【正文】 2，連續(xù)滅菌 設(shè)計(jì)及計(jì)算舉例（自學(xué)） 參見(jiàn)： 《微生物工程工藝原理》 P228，倫世儀主編《生化工程》 P22。 二、分批滅菌 1，分批滅菌的設(shè)計(jì) 在發(fā)酵罐中進(jìn)行實(shí)罐滅菌，是典型的分批滅菌 。將溫度提高到一定程度，會(huì)加速細(xì)菌孢子的死滅速度，縮短滅菌時(shí)間，由于有效成分的 ΔE很低，溫度的提高只能稍微增大其破壞速度，但由于滅菌時(shí)間的顯著縮短，有效成分的破壞反而減少。其它條件相同時(shí)， ΔE越高， K 越低，熱死速率越慢。它表現(xiàn)為非對(duì)數(shù)的死亡動(dòng)力學(xué)。相對(duì)熱阻是指某一微生物在某條件下的致死時(shí)間與另一微生物在相同條件下的致死時(shí)間的比值。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)膠體和酶起了不可逆的凝固變性，使微生物在很短時(shí)間內(nèi)死亡，加熱滅菌即是根據(jù)微生物這一特性而進(jìn)行的。 3，培養(yǎng)基滅菌的目的 殺滅培養(yǎng)基中的微生物，為后續(xù)發(fā)酵過(guò)程創(chuàng)造 無(wú)菌的條件。工業(yè)規(guī)模的液體培養(yǎng)基滅菌，殺滅雜菌比除去雜菌更為常用。 2，滅菌與消毒的區(qū)別 滅菌 ：用物理或化學(xué)方法殺死或除去環(huán)境中 所有微生物 ，包括營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)菌芽孢和孢子 消毒 ：用物理或化學(xué)方法殺死物料、容器、器皿內(nèi)外的 病源微生物 。 4，培養(yǎng)基滅菌的要求 （ 1）達(dá)到要求的無(wú)菌程度（ 103） （ 2）盡量減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞，在滅菌過(guò)程中，培養(yǎng)基組分的破壞，是由兩個(gè)基本類型的反應(yīng)引起的： ? 培養(yǎng)基中不同營(yíng)養(yǎng)成分間的相互作用； ? 對(duì)熱不穩(wěn)定的組分如氨基酸和維生素等的分解。 7，濕熱滅菌中的相關(guān)定義 ? 殺死微生物的極限溫度稱為 致死溫度 。 各種微生物對(duì)濕熱的相對(duì)熱阻 微生物 相對(duì)熱阻 營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和酵母 細(xì)菌芽孢 霉菌孢子 病毒和噬 菌體 3106 2~10 1~5 8，濕熱滅菌的優(yōu)點(diǎn) ? 蒸汽來(lái)源容易，操作費(fèi)用低，本身無(wú)毒； ? 蒸汽有強(qiáng)的穿透力，滅菌易于徹底； ? 蒸汽有很大的潛熱； ? 操作方便，易管理。這可能與孢子壁的化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)有關(guān)。 （ 2）不同菌的孢子的熱死滅反應(yīng) ΔE可能各不相同。 受熱物質(zhì) ΔE（ J/mol） 維生素 B12 維生素 B1鹽酸鹽 嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子 肉毒梭菌孢子 枯草 桿菌孢子 96232 92048 283257 343088 317984 如 嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子的 ΔEBS =67000 （ J/mol）， 維生素 B1的 ΔEVB=22020 （ J/mol），將滅菌溫度從 105?C 提高到 127?C， KVB從 （ min1）提高到 （ min1），KBS從 （ min1）提高到 （ min1）。全過(guò)程包括升溫、保溫、降溫三個(gè)過(guò)程。 3，連續(xù)滅菌設(shè)備的結(jié)構(gòu)及計(jì)算 （ 1）設(shè)備結(jié)構(gòu)： 套管式連消塔 噴嘴式連消塔 連消器 噴射加熱器 薄板換熱器 維持罐 （ 2）連消塔計(jì)算（自學(xué)） 參見(jiàn)《發(fā)酵工程與設(shè)備》 P53 四、連續(xù)滅菌與間歇滅菌的比較 1，連續(xù)滅菌的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) – 保留較多的營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量 – 容易放大 – 較易自動(dòng)控制； – 糖受蒸汽的影響較少； – 縮短滅菌周期； – 在某些情況下，可使發(fā)酵罐的腐蝕減少； – 發(fā)酵罐利用率高； – 蒸汽負(fù)荷均勻。 （ 2）培養(yǎng)基的物理狀態(tài)對(duì)滅菌的影響 （ 3）培養(yǎng)基中微生物數(shù)量對(duì)滅菌的影響 （ 4）培養(yǎng)基中氫離子濃度對(duì)滅菌的影響 培養(yǎng)基中氫離子濃度直接影響滅菌的效果。通常是用蒸汽加熱發(fā)酵罐的夾套或設(shè)管并從空氣分布管中通入蒸汽，充滿整個(gè)容器后，再?gòu)呐菤夤苤芯従徟懦?。這些料液都必需經(jīng)過(guò)滅菌。補(bǔ)料液的分批滅菌，通常是向盛有物料的容器中直接通入蒸汽。因此，無(wú)菌空氣的制備就成為發(fā)酵工程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 第一節(jié) 空氣中微生物的分布和發(fā)酵工業(yè)對(duì)空氣無(wú)菌程度的要求一、 無(wú)菌空氣的概念 發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用的“無(wú)菌空氣”是指通過(guò)除菌處理使空氣中含菌量降低在一個(gè)極低的百分?jǐn)?shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機(jī)會(huì)。因此，研究空氣中的含菌情況，選擇良好的采風(fēng)位置和提高空氣系統(tǒng)的除菌效率是保證正常生產(chǎn)的重要內(nèi)容。而氨基酸與抗生素發(fā)酵因周期長(zhǎng)短不同，對(duì)無(wú)菌空氣的要求也不同。 雖然一般懸浮在空氣中的微生物，大多是能耐惡劣環(huán)境的孢子或芽孢，繁殖時(shí)需要較長(zhǎng)的調(diào)整期。 四、空氣含菌量 的測(cè)定 空氣是許多氣態(tài)物質(zhì)的混合物，主要成分是氮?dú)夂脱鯕?，還有惰性氣體及二氧化碳和水蒸汽。要準(zhǔn)確測(cè)定空氣中的含菌量來(lái)決定過(guò)濾系統(tǒng)或查定過(guò)濾空氣的無(wú)菌程度是比較因難的。 第二節(jié) 空氣除菌方法 大多數(shù)需氧發(fā)酵是通入空氣進(jìn)行的。而對(duì)于密 閉式深層好氣發(fā)酵則需要嚴(yán)格的無(wú)菌度，必須經(jīng)過(guò)除菌措施，由于空氣中含有水分和油霧雜質(zhì)，又必須經(jīng)過(guò)冷卻、脫水、脫油等步驟，因此，無(wú)菌空氣的制備須經(jīng)過(guò)一個(gè)復(fù)雜的空氣處理過(guò)程。生產(chǎn)上使用的空氣量大，要求處理的空氣設(shè)備簡(jiǎn)單，遠(yuǎn)行可靠，操作方便，現(xiàn)就各種除菌方法簡(jiǎn)述如下： 一、輻射滅菌 α 射線、 X 射線、 β 射線、 γ射線 、紫外線、超聲波等從理論上講都能破壞蛋白質(zhì)，破壞生物活性物質(zhì)，從而起到殺菌作用。 二、加熱滅菌 雖然空氣中的細(xì)菌芽孢是耐熱的，但溫度足夠高也能將它破壞。利用空氣壓縮時(shí)產(chǎn)生的熱進(jìn)行滅菌對(duì)于無(wú)菌要求不高的發(fā)酵來(lái)說(shuō)則 是一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的方法。C，壓力為 。圖 71(b)是一個(gè)用于石油發(fā)酵的無(wú)菌空氣系統(tǒng)，采用渦輪式空壓機(jī)，空氣進(jìn)機(jī)前利用壓縮后的空氣進(jìn)行預(yù)熱，以提高進(jìn)氣溫度并相應(yīng)提高排氣溫度，壓縮后的空氣用保溫罐維持一定時(shí)間。對(duì) Iμm 的微粒去除率達(dá) 99％，消耗能量小，每處理 1000m3 的空氣每小時(shí)只耗電 ~。懸浮于空氣中的微生物，其孢子大多帶有不同的電荷，沒(méi)有帶電荷的微粒進(jìn)入高壓靜電場(chǎng)時(shí)都會(huì)被電離變成帶電微粒。 圖 72 靜電除塵器 1鋼絲（電暈電極）； 2鋼管（沉淀電極）；3高壓 絕緣瓷瓶； 4鋼板； 5空氣出口；6封頭； 7鋼板； 8法蘭； 9空氣出口。它采用定期滅菌的干燥介質(zhì)來(lái)阻截流過(guò)的空氣中所含的微生物，從而制得無(wú)菌空氣。而且過(guò)濾器的形式也在不斷發(fā)生變化，出現(xiàn)了一些新的形式和新的結(jié)構(gòu)，把發(fā)酵工業(yè)中的染菌控制在極小的范圍。這些改變引起微粒對(duì)濾層纖維產(chǎn)生慣性沖擊、重力沉降、阻攔、布朗擴(kuò)散、靜電吸引等作用而將微粒滯留在纖維表面上。因?yàn)檫^(guò)濾層是 無(wú)數(shù)層單纖維組成的，所以就增朗了捕獲的機(jī)會(huì)。由于纖維交錯(cuò)所阻迫，使空氣要不斷改變運(yùn)動(dòng)方向和速度才能通過(guò)濾層。這種捕集由于微粒直沖到纖維表面，因摩擦粘附，微粒就滯留在纖維表面上，這稱為慣性沖擊滯留作用。 b 的大小由微粒的運(yùn)動(dòng)慣性所決定。氣流速度下降到微粒的慣性力不足以使其脫離主導(dǎo)氣流對(duì)纖維產(chǎn)生碰撞，即在氣流的任一處，微粒也隨氣流改變運(yùn)動(dòng)方向繞過(guò)纖維前進(jìn)，即 b＝ o 時(shí)，慣性力無(wú)因次準(zhǔn)數(shù) φ＝ 1/16，纖維的碰撞滯留效率等于零，這時(shí)的氣流速度稱為慣性碰撞的臨界速度 vc。 圖 74 空氣的臨界速度 vc 二、攔截捕集作用 氣流速度降低到慣性捕集作用接近于零時(shí)，此時(shí)的氣流速度為臨界速度。滯流區(qū)的氣流速度更慢，進(jìn)到滯流區(qū)的微粒慢惕靠近和接觸纖維而被粘附滯留，稱為攔截捕集作用。 設(shè)微粒擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的最大距離為 2x，則離纖維 2x處氣流中的微粒都可能因擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與纖維接觸，滯留在纖維上，這就增加了纖維的捕集效率。就單一重力沉降而言，大顆粒比小顆粒作用顯著，一般 50μm 以上的顆粒沉降作用才顯著。：絕對(duì)溫度，：波爾曼常數(shù)；；：微粒擴(kuò)散率；式中KTKdc K TBBvdBdxdxdxdxdxpMMfMfffff???3//R e )(2)3(211)21()21l n ()21(2R e )(21313?????????????????????????區(qū)內(nèi)。有人測(cè)定微生物孢 子帶電情況時(shí)發(fā)現(xiàn)，約有 75％的孢子具有 l~60負(fù)電荷單位， 15％的孢子帶有 5~14正電荷單位，其余 10％則為中性，這些帶電荷的微粒會(huì)被帶相反電荷的介質(zhì)所吸附?？偟膩?lái)說(shuō)，當(dāng)氣流速度較大時(shí) (約大于 )，慣性捕集是主要的。 以上幾種作用機(jī)理在整個(gè)過(guò)程中，隨著參數(shù)變化有著復(fù)雜的關(guān)系，目前還未能作準(zhǔn)確的理論計(jì)算。自吸式發(fā)酵罐 是由轉(zhuǎn)子的抽吸作用使空氣通過(guò)過(guò)濾器而除菌的。空氣經(jīng)壓縮，一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)換成熱能，出口空氣的溫度在 120~160176。這樣還有利于空壓機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，提高空壓機(jī)的壽命。 (4)空氣過(guò)濾器 一般采用二臺(tái)總過(guò)濾器 (交叉使用 )和每個(gè)發(fā)酵