【正文】 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 振動機構含塵氣流圖4 7 機械振動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)構較復雜 ，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 。 ? 其過濾效率和阻力損失要視所選用的濾布結(jié)構情況和過濾面積而定。可用 采風塔或采風管，其上有遮水帽， 并在吸氣口處裝置篩網(wǎng)，防止雜物吸入。 ③ 空氣的 相對濕度 在進入發(fā)酵罐之前 ≤70%。實際生產(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，又要盡量簡化除菌流程，以減少設備投資和正常運轉(zhuǎn)的動力消耗。這些氧氣的來源是空氣，但空氣中含有各種各樣的微生物，它們一旦隨空氣進入發(fā)酵液，便會染菌，空氣除菌不徹底是發(fā)酵染菌的主要原因之一。 116 ? 這些微生物大小不一，在固體或液體培養(yǎng)基中繁殖后，細小而輕的菌體、芽孢或孢子會隨水分的蒸發(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，隨風飄浮。 ? 空氣過濾除菌預處理的目的及工藝流程。 111 ? 補料管路、消沫劑管路 可與補料罐、 消沫劑 罐同時進行滅菌，要求蒸汽壓力為 ~ MPa，保溫時間為 1小時。滅菌后用空氣吹干備用。 ? 總空氣過濾器 滅菌時，進入的蒸汽壓力必須在，滅菌過程中總過濾器要保壓在~，保溫 ~。 ? 空罐滅菌一般維持罐壓 ~、罐溫 125~130℃ 、時間 30~45min。但流動阻力較大。該流程中，新鮮培養(yǎng)基進入 熱回收器 ，由滅過菌的培養(yǎng)基在20~30s內(nèi)將其預熱至 90~120℃ ； 熱回 收器 然后進入 加熱器 ，用蒸汽很快加熱至 140℃ ；繼續(xù)進入 維持管道 內(nèi)保溫 30~120s；再進入 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入 冷卻器 ，用水冷卻至發(fā)酵要求的溫度，冷卻時間為 20~30s，然后直接送入滅過菌的發(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： 此流程由于受熱時間短，不致引起培養(yǎng)基營養(yǎng)成分的嚴重破壞；維持管能保證先進入的培養(yǎng)基先輸出，避免過熱或滅菌不徹底的現(xiàn)象。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)停留的時間為 20~30s，再送人維持罐保溫。 ? 此工藝的主要缺點是：不能保證培養(yǎng)液先進先出，容易出現(xiàn)培養(yǎng)液過熱和滅菌不透現(xiàn)象。 94 汽液混合式連消塔 培養(yǎng)基 ? 汽液混合式連消塔 是由2~3個噴嘴式連消器組合而成，既可制成立式又可制成臥式，培養(yǎng)液經(jīng)過 2~3次蒸氣加熱，可達到較高的滅菌溫度； ? 加熱和維持可在一個塔內(nèi)完成。 ? 培養(yǎng)液流動線速度要小于；在管內(nèi)逗留時間為15~20秒，塔高 10m左右。 ? 此不是殺菌主要部位 。 ? 設備： 配料罐兼做，或用專門的預熱交換器。 ? 缺點是： ? 蒸汽壓力一般要求高于 ； ? 不適用于黏度大或固形物含量高的培養(yǎng)基的滅菌； ? 需增加一套連續(xù)滅菌設備，投資較大； ? 增多了操作環(huán)節(jié)，增加了染菌的幾率。 培養(yǎng)基分批滅菌的優(yōu)、缺點： 84 ? 培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外經(jīng)過一套滅菌設備連續(xù)加熱滅菌，冷卻后送入已滅菌的發(fā)酵罐內(nèi)，這種工藝過程稱為連續(xù)滅菌 。這兩段時間實際上也有一定的滅菌作用，所以 分批滅菌的總時間為加熱、維持和冷卻所需要的時間之和 。 ? 保溫到時間后，依次關閉各排汽、進汽閥；待罐內(nèi)壓力降至 MPa左右 (注意罐壓必須低于空氣過濾器壓力 )時， 迅速 向罐內(nèi)通入無菌空氣，以維持發(fā)酵罐降溫過程中的正壓 ； ? 開啟冷卻系統(tǒng)， 向夾套或蛇管中通入冷水，使培養(yǎng)基快速降至所需溫度。 三路進汽 液面 四路出汽 80 ? 保溫： 當發(fā)酵罐內(nèi)溫度升至 110℃ 左右，控制進出蒸汽閥門直至溫度達 121℃ 、壓力為 ，開始保溫。 ? 作用： 使物料糊化、溶脹并均勻受熱；減少冷凝水的生成；減輕蒸汽流沖擊發(fā)酵液產(chǎn)生的噪音。 三、培養(yǎng)基分批滅菌 分批滅菌 連續(xù)滅菌 77 攪拌槳 78 ? 進行實罐滅菌前，通常先把 空氣分過濾器滅菌 并用空氣吹干。 ? 降低蒸汽分壓使之不能達到應有的溫度，如果滅菌器內(nèi)冷空氣排除不徹底，壓力表所顯示的壓力就不單是罐內(nèi)蒸汽的壓力，還有空氣的分壓，罐內(nèi)的實際溫度低于壓力表所對應的溫度，造成滅菌溫度不夠，檢驗滅菌器內(nèi)空氣排除度，可采用多種方法，最好的辦法是發(fā)酵罐同時裝有壓力表和溫度計。天然基質(zhì)培養(yǎng)基，特別是營養(yǎng)豐富或變質(zhì)的原料中的含菌量遠比化工原料的含菌量多，因此滅菌時間要適當延長。 74 二、影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素 ? 泡沫 ? 泡沫中的空氣會形成隔熱層，使傳熱困難，對滅菌極為不利。 ? 固體培養(yǎng)基的滅菌時間要比液體培養(yǎng)基的滅菌時間長，如果 100℃ 時液體培養(yǎng)基的滅菌時間為 1h，同體培養(yǎng)基則需要 2~3h才能達到同樣的滅菌效果。 培養(yǎng)基成分對大腸桿菌滅菌影響 環(huán)境 水 10%糖液 30%糖液 致死 60~65℃ ， 10min 70℃ ， 4~6min 70℃ ， 30min 72 二、影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素 培養(yǎng)基的 pH值 ? pH對微生物的耐熱性影響很大。 一、溫度和時間對培養(yǎng)基滅菌的影響 70 ? 下表列出的是達到完全滅菌 (以殺滅細菌芽孢為準 )的滅菌溫度、時間和營養(yǎng)成分維生素 B1破壞量的比較，可以清楚地說明這一問題。： 營養(yǎng)成分破壞所需活化能 k1 k2 k k 一、溫度和時間對培養(yǎng)基滅菌的影響 69 ? 溫度升高對反應速度常數(shù)的影響用 Q10來表示， ? Q10為溫度升高 10℃ 時的反應速度常數(shù)與原溫度時的反應速度常數(shù)的比值?；蛘哒f，當 滅菌溫度上升，微生物死亡速率大于培養(yǎng)基成分破壞速率 。 值都會變化情況，當溫度由 T1升至 T2時，則： k1→k 2and k39。)值。和熱致死速度常數(shù) k與滅菌溫度 T的關系。 39。 一、溫度和時間對培養(yǎng)基滅菌的影響 63 ? 首先，培養(yǎng)基的絕大部分營養(yǎng)成分的破壞屬于 一級分解反應 ，其反應動力學方程式為： ? 式中： C反應物濃度 (mol/L)； t分解反應時間 (s)； k分解 反應速度常數(shù)，與溫度和反應物種類有關 (1/s) ? 化學反應中，在其他條件不變的情況下， 分解反應速度常數(shù) k’與溫度 T的關系 用阿累尼烏斯方程式表示： ? 式中： A分解反應的阿累尼烏斯常數(shù) (1/s ) R氣體常數(shù) [(mol ? K)]； T熱力學絕對溫度 (K)； ΔE39。在高壓加熱的條件下，會使糖液焦化變色、維生素失活、醛糖與氨基化合物反應、不飽和醛聚合、一些化合物水解等。 ? L0NN NdN ?t LdK 01 K N0 Nt 57 第一節(jié) 滅菌和除菌的基本原理 ? 這說明介質(zhì)過濾不可能長期擁有 100%的除菌效率， ? 在分批發(fā)酵過程中，介質(zhì)過濾除菌的實質(zhì)是通過介質(zhì)的作用，大大延長了空氣中的微生物在過濾介質(zhì)中的停留時間，在整個發(fā)酵周期內(nèi)阻止空氣中的雜菌進入發(fā)酵罐導致染菌。 ? 3 ） 空氣流速： 在空氣流速很低時，過濾效率隨氣流速度增加而降低；當氣流速度增加到臨界值后，過濾效率隨氣流速度增加而提高；氣流速度高達一定值后，過濾效率再降低，所以要通過實驗方法來摸索最適流速。 ? 介質(zhì)過濾效率 η是指被捕集的微粒數(shù)與空氣中原有的微粒數(shù)的比值，是衡量過濾設備過濾能力的指標。 ? 當氣流速度較大時 (大于 )， 以慣性沖擊作用為主 。 隨著參數(shù)的變化 ， 各種作用之間有著復雜的關系 ， 目前還未能作準確的理論計算 。有人曾測定，大腸埃希菌、枯草芽孢桿菌約有 75%的孢子帶負電荷， 15%的孢子帶正電荷，其余 10%的孢子是電中性的。 ? 一般重力沉降是與攔截作用相配合的，即在纖維的邊界滯留區(qū)內(nèi)，微粒的沉降作用提高了攔截的捕集效率。 ? 布朗擴散的運動距離很短，在較大的氣速、較大的纖維間隙中是不起作用的，但在很慢的氣流速度和較小的纖維間隙中布朗擴散作用大大增加微粒與纖維的接觸滯留機會。滯留區(qū)的氣流速度更慢，進入滯留區(qū)的微粒慢慢靠近纖維并接觸纖維而被黏附捕集。慣性沖擊作用的強弱與氣流流速成正比， 空氣流速大時，慣性沖擊就起主導作用。 ?因為過濾介質(zhì)層是由無數(shù)的纖維縱橫交錯組成的，形成的網(wǎng)格阻礙氣流前進，使氣流無數(shù)次地改變運動速度和運動方向，這些改變引起空氣中微粒的 慣性沖擊 、 攔截 、 擴散 、重力沉降 和 靜電吸附等作用 ，于是大大增加了微粒被纖維捕獲的幾率。 第一節(jié) 滅菌和除菌的基本原理 44 ? 介質(zhì)過濾 除菌的原理與 絕對過濾 除菌的原理是不同的， 介質(zhì)過濾 介質(zhì)間的空隙往往遠大于顆粒直徑。 第一節(jié) 滅菌和除菌的基本原理 微生物 細胞 (μm)寬 *長 孢子 (μm)寬 *長 金黃色小球菌 ~ 產(chǎn)氣桿菌 ~ ~ 蠟樣芽孢桿菌 ~ ~ 普通變形桿菌 ~ ~ 巨大芽孢桿菌 ~ ~ ~ ~ 霉狀分枝桿菌 ~ ~ ~ ~ 枯草桿菌 ~ ~ ~ ~ 酵母菌 3~5 5~19 ~ 病毒 ~ ~ 42 空氣中常見微生物種類及大小 微生物 細胞：寬 長 /μm 孢子：寬 長 /μm 產(chǎn)氣桿菌 ~ ~ 蠟狀芽孢桿菌 ~ ~ 普通變形桿菌 ~ ~ 地衣芽孢桿菌 ~ ~ 巨大芽孢桿菌 ~ ~ ~ ~ 蕈狀芽孢桿菌 ~ ~ 枯草芽孢桿菌 ~ ~ ~ ~ 金黃色小球菌 ~ ~ 酵母菌 ~ ~ 病毒 ~ ~ 霉狀分枝桿菌 ~ ~ ~ ~ 43 ? 介質(zhì)過濾除菌就是把空氣中的各種微粒和游離微生物捕集起來，從空氣中除掉。 ? 由于 絕對過濾介質(zhì)的 攔截負荷大，所以濾膜的使用壽命短、處理量小，對預處理的要求高。選擇孔徑為 。工業(yè)上主要用于熱敏性物質(zhì) (氨水、丙醇等 )和空氣的除菌。 38 ⑤ 臭氧分解形成的單個氧原子（ O）則會自行重新結(jié)合成為普通氧分子（ O2），不存在任何有毒殘留物，沒有二次污染，故稱無污染消毒劑 (綠色消毒劑 )。殺菌能力與過氧乙酸相當，高于其它消毒劑。原理是： ① 臭氧在常溫、常壓下分子結(jié)構不穩(wěn)定，很快自行分解成氧氣（ O2）和單個氧原子（ O）；后者具有極強的氧化作用，能氧化分解細菌內(nèi)部氧化葡萄糖所必須的酶，從而破壞其細胞膜，將它殺死； ② 直接與細菌、病毒作用，破壞它們的細胞器和 DNA、RNA，使細菌的新陳代謝受阻，導致細菌死亡； ③ 作用于細胞外膜的脂蛋白和內(nèi)部的脂多糖，使細菌發(fā)生通透性畸變而溶解死亡。 ? 對于一些直徑很小的微粒，它所帶的電荷很小，當產(chǎn)生的引力等于或小于微粒布朗擴散運動的動量時，則微粒就不能被吸附而沉降，所以靜電除塵滅菌對很小的微粒效率較低。 原理 是，懸浮于空氣中的微生物，其孢子大多數(shù)帶有不同的電荷，沒有帶電荷的微粒進入高壓 (＞ 1000V/cm2)靜電場時都會被電離成帶電顆粒，受靜電場庫侖力的作用，向極板移動，吸附在極板上，得到凈化的氣體排出除塵器外。 適用情況： 因①培養(yǎng)基里含有蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)亦易與上述化學物質(zhì)發(fā)生化學反應， ②同時藥物加入培養(yǎng)基之后很難除掉。 ? 現(xiàn)在，紫外線常與 HVAC相結(jié)合用于氣相循環(huán)消毒 。的紫外線。 ? X射線、 γ射線 ，波長 ~，含有極高的能量，使菌體內(nèi)的水和有機物產(chǎn)生強烈的 離子化反應 ，產(chǎn)生自由基，進一步與氧作用，產(chǎn)生一些具強氧化性的過氧化物，如 HO2 、 H2O2，使細胞內(nèi)某些蛋白質(zhì)和酶發(fā)生變化，阻礙微生物的代謝活動而導致菌體損傷或迅速死亡。 ? 適用范圍：需要保持干燥的器械和容器的滅菌，如培養(yǎng)皿、接種針、吸管等玻璃、陶瓷、金屬可以耐高溫的物品。 ?細菌營養(yǎng)體、酵母菌、放線菌、病毒及噬菌體對熱的抵抗力較弱，如 121 ℃ 時， k =10~1010/min 。 ? 若 溫度升高 ，殘留曲線會變陡，也就是 k值增加，表明微生物滅菌時容易死亡。原污染程度為 2 105/ ml個耐熱細菌芽孢， 121℃ 時滅菌速度常數(shù)為 － 1。 ? 滅菌程度的確定 ：在對數(shù)殘留方程式中，如果要