的冷凝热,很容易使蛋白质凝固而杀灭微生物。但如果利用蒸汽直接通入培养基 中加热灭菌,应考虑扣除冷凝水的体积,否则会降低培养基的浓度。湿热灭菌一 般是在120℃维持20~30min。 (5)过滤除菌 这是利用过滤方法阻拦微生物达到除菌的目的。工业上利用此方法制备无菌 空气。在产品的提取中,也可用过滤的方法(如超滤)处理料液,以得到无菌产 品 第二节培养基灭菌 1.微生物的死亡速率 在培养基湿热灭菌时,其中微生物受热死亡的速率是与残存的微生物数量成 正比的。即 dn_kN 其中N:培养基中的活菌个数 :时间 k:比死亡速率 开始灭菌时,即t=0时,培养基中活菌数为N 积分上式 -dN In 或 N=Ne N为经过时间t残留的活菌数 若以为纵坐标,t为横坐标作图,结果为一直线,其斜率为-k。如下图 为大肠杆菌在不同温度下的残留曲线
16 的冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀灭微生物。但如果利用蒸汽直接通入培养基 中加热灭菌，应考虑扣除冷凝水的体积，否则会降低培养基的浓度。湿热灭菌一 般是在 120℃维持 20～30 min。 （5） 过滤除菌 这是利用过滤方法阻拦微生物达到除菌的目的。工业上利用此方法制备无菌 空气。在产品的提取中，也可用过滤的方法（如超滤）处理料液，以得到无菌产 品。 第二节 培养基灭菌 1. 微生物的死亡速率 在培养基湿热灭菌时，其中微生物受热死亡的速率是与残存的微生物数量成 正比的。即 kN dt dN − = 其中 N ：培养基中的活菌个数 t ：时间 k ：比死亡速率 开始灭菌时，即 t = 0 时，培养基中活菌数为 N0 。 积分上式： dN N N N0 1 ＝－ t kdt 0 kt N N = − 0 ln 或 kt N N e − = 0 N 为经过时间 t 残留的活菌数。 若以 N0 N 为纵坐标， t 为横坐标作图，结果为一直线，其斜率为− k 。如下图 为大肠杆菌在不同温度下的残留曲线
101 54°C N 6058 104 0246810 t(min) k值越大,表明微生物越容易死亡, 2.培养基灭菌 培养基的灭菌有分批法和连续法两种。分批灭菌是将配制好的培养基放入发 酵罐中,通入蒸汽,使培养基和所有设备一起灭菌。这一过程也称为实罐灭菌 连续灭菌是在配制好的培养基向发酵罐输送的同时加热、保温和冷却,完成整个 灭菌过程。连续灭菌时间短,灭菌温度一般高于分批灭菌,所以可减少对营养物 质的破坏,灭菌效果优于分批式,但灭菌设备较复杂,投资大,而且所有设备须 事先进行空罐灭菌,如发酵罐、加热器、维持罐、冷却器等。 第三节空气除菌 微生物在繁殖和好氧性发酵过程中都需要氧,而用纯氧是没有必要的。一般 是以空气作为氧源,被通入发酵系统。但空气中含有多种微生物,这些微生物 旦随着空气进入发酵系统,它们也会大量繁殖,不仅消耗大量的营养成分,还可 能产生各种各样的代谢产物,影响和破坏发酵的正常进行,危害极大。因此,空 气必须经过除菌后才能通入发酵液。空气除菌过程是需氧发酵过程的一项十分重 要的环节。除菌的方法很多,这里着重介绍过滤除菌。 空气过滤除菌流程 空气过滤除菌流程是按生产对无菌空气的要求,根据空气的性质制定的。此 外,也要从吸气环境的空气条件和所采用设备的特性综合考虑后设计。 对一般要求的低压无菌空气,可直接采用鼓风机增压后进入过滤器,经过 至二次过滤除菌制得。如无菌室、超净工作台等的无菌空气就是采用这一简单流 程。一般深层通风发酵,除了要求无菌空气具有必要的无菌程度外,还需具有
17 0 2 4 6 8 10 10-4 10-3 10-2 10-1 1 54oC 56oC 58 60 oC oC N No t(min) k 值越大，表明微生物越容易死亡。 2. 培养基灭菌 培养基的灭菌有分批法和连续法两种。分批灭菌是将配制好的培养基放入发 酵罐中，通入蒸汽，使培养基和所有设备一起灭菌。这一过程也称为实罐灭菌。 连续灭菌是在配制好的培养基向发酵罐输送的同时加热、保温和冷却，完成整个 灭菌过程。连续灭菌时间短，灭菌温度一般高于分批灭菌，所以可减少对营养物 质的破坏，灭菌效果优于分批式，但灭菌设备较复杂，投资大，而且所有设备须 事先进行空罐灭菌，如发酵罐、加热器、维持罐、冷却器等。 第三节 空气除菌 微生物在繁殖和好氧性发酵过程中都需要氧，而用纯氧是没有必要的。一般 是以空气作为氧源，被通入发酵系统。但空气中含有多种微生物，这些微生物一 旦随着空气进入发酵系统，它们也会大量繁殖，不仅消耗大量的营养成分，还可 能产生各种各样的代谢产物，影响和破坏发酵的正常进行，危害极大。因此，空 气必须经过除菌后才能通入发酵液。空气除菌过程是需氧发酵过程的一项十分重 要的环节。除菌的方法很多，这里着重介绍过滤除菌。 一． 空气过滤除菌流程 空气过滤除菌流程是按生产对无菌空气的要求，根据空气的性质制定的。此 外，也要从吸气环境的空气条件和所采用设备的特性综合考虑后设计。 对一般要求的低压无菌空气，可直接采用鼓风机增压后进入过滤器，经过一 至二次过滤除菌制得。如无菌室、超净工作台等的无菌空气就是采用这一简单流 程。一般深层通风发酵，除了要求无菌空气具有必要的无菌程度外，还需具有一
定的压力,这即是比较复杂的空气除菌流程 1.空气除菌流程的要求 空气应具有一定的压力,过滤器要高效,设备尽量采用新技术,流程尽可能 简化,降低动力消耗,工人操作简便,运转费用低。设备中要用无油润滑,否则 有油雾,影响过滤效率 2.流程分析 空压机→冷却→分油水→总过滤器→分过滤器 由于不同地区气候条件不同,发酵工厂使用的空气除菌流程有所不同。过滤 器要达到高效率,就应该维持一定的气流速度,并且不能受空气中油、水的干扰 气流速度可以控制,但要除去油分和水分,则需要一系列的冷却、分离、加热等 设备来保证空气的相对湿度在50~60% 般的过滤器用棉花和活性炭制成,活性炭夹在棉花中间。 以下为典型的设备流程 (1)高空采风、两次冷却、两次分油水、适当加热流程(如图) 这是比较完善的空气除菌流程,对各种气候环境条件都能适应。分离水分效 率较髙,并能使空气在达到较低的相对湿度时进行过滤,提高了过滤效率。此流 程的特点是:两次冷却、两次分油水、适当加热。空气第一次冷却到30~35℃, 第二级冷却至20~25℃,经分水后加热到30~35℃,因为温度升高,相对湿度 下降 空气中的水蒸汽分压与同温度下的饱和水蒸汽压之比为相对湿度或相对湿 含量 P Pn一空气中水蒸汽分压(Pa) P,一同温下水的饱和蒸汽压(Pa)
18 定的压力，这即是比较复杂的空气除菌流程。 1．空气除菌流程的要求 空气应具有一定的压力，过滤器要高效，设备尽量采用新技术，流程尽可能 简化，降低动力消耗，工人操作简便，运转费用低。设备中要用无油润滑，否则 有油雾，影响过滤效率。 2．流程分析 空压机→冷却→分油水→总过滤器→分过滤器 由于不同地区气候条件不同，发酵工厂使用的空气除菌流程有所不同。过滤 器要达到高效率，就应该维持一定的气流速度，并且不能受空气中油、水的干扰。 气流速度可以控制，但要除去油分和水分，则需要一系列的冷却、分离、加热等 设备来保证空气的相对湿度在 50～60%。 一般的过滤器用棉花和活性炭制成，活性炭夹在棉花中间。 以下为典型的设备流程 （1） 高空采风、两次冷却、两次分油水、适当加热流程（如图） 这是比较完善的空气除菌流程，对各种气候环境条件都能适应。分离水分效 率较高，并能使空气在达到较低的相对湿度时进行过滤，提高了过滤效率。此流 程的特点是：两次冷却、两次分油水、适当加热。空气第一次冷却到 30～35℃， 第二级冷却至 20～25℃，经分水后加热到 30～35℃，因为温度升高，相对湿度 下降。 空气中的水蒸汽分压与同温度下的饱和水蒸汽压之比为相对湿度或相对湿 含量： s w p p = w p —空气中水蒸汽分压（Pa） s p —同温下水的饱和蒸汽压（Pa）
每1kg干空气中可含有水蒸汽的kg数为空气的湿含量或绝对湿含量。若 Gkg干空气含有G,kg水蒸汽,则其湿含量为 Px=M.Pw_=0.622-P G. M.p. M P-p Kg千空气 P一空气总压强 P2-千空气的分压强 此式与上式合并得 X=0622 pp. pp 例1:某除菌流程,空气压力为4atm(表压),要求空气加热到35℃时,相对 湿度q2=60%,问第二级冷却器应至少把空气冷却到多少度?(假设冷却后的空 气中不含水雾) 解:查表得35℃时空气中的饱和水蒸汽分压P2=5619Pa,加热前冷空气的相对 湿度a1=100%,加热前后空气湿含量没有发生变化,X1=X2,加热前后压力不 变 plp 0.622 p2ps B-1 92P ,, P=,pP P= P 91Ps1=92P q1=100 P1=q2p2=0.6×5619=3371(Pa) 查水蒸汽分压表得知26℃水的蒸汽压力为3371Pa,即第二级冷却器至 少应把空气冷却到26℃。 (2)冷热空气直接混合式空气除菌流程(如图) 此流程适用于中等湿含量的地区。它的特点是:可省去一级冷却和分离
19 每 1 kg 干空气中可含有水蒸汽的 kg 数为空气的湿含量或绝对湿含量。若 Gg kg 干空气含有 Gw kg 水蒸汽，则其湿含量为 − = − = = = Kg干空气 Kg P p p P p p M M M p M p G G X w w w w g w g g w w g w 0.622 P—空气总压强 g p —干空气的分压强 此式与上式合并得 s s P p p X − = 0.622 例 1：某除菌流程，空气压力为 4 atm（表压），要求空气加热到 35℃时，相对 湿度 2 =60%，问第二级冷却器应至少把空气冷却到多少度？（假设冷却后的空 气中不含水雾） 解：查表得 35℃时空气中的饱和水蒸汽分压 Ps2 =5619Pa，加热前冷空气的相对 湿度 1 =100%，加热前后空气湿含量没有发生变化， X1 = X2 ，加热前后压力不 变。 2 2 2 2 2 1 1 1 1 1 0.622 0.622 s s s s P p p P p p − = − 1 ps1P2 = 2 ps2P1 P1 = P2 1 ps1 = 2 ps2 1 =100% ps1 = 2 ps2 = 0.65619 = 3371 (Pa) 查水蒸汽分压表得知 26℃水的蒸汽压力为 3371Pa，即第二级冷却器至 少应把空气冷却到 26℃。 (2) 冷热空气直接混合式空气除菌流程（如图） 此流程适用于中等湿含量的地区。它的特点是：可省去一级冷却和分离
设备及空气再加热设备,简化了流程,使冷却水用量也降低了。压缩空气从 贮罐出来分两路,一部分进冷却器,经分离器分离水、油雾后与另一部分未 处理过的高温压缩空气混合,使混合后的空气温度为30~35℃,相对湿度为 50~60%。 例2.吸入的空气1=25℃,q1=80%,冷却后12=25℃,q2=100%,混合后 13=35℃,q3=60%,计算混合比(P=1kg/cm2,P2=P=4kg/cm2)。 解:吸入空气的湿含量 X,=062)9P 0.8×00323 =0.622× 00165(kg水蒸汽/kg干空 P1-1P 0.8×00323 气) 冷却分水后空气湿含量 X,=06)、92Ps 1×0.0323 =0.622 =0051(kg水蒸汽/kg干空气) P2-P2 p,2 4-1×0.0323 混合空气的湿含量 =0.622 3P3 0.6×0.0573 =00054(kg水蒸汽/kg千空 B3-q3P23 4-0.6×00573 设未处理的空气百分比为y 则 x1Y+(1-Y)2=H3 X-X =3% XI-X (3)高效前置过滤除菌流程 上述的流程都能降低低空气的相对湿度,改善过滤器的过滤条件。为了提髙 空气的无菌程度,也可以采用高空采风,因为高度越髙,空气中微生物含量越少。 一般情况下,每升高10米,空气中微生物含量减少一个数量级。所以一方面可 进行高空吸风,另一方面也可以采用高效的前置过滤方法,即在压缩机前设置 台髙效过滤器,这样便可降低过滤器负荷(即多次过滤),达到空气除菌的要求
20 设备及空气再加热设备，简化了流程，使冷却水用量也降低了。压缩空气从 贮罐出来分两路，一部分进冷却器，经分离器分离水、油雾后与另一部分未 处理过的高温压缩空气混合，使混合后的空气温度为 30～35℃，相对湿度为 50～60%。 例 2． 吸入的空气 t 1 = 25 ℃， 1 =80%，冷却后 2 t =25℃， 2 =100%，混合后 3 t =35℃， 3 =60%，计算混合比（ P1 =1 kg/㎝ 2， P2 = P3 =4 kg/㎝ 2）。 解：吸入空气的湿含量 1 1 1 1 1 1 P 0.622 s s p p X − = 0.0165 1 0.8 0.0323 0.8 0.0323 0.622 = − = （kg 水蒸汽/kg 干空 气） 冷却分水后空气湿含量 2 2 2 2 s2 2 p 0.622 P ps X − = 0.051 4 1 0.0323 1 0.0323 0.622 = − = (kg 水蒸汽/kg 干空气) 混合空气的湿含量： 3 3 3 3 3 3 0.622 s s P p p X − = 0.0054 4 0.6 0.0573 0.6 0.0573 0.622 = − = (kg 水蒸汽/kg 干空 气) 设未处理的空气百分比为 Y 则 ( ) X1Y + 1−Y X2 = X3 3% 1 2 3 2 = − − = X X X X Y (3) 高效前置过滤除菌流程 上述的流程都能降低低空气的相对湿度，改善过滤器的过滤条件。为了提高 空气的无菌程度，也可以采用高空采风，因为高度越高，空气中微生物含量越少。 一般情况下，每升高 10 米，空气中微生物含量减少一个数量级。所以一方面可 进行高空吸风，另一方面也可以采用高效的前置过滤方法，即在压缩机前设置一 台高效过滤器，这样便可降低过滤器负荷（即多次过滤），达到空气除菌的要求