培養基及設備的滅菌-資料下載頁

【導讀】是指從培養基中殺滅有生活能力的細菌營養體及其孢子，或從中將其除去。生產菌和雜菌同時生長，生產菌喪失生產能力；雜菌會降解目的產物；發酵時如污染噬菌體，可使生產菌發生溶菌現象。使用的培養基和設備須經滅菌；好氧培養中使用的空氣應經除菌處理；設備應嚴密，發酵罐維持正壓環境；培養過程中加入的物料應經過滅菌；殺滅培養基中的微生物，為后續發酵過程創造無菌的條件。培養基中不同營養成分間的相互作用；對熱不穩定的組分如氨基酸和維生素等的分解。當微生物處于最低溫度以下時，代謝作用。幾乎停止而處于休眠狀態。當溫度超過最高限度時，微生物細胞中的原生質膠體和酶起了不。可逆的凝固變性，使微生物在很短時間內死亡，加熱滅菌即是根據微生物這一特性而進行的。在致死溫度下，殺死全部微生物所需的時間稱。脂肪芽孢桿菌孢子的熱殺滅動力學也接近對數死亡動力學即符合一級反應規律。

　　

【正文】 min，持續使用 2020h，則 N1為 2． 4 1011個菌， N2 一般可假定為 103 個菌，即在規定使用時間內透過一個菌的機濾為千分之一。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。 式 (10)中的 K值與纖維介質的性質、直徑、填充率、氣流速度以及菌體大小有關， K 值可以從下式求得： 對數穿透定律是以四點假定為前提推導出來的。實踐證明，對于較薄的濾層是符合實際的，但隨著濾層的增加，產生的偏差就大。空氣在過濾時，微粒含量沿濾層而均勻遞減，故K’值為常數。但實際上，當濾層較厚時，遞減就不均勻，即 K’值發生變化，濾層越厚 ，K’值變化越大。這說明對數穿透定律不夠完善，需要校正。 3，過濾壓力降 空氣通過過濾層需要克服與介質的摩擦而引起的壓力降， ΔP 是一種能量損失，損失隨濾層的厚度、空氣的流速、過濾介質的性質、填充情況而變化，可用下式計算： 由式 (2)和式 (13)可見，過濾常數或過濾效率隨介質的填充率及單纖維過濾效率的增加而增加，隨纖維直徑的增加而下降。然而單纖維過濾效率，根據圖 74，則隨氣體流速的增加而增加，也隨纖維直徑的增加而減少。由此可見，要用一定高度的介質過濾器取得較大的除菌效率，應選用纖維較細而填 充率較大的介質，并采用較大的氣流速度。但隨著填充率及氣流速度的增大及纖維直徑的減小，通過介質層的阻力 (即壓力降 )將增加，使空壓機的出口壓力受到影響。阻力過大，還容易導致介質層被吹翻。而氣流速度過大，摩擦過激，則會引起某些介質 (如活性炭、棉花等 )的焚化。 二、計算舉例（自學） 參見《發酵工程與設備》 p98 三、空氣過濾器與過濾介質 過濾介質是過濾除菌的關鍵，它的好壞不但影響到介質的消耗量、動力消耗 (壓力降 )、勞動強度、維護管理等，而且決定設備的結構、尺寸，還關系到運轉過程的可靠性。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。但這種過濾器存在不少缺點：（ l）設備龐大； (2)介質耗量大； (3)阻力大，（ 4）更換拆裝不方便；（ 5）勞動強度大等。近年來很多研究者按不同的作用機理尋求新的過濾介質，并測試其過濾性能，如超細玻璃纖維、其它合成纖維、微孔燒結材料和超濾微微孔薄膜等。 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。 以纖維狀或顆粒狀介質層為濾床的過濾器為立式圓筒形，內部填充過濾介質，以達到除菌的目的。 空氣過濾器的尺寸主要是確定過濾器的 內徑 D 和有效過濾的高度，最后定出整個過濾器的高度尺寸。過濾器的內徑 D 可以根據空氣量及流速求出： 流速一般取 ~／ s，按操作情況而定，盡量使過濾器在較高過濾效率的氣流速度區運行。通過過濾器的壓力降一般為 ~。目前有的過濾器控制的流速較低僅為~，相應的壓力降也較小。 過濾器的有效過濾介質高度 L 的決定，一般在實驗數據的基礎上，按對數穿透定律進行計算。但由于濾層太厚，耗用棉花太多，安裝困難，阻力損失很大，故工廠常用活性炭作間層，以改善這些因素。這本來是不符合計算 要求的。通常總的高度 L 中，上下棉花層厚度為總過濾層的 1/4~1/3，中間活性炭層為 1/2~l/3，在鋪棉花層之前先在下孔板鋪上一層30~40目的金屬絲網和織物 (如麻布等 )，使空氣均勻進入棉花濾層。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。壓緊裝置各廠不一，可以在周邊固定螺栓壓緊，可以用中央螺栓壓緊，也可以利用頂蓋的密封螺栓壓緊，其中利用頂蓋壓緊比較簡便。有些工廠為了防止棉花受潮下沉后松動，在壓緊裝置上加裝緩沖彈簧，彈簧的 作用是保持在一定的位移范圍內對孔板的 — 定壓力。 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。如果僅作為消毒后吹干的加熱用，則對直徑大的過濾器來說效果很低，熱量很難從周邊傳到過濾器中部。同時使用溫度也要十分小心控制，溫度過高，則容易使棉花焦化而局部喪失過濾效能，甚至有燒焦著火的危險。 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。 過濾器上方應裝有安全閥、壓力表，罐底 裝有排污孔，以便經常檢查空氣冷卻是否完全，過濾介質是否潮濕等。 (2)平板式纖維紙分過濾器 這種過濾器是適應充填薄層的過濾板或過濾紙，其結構如圖 78 所示。它由簡身、頂蓋、濾層、夾板和緩沖層構成。空氣從筒身中部切線方向進入，空氣中的水霧、油霧沉于筒底，由排污管排出，空氣經緩沖層通過下孔板經薄層介質過濾后，從上孔板進入頂蓋經排氣孔排出。緩沖層可裝填棉花、玻璃纖維或金屬絲網等。頂蓋法蘭壓緊過濾孔板并用墊片密封，上下孔板用螺栓連接，以夾緊濾紙和密封周邊。為了使氣流均勻進入和通過過濾介質，在上下孔板應先鋪上 30~40 目的金屬絲網和織物 (麻布 )，使過濾介質 (濾板或濾紙 )均勻受力，夾緊于中間．周邊要加橡膠圈密封切勿讓空氣走短路。過濾孔板既要承受壓緊濾層的作用，也要承受濾層兩邊的壓力差，孔板的開孔一般為 5~10mm，孔的中心距為 10~20mm。 過濾器的直徑可由式 ()確定，空氣在過濾器內的流速為 ~，且阻力很小，未經樹脂處理的單張濾紙在空氣流速為 ． 4Pa(3mmHg)。經樹脂處理或混有木漿的濾紙。阻力稍太。 (3)管式過濾器 平板式過濾器過濾面積局限于圓筒的截面積。當過濾面積 要求較大時，則設備直徑很大。若將過濾介質卷裝在孔管上，如圖 149 所示，這樣，總的過濾面積要比平板式大很多。但港裝濾紙時要防止空氣從紙縫走短路，這種過濾器的安裝和檢查比較困難。為了防止孔管密封的底部死角積水，封管底蓋要緊靠濾孔。 (4)折疊式低速過濾器 在一些要求過濾阻力損失很小，過濾效率比較高的場合，如潔凈工作臺、潔凈工作室或自吸式發酵罐等，都需要設計、生產一些低速過濾器來滿足它們的需要。超細纖維紙的過濾特性是氣流速度越低，過濾效率越高。為了將很大的過濾面積安裝在較小體積的設備內，可將長長的濾紙折 成瓦楞狀，安裝在楞條支撐的濾框內，濾紙的周邊用環氧樹脂與濾框粘結密封。濾框有木制和鋁制兩種規格，需要反復殺菌的應采用鋁制濾框，使用時將濾框用螺栓固定壓緊在過濾器內，底部用墊片密封。 選擇過濾器時，應按通過空氣的體積流量和流速進行計算。一般選擇流速在 0． 025m／ s 以下，這時通過的壓力損失約為 20 133． 3Pa。超細纖維的直徑很小，間隙很窄，容易被微粒堵塞孔隙而增大壓力損失。為了提高過濾器的過濾效率和延長濾芯壽命，一般都加中效過濾設備，或采用靜電除塵配合使用。目前，我國一般采用玻璃纖維或泡沫塑料的中 效過濾器配合使用；這樣較大的微粒和部分小微粒被中效過濾器濾去，以減少高效過濾表面的微粒堆積和堵塞過濾網格的現象。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。 2，空氣過濾介質 空氣過濾介質不僅要求除菌效率高，還要求能用高溫滅菌、不易受油水沾污而降低除菌效率；阻力小、成本低、來源充足、經久耐用及便于調換操作。常用的空氣過濾介質有棉花和活性炭 (總過濾器及分過濾器 )、玻璃棉和活性炭 (一級過濾 )、超細玻璃纖維紙 (一般用于分過濾器 )、石棉濾板 (分過濾器 )等。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。在空氣預處理較好的情況下，采用超細玻璃纖維紙作為總過濾器及分過濾器的過濾介質，染菌率很低，但在空氣預處理較差的情況下，其除菌效率往往受影響。棉花和活性炭過濾器，因介質層厚、體積大、吸油水的容量大，受油、水影響要比超細玻璃纖維紙好一些，但是這種過濾器調換過濾介質時勞動條件差。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。 新的過濾介質還有燒結材料、多孔材料等高效濾菌材料。目前試用燒結金屬板、燒結金屬管作為分過濾器 和總過濾器的過濾介質已取得初步效果，還需要進一步試驗。此外，近年來出現的微孔過濾介質，如硝酸纖維酯類和聚四氟乙烯類微孔濾膜，在有預過濾的情況下，能絕對過濾干燥或潮濕的空氣中平均直徑大于孔徑 (推薦用 )的微生物，這是一類值得重視的新型過濾介質。 3，空氣過濾器的操作要點 為了使空氣過濾器始終保持干燥狀態，當過濾器用蒸氣滅菌時，應事先將蒸汽管和過濾器內部的冷凝水放掉，滅菌蒸汽的壓力應保持在 0． 17— 0． 2MPa(表壓 )。開始時先將夾套預熱 (有的空氣過濾器無夾套則不需預熱 )，然后將蒸汽直接沖入介質 層中：小型過濾器的滅菌時間約為半小時，蒸汽從上向下沖；大型過濾器的滅菌時間約為 l h，蒸汽一般先從下向上沖半小時，再從上向下沖半小時。過濾器滅菌后應立即引入空氣，以便將介質層內部的水分吹出，但溫度不宜過高，以免介質被烤焦或焚化。蒸汽壓力和排氣速度不宜過大，以避免過濾介質被沖翻而造成短路。 在使用過濾器時，如果發酵罐的壓力大于過濾器的壓力 (這種情況主要發生在突然停止進空氣或空氣壓力忽然下降 )，則發酵液會倒流到過濾器中來。因此，在過濾器通往發酵罐的管道上應安裝單向閥門，操作時必須予以注意。