生化工程第二章ppt课件.ppt

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1、第二章 培养基灭菌Medium Sterilization经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用生化工程学的起点生化工程学的起点l l1.1.1.1.抗杂菌污染的抗杂菌污染的抗杂菌污染的抗杂菌污染的纯种培养技术纯种培养技术纯种培养技术纯种培养技术(pure culture)(pure culture)(pure culture)(pure culture)：无菌空气、培养基灭菌无菌空气、培养基灭菌无菌空气、培养基灭菌无菌空气、培养基灭菌(sterilization)(sterilization)(ste

2、rilization)(sterilization)、无污染、无污染、无污染、无污染接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。接种、大型发酵罐的密封与抗污染设计制造。l l2.2.2.2.通气搅拌通气搅拌通气搅拌通气搅拌解决了解决了解决了解决了液体深层培养液体深层培养液体深层培养液体深层培养时的供氧问题。时的供氧问题。时的供氧问题。时的供氧问题。建立关键技术建立关键技术建立关键技术建立关键技术：奠定生化工程学科基础。奠定生化工程学科基础。奠定生化工程学科基础。奠定生化工程学科基础。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，

3、应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用生物反应过程示意图经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用目的：发酵过程要求纯培养 灭菌(sterilization):(sterilization):培养基(medium)空气 发酵罐及管道 消毒(disinfection)(disinfection)生产环境灭菌与消毒的区别？经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者

4、提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用第一节 概述一一 灭菌方法灭菌方法经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的

5、要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二 培养基及设备的灭菌（进罐后或进罐前灭菌）1.分批灭菌 (batch sterilization)batch sterilization)实罐灭菌(实 消)：利用热空气或高压蒸汽 对培养基与发酵罐同时 灭菌。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用分批灭菌方法分批灭菌方法:预热加热冷却预热加热冷却分批灭菌的特点：分批灭菌的特点：分批灭菌的特点：分批灭菌的特点：适用于：适用于：培养基易发泡或黏度大培养基易发泡或黏度大优点优点：操

6、作简便，无需连消的设备，并减少了杂菌污染的机会操作简便，无需连消的设备，并减少了杂菌污染的机会缺点缺点：升温降温时间长，设备利用率低升温降温时间长，设备利用率低经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2 2连续灭菌连续灭菌(continuous st

7、erilization)continuous sterilization)(连消连消)：培养基通过连续灭菌装置，快速连续加热培养基通过连续灭菌装置，快速连续加热灭菌，后进入灭菌的空罐。培养基时间与温度的变化关系灭菌，后进入灭菌的空罐。培养基时间与温度的变化关系连续培养下时间与温度的变化关系连续培养下时间与温度的变化关系经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用连续灭菌装置：1).连消塔保温罐连续灭菌 2).板式热交换器连续灭菌 3).蒸汽喷射连续灭菌 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求

8、增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用连消塔保温罐连续灭菌连消塔保温罐连续灭菌经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用板式热交换器连续灭菌适用于各类饮料及工业液体加热、杀菌、冷却、蒸发、适用于各类饮料及工业液体加热、杀菌、冷却、蒸发、冷凝和热回收等多种工艺过程冷凝和热回收等多种工艺过程 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用蒸汽喷射连续灭菌经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当

9、按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用分批灭菌与连续灭菌的特点经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3.3.空罐灭菌：空罐体灭菌空罐灭菌：空罐体灭菌 罐压：罐压：1.51.52.0102.0105 5PaPa；罐温：罐温：125125130130，时间：时间：30304545minmin4.4.发酵附属设备及管道灭菌：发酵附属设备及管道灭菌：管道：罐压管道：罐压3.5103.5105 5PaPa；时间：时间：1 11.51.5h h 补料罐：糖水罐罐压

10、补料罐：糖水罐罐压1.5101.5105 5PaPa；时间：时间：3030minmin 消泡剂罐罐压：消泡剂罐罐压：1.51.51.8101.8105 5PaPa；时间：时间：6060minmin 空气过滤器：罐压空气过滤器：罐压3.5103.5105 5PaPa；蒸汽从上至下通入蒸汽从上至下通入经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 第二节 加热灭菌的原理l l培养基灭菌要求：达到需要的无菌程度；有效成分受热破坏程度尽可能低。l l灭菌工作关键：控制加热温度（T）和受热时间(t)经营者提供商品或者服务

11、有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一、加热灭菌原理1 1、微生物的热阻：、微生物的热阻：微生物对热的抵抗力称为热阻。微生物对热的抵抗力称为热阻。（1 1）微生物对热的抵抗能力）微生物对热的抵抗能力 l l 营养细胞：在营养细胞：在6060加热加热10 10 min min 全部死亡；全部死亡；l l 细菌芽孢：能耐较高的温度，在细菌芽孢：能耐较高的温度，在100100需几分钟需几分钟 或几小时。或几小时。l l 嗜热菌的芽孢：嗜热菌的芽孢：120120，39 39 min min 或更长时间或更长时间.（2 2）致死温度

12、：）致死温度：杀死微生物的极限温度。杀死微生物的极限温度。（3 3）致死时间：）致死时间：在致死温度下，在致死温度下，杀死全部微生物所需杀死全部微生物所需 要的时间。要的时间。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2、微生物的热死规律-对数残留定律 热死亡动力学热死亡动力学(一级反应动力学一级反应动力学)规律：规律：菌的死亡速率菌的死亡速率dN/dtdN/dt与任何瞬间与任何瞬间残留的活菌数残留的活菌数N N成正比。成正比。即：dN/dt KN (1)dN/dt dN/dt：死亡速率，菌体瞬时变化率。死

13、亡速率，菌体瞬时变化率。N N：残存活菌数，残存活菌数，t t：灭菌时间（灭菌时间（minmin，s s），），K K：比死亡速率常数或反应速率常数比死亡速率常数或反应速率常数minmin1 1，s s1 1经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用将(1)式移项积分：ln(Ns/N0)=Kt (2)可变形为：lnNs=Kt+lnN0 或 Ns=N0eKt 或 t=1/K*ln(N0/Ns)N N0 0：原有活菌数（原有活菌数（t=0,t=0,污染度）污染度）N Ns s：经经t t时间后残存活菌数（灭菌度

14、，时间后残存活菌数（灭菌度，N Ns s10103 3）经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二 K比死亡速率常数（反应速率常数）1K大小反映微生物受热死亡的难易程度。与微生物的种类及加热温度有关；l l相同温度下，k值愈小，加热时间长，则此微生物愈耐热。即：t=1/K*ln(N0/Ns)经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 同一种微生物在不同灭菌温度下，灭菌温度 愈低，k值愈 ；温度愈高，k值愈 。t=1/K

15、*ln(N0/Ns)t=1/K*ln(N0/Ns)K是温度T的函数，故T对K的影响是热灭菌设计的核心问题之一。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用2温度T对K的影响l l T与K的关系关系，可用Arrhenius方程表示：K=AeE/RT K K：比死亡速率常数，也称反应速率常数（比死亡速率常数，也称反应速率常数（minmin1 1或或s s1 1 ）A A：阿氏常数阿氏常数(s(s1 1）E E：活化能（活化能（J/molJ/mol）化学反应中，反应物分子到达活化分子化学反应中，反应物分子到达活化分

16、子 所需的最小能量。活化能的大小与反应速率相关，活化所需的最小能量。活化能的大小与反应速率相关，活化 能越低，反应速率越快，因此降低活化能会有效地促进能越低，反应速率越快，因此降低活化能会有效地促进 反应的进行。反应的进行。T T：绝对温度（绝对温度（K K），），T T（K K）t t()+273()+273 R R：气体常数气体常数(8.318.31 J/mol K)J/mol K)e:e:2.718 2.718 因：t=1/K*ln(N0/Ns)故：t=eE/RT*1/A*ln(N0/Ns)经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费

17、者购买商品的价款或接受服务的费用3与K有关的表示方法：D D（1/101/10衰减时间）衰减时间）decimal reaction timedecimal reaction time：活活微微生生物物在在受受热热过过程程中中减减少少到到原原来来数数目目的的1/101/10所所需需要的时间。要的时间。与与K K的关系为：的关系为：D D =ln(0.1Nln(0.1N0 0/N/N0 0)/K)/K =2.303 lg0.1/K2.303 lg0.1/K =2.303/K=2.303/K经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的

18、价款或接受服务的费用l l灭菌标准：以杀死耐热芽孢杆菌为准：Es=68700 cal/mol.k,As=7.941038(s-1)即:K=7.941038 e-68700/1.98T 经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用三 营养受热分解规律 符合微生物热死亡动力学规律和Arrhenius方程：l l dC/dt=K C 可变形为：ln(Cs/Co)=Kt 或 Cs=C0eKtl l K=AeE/RT KK：营营养养成成分分受受热热分分解解速速率率常常数数（minmin1,1,s s1 1）EE：营养成

19、分受热分解反应的活化能（营养成分受热分解反应的活化能（J/molJ/mol）经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用l l 化学反应动力学：化学反应动力学：活化能大的反应，反应速度随温度的变化也活化能大的反应，反应速度随温度的变化也大；反之，反应速度随温度的变化也小。大；反之，反应速度随温度的变化也小。注：微生物受热死亡的活化能注：微生物受热死亡的活化能EE比营养成分受热分解的

20、活化能比营养成分受热分解的活化能EE大。大。EE大，说明反应速率随温度变化也大；当温度升高，大，说明反应速率随温度变化也大；当温度升高，微生物死亡速度比营养成分分解速度快。微生物死亡速度比营养成分分解速度快。微生物微生物 活化能活化能（J/molJ/mol）营养物营养物活化能活化能 （J/molJ/mol）嗜热芽孢杆菌嗜热芽孢杆菌 283460 283460 葡萄糖葡萄糖 100488100488肉毒杆菌肉毒杆菌 343300 343300 维生素维生素B1 B1 92114 92114 当温度升高，微生物死亡速度比营养成分分解速度快。故采取故采取高温瞬时高温瞬时，有利于快速杀灭菌体，而且减少

21、营养，有利于快速杀灭菌体，而且减少营养的破坏。的破坏。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用例题：1.1.若温度从120升至150，分别计算120和150 下的VB1的分解速率常数KB和嗜热芽孢杆菌的比死亡速率常数Ks；并比较 KB150/KB120;Ks150/Ks120，反映何种规律。已知EB1=92114J/mol,AB1=9.301010（min-1）;Es=2844

22、60J/mol,As=1.341036(min-1)2.在120下灭菌7.6min，计算此时VC的损失率。(120下，若Kc 0.055min1)经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用l问题：为何工业上采用高温瞬时的 灭菌方式？经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服

23、务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用 第三节 分批灭菌 培养基和发酵罐同时灭菌，冷却至发酵温度再接种发酵。又称间歇灭菌或实罐灭菌（实消）。分批灭菌的特点：分批灭菌的特点：适用于：培养基易发泡或黏度大优点：操作简便，无需连消的设备，并减少了 杂菌污染的机会缺点：升温降温时间长，设备利用率低经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品

24、的价款或接受服务的费用经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用一 灭菌效果(灭菌准数、灭菌值）当灭菌当灭菌温度恒定温度恒定下下，培养基中微生物死亡遵循培养基中微生物死亡遵循：lnN lnN0 0/N/Ns=ktkt 当当温度温度随时间变化时，随时间变化时，K K也变化也变化：积分得积分得 ln(Nln(No o/N/Ns)=A)=A 升温、维持和冷却过程的灭菌效果为：V总=ln(No/Ns)V加+V保 V冷 V加ln(No/N1)AV保ln(N1/N2)K（t2-t1）V冷ln(N2/Ns)A经营者提供商

25、品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用二 分批灭菌讨论 工业灭菌，灭菌周期约35h,各阶段的灭菌贡献大致为：V加/V总=0.2,V保/V总=0.75,V冷/V总=0.05经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用3.某厂培养基初始杂菌数为106个/ml,生产要求最终无菌度为10-3。当发酵容器由1m3放大至10 m3时，总灭菌效果增加多少。经营者提供商品或者服务有欺诈行为的，应当按照消费者的要求增加赔偿其受到的损失，增加赔偿的金额为消费者购买商品的价款或接受服务的费用4.发酵培养基60 m3，初始杂菌数为105个/ml,生产要求最终无菌度为10-3。采用分批灭菌方式，120维持5min.已知升温和降温的灭菌效果不超过总灭菌度效果的25。则所设计的T-t过程是否达到无菌要求。如何改进。