1、18 培养基的灭菌 及灭菌设备 培养基灭菌及灭菌设备 染菌 /噬菌体的主要危害 : n 基质及产物消耗 , 生产能力下降 n 产物得率降低 , 产品质量下降 n 生产失败 (分解产物 , 分解菌体 , 异常发酵 ) 纯种培养的具体措施 n 使用灭菌的培养基和设备 n 空气除菌 n 设备严密 , 保持正压 n 补料灭菌 n 种子无污染 第一节 灭菌的方法 (261) n 灭菌（ Sterilization）： 使用物理或化 学的方法杀灭或去除物料或设备中一切 有生命物质的过程。 灭菌常用方法 n 化学药剂灭菌 n 射线灭菌 紫外、电离射线； n 干热灭菌 微生物由于氧化作用、 蛋白质变性 、 电
2、解质浓缩作用死亡； n 湿热灭菌 利用饱和蒸汽进行灭菌 ，使蛋白质、酶、核酸分子内部化学 键破坏，不可逆变性死亡； n 过滤除菌 利用过滤的方法阻留微 生物 第二节 培养基的灭菌 (p262) 一、热灭菌的原理 1. 微生物的热阻 n 热灭菌原理： 温度超过微生物最适生长温度的 上限时，细胞中的蛋白会发生不可逆的凝固变 性，引起微生物死亡。 n 致死温度：杀死微生物的极限温度。 n 致死时间：在致死温度下杀死全部微生物所 需要的时间 n 热阻 ：指微生物在某一特定条件下（主要指温度 和加热方式）的致死时间。表示微生物对热的抵 抗能力。 n 相对热阻 ：指某一微生物在某一条件下的致死时 间与另一
3、微生物在相同条件下的致死时间之比。 2. 对数残留定律 n 内容 : 对微生物进行湿热灭菌时 ,培养 基中的微生物受热死亡的速率与残存 的微生物数量成正比 . -dN/d=N N 培养基中活的微生物个数 灭菌时间（ s）； 比死亡速率（ s-1） ； dN/d 微生物的瞬时变化率，即死亡速率 n =2.303/log(N0/N) 灭菌时间取决于 污染程度 , 灭菌程度 和 . 注意： N不能为，常采用千分之一（ 0.001) 关于比死亡速率 n 是微生物耐热性的一种特征，与微生物的 种 类 和 灭菌温度 有关。 n 相同温度， 越小，越耐热。 同一种微生物在不同灭菌温度下 值不同。 灭菌温度越
4、低， 越小。 n 培养基灭菌前含微生物种类多， 值不 同 , 可取 耐热芽孢杆菌 的 值进行灭菌时 间计算 n 微生物的耐热性还可用微生物的数目减 少为原来的 1/10时所需的时间 D表示。 ln（ 1/10） =-D D=2.303/ 二 . 培养基灭菌温度的选择 n 灭菌过程伴随培养基中营养成分的破坏 n 培养基营养成分破坏属于分解反应 , 可看 作化学动力学中一级反应 dC/d=-C =Aexp(-E/RT) n 杀灭微生物的 高于维生素分解的 ，因此，在任何温度下，杀灭微生物 所需要的时间比培养基成分分解的时间 长 ln(2/1)/ ln(2/1)=E/E 因为 EE, 所以 ln(2
5、/1) ln(2/1) u 即灭菌温度上升时，灭菌的速度常数 的增加倍数 培养基成分破坏的速度常数 的增加倍数。微生物杀灭速度大于培养 基成分破坏的速度。 u 所以，培养基灭菌采用 高温短时 的方 法。 三 . 影响培养基灭菌的因素 1. 培养基成分的影响 油脂 糖类 蛋白 : 增加微生物耐热性 高浓度盐类 色素 : 削弱微生物耐热性 2. pH的影响 pH68时，微生物最不易死亡 pH1mm，需过滤除去 第三节 培养基的分批灭菌 (p267) n 分批灭菌（实罐灭菌，实消） ：将配制好的培养 基放在发酵罐中 , 通入蒸气将培养基和设备一起进 行灭菌的过程。 n 优点：不需要专门的灭菌设备、投
6、资少 对蒸汽压力要求低（ 11054 105） 灭菌效果可靠 可用于极易起泡或黏度很大的培养基 缺点：锅炉负荷波动大 设备利用率低 无法采用高温短时灭菌 过程：升温、保温和冷却 一 . 升温阶段 升温方式： 间接加热 不稳定传热过程 加热蒸汽温度不随时间改变，培养基温度不断 上升 GCdt=hF(ts t)d n h不变： =GC/hF ln(ts ti)/( ts tf) n h： 230 350J/（ m2.s. ） （ 夹套） 350 520J/（ m2.s. ） （ 蛇管） 2. 直接蒸气加热 =GC(tf ti)+Q)/( CWtf)S n 散失热量可取加热培养基所需热量的 10%2
7、0% n 升温阶段结束后残留的活菌数 N1 n 可认为温度高于 100 时才有灭菌效果。 二 . 冷却阶段 n GCdt/d=WCW(two twi)=KFtm n =GC/WCW(B/B-1)ln(ti-twi)/(tf-twi) n T=TWi1+exp() =WCW/GC1-exp(-KF/WCW) =(Ti-Twi)/Twi 三 . 保温阶段 n 温度恒定，比死亡速率不变 n 1/ln(N1/N2) N1 ： 升温结束时的活菌数； N2： 开始降温时的活菌数 第四节 培养基的连续灭菌 n 连续灭菌 (连消） ： 将配制好的培养基在向发酵罐 输送的同时进行加温、保温、冷却处理而进行灭 菌
8、的过程。 n 优点：可采用高温短时杀菌，营养物质破坏小 设备利用率高 蒸汽负荷平衡，锅炉利用率高 适宜采用自动控制 一 . 连续灭菌的流程 n 配料罐 连消泵 加热器（连消塔） 维持罐 冷却器 n 喷射加热连续灭菌流程： 喷射加热 管道维持 真空冷却 喷射加热连续灭菌优点 n 受热时间短 n 保证培养基先进先出，避免 过热或灭菌不彻底 注意：真空系统要严格密封， 避免二次污染 n 薄板换热器连续灭菌流程： 培养基在设备中同时完成预热、灭菌和冷 却过程。 优点：节约蒸汽和冷却水用量 周期较短 二 . 连续灭菌的设备和计算 n 1、预热： 70 （不溶性物料发生糊化） 2. 加热 连消塔式连续灭菌
9、设备： 套管式 气液混合式 n 喷射加热器 n 加热蒸汽用量（ 273） 3. 保温 n 罐式保温设备 n 管式保温设备 4. 冷却 n 喷淋冷却设备 n 真空冷却设备 n 板式冷却设备 n 螺旋板冷却设备 n 真空闪冷设备 总 结 n染菌 /噬菌体的主要危害 n纯种培养的具体措施 n影响培养基灭菌的因素 n喷射加热连续灭菌流程 作 业 n 致死温度 致死时间 连续灭菌 (连消） n 生产发酵过程中常用的灭菌方法有哪些？ n 一发酵罐内装 40m3培养基，在 121 实罐灭菌。原 污染程度为每毫升培养基中含耐热菌芽孢 2107个， 比死亡速率为 0.0287s-1 。求灭菌失败几率为 0.001, 0.0001所需要的时间。 n 一发酵罐容积为 50m3，进行氨基酸发酵时的装料系 数为 0.6。每毫升培养基中含产气梭状芽孢杆菌芽孢 1105个，比死亡速率为 1.8min-1 ，如果在 121 进 行实罐灭菌，求灭菌失败几率为千分之一所需要的 时间。
