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培养基实罐灭菌时间的计算根据对数残留定律，灭菌所需的时间可用下式计算：τ为灭菌时间，s；K为灭菌速率常数，s-1，与灭菌温度和灭菌的菌种类型有关；N0为开始灭菌时原有菌个数，个；Ns为结束灭菌时残留菌的个数，个；第31页，共54页，星期日，2025年，2月5日在计算过程中，N0和Ns如何取值？对于Ns，如果取Ns=0，那么，t=∞，这显然是与现实情况不符。对于如何Ns取值？通常取Ns=0.001个/罐，这个数值如何理解？灭菌1000次，有一次是失败的，残留了一个活菌体。这个数值的取值的大小，也间接反应了该生产过程中的技术管理水平。第32页，共54页，星期日，2025年，2月5日由于灭菌速率常数K与灭菌温度和灭菌的菌种类有下列关系：式中A为系数，s-1；E为灭菌时所需活化能，J/mol;在一般计算中都以培养基中最难杀灭耐热杆菌的芽孢作为灭菌对象。A=1.34×1036，E=284219.12J/molK值第33页，共54页，星期日，2025年，2月5日例1有一发酵罐内装培养基40m3，采用实罐灭菌，灭菌温度121℃，问灭菌需要多长？解：一般设灭菌前每毫升培养基含有耐热菌的芽孢为2×107，不考虑培养基升温阶段的灭菌效应。N0=40×106×2×107=8×1014Ns=0.001个lgK=-14845/T+36.172=-14845/(273+121)+36.127=-1.55K=0.0281(s-1)第34页，共54页，星期日，2025年，2月5日若考虑培养基加热升温阶段的灭菌效应，由于K是温度的函数，求升温阶段从温度T1到灭菌温度T2的平均灭菌速度常数Km，可以用下式求取：同时培养基升温至T2时菌的总数由N0减少至Np由公式求取Np：第35页，共54页，星期日，2025年，2月5日培养基加热升温阶段有灭菌效应，培养基达到灭菌保温时间后，由灭菌温度冷却至发酵培养温度的过程也有灭菌效应，所以在灭菌操作时不要人为地再延长灭菌时间作为安全系数，这样会导致培养基营养成分破坏过大，导致发酵单位下降。第36页，共54页，星期日，2025年，2月5日培养基实罐灭菌的热量计算分别计算出发酵车间每个使用蒸汽设备的蒸汽消耗量，然后把在同一时刻不能错开的用汽设备叠加起来求得这个车间的最大用蒸汽负荷量。在发酵车间，培养基实罐灭菌蒸汽用量最大，实罐灭菌可以分为升温、保温灭菌和冷却三个阶段。第37页，共54页，星期日，2025年，2月5日培养基实罐灭菌的热量计算升温阶段①间接加热τ为间歇加热时间，h；G为培养基质量，kg；c为培养基比热容，kJ/(kg·℃)；K为平均传热系数，kJ/(m2·h·℃)；ts为加热蒸汽温度,℃；t1为培养基开始加热温度,℃；t2为培养基加热结束时温度,℃；S为蒸汽消耗量，kg；r为蒸汽汽化热，η为加热过程的热损失。第38页，共54页，星期日，2025年，2月5日例2有一40m3发酵罐内装培养基28m3，不锈钢蛇管传热面积30m2，采用实罐灭菌，培养基原始温度25℃，用196kPa（表压）蒸汽通过蛇管间接加热培养基至90℃。①求加热时间和蒸汽用量各多少？解：已知G=28000kg，F=30m2查196kPa（表压）时ts=132.9℃，t1=25℃，t2=90℃，K=1674kJ/(m2·h·℃)，c=4.18kJ/(kg·℃)第39页，共54页，星期日，2025年，2月5日培养基实罐灭菌的热量计算升温阶段①直接加热i为蒸汽热焓，kJ/kg；G为培养基质量，kg；cs为冷凝水的蒸汽比热容，kJ/(kg·℃)；t1为培养基开始加热温度,℃；t2为培养基加热结束时温度,℃；S为蒸汽消耗量，kg；η为加热过程的热损失。第40页，共54页，星期日，2025年，2月5日培养基实罐灭菌的热量计算保温阶段S为蒸汽消耗量，kg；F为蒸汽排出管的总截面积，cm2；τ为蒸汽排出时间，即保温时间，min；P为发酵罐蒸汽的绝对压，Pa，为蒸汽的比容，m3/kg。或者根据经验估算：S=（30%~50%）×直接加热蒸汽消耗量小于5m3发酵罐取50%，大于5m3发酵罐取30%左右。第41页，共54页，星期日，2025年，2月5日培养基实罐灭菌的热量计算τ为冷却所需时间，h；W为冷却水的用量，kg/h；G为培养基质量，kg；c1为培养基的比热容，kJ/(kg·℃)；c2为冷却水比热容，kJ/(kg·℃)；t1s为培养基开始冷却温度,℃；