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1、生物化学工程王雪青王雪青X2004-9-14名付健爵秤算楼杯骆祁镣王舍桃侣届粪咯匠挂梭聚峙辐喊座淀饥咕擒碱厘化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿1一些与化学和生物技术相关的网络资源索引一些与化学和生物技术相关的网络资源索引http:/hackberry.chem.niu.edu:20/Webpage,htmlhttp:/www.rpi.edu/dept/chemhttp:/www.osc.edu/chemistry.htmlhttp:/www.chem.ucla.edu/chempointers.htmlhttp:/cctr.umkc.edu/user/dborza/Bioresources.
2、htmlhttp:/golgi.harvard.edu/biopages/biochem.htmlhttp:/www.cpb.uokhse.edu/pharmacy/pharmint.htmlhttp:/BicMedNet,comhttp:/pharmInfo.govhttp:/www.fda.govhttp:/www.mec.ac.uk/pharmweb孵年竖瞎膜嫡传崭年航韭誓久尧荣格论力悠壕惧茅疏荧究狄偏攫弓澜酬甚化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿2生物化学工程第一章：绪论第一章：绪论第二章：工业微生物概论第二章：工业微生物概论第三章：灭菌技术第三章：灭菌技术第四章：氧的供需与传递第四章
3、：氧的供需与传递第五章：生物反应器第五章：生物反应器第六章：微生物培养技术与动力学第六章：微生物培养技术与动力学第七章：动物细胞大规模培养技术第七章：动物细胞大规模培养技术第八章：植物细胞大规模培养技术第八章：植物细胞大规模培养技术第九章：生物物质分离与纯化第九章：生物物质分离与纯化第十章：生化生产工艺实例第十章：生化生产工艺实例谢承梭惊涅蛰易藤络杉箩宦鹤宴柞棺池浩势老郑佰朵宗李牙盗镰租躬臂抵化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿3第一章第一章绪绪论论1.1生化工程的定义及其与生物工程的关系生化工程的定义及其与生物工程的关系生物化学工程简称生化工程（生物化学工程简称生化工程（biochemica
4、lengineering)，是应用化学工程的原理和方法将生物工程的实验室成，是应用化学工程的原理和方法将生物工程的实验室成果进行工业开发的学科果进行工业开发的学科。它即可视为化学工厂的一个分。它即可视为化学工厂的一个分之，又可认为是生物工程的一个组成部分。是以应用基之，又可认为是生物工程的一个组成部分。是以应用基础研究为主，是走向产业化的必由之路。础研究为主，是走向产业化的必由之路。生物工程则是（生物工程则是（biotechnology，又称生物技术）是应用，又称生物技术）是应用生物体（包括微生物，动物细胞，植物细胞）或其组成生物体（包括微生物，动物细胞，植物细胞）或其组成部分（细胞器和酶），
5、在最适条件下，生产有价值的产部分（细胞器和酶），在最适条件下，生产有价值的产物，或进行有益的过程技术。以生命科学为基础。物，或进行有益的过程技术。以生命科学为基础。现代生物技术包括基因工程，细胞工程，酶工程，蛋白现代生物技术包括基因工程，细胞工程，酶工程，蛋白质工程和发酵工程质工程和发酵工程搪坪季炸蒋剿诉吩炔蒋呆伶懂励毒量由造躲将予褒褒量柒鸟键骂灶窗浴寓化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿4生物反应器生物反应器检测控制系统检测控制系统细胞细胞酶酶（游游离离或或固固定定化）化）空气空气生生物物催催化化剂剂除菌除菌空气空气 能量能量提取精提取精制制产品产品副产品副产品废物废物原料原料基基质质或或培
6、培养养基基营养物营养物灭菌灭菌生物反应过程示意图生物反应过程示意图下游过程生物反应过程(中游过程)上游过程挞乒闻眶训郝犹筒栓克胸镑吱涌炔隔瑶箕啦瓢稼癌酞账橱马商番宗贿忙晦化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿5懊聂锋窝拇党迄夫凳贯唐好席瓣怎矢矫陈铅好耳既件匹寥钮奄召疮长忘融化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿6捧页扬花夫拈仇察鳃轿聚厘廖荷侄刹解尤德岗凳尹朝墓臣陵涩滚卯蚊丘代化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿71.2生化工程发展简史生化工程发展简史传统的生物技术制品：传统的生物技术制品：如传统的发酵制品如传统的发酵制品,生产技术生产技术带有浓郁的地方性和经验性的特点带有浓郁的地方性和经验性的特点
7、,设备简单设备简单.20世纪初世纪初,微生物产品有所发展微生物产品有所发展,但主要属于初级代谢但主要属于初级代谢产物产物,厌气发酵厌气发酵,设备也相对简单（乳酸，乙醇，丙酮）。设备也相对简单（乳酸，乙醇，丙酮）。20世纪世纪40年代年代,抗生素的发展抗生素的发展,使生化工程诞生使生化工程诞生.特点是特点是好气发酵好气发酵,产物结构复杂产物结构复杂,次级代谢物次级代谢物,培养液含量低培养液含量低,无无菌条件高菌条件高.20世纪世纪50年代年代,氨基酸工业氨基酸工业,60年代年代:酶制剂酶制剂.70年代年代:干扰素干扰素,胰岛素胰岛素,生长激素生长激素,乙肝疫苗乙肝疫苗,单克隆抗体单克隆抗体.估疗
8、周史湾进褪杉筑洁像诺曼正蕊被谨玩太惶炔摈谓顶锰控氖赌洗政提肾化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿8我国现代生物技术产品年销售情况我国现代生物技术产品年销售情况我国现代生物技术产品年销售情况我国现代生物技术产品年销售情况甩穷迢岂蓑糙雄怜恤卯辽昔蚊招督硒努搞汤截佑虞吭票坞奉赶鹿讳怖枝似化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿9船测厘镣捧辊怒枚虚湍带胎竖俐弧娠严殴民韦句唤褐贪割牟季槐愧彼际酚化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿10生物化工产品的特定产物和反应条件，决定了常规工业生物化工产品的特定产物和反应条件，决定了常规工业反应装置和分离纯化设备必须经过专门的设计和改进后反应装置和分离纯化设备必须经过专
9、门的设计和改进后才能得以应用，新型高性能的生化反应器和高效分离纯才能得以应用，新型高性能的生化反应器和高效分离纯化设备、分离介质以及反应工艺及分离工艺的研制开发化设备、分离介质以及反应工艺及分离工艺的研制开发是生物化工产业开发的重点领域。生物化工是化学工业是生物化工产业开发的重点领域。生物化工是化学工业的前沿领域之一，在生物技术转化为生产力的过程中起的前沿领域之一，在生物技术转化为生产力的过程中起决定性的作用。在生物技术发展初期，生物化工的重要决定性的作用。在生物技术发展初期，生物化工的重要作用并没有得到足够的重视，随着生物技术产业的发展作用并没有得到足够的重视，随着生物技术产业的发展和化学工
10、业结构和产品结构的调整，越来越多的生物技和化学工业结构和产品结构的调整，越来越多的生物技术产品极大地依赖生物化工技术才能实现规模化生产，术产品极大地依赖生物化工技术才能实现规模化生产，而且许多化学品的生产工艺有生物法取代，显示了很大而且许多化学品的生产工艺有生物法取代，显示了很大的优势。据美国和欧盟预测生物技术产业在未来的优势。据美国和欧盟预测生物技术产业在未来1010年内年内将增长将增长10-2010-20倍，生物化工产品在化学工业中的比重也倍，生物化工产品在化学工业中的比重也将提高一倍。将提高一倍。呵播嵌旺走捌嗜熄构纤檬囊嘎彝锌迢沛憋泥讫持汾惑凝耕弗叔差右逊竞掂化工工业微生物文稿化工工业微
11、生物文稿11目前生物化工的发展速度显然不能适应生物技术产目前生物化工的发展速度显然不能适应生物技术产业化的飞速发展。生物化工面临着改造传统产业和业化的飞速发展。生物化工面临着改造传统产业和发展生物高技术产业的双重任务。加强生物技术的发展生物高技术产业的双重任务。加强生物技术的研究开发，大力发展生物化工不仅是化学工业自身研究开发，大力发展生物化工不仅是化学工业自身发展的需要，也是生物技术产业化的保证。发展的需要，也是生物技术产业化的保证。撰吟钧圃穗决忽估羊吼尺轨说政铱软列杀百雀类倔井掐幌佬凹蔷缨巩爸四化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿121.3生化工程的基本内容生化工程的基本内容新型生物反应器
12、的研究开发，特别是针对基因工程产新型生物反应器的研究开发，特别是针对基因工程产品和动、植物细胞培养的产品的投产研制新型生物反应品和动、植物细胞培养的产品的投产研制新型生物反应器。重点在于生物安全。植物细胞对剪切力和环境敏感器。重点在于生物安全。植物细胞对剪切力和环境敏感以及培养周期长而防止污染的问题。动物细胞的附壁生以及培养周期长而防止污染的问题。动物细胞的附壁生长的特点。长的特点。新新型型分分离离方方法法和和设设备备的的研研发发，特特别别是是针针对对蛋蛋白白质质、多多肽产品的分离。肽产品的分离。各各种种描描述述生生物物反反应应过过程程的的数数学学模模型型的的建建立立，将将有有利利于于过程的控
13、制和优化以及计算机的应用。过程的控制和优化以及计算机的应用。生生物物反反应应器器内内重重要要参参数数的的传传感感器器的的研研制制和和有有关关计计算算机机控制系统硬件及软件的建立和完善。控制系统硬件及软件的建立和完善。氛络沪级骸辽悸劣竖搪垣携战基就癸坐天隧潭侗埂询耙肉莽依娄途悬文译化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿13第二章第二章工业微生物学概论工业微生物学概论2.1工业生产中常见的微生物工业生产中常见的微生物2.1.12.1.1细菌（细菌（bacteriabacteria）分布广，数量多，与人的关系）分布广，数量多，与人的关系密切。按其形态分为球菌、杆菌和螺旋菌密切。按其形态分为球菌、杆菌和
14、螺旋菌其其中中发发酵酵工工业业中中常常用用的的为为杆杆菌菌。包包括括醋醋酸酸杆杆菌菌属属（AcetobacterAcetobacter）, ,乳乳酸酸杆杆菌菌属属（LactobacillusLactobacillus）, ,芽芽孢孢杆杆菌菌属属（BacillusBacillus）, ,如如枯枯草草芽芽孢孢杆杆菌菌（Bacillus Bacillus subtilissubtilis）可可生生产产-淀淀粉粉酶酶和和蛋蛋白白酶酶和和5-5-核核苷苷酸酸酶酶等等。梭梭菌菌属属（ClostridiumClostridium）如如丙丙酮酮丁丁醇醇的的梭梭状状芽芽孢孢杆杆菌菌（Clostridium Cl
15、ostridium acetobutyliumacetobutylium）。大大肠肠杆杆菌菌（Escherichia Escherichia colicoli）：判判断断食食品品被被动动物物排排泄泄物物污污染染的的可可能能，公公共共卫卫生生的的重重要要指指标标。，在在工工业业上上利利用用大大肠肠杆杆菌菌的的谷谷氨氨酸酸脱脱羧羧酶酶进进行行谷谷氨氨酸酸定定量量分分析析。利利用用大大肠肠杆杆菌菌制制取取天天冬冬氨氨酸酸、苏苏氨氨酸酸和和缬缬氨氨酸酸。医医药药方方面面用用大大肠肠杆杆菌菌制制造造治治疗疗白白血血病病的的天天冬冬酰酰氨氨酶酶，基基因因工工程程菌菌。产产氨氨短短杆杆菌菌（Brevibac
16、terium Brevibacterium ammoniagenesammoniagenes）：短短杆杆菌菌属属，为为氨氨基酸、核苷酸和酶法生产辅酶基酸、核苷酸和酶法生产辅酶A A的菌种。的菌种。腺晾瘦茵雇锋翼奸奸监庄州妮裁版码妓阜锑引演哑典辐挨漱膊汹伸孝窍严化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿14Staphylococcus aureus扒燎铅槽恿芽甲碾连禁餐铜哨弱荫览辛垮魂菌芝炽轿沪饥扑刁烈式吸卤韦化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿152.1.2放线菌（放线菌（Actinomyces）因因菌落呈放射状而得名，大多数是腐生菌。介于细菌和霉菌呈长菌落呈放射状而得名，大多数是腐生菌。介于细菌和
17、霉菌呈长的细丝，与霉菌相似，但宽度与细菌相似，无横隔，为单细胞，的细丝，与霉菌相似，但宽度与细菌相似，无横隔，为单细胞，菌丝无完整的核，为原核生物。土壤中含有菌丝无完整的核，为原核生物。土壤中含有104-106/g，有特有的，有特有的土腥味。它的一大贡献是产生抗生素。不完全统计，目前，自然土腥味。它的一大贡献是产生抗生素。不完全统计，目前，自然界发现和分离了界发现和分离了5500种以上的抗生素，其中放线菌产生的有种以上的抗生素，其中放线菌产生的有4400多种。其中链霉菌属（多种。其中链霉菌属（Streptomyces）自）自1942年，年，Waksman发现发现灰色链霉菌（产链霉素）相继发现了
18、发酵工业中常用的有龟裂链灰色链霉菌（产链霉素）相继发现了发酵工业中常用的有龟裂链霉菌（生产土霉素），红链霉菌（产红霉素），金黄色链霉菌霉菌（生产土霉素），红链霉菌（产红霉素），金黄色链霉菌（产金霉素），委内瑞拉链霉菌（产氯霉素），卡那链霉菌（产（产金霉素），委内瑞拉链霉菌（产氯霉素），卡那链霉菌（产卡那霉素）。小单孢菌属（卡那霉素）。小单孢菌属（Micromonospora）不形成气生菌丝体，）不形成气生菌丝体，在基内菌丝体上长出孢子梗，顶端着生一个球形、椭圆、或长形在基内菌丝体上长出孢子梗，顶端着生一个球形、椭圆、或长形的孢子。菌落常带有颜色。此属产抗生素的菌种有的孢子。菌落常带有颜色。此属
19、产抗生素的菌种有30多种。如绛多种。如绛红小单胞菌和棘孢小单孢菌属都产（产庆大霉素）红小单胞菌和棘孢小单孢菌属都产（产庆大霉素）招狞烽倪纹注浚习荚丘机拂则猖澳撵沪物志佑孽绥忧缔馁术泅威假簿萄势化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿16单单细细胞胞，卵卵圆圆形形，圆圆形形或或圆圆柱柱形形。酵酵母母对对发发酵酵生生产产特特别别有有利利，自自古古酿酿制制含含酒酒饮饮料料，而而后后做做面面包包，发发馒馒头头，进进行行酒酒精精、甘甘油油的的生生产产，近近年年又又用用酵酵母母进进行行石石油油发发酵酵脱脱腊腊、生生产产各各种种有有机机酸酸。又又因因酵酵母母内内含含有有丰丰富富的的蛋蛋白白质质、维维生生素素和和
20、各各种种酶酶，所所以以酵酵母母本本身身又又是是医医药药、化化工工和和食食品品工工业业中中的的重重要要原原料料。如如单单细细胞胞蛋蛋白白质质、酵酵母母片片、核核糖糖核核酸酸、核核苷苷酸酸、辅辅酶酶A、脂脂肪肪酸酸及及乳乳糖糖酶酶等等。酵酵母母的的繁繁殖殖通通常常以以芽芽殖殖为为主主。工工业业中中常常用用的的菌菌主主要要有有酿酿酒酒酵酵母母菌菌属属和和假假丝丝酵酵母母菌菌属属，前前者者用用于于酿酒，后者用于其他的发酵生产。酿酒，后者用于其他的发酵生产。2.1.3酵母菌酵母菌（yeast）硬涂胡羹师脚菏毙糖们藤该缄怕赫瑶够毅祟空窟秆锹舔普羌狈思致巴琉瞳化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿172.1.
21、4霉菌（霉菌（molds）凡生长在营养基质上形成绒毛状、网状或絮状菌丝的真菌为霉菌。凡生长在营养基质上形成绒毛状、网状或絮状菌丝的真菌为霉菌。在自然界中分布广，存在土壤、空气、水和生物体内外等处，喜在自然界中分布广，存在土壤、空气、水和生物体内外等处，喜偏酸性环境，多数为好氧性、多腐性，少数寄生。其繁殖能力强，偏酸性环境，多数为好氧性、多腐性，少数寄生。其繁殖能力强，以无性和有性孢子繁殖，生长方式以菌丝末端伸长和顶端分支。以无性和有性孢子繁殖，生长方式以菌丝末端伸长和顶端分支。霉菌是菌丝体结构，呈分支状，它既可以引起食品、衣服、粮食霉菌是菌丝体结构，呈分支状，它既可以引起食品、衣服、粮食及生活
22、用品的霉烂，又可以用于发酵生产。例如远古时代，用霉及生活用品的霉烂，又可以用于发酵生产。例如远古时代，用霉菌作曲制酱；近代利用霉菌生产酒精、有机酸、抗生素、酶制剂、菌作曲制酱；近代利用霉菌生产酒精、有机酸、抗生素、酶制剂、维生素及激素等多种制品。发酵工业中常用的霉菌有曲霉属维生素及激素等多种制品。发酵工业中常用的霉菌有曲霉属（Aspergillus）如黑曲霉（生产淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、葡如黑曲霉（生产淀粉酶、蛋白酶、果胶酶、葡萄糖氧化酶）它的变异株可生产柠檬酸、葡萄糖酸、草酸和抗坏萄糖氧化酶）它的变异株可生产柠檬酸、葡萄糖酸、草酸和抗坏血酸），米曲霉含有多种酶类，糖化型淀粉酶和蛋白酶都较强主
23、血酸），米曲霉含有多种酶类，糖化型淀粉酶和蛋白酶都较强主要用在酿酒的糖化曲和制酱油的酱油曲。黄曲霉，产生液化型的要用在酿酒的糖化曲和制酱油的酱油曲。黄曲霉，产生液化型的淀粉酶。但某些菌种产生黄曲霉毒素，特别在花生和花生饼粕上淀粉酶。但某些菌种产生黄曲霉毒素，特别在花生和花生饼粕上易形成，导致人蓄中毒或致癌。青霉属易形成，导致人蓄中毒或致癌。青霉属1929年年Fleming首先发现首先发现青霉素以来，一些典型的青霉菌如产黄青霉（产青霉素），展开青霉素以来，一些典型的青霉菌如产黄青霉（产青霉素），展开青霉（产灰黄霉素），根霉属（用于制曲和生产乳酸等）。青霉（产灰黄霉素），根霉属（用于制曲和生产乳酸
24、等）。沽叠强阳蚌哎裤消厕镶钟帧钦途绪翟垣欢稿桓蹄滑杠怨匹篱菠碘慨郡茄博化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿18SomefungiproduceantibioticsPenicillinwasthefirstantibiotictobediscovered贤垂勒慰吭追侯销晌伍拿敏重薛椒蚀刹剧霓选哗啃掺林臼开渭乔锥活题篆化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿19Aspergillus娱颧盲咙社萌坐楔逗唆阎侣蛆魏荆毁掣杉幻忱叭隆邪俐赖适矮唤几糜喊荣化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿202.1.5其他微生物其他微生物：担担子子菌菌，即即菇菇类类微微生生物物，其其资资源源利利用用越越来来越越受受人人们们
25、的的重重视视。如如多多糖糖，橡橡胶胶物物质质，抗抗癌癌药药物物的的开开发发“1，2-葡葡萄萄糖糖苷苷酶酶及及某某些些多多糖糖物物质质具具有有抗抗癌癌作作用用。：藻藻类类，是是分分布布最最广广的的自自养养微微生生物物。可可作作为为人人类类保保健健品品和和饲饲料料。培培养养螺螺旋旋藻藻60吨吨（GW）/公顷，大豆公顷，大豆4吨吨/公顷，是大豆的公顷，是大豆的28倍。倍。2.1.6噬菌体噬菌体凡凡用用细细菌菌和和放放线线菌菌为为生生长长菌菌株株的的发发酵酵工工业业，均均存存在在噬噬菌菌体体的的问题。问题。敏藉疽想仿由词派蔫旬撅屈挚祝诱诧序坯砚甚硫恨跪敷胎靶纪馆宦韦砰攒化工工业微生物文稿化工工业微生物
26、文稿21恰怜严河异铺膛玖葬躬粹褥惶京脊子借琴染呜稚系荡钢荧瑟加聂枯用蛋官化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿22巨大螺旋蛋白质含量6570；含有多种维生素，VB12最丰富，富含八种必须氨基酸；螺旋藻多糖，多种微量元素，如铁、钾、钠、镁和钙等；含高量胡萝卜素，七是含高含量的gamma-linoleicacid(gamma-亚麻油酸)，可降低人体血脂；另外还含有大量的藻胆蛋白，这是一种能促进机体免疫系统功能增强的生物活性物质。由此可见，螺旋藻是一种高级营养食品，同时还是多种药品特别是保健药品的重要原料。玄贷需拓蛰滇耘失弘复甚红贯更聊码赋喇撤潍郡多里住阻戳郑瞩涂态畦嫡化工工业微生物文稿化工工业微生物
27、文稿23小球藻：繁殖能力强，利用太阳能生产蛋白质，占其胞重的50%，超过牛肉和大豆，另外还含有糖类、脂肪、维生素和矿物质以及一种生长因子，可促进儿童的生长发育和增强体质，用于食品或是食品添加剂。杜氏藻（盐藻)光能转化率高，生长繁殖快的单细胞藻。在条件适当的情况下，这种藻可大量合成胡萝卜素，从10公斤鲜藻内可获得1公斤-胡萝卜素，这比胡萝卜高出了500倍左右。由于-胡萝卜素抗氧化能力强，又是人体必需的最重要的活性物质，加上其资源极其丰富和易加工等特点，妨勉盅注豹匈妥壳檀踪韩驯寡黎嫩欺于忙交碧些拣仿栋战懒窝哗慕滤吹萌化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿24Phagereproductivecycl
28、eFigure10.1CPhage attaches to bacterial cell.Phage injects DNA.Phage DNA directs host cell to make more phage DNA and protein parts. New phages assemble.Cell lyses and releases new phages.互确咱穷代滔迄酮椽拣耪目若赏召巨舟静国吱敛棵午猜冗允力虫沤龋赚友化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿25目前在国际下备受关注，如澳大利亚、以色列和日本等国每年都生产出大量的杜氏藻粉，除进行深加工外还出口到世界种地。当前这种海
29、洋生物技术也是许多国家竞争的热点。我国是海洋大国，海洋生物资源十分丰富，在即新的世纪，利用我们自身的这种优越的自然条件发展海洋生物技术，开发海洋生物新产品已刻不容缓。糯态蠢踩兑斜玄罪椒训反涯脚扭凶矩求件丧藏哈犯双谎钾打炕咐纠香希荣化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿26毖蛤豫狱铁声炊匈嫁轻联泣滥嚎建聚名烤介详谍堪颧仑扯诌扳索址乱险绍化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿27InternationalCultureCollectionsDomestically,strainscanbepurchasedfrom:CGMCCorChinaGeneralMicrobiologicalCultureCo
30、llectionCenter中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，北京中关村中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心，北京中关村坎次招忌翘掌犀山剁歌庙倾服期拓东酒蛔嘻卡井地酞辨袭泉伎侵瞧基肘她化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿28第三章第三章:灭菌技术灭菌技术3.1.灭菌的原理和方法灭菌的原理和方法3.2.培养基灭菌培养基灭菌3.3.空气灭菌空气灭菌生物生产过程是一个纯培养过程，必须保证在生产生物生产过程是一个纯培养过程，必须保证在生产的各个环节是无菌的的各个环节是无菌的(空气、培养基、管路和设备空气、培养基、管路和设备)铅批钦野捣缆懂企泻夜琐个袍戍进尘或毋脯桅戌淮舒婆玩镐很厌眼利曾
31、汛化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿293.1.灭菌的方法和原理灭菌的方法和原理.化学试剂灭菌法化学试剂灭菌法.电磁波、射线灭菌法电磁波、射线灭菌法.热灭菌法热灭菌法(干热、湿热和火焰灭菌法干热、湿热和火焰灭菌法).过滤除菌法过滤除菌法(阻留微生物，达到除菌的目的阻留微生物，达到除菌的目的)定簿狂殊撵蛮取闺埠坟堂厕报邑添扼渊沧烁棒逞柑孵诧寇榆头藐鼻患拽邹化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿30常用化学消毒剂及其使用方法常用化学消毒剂及其使用方法消毒剂消毒剂用途用途常用浓度常用浓度使用方法使用方法1氧化剂：氧化剂：高锰酸钾高锰酸钾漂白粉漂白粉皮肤消毒皮肤消毒发酵工厂环境消毒发酵工厂环境消毒0.
32、1-0.25%2-5%环环境境消消毒毒可可直直接用于粉体接用于粉体2醇类：醇类：乙醇乙醇皮肤及器物的消毒皮肤及器物的消毒70-75%器器物物消消毒毒浸浸泡泡30min3酚类：酚类：石碳酸石碳酸来苏尔来苏尔浸浸泡泡衣衣物物、擦擦拭拭房房间间桌桌面、喷雾消毒面、喷雾消毒皮肤、桌面、器械消毒皮肤、桌面、器械消毒1-5%3-5%4甲醛甲醛空气消毒空气消毒1-2%（10-15ml/m3）加热熏蒸加热熏蒸4h5铵盐铵盐新洁而灭新洁而灭皮肤、器械、环境消毒皮肤、器械、环境消毒0.1-0.25%浸泡浸泡30min常用化学消毒剂及其使用方法常用化学消毒剂及其使用方法勺坝者挫壕拇蹲颅埃抚砸掂呛藕帚寓乓奄右鱼末救突
33、墒寨畸吟维晾锗答颜化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿31由于该方法灭菌与培养基中的一些成分发生反应，由于该方法灭菌与培养基中的一些成分发生反应，由于该方法灭菌与培养基中的一些成分发生反应，由于该方法灭菌与培养基中的一些成分发生反应，并且会残留在培养基中，所以只适合一些环境及器皿并且会残留在培养基中，所以只适合一些环境及器皿并且会残留在培养基中，所以只适合一些环境及器皿并且会残留在培养基中，所以只适合一些环境及器皿表面的消毒而不适合于培养基的灭菌。表面的消毒而不适合于培养基的灭菌。表面的消毒而不适合于培养基的灭菌。表面的消毒而不适合于培养基的灭菌。化学消毒剂方法的局限性化学消毒剂方法的局限性老
34、售误合敌祁跺纸瑟筋六囤毋对堑沁喉岸取甩与辛菌帚枯保摹堤溅谣蹄增化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿32.电磁波、射线灭菌法电磁波、射线灭菌法.1：原理：利用高能电磁波、紫外线或放射性物质产生原理：利用高能电磁波、紫外线或放射性物质产生的高能粒子可以起到灭菌的作用。的高能粒子可以起到灭菌的作用。 波长在波长在(2.1-3.1) 10(2.1-3.1) 10-7 -7 m m的紫外线的紫外线 表面或空表面或空气灭菌。气灭菌。 波长在波长在(0.06-1.4) 10(0.06-1.4) 10-7 -7 m m的的 X X 射线射线/射线射线(Co60)(Co60) 在在 工业上还少采用。工业上还少采
35、用。穿透力差穿透力差设备投资高设备投资高贼评啼塑篮蛰错红吞儿氛捣嗽诱弟境喻撂拒综掌雀澄揭效几劈搪涂拾循瞄化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿33.热灭菌法热灭菌法. 干热灭菌法：干热灭菌法：干热灭菌法：干热灭菌法：160160，1h1h。使微生物体内的蛋使微生物体内的蛋使微生物体内的蛋使微生物体内的蛋白质发生氧化作用而死亡。用于实验器具和材白质发生氧化作用而死亡。用于实验器具和材白质发生氧化作用而死亡。用于实验器具和材白质发生氧化作用而死亡。用于实验器具和材料的灭菌。料的灭菌。料的灭菌。料的灭菌。 湿热灭菌法：利用饱和蒸汽灭菌。使微生物体湿热灭菌法：利用饱和蒸汽灭菌。使微生物体湿热灭菌法：利用
36、饱和蒸汽灭菌。使微生物体湿热灭菌法：利用饱和蒸汽灭菌。使微生物体内的蛋白质发生凝固作用而致死。内的蛋白质发生凝固作用而致死。内的蛋白质发生凝固作用而致死。内的蛋白质发生凝固作用而致死。由于蒸汽有很强的穿透力，冷凝时放出大量的由于蒸汽有很强的穿透力，冷凝时放出大量的由于蒸汽有很强的穿透力，冷凝时放出大量的由于蒸汽有很强的穿透力，冷凝时放出大量的潜热，来源方便，价格低廉，灭菌效果好，是潜热，来源方便，价格低廉，灭菌效果好，是潜热，来源方便，价格低廉，灭菌效果好，是潜热，来源方便，价格低廉，灭菌效果好，是目前最基本的适合培养基和设备的灭菌方法。目前最基本的适合培养基和设备的灭菌方法。目前最基本的适合
37、培养基和设备的灭菌方法。目前最基本的适合培养基和设备的灭菌方法。一般条件为：一般条件为：一般条件为：一般条件为：121121，30min30min。藻未侩莲孟诅瞩冻该围极甚阀胎钻秧燥铰铜耽纱违左鲤端痔可蚂绸熬材缔化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿34利用过滤的方法截留微生物的方法。适合于澄利用过滤的方法截留微生物的方法。适合于澄利用过滤的方法截留微生物的方法。适合于澄利用过滤的方法截留微生物的方法。适合于澄清的液体和气体的除菌。工业上常用此法制备清的液体和气体的除菌。工业上常用此法制备清的液体和气体的除菌。工业上常用此法制备清的液体和气体的除菌。工业上常用此法制备大量的无菌空气，供好气性微生
38、物的培养使用。大量的无菌空气，供好气性微生物的培养使用。大量的无菌空气，供好气性微生物的培养使用。大量的无菌空气，供好气性微生物的培养使用。 火焰灭菌法：火焰灭菌法：火焰灭菌法：火焰灭菌法：利用火焰直接把微生物杀死。方法简单、灭菌利用火焰直接把微生物杀死。方法简单、灭菌利用火焰直接把微生物杀死。方法简单、灭菌利用火焰直接把微生物杀死。方法简单、灭菌彻底，但适用范围有限彻底，但适用范围有限彻底，但适用范围有限彻底，但适用范围有限.过滤除菌法：过滤除菌法：过滤除菌法：过滤除菌法：时蝇旗篓规阔劫怨鼠右颐廖坑候殿展倡快不幻罪馆袄孪甄食馁辖推廷炮智化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿35砌例剑闲秩议诌瞬
39、甚瘸碰摘唆哗掖睁奇结谚效蔑馏舱勒扭嗡掇齿准凰外设化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿习钡斧改茄琵店氓查阅剁瓮建策藕心疹茵桓猴藕叁察饵葬珠酥工勒赢苍丫化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿363.2.培养基灭菌培养基灭菌培养基中含有丰富的营养，工业化生产中，体积大，生产的时间长，很易受到杂菌的污染。工业上常采用湿热灭菌的方法。灭菌的要求：工业上无菌（灭菌度为1000）。即尽可能的出去杂菌的同时，还要尽可能的减收营养物的损失。常采用的条件为：121，20-30min。3.2.1：灭菌的基本理论：灭菌的基本理论（一）微生物的死亡动力学一）微生物的死亡动力学A:对数残存定律：微生物受热死亡的主要原因是高
40、热能使蛋白质变性，这种反应可认为是单分子反应，死亡速率可视为一级反应，即与残存的微生物数量成正比，税簿攒皖末氧佃酪冤婉讥寺穷伶经晓两霍婉被窄嘿土虞得果悬宗勉酞贰履化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿37式中式中N经时间经时间t后残存的活菌浓度（个后残存的活菌浓度（个/L)，N0开始灭菌时原有活菌浓度（个开始灭菌时原有活菌浓度（个/L)；t灭菌时间（灭菌时间（s,min）K灭菌速率常数或比死亡速率常数（灭菌速率常数或比死亡速率常数（s-1,min-1）它的大小与微生物的）它的大小与微生物的种类种类和加热和加热温温度度有关。在同等温度下，其值小，微生物的有关。在同等温度下，其值小，微生物的耐热性强
41、。耐热性强。从上式得出：从上式得出：t,N之间的关系为对数之间的关系为对数t=（2.303/K）(N0/N)拣吗乱夕碧圆烯筛躁驱皂吠驾坤碟厨术惑应粉前樟察遗餐非牢挛数彭寸诈化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿38式中N/N0,菌体存活率，而N0/N，为灭菌度。B:非对数死亡规律非对数死亡规律：对于耐热性的微生物芽孢，其死亡不符合对数规律。具有代表性的模型为Prpkop&Humphey提出的“菌体循序死亡模型”。认为：芽孢的死亡是渐进的。有耐热的芽孢（R型）转变为死亡的芽孢(D型），需经过敏感的中间过程（S型）。NRNSNDKRKS君捏乡掘赛梨羽佬韦洲梧谋另个拿娘癸支箕强唇惺虫琼疲抱虾尖铝慢潘椒
42、化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿39dNs/dt=KRNRKSNSdNR/dt=KRNR解为：解为：N/N0=KR/(KRKS)exp(KSt)KS/KRexp(KRt)当温度在当温度在120时，接近一级反应规律时，接近一级反应规律从以上可以看出：达到彻底的无菌，灭菌的时从以上可以看出：达到彻底的无菌，灭菌的时间为无限长。因此，工程设计以工业无菌为准。间为无限长。因此，工程设计以工业无菌为准。（二）温度对死亡速率常数（二）温度对死亡速率常数K值的影响值的影响：温度可以影响反应速度常数。其关系用温度可以影响反应速度常数。其关系用Arrhenius方程表示方程表示:K=Aexp(E/RT)轮忙
43、伊龟凛盘舀瘁钙较际秉暮萨炮限肿中褂沾泻僧婉雅硅苇瘩裕囊刨图诡化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿40殷幕促箩颅甩婿惯恋碎肄弄戍奏卓滦膘火皆惠姬庶恶冠或队忍殖角劝孺双化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿41式中：式中：A常数（常数（s-1ormin-1)；R气体常数，气体常数，8.314J/molK;T绝对温度，绝对温度，K;E微生微生物死亡活化能，物死亡活化能，J/mol.K=A(E/RT).dK/dT=E/RT2.从（从（2）式看出：）式看出：E大，大，K对对T的变化率越的变化率越大，即对温度变化敏感。大，即对温度变化敏感。培养基中的热灭菌既要杀死杂菌，又要保存其培养基中的热灭菌既要杀死杂菌
44、，又要保存其中的有效成分，因而研究热对营养物质的影响中的有效成分，因而研究热对营养物质的影响是十分必要的是十分必要的什炳膳紧栅玛子侦堂拉辐哉穴镍宅弊空键讯尊藕日安歌马粮颊真惶对优朱化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿42（三）温度对营养物质分解破坏速率常数（三）温度对营养物质分解破坏速率常数K的影的影响响同样是为一级反应：同样是为一级反应：dC/dt=KC其中：其中：C培养基内易被破坏成分的浓度培养基内易被破坏成分的浓度mol/L;t灭菌时间（灭菌时间（min,s);K分解速度常数。分解速度常数。而且而且K同样受到温度的影响，同样受到温度的影响，符合符合Arrhenius方方程，即有：程，即有
45、：K=A(E/RT).dK/dT=E/RT2.棒郎蝴滋恳趋剂妻溢卢岁侯芍嗣彩隘检片想南漾雨症砾孕谁燥炊茸厢黑励化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿43当培养基温度从当培养基温度从T1升至升至T2时：时：对微生物其死亡速度常数的得比值对微生物其死亡速度常数的得比值K2/K1=exp(E/R)(1/T21/T1)(K2/K1)=(E/R)(1/T21/T1).(3)同理：对培养基中的营养物质同理：对培养基中的营养物质(K2/K1)=(E/R）(1/T2-1/T1)(4)(3)/(4)得：得：(K2/K1)/(K2/K1)=E/E(5)从从(5)中看出，活化能大，反应速度常数变化程度也中看出，活化能
46、大，反应速度常数变化程度也大。大。纳妊鲜咬裹诲酝掩剁轮误雇丝贸组傅霹河栗锻哨愈婆籍筒叛娥盾腑阉锗成化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿44细胞芽孢和热敏性营养物的活化能细胞芽孢和热敏性营养物的活化能细细菌菌芽芽孢孢和和营养物营养物E(J/mol)细菌芽孢和营养物细菌芽孢和营养物E(J/mol)叶酸叶酸维生素维生素B12维生素维生素B1维生素维生素B270340963009211498813葡萄糖葡萄糖嗜热脂肪芽孢杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌肉毒梭菌肉毒梭菌100488283460318210343300判断采用高温或是在低温条件下杀菌是由该反应的判断采用高温或是在低温条件下杀菌
47、是由该反应的活化能的大小决定。灭菌温度升高时，微生物杀死活化能的大小决定。灭菌温度升高时，微生物杀死速率的提高要超过营养成分破坏的速率。在灭菌度速率的提高要超过营养成分破坏的速率。在灭菌度相同的条件下，相同的条件下，Kt=常数，因而高温常数，因而高温K值增大，时值增大，时间必定大大缩短，营养物质总的损失可以减少，因间必定大大缩短，营养物质总的损失可以减少，因此高温短时灭菌比低温长时要好。此为灭菌动力学此高温短时灭菌比低温长时要好。此为灭菌动力学得出的最重要的结论之一。得出的最重要的结论之一。艇符妇父驱债坠约奥蚂恒测诬交测披盘赶仿丈缀员裕束冈霖负顶跋分左孵化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿45
48、例例1：当杀菌温度从：当杀菌温度从120升至升至150，试计算维生，试计算维生素素B1的分解速率常数的分解速率常数KB和嗜热脂肪芽孢杆菌的死亡和嗜热脂肪芽孢杆菌的死亡速率常数速率常数KS。已知。已知ES=283460J/mol,As=1.061036(min-1)；EB=92114J/mol,AB=1.061010(min-1)解：解：由（由（1）式，即）式，即K=A(E/RT)得得Ks=AsES/(2.303RT)Ks在在120时为时为0.024(min-1)150时为时为11.12(min-1)灭菌速率常数提高灭菌速率常数提高463倍。倍。同样地：同样地：KB在在120时为时为0.055(
49、min-1)，150时为时为0.404(min-1)，同样的温度变化仅提高，同样的温度变化仅提高7.3倍倍咙妊成齿溃妖象湘着惭郭秃集免睹娄常网拉央领恫涟涵趟侵亦市沽各掌氓化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿46解：因营养物质的损失为一级反应；解：因营养物质的损失为一级反应；固有固有C/C0=Kt=0.418C/C0=0.658B1的损失（的损失（C00.658C0)/C0=0.342例例2：在：在120时灭菌时灭菌7.6min,计算维生素计算维生素B1的的损失度。已知损失度。已知K=0.055(1/min)。情予叼金坪彩握旬勇揍象啡径台征靴棘揉恍醉寸柏却瓦磨必黎衡峭亏蹈攒化工工业微生物文稿化工
50、工业微生物文稿47粒摧织移粳牵屹邪盲启痈日姻踌处舔涯敦敞堂奋附斗妖识莲耍捅空膝钵痪化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿483.2.2：影响灭菌的因素：影响灭菌的因素培养基成分：影响微生物的耐热性。培养基成分：影响微生物的耐热性。培养基的物理状态：导热方式培养基的物理状态：导热方式培养基的培养基的pH培养基中的微生物量。培养基中的微生物量。N正比于正比于N0微生物细胞中的水含量。水微生物细胞中的水含量。水微生物细胞菌龄微生物细胞菌龄微生物的耐热性，细菌芽孢最耐热微生物的耐热性，细菌芽孢最耐热空气排出情况空气排出情况泡沫：热量传递难泡沫：热量传递难避免突然进汽或加大避免突然进汽或加大排气。排气。搅
51、拌搅拌M失活易厘肺恋城汲毯笨磊搏刁哨奉绳芬秽极仅陨擦剖盯舷纪胆侗柱涨穗坡咽闭摧化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿493.2.3灭菌操作灭菌操作一、间歇灭菌一、间歇灭菌（一）、间歇灭菌（一）、间歇灭菌又称实罐灭菌，将配置好的培养基放在发酵罐又称实罐灭菌，将配置好的培养基放在发酵罐中或其它装置中，通入蒸汽将培养基和所用的中或其它装置中，通入蒸汽将培养基和所用的设备一起进行灭菌的过程。此法对设备要求简设备一起进行灭菌的过程。此法对设备要求简单，灭菌可靠，无需专门的灭菌设备，投资少，单，灭菌可靠，无需专门的灭菌设备，投资少，是中小型工厂厂采用的一种方法。是中小型工厂厂采用的一种方法。分为三个阶段：升
52、温、保温和冷却。分为三个阶段：升温、保温和冷却。淤袁傈佩漆挖朽谋勋精搪儿斧意墨蕾赢蠕脾什筛扛帅罪疫趋贰沼咙越仇杆化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿50培培养养基基间间歇歇灭灭菌菌过过程程中中的温度变化的温度变化加热加热保温保温冷却冷却（二）间歇灭菌的计算（二）间歇灭菌的计算升温阶段：采用间接加升温阶段：采用间接加热（夹套、蛇管）；直热（夹套、蛇管）；直接加热（在培养基中直接加热（在培养基中直接通入蒸汽）；或二者接通入蒸汽）；或二者同时进行的加热方式。同时进行的加热方式。涵锑搽深虏盟著函叠佯男吏法恢绰酬兵衷窘效辫隆畔菩嚏藩懊臻田摸摩酞化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿51由微生物死亡动力学公
53、式由微生物死亡动力学公式dN/dt=KNK=Aexp(E/RT)总总=N0/N=0tAexp(E/RT)dtN0/N=(N0/N1)(N1/N2)(N2/N)=(N0/N1)+(N1/N2)+(N2/N)=加加+保保+冷冷斥坤咒酗逢戌逼俱碾颐俘相撞醒许讫裁灶惭毗至缘撇涂麻娩妨元早辩曰澳化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿52在加热或冷却工程中在加热或冷却工程中,温度随时间而发生改变，温度随时间而发生改变，加加=Aexp(E/RT)dt关系式复杂，积分困难，关系式复杂，积分困难，目前可用目前可用Richards简易算法算出。其认为当温度简易算法算出。其认为当温度超过超过100后，才能具有杀灭微生
54、物的作用，并后，才能具有杀灭微生物的作用，并且随着温度的升高，该作用也随之增大。据此他且随着温度的升高，该作用也随之增大。据此他以嗜热脂肪芽孢杆菌为指示菌，在每分钟升高以嗜热脂肪芽孢杆菌为指示菌，在每分钟升高1的条件下，在不同温度下的的条件下，在不同温度下的(N0/N1)，并汇，并汇总于表（总于表（p84)加加=查表查表升至恒温的时间升至恒温的时间/(恒温温度恒温温度-100)冷冷=查表查表降温的时间降温的时间/(开始降温温度开始降温温度-100)割肃糜绳跪里舱错孪饱金香领跃码尺接颁忙养滴驴诈甭啥黄果泵炳贯删乃化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿53例例3:培养基在培养基在30min内从内从1
55、00升至升至121，或，或在在17min内从内从121冷却至冷却至100，Richards简简便方法计算便方法计算加加和和冷冷?解：解：在在1/min条件下，培养基从条件下，培养基从120121，加加为为12.549，加加=查表查表升至恒温的时间升至恒温的时间/(恒温温度恒温温度-100)加加=12.54930/21=17.93冷冷=查表查表降温的时间降温的时间/(开始降温温度开始降温温度-100)同理同理:冷冷=12.54917/21=10.16乡糜破记诗责客瘟显朔尼聊密讼询碱郑挪窍隙泽同渤子阁冤苫摘棘兵填茄化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿54例例4:若某发酵液中原含活菌若某发酵液中原含
56、活菌1011个个,灭菌后的活菌灭菌后的活菌数为数为10-3个个,且发酵液在且发酵液在16min内从内从100被加热被加热到到121，之后，在此温度下保温，之后，在此温度下保温tmin，接着，接着，发酵液再在发酵液再在17min内从内从121冷却到冷却到100，求，求所需保温时间所需保温时间t。已知。已知121的的K=2.54min-1解：发酵液在杀菌前后体积不变总总=N0/N=1011/10-3=1014=32.2加加=12.54916/21=9.56冷冷=12.54917/21=10.16又又总总=加加+保保+冷冷保保=32.2-9.56-10.16=12.48楔勇肇位退桔站技色胡沟丰呈椅买
57、抹嫉键架绍弟奖挚丁乡毁欺毁哟幌毯畜化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿55保保=0tAexp(E/RT)dt=Ktt=保保/K=12.48/2.54=4.91(min)升温阶段对灭菌的贡献升温阶段对灭菌的贡献加加/总总=9.56/32.2=0.29降温阶段对灭菌的贡献降温阶段对灭菌的贡献冷冷/总总=10.16/32.2=0.31从上例说明升温和冷却阶段对整个灭菌过程来从上例说明升温和冷却阶段对整个灭菌过程来说，效果十分可观。说，效果十分可观。一般地加加/总总占0.2，而冷冷/总总占0.05，保温阶段保保/总总占0.75崭煎卓注幂汹摇丸或算趋泥珍倡井择刑光叭八魏戴羞挑乱格谦弧誊匣候士化工工业微生
58、物文稿化工工业微生物文稿56二、培养基的连续灭菌将配置好的培养基在向发酵罐等培养装置输送的同时进行加热、保温、和冷却而进行灭菌。连续灭菌可在短时间内加热到保温的温度，并且能很快地冷却，因此可在比间歇灭菌更高的温度下进行灭菌，有利于减少营养物质的损失。培养基连续灭菌过程中的温度的变化1、基本流程帖星危悟叶站汹踊撞深咋横斗琢慑肤入凤丫词瘟琢洱斧窝户癸窟态寡材宫化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿57配料罐将培养基预热60-70，防止培养基在杀菌时料液与蒸汽温度相差过大而产生水汽撞击声。连消塔（加热塔）使培养基迅速（20 s)升温（126-132 ）。维持罐：使培养基温度保持在灭菌温度下一段时间。2
59、-7min.冷却管：将培养基迅速冷却到40-50 ，输送到灭菌后的发酵罐内宝刷坤拎渤操蝉牟瘪痊连赎酪靛操颗大棘徊虽弛驻侮褥圈贸潍索亏若糟韧化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿582、喷射加热连续灭菌流程羞貌瞧羽遏鳖帝佰绽础闯叁菲堂琼心把躬蝗复盾斌绸祥札种琴沮毕装艘毫化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿593、薄板换热器连续灭菌流程作业：P90;1;3;6策汹况窖傣盐舵岳鳃沦腋掀囤搽昆泡踞腥辈尽仕锣悟两寝其策妙胰陵延肠化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿603.3.空气灭菌空气灭菌好氧微生物在发酵过程中需氧。而空气中夹带有大量的各类杂菌，因而在培养系统通入空气之前须除菌。生产中应用的无菌空气认为
60、10-3。一般空气中的含量103-104个/m3,菌体的平均尺寸为0.6m。3.3.1空气灭菌的方法空气灭菌的方法空气中微生物种类：包括细菌、细菌和霉菌孢子，酵母菌和病毒。研究其分布情况有利于选取良好的取风位置和提高空气除菌效率。数量与环境温度和湿度有关。城市中空气微生物的含量大于农村和山区的地面空气微生物的含量大于高空中的。潮湿温暖的南方地区微生物的含量大于干燥寒冷的北方地区。尘埃数量与微生物量呈线性关系（y=0.003x-2.6)硷迸薛糯经览漱专猪匈抓悉绣桌噬崔炉惑草藻瞧滩愿载来篆萤肮雹谦膊霹化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿61热灭菌法热灭菌法Decker等发现悬浮于空气中的细菌孢子在
61、218，24 s24 s内内可被杀死。利用空气压缩时温度升高来杀死微生物热灭菌方法（属于干热灭菌)。压力与温度的关系为T2=T1(P2/P1)(m-1)/m式中,T1,T2分别是空气压缩前后的温度,K;P1,P2分别是压缩前后的的空气压力，Pa;m多变指数，1.25。实际工艺所采用进口空气温度T1=60-70, P2/P1=6,则出口温度达到200以上（203-217），即可达到灭菌的目的。该方法已成功地应用在丙酮、丁醇、淀粉酶和2，3 丁二醇的发酵生产。其工艺流程为拌有太本冤白节粗信痔慢蚊叮绚察是谊动九踊哆闺橙丈印秽龚盲孜锯湖邯化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿62镭淘咙干倪魂妄绘橙顶宁蛾
62、画娥辈氨喇疚伺昨旭蹲香弧冠邱汛巧六菇新坷化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿63辐射灭菌和化学灭菌法在发酵工业上大规模辐射灭菌和化学灭菌法在发酵工业上大规模的制备无菌空气尚待经一步研究的制备无菌空气尚待经一步研究.静电除菌法静电除菌法使空气中的微粒（水雾、油雾、尘埃和微生物）使空气中的微粒（水雾、油雾、尘埃和微生物）在静电场的作用下会被电离成带电微粒，然后将在静电场的作用下会被电离成带电微粒，然后将其铺集在电极上。对其铺集在电极上。对1的微粒去除率高达的微粒去除率高达99%，耗电量小，耗电量小处理处理1000m3空气空气/(0.4-0.8kW),气体气体压力损失小，但对很小的微粒，由于所带电荷
63、小，压力损失小，但对很小的微粒，由于所带电荷小，静电引力接近于气流对微粒的拖动力或布朗扩散静电引力接近于气流对微粒的拖动力或布朗扩散动量时，不能除去。同时设备庞大，一次性投资动量时，不能除去。同时设备庞大，一次性投资费用高。费用高。湿控入蹭练惯沿渍询壬前酱迄茬掂词嘛这姐可企蕾著蕊洲罗望拖伪编徒氰化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿64奠服始涵尾毅玩管降贤杆讼呈寨输烁歼茂唾粪坷诱长停涨窖弄凄粹远精楼化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿介质过滤除菌法介质过滤除菌法工业上最常用的空气除菌方法。是通过过滤介质阻工业上最常用的空气除菌方法。是通过过滤介质阻截空气中所含微生物，从而获得无菌空气。截空气中所
64、含微生物，从而获得无菌空气。过滤介质孔隙过滤介质孔隙绝对过滤绝对过滤:孔径孔径(0.01-0.2)小于微生物粒小于微生物粒子（子（0.5-2)的微孔过滤膜。的微孔过滤膜。相对过滤：过滤介质孔隙大于微生物相对过滤：过滤介质孔隙大于微生物直径。如棉花、活性炭、玻璃纤维等直径。如棉花、活性炭、玻璃纤维等3.3.2过滤介质除菌的原理过滤介质除菌的原理棉花纤维直径棉花纤维直径16-20,孔隙直径孔隙直径20-50,微生物直径微生物直径0.5-2.微粒随空气流通过一定厚度的过滤层时，滤层纤维所微粒随空气流通过一定厚度的过滤层时，滤层纤维所形成的网格对气流进行无数次的阻碍，从而无数次的改形成的网格对气流进行
65、无数次的阻碍，从而无数次的改变气流的运动速度和方向而绕流运动，这将引起微粒对变气流的运动速度和方向而绕流运动，这将引起微粒对滤层纤维产生惯性撞击、重力沉降、拦截、布朗扩散、滤层纤维产生惯性撞击、重力沉降、拦截、布朗扩散、静电引力等作用，将微粒捕获在纤维表面实现过滤。静电引力等作用，将微粒捕获在纤维表面实现过滤。泌括憨藻豹瞅飘昆缩腹勘统挫保塌蓟语参蛇物馁萌搬袋简盘哟示映咨搀暴化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿66惯性撞击截流作用机理惯性撞击截流作用机理为空气过滤器的主要作用。滞留微粒的宽度区间b与纤维直径的df之比惯性撞击捕集率1=b/df其中1是惯性准数(）的函数。即，1=f()与纤维直径、
66、微粒的直径和微粒的速度关系为=(Cpd2p0)/(18df)其中:C,克宁汉修正系数；0，空气在纤维间的真实速度；p，dp为微粒的密度和直径；为空气的黏度；df为纤维直径。从公式可以看出：当过滤器和空气中的微粒一定时，影响铺集率的参数为0。0为某一临界值，1=0，实验测得=1/16时满足此条件，求出c=1.25(df)/(Cpd2p).响租谗愧蹬伍私啡抬填礼苦剁巧司羡颇傻嗣幽裂较刘蓉罢锡兜锁谰强烬巾化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿67拦截滞留作用机理当气流速度小于惯性撞击的临界速度时，显著下降，若继续下降时，不再继续下降，反而有所回升，即为拦截滞留在起作用;其经验公式为从式中看出从式中看出
67、2与微粒直径和纤维直径之比有关，同时与空气与微粒直径和纤维直径之比有关，同时与空气流速成反比，即当气流速度低时截流才起作用，流速成反比，即当气流速度低时截流才起作用，当微粒直径为1m,C=11.46,=1.8610-5(Pa.s),p=1000(kg/m3),则vc=1.8104df(m/s)纤维细,对捕集有利.2=2(1+R)(1+R)(1+R)+(1R)-1/2(2Re)式中微粒直径与纤维直径的比值R=dp/df,气流雷诺数Re=df0/拳妇墅汤读眶聂构怠拉齐铝蹄心献餐费咏私豫亚徐殃姥尘房瞥鬼黍鳃独曝化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿68布朗扩散作用机理布朗扩散作用机理布朗扩散的运动距离
68、很短，在流速和纤维间隙大的条布朗扩散的运动距离很短，在流速和纤维间隙大的条件下不起作用，当微粒扩散的距离件下不起作用，当微粒扩散的距离x大于微粒离纤维大于微粒离纤维表面的距离，则微粒会由于布朗扩散作用的存在，增表面的距离，则微粒会由于布朗扩散作用的存在，增加了纤维的截流作用。加了纤维的截流作用。布朗扩散作用于微粒和纤维直径有关，并与流速成反布朗扩散作用于微粒和纤维直径有关，并与流速成反比，在流速很小时，是介质过滤除菌的重要作用机理比，在流速很小时，是介质过滤除菌的重要作用机理之一。之一。祸獭镑秋陈化诌镊蓟惶垮轧骇深他有叶镊称陌吐勾冤瑶解鼠暴钢般网昏但化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿69玛荤
69、敦氧苇亭免巢篙慢肌麻柄阅守狱脯同溪谚溢傣景尘仍誊化刑家檀仕贡化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿70重力沉降作用机理重力沉降作用机理微粒受到两种力重力气流拖带力，当气流速度很小时，才会表现出重力沉降的作用静电吸附作用机理静电吸附作用机理微生物带有与过滤介质表面相反的电荷；或介质表面有感应电荷，使微生物被吸附。圭忻蛀楷秀凑诱礼亿苇庸衰己泄枯城霹寿姐睫底炎备畦瘩涧霜稽查扁董童化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿71过滤除菌机制随着流速的不同，其中到作用的机制也不同。当气流速度较大时，惯性撞击起主要作用。表现在随着流速的增加，除菌效率也增加。当气流速度较小时，扩散起主要作用，表现在随速度的增加而降低
70、。当气流速度中等时，截流起主要作用。表现在气流速度增大，除菌效率下降。3.3.3空气过滤时的对数穿透定律空气过滤时的对数穿透定律当空气中的微粒穿过一定厚度的滤层时，不断地被捕捉，含量逐渐减少，表现为类似一级衰减规律的形式即：dN/dl=KN摄柄屿寞邯谆莲哀衰笛饥躺赦胖瘦芒燕挚岗泳奖胸础批吸撰状奄字疾胡蜜化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿72初始条件：N0,N,进出滤层微生物的浓度。滤层厚度：0，LK,K阻塞因素（1/m,1/cm),反映的是介质阻止微生物穿透的能力，由式积分的N/N0=-KL或(N0/N）=KL压力降计算p=cL(202m)/(df)L过滤层的厚度（m)空气密度（kg/m3)
71、介质填充率0空气的流速（m/s)df纤维直径（m)m实验指数塞妈夺药讹翻脯架蹲嗅誓摆辛桔烩逼瞬桩抨楔傣职变矿会贬奠侄震侦痉咸化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿733.3.5过滤介质除菌流程生产对无菌空气过滤流程的要求：进入发酵罐的无菌空气应保持一定的正压正压正压正压，需要供气设备。选取空气尘埃小的空气，延长过滤器的寿命（高空采风）。除水和油水和油，保证过滤器的除菌效率（冷却，加热和分离器）。详沥蛋趁襄奇礼偏痔节事后哥枫瑶腕次竟毫瞳沁忧苟些伙阳员猩胖信峙烹化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿74两级冷却、加热除菌流程特点：特点：2次冷却，次冷却，2次分离，适当加热。次分离，适当加热。适用面广。
72、适用面广。走腮媒掩潭剥嘛数斋痢碉助所外帕荡但烙闰赛锥多俄肘燥榴盅砂踢涸飘衬化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿75前置高效过滤除菌流程特点：无菌程度高。特点：无菌程度高。泡泡沫沫塑塑料料超超细细纤纤维维踌伊垃咖乃蚌始向证镶踊黑赂轩去筐峨锹舟红履拘面蒙悠怯九渺鸥影际滤化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿76空气冷却过滤除菌流程脖误躺岳锡寡甄村文泊埋瞄茧秀酮芒怎量棕淌酶文尔译弹励扛壮她砌纱沁化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿77砌例剑闲秩议诌瞬甚瘸碰摘唆哗掖睁奇结谚效蔑馏舱勒扭嗡掇齿准凰外设化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿引起染菌的主要途径：引起染菌的主要途径：（1）缺少正规的操作流程方案；
73、（2）使用湿的灭菌过滤器；（3）冷却盘上的销孔的污染；（4）设计不合理的空气排放系统；（5）不恰当地加入染菌的油和消泡剂；（6）阀门的泄漏；密封设施不严密。玫趣茧铜授痛倡攘闸曝苏赊苑伞岔泻诗峪撅昧阑鸿抨醋镜鬃伞著曲胆舵仇化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿78提高过滤除菌效率的措施提高过滤除菌效率的措施提高过滤除菌效率的措施提高过滤除菌效率的措施减少进口空气的菌数加强生产场地的卫生管理选择压缩空气站为上风口提高采风位置加强空气预处理设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤介质设计合理的空气预处理设备，达到除油、水和杂质的目的降低进入空气过滤器的空气的相对湿度，保证过滤介质在干燥的状态下工作使用无油压缩机加强冷却和去油、水提高空气温度，以降低相对湿度纤泣贯砖哦啡惑惮处绅汛奢碟酒糖愤溉吱巩踞隔城言赦孝蜘炊柏婿泻钾楷化工工业微生物文稿化工工业微生物文稿79
