03 第三章 灭菌.ppt

第1页：杂菌污染的不良后果

杂菌污染的不良后果：要点如下。

• 不良后果：1.使生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降。
• 杂菌也会产生代谢产物，这就使产物的提取更加困难，造成得率降低，产品质量下降。
• 有些杂菌会分解产物，使生产失败。
• 杂菌大量繁殖后，会改变反应液的pH值，使反应异常。
• 如果发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解，使生产失败。
• 第三章灭菌

第2页：灭菌的定义与方法分类

灭菌的定义与方法分类：灭菌：用物理或化学的方法杀灭或去除物料或设备中所有生命物质的过程。 第一节灭菌的方法

第3页：五种灭菌方法

五种灭菌方法：要点如下。

• 化学药剂灭菌
• 射线灭菌
• 干热灭菌
• 湿热灭菌
• 过滤除菌

第4页：化学药剂灭菌

化学药剂灭菌：要点如下。

• 化学药剂灭菌
• 某些化学药剂能与微生物细胞物质发生反应而具有杀菌作用。
• 如甲醛、氯（或次氯酸钠）、高锰酸钾、环氧乙烷、季铵盐（如新洁尔灭）等。

第5页：射线灭菌

射线灭菌：要点如下。

• 射线灭菌
• 紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的高能粒子能起到灭菌的作用。
• 波长为2.537×10-7的紫外线有灭菌效果。

第6页：干热灭菌

干热灭菌：要点如下。

• 干热灭菌
• 0℃保温1 h。
• 主要针对必须保持干燥的实验器具或材料（培养皿、接种针、固定化细胞用的载体材料等）。

第7页：湿热灭菌

湿热灭菌：湿热灭菌 湿热灭菌为最基本的灭菌方法，因为蒸汽穿透能力强，且在冷凝时放出大量的冷凝热，很容易使蛋白质凝固而杀灭微生物。

第8页：过滤除菌

过滤除菌：过滤除菌 利用过滤方法阻拦微生物达到除菌的目的。

第9页：微生物的死亡速率

微生物的死亡速率：要点如下。

• 第二节培养基灭菌
• 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。
• N：培养基中的活菌个数
• t：时间
• k：比死亡速率

第10页：死亡速率方程的积分

死亡速率方程的积分：开始灭菌时，即t=0时，培养基中活菌数为。 积分上式：=-或

第11页：分批灭菌与连续灭菌

（1）分批灭菌

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。（2）连续灭菌：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12页：

第13页：空气过滤除菌流程的要求

空气过滤除菌流程的要求：第三节空气除菌 一．空气过滤除菌流程（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。

第14页：空气除菌流程与设备顺序

空气除菌流程与设备顺序：（2）流程分析空压机→冷却→分油水→总过滤器→分过滤器

第15页：

第16页：高空采风两级冷却流程

高空采风两级冷却流程：要点如下。

• 高空采风、两次冷却、两次分油水、适当加热流程
• 特点：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。

第17页：

第18页：例1 二级冷却温度计算

例1 二级冷却温度计算：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=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）？

第19页：例1解 湿含量与分压查表

例1解 湿含量与分压查表：解：查表得35℃时空气中的饱和水蒸汽分压=5619Pa，加热前冷空气的相对湿度=100%，加热前后空气湿含量没有发生变化，，加热前后压力不变。

第20页：例1结论 冷却至26℃

例1结论 冷却至26℃：(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℃。

第21页：冷热空气直接混合式流程

冷热空气直接混合式流程：2、冷热空气直接混合式空气除菌流程 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%。

第22页：

第23页：例2 冷热空气混合比计算

例2 冷热空气混合比计算：例2．吸入的空气℃，=80%，冷却后=25℃，=100%，混合后=35℃，=60%，计算混合比（=1kg/㎝2，=4kg/㎝2）。 解：吸入空气的湿含量

第24页：高效前置过滤除菌流程

高效前置过滤除菌流程：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。

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第33页：对数穿透定律

对数穿透定律：二．对数穿透定律 1.对数穿透定律通过滤层杂质数是随滤层厚度的增加而减少的，即K1：过滤常数

第34页：除菌前后总菌数与滤层厚度

除菌前后总菌数与滤层厚度：N0和N：一定体积的空气在除菌前后的总菌数（个）L：过滤介质厚度（m）

第35页：滤层厚度与过滤器直径

滤层厚度与过滤器直径：滤层不能太厚，否则过滤阻力太大； 过滤器直径不能太大，否则棉花添料不易填均匀，容易在某一地方形成短路。

第36页：穿透率与无菌度要求

穿透率与无菌度要求：穿透率：为穿透滤层的微粒数与原有微粒数的比值。 如果要求每1000次使用周期中只允许有一个杂菌通过，即经过滤后要求无菌度，且假设原有颗粒数为5000(个/m3),则其中为分批发酵的时间或过滤器的无菌周期（h）为通风量（m3/min）

第37页：除菌效率填充率与空隙率

除菌效率填充率与空隙率：除菌效率:填充率：空隙率：

第38页：滤层厚度的对比基准

滤层厚度的对比基准：一般采用过滤效率为90%时的滤层厚度作为对比基准。 即微粒的90％被捕获

第39页：对数穿透定律的四点假设

对数穿透定律的四点假设：要点如下。

• 假设
• 空气中微粒在滤层中为均匀递减，即每一纤维薄层除去同样百分率的杂菌。
• 空气中的微粒与纤维表面接触后即被吸附。
• 过滤器的过滤效率与空气中的微粒浓度无关。
• 过滤介质每根纤维的空气流态，因其它邻近纤维的存在而受影响。

第40页：对数穿透定律的校正

对数穿透定律的校正：要点如下。

• 对数穿透定律的校正对数穿透定律是以上面提到的四点假设为前提推导出来的。
• 这只符合滤层较薄的情况。
• 但在实际中，当滤层加厚时，值不是常数。
• 也就是说，空气在过滤时微粒含量沿滤层不是均匀递减，所以以上推出的对数穿透定律就不适合于较厚滤层的情况，需要进行校正。

第41页：过滤介质的种类与特性

过滤介质的种类与特性：三、过滤介质1.棉花：品种不同，要求新鲜，纤维长而疏松，贮存时间长的话，纤维易断，易堵塞。 2．玻璃纤维：阻力损失小3．活性炭：强度高，表面积大，空隙大，阻力小，只有棉花阻力的1/12。

第42页：超细玻璃纤维纸滤材

超细玻璃纤维纸滤材：要点如下。

• 超细玻璃纤维纸：超细玻璃纤维纸是上好的无碱玻璃，喷吹成丝状纤维，再以造纸法做成。
• 该过滤为高气速过滤，气流速度越高，效率越高。
• 但超细玻璃纤维纸强度小，易断，多用于分过滤器。
• 为了增加强度，可添加：①木浆纤维。
• 但效率较低；
• 环氧树脂；
• 多层复合使用。
• 可增加强度，厚度0.25mm。

第43页：石棉滤板滤材

石棉滤板滤材：．5.石棉滤板：20％石棉，80％其它纤维，厚度3～5mm，纤维短，df粗，效率高。 特点：不怕水，受潮不易穿孔和折断。

第44页：惯性冲击滞留作用机理

惯性冲击滞留作用机理：四、深层过滤器除菌机理1．惯性冲击滞留作用机理当气流前进时遇到前面的阻碍物而突然改变方向，但颗粒由于惯性力的作用仍然沿直线运动与纤维碰撞而附着在纤维表面，此颗粒就被捕集了。

第45页：拦截滞留作用机理

拦截滞留作用机理：2．拦截滞留作用机理当气速降至以下时，惯性冲击作用已不存在，然而存在着另一种作用，即拦截作用来捕集微粒。 这是因为颗粒紧紧地随着气流流动，气流改变流向时颗粒也跟着改变方向，当颗粒与纤维表面接触时就捕集了。

第46页：布朗扩散滞留作用机理

布朗扩散滞留作用机理：要点如下。

• 布朗扩散滞留作用机理有些直径微小的微粒在很慢的气速下作不规则的直线运动，这就是布朗扩散。
• 小颗粒呈布朗运动而发生位移，当它与纤维接触就附着于纤维表面而被捕集了。
• 前提是。

第47页：临界速度与机理主次

当气流速度较高时，以惯性冲击为主，而当气流速度低于一定限度时，以阻拦和扩散为主，并可认为惯性冲击不起作用。此时的气流速度称为临界速度。