【发酵工程】第四章 发酵工业无菌技术
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【发酵工程】余龙江版 第4篇_发酵工业无菌技术1
连消塔
维持罐
冷却罐
分批灭菌与连续灭菌的比较
连续灭菌的优点：（适用于大型罐） 可采用高温短时灭菌，营养成分破坏少，有 利于提高发酵产率； 发酵罐利用率高； 蒸汽负荷均衡； 采用板式换热器时，可节约大量能量； 适宜采用自动控制，劳动强度小； 可实现将耐热性物料和不耐热性物料在不同 温度下分开灭菌，减少营养成分的破坏。
青霉素：怕染细短产气杆菌 链霉素：怕染细短杆菌、假单孢杆菌和产气杆菌 四环素：怕染双球菌、芽孢杆菌和荚膜杆菌 柠檬酸：怕染青霉菌 肌苷（酸）：怕染芽孢杆菌
谷氨酸：怕染噬菌体，易造成连续污染
（3）不同发酵时期染菌对发酵的影响
种子扩大时期染菌: 灭菌后弃去 发酵前期染菌： 应迅速重新灭菌，补充必要的营养成分，重新接种
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
/jpkc
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）染菌对不同菌种发酵的影响
B. 霉菌 PenG ：青霉素水解酶上升， PenG 迅速破坏， 发酵一无所获。 柠檬酸： pH2.0 ，不易染菌，主要防止前期染 菌。 C. 酵母菌: 易污染细菌以及野生酵母菌 D. 疫苗：无论污染的是活菌、死菌或内外毒素， 都应全部废弃。
（2）染菌种类对发酵的影响
发酵中期染菌：挽救困难，应早发现，快处理 ，处理方 法应根据各种发酵的特点和具体情况来决定 抗生素发酵 柠檬酸发酵 a. 污染细菌：加大通风，加速产酸，调pH3.0，抑制 细菌 b. 污染酵母：加入0.025~0.035g/L CuSO4抑制酵母； 通风加大，加速产酸。
发酵工程第四章工业发酵灭菌与消毒
•
达到灭菌温度（120 ℃）时，开始计算维持时间 （保温时间）。生产上采用30min 采用快速冷却方式，减少营养成份的损失
•
（1）连续灭菌
培养基在发酵罐外经过一套灭菌设备连续的加热灭菌,冷却后送入已灭菌 的发酵罐内的工艺过程.
• 优点
• • • • • • 保留较多的营养质量 容易放大，较易自动控制； 糖受蒸汽的影响较少； 缩短灭菌周期； 在某些情况下，可使发酵罐的腐蚀减少； 发酵罐利用率高，蒸汽负荷均匀。
• 特点 ：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%。
3、高效前置过滤除菌流程
• 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。
经济快速适 用范围广 安全高效 可用于热敏 物质
一、工业上培养基灭菌
1.培养基灭菌的目的： 杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的条件。
2.灭菌方法： 工业上培养基灭菌使用的方法是湿热灭菌。 湿热灭菌简便、有效、经济。
• 3.培养基灭菌的要求 • （1）达到要求的无菌程度； • （2）尽量减少营养成分的破坏，在灭菌过程中，培养基 组分的破坏，是由两个基本类型的反应引起的： • 培养基中不同营养成分间的相互作用； • 对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的分解。
项目 方法
化学物质灭菌 辐射灭菌
本质
化学反应 紫外线与菌体核酸 的光化学反应；其 它射线使水分子产 生自由基 加速与温度有关的 胞内反应 蒸汽释出潜热使蛋 白变性 氧化作用 利用菌体物理性质
4.发酵工业无菌技术 ppt课件
二 如：
发 酵 工
青霉素发酵：污染细短产气杆菌比粗大杆菌 的危害大；
业 污
高温淀粉酶发酵：污染芽孢杆菌和噬菌体的
染 危害较大；
的
防
治
策
略
发酵工业无菌技术
不同污染时期对发酵的影响
二
发 种子培养期 菌浓低，营养丰富；灭菌；
酵 工
发酵前期 杂菌争夺营养成分，干扰生产菌的
业 繁殖和产物的形成；灭菌，重接种；
通；
略
发酵工业无菌技术
2.无菌空气带菌及防止；
二 3.培养基和设备灭菌不彻底导致的染菌及防
发 酵
止：原料 蒸汽压力 设备死角
工 业
4.设备渗漏引起的染菌及防止；
污 染
5.操作不规范引起的染菌
的
防
治
策
略
第 发酵染菌的拯救与处理
十 一
1.种子培养期染菌的处理：灭菌，倒种；
章 2.发酵前期染菌的处理：灭菌，接种；
养 基Байду номын сангаас
杀死微生物的极限温度称为致死温度。在致
发酵工业无菌技术
无菌室 室内布置应尽量简单，通常用30瓦
二 发
紫外线灭菌灯照射20~30分钟，配合使用化 学灭菌药剂；无菌室内无菌度的要求是：
酵 把无菌培养皿平板打开盖子在无菌室内放
工 业
置30分钟，根据一般工厂的经验，长出的
污 染
菌落在3个以下为好。
的 防
灭菌锅 灭菌操作时需要注意排气管是否畅
治 策
4.发酵工业无菌技术 ppt课件
发酵工业无菌技术
一 发酵工业的无菌处理
在工业微生物培养过程中，只允许生产菌存
在和生长繁殖，不允许其他微生物共存，因
发酵工程发酵工业的无菌技术课件
4.2.1 杂菌污染的危害
*
4）污染的杂菌大量繁殖，会改变反应介质的pH，从而使生物化学反应发生异常变化； 5）发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解而使生产失败等。
*
染菌危害的具体分析 （1）染菌对不同菌种发酵的影响
A．细菌 谷氨酸(棒状杆菌)：发酵周期短，培养基不太丰富，较少染杂菌，但噬菌体威胁大。 肌苷（枯草杆菌）：缺陷型生产菌，培养基丰富，易染菌，营养成分迅速被消耗，严重抑制菌生长和合成代谢产物。
*
染菌发酵液中含有比正常发酵液更多的水溶性蛋白和其它杂质。 采用有机溶剂萃取的提炼工艺，则极易发生乳化，很难使水相和溶剂相分离，影响进一步提纯。 采用直接用离子交换树脂的提取工艺，如链霉素、庆大霉素，染菌后大量杂菌黏附在离子交换树脂表面，或被离子交换树脂吸附，大大降低离子交换树脂的交换容量，而且有的杂菌很难用水冲洗干净，洗脱时与产物一起进入洗脱液，影响进一步提纯。
设备渗漏包括夹套穿孔、盘管穿孔、接种管穿孔、阀门渗漏、搅拌轴渗漏、罐盖漏和其它设备漏等。从日本工业技术院发酵研究所对染菌原因分析发现，这类染菌占33.85％。所以说加强设备本身及附属零部件的严密度检查，对制服染菌是极其主要的，也是重要的。
*
密闭式发酵罐
*
*
*
2、机械搅拌发酵罐的结构
好气性机械搅拌发酵罐是密封式受压设备，主要部件包括： 罐身 轴封 消泡器 搅拌器 联轴器 中间轴承 挡板 空气分布管 换热装置 人孔以及管路等
*
*
“死角”
发酵罐的“死角” 法兰、内衬、接口、表头、罐内部件及其支撑件如搅拌轴拉杆、联轴器、冷却盘管、挡板、空气分布管及其支撑件 口：人孔（或手孔）、排风管接口、灯孔、视镜口、进料管口 发酵罐罐底脓疱状积垢造成“死角” 消除方法：加强清洗并定期铲除污垢；安装放汽边阀 管道安装不当或配置不合理形成的“死角”
*
4）污染的杂菌大量繁殖，会改变反应介质的pH，从而使生物化学反应发生异常变化； 5）发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解而使生产失败等。
*
染菌危害的具体分析 （1）染菌对不同菌种发酵的影响
A．细菌 谷氨酸(棒状杆菌)：发酵周期短，培养基不太丰富，较少染杂菌，但噬菌体威胁大。 肌苷（枯草杆菌）：缺陷型生产菌，培养基丰富，易染菌，营养成分迅速被消耗，严重抑制菌生长和合成代谢产物。
*
染菌发酵液中含有比正常发酵液更多的水溶性蛋白和其它杂质。 采用有机溶剂萃取的提炼工艺，则极易发生乳化，很难使水相和溶剂相分离，影响进一步提纯。 采用直接用离子交换树脂的提取工艺，如链霉素、庆大霉素，染菌后大量杂菌黏附在离子交换树脂表面，或被离子交换树脂吸附，大大降低离子交换树脂的交换容量，而且有的杂菌很难用水冲洗干净，洗脱时与产物一起进入洗脱液，影响进一步提纯。
设备渗漏包括夹套穿孔、盘管穿孔、接种管穿孔、阀门渗漏、搅拌轴渗漏、罐盖漏和其它设备漏等。从日本工业技术院发酵研究所对染菌原因分析发现，这类染菌占33.85％。所以说加强设备本身及附属零部件的严密度检查，对制服染菌是极其主要的，也是重要的。
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密闭式发酵罐
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*
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2、机械搅拌发酵罐的结构
好气性机械搅拌发酵罐是密封式受压设备，主要部件包括： 罐身 轴封 消泡器 搅拌器 联轴器 中间轴承 挡板 空气分布管 换热装置 人孔以及管路等
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“死角”
发酵罐的“死角” 法兰、内衬、接口、表头、罐内部件及其支撑件如搅拌轴拉杆、联轴器、冷却盘管、挡板、空气分布管及其支撑件 口：人孔（或手孔）、排风管接口、灯孔、视镜口、进料管口 发酵罐罐底脓疱状积垢造成“死角” 消除方法：加强清洗并定期铲除污垢；安装放汽边阀 管道安装不当或配置不合理形成的“死角”
4微生物工程第四章发酵工业的讲义无菌技术
3. 杂菌污染的途径及其预防
（1）种子带菌的防治
培养基及器具彻底灭菌 避免菌种在移接过程中受污染 避免菌种在培养及保藏过程中污染
（2）过滤空气带菌及其防治
正确选择采气口
高处采气、前置粗过滤器
设计合理的空气预处理流程
减少含油量和湿度
设计和安装合理的空气过滤 器
介质选择
（3）设备的渗漏或“死角”造成的染菌及其防治
溶解氧水平异常变化 pH异常变化 尾气中CO2异常变化 其他异常现象（黏度、泡沫、颜色等）
1 2
2. 污染原因分析
主要原因： ① 种子带菌 ② 空气带菌 ③ 设备渗漏 ④ 灭菌不彻底 ⑤ 操作失误 ⑥ 技术管理不善
污染原因分析方法：
从污染杂菌的种类分析； 从污染时间进行分析； 从染菌的程度进行分析。
除菌(degermation): 用过滤方法除去空气或液体中 的微生物及其孢子。
防腐(antisepsis): 用物理或化学方法杀死或抑制微 生物的生长和繁殖 。
消毒ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ灭菌的区别
➢ 消毒：表面微生物，只能杀死营养细胞 ➢ 杀菌：所有生命体
消毒与灭菌在发酵工业中的应用
➢消毒：发酵车间环境、设备、器具的无菌处理 ➢灭菌：培养基等物料的无菌处理
染杂菌，但噬菌体威胁大。 肌苷：缺陷型生产菌，培养基丰富，易染菌，
营养成分迅速被消耗，严重抑制菌生长和合成 代谢产物。
B. 霉菌 PenG：青霉素水解酶上升，PenG迅速破坏，发酵
一无所获。 柠檬酸：pH2.0，不易染菌，主要防止前期染菌。 C. 酵母菌 易污染细菌以及野生酵母菌 D. 疫苗 无论污染的是活菌、死菌或内外毒素，都应全部
相对热阻：指某一微生物在某一条件下的致死时 间与另一微生物在相同条件下的致死时间之比。
发酵工程4发酵工业无菌技术.pptx
➢灭菌（sterilization）是指用物理或化学 方法杀灭或去除物料或设备中一切有生命物 质的过程。 ➢灭菌实质上可分杀菌和溶菌两种，前者指菌 体虽死，但形体尚存，后者则指菌体杀死后， 其细胞发生溶化、消失的现象 。
➢消毒（disinfection）是指用化学或物理 的方法杀灭或去除病原微生物的过程，它一 般只能杀死营养细胞而不能杀灭细菌芽孢。
2）发酵染菌对提取的影响
➢染菌发酵液中含有比正常发酵液更多的水溶性蛋白 和其它杂质。 ➢采用有机溶剂萃取的提炼工艺，则极易发生乳化， 很难使水相和溶剂相分离，影响进一步提纯。 ➢采用直接用离子交换树脂的提取工艺，如链霉素、 庆大霉素，染菌后大量杂菌黏附在离子交换树脂表面， 或被离子交换树脂吸附，大大降低离子交换树脂的交 换容量，而且有的杂菌很难用水冲洗干净，洗脱时与 产物一起进入洗脱液，影响进一步提纯。
➢消毒是一种采用较温和的理化因素，仅杀死 物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌， 而对被消毒的物体基本无害的措施。
➢除菌（degerming）是用过滤方法除去空气 或液体中的微生物及其孢子 。
➢防腐（antisepsis）就是利用某种理化因 素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，从而达 到防止食品等发生霉腐的措施。如低温、缺 氧、干燥、高渗、添加防腐剂等。
4、杂菌污染对发酵产物提取和产品质量的影响
1）发酵染菌对过滤的影响 ➢染菌的发酵液一般发粘，菌体大多数自溶， 所以在发酵液过滤时不能或很难形成滤饼，导 致过滤困难。
➢污染杂菌的种类对过滤的影响程度有差异，如 污染霉菌时，影响较小，而污染细菌时很难过 滤。由于过滤困难，过滤时间拉长，影响发酵 液储罐和过滤设备的周转使用，破坏了生产平 衡。染菌发酵液还会因过滤困难而大幅度降低 过滤收率，直接影响提取总收率。
➢消毒（disinfection）是指用化学或物理 的方法杀灭或去除病原微生物的过程，它一 般只能杀死营养细胞而不能杀灭细菌芽孢。
2）发酵染菌对提取的影响
➢染菌发酵液中含有比正常发酵液更多的水溶性蛋白 和其它杂质。 ➢采用有机溶剂萃取的提炼工艺，则极易发生乳化， 很难使水相和溶剂相分离，影响进一步提纯。 ➢采用直接用离子交换树脂的提取工艺，如链霉素、 庆大霉素，染菌后大量杂菌黏附在离子交换树脂表面， 或被离子交换树脂吸附，大大降低离子交换树脂的交 换容量，而且有的杂菌很难用水冲洗干净，洗脱时与 产物一起进入洗脱液，影响进一步提纯。
➢消毒是一种采用较温和的理化因素，仅杀死 物体表面或内部一部分对人体有害的病原菌， 而对被消毒的物体基本无害的措施。
➢除菌（degerming）是用过滤方法除去空气 或液体中的微生物及其孢子 。
➢防腐（antisepsis）就是利用某种理化因 素完全抑制霉腐微生物的生长繁殖，从而达 到防止食品等发生霉腐的措施。如低温、缺 氧、干燥、高渗、添加防腐剂等。
4、杂菌污染对发酵产物提取和产品质量的影响
1）发酵染菌对过滤的影响 ➢染菌的发酵液一般发粘，菌体大多数自溶， 所以在发酵液过滤时不能或很难形成滤饼，导 致过滤困难。
➢污染杂菌的种类对过滤的影响程度有差异，如 污染霉菌时，影响较小，而污染细菌时很难过 滤。由于过滤困难，过滤时间拉长，影响发酵 液储罐和过滤设备的周转使用，破坏了生产平 衡。染菌发酵液还会因过滤困难而大幅度降低 过滤收率，直接影响提取总收率。
【发酵工程】余龙江版 第4章_发酵工业无菌技术(1)
（三）连续灭菌（连消）
工艺流程 喷淋冷却连续灭菌流程 喷射加热连续灭菌流程 薄板式换热器连续灭菌流程 灭菌时间的计算 ㏑(Ct/C0)=－kt t=2.303/k[lg(C0/Ct)] 式中：C0、Ct分别为单位体积培养基灭菌前、后 的含菌数。
连续灭菌时间的估算
例2．某发酵罐内装40m3培养基，采用连续灭菌， 灭菌温度为1310C，原污染程度为每1ml含有 2×105个杂菌，已知1310C时灭菌速度常数为 15min-1，求灭菌所需的维持时间。
连消塔
维持罐
冷却罐
分批灭菌与连续灭菌的比较
连续灭菌的优点：（适用于大型罐） 可采用高温短时灭菌，营养成分破坏少，有 利于提高发酵产率； 发酵罐利用率高； 蒸汽负荷均衡； 采用板式换热器时，可节约大量能量； 适宜采用自动控制，劳动强度小； 可实现将耐热性物料和不耐热性物料在不同 温度下分开灭菌，减少营养成分的破坏。
丝状菌发酵被产酸菌污染：pH不断下降，菌丝大量自
溶，发酵液粘度增加，过滤困难
处理方法：①将发酵液加热后再加助滤剂；②先加絮 凝剂使蛋白质凝聚后沉淀
杂菌分泌较多蛋白质杂质时，对发酵后处理过程中采
用溶媒萃取的提取工艺非常不利，使水相和溶媒之间 极易发生乳化
1. 染菌的检查与判断
显微镜检查法 镜检出杂菌需要一定时间 平板划线培养或斜面培养检查法：菌落 噬菌体检查可采用双层平板法：噬菌斑 肉汤培养检查法 发酵过程的异常现象判断 DO 水平异常变化 2 pH异常变化 尾气CO 异常变化 2
罐压接近空气压力
夹套或蛇管中通冷水
培养基降温到所需温度
2. 灭菌时间的估算
发酵工业的无菌技术
间 1.设备要求低，不需另外 1.培养基的营养物质损 加热、冷却装置。 失大，灭菌后培养基 歇 质量下降 灭 2.操作要求低，适合小批 量生产规模 2.发酵罐的利用率较低 菌
3.适合含大量固体物料的 3.不适合大规模生产的 灭菌 灭菌
作业
1、连续灭菌的流程与设备 2、对数残留定律 3、分批灭菌、连续灭菌 4、P273第8题
二、影响培养基灭菌的因素p68
杂菌的种类与数量 灭菌温度与时间 培养基成分 pH值 培养基中的颗粒 泡沫
培养基成分
油脂、糖类及一定浓度的蛋白质增加微生物的耐热性 在固形物含量高的情况下，灭菌温度可高些。 环境 耐热性 60～65℃便死亡
水
大肠杆菌
10％糖液
30％糖液
70℃，4～6min
喷射加热连续灭菌流程
薄板换热器连续灭菌流程
3、灭菌时间的计算 ㏑(Ct/C0)=－kt t=2.303 [lg(C0/Ct)] /k 式中：C0、Ct分别为单位体积培养基灭菌前、 后的含菌数。
例2．某发酵罐内装40m3培养基，采用连续灭菌， 灭菌温度为1310C，原污染程度为每1ml含有 2×105个杂菌，已知1310C时灭菌速度常数为 15min-1，求灭菌所需的维持时间。
解：C0=2×105(个/ml)
Ct=0.001/(40×106)=2.5×10-11(个/ml)
t=2.303 [lg(C0/Ct)] /k=2.303×lg[(2×105)/(2.5×10-11)]
/15 =2.37 min
间歇灭菌与连续灭菌的比较
优 点 缺 点
连 1.高温短时灭菌，培养基 1.设备复杂，操作麻烦, 营养成分损失少。 染菌机会多。 续 灭 2.发酵罐占用时间缩短， 2.不适合含大量固体物 利用率高。 料的灭菌。 菌
3.适合含大量固体物料的 3.不适合大规模生产的 灭菌 灭菌
作业
1、连续灭菌的流程与设备 2、对数残留定律 3、分批灭菌、连续灭菌 4、P273第8题
二、影响培养基灭菌的因素p68
杂菌的种类与数量 灭菌温度与时间 培养基成分 pH值 培养基中的颗粒 泡沫
培养基成分
油脂、糖类及一定浓度的蛋白质增加微生物的耐热性 在固形物含量高的情况下，灭菌温度可高些。 环境 耐热性 60～65℃便死亡
水
大肠杆菌
10％糖液
30％糖液
70℃，4～6min
喷射加热连续灭菌流程
薄板换热器连续灭菌流程
3、灭菌时间的计算 ㏑(Ct/C0)=－kt t=2.303 [lg(C0/Ct)] /k 式中：C0、Ct分别为单位体积培养基灭菌前、 后的含菌数。
例2．某发酵罐内装40m3培养基，采用连续灭菌， 灭菌温度为1310C，原污染程度为每1ml含有 2×105个杂菌，已知1310C时灭菌速度常数为 15min-1，求灭菌所需的维持时间。
解：C0=2×105(个/ml)
Ct=0.001/(40×106)=2.5×10-11(个/ml)
t=2.303 [lg(C0/Ct)] /k=2.303×lg[(2×105)/(2.5×10-11)]
/15 =2.37 min
间歇灭菌与连续灭菌的比较
优 点 缺 点
连 1.高温短时灭菌，培养基 1.设备复杂，操作麻烦, 营养成分损失少。 染菌机会多。 续 灭 2.发酵罐占用时间缩短， 2.不适合含大量固体物 利用率高。 料的灭菌。 菌
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/jpkc
3. 预防
种子带菌的防治 灭菌彻底 接种可靠：无菌室及设备可靠，无菌操作可 靠 保藏可靠 过滤空气带菌的防治 设备的渗漏或“死角”造成的染菌及其防治
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“死角”
发酵罐的“死角” 法兰、内衬、接口、表头、罐内部件及其支撑件如搅拌 轴拉杆、联轴器、冷却盘管、挡板、空气分布管及其支 撑件 口：人孔（或手孔）、排风管接口、灯孔、视镜口、进 料管口 发酵罐罐底脓疱状积垢造成“死角” 消除方法：加强清洗并定期铲除污垢；安装放汽边阀 管道安装不当或配置不合理形成的“死角”
dC k ' C dt
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：
E ' ) RT E k A exp( ) RT k ' A' exp(
都与相应的活化能及T有关
/jpkc
3. 灭菌温度和时间的选择
（2）染菌种类对发酵的影响
青霉素：怕染细短产气杆菌 链霉素：怕染细短杆菌、假单孢杆菌和产气杆菌 四环素：怕染双球菌、芽孢杆菌和荚膜杆菌 柠檬酸：怕染青霉菌 肌苷（酸）：怕染芽孢杆菌
谷氨酸：怕染噬菌体，易造成连续污染
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（3）不同发酵时期染菌对发酵的影响
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2.染菌危害的具体分析 （1）染菌对不同菌种发酵的影响 A．细菌 谷氨酸：发酵周期短，培养基不太丰富，较少 染杂菌，但噬菌体威胁大。 肌苷：缺陷型生产菌，培养基丰富，易染菌， 营养成分迅速被消耗，严重抑制菌生长和合成 代谢产物。
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（4）杂菌污染对发酵产物提取和产品质量的影响
丝状菌发酵被产酸菌污染：pH不断下降，菌丝大量自
溶，发酵液粘度增加，过滤困难
处理方法：①将发酵液加热后再加助滤剂；②先加絮 凝剂使蛋白质凝聚后沉淀
杂菌分泌较多蛋白质杂质时，对发酵后处理过程中采
用溶媒萃取的提取工艺非常不利，使水相和溶媒之间 极易发生乳化
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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
/jpkc
/jpkc
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
/jpkc
（3）不同发酵时期染菌对发酵的影响
柠檬酸发酵
c.染黄曲霉：加入另一罐将近发酵成熟的醪液，pH下
降，黄曲霉自溶。 d.青霉菌：在pH很低下能够生长。提前放罐。
发酵后期污染 染菌量不太多，可继续发酵 污染严重，则提前放罐 杀菌剂的添加：前期无必要，增加成本； 发现后加入，效果要具体评价
2. 灭菌时间的估算
例1：有一发酵罐内装40m3培养基，在1210C温度下实 罐灭菌，原污染程度为每1ml有2×105个耐热细菌芽孢， 已知1210C时灭菌速度常数k=1.8min-1 ，求灭菌失败机 率为0.001时所需时间。 解：N0=40×106×2×105=8×1012(个) Nt=0.001(个) k=1.8(min-1) ㏑(Nt/N0)=-kt t=2.303/k[lg(N0/Nt)]=2.303/1.8[lg(8×1015)] =20.34(min) 由于升温阶段就有部分菌被杀灭，特别是当培 养基加热至1000C以上，这个作用较为显著， 故实际保温阶段时间比计算值要短。/jpkc
/jpkc
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。
/jpkc
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：
/jpkc
1
2
/jpkc
2. 污染原因分析
主要原因： ① 种子带菌 ② 无菌空气带菌 ③ 设备渗漏 ④ 灭菌不彻底 ⑤操作失误 ⑥技术管理不善
/jpkc
2. 污染原因分析
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
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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
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。
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从污染时间看：早期污染可能与①②④⑤→接种操作 不当有关；后期污染可能与③⑤及中间补料有关。 从杂菌种类看： 耐热芽孢杆菌：与④有关 球菌、无芽孢杆菌：与① ② ③⑤有关 浅绿色菌落的杂菌：与水有关，即冷却盘管渗漏 霉菌：与④⑤有关，即无菌室灭菌不彻底或操作问 题 酵母菌：糖液灭菌不彻底或放置时间较长 从染菌幅度看：各个发酵罐或多数发酵罐染菌，且所 污染的是同一种杂菌，一般是空气系统问题，若个别 罐连续染菌，一般是设备问题。
（1）染菌对不同菌种发酵的影响
B. 霉菌 PenG：青霉素水解酶上升，PenG迅速破坏， 发酵一无所获。 柠檬酸：pH2.0，不易染菌，主要防止前期染 菌。 C. 酵母菌: 易污染细菌以及野生酵母菌 D. 疫苗：无论污染的是活菌、死菌或内外毒素， 都应全部废弃。
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4. 影响培养基灭菌的其它因素
pH：pH6.0-8.0，微生物最耐热，pH<6.0，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
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 。
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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。
罐压接近空气压力
夹套或蛇管中通冷水
培养基降温到所需温度
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2. 灭菌时间的估算
升温、冷却两阶段也有一定的灭菌效果，考虑 到灭菌的可靠性主要在保温阶段进行，故可以 简单地利用式
㏑(N/N0) =-kt
来粗略估算灭菌所需时间。
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ห้องสมุดไป่ตู้
种子扩大时期染菌: 灭菌后弃去 发酵前期染菌： 应迅速重新灭菌，补充必要的营养成分，重新接种
发酵中期染菌：挽救困难，应早发现，快处理 ，处理方 法应根据各种发酵的特点和具体情况来决定 抗生素发酵 柠檬酸发酵 a. 污染细菌：加大通风，加速产酸，调pH3.0，抑制 细菌 b. 污染酵母：加入0.025~0.035g/L CuSO4抑制酵母； 通风加大，加速产酸。
dN kN dt
Nt ln kt N0
N0 t 2.303/ k log Nt 当Nt=0时， t=∞， 既无意义，也不可能。
一般采用Nt=0.001，即1000次灭菌中只有一次失败。
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(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。
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（一）湿热灭菌原理
1. 热阻 2. 微生物热死定律：对数残留定律 3.灭菌温度和时间的选择 4. 影响培养基灭菌的其它因素
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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 。
消毒与灭菌的区别 消毒与灭菌在发酵工业中的应用
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二、发酵工业污染的防治策略
（一）污染的危害 （二）污染的防治
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1.染菌的不良后果
消耗营养 合成新产物；菌体自溶、发粘等造成分离困难 改变pH 分解产物 噬菌体破坏极大
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污水
脓疱
发酵罐罐底脓疱状积垢造成“死角”
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罐底
法兰连接不当造成的“死角”
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灭菌时蒸汽不易通达的“死角”及其消除方 法
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3. 预防
培养基与设备灭菌不彻底的防治 原料性状：大颗粒的原料过筛除去。 实罐灭菌时要充分排除罐内冷空气。 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
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1. 染菌的检查与判断
显微镜检查法 镜检出杂菌需要一定时间 平板划线培养或斜面培养检查法：菌落 噬菌体检查可采用双层平板法：噬菌斑 肉汤培养检查法 发酵过程的异常现象判断 DO 水平异常变化 2 pH异常变化 尾气CO 异常变化 2
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（二）分批灭菌（实罐灭菌）
1.灭菌工艺过程
分空气过滤器灭菌 并用空气吹干 取样管 放料管
保温结束，依次关闭 各排汽、进汽阀门 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
3. 预防
种子带菌的防治 灭菌彻底 接种可靠：无菌室及设备可靠，无菌操作可 靠 保藏可靠 过滤空气带菌的防治 设备的渗漏或“死角”造成的染菌及其防治
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“死角”
发酵罐的“死角” 法兰、内衬、接口、表头、罐内部件及其支撑件如搅拌 轴拉杆、联轴器、冷却盘管、挡板、空气分布管及其支 撑件 口：人孔（或手孔）、排风管接口、灯孔、视镜口、进 料管口 发酵罐罐底脓疱状积垢造成“死角” 消除方法：加强清洗并定期铲除污垢；安装放汽边阀 管道安装不当或配置不合理形成的“死角”
dC k ' C dt
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：
E ' ) RT E k A exp( ) RT k ' A' exp(
都与相应的活化能及T有关
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3. 灭菌温度和时间的选择
（2）染菌种类对发酵的影响
青霉素：怕染细短产气杆菌 链霉素：怕染细短杆菌、假单孢杆菌和产气杆菌 四环素：怕染双球菌、芽孢杆菌和荚膜杆菌 柠檬酸：怕染青霉菌 肌苷（酸）：怕染芽孢杆菌
谷氨酸：怕染噬菌体，易造成连续污染
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（3）不同发酵时期染菌对发酵的影响
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2.染菌危害的具体分析 （1）染菌对不同菌种发酵的影响 A．细菌 谷氨酸：发酵周期短，培养基不太丰富，较少 染杂菌，但噬菌体威胁大。 肌苷：缺陷型生产菌，培养基丰富，易染菌， 营养成分迅速被消耗，严重抑制菌生长和合成 代谢产物。
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（4）杂菌污染对发酵产物提取和产品质量的影响
丝状菌发酵被产酸菌污染：pH不断下降，菌丝大量自
溶，发酵液粘度增加，过滤困难
处理方法：①将发酵液加热后再加助滤剂；②先加絮 凝剂使蛋白质凝聚后沉淀
杂菌分泌较多蛋白质杂质时，对发酵后处理过程中采
用溶媒萃取的提取工艺非常不利，使水相和溶媒之间 极易发生乳化
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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
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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
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（3）不同发酵时期染菌对发酵的影响
柠檬酸发酵
c.染黄曲霉：加入另一罐将近发酵成熟的醪液，pH下
降，黄曲霉自溶。 d.青霉菌：在pH很低下能够生长。提前放罐。
发酵后期污染 染菌量不太多，可继续发酵 污染严重，则提前放罐 杀菌剂的添加：前期无必要，增加成本； 发现后加入，效果要具体评价
2. 灭菌时间的估算
例1：有一发酵罐内装40m3培养基，在1210C温度下实 罐灭菌，原污染程度为每1ml有2×105个耐热细菌芽孢， 已知1210C时灭菌速度常数k=1.8min-1 ，求灭菌失败机 率为0.001时所需时间。 解：N0=40×106×2×105=8×1012(个) Nt=0.001(个) k=1.8(min-1) ㏑(Nt/N0)=-kt t=2.303/k[lg(N0/Nt)]=2.303/1.8[lg(8×1015)] =20.34(min) 由于升温阶段就有部分菌被杀灭，特别是当培 养基加热至1000C以上，这个作用较为显著， 故实际保温阶段时间比计算值要短。/jpkc
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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。
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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：
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1
2
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2. 污染原因分析
主要原因： ① 种子带菌 ② 无菌空气带菌 ③ 设备渗漏 ④ 灭菌不彻底 ⑤操作失误 ⑥技术管理不善
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2. 污染原因分析
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
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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
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。
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从污染时间看：早期污染可能与①②④⑤→接种操作 不当有关；后期污染可能与③⑤及中间补料有关。 从杂菌种类看： 耐热芽孢杆菌：与④有关 球菌、无芽孢杆菌：与① ② ③⑤有关 浅绿色菌落的杂菌：与水有关，即冷却盘管渗漏 霉菌：与④⑤有关，即无菌室灭菌不彻底或操作问 题 酵母菌：糖液灭菌不彻底或放置时间较长 从染菌幅度看：各个发酵罐或多数发酵罐染菌，且所 污染的是同一种杂菌，一般是空气系统问题，若个别 罐连续染菌，一般是设备问题。
（1）染菌对不同菌种发酵的影响
B. 霉菌 PenG：青霉素水解酶上升，PenG迅速破坏， 发酵一无所获。 柠檬酸：pH2.0，不易染菌，主要防止前期染 菌。 C. 酵母菌: 易污染细菌以及野生酵母菌 D. 疫苗：无论污染的是活菌、死菌或内外毒素， 都应全部废弃。
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4. 影响培养基灭菌的其它因素
pH：pH6.0-8.0，微生物最耐热，pH<6.0，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
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 。
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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。
罐压接近空气压力
夹套或蛇管中通冷水
培养基降温到所需温度
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2. 灭菌时间的估算
升温、冷却两阶段也有一定的灭菌效果，考虑 到灭菌的可靠性主要在保温阶段进行，故可以 简单地利用式
㏑(N/N0) =-kt
来粗略估算灭菌所需时间。
/jpkc
ห้องสมุดไป่ตู้
种子扩大时期染菌: 灭菌后弃去 发酵前期染菌： 应迅速重新灭菌，补充必要的营养成分，重新接种
发酵中期染菌：挽救困难，应早发现，快处理 ，处理方 法应根据各种发酵的特点和具体情况来决定 抗生素发酵 柠檬酸发酵 a. 污染细菌：加大通风，加速产酸，调pH3.0，抑制 细菌 b. 污染酵母：加入0.025~0.035g/L CuSO4抑制酵母； 通风加大，加速产酸。
dN kN dt
Nt ln kt N0
N0 t 2.303/ k log Nt 当Nt=0时， t=∞， 既无意义，也不可能。
一般采用Nt=0.001，即1000次灭菌中只有一次失败。
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(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。
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（一）湿热灭菌原理
1. 热阻 2. 微生物热死定律：对数残留定律 3.灭菌温度和时间的选择 4. 影响培养基灭菌的其它因素
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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 。
消毒与灭菌的区别 消毒与灭菌在发酵工业中的应用
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二、发酵工业污染的防治策略
（一）污染的危害 （二）污染的防治
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1.染菌的不良后果
消耗营养 合成新产物；菌体自溶、发粘等造成分离困难 改变pH 分解产物 噬菌体破坏极大
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污水
脓疱
发酵罐罐底脓疱状积垢造成“死角”
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罐底
法兰连接不当造成的“死角”
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灭菌时蒸汽不易通达的“死角”及其消除方 法
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3. 预防
培养基与设备灭菌不彻底的防治 原料性状：大颗粒的原料过筛除去。 实罐灭菌时要充分排除罐内冷空气。 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
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1. 染菌的检查与判断
显微镜检查法 镜检出杂菌需要一定时间 平板划线培养或斜面培养检查法：菌落 噬菌体检查可采用双层平板法：噬菌斑 肉汤培养检查法 发酵过程的异常现象判断 DO 水平异常变化 2 pH异常变化 尾气CO 异常变化 2
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（二）分批灭菌（实罐灭菌）
1.灭菌工艺过程
分空气过滤器灭菌 并用空气吹干 取样管 放料管
保温结束，依次关闭 各排汽、进汽阀门 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