【正文】 側(cè)面出料管流出；罐上安裝排氣管和壓力表，罐中部設(shè)有溫度計(jì)測(cè)溫口，底部設(shè)有料液排盡管；罐的有效容積應(yīng)滿足維持料液 8~25min的需要。 ? 此工藝的主要缺點(diǎn)是：不能保證培養(yǎng)液先進(jìn)先出，容易出現(xiàn)培養(yǎng)液過熱和滅菌不透現(xiàn)象。 四、培養(yǎng)基連續(xù)滅菌 97 ? (4)冷卻 ? 一般采用冷水噴淋冷卻，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能一次冷卻到發(fā)酵溫度 ； 即用冷水在排管外從上向下噴淋，使管內(nèi)料液在滅菌后要迅速降溫至 40~ 50 ℃ ，再輸送到預(yù)先空消過得罐內(nèi)，繼續(xù)冷卻至培養(yǎng)溫度。 ? 在噴淋開始前，冷卻管內(nèi)應(yīng)充滿料液。 四、培養(yǎng)基連續(xù)滅菌 98 冷卻培養(yǎng)基送入發(fā)酵罐 配料罐 熱交換器 4050℃ 132℃ 1012″ 6075℃ 58min 四、培養(yǎng)基連續(xù)滅菌 99 ? 滅菌時(shí)，要求培養(yǎng)基輸入的壓力與蒸汽總壓力相接近，否則培養(yǎng)基的流速不能穩(wěn)定，影響培養(yǎng)基的滅菌質(zhì)量。一般控制培養(yǎng)基輸入連消塔的速度，滅菌溫度為 132℃ ，在連消塔內(nèi)停留的時(shí)間為 20~30s，再送人維持罐保溫。 ? 該連續(xù)滅菌流程的滅菌效果取決于培養(yǎng)基高溫處理后在維持罐內(nèi)的維持時(shí)間。維持時(shí)間 ? 在生產(chǎn)實(shí)踐中，一般維持時(shí)間定為 5~7min。 soNNKt lo g13 0 ?t k 100 第二種 .噴射加熱一真空冷卻連續(xù)滅菌流程 真空閃急冷卻器 維持管道 ?系統(tǒng)滅菌時(shí)，預(yù)熱后的培養(yǎng)基連續(xù)送入噴射加熱器中，以較高的速度自噴嘴噴出，與蒸汽混合，將培養(yǎng)基迅速加熱至滅菌溫度 (如 140℃ ) ；經(jīng)過維持管道保溫一定時(shí)間后，通過膨脹閥進(jìn)入真空冷卻器，因真空作用使水分急驟蒸發(fā)而冷卻，冷至發(fā)酵溫度后送入已滅菌的發(fā)酵罐內(nèi)。 噴射加熱器 滅菌培養(yǎng)基 未滅菌培養(yǎng)基 四、培養(yǎng)基連續(xù)滅菌 優(yōu)點(diǎn)： 此流程由于受熱時(shí)間短，不致引起培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分的嚴(yán)重破壞；維持管能保證先進(jìn)入的培養(yǎng)基先輸出，避免過熱或滅菌不徹底的現(xiàn)象。 缺點(diǎn) 是隨著蒸汽的冷凝使培養(yǎng)基稀釋，由于培養(yǎng)基黏度的變化，使滅菌溫度和壓力的控制受到影響；如維持時(shí)間較長(zhǎng)，維持管的長(zhǎng)度就需要很長(zhǎng)，安裝使用不便。 101 噴射加熱器 1噴嘴 , 2吸入口 , 3吸入室 , 4混合噴嘴 ,5混合段 ,6擴(kuò)大管 ? 料液被壓送至漸縮式噴嘴，高速噴出，進(jìn)入混合噴嘴；而蒸汽則通過吸入口被吸進(jìn)吸入室，再進(jìn)入混合噴嘴，與料液混合，進(jìn)入混合段；由于混合段較長(zhǎng)，有利于汽液混合，可使料液瞬間達(dá)到滅菌溫度 (一般為 140℃ )，然后進(jìn)入擴(kuò)大管；在擴(kuò)大管中，料液迅速轉(zhuǎn)化為壓力能，被壓入與擴(kuò)大管相連的維持段蛇形管中。 四、培養(yǎng)基連續(xù)滅菌 102 四、培養(yǎng)基連續(xù)滅菌 103 20℃ 31℃ 35℃ 100℃ 140 ℃ 120~132℃ 35℃ 55℃ 55 ℃ 120 ℃ 120℃ 第三種 .板式換熱器連續(xù)滅菌流程 由一系列板式換熱器組成的連續(xù)滅菌流程，為最先進(jìn)的滅菌方法。該流程中，新鮮培養(yǎng)基進(jìn)入 熱回收器 ，由滅過菌的培養(yǎng)基在20~30s內(nèi)將其預(yù)熱至 90~120℃ ； 熱回 收器 然后進(jìn)入 加熱器 ，用蒸汽很快加熱至 140℃ ；繼續(xù)進(jìn)入 維持管道 內(nèi)保溫 30~120s；再進(jìn)入 熱回收器 的另一端冷卻；滅過菌的培養(yǎng)基的熱量被回收后再進(jìn)入 冷卻器 ，用水冷卻至發(fā)酵要求的溫度，冷卻時(shí)間為 20~30s，然后直接送入滅過菌的發(fā)酵罐內(nèi)。 由于新鮮培養(yǎng)基的預(yù)熱是利用滅過菌的培養(yǎng)基的熱量完成的，所以節(jié)約了蒸汽及冷卻水的用量。 加熱 器 維持管道 冷卻 器 104 熱交換器 板式 螺旋板式 螺旋板式連續(xù)滅菌系統(tǒng) 新鮮培養(yǎng)基進(jìn)入第一個(gè)熱交換器 (殘熱回收器 )，由滅過菌的培養(yǎng)基將其預(yù)熱至 90~ 120℃ ，然后 進(jìn)入第二個(gè)熱交換器 (加熱器 )，由蒸汽在20s時(shí)間內(nèi)加熱至 140℃ ， 然后保持滅菌溫度進(jìn)入維持段蛇形管維持 2~3min，進(jìn)入殘熱回收器預(yù)熱新鮮培養(yǎng)基后，進(jìn)入第三個(gè)熱交換器 (冷卻器 )，水冷卻至發(fā)酵要求溫度，送入發(fā)酵罐。 四、培養(yǎng)基連續(xù)滅菌 105 ? 板式冷卻器 ? 體積小，換熱效率高；且利用冷培養(yǎng)液作冷卻劑，既能冷卻了熱培養(yǎng)基，又預(yù)熱了冷培養(yǎng)液，節(jié)約用水和蒸汽。但流動(dòng)阻力較大。 四、培養(yǎng)基連續(xù)滅菌 106 冷液 熱液 冷液 變熱 熱液 變冷 四、培養(yǎng)基連續(xù)滅菌 107 ? 板式換熱器原理圖 四、培養(yǎng)基連續(xù)滅菌 108 發(fā)酵罐滅菌： ? 實(shí)罐滅菌時(shí) ，發(fā)酵罐與培養(yǎng)基一起滅菌。 ? 培養(yǎng)基采用連續(xù)滅菌時(shí) ，發(fā)酵罐需在培養(yǎng)基滅菌之前直接用蒸汽進(jìn)行 空罐滅菌 。 ? 滅菌開始前也要先滅菌空氣分過濾器，然后通入蒸汽加熱發(fā)酵罐的蛇管并從罐頂通入蒸汽，將罐內(nèi)的空氣從罐底排出，充滿整個(gè)容器后， 三路進(jìn)汽 ， 四路緩緩排出 。 ? 空罐滅菌一般維持罐壓 ~、罐溫 125~130℃ 、時(shí)間 30~45min。 ? 空罐滅菌之后不能立即冷卻，以避免罐壓急速下降造成負(fù)壓 (甚至把罐體壓癟 )而染菌。應(yīng)先開排氣閥，排除罐內(nèi)蒸汽，待罐壓低于空氣壓力時(shí)，通入無菌空氣保壓，開冷卻水冷卻到所需溫度，將滅菌后的培養(yǎng)基輸人罐內(nèi)。 六、發(fā)酵設(shè)備的滅菌 109 ? 發(fā)酵罐的附屬?zèng)]備有空氣過濾器、補(bǔ)料系統(tǒng)、消沫劑系統(tǒng)、移種管路等。 ? 總空氣過濾器 滅菌時(shí)，進(jìn)入的蒸汽壓力必須在，滅菌過程中總過濾器要保壓在~，保溫 ~。對(duì)于新裝介質(zhì)的過濾器，滅菌時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng) 15~20min。 ? 滅菌后要用壓縮空氣將介質(zhì)吹干，吹干時(shí)空氣流速要適當(dāng)，流速太小吹不干，流速太大容易將介質(zhì)頂翻，造成空氣短路而染菌。 110 ? 分空氣過濾器 在發(fā)酵罐滅菌之前需進(jìn)行滅菌，維持壓力 2h。滅菌后用空氣吹干備用。 ? 補(bǔ)料罐 的滅菌溫度視物料性質(zhì)而定，如糖水罐滅菌時(shí)蒸汽壓力為 (120℃ )，保溫30min。小體積補(bǔ)料罐采用實(shí)消滅菌方式；如果補(bǔ)料量較大，則采用連續(xù)滅菌較為合適。 ? 油罐 (消沫劑罐 )滅菌時(shí)，其蒸汽壓力為~，保溫 60min。 111 ? 補(bǔ)料管路、消沫劑管路 可與補(bǔ)料罐、 消沫劑 罐同時(shí)進(jìn)行滅菌，要求蒸汽壓力為 ~ MPa，保溫時(shí)間為 1小時(shí)。 ? 移種管路 滅菌一般要求蒸汽壓力為 ~ MPa，保溫 1小時(shí)。 ? 上述各種管路在滅菌之前，要進(jìn)行氣密性檢查，以防泄漏和“死角”的存在。 六、發(fā)酵設(shè)備的滅菌 112 第三節(jié) 空 氣 除 菌 113 ? 試畫出某種空氣預(yù)處理方塊流程（用文字表示） ? 應(yīng)如何選擇空氣過濾除菌流程？ ? 空氣纖維介質(zhì)深層過濾器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是什么？ ? 發(fā)酵使用空氣凈化的標(biāo)準(zhǔn)是什么 ? ? 列出空氣除菌的方法，比較其優(yōu)缺點(diǎn)。 ? 空氣過濾除菌預(yù)處理的目的及工藝流程。 ? 介質(zhì)過濾除菌的原理是什么 ? ? 常用的過濾介質(zhì)有哪些，有何特點(diǎn) ? ? 試分析影響介質(zhì)過濾除菌的因素有哪些 ? 114 一、空氣除菌的必要性 ? 1. 空氣的構(gòu)成 氧氣 氮?dú)? 惰性氣體 二氧化碳 水蒸氣 氣態(tài)物質(zhì)的混合物 懸浮在空氣中的塵粒 構(gòu)成地殼的無機(jī)物質(zhì)顆粒 煙灰 植物花粉 種類繁多的細(xì)菌和其他微生物 空氣 （即大氣） 115 2. 空氣中微生物的數(shù)量與環(huán)境有密切關(guān)系 ? 空氣中的含菌量和種類，隨地區(qū)、高低、季節(jié)、空氣中塵埃多少和人們活動(dòng)情況而變化。 ? 一般干燥、寒冷的 北方 空氣中的含菌量 較少 ，而潮濕溫暖的 南方 則含菌量 較多 ； ? 人口稠密的 城市 比人口少的農(nóng)村含菌量 多 ，一般城市空氣中雜菌數(shù)為 103~104個(gè)／ m3 ； ? 地面 又比高空的空氣含菌量 多 ，離地面越高，含菌量越少；一般每升高 ，空氣中的含菌量就降低一個(gè)數(shù)量級(jí)。 ? 各地空氣中所懸浮的微生物種類及比例各不相同，以 細(xì)菌和細(xì)菌芽胞為主，也有酵母、霉菌和病毒 ，數(shù)量也隨條件的變化而異。 116 ? 這些微生物大小不一，在固體或液體培養(yǎng)基中繁殖后，細(xì)小而輕的菌體、芽孢或孢子會(huì)隨水分的蒸發(fā)、物料的轉(zhuǎn)移被氣流帶入空氣中，一般是附著在空氣中的灰塵上或霧滴上，隨風(fēng)飄浮。 ? 空氣中的塵埃數(shù)與細(xì)菌數(shù)的關(guān)系如下式： ? 式中 y：空氣中的微生物數(shù)量 ，個(gè) /m3； x：空氣中的塵埃顆粒數(shù)量，個(gè) /m3。 ? 所以空氣除菌主要是去除空氣中的微粒 (1μm ）。 ?? xy117 ? 絕大多數(shù)工業(yè)發(fā)酵均是利用好氧微生物進(jìn)行純種培養(yǎng)，無論是生長(zhǎng)還是合成代謝產(chǎn)物都需要消耗大量的溶解氧，用于基質(zhì)同化、菌體生長(zhǎng)和產(chǎn)物代謝。這些氧氣的來源是空氣，但空氣中含有各種各樣的微生物，它們一旦隨空氣進(jìn)入發(fā)酵液，便會(huì)染菌，空氣除菌不徹底是發(fā)酵染菌的主要原因之一。 ? 例如，一個(gè)通氣量為 40m3/min的發(fā)酵罐，一天所需的空氣量高達(dá) 104m3，假如空氣中含菌量為 103~104/m3，那么一天將有 107~108個(gè)微生物細(xì)胞進(jìn)入發(fā)酵罐， ? 這么多的雜菌帶入，完全可以導(dǎo)致發(fā)酵失敗。因此空氣的除菌就成為好氧發(fā)酵工程上的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。 染菌的危害有哪些？ 118 ? 空氣除菌的方法很多，如過濾除菌、熱殺菌、靜電除菌、輻射殺菌等，各種除菌方法的除菌效果、設(shè)備條件、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)各不相同。實(shí)際生產(chǎn)中所需的除菌程度要根據(jù)發(fā)酵工藝而定，既要避免染菌，又要盡量簡(jiǎn)化除菌流程，以減少設(shè)備投資和正常運(yùn)轉(zhuǎn)的動(dòng)力消耗。 ? 如酵母培養(yǎng)所用的培養(yǎng)基成分以糖為主，酵母菌能利用無機(jī)氮，要求的 pH較低， 一般細(xì)菌較難繁殖，而酵母的繁殖速度又較快，能抵抗少量的雜菌影響，因此對(duì)無菌空氣的要求不十分嚴(yán)格，可采用高壓離心式鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)即可。 ? 而一些氨基酸、抗生素等，發(fā)酵周期長(zhǎng)，耗氧量大，無菌程度要求也嚴(yán)格，無菌，無灰塵，無雜質(zhì)，無水，并要求有一定的溫度和壓力，空氣必須經(jīng)過嚴(yán)格的脫水、脫油和過濾除菌處理后才能通入發(fā)酵罐。 119 二、發(fā)酵用無菌空氣的概念和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) ? 為確保生產(chǎn)在純種培養(yǎng)狀態(tài)下進(jìn)行， 嚴(yán)格無菌條件下發(fā)酵用無菌空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求如下： ① 連續(xù)提供，保持 一定流量 ；保證發(fā)酵罐 V/VM的需氣量； ② 保持 一定的壓強(qiáng) ；表壓達(dá)到 ~ MPa。 ③ 空氣的 相對(duì)濕度 在進(jìn)入發(fā)酵罐之前 ≤70%。 ④ 進(jìn)罐前的 空氣溫度 要比培養(yǎng)溫度略高或相同。 ⑤ 潔凈度達(dá)到 N= 103 ； 120 三、空氣過濾除菌流程 空氣高空吸入 前過濾 空氣壓縮 冷卻 油、水分離 加溫 空氣總過濾器 分過濾器 (無菌空氣 ) 發(fā)酵罐 /種子罐 121 三、空氣過濾除菌流程 ? 高空采氣 ? 一般認(rèn)為，高度每上升 ，空氣中微生物量下降一個(gè)數(shù)量級(jí)，因此，空氣吸入口一般都選在上風(fēng)口比較潔凈處，高度一般在 10m左右，設(shè)計(jì)流速 8m/s。 ? 可建在空壓機(jī)房的屋頂上?？捎?采風(fēng)塔或采風(fēng)管，其上有遮水帽， 并在吸氣口處裝置篩網(wǎng)，防止雜物吸入。 122 三、空氣過濾除菌流程 ? 前過濾 ? 從大氣中吸入的空氣常帶有灰塵、沙土、細(xì)菌等，在進(jìn)入空氣壓縮機(jī)前要先經(jīng)過前過濾器， 濾去灰塵、沙土等固體顆粒，以 ? 減少往復(fù)式空氣壓縮機(jī)活塞和氣缸的磨損，延長(zhǎng)空氣壓縮機(jī)的使用壽命，保證空氣壓縮機(jī)的效率， ? 也起到一定的除菌作用，減輕總過濾器的負(fù)擔(dān)。 ? 要求過濾 效率高，阻力小，容灰量大 ，否則會(huì)增加壓縮機(jī)的吸人負(fù)荷和降低壓縮機(jī)的排氣量。 123 三、空氣過濾除菌流程 ? 布袋過濾： ? 結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單， 只要將濾布縫制成與骨架相同形狀的布袋，緊套于焊在進(jìn)氣管的骨架上，并縫緊所有會(huì)造成短路的空隙。 ? 其過濾效率和阻力損失要視所選用的濾布結(jié)構(gòu)情況和過濾面積而定。布質(zhì)結(jié)實(shí)細(xì)致，則 過濾效率高 ， 但阻力大 。最好采用 毛質(zhì)絨布效果較好 ，現(xiàn)多采用 合成纖維濾布 。 ? 濾布要定期換洗，以減少阻力損失和提高過濾效率。 布袋過濾器 填料過濾器 油浴洗滌裝置 水霧除塵裝置 前過濾通常采用 124 布袋式過濾器 振動(dòng)機(jī)構(gòu)含塵氣流圖4 7 機(jī)械振動(dòng)袋式除塵器濾袋凈氣125 三、空氣過濾除菌流程 ? 填料式粗過濾器： ? 一般用油浸鐵回絲、玻璃纖維或其他合成纖維等作填料， 過濾效果比布袋過濾稍好 ， 阻力損失也較小，但結(jié)構(gòu)較復(fù)雜 ，占地面積也較大，內(nèi)部填料經(jīng)常洗換才能保持一定的過濾作用， 操作比較麻煩 。 126 三、空