢离子浓度直接影响灭菌的效果。培培养基中氢离子浓度直接影响灭菌的效果。培养基的养基的 酸碱度越大，所需杀灭微生物的温度越酸碱度越大，所需杀灭微生物的温度越低。低。微生物细胞中水分对灭菌的影响微生物细胞中水分对灭菌的影响细胞含水越多，蛋白质变性的温度越底细胞含水越多，蛋白质变性

42、的温度越底微生物细胞菌龄对灭菌的影响微生物细胞菌龄对灭菌的影响老细胞水分含量低、低龄细胞水分含量高老细胞水分含量低、低龄细胞水分含量高空气排除情况对灭菌的影响空气排除情况对灭菌的影响搅拌对灭菌的影响搅拌对灭菌的影响泡沫对灭菌的影响泡沫对灭菌的影响六、发酵罐的灭菌六、发酵罐的灭菌培养基的灭菌如果是采用连续灭菌法。则发培养基的灭菌如果是采用连续灭菌法。则发酵罐应在加入灭菌的培养基前先行单独灭菌。酵罐应在加入灭菌的培养基前先行单独灭菌。通常是用蒸汽加热发酵罐的夹套或设管并从通常是用蒸汽加热发酵罐的夹套或设管并从空气分布管中通入蒸汽，充满整个容器后，空气分布管中通入蒸汽，充满整个容器后，再从排气管中缓

43、缓排出。容器内的蒸汽压力再从排气管中缓缓排出。容器内的蒸汽压力保持保持1 1公斤，公斤，2020分钟。在保温结束后，关键是分钟。在保温结束后，关键是随即通入无菌空气，使容器保持正压，防止随即通入无菌空气，使容器保持正压，防止形成真空而吸入带菌的空气。形成真空而吸入带菌的空气。七、补料液的灭菌在发酵过程中，往往要向发酵罐中补入各种不在发酵过程中，往往要向发酵罐中补入各种不同的料液。这些料液都必需经过灭菌。同的料液。这些料液都必需经过灭菌。灭菌的方法则视料液的性质、体积和补料速率灭菌的方法则视料液的性质、体积和补料速率而定。而定。如果补料量较大，而具有连续性时，则采用连如果补料量较大，而具有连续性时，则采用连续灭菌较为合适。续灭菌较为合适。也有利用过滤法对另补料液进行除菌。也有利用过滤法对另补料液进行除菌。补料液的分批灭菌，通常是向盛有物料的容器补料液的分批灭菌，通常是向盛有物料的容器中直接通入蒸汽。中直接通入蒸汽。所有的附属设备和管道都要经过灭菌。所有的附属设备和管道都要经过灭菌。