第五章 灭菌与空气的净化

第一节 灭菌
一、灭菌的方法
灭菌指利用物理和化学的方法杀灭或除去物料及设备中一切生命物质的过程。而消毒是指用物理或化学的方法杀死物料、容器、器具内外的病源微生物，一般只能杀死营养细胞而不能杀死芽孢。消毒不一定能达到灭菌的要求，而灭菌则可达到消毒的目的。
灭菌的方法有：干热灭菌法，湿热灭菌法，火焰灭菌法，电磁波、射线灭菌法，化学药品灭菌法及过滤除菌法。
二、湿热灭菌的原理
⒈ 微生物的热阻
当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原生质体和酶的基本成分——蛋白质发生不可逆的变化，即凝固变性，使微生物在很短时间内死亡。湿热灭菌就是根据微生物的这种特性进行的。
某些嗜热菌能在120 ℃温度下，耐受20～30 min，但这种菌在培养基中出现的机会不多。一般讲，灭菌的彻底与否以能否杀死芽孢细菌为标准。
杀死微生物的极限温度称为致死温度。在致死温度下，杀死全部微生物所需的时间称为致死时间。在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。热阻是指微生物在某一特定条件(主要是温度和加热方式)下的致死时间。相对热阻是指某一微生物在某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的比值。
⒉ 微生物的热死规律——对数残留定律式中 N——培养基中残留活菌数，个；
t——受热时间，min；
k——反应速率常数，也可称比死亡速率常数，min-1。
式中的反应速率常数k是微生物耐热性的一种特征，它随微生物的种类和灭菌温度而异。在相同的温度下，k值愈小，则此微生物愈耐热。细菌芽孢的k值比营养细胞小得多，即细菌芽孢耐热性比营养细胞大。
⒊ 培养基灭菌温度的选择
可以采用较高的温度，较短的灭菌时间，以减少培养基营养成分的破坏，这就是通常所说的“高温瞬时灭菌法”。
三、培养基的灭菌
⒈ 培养基湿热灭菌方法
⑴ 连续灭菌 连续灭菌也叫连消，其温度一般以126～132 ℃为宜，总蒸汽压力要求达到0.044～0.049 MPa以上。

图4-1 连消塔—喷淋冷却连续灭菌流程
⑵ 间歇灭菌 间歇灭菌即实消，是在每批培养基全部流入发酵罐后，就在罐内通入蒸汽加热至灭菌温度，维持一定时间，再冷却到接种温度。
⑶ 固体培养基灭菌
⒉ 影响培养基灭菌的因素
⑴ 培养基成分 ⑵ pH值 ⑶ 培养基中的颗粒 ⑷ 泡沫
⒊ 分批灭菌和连续灭菌比较
连续灭菌与分批灭菌比较具有很多优点：① 可采用高温短时灭菌，培养基受热时间短，营养成分破坏少，有利于提高发酵产率；② 发酵罐利用率高；③ 蒸汽负荷均衡；④ 采用板式换热器时，可节约大量能量；⑤ 适宜采用自动控制，劳动强度小。
四、培养基与设备、管道灭菌条件
⑴ 杀菌锅内灭菌 ⑵ 种子罐、发酵罐、计量罐、补料罐等的空罐灭菌及管道灭菌 ⑶ 空气总过滤器和分过滤器灭菌 ⑷ 种子培养基实罐灭菌 ⑸ 发酵培养基实罐灭菌 ⑹ 发酵培养基连续灭菌 ⑺ 消泡剂灭菌 ⑻ 补料实罐灭菌 ⑼ 尿素溶液灭菌

第二节 空气的净化
一、空气净化的方法
对空气灭菌的要求应根据具体情况而定，但一般仍可按10-3的染菌概率，即在1000次培养过程中，只允许一次是由于空气灭菌不彻底而造成染菌，致使培养过程失败。
⒈ 热灭菌法
⒉ 静电除菌
静电除菌是利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘灭菌的目的。
⒊ 介质过滤除菌法
过滤除菌法是让含菌空气通过过滤介质，以阻截空气中所含微生物，而取得无菌空气的方法。
二、空气的过滤除菌原理和介质
⒈ 空气过滤除菌原理
⑴ 布朗扩散截留作用 直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的直线运动称为布朗扩散。
⑵ 拦截截留作用
⑶ 惯性撞击截留作用
⑷ 重力沉降作用
⑸ 静电吸引作用 当具有一定速度的气流通过介质滤层时，由于摩擦会产生诱导电荷。当菌体所带的电荷与介质所带的电荷相反时，就会发生静电吸引作用。
⒉ 空气过滤除菌的介质
用于空气过滤的过滤介质有纤维状物或颗粒状物、过滤纸、微孔滤膜等各种类型。
⒊ 提高过滤除菌效率的措施
① 设计合理的空气预处理设备，选择合适的空气净化流程，以达到除油、水和杂质的目的。
② 设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤介质。
③ 保证进口空气清洁度，减少进口空气的含菌数。
④ 降低进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过滤介质能在干燥状态下工作。