发酵工业原料及其处理课件.ppt

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1、1本章内容本章内容 一、发酵工业原料的种类和成分一、发酵工业原料的种类和成分二、淀粉水解糖的制备二、淀粉水解糖的制备三、发酵培养基灭菌三、发酵培养基灭菌2第一节第一节发酵工业原料的种类和成分发酵工业原料的种类和成分发酵培养基的作用：发酵培养基的作用：满足菌体的生长满足菌体的生长 促进产物的形成促进产物的形成3要求要求n营养丰富完全，有利于产物合成；营养丰富完全，有利于产物合成；n不能大量加入快不能大量加入快C C、快、快N N源，应和慢源，应和慢C C、N N源相结合；源相结合；n在产物分泌期间，在产物分泌期间，pH pH 稳定；稳定；n加入适量合成所需的物质，如前体等，进行定向发酵；加入适量

2、合成所需的物质，如前体等，进行定向发酵；n采用中间补料，以提高发酵单位；采用中间补料，以提高发酵单位；n原料的考虑原料的考虑成本问题成本问题4一、工业上常用的碳源（一、工业上常用的碳源（carbonsource）糖类来 源葡萄糖葡萄糖乳糖乳糖淀粉淀粉蔗糖蔗糖纯葡萄糖、水解淀粉纯葡萄糖、水解淀粉纯乳糖、乳清粉纯乳糖、乳清粉大麦、花生粉、燕麦粉、黑麦粉等大麦、花生粉、燕麦粉、黑麦粉等甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红甜菜糖蜜、甘蔗糖蜜、粗红糖糖、精白糖等、精白糖等工业上常用的糖类及来源工业上常用的糖类及来源5谷物淀粉谷物淀粉优点：优点：来源广泛、价格低，可解除葡萄糖效应。来源广泛、价格低，可解除葡萄糖效应。

3、谷物淀粉谷物淀粉缺点：缺点：a.a.难利用、发酵液比较稠、一般难利用、发酵液比较稠、一般2.0%2.0%时加入时加入 一定的一定的-淀粉酶。淀粉酶。b.b.成分较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等。成分较复杂，有直链淀粉和支链淀粉等。6有机氮：有机氮：来源：来源：一些廉价的一些廉价的原料，如玉米浆、原料，如玉米浆、豆饼粉、花生饼粉、豆饼粉、花生饼粉、鱼粉、酵母浸出膏鱼粉、酵母浸出膏等。等。二、工业上常用的氮源（二、工业上常用的氮源（nitrogensource）7成分黄豆饼粉棉籽饼粉花生饼粉玉米浆鱼粉米糠酵母膏蛋白质/%碳水化合物/%脂肪/%纤维/%灰分/%干物/%核黄素/（mg/kg）硫胺素/（m

4、g/kg）泛酸/（mg/kg）尼克酸/（mg/kg）吡哆 醇/（mg/kg）生物素/（mg/kg）胆碱/（mg/kg）精氨酸/%胱氨酸/%甘氨酸/%异亮氨酸/%亮氨酸/%赖氨酸/%甲硫氨酸/%苯丙氨酸/%51.0-135.7923.062.414.521-27503.20.62.41.12.53.42.90.641281.5136.5904.414.344-24403.31.02.40.91.52.21.60.545235125.590.55.37.348.4167-16704.60.73123.11.30.6245.8118.8505.730.8874.683.619.40.886290.4

5、0.51.10.30.90.10.20.5725.01.5218.193.610.11.1931.414.7-35604.90.83.52.04.56.86.82.51345131416912.642223.2297-12500.50.10.90.20.40.60.50.450-031095-3.31.4-1.65.56.26.52.181 1、无机盐：、无机盐：硫酸盐、磷酸盐、氯化物及一些微量元素。硫酸盐、磷酸盐、氯化物及一些微量元素。三、发酵培养基中的无机盐和生长因子三、发酵培养基中的无机盐和生长因子9提供生长因子的农副产品原料提供生长因子的农副产品原料:（1 1）玉米浆（最具代表性）玉米

6、浆（最具代表性)（2 2）麸皮水解液）麸皮水解液 （3 3）糖蜜）糖蜜 （4 4）酵母）酵母2、生长因子（、生长因子（growthfactor）101 1、前体：、前体：能直接被微生物在生物合成过程中结合能直接被微生物在生物合成过程中结合到产物中去，而其自身的结构并没有多大变到产物中去，而其自身的结构并没有多大变化，但是产物的产量有较大的提高。化，但是产物的产量有较大的提高。在生产中常采用在生产中常采用少量多次少量多次地加入前体。地加入前体。四、发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂等四、发酵生产的前体物质和促进剂、抑制剂等11产品前体青霉素青霉素G G青霉素青霉素V V金霉素金霉素灰黄霉素灰黄霉

7、素红霉素红霉素核黄素核黄素类胡萝卜素类胡萝卜素L-L-异亮氨酸异亮氨酸L-色氨酸L-丝氨酸苯乙酸及其衍生物苯乙酸及其衍生物苯氧乙酸苯氧乙酸氯化物氯化物氯化物氯化物正丙醇正丙醇丙酸盐丙酸盐-紫罗酮紫罗酮-氨基丁酸氨基丁酸邻氨基苯甲酸邻氨基苯甲酸甘氨酸甘氨酸122 2、促进剂、促进剂 所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必所谓产物促进剂是指那些非细胞生长所必须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产须的营养物，又非前体，但加入后却能提高产量的添加剂。量的添加剂。13添加剂酶微生物酶活力增加倍数Tween(0.1%)大豆酒精提取物（2%）植酸质（0.01%-0.3%)洗净剂LS(0.1%)聚乙烯醇苯乙醇

8、(0.05%)醋酸+维生素纤维素酶蔗糖酶-葡聚糖酶木聚糖酶淀粉酶脂酶右旋糖酐酶普鲁兰酶蛋白酶脂肪酶蛋白酶蛋白酶糖化酶纤维素酶纤维素酶许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌许多真菌绳状青霉产气杆菌米曲霉泡盛曲霉曲霉、桔青霉等栖土曲霉筋状拟内胞霉真菌绿色毛霉201610446201.52.872.502-41.61.24.42143 3、抑制剂、抑制剂 抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另抑制某些代谢途径的进行，同时刺激另一代谢途径，以致可以改变微生物的代谢途一代谢途径，以致可以改变微生物的代谢途径。径。15产物被抑制的产物抑制剂链霉素链霉素去甲链霉素去甲链霉素四环素四环素去甲金霉素去甲金霉素头孢

9、霉素头孢霉素C C利福利福霉素霉素B B甘露糖链霉素甘露糖链霉素链霉素链霉素金霉素金霉素金霉素金霉素头孢霉素头孢霉素N N其他利福霉素其他利福霉素甘露聚糖甘露聚糖乙硫氨酸乙硫氨酸溴化物、硫脲溴化物、硫脲硫磺化合物、乙硫氨酸硫磺化合物、乙硫氨酸L-L-蛋氨蛋氨酸酸巴比妥药物巴比妥药物某些代谢产物的抑制剂某些代谢产物的抑制剂16在工业生产中，将淀粉水解为葡萄在工业生产中，将淀粉水解为葡萄糖（糖（glucoseglucose）的过程称）的过程称淀粉的糖化淀粉的糖化，制，制得的溶液叫得的溶液叫淀粉水解糖淀粉水解糖。第二节第二节淀粉水解糖的制备淀粉水解糖的制备17一、淀粉相关知识 1、淀粉通常以颗粒状态

10、存在，颗粒大小随不同淀粉而异淀粉通常以颗粒状态存在，颗粒大小随不同淀粉而异 谷类淀粉颗粒较小，如大米淀粉颗粒直径谷类淀粉颗粒较小，如大米淀粉颗粒直径3-8um 薯类淀粉颗粒较大，如木薯淀粉薯类淀粉颗粒较大，如木薯淀粉5-35umPotato starchWheat starch18直链淀粉100-60 000-1，4糖苷键-1，4糖苷键-1，6糖苷键支链淀粉1 000-3 000 000普通谷物和薯类淀粉含直链淀粉普通谷物和薯类淀粉含直链淀粉17%-27%17%-27%，其余为支链，其余为支链淀粉；粘玉米、糯米全部为支链淀粉淀粉；粘玉米、糯米全部为支链淀粉2、淀粉的分子结构19二、淀粉水解糖的

11、制备方法和原理（一）酸解法（一）酸解法（二）酶解法（二）酶解法（三）酸酶结合水解法（三）酸酶结合水解法20（一）酸解法（一）酸解法 以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下以酸（无机酸或有机酸）为催化剂，在高温高压下将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。将淀粉水解转化为葡萄糖的方法。211.1.水解过程：水解过程：总反应式：总反应式：(C(C6 6H H1010O O5 5)n n+nH+nH2 2O nCO nC6 6H H1212O O6 6过程：过程：(C(C6 6H H1010O O5 5)n n (C(C6 6H H1010O O5 5)x x C C1212H H2222O O11 1

12、1 C C6 6H H1212O O6 6 淀粉淀粉 糊精糊精 麦芽糖麦芽糖 葡萄糖葡萄糖 H H+对作用点无选择性，对作用点无选择性，-1,4-1,4-糖苷键和糖苷键和-1,6-1,6-糖苷糖苷键均被切断。键均被切断。222.2.副反应副反应葡萄糖的复合反应和分解反应葡萄糖的复合反应和分解反应复合二糖复合二糖复合低聚糖复合低聚糖5-羟甲基糠醛羟甲基糠醛有机酸、有色物质等有机酸、有色物质等淀粉淀粉葡萄糖葡萄糖盐酸盐酸水解反应复合反应分解反应23异麦芽糖-1，6 糖苷键龙胆二糖-1，6糖苷键麦芽糖-1，4糖苷键糖苷键24影响复合反应的因素：影响复合反应的因素：1 1）葡萄糖浓度）葡萄糖浓度3 3

13、）酸的种类和浓度）酸的种类和浓度4 4）温度）温度DEDE值：值：dextrose equivalent valuedextrose equivalent value（葡萄糖当量值）表示淀粉糖的含糖量。（葡萄糖当量值）表示淀粉糖的含糖量。还原糖含量（）还原糖含量（）DEDE值值 100100 干物质含量（）干物质含量（）2 2）淀粉乳浓度）淀粉乳浓度25影响分解反应的因素：影响分解反应的因素：1 1）糖化加热时间）糖化加热时间3 3）葡萄糖浓度）葡萄糖浓度2 2）酸度）酸度26（1 1）降低了葡萄糖的收率。）降低了葡萄糖的收率。（2 2）给产物的提取和糖化液的精制带来困难。）给产物的提取和糖化

14、液的精制带来困难。复合反应：复合反应：生成的多数复合糖不能被微生物利用，使发酵生成的多数复合糖不能被微生物利用，使发酵结束时残糖高。结束时残糖高。分解反应：分解反应：生成的生成的5 5羟甲基糠醛是产生色素的根源，羟甲基糠醛是产生色素的根源，增加了糖化液精制脱色的困难。增加了糖化液精制脱色的困难。不利影响：不利影响：27如何控制分解反应和复合反应的发生？如何控制分解反应和复合反应的发生？（1 1）淀粉乳浓度）淀粉乳浓度（2 2）酸浓度）酸浓度 不能过高不能过高（3 3）温度）温度28 3.3.评价评价优点：工艺简单，水解时间短，生产效率高，设优点：工艺简单，水解时间短，生产效率高，设备周转快。备

15、周转快。缺点：缺点：（1 1）副产物多，影响糖液纯度，一般）副产物多，影响糖液纯度，一般DEDE值只有值只有9090左右。左右。（2 2）对淀粉原料要求严格，不能用粗淀粉，只能）对淀粉原料要求严格，不能用粗淀粉，只能用纯度较高的精制淀粉。用纯度较高的精制淀粉。29淀粉淀粉盐酸盐酸蒸汽蒸汽水水调浆调浆糖化糖化冷却冷却中和脱色中和脱色压滤压滤滤渣滤渣糖液糖液活性炭活性炭Na2CO34.4.酸解工艺流程酸解工艺流程淀粉的酸水淀粉的酸水解工艺是根据解工艺是根据淀粉在水解过淀粉在水解过程中的程中的水解反水解反应应和和复合、分复合、分解反应规律性解反应规律性来决定的。来决定的。30 1 1 淀粉质量淀粉质

16、量 2 2 淀粉乳浓度的选择淀粉乳浓度的选择 3 3 酸的种类和用量酸的种类和用量 4 4 糖化温度、压力和时间糖化温度、压力和时间 5 5 糖化终点糖化终点31（二）酶解法（二）酶解法 用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水用专一性很强的淀粉酶及糖化酶将淀粉水解为葡萄糖的工艺。解为葡萄糖的工艺。32淀粉酶解法分两步：淀粉酶解法分两步：（1 1）液化：液化：用用-淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖淀粉酶将淀粉转化为糊精和低聚糖（2 2）糖化：用糖化酶（又称葡萄糖淀粉酶）将糊精）糖化：用糖化酶（又称葡萄糖淀粉酶）将糊精 和低聚糖转化为葡萄糖。和低聚糖转化为葡萄糖。33酶酶 水解位置水解位置 水解次序水

17、解次序 水解产物水解产物液化液化 淀粉酶淀粉酶 1，4糖苷键糖苷键 无先后次序无先后次序 葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖葡萄糖、麦芽糖、麦芽三糖 异麦芽糖、低聚糖异麦芽糖、低聚糖糖化糖化 糖化酶糖化酶 1，4和和1，6 从非还原性从非还原性 葡萄糖葡萄糖 糖苷键糖苷键 末端开始末端开始1.1.酶水解特性酶水解特性34 2 2、淀粉的液化及液化终点的控制、淀粉的液化及液化终点的控制n糊化糊化：在温水中，当淀粉颗粒无限膨胀形成均一的粘稠：在温水中，当淀粉颗粒无限膨胀形成均一的粘稠液体的现象，称为淀粉的糊化。此时的温度称为糊化温液体的现象，称为淀粉的糊化。此时的温度称为糊化温度。度。n老化老化：分子间已断

18、裂的氢键、糊化淀粉又重新排列形成：分子间已断裂的氢键、糊化淀粉又重新排列形成新的氢键的过程，也就是复结晶的过程。新的氢键的过程，也就是复结晶的过程。35液化方法液化方法36 喷射液化喷射液化 该工艺的特点是利用喷射器将蒸汽喷入淀该工艺的特点是利用喷射器将蒸汽喷入淀粉乳的薄膜，在短时间内通过喷射器快速升温粉乳的薄膜，在短时间内通过喷射器快速升温至至145145 C C完成糊化、液化，使形成完成糊化、液化，使形成的的“不溶性不溶性淀粉颗粒淀粉颗粒”在高温下分散，从而使所得的液化在高温下分散，从而使所得的液化液既透明又易于过滤，淀粉的出糖率也高，同液既透明又易于过滤，淀粉的出糖率也高，同时采用了真空

19、闪急冷却，提高了液化液的浓度。时采用了真空闪急冷却，提高了液化液的浓度。37液化程度的控制液化程度的控制nI I2 2试试n测定测定DEDE值值nDEDE值高，糊精太小，不利于糖化酶作值高，糊精太小，不利于糖化酶作用，影响催化效率，终点用，影响催化效率，终点DEDE值低。值低。nDEDE值低，液化不彻底，糖化速度慢，值低，液化不彻底，糖化速度慢，酶用量大，时间长，过滤性能差酶用量大，时间长，过滤性能差。383.3.淀粉糖化及糖化终点的控制淀粉糖化及糖化终点的控制 （1）糖化的温度及糖化的温度及p值：决定于所用的糖化剂的性质。值：决定于所用的糖化剂的性质。（2）加酶量：）加酶量：（3）液化液）液

20、化液DE值的影响：值的影响：在碘试本色的前提下，液化液在碘试本色的前提下，液化液DE值越低，则糖化液值越低，则糖化液DE值越高。值越高。（4）异淀粉酶的影响：）异淀粉酶的影响：39 糖化终点：糖化终点：终点确定：终点确定：DEDE值达最高时，加热灭酶值达最高时，加热灭酶方法：无水乙醇滴入糖化液，无白色沉淀则方法：无水乙醇滴入糖化液，无白色沉淀则达到糖化终点达到糖化终点40糖化工艺糖化工艺液化液化 糖化糖化 灭酶灭酶 过滤过滤 成品糖液成品糖液414.4.评价评价 优点优点：（1 1）反应条件温和，不需高温、高压设备。）反应条件温和，不需高温、高压设备。（2 2）副反应少，水解糖液纯度高。）副反

21、应少，水解糖液纯度高。（3 3）对原料要求粗放，可用粗原料并在较高淀粉乳浓度）对原料要求粗放，可用粗原料并在较高淀粉乳浓度下水解。下水解。（4 4）糖液颜色浅，质量高。）糖液颜色浅，质量高。缺点：缺点：（1 1）生产周期长，一般需要）生产周期长，一般需要4848小时。小时。（2 2）需要更多的设备，且操作严格。）需要更多的设备，且操作严格。42酸酶法酶酸法（三）酸酶结合水解法（三）酸酶结合水解法431 1）酸）酸酶酶法：法：葡萄糖葡萄糖糖化酶糖化酶酸酸解解酶酶解解淀粉淀粉糊精或低聚糖糊精或低聚糖酸酸酸酶法特点：酸酶法特点：液化速度快；液化速度快；糖化是由酶来进行的，对液化液要求不高，可采用较高

22、糖化是由酶来进行的，对液化液要求不高，可采用较高的淀粉乳浓度，提高生产效率；的淀粉乳浓度，提高生产效率；用酸较少，产品颜色浅，糖液质量较高。用酸较少，产品颜色浅，糖液质量较高。442 2）酶酸法：）酶酸法：葡萄糖葡萄糖酸酸酸解糖化酸解糖化酶解液化酶解液化淀粉淀粉糊精或低聚糖糊精或低聚糖-淀粉酶淀粉酶酶酸法特点：可采用粗原料淀粉，淀粉浓度也较酸法高，糖液色浅可采用粗原料淀粉，淀粉浓度也较酸法高，糖液色浅45 从水解糖的质量及降低糖耗，提高原料利用率方面来考虑，从水解糖的质量及降低糖耗，提高原料利用率方面来考虑，则以双酶法最好，酸酶法次之，酸法最差；则以双酶法最好，酸酶法次之，酸法最差；从时间来说

23、，则酸法最短，双酶法最长从时间来说，则酸法最短，双酶法最长46淀粉水解糖液质量要求淀粉水解糖液质量要求n 1 1、色泽：淡黄色透明、色泽：淡黄色透明n 2 2、糖液不含糊精、糖液不含糊精n 3 3、还原糖含量：还原糖含量：18%18%（酸解法）；（酸解法）；25-38%25-38%（酶解法）（酶解法）n 4 4、DEDE值：值：90%90%（酸解法）（酸解法）；95%95%（酶解法）（酶解法）n 5 5、透光率：透光率：40%40%（酸解法）（酸解法）；60%60%（酶解法）（酶解法）n 6 6、pH:4.6-4.8pH:4.6-4.8n 7 7、淀粉转化率：、淀粉转化率：92%92%（酸解法

24、，玉米淀粉糖）（酸解法，玉米淀粉糖）；95%(95%(酶解法，玉米淀粉糖）；酶解法，玉米淀粉糖）；87%87%（酸解法，大米糖）（酸解法，大米糖）47 第三节第三节发酵培养基灭菌发酵培养基灭菌一、消毒与灭菌的原理和方法1 1、在发酵过程中夹杂其它杂菌造成的后果：、在发酵过程中夹杂其它杂菌造成的后果：n1 1、生生产产菌菌和和杂杂菌菌同同时时生生长长，竞竞争争培培养养基基中中的的营营养养物物质，导致生产能力下降；质，导致生产能力下降；n2 2、杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难；、杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难；n3 3、杂杂菌菌大大量量繁繁殖殖，改改变变代代谢谢途途径径，使使生生物

25、物反反应应产产生生异常变化；异常变化；n4 4、杂菌会降解目的产物，使生产过程失败；、杂菌会降解目的产物，使生产过程失败；n5 5、发生污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象。、发生污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现象。482、灭菌与消毒的区别、灭菌与消毒的区别n灭菌灭菌：用物理或化学方法杀死或除去：用物理或化学方法杀死或除去环境中环境中所有微生物所有微生物，包括营养细胞、，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子细菌芽孢和孢子n消毒消毒：用物理或化学方法杀死物料、：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿内外的容器、器皿内外的病源微生物病源微生物。493、灭菌的原理和方法、灭菌的原理和方法n干热灭菌法干热灭菌法n

26、湿热灭菌法湿热灭菌法n射线灭菌法射线灭菌法n化学药品灭菌法化学药品灭菌法n过滤除菌法过滤除菌法n火焰灭菌法火焰灭菌法50（1）干热灭菌）干热灭菌 原理：利用高温对微生物有氧化、蛋原理：利用高温对微生物有氧化、蛋白质变性和电解质浓缩作用而杀灭白质变性和电解质浓缩作用而杀灭微生物。微生物。常常用用方方法法：灼灼烧烧和和电电热热箱箱加加热热，140-1801-2小时小时使用范围：玻璃及金属用具及沙土管使用范围：玻璃及金属用具及沙土管灭菌灭菌全自动干热灭菌器全自动干热灭菌器51（2）湿热灭菌）湿热灭菌n原理：蒸汽冷凝放出大量潜热，具有穿原理：蒸汽冷凝放出大量潜热，具有穿透力，且在高温有水分条件下，蛋白

27、质透力，且在高温有水分条件下，蛋白质易变性。易变性。n常用方法：常用方法：水煮常压灭菌：水煮常压灭菌：100100饱和蒸汽灭菌：一般饱和蒸汽灭菌：一般121121，3030分钟分钟n使用范围：培养基和发酵设备灭菌使用范围：培养基和发酵设备灭菌。高压蒸汽灭菌锅高压蒸汽灭菌锅52（3）辐射灭菌辐射灭菌n原理：利用高能量的电磁原理：利用高能量的电磁辐射与菌体核酸的光化学辐射与菌体核酸的光化学反应造成菌体死亡。反应造成菌体死亡。n常用：紫外线、常用：紫外线、X射线和射线和射线。射线。n使用范围：用于室内空气使用范围：用于室内空气及器皿表面灭菌及器皿表面灭菌微波灭菌机微波灭菌机53（4）化学物质灭菌）化

28、学物质灭菌原理：原理：药物与微生物细胞中的成分反应，使蛋白质变药物与微生物细胞中的成分反应，使蛋白质变性、酶失活。性、酶失活。使用范围：使用范围：器皿、双手和实验室、无菌室的环境灭菌，器皿、双手和实验室、无菌室的环境灭菌，不不能用于培养基灭菌能用于培养基灭菌 54常用的灭菌剂常用的灭菌剂化学物质名称化学物质名称有效浓度有效浓度化学物质名称化学物质名称有效浓度有效浓度新洁尔灭新洁尔灭(苯扎溴铵苯扎溴铵)0.25%甲醛甲醛37%杜灭芬杜灭芬0.25%戊二醛戊二醛2%高锰酸钾高锰酸钾0.1%-0.25%苯酚苯酚0.1%-0.15%漂白粉漂白粉5%过氧乙酸过氧乙酸0.02%-0.2%酒精酒精75%焦碳

29、酸二乙酯焦碳酸二乙酯0.01%-0.1%煤酚皂（来苏尔）煤酚皂（来苏尔）1%5%55（5）过滤除菌）过滤除菌 n原理：利用微生物不能透过滤膜除菌。原理：利用微生物不能透过滤膜除菌。n方法方法:0.010.45 m孔径滤膜，孔径滤膜，n使用范围：用于压缩空气、酶溶液及其他使用范围：用于压缩空气、酶溶液及其他不耐热化合物溶液除菌。不耐热化合物溶液除菌。56（一）湿热灭菌的原理（一）湿热灭菌的原理1 1、微生物的热阻、微生物的热阻二、培养基与设备的灭菌致死温度致死温度：杀死：杀死微生物的极限温微生物的极限温度。度。致死时间致死时间 ：在致：在致死温度下，杀死死温度下，杀死全部微生物所需全部微生物所需

30、的时间的时间 57微生物 相对热阻细菌和酵母的营养细胞 1细菌芽孢 3106霉菌孢子 2-10病毒及噬菌体 1-5某些微生物对湿热的相对热阻某些微生物对湿热的相对热阻（与大肠杆菌比较）（与大肠杆菌比较）热阻热阻，指微生物在某一特定条件（主要是温度和加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。热方式）下的致死时间。相对热阻相对热阻是指某一微生物在某条件下的致死时间与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。另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。582.2.微生物热死定律：对数残留定律微生物热死定律：对数残留定律n在在一一定定温温度度下下，微微

31、生生物物受受热热致致死死遵遵循循分分子子反反应应速速度度理理论论，微微生生物物受受热热死死亡亡的的速速率率-dN/dt与与任任何何瞬瞬间间残残留留的的活活菌菌数数N成正比，即成正比，即 当当Nt=0时，时，t=，既无意义，也不可能。既无意义，也不可能。一般采用一般采用Nt=0.001，即即1000次灭菌中只有一次失败次灭菌中只有一次失败。123可见灭菌时间取决可见灭菌时间取决于污染程度于污染程度(N N0 0)、灭菌程度（残留菌灭菌程度（残留菌数数NtNt）和）和 值值59斜率：斜率：-k-k60非对数残留定律：非对数残留定律：61：反应速率常数反应速率常数 （比死亡速率常数）（比死亡速率常数

32、）死亡速率死亡速率 常数常数 是微生物耐热性的一种特征，它随是微生物耐热性的一种特征，它随微生物种类和灭菌温度而异。微生物种类和灭菌温度而异。反应速率常数反应速率常数k与灭菌温度与灭菌温度T的关系：的关系：阿累尼乌斯方程：阿累尼乌斯方程：k=Ae-E/RT Svante August Arrhenius was a Swedish physical chemist best known for his theory that was a Swedish physical chemist best known for his theory that electrolytes,certain su

33、bstances that dissolve in water to yield a electrolytes,certain substances that dissolve in water to yield a solution that conducts electricity,are separated,or solution that conducts electricity,are separated,or dissociated,into electrically charged particles,or ions,even dissociated,into electrica

34、lly charged particles,or ions,even when there is no current flowing through the solution.In when there is no current flowing through the solution.In 1903 he was awarded the Nobel Prize for Chemistry.1903 he was awarded the Nobel Prize for Chemistry.62细菌芽孢名称值 min-1枯草芽孢杆菌枯草芽孢杆菌FS5230FS5230硬脂嗜热芽孢杆菌硬脂嗜热

35、芽孢杆菌FS1518FS1518硬脂嗜热芽孢杆菌硬脂嗜热芽孢杆菌FS617FS617产气梭状芽孢杆菌产气梭状芽孢杆菌PA3679PA36793.8-2.63.8-2.60.770.772.92.91.81.8121121某些细菌芽孢的某些细菌芽孢的 值值63（二）灭菌温度与时间的计算和选择（二）灭菌温度与时间的计算和选择培养基成分受热破坏是化学分解反应，为一级动力学反应：培养基成分受热破坏是化学分解反应，为一级动力学反应：-dC/d =C培养基灭菌过程中，除微生物被杀死外，还伴随着培养培养基灭菌过程中，除微生物被杀死外，还伴随着培养基成分被破坏，在加热下氨基酸、维生素等受破坏。基成分被破坏，在

36、加热下氨基酸、维生素等受破坏。64ln(2/1)ln(2/1)EEln 2/1ln 2/1名称E (J/mol)叶酸叶酸泛酸泛酸维生素维生素B12B12维生素维生素B1B1嗜热脂肪芽孢杆菌嗜热脂肪芽孢杆菌枯草杆菌枯草杆菌肉毒梭菌肉毒梭菌70.370.387.987.996.796.792.192.1283283318318343343当灭菌温度当灭菌温度升高时，微升高时，微生物死亡速生物死亡速率大于培养率大于培养基成分破坏基成分破坏的速率的速率。65 根据这一理论，培养基灭菌采用根据这一理论，培养基灭菌采用高温短时高温短时的方的方法，有利于减少营养成分的破坏。法，有利于减少营养成分的破坏。灭菌

37、温度/灭菌时间/min 维生素B1破坏量/%100 400 99.3 110 36 67 115 15 50 120 4 27 130 0.5 8 145 0.08 2 150 0.01 166（三）影响培养基灭菌的因素（三）影响培养基灭菌的因素 在影响培养基灭菌的因素中，除了灭菌温度和时间在影响培养基灭菌的因素中，除了灭菌温度和时间外，还有以下影响因素：外，还有以下影响因素：1.1.培养基成分：培养基成分：油脂、糖类、蛋白质增加耐热性，灭菌时间长；油脂、糖类、蛋白质增加耐热性，灭菌时间长；高浓度的盐类、色素等则削弱其抗性高浓度的盐类、色素等则削弱其抗性 2.2.培养基物理状态：培养基物理状态

38、：固体培养基的灭菌时间要比液体培养基的灭菌时间长固体培养基的灭菌时间要比液体培养基的灭菌时间长 673 3、pHpH 微生物在微生物在pH6.0pH6.08.08.0范围内耐热性最大范围内耐热性最大 pHpH低于低于6.06.0时，氢离子极易渗入微生物细胞，从而改时，氢离子极易渗入微生物细胞，从而改变细胞的生理反应而促进其死亡，故培养基酸度愈高，变细胞的生理反应而促进其死亡，故培养基酸度愈高，则所需的杀菌时间愈短。则所需的杀菌时间愈短。684 4、培养基中微生物数量、培养基中微生物数量数量越多，所需灭菌时间越长数量越多，所需灭菌时间越长例如：如肉毒梭状芽孢杆菌，在105湿热灭菌时间 芽孢杆菌数

39、芽孢杆菌数/ml /ml 时间时间 (min)(min)9 910108 8 48 48 9 910106 6 36 36 9 910104 4 20 20 9 910102 2 14 14 9 2 9 269 5.5.微生物细胞含水量：微生物细胞含水量：一定范围含水越多蛋白质凝固温度越低，越易被一定范围含水越多蛋白质凝固温度越低，越易被杀死。杀死。6.6.微生物细胞菌龄：微生物细胞菌龄：7.7.耐热性：耐热性：8.8.泡沫：泡沫：泡沫中的空气形成隔热层，对灭菌极为不利，可泡沫中的空气形成隔热层，对灭菌极为不利，可加入少量消泡剂加入少量消泡剂 。70（一）间歇灭菌（一）间歇灭菌三、发酵培养基灭

40、菌工艺间歇灭菌就是将配制好的培养基放入发酵罐或其间歇灭菌就是将配制好的培养基放入发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行灭他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行灭菌的操作过程，也称分批灭菌或实罐灭菌。菌的操作过程，也称分批灭菌或实罐灭菌。71过程包括：过程包括：升温、保温和冷却升温、保温和冷却三阶段。三阶段。各阶段对灭菌的各阶段对灭菌的贡献：贡献：20%20%、75%75%、5%5%。培养基间歇灭菌过程中的温培养基间歇灭菌过程中的温度变化情况度变化情况1.1.间歇灭菌的温度变化间歇灭菌的温度变化间歇灭菌的温度变化间歇灭菌的温度变化72例：有一发酵罐内装有一发酵罐内装40m4

41、0m3 3培养基，在培养基，在121121温度下进行实罐灭菌。原温度下进行实罐灭菌。原污染程度为每污染程度为每mlml有有2 210105 5个耐热细菌芽孢，个耐热细菌芽孢，121121时灭菌速度常数为时灭菌速度常数为1.8min1.8min1 1。求灭菌失败几率为求灭菌失败几率为0.0010.001时所需的灭菌时间。时所需的灭菌时间。解：解：N0=40106 2105=8 1012(个个)N=0.001;=1.8(min1)=2.303 lgN0N=2.3031.8lg(81015)=20.34(min)2.2.灭菌时间的估算灭菌时间的估算灭菌时间的估算灭菌时间的估算731 1、在进行培养基

42、灭菌之前，通常应先把发酵罐的、在进行培养基灭菌之前，通常应先把发酵罐的 空气分过滤器灭菌并用无菌空气吹干。空气分过滤器灭菌并用无菌空气吹干。2 2、预热：向夹套或蛇管中通入蒸汽，间接将培养基加、预热：向夹套或蛇管中通入蒸汽，间接将培养基加热至热至7070左右左右 作用：作用：利于糊化；减少冷凝水的生成；减轻噪音利于糊化；减少冷凝水的生成；减轻噪音 3.3.间歇灭菌工艺过程间歇灭菌工艺过程间歇灭菌工艺过程间歇灭菌工艺过程743 3、开启蒸汽管，向培养基中通入蒸汽，升温、开启蒸汽管，向培养基中通入蒸汽，升温。4 4、罐压达、罐压达0.1 0.1 MPaMPa时，调节装在发酵罐封头的接种时，调节装在

43、发酵罐封头的接种管、补料管、消泡剂管，进行排气。管、补料管、消泡剂管，进行排气。升升 温温 阶阶 段段755 5、保温、保温 调节好各进汽和排汽阀门，使罐压和温度调节好各进汽和排汽阀门，使罐压和温度 保持在一稳定水平，维持一定时间。保持在一稳定水平，维持一定时间。在在保温阶段，凡进口在培养基液面下的各管道都保温阶段，凡进口在培养基液面下的各管道都应通入蒸汽；在液面上的其余管道则应排放蒸汽，应通入蒸汽；在液面上的其余管道则应排放蒸汽，这样才能保证灭菌彻底，不留死角。这样才能保证灭菌彻底，不留死角。保保 温温 阶阶 段段76三路进汽：三路进汽：直接蒸汽从直接蒸汽从通风、取样和出料口进通风、取样和出

44、料口进入罐内直接加热，直到入罐内直接加热，直到所规定的温度，并维持所规定的温度，并维持一定的时间。这就是所一定的时间。这就是所谓的谓的“三路进气三路进气”。*四路出汽：四路出汽：直接蒸汽直接蒸汽从排气、接种、进料从排气、接种、进料和消沫剂管排气和消沫剂管排气间歇灭菌设备示意图间歇灭菌设备示意图776 6、保温结束后，依次关闭各排汽、进汽阀；待罐、保温结束后，依次关闭各排汽、进汽阀；待罐 压低于空气压力后，向罐内通入无菌空压低于空气压力后，向罐内通入无菌空 气，向夹套气，向夹套或蛇管中通入冷水，使培养基降至所需温度。或蛇管中通入冷水，使培养基降至所需温度。通入无菌空气的作用：加速降温；保持罐内正

45、压通入无菌空气的作用：加速降温；保持罐内正压降降 温温 阶阶 段段78 将配制好的培养基在向发酵罐输送的同时加热、将配制好的培养基在向发酵罐输送的同时加热、保温和冷却，进行灭菌。保温和冷却，进行灭菌。（二）连续灭菌（二）连续灭菌79灭菌过程中温度的变化灭菌过程中温度的变化80连续灭菌流程连续灭菌流程81配料罐（兼作预热）配料罐（兼作预热）输输料泵料泵 连连消消塔（器）塔（器）维持罐（管）维持罐（管）冷却器冷却器 发酵罐发酵罐配制好的料液预热至配制好的料液预热至60-70用高温蒸汽使料液温度很快用高温蒸汽使料液温度很快升高到灭菌温度升高到灭菌温度（126 132C）；使料液在灭菌温度下保持使料液

46、在灭菌温度下保持5 7min。使料液冷却到使料液冷却到40 50C后（冷后（冷水喷淋）水喷淋），输送到预先灭菌过，输送到预先灭菌过的罐内。的罐内。8283优优 点点缺缺 点点连连续续灭灭菌菌1.1.高温短时灭菌，培养基高温短时灭菌，培养基 营养成分损失少。营养成分损失少。2.2.发酵罐占用时间缩短，发酵罐占用时间缩短，利用率高。利用率高。1.1.设备复杂，操作麻烦设备复杂，操作麻烦,染菌机会多。染菌机会多。2.2.不适合含大量固体物不适合含大量固体物 料的灭菌。料的灭菌。间间歇歇灭灭菌菌1.1.设备要求低，不需另外设备要求低，不需另外 加热、冷却装置。加热、冷却装置。2.2.操作要求低，适合小批操作要求低，适合小批 量生产规模量生产规模3.3.适合含大量固体物料的适合含大量固体物料的 灭菌灭菌1.1.培养基的营养物质损培养基的营养物质损 失大，灭菌后培养基失大，灭菌后培养基 质量下降质量下降2.2.发酵罐的利用率较低发酵罐的利用率较低3.3.不适合大规模生产的不适合大规模生产的 灭菌灭菌（三）间歇灭菌与连续灭菌的比较（三）间歇灭菌与连续灭菌的比较84