空氣除菌的工藝及設備(專業版)

　　

【正文】 （ 4）選擇合適的保藏方 法 采用有效的菌種保藏方法也可以防止菌種的衰退。個別細胞性狀改變不足以引起菌種退化，經多次傳代，退化細胞在數量上占優勢，于是退化性狀表現逐步明朗化，最終成為一株退化菌株。當然，這些負突變都是自發形成的。該方法的要點是：將要保藏的菌種置于 10%甘油或二甲基亞砜保護劑中，密封于試管或安瓿管中，然后將其放入超低溫冰箱中于70℃ 下保藏。 菌種保藏的方法 （ 1） 斜面低溫保藏法 將菌株接種于合適斜面培養基上，待生長好后置于 4 冰箱保藏，每隔一定時間進行移接培養后再將新斜 面繼續保藏。 (2)培養條件 33~34℃，培養 18~24h。時間太長，菌種趨于老化，生產能力下降，菌體自溶；種齡太短，造成發酵前期生長緩慢。 表 71 不同相對濕度對龜裂鏈霉菌斜面生長的影響 相對濕度（ %） 斜面外觀 活孢子計數（億 /支） ~19 25~36 40~45 上部稀薄、下 部稠略黃 上部薄、中部均勻發白 一片白，孢子豐富，稍皺 3，培養時間和冷藏時間 （ 1）培養時間 一般來說，衰老的孢子不如年輕的孢子，因為衰老的孢子已在逐步進入發芽階段，核物質趨于分化狀態。 第二節 種子質量的控制 一、影響孢子質量的因素及控制 影響孢子質量的因素通常有：培養基、培養條件、培養時間和冷藏時間等。 3，放線菌孢子的制備 放線菌的孢子培養一般采用瓊脂斜面培養基，培養基中含有一些適合產孢子的營養成 分，如麩皮、豌豆浸汁、蛋白胨和一些無機鹽等。其生產方法與條件隨不同的生產品種和菌種種類而異。據測定，超細玻璃纖維紙的除菌效率最好，但易為油、水所沾污。當過濾面積要求較大時，則設備直徑很大。 在填充介質區間的過濾器圓筒外部有裝夾套的，夾套的作用是在消毒前后對過濾介質加熱，在北方也可以作為冬天溫度太低時保溫用。迄今用得比較多的纖維過濾器是用棉花或玻璃纖維結合活性炭作為過濾介質的過濾器。 N2/N1 稱為微粒通過介質的穿透率，以 P 表示，則介質層過濾效率 η 用 l— P 表示。C。C(渦輪式壓縮機 )，其相對濕度大大降低，如果在此高溫下就進入空氣過濾器過濾，可以減少壓縮空氣中夾帶的水分，使過濾介質不致受潮。一般，空氣凈化采取如圖 76 所示的工藝流程。從大氣中吸入的空氣常帶有灰塵、沙土、細菌等；在壓縮過程中，又會污 染潤滑油或管道中的鐵銹等雜質。有人測定微生物孢子帶電情況時發現，約有 75％的孢子具有 l~60 負電荷單位， 15％的孢子帶有 5~14正電荷單位，其余 10％則為中性，這些帶電荷的微粒會被帶相反電荷的介質所吸附。 微生物微粒直徑很小，質量很輕，它隨低速氣流流動慢慢靠近纖維時，微粒所在的主導氣流流線受纖維所阻，從而改變流動方向，繞過纖維前進，而在纖維的周邊形成一層邊界滯流區。氣流寬度 b 以內的粒子，與介質碰撞而被捕集。 隨著工業的發展，過濾介質逐漸由天然材料棉花過渡到玻璃纖維、超細玻璃纖維和石棉板、燒結材料 (燒結金屬、燒結陶瓷、燒結塑料 )、微孔超濾膜等。 圖 71 利用空壓機所產生的熱來進行滅菌 三、靜電除菌 近年來一些工廠巳使用靜電除塵器除去空氣中的水霧、油霧和塵埃，同時也除去了空氣中的微生物。一般要結合甲醛蒸汽等來保證無菌室的無菌程度。據統計，大城市每立方米空氣中的含菌數約為 3000~10000 個。一般干燥寒冷的北方空氣中的含菌量較少，而潮濕溫暖的南方則含菌量較多；人口稠密的城市比人口少的農村含菌量多；地面又比高空的空氣含菌量多。 第一節 空氣中微生物的分布和發酵工業對空氣無菌程度的要求一、 無菌空氣的概念 發酵工業應用的“無菌空氣”是指通過除菌處理使空氣中含菌量降低在一個極低的百分數，從而能控制發酵污染至極小機會。 四、空氣含菌量的測定 空氣是許多氣態物質的混合物，主要成分是氮氣和氧氣，還有惰性氣體及二氧化碳和水蒸汽。生產上使用的空氣量大，要求處理的空氣設備簡單，遠行可靠，操作方便，現就各種除菌方法簡述如下： 一、輻射滅菌 α 射線、 X 射線、 β 射線、 γ 射線、紫外線、超聲波等從理論上講都能破壞蛋白質，破壞生物活性物質，從而起到殺菌作用。圖 71(b)是一個用于石油發酵的無菌空氣系統，采用渦輪式空壓機，空氣進機前利用壓縮后的空氣進行預熱，以提高進氣溫度并相應提高排氣溫度，壓縮后的空氣用保溫罐維持一定時間。它采用定期滅菌的干燥介質來阻截流過的空氣中所含的微生物，從而制得無菌空氣。由于纖維交錯所阻迫，使空氣要不斷改變運動方向和速度才能通過濾層。 圖 74 空氣的臨界速度 vc 二、攔截捕集作用 氣流速度降低到慣性捕集作用接近于零時，此時的氣流速度為臨界速度。微粒的沉降作用提高了攔截捕集作用。自吸式發酵罐是由轉子的抽吸作用使空氣通過過濾器而除菌的。C)，先冷卻至適當溫度(20~25176。為此，必須設法使進入過濾器的空氣保持相對濕度在 50~60％左右。C 冷凍水或 15~18176。這樣，空氣通過單位濾。阻力過大，還容易導致介質層被吹翻。填充物的裝填順序如下： 孔板 → 鐵絲網 → 麻布 → 棉花 → 麻布 → 活性碳 → 麻布 → 棉花 → 麻布 → 鐵絲網 → 孔板 裝填介質時要 求緊密均勻，壓緊一致。經樹脂處理或混有木漿的濾紙。當使用時間較長，網格堵塞，阻力增大到 40mmHg 時，就應該更換新的濾芯。 第七章 生產菌種的擴大培養與保藏 目前工業規模的發酵罐容積已達到幾十立方米或幾百立方米。 2，霉菌孢子的制備 霉菌孢子的培養一般以大米、小米、玉米、麩皮、麥粒等天然農產品為培養基。 茄子瓶→種子罐→發酵罐 霉菌 ：生長較慢，如青霉菌，三級發酵 孢子懸浮液→一級種子罐（ 27℃ ,40 小時孢子發芽，產生菌絲 ）→二級種子罐（ 27℃ ， 10~24 小時，菌體迅速繁殖，粗壯菌絲體）→發酵罐 放線菌 ：生長更慢，采用四級發酵 酵母 ：比細菌慢，比霉菌，放線菌快，通常用一級種子 3，確定種子罐級數需注意的問 題 （ 1）種子級數越少越好，可簡化工藝和控制，減少染菌機會 （ 2）種子級數太少，接種量小，發酵時間延長，降低發酵罐的生產率，增加染菌機會 （ 3）雖然種子罐級數隨產物的品種及生產規模而定。例如土霉素生產菌種龜裂鏈霉菌，孢子制備時發現：在北方氣候干燥地區孢子斜面長得較快，在含有少量水分的試管斜面培養基下部孢子長得較好，而斜面上部由于水分迅速蒸發呈干疤狀，孢子稀少。但也有例外，例如土霉素生產菌，一級種子罐的通氣量小對發酵有利。 4，酶活力 種子液中某種酶的活力，與目的產物的產量有 一定的關聯。 菌種保藏的原理 菌種保藏主要是根據菌種的生理生化特點人工創造條件使孢子或菌體的生長代謝活動盡量降低，以減少其變異。該法存 活率高，變異率低，并能廣泛適用于細菌 （ 有芽孢和無芽孢的 ） 、酵母、霉菌孢子、放線菌孢子和病毒等，因此是目前廣泛采用的好方法。一般菌種退化是從量變到質變逐漸發生的，同時也是整個群體中產量降低及其相聯系的種種特性的變化，而不是指單個細胞的改變。通過實驗得到下表所示數據。而孢子一般是單核的，利用孢子來接種，可以達到防止衰退的目的。常用的方法是對已退化菌株用一定培養條件進行單細胞分離純化。這也說明，退化并不突然明顯，而是當退化細胞在繁殖速率上大于正常細胞時，每移植一代，使退化細胞的優勢更為顯著，從而導致退化。如粘質賽氏桿菌 (Serratia marcescens)H2892菌株生產力為 18g/L組氨酸，經 5次傳代后因回復突變型增多，產量下降至 4g/L。 （一）微生物菌種的衰退 菌種退化通常是指在較長時期傳代保藏后，菌株的一個或多個生理性狀和形態特征逐漸減退或消失的現象。 （ 2） 石蠟油封保藏法 將生長好的新鮮斜面在無菌條件下倒入已滅菌的液體石蠟，油層要高出斜面上端 1cm，使之與空氣隔絕，然后垂直放于室溫或冰箱內保藏即可。 (2)培養條件 用 1000mL三角瓶裝入培養基 200mI，滅菌后置于沖程 、頻率 96 次 /min的往復式搖床上振蕩培養 12h，培養溫 度 33~34℃。 4，接種量 接種量 ：是指移入的種子液體積和接種后培養液體積的比例。 （ 2）冷藏時間 斜面冷藏對孢子質量的影響與孢子成熟程度有關。蛋白胨加工原料不同如魚胨或骨胨對孢子影響也不同。 （二）液體種子制備 1，好氧培養 對于產孢子能力不強或孢子發芽慢的菌種，如產鏈霉素的灰色鏈霉菌（ S. griseus）、產卡那霉素的卡那鏈霉菌（ S. Kanamuceticus）可以用搖瓶液體培養法。這種種子接入發酵罐后，將使發酵生產周期縮短，設備利用率提高。因此，改進空氣凈化的前處理工藝，用超細玻璃纖維紙或其它介質來代替棉花、活性炭是有待解決的問題。為了防止孔管密封的底部死角積水，封管底蓋要緊靠濾孔。 空氣一般從下部圓筒切線方向通入，從上部圓筒切線方向排出，以減少阻力損失，出口不宜安裝在頂蓋，以免檢修時拆裝管道困難。 1， 空氣過濾器 (1)纖維狀及顆粒狀介質過濾器 圖 77 是深層棉花、活性炭過濾器的結構。于是 N1/N2＝ 1014，在設計空氣過濾器時，我們常把 Nl/N2＝ 1015 作為設計指標。 （ 4）旋風分離器 用以分離 50μm 以上的液滴及部分較小的液滴。冷卻去水后，再將壓縮空氣加熱，降低其相對濕度，使其未除去的水分不致凝結出來，然后進行過濾。 (1)空氣吸氣口 提高空氣吸氣口的高度可以減少吸入空氣的微生物含量。空氣在進入空氣過濾器前，要先經除塵、除油、除水，再經空氣過濾器除菌，制備凈化空氣送入發酵罐，供菌體生長與代謝的需要。：絕對溫度，：波爾曼常數；；：微粒擴散率；式中KTKdc K TBBvdBdxdxdxdxdxpMMfMfffff???3//R e )(2)3(211)21()21l n ()21(2R e )(21313?????????????????????????上述機理中，有時很難分辨是哪一種單獨起作用。；：纖維直徑，；：微粒直徑，；，：微粒和纖維的直徑比式中小于臨界速度時計算得的單纖維截留效率還是比較接近實際的。慣性力與氣流流速成正比，當流速過低時，慣性捕集作用很小，甚至接近于零；當空氣流速增至足夠大時，慣性捕集則起主導作用。對不同的材料、不同 規格、不同填充情況，都會得到不同的過濾效果 空氣溶膠的過濾除菌原理與通常的過濾原理不一樣，一方面是由于空氣溶膠中氣體引力較小，且微粒很小，常見懸浮于空氣中的微生物粒子在 0． 5~2μm 之間，深層過濾所用的過濾介質 棉花的纖維直徑一般為 16~ 20μm，填充系數為 8％時，棉花纖維所形成的孔隙為 20~50μm；超細玻璃纖維濾板因纖維直徑很小，為 1~1． 5μm，濕法抄制緊密度較大，所形成的網格孔隙為 0． 5~5μm。但對設備維護和安全技術措施要求較高。C 下 24s 就被殺死。前者在微生物學中已有介紹，后者系用粒子計數器通過微粒對光線的散射作用來測量粒子的大小和含量。 三、發酵對空氣無菌程度的要求 各種不同的發酵過程，由于所用菌種的生長能力、生長速度、產物性質、發酵 周期、基質成分及 pH 值的差異，對空氣無菌程度的要求也不同。空氣凈化的方法很多，但各種方法的除菌效果、設備條件和經濟指標各不相同。但是在陰雨天氣或環境污染比較嚴重時，空氣中也會懸浮大量的活力較