【正文】 微生物微粒直徑很小，質(zhì)量很輕，它隨低速氣流流動(dòng)慢慢靠近纖維時(shí)，微粒所在的主導(dǎo)氣流流線受纖維所阻，從而改變流動(dòng)方向，繞過纖維前進(jìn)，而在纖維的周邊形成一層邊界滯流區(qū)。 3，擴(kuò)散捕集作用 直徑很小的微粒在很慢的氣流中能產(chǎn)生一種不規(guī)則的運(yùn)動(dòng)，稱為布朗擴(kuò)散。當(dāng)微粒重力超過空氣作用于其上的浮力時(shí)，即發(fā)生一種沉降加速度。重力沉降作用一般是與攔截作用相配合，即在纖維的邊界滯留區(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。圖 75 是單纖維除菌總效率 ηs(包括慣性、擴(kuò)散、攔截等作用 )與氣流速度的關(guān)系。而在兩者之間，在 ηs 極小值附近，可能是攔截作用占優(yōu)勢(shì)。如無(wú)菌室、超凈工作臺(tái)等用作層流技術(shù)的無(wú)菌空氣就是采用這種簡(jiǎn)單流程。從大氣中吸入的空氣常帶有灰塵、沙土、細(xì)菌等；在壓縮過程中，又會(huì)污 染潤(rùn)滑油或管道中的鐵銹等雜質(zhì)。 (1)首先將進(jìn)入空壓機(jī)的空氣粗濾，濾去灰塵、沙土等固體顆粒。 (3)為防止往復(fù)壓縮機(jī)產(chǎn)生脈動(dòng)，和一般的空氣供給一樣，流程中需設(shè)置一個(gè)或數(shù)個(gè)貯氣罐。從空氣壓縮機(jī)出來的空氣 (一般壓力在 以上，溫度 120~160176。一般，空氣凈化采取如圖 76 所示的工藝流程。據(jù)報(bào)道，吸 氣口每提高 3． 05m，微生物數(shù)量減少一個(gè)數(shù)量級(jí)。 (2)粗過濾器 吸入的空氣在進(jìn)入壓縮機(jī)前先通過粗過濾器過濾，可以減少進(jìn)入空氣壓縮機(jī)的灰塵和微生物，減少往復(fù)式空氣壓縮機(jī)活塞和氣缸的磨損，減輕介質(zhì)過濾除菌的負(fù)荷?？諝庵械撵F滴不僅帶有微生物，還會(huì)使空氣過濾器中的過濾介質(zhì)受潮而降低除菌效率，以及使空氣過濾器的阻力增加。C(渦輪式壓縮機(jī) )，其相對(duì)濕度大大降低，如果在此高溫下就進(jìn)入空氣過濾器過濾，可以減少壓縮空氣中夾帶的水分，使過濾介質(zhì)不致受潮。 空氣通過往復(fù)式壓縮機(jī)的氣缸后縮帶來的油霧滴，同樣會(huì)粘附微生物，降低過濾器的除菌效率及使過濾阻力增大，但通過冷卻后可以和水一起分離除去。C 左右的水，把從壓縮機(jī)出來的 120176。 （ 2）二級(jí)空氣冷卻器 用 9176。C。 （ 5）絲網(wǎng)除沫器 用以分離 5μm 以上的液滴。因此，還必須使用加熱器來提高空氣溫度，降低空氣的相對(duì)濕度 (要求在 60％以下 )，以免析出水來。 1，對(duì)數(shù)穿透定律 研究過濾器的過濾規(guī)律時(shí)，先排除一些復(fù)雜的因素，假定： (1)過濾器中過濾介質(zhì)每一纖維的空氣流態(tài)并不因其它鄰近纖維的存在而受影響； (2)空氣中的微粒與纖維表面接觸后即被吸附，不再被氣流帶走； (3)過濾器的過濾效率與空氣中微粒的濃度無(wú)關(guān)； (4)空氣中的微粒在濾層中遞減均勻，即每一纖維薄層除去同樣百分率的菌體。 N2/N1 稱為微粒通過介質(zhì)的穿透率，以 P 表示，則介質(zhì)層過濾效率 η 用 l— P 表示。 式 (10)中的 K 值與纖維介質(zhì)的性質(zhì)、直徑、填充率、氣流速度以及菌體大小有關(guān)， K 值可以從下式求得： 對(duì)數(shù)穿透定律是以四點(diǎn)假定為 前提推導(dǎo)出來的。這說明對(duì)數(shù)穿透定律不夠完善，需要校正。但隨著填充率及氣流速度的增大及纖維直徑的減小，通過介質(zhì)層的阻力 (即壓力降 )將增加，使空壓機(jī)的出口壓力受到影響。迄今用得比較多的纖維過濾器是用棉花或玻璃纖維結(jié)合活性炭作為過濾介質(zhì)的過濾器。 以纖維狀或顆粒狀介質(zhì)層為濾床的過濾器為立式圓筒形，內(nèi)部填充過濾介質(zhì)，以達(dá)到除菌的目的。目前有的過濾器控制的流速較低僅為~，相應(yīng)的壓 力降也較小。通常總的高度 L 中，上下棉花層厚度為總過濾層的 1/4~1/3，中間活性炭層為 1/2~l/3，在鋪棉花層之前先在下孔板鋪上一層30~40 目的金屬絲網(wǎng)和織物 (如麻布等 )，使空氣均勻進(jìn)入棉花濾層。 在填充介質(zhì)區(qū)間的過濾器圓筒外部有裝夾套的，夾套的作用是在消毒前后對(duì)過濾介質(zhì)加熱，在北方也可以作為冬天溫度太低時(shí)保溫用。 過濾器上方應(yīng)裝有安全閥、壓力表，罐底裝有排污孔，以便經(jīng)常檢查空氣冷卻是否完全，過濾介質(zhì)是否潮濕等。緩沖層可裝填棉花、玻璃纖維或金屬絲網(wǎng)等。 過濾器的直徑可由式 ()確定，空氣在過濾器內(nèi)的流速為 ~，且阻力很小，未經(jīng)樹脂處理的單張濾紙?jiān)诳諝饬魉贋?． 4Pa(3mmHg)。當(dāng)過濾面積要求較大時(shí)，則設(shè)備直徑很大。 (4)折疊式低速過濾器 在一些要求過濾阻力損失很小，過濾效率比較高 的場(chǎng)合，如潔凈工作臺(tái)、潔凈工作室或自吸式發(fā)酵罐等，都需要設(shè)計(jì)、生產(chǎn)一些低速過濾器來滿足它們的需要。 選擇過濾器時(shí)，應(yīng)按通過空氣的體積流量和流速進(jìn)行計(jì)算。目前，我國(guó)一般采用玻璃纖維或泡沫塑料的中效過濾器配合使用；這樣較大的微粒和部分小微粒被中效過濾器濾去，以減少高效過濾表面的微粒堆積和堵塞過濾網(wǎng)格的現(xiàn)象。據(jù)測(cè)定，超細(xì)玻璃纖維紙的除菌效率最好，但易為油、水所沾污。 新的過濾介質(zhì)還有燒結(jié)材料、多孔材料等高效濾菌材料。開始時(shí)先將夾套預(yù)熱 (有的空氣過濾器無(wú)夾套則不需預(yù)熱 )，然后將蒸汽直接沖入介質(zhì)層中：小型過濾器的滅菌時(shí)間約為半小時(shí)，蒸汽從上向下沖；大型過濾器的滅菌時(shí)間約為 l h，蒸汽一般先從下向上沖半小時(shí)，再?gòu)纳舷蛳聸_半小時(shí)。因此，在過濾器通往發(fā)酵罐的管道上應(yīng)安裝單向閥門，操作時(shí)必須予以注意。其生產(chǎn)方法與條件隨不同的生產(chǎn)品種和菌種種類而異。種子液質(zhì)量的優(yōu)劣對(duì)發(fā)酵生產(chǎn)起著關(guān)鍵性的作用。 第一節(jié) 種子的制備過程 在發(fā)酵生產(chǎn)過程中，種子制備的過程大致可分為兩個(gè)階段： （ 1）實(shí)驗(yàn)室種子制備階段 （ 2）生產(chǎn)車間種子制備階段 一、實(shí)驗(yàn)室種子的制備 實(shí)驗(yàn)室種子的制備一般采用兩種方式： 對(duì)于產(chǎn)孢子能力強(qiáng)的及孢子發(fā)芽、生長(zhǎng)繁殖快的菌種可以采用固體培養(yǎng)基培養(yǎng)孢子，孢子可直接作為種子罐的 種子，這樣操作簡(jiǎn)便，不易污染雜菌。細(xì)菌菌體培養(yǎng)時(shí)間一般為 1~2 天，產(chǎn)芽孢的細(xì)菌培養(yǎng)則需要 5~10 天。 3，放線菌孢子的制備 放線菌的孢子培養(yǎng)一般采用瓊脂斜面培養(yǎng)基，培養(yǎng)基中含有一些適合產(chǎn)孢子的營(yíng)養(yǎng)成 分，如麩皮、豌豆浸汁、蛋白胨和一些無(wú)機(jī)鹽等。將孢子接入含液體培養(yǎng)基的搖瓶中，于搖瓶機(jī)上恒溫振蕩培養(yǎng)，獲得菌絲體，作為種子。從三角瓶到卡氏培養(yǎng)罐 培養(yǎng)期間，均需定時(shí)搖動(dòng)或通氣，使酵母菌液與空氣接觸，以有利與酵母菌的增殖。 比如： 細(xì)菌 ：生長(zhǎng)快，種子用量比例少，級(jí)數(shù)也較少，二級(jí)發(fā)酵。 第二節(jié) 種子質(zhì)量的控制 一、影響孢子質(zhì)量的因素及控制 影響孢子質(zhì)量的因素通常有：培養(yǎng)基、培養(yǎng)條件、培養(yǎng)時(shí)間和冷藏時(shí)間等。 原材料質(zhì)量的波動(dòng)，起它要作用的是其中無(wú)機(jī)離子含量不同，如微量元素 Mg2+ 、 Cu2+ 、 Ba2+能刺激孢子的形成。 解決措施 ： （ 1）培養(yǎng)基所用原料要經(jīng)過發(fā)酵試驗(yàn)合格才可使用； （ 2）嚴(yán)格控制滅菌后培養(yǎng)基的質(zhì)量； （ 3）斜面培養(yǎng)基使用前，需在適當(dāng)溫度下放置一定時(shí)間； （ 4）供生產(chǎn)用的孢子培養(yǎng)基要用比較單一的氮源，作為選種或分離用的培養(yǎng)基則采用較復(fù)雜的有機(jī)氮源。 （ 2）濕度 制備斜面孢子培養(yǎng)基的濕度對(duì)孢子的數(shù)量和 質(zhì)量有較大的影響。 表 71 不同相對(duì)濕度對(duì)龜裂鏈霉菌斜面生長(zhǎng)的影響 相對(duì)濕度（ %） 斜面外觀 活孢子計(jì)數(shù)（億 /支） ~19 25~36 40~45 上部稀薄、下 部稠略黃 上部薄、中部均勻發(fā)白 一片白，孢子豐富，稍皺 3，培養(yǎng)時(shí)間和冷藏時(shí)間 （ 1）培養(yǎng)時(shí)間 一般來說，衰老的孢子不如年輕的孢子，因?yàn)樗ダ系逆咦右言谥鸩竭M(jìn)入發(fā)芽階段，核物質(zhì)趨于分化狀態(tài)。如土霉素生產(chǎn)菌種孢子斜面培養(yǎng) 4 天左右即于 4℃ 冰箱保存，發(fā)現(xiàn)冷藏 7~8 天菌體細(xì)胞開始自溶。 4，接種量 接種量大小影響到培養(yǎng)基中孢子的數(shù)量，進(jìn)而影響菌體的生理狀況。例如，青霉素的生產(chǎn)菌種在制備過程中將通氣充足和不足兩種情況下得到的種子分別接入發(fā)酵罐內(nèi)，它們的發(fā)酵單位可相差 1 倍。時(shí)間太長(zhǎng)，菌種趨于老化，生產(chǎn)能力下降，菌體自溶；種齡太短，造成發(fā)酵前期生長(zhǎng)緩慢。 接種量的大小決定于生產(chǎn)菌種在發(fā)酵罐中生長(zhǎng)繁殖的速度，采用較大的接種量可以縮短發(fā)酵罐中菌絲繁殖達(dá)到高峰的時(shí)間，使產(chǎn)物的形成提前到來，并可減少 雜菌的生長(zhǎng)機(jī)會(huì)。因此首先必須保證生產(chǎn)菌種的穩(wěn)定性，其次是提供種子培養(yǎng)的適宜環(huán)境保證無(wú)雜菌侵入，以獲得優(yōu)良種子。 3，產(chǎn)物生成量 在抗生素發(fā)酵中，產(chǎn)物生成量是考察種子質(zhì)量的重要指標(biāo)，因?yàn)榉N子液中產(chǎn)物生成量的多少間接反映種子的生產(chǎn)能力和成熟程度。 (2)培養(yǎng)條件 33~34℃，培養(yǎng) 18~24h。 (3)一級(jí)種子質(zhì)量要求 種齡： 12h， pH 值： 177。 (1)培養(yǎng)基組成 培養(yǎng)基組成（ %） T613 B9 T738 水解糖 玉米漿 磷酸氫二鉀 硫酸鎂 尿素 Fe++（ ppm） 2 2 2 2 Mn++（ ppm） pH 2 2 2 2 (2)培養(yǎng)條件 接種量： ~％ 培養(yǎng)溫度： 32~34℃ 培養(yǎng)時(shí)間： 7~8h 通風(fēng)量： 50L 種子罐 1: 攪拌轉(zhuǎn)速 340r／ min； 250L 種子罐 1: 攪拌轉(zhuǎn)速 300r／ min 500L 種子罐 1: 攪拌轉(zhuǎn)速 230r／ min (3)二級(jí)種子的質(zhì)量要求 種齡： 7~8h pH： 左右 OD 值凈增 左右 無(wú)菌檢查 () 噬菌體檢查 () 二、啤酒酵母的擴(kuò)大培養(yǎng) 一般可采用三級(jí)擴(kuò)大培養(yǎng)，擴(kuò)大倍數(shù)：第 1 級(jí)到第 2 級(jí)為 810 倍，第 2 級(jí)到第 3 級(jí)為 46 倍。其任務(wù)首先是使菌種不致死亡，同時(shí)還要盡可能設(shè)法把菌 種的優(yōu)良特性保持下來而不致向壞的方面轉(zhuǎn)化。 菌種保藏的方法 （ 1） 斜面低溫保藏法 將菌株接種于合適斜面培養(yǎng)基上，待生長(zhǎng)好后置于 4 冰箱保藏，每隔一定時(shí)間進(jìn)行移接培養(yǎng)后再將新斜 面繼續(xù)保藏。 這種方法也比較簡(jiǎn)便，且保藏時(shí)間一般可長(zhǎng)達(dá) l 年以上。適用于細(xì)菌的芽孢、霉菌和放線菌孢子的保藏，不適于對(duì)干燥敏感的無(wú)芽孢的細(xì)菌和酵母菌。 微生物在此條件下易死亡，所以需加入一些物質(zhì)作保護(hù)劑，一般常用的是脫脂牛奶、血清等。該方法的要點(diǎn)是：將要保藏的菌種置于 10%甘油或二甲基亞砜保護(hù)劑中，密封于試管或安瓿管中，然后將其放入超低溫冰箱中于70℃ 下保藏。常見的菌種衰退在形態(tài)上表現(xiàn)為分生孢子的減少或菌落顏色的改變。如培養(yǎng)基中微量元素缺乏會(huì)導(dǎo)致孢子數(shù)量減少，也會(huì)引起孢子顏色的改變。因此，必須正確判斷是否退化，才能找出正確的解決辦法。當(dāng)然，這些負(fù)突變都是自發(fā)形成的。很多抗生素生物合成、產(chǎn)生氣生菌絲和色素等性狀都部分或全部受質(zhì)粒基因控制。這是一種廣義的退化現(xiàn)象。為了得到較多純種，有人考慮提高誘變劑量，使單核細(xì)胞 DNA 雙鏈中一條鏈的某一點(diǎn)發(fā)生突變，另一條鏈完全失活不再?gòu)?fù)制來提高純菌產(chǎn)生率。個(gè)別細(xì)胞性狀改變不足以引起菌種退化，經(jīng)多次傳代，退化細(xì)胞在數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)，于是退化性狀表現(xiàn)逐步明朗化，最終成為一株退化菌株。 其它因素 其它如溫度、濕度、培養(yǎng)基成分及各種培養(yǎng)條件都會(huì)引起菌種的基因突變。一般情況下，斜面每移植一代，霉菌、放線菌、芽孢桿菌在低溫下可保藏半年左右，酵母可保藏 3 個(gè)月左右，無(wú)芽孢細(xì)菌可保藏 1 個(gè)月左右。 （ 3）利用不同類型的細(xì)胞進(jìn)行傳代 在放線菌和霉菌中，由于它們的菌絲細(xì)胞常含有許多核，甚至是異核體，因此用菌絲接種時(shí)就會(huì)出現(xiàn)衰退和不純的子代。 （ 4）選擇合適的保藏方 法 采用有效的菌種保藏方法也可以防止菌種的衰退。從而限制退化菌株在數(shù)量上占優(yōu)勢(shì)，最后淘汰已退化菌落而使原菌株得