发酵工程教案第五章培养基及设备的灭菌.pdf

第五章培养基及设备的灭菌第一节培养基灭菌的目的、要求和方法一、定义1，培养基灭菌的定义是指从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及其孢子，或从中将其除去。工业规模的液体培养基灭菌，杀灭杂菌比除去杂菌更为常用。2，灭菌与消毒的区别灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿内外的病源微生物。二、培养基灭菌的目的1，在发酵过程中夹杂其它杂菌造成的后果生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生产菌生长得更快，结果使发酵罐中以杂菌为主；杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难；杂菌会降解目的产物；杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品；发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象。2，工业上具体措施包括（1）使用的培养基和设备须经灭菌；（2）好氧培养中使用的空气应经除菌处理；（3）设备应严密，发酵罐维持正压环境；（4）培养过程中加入的物料应经过灭菌；（5）使用无污染的纯粹种子。3，培养基灭菌的目的杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的条件。4，培养基灭菌的要求（1）达到要求的无菌程度（10-3）（2）尽量减少营养成分的破坏，在灭菌过程中，培养基组分的破坏，是由两个基本类型的反应引起的：培养基中不同营养成分间的相互作用；对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的分解。5，灭菌的方法（1）化学法化学药品灭菌法（2）物理法干热灭菌法湿热灭菌法射线灭菌法6，湿热灭菌的原理每一种微生物都有一定的最适生长温度范围。当微生物处于最低温度以下时，代谢作用几乎停止而处于休眠状态。当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原生质胶体和酶起了不可逆的凝固变性，使微生物在很短时间内死亡，加热灭菌即是根据微生物这一特性而进行的。7，湿热灭菌中的相关定义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。微生物的热阻：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。各种微生物对湿热的相对热阻微生物相对热阻营养细胞和酵母细菌芽孢霉菌孢子病毒和噬菌体1.0 3 106210 15 8，湿热灭菌的优点蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒；蒸汽有强的穿透力，灭菌易于彻底；蒸汽有很大的潜热；操作方便，易管理。2 湿热灭菌的理论基础一，培养基湿热灭菌需解决的工程问题1，将培养基中的杂菌总数N0杀灭到可以接受的总数N（10-3），需要多高的温度、多长的时间为合理。菌温度和时间的确定取决于：（1）杂菌孢子的热灭死动力学（2）反应器的形式和操作方式（3）培养基中有效成分受热破坏的可接受范围二、微生物的热死灭动力学方程实验证明，微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的一级反应动力学，即：N：任一时刻的活细菌浓度（个/L）1NkdtdN文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 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的影响越大试验表明，细菌孢子热死灭反应的E很高，而某些有效成分热破坏反应的E较低（见下表）。将温度提高到一定程度，会加速细菌孢子的死灭速度，缩短灭菌时间，由于有效成分的E很低，温度的提高只能稍微增大其破坏速度，但由于灭菌时间的显著缩短，有效成分的破坏反而减少。受热物质E（J/mol）维生素 B12维生素 B1盐酸盐嗜热脂肪芽孢杆菌孢子肉毒梭菌孢子枯草杆菌孢子96232 92048 283257 343088 317984 如嗜热脂肪芽孢杆菌孢子的EBS=67000 4.184（J/mol），维生素B1的 EVB=22000 4.184（J/mol），将灭菌温度从105?C 提高到 127?C，KVB从 0.02（min-1）提高到 0.06（min-1），KBS从 0.12（min-1）提高到40.0（min-1）。嗜热脂肪芽孢杆菌孢子和维生素B1的 lnK-1/T 图嗜热脂肪芽孢杆菌孢子死灭程度为N/N0=10-16时，灭菌温度对维生素B1破坏的影响62lnTREdTKd文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 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ZH1F4K2U10Z312ln322/dteAttRTENN式中 Kh是保温阶段的孢子比热死亡速度常数分批灭菌中几种换热方式的温度-时间变化关系T：介质温度（K）；T0：介质初温（K）；t：时间（min）；h：蒸汽相对于介质的热焓（kJ/kg）；s：蒸汽的重量流率（kg/min）；M：介质重量(kg)；Cp：介质比热 kJ/(kg.K)；TH：热源温度(K)；U：总传热系数kJ/（m2.min.K）；q：传热速率（kJ/min）；Cp：冷却剂比热；W：冷却剂流率；TCO：冷却剂温度2，计算举例（自学）参见：微生物工程工艺原理P226、伦世仪主编生化工程P13。3，保证间歇灭菌成功的要素（1）内部结构合理(主要是无死角)，焊缝及轴封装置可靠，蛇管无穿孔现象（2）压力稳定的蒸汽（3）合理的操作方法。4，培养基间歇灭菌过程中应注意的问题（1）温度和压力的关系（2）泡沫问题（3）投料过程中，麸皮和豆饼粉等固形物在罐壁上残留的问题（4）灭菌结束后应立即引入无菌空气保压发酵罐的接管图文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 ZH1F4K2U10Z3文档编码:CV3W10E4L3S10 HQ5P7S4B3A2 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