第三章 灭菌.ppt

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1、第三章 灭 菌1.使生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降。2.杂菌也会产生代谢产物，这就使产物的提取更加困难，造成得率降低，产品质量下降。3.有些杂菌会分解产物，使生产失败。4.杂菌大量繁殖后，会改变反应液的pH值，使反应异常。5.如果发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解，使生产失败。第一节第一节 灭菌的方法灭菌的方法灭菌：用物理或化学的方法杀灭或去除物料或设备中所有生命物质的过程。1 1化学药剂灭菌：化学药剂灭菌：某些化学药剂能与微生物细胞物质发生反应而具有某些化学药剂能与微生物细胞物质发生反应而具有杀菌作用。如甲醛、氯（或次氯酸钠）、高锰酸钾、杀菌作用。如甲醛、氯（或

2、次氯酸钠）、高锰酸钾、环氧乙烷、季铵盐（如新洁尔灭）等。因化学药剂环氧乙烷、季铵盐（如新洁尔灭）等。因化学药剂也会与培养基中的一些成分产生作用，而且加入培也会与培养基中的一些成分产生作用，而且加入培养基中后不易去除，所以化学药剂灭菌不用于培养养基中后不易去除，所以化学药剂灭菌不用于培养基灭菌。基灭菌。2 2射线灭菌射线灭菌 紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的高能粒子紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的高能粒子能起到灭菌的作用。波长为能起到灭菌的作用。波长为2.537102.53710-7-7的紫外线有的紫外线有灭菌效果。但由于其穿透力低，所以只用于表面消灭菌效果。但由于其穿透力低，所以只用于

3、表面消毒和空气消毒。毒和空气消毒。X X射线和由射线和由CoCo6060产生的产生的 射线也可灭射线也可灭菌。菌。3 3干热灭菌干热灭菌 160160保温保温1 h1 h。主要针对必须保持干燥的实验器具或。主要针对必须保持干燥的实验器具或材料（培养皿、接种针、固定化细胞用的载体材料材料（培养皿、接种针、固定化细胞用的载体材料等）。等）。4湿热灭菌 湿热灭菌为最基本的灭菌方法，因为蒸汽穿透能力强，且在冷凝时放出大量的冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀灭微生物。但如果利用蒸汽直接通入培养基中加热灭菌，应考虑扣除冷凝水的体积，否则会降低培养基的浓度。湿热灭菌一般是在120维持2030 min。5过滤除菌

4、 这是利用过滤方法阻拦微生物达到除菌的目的。工业上利用此方法制备无菌空气。在产品的提取中，也可用过滤的方法（如超滤）处理料液，以得到无菌产品。第二节第二节 培养基灭菌培养基灭菌 1.1.微生物的死亡速率微生物的死亡速率 在培养基湿热灭菌时，其中微生物受热死亡的速率是与残存的在培养基湿热灭菌时，其中微生物受热死亡的速率是与残存的微生物数量成正比的。即微生物数量成正比的。即 其中其中N N：培养基中的活菌个数：培养基中的活菌个数 t t：时间：时间 k k：比死亡速率：比死亡速率 开始灭菌时，即开始灭菌时，即t=0t=0时，培养基中活菌数为时，培养基中活菌数为N N0 0。积分上式：积分上式：或或

5、 N N为经过为经过t t时间残留的活菌时间残留的活菌数。数。若以若以 为纵坐标，为纵坐标，t t为横坐标作图，结果为一直线，其斜率为为横坐标作图，结果为一直线，其斜率为-k-k。如下图为大肠杆菌在不同温度下的残留曲线。如下图为大肠杆菌在不同温度下的残留曲线。-值越大，表明微生物越容易死亡。2.培养基灭菌 培养基的灭菌有分批法和连续法两种培养基的灭菌有分批法和连续法两种。分批灭菌是将配制好的培养基放入发酵罐中，通入蒸汽，使培养基和所有设备一起灭菌。这一过程也称为实罐灭菌。连续灭菌是在配制好的培养基向发酵罐输送的同时加热、保温和冷却，完成整个灭菌过程。连续灭菌时间短，灭菌温度一般高于分批灭菌，所

6、以可减少对营养物质的破坏，灭菌效果优于分批式，但灭菌设备较复杂，投资大，而且所有设备须事先进行空罐灭菌，如发酵罐、加热器、维持罐、冷却器等。第三节第三节 空气除菌空气除菌 一一 空气过滤除菌流程空气过滤除菌流程空气过滤除菌流程是按生产对无菌空气的要求，空气过滤除菌流程是按生产对无菌空气的要求，根据空气的性质制定的。此外，也要从吸气环境根据空气的性质制定的。此外，也要从吸气环境的空气条件和所采用设备的特性综合考虑后设计。的空气条件和所采用设备的特性综合考虑后设计。对一般要求的低压无菌空气，可直接采用鼓风机对一般要求的低压无菌空气，可直接采用鼓风机增压后进入过滤器，经过一至二次过滤除菌制得。增压后

7、进入过滤器，经过一至二次过滤除菌制得。如无菌室、超净工作台等的无菌空气就是采用这如无菌室、超净工作台等的无菌空气就是采用这一简单流程。一般深层通风发酵，除了要求无菌一简单流程。一般深层通风发酵，除了要求无菌空气具有必要的无菌程度外，还需具有一定的压空气具有必要的无菌程度外，还需具有一定的压力，这即是比较复杂的空气除菌流程。力，这即是比较复杂的空气除菌流程。制备无菌空气的大致过程无菌空气无菌空气 空气空气高空取气管高空取气管除尘器除尘器空气压缩机空气压缩机贮气罐贮气罐一级冷却器一级冷却器油水分离器油水分离器二级冷却器二级冷却器除雾器除雾器加热器加热器过滤器过滤器1 1、高空采风、两次冷却、两次分

8、油水、适当加热流程 特点：两次冷却、两次分油水、适当加热。空气第一次冷却到3035，第二级冷却至2025，经分水后加热到3035，因为温度升高，相对湿度下降。2、冷热空气直接混合式空气除菌流程 特点：省去一级冷却和分离设备及空气再加热设备，简化了流程，使冷却水用量也降低了。压缩空气从贮罐出来分两路，一部分进冷却器，经分离器分离水、油雾后与另一部分未处理过的高温压缩空气混合，使混合后的空气温度为3035，相对湿度为5060%。其他几种空气除菌流程高效前置过滤除菌流程在压缩机前设置一台高效过滤器，这样便可降低过滤器负荷（即多次过滤），达到空气除菌的要求。二二二二 对数穿透定律对数穿透定律对数穿透定

9、律对数穿透定律1 1对数穿透定律对数穿透定律对数穿透定律对数穿透定律 通过滤层杂质数是随滤层厚度的增加而减少的，即通过滤层杂质数是随滤层厚度的增加而减少的，即通过滤层杂质数是随滤层厚度的增加而减少的，即通过滤层杂质数是随滤层厚度的增加而减少的，即 k k1 1：过滤常数或除菌常数。：过滤常数或除菌常数。N N和和N N0 0：一定体积的空气在除菌前后的总菌数（个）：一定体积的空气在除菌前后的总菌数（个）L L：过滤介质厚度（：过滤介质厚度（mm）滤层不能太厚，否则过滤阻力太大；过滤器直径不能太大，否则棉花添料不易填均匀，容滤层不能太厚，否则过滤阻力太大；过滤器直径不能太大，否则棉花添料不易填均

10、匀，容易在某一地方形成短路。易在某一地方形成短路。穿透率：穿透率：为穿透滤层的微粒数与原有微粒数的比值。为穿透滤层的微粒数与原有微粒数的比值。如果要求每如果要求每10001000次使用周期中只允许有一个杂菌通过，即经过滤后要求无菌度，次使用周期中只允许有一个杂菌通过，即经过滤后要求无菌度，则则 其中其中 假设原有颗粒数为假设原有颗粒数为5000(5000(个个/m3)/m3)为分批发酵的时间或过滤器的无菌周期（为分批发酵的时间或过滤器的无菌周期（h h）V V1 1为通风量（为通风量（）=-=-=除菌效率填充率 一般=8%，空隙率=1-一般采用过滤效率为90%时的滤层厚度作为对比基准。即微粒的

11、90被捕获 假 设a.空气中微粒在滤层中为均匀递减，即每一纤维薄层除去同样百分率的杂菌。b.b.空气中的微粒与纤维表面接触后即被吸附。c.c.过滤器的过滤效率与空气中的微粒浓度无关。d.过滤介质每根纤维的空气流态，不因其它邻近纤维的存在而受影响。2对数穿透定律的校正对数穿透定律的校正对数穿透定律是以上面提到的四点假设为前提推导出来的。这只符合滤层较薄的情况。但在实际中，当滤层加厚时，值不是常数。也就是说，空气在过滤时微粒含量沿滤层不是均匀递减，所以以上推出的对数穿透定律就不适合于较厚滤层的情况，需要进行校正。这里从略。三三 过滤介质过滤介质1 1棉花：棉花：品种不同，要求新鲜，纤维长而疏松，贮

12、存时间长的话，纤维易断，易堵塞。一般品种不同，要求新鲜，纤维长而疏松，贮存时间长的话，纤维易断，易堵塞。一般df=1621df=1621mm，装填密度，装填密度150200kg/m3150200kg/m3。2 2玻璃纤维：玻璃纤维：dfdf=819=819mm,=610=610，它的阻力损失小，它的阻力损失小3 3活性炭：活性炭：D=3mmD=3mm，l=510 mml=510 mm 此种介质强度高，表面积大，空隙大，阻力小，只有棉花阻力的此种介质强度高，表面积大，空隙大，阻力小，只有棉花阻力的1/121/12。4 4超细玻璃纤维纸：超细玻璃纤维纸：d df f=11.5=11.5mm 超细玻

13、璃纤维纸是上好的无碱玻璃，喷吹成丝状纤维，再以造纸法做成。该超细玻璃纤维纸是上好的无碱玻璃，喷吹成丝状纤维，再以造纸法做成。该过滤为高气速过滤，气流速度越高，效率越高。但超细玻璃纤维纸强度小，过滤为高气速过滤，气流速度越高，效率越高。但超细玻璃纤维纸强度小，易断，多用于分过滤器。为了增加强度，可添加：易断，多用于分过滤器。为了增加强度，可添加：木浆纤维。但效率较低；木浆纤维。但效率较低；环氧树脂；环氧树脂；多层复合使用。可增加强度，厚度多层复合使用。可增加强度，厚度0.25mm0.25mm。5 5石棉滤板：石棉滤板：2020石棉，石棉，8080其它纤维，厚度其它纤维，厚度3 35mm5mm，纤

14、维短，纤维短，dfdf粗，效率高。特点：不怕水，粗，效率高。特点：不怕水，受潮不易穿孔和折断。受潮不易穿孔和折断。深层深层纤维介质空气过滤器纤维介质空气过滤器进气口进气口压紧架压紧架出气口出气口纤维介质纤维介质换热换热夹套夹套活性炭活性炭JPF空气过滤器空气过滤器四四 深层过滤器除菌机理深层过滤器除菌机理1 1惯性冲击滞留作用机理惯性冲击滞留作用机理 当气流前进时遇到前面的阻碍物而突然改变方向，但颗粒由当气流前进时遇到前面的阻碍物而突然改变方向，但颗粒由于惯性力的作用仍然沿直线运动与纤维碰撞而附着在纤维表面，于惯性力的作用仍然沿直线运动与纤维碰撞而附着在纤维表面，此颗粒就被捕集了。此颗粒就被捕

15、集了。2 2 拦截滞留作用机理拦截滞留作用机理 气速降至气速降至V Vc c以下时，惯性冲击作用已不存在，然而存在着另以下时，惯性冲击作用已不存在，然而存在着另一种作用，即拦截作用来捕集微粒。这是因为颗粒紧紧地随着气一种作用，即拦截作用来捕集微粒。这是因为颗粒紧紧地随着气流流动，气流改变流向时颗粒也跟着改变方向，当颗粒与纤维表流流动，气流改变流向时颗粒也跟着改变方向，当颗粒与纤维表面接触时就捕集了。面接触时就捕集了。3 3 布朗扩散滞留作用机理布朗扩散滞留作用机理 有些直径微小的微粒在很慢的气速下作不规则的直线运动，有些直径微小的微粒在很慢的气速下作不规则的直线运动，这就是布朗扩散。小颗粒呈布朗运动而发生位移，当它与纤维接这就是布朗扩散。小颗粒呈布朗运动而发生位移，当它与纤维接触就附着于纤维表面而被捕集了。前提是触就附着于纤维表面而被捕集了。前提是d dp p11mm。当气流速度较高时，以惯性冲击为主，而当气流速度低于一当气流速度较高时，以惯性冲击为主，而当气流速度低于一定限度时，以阻拦和扩散为主，并可认为惯性冲击不起作用。此定限度时，以阻拦和扩散为主，并可认为惯性冲击不起作用。此时的气流速度称为临界速度时的气流速度称为临界速度V Vc c。