文档介绍：发酵工程
Fermentation Engineering
精品课程
第四章
发酵工业的无菌技术
本章内容
一、概念
二、发酵工业污染的防治策略
三、发酵工业的无菌技术
四、培养基及设备灭菌
五、内冷空气。
灭菌过程中产生的泡沫造成染菌：添加消泡剂
防止泡沫升顶
连消不彻底 ：最好采用自动控制装置
灭菌后期罐压骤变
死角
操作不当造成染菌
噬菌体染菌及其防治
3. 预防
采取哪些措施能够保持无菌发酵？
物料、培养基、中间补料要灭菌；
发酵设备及辅助设备（空气过滤装置、各种发酵罐进出口连接装置）和管道要灭菌；
好气发酵通入的空气要除菌；
种子无污染；接种无菌操作过关；
为了保持发酵的长期无菌状态，需维持正压。
三、发酵工业的无菌技术——灭菌方法
干热灭菌法
湿热灭菌法
射线灭菌法
化学药剂灭菌法
过滤除菌法
火焰灭菌法
四、培养基及设备灭菌
（一）湿热灭菌原理
（二）分批灭菌（实罐灭菌）
（三）连续灭菌（连消）
（四）分批灭菌与连续灭菌的比较
1. 热阻
2. 微生物热死定律：对数残留定律
4. 影响培养基灭菌的其它因素
（一）湿热灭菌原理
1. 热阻
定义：微生物对热的抵抗力称为热阻，可用比死亡速率常数k来表示 。
k↓，热阻↑, t↑
当温度T一定时，k随微生物不同而不同，具体计算时，可取细菌芽孢的k值为标准。
当 T 变化时，k有很大变化，其变化遵从阿累尼乌斯定律
k=Aexp(- △E/RT)
∴ k与微生物活化能及T有关
1. 热阻
大肠杆菌在不同温度下
的残留曲线
嗜热脂肪芽孢杆菌芽孢在不同温度下的死亡曲线
2. 微生物热死定律： (1) 对数残留定律
在一定温度下，微生物受热致死遵循分子反应速度理论，微生物受热死亡的速率-dN/dt与任何瞬间残留的活菌数N成正比，即
当Nt=0时， t=∞， 既无意义，也不可能。
一般采用Nt=，即1000次灭菌中只有一次失败。
(2) 非对数残留定律
某些微生物受热死亡的速率不符合对数残留定律：如一些微生物芽孢。
kR ks
NR Ns ND
dNR/dt=-kR NR
dNs/dt =kR NR -ks Ns
→Nt/N0=KR/(kR-kS) [ekst-ks/kR e-kRt]
式中NR：耐热性活芽孢数；Ns：敏感性活芽孢数
ND：死亡的芽孢数；kR：耐热性芽孢的比死亡速率；
ks：敏感性芽孢的比死亡速率；
N0：初始活芽孢数。
培养基中含有大量的不耐热的微生物和相当数量的耐热性微生物时的灭菌残留曲线
∴在T相同时，对数与非对数定律的灭菌时间t不同。
3. 灭菌温度和时间的选择
培养物质受热破坏也可看作一级反应：
式中C：对热不稳定物质的浓度；k’：分解速度常数；
k’的变化也遵循阿累尼乌斯方程：
都与相应的活化能及T有关
当T1 →T2
㏑(k2/k1)/㏑(k2’/k1’)=ΔE/ΔE’>1 (∵ΔE>ΔE’)
∴随着T上升，菌死亡速率增加倍数大于培养基成分分解速率增加倍数，故一般选择高温快速灭菌 。
3. 灭菌温度和时间的选择
4. 影响培养基灭菌的其它因素
培养基成分
油脂、糖类及一定浓度的蛋白质、高浓度有机物等增加微生物的耐热性
低浓度（1%-2%）NaCl对微生物有保护作用，随着浓度增加，保护作用减弱，当浓度达8%-10%以上，则减弱微生物的耐热性。
pH：-，微生物最耐热，pH<，H+易渗入微生物细胞内，改变细胞的生理反应促使其死亡。∴培养基pH愈低，灭菌所需时间愈短。
培养基的物理状态
泡沫：泡沫中的空气形成隔热层，对灭菌极为不利，可加入少量消泡剂 。
培养基中的微生物数量
4. 影响培养基灭菌的其它因素
分空气过滤器灭菌
并用空气吹干
夹套或蛇管排冷水，开启排气管阀，空气管通蒸汽，也可夹套内通蒸汽
达70℃左右