第四章培养基及设备的灭菌精选PPT.ppt

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1、第四章培养基及设备的灭菌第1页，此课件共64页哦使生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而损使生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降。失，造成生产能力的下降。杂菌也会产生代谢产物，这就使产物的提取杂菌也会产生代谢产物，这就使产物的提取更加困难，造成得率降低，产品质量下降。更加困难，造成得率降低，产品质量下降。有些杂菌会分解产物，使生产失败。有些杂菌会分解产物，使生产失败。杂菌大量繁殖后，会改变反应液的杂菌大量繁殖后，会改变反应液的pH值，使反应值，使反应异常。异常。如发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解，使生产失如发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解，使生产失败。败。染染菌菌造造

2、成成的的不不良良后后果果第2页，此课件共64页哦第一节第一节 培养基灭菌的目的、要求和方法培养基灭菌的目的、要求和方法 一、定义一、定义1.培养基灭菌的定义 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。第3页，此课件共64页哦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。第4页，此课件共64页哦二、培养基灭菌的目的二、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 2.工业上具体措施 包括：（1）使

3、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；第5页，此课件共64页哦（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。第6页，此课件共64页哦3.培养基灭菌的目的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第7页，此课件共64页哦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 第8页，此课件共64页哦6，湿热灭菌的原理 当温度超过生长的最高限度时，微生物细胞中的原生质胶体和酶发生不可逆的凝固变性，使微生物在很短时间内死亡。第9页，此课件

4、共64页哦7.湿热灭菌中的相关定义 致死温度致死温度：杀死微生物的极限温度。致死时间致死时间：在致死温度下，杀死全部微生物所需的时间。微生物的热阻微生物的热阻：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。相对热阻相对热阻：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。第10页，此课件共64页哦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1.0310621015第11页，此课件共64页哦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，易管理第12

5、页，此课件共64页哦第二节第二节 湿热灭菌的理论基础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/ml），需要多高的温度、多长的时间为合理。2.灭菌温度和时间的确定 取决于：（1）杂菌孢子的热灭死动力学 第13页，此课件共64页哦（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第14页，此课件共64页哦二、微生物的热死灭动力学方程二、微生物的热死灭动力学方程 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）t：时间（

6、min）第15页，此课件共64页哦 K：比热死速率常数（死亡速率）（min-1）取边界条件t0=0，N=N0，对（1）积分得上式称为对数残留定律上式称为对数残留定律第16页，此课件共64页哦第17页，此课件共64页哦死亡速率k，又称为灭菌速度常数K越大，表明微生物越容易死亡。一定温度下，比死亡速率k随微生物的种类不同而不同；同一种微生物其营养体细胞与芽孢的k也不同。对热抵抗能力较弱：细菌营养体、酵母菌、放线菌、病毒及phage。对热抵抗能力较强：细菌芽孢和霉菌的孢子。第18页，此课件共64页哦三、温度对三、温度对K K的影响的影响 比热死灭速率常数K与灭菌温度T的关系可用阿累尼乌斯方程表征 A

7、：频率因子（min-1）E：活化能（J/mol）R：通用气体常数J/（mol.k）第19页，此课件共64页哦 从方程（4）可以看出：（1）活化能E的大小对K值有重大影响（2）不同菌的孢子的热死灭反应E可能各不相同第20页，此课件共64页哦对方程（4）两边取对数，得 第21页，此课件共64页哦第22页，此课件共64页哦 对方程（5）两边对T取导数，得 由方程（6）可得出结论：反应的E越高，lnK对T的变化率越大，即T的变化对K的影响越大。第23页，此课件共64页哦受热物质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9623292048283257343

8、088317984第24页，此课件共64页哦例：嗜热脂肪芽孢杆菌 第25页，此课件共64页哦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破坏的影响灭菌温度（C）达到灭菌程度的时间（min）维生素B1的损失（%）100110120130140150843757.60.8510.1070.01599.9989271031第26页，此课件共64页哦理论灭军时间的估算理论灭军时间的估算培养基在灭菌前，存在各种各样的微生物，培养基在灭菌前，存在各种各样的微生物，k值不值不同计算时，可以取对热抵抗力较大的芽孢杆菌的同计算时，可以取对热抵抗力较大的芽孢杆菌的k值。值。此时，此时

9、，A取取1.341036s-1，E E取取2.8442.84410-5J/mol。即：即：第27页，此课件共64页哦例：某发酵罐装培养基例：某发酵罐装培养基40m3，在，在121下进行分批灭下进行分批灭菌。设每毫升培养基中含耐热的芽孢为菌。设每毫升培养基中含耐热的芽孢为107个，求理个，求理论灭菌时间。论灭菌时间。解：解：N0=10106107=41014个个 Ns=0.001个个 算得：算得：K=0.0281s-1第28页，此课件共64页哦第三节第三节 培养基灭菌的工程设计培养基灭菌的工程设计一、无菌的标准一、无菌的标准 根据微生物热死灭方程，要求灭菌后达到绝对无菌。在工程设计中常取N=10

10、-3第29页，此课件共64页哦二、分批灭菌二、分批灭菌1.分批灭菌的设计 在发酵罐中进行实罐灭菌，是典型的分批灭菌。全过程包括升温、保温、降温三个过程。第30页，此课件共64页哦第31页，此课件共64页哦孢子热死亡的规律符合积分，得 在分批灭菌过程中第32页，此课件共64页哦升温、冷却阶段T是时间t的函数，K不是常数，所以：式中Kh是保温阶段的孢子比热死亡速度常数第33页，此课件共64页哦分批灭菌中几种换热方式的温度-时间变化关系第34页，此课件共64页哦2.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 第

11、35页，此课件共64页哦发酵罐的接管图第36页，此课件共64页哦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第37页，此课件共64页哦三、连续灭菌的设计三、连续灭菌的设计1.连续灭菌的流程（1）喷射加热连续灭菌喷射加热连续灭菌流程第38页，此课件共64页哦典型的喷射加热连续灭菌时的温度和时间曲线图第39页，此课件共64页哦（2）薄板换热器连续灭菌 薄板换热器连续灭菌流程第40页，此课件共64页哦薄板换热器连续灭菌时的温度和时间曲线图第41页，此课件共64页哦（3）喷淋冷却连

12、续灭菌 喷淋冷却连续灭菌流程第42页，此课件共64页哦3.连续灭菌设备的结构及计算（1）设备结构：套管式连消塔第43页，此课件共64页哦喷嘴式连消塔第44页，此课件共64页哦连消器第45页，此课件共64页哦喷射加热器第46页，此课件共64页哦薄板换热器第47页，此课件共64页哦维持罐第48页，此课件共64页哦四、连续灭菌与间歇灭菌的比较四、连续灭菌与间歇灭菌的比较1.连续灭菌的优缺点 优点：保留较多的营养质量、容易放大、较易自动控制、糖受蒸汽的影响较少、缩短灭菌周期、在某些情况下，可使发酵罐的腐蚀减少、发酵罐利用率高、蒸汽负荷均匀 缺点：设备比较复杂，投资较大 第49页，此课件共64页哦2.分

13、批灭菌的优缺点 优点：设备投资较少、染菌的危险性较小、人工操作较方便、对培养基中固体物质含量较多时更为适宜 缺点：灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负荷波动大，一般只限于中小型发酵装置。第50页，此课件共64页哦五、影响灭菌的因素五、影响灭菌的因素1.培养基成分对灭菌的影响 油脂，糖类及一定浓度的蛋白质可增加微生物的耐热性，另一些物质，如高浓度的盐类，色素等可削弱其耐热性。2.pH值的影响pH值对微生物的耐热性影响很大，pH为6.08.0时微生物最不易死亡，pH 6.0时氢离子易渗入微生物的细胞内。第51页，此课件共64页哦3.培养基的物理状态对灭菌的影响4.培养基中微生物数量对灭菌的影响5.

14、培养基中氢离子浓度对灭菌的影响 培养基中氢离子浓度直接影响灭菌的效果。培养基的 酸碱度越大，所需杀灭微生物的温度越低。第52页，此课件共64页哦6.微生物细胞中水分对灭菌的影响细胞含水越多，蛋白质变性的温度越底7.微生物细胞菌龄对灭菌的影响老细胞水分含量低、低龄细胞水分含量高第53页，此课件共64页哦8.空气排除情况对灭菌的影响9.搅拌对灭菌的影响10.泡沫对灭菌的影响第54页，此课件共64页哦六、六、常见培养基与设备、管道灭菌条件常见培养基与设备、管道灭菌条件1.杀菌锅内灭菌固体培养基灭菌：压力0.098MPa，维持2030min；液体培养基灭菌：压力0.098MPa，维持1520min；玻

15、璃器皿及用具灭菌：压力0.098MPa，维持3060min。2.种子罐、发酵罐、计量罐、补料罐等的空罐及管道灭菌从有关管道通入蒸汽，使罐内蒸汽压力达0.147MPa，维持45min。第55页，此课件共64页哦3.空气总过滤器和分过滤器灭菌 维持压力0.147MPa，灭菌2h4.种子培养基实罐灭菌从夹层通入蒸汽间接加热至80 ，关闭夹层蒸汽的进口阀门、升温121 ，30min谷氨酸发酵的种子培养基实罐灭菌为110，维持10min第56页，此课件共64页哦5.发酵培养基实罐灭菌121 ，30min，谷氨酸实消105 ，维持5min6.发酵培养基连续灭菌 一般培养基130 ，维持5min 谷氨酸发酵

16、培养基为115，68min第57页，此课件共64页哦7.消泡剂灭菌 直接加热至121，30min8.补料罐灭菌 根据料液不同而异，淀粉质原料121 维持5min9.尿素溶液灭菌 105，5min第58页，此课件共64页哦七、发酵罐的灭菌七、发酵罐的灭菌 培养基的灭菌如果是采用连续灭菌法，则发酵罐应在加入灭菌的培养基前先行单独灭菌。通常是用蒸汽加热发酵罐的夹套或设管并从空气分布管中通入蒸汽，充满整个容器后，再从排气管中缓缓排出。容器内的蒸汽压力保持1kg，20min。在保温结束后，关键是随即通入无菌空气，使容器保持正压，防止形成真空而吸入带菌的空气。第59页，此课件共64页哦注意事项：注意事项：

17、l 先将罐内空气排尽，灭菌时要保持蒸气畅通，使有关阀门、管道彻底灭菌；l 严格检查有关罐体、管道、法兰、轴封、阀门等有无渗漏、穿孔、堵塞、死角以及有无阀门忘开、忘关、开关次序搞错，泡沫冒顶和逃液等不正常现象；第60页，此课件共64页哦l 在配料时应开搅拌器，尽量将各种粉饼等团块打碎，搅拌均匀，防止结块或大颗粒对其内部微生物的保护；l 淀粉配比超过4%时必须水解，否则影响灭菌效果；l 灭菌时，罐盖面上的玻璃视镜必须用橡皮垫盖好，以防沾着冷水引起炸裂。第61页，此课件共64页哦八、附属设备灭菌发酵罐的附属设备：分空气过滤器，补料系统、消沫剂系统等。（1）分空气过滤器在发酵罐灭菌之前进行灭菌，灭菌后

18、用空气吹干备用。（2）补料罐的灭菌温度视物料性质而定，如糖水，灭菌时蒸气压力为0.1Mpa（120），保温30min。第62页，此课件共64页哦（3）油罐（消沫剂罐）灭菌时，其蒸气压力为0.150.18Mpa，保温60min。（4）补料管路、消沫剂管路与补料罐、油罐同时进行灭菌，但保温时间为1h。（5）移种管路灭菌一般要求蒸气压力为0.30.45Mpa，保温1h。上述各种管路在灭菌之前，要进行严格检查，以防泄漏和“死角”的存在。第63页，此课件共64页哦九、补料液的灭菌九、补料液的灭菌 灭菌的方法则视料液的性质、体积和补料速率而定。如果补料量较大，而具有连续性时，则采用连续灭菌较为合适。也有利用过滤法对另补料液进行除菌。补料液的分批灭菌，通常是向盛有物料的容器中直接通入蒸汽。第64页，此课件共64页哦