工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌及滅菌設(shè)備

1、118 培養(yǎng)基的滅菌培養(yǎng)基的滅菌及滅菌設(shè)備及滅菌設(shè)備 2培養(yǎng)基滅菌及滅菌設(shè)備培養(yǎng)基滅菌及滅菌設(shè)備染菌染菌/噬菌體的主要危害噬菌體的主要危害:n基質(zhì)及產(chǎn)物消耗基質(zhì)及產(chǎn)物消耗, 生產(chǎn)能力下降生產(chǎn)能力下降n產(chǎn)物得率降低產(chǎn)物得率降低, 產(chǎn)品質(zhì)量下降產(chǎn)品質(zhì)量下降n生產(chǎn)失敗生產(chǎn)失敗(分解產(chǎn)物分解產(chǎn)物, 分解菌體分解菌體, 異常發(fā)酵異常發(fā)酵)3純種培養(yǎng)的具體措施純種培養(yǎng)的具體措施n使用滅菌的培養(yǎng)基和設(shè)備使用滅菌的培養(yǎng)基和設(shè)備n空氣除菌空氣除菌n設(shè)備嚴(yán)密設(shè)備嚴(yán)密, 保持正壓保持正壓n補(bǔ)料滅菌補(bǔ)料滅菌n種子無污染種子無污染4第一節(jié)第一節(jié) 滅菌的方法滅菌的方法(261) n滅菌（滅菌（Sterilization）

2、：）：使用物理或化學(xué)使用物理或化學(xué)的方法殺滅或去除物料或設(shè)備中一切有的方法殺滅或去除物料或設(shè)備中一切有生命物質(zhì)的過程。生命物質(zhì)的過程。 5滅菌常用方法n化學(xué)藥劑滅菌n射線滅菌紫外、電離射線；n干熱滅菌微生物由于氧化作用、蛋白質(zhì)變性、電解質(zhì)濃縮作用死亡；n濕熱滅菌利用飽和蒸汽進(jìn)行滅菌，使蛋白質(zhì)、酶、核酸分子內(nèi)部化學(xué)鍵破壞，不可逆變性死亡；n過濾除菌利用過濾的方法阻留微生物678第二節(jié)第二節(jié) 培養(yǎng)基的滅菌培養(yǎng)基的滅菌(p262)一、熱滅菌的原理一、熱滅菌的原理 1. 微生物的熱阻微生物的熱阻n熱滅菌原理：熱滅菌原理： 溫度超過微生物最適生長溫度的溫度超過微生物最適生長溫度的 上限時(shí)，細(xì)胞中的蛋白會(huì)

3、發(fā)生不可逆的凝固變上限時(shí)，細(xì)胞中的蛋白會(huì)發(fā)生不可逆的凝固變性，引起微生物死亡。性，引起微生物死亡。n致死溫度：殺死微生物的極限溫度。致死溫度：殺死微生物的極限溫度。n致死時(shí)間：在致死溫度下殺死全部微生物所致死時(shí)間：在致死溫度下殺死全部微生物所 需要的時(shí)間需要的時(shí)間9n熱阻熱阻：指微生物在某一特定條件下（主要指溫度：指微生物在某一特定條件下（主要指溫度和加熱方式）的致死時(shí)間。表示微生物對熱的抵和加熱方式）的致死時(shí)間。表示微生物對熱的抵抗能力?？鼓芰Α相對熱阻相對熱阻：指某一微生物在某一條件下的致死時(shí)：指某一微生物在某一條件下的致死時(shí)間與另一微生物在相同條件下的致死時(shí)間之比。間與另一微生物在相同

4、條件下的致死時(shí)間之比。1011 2. 對數(shù)殘留定律對數(shù)殘留定律 n內(nèi)容內(nèi)容: 對微生物進(jìn)行濕熱滅菌時(shí)對微生物進(jìn)行濕熱滅菌時(shí),培養(yǎng)基培養(yǎng)基中的微生物受熱死亡的速率與殘存的微中的微生物受熱死亡的速率與殘存的微生物數(shù)量成正比生物數(shù)量成正比. -dN/d=N N培養(yǎng)基中活的微生物個(gè)數(shù)培養(yǎng)基中活的微生物個(gè)數(shù) 滅菌時(shí)間（滅菌時(shí)間（s）；）； 比死亡速率（比死亡速率（s-1）； dN/d微生物的瞬時(shí)變化率，即死亡速率微生物的瞬時(shí)變化率，即死亡速率12n=2.303/log(N0/N) 滅菌時(shí)間取決于滅菌時(shí)間取決于污染程度污染程度, 滅菌程度滅菌程度和和.注意：注意：N不能為，常采用千分之一（不能為，常采用千

5、分之一（0.001)13關(guān)于比死亡速率關(guān)于比死亡速率 n是微生物耐熱性的一種特征，與微生物的是微生物耐熱性的一種特征，與微生物的種種類類和和滅菌溫度滅菌溫度有關(guān)。有關(guān)。n相同溫度，相同溫度，越小，越耐熱。越小，越耐熱。 1415 同一種微生物在不同滅菌溫度下同一種微生物在不同滅菌溫度下值不同。值不同。 滅菌溫度越低，滅菌溫度越低，越小。越小。 16n培養(yǎng)基滅菌前含微生物種類多，培養(yǎng)基滅菌前含微生物種類多，值不同值不同, 可取可取耐熱芽孢桿菌耐熱芽孢桿菌的的值進(jìn)行滅菌時(shí)間計(jì)值進(jìn)行滅菌時(shí)間計(jì)算算n微生物的耐熱性還可用微生物的數(shù)目減微生物的耐熱性還可用微生物的數(shù)目減少為原來的少為原來的1/10時(shí)所需

6、的時(shí)間時(shí)所需的時(shí)間D表示。表示。ln（1/10）=-DD=2.303/17二二. 培養(yǎng)基滅菌溫度的選擇培養(yǎng)基滅菌溫度的選擇 n滅菌過程伴隨培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的破壞滅菌過程伴隨培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分的破壞n培養(yǎng)基營養(yǎng)成分破壞屬于分解反應(yīng)培養(yǎng)基營養(yǎng)成分破壞屬于分解反應(yīng), 可看可看作化學(xué)動(dòng)力學(xué)中一級反應(yīng)作化學(xué)動(dòng)力學(xué)中一級反應(yīng)dC/d=-C=Aexp(-E/RT)18n殺滅微生物的殺滅微生物的高于維生素分解的高于維生素分解的，因此，在任何溫度下，殺滅微生物，因此，在任何溫度下，殺滅微生物所需要的時(shí)間比培養(yǎng)基成分分解的時(shí)間所需要的時(shí)間比培養(yǎng)基成分分解的時(shí)間長長19ln(2/1)/ ln(2/1)=E/E因?yàn)橐驗(yàn)?/p>

7、EE,所以所以ln(2/1) ln(2/1)u即滅菌溫度上升時(shí)，滅菌的速度常數(shù)即滅菌溫度上升時(shí)，滅菌的速度常數(shù)的增加倍數(shù)的增加倍數(shù)培養(yǎng)基成分破壞的速度常數(shù)培養(yǎng)基成分破壞的速度常數(shù)的增加倍數(shù)。微生物殺滅速度大于培養(yǎng)的增加倍數(shù)。微生物殺滅速度大于培養(yǎng)基成分破壞的速度?；煞制茐牡乃俣?。u所以，培養(yǎng)基滅菌采用所以，培養(yǎng)基滅菌采用高溫短時(shí)高溫短時(shí)的方的方法。法。 2021三三. 影響培養(yǎng)基滅菌的因素影響培養(yǎng)基滅菌的因素 1. 培養(yǎng)基成分的影響培養(yǎng)基成分的影響油脂油脂糖類糖類蛋白蛋白: 增加微生物耐熱性增加微生物耐熱性高濃度鹽類高濃度鹽類色素色素: 削弱微生物耐熱性削弱微生物耐熱性 2. pH的影響的影

8、響 pH68時(shí)，微生物最不易死亡時(shí)，微生物最不易死亡 pH1mm，需過濾除去，需過濾除去22 第三節(jié)第三節(jié) 培養(yǎng)基的分批滅菌培養(yǎng)基的分批滅菌(p267)n分批滅菌（實(shí)罐滅菌，實(shí)消）分批滅菌（實(shí)罐滅菌，實(shí)消）：將配制好的培養(yǎng)：將配制好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐中基放在發(fā)酵罐中, 通入蒸氣將培養(yǎng)基和設(shè)備一起進(jìn)通入蒸氣將培養(yǎng)基和設(shè)備一起進(jìn)行滅菌的過程。行滅菌的過程。n優(yōu)點(diǎn)：不需要專門的滅菌設(shè)備、投資少優(yōu)點(diǎn)：不需要專門的滅菌設(shè)備、投資少 對蒸汽壓力要求低（對蒸汽壓力要求低（11054 105） 滅菌效果可靠滅菌效果可靠 可用于極易起泡或黏度很大的培養(yǎng)基可用于極易起泡或黏度很大的培養(yǎng)基23缺點(diǎn)：鍋爐負(fù)荷波動(dòng)大缺

9、點(diǎn)：鍋爐負(fù)荷波動(dòng)大 設(shè)備利用率低設(shè)備利用率低 無法采用高溫短時(shí)滅菌無法采用高溫短時(shí)滅菌過程：升溫、保溫和冷卻過程：升溫、保溫和冷卻24一一. 升溫階段升溫階段 升溫方式：升溫方式：間接加熱間接加熱不穩(wěn)定傳熱過程不穩(wěn)定傳熱過程加熱蒸汽溫度不隨時(shí)間改變，培養(yǎng)基溫度不斷加熱蒸汽溫度不隨時(shí)間改變，培養(yǎng)基溫度不斷上升上升 GCdt=hF(tst)dn h不變：不變： =GC/hF ln(tsti)/( tstf)n h：230350J/（m2.s.） （夾套）夾套） 350520J/（m2.s.） （蛇管）蛇管）252. 直接蒸氣加熱直接蒸氣加熱 =GC(tfti)+Q)/(CWtf)Sn散失熱量可取加

10、熱培養(yǎng)基所需熱量的散失熱量可取加熱培養(yǎng)基所需熱量的10%20%26n升溫階段結(jié)束后殘留的活菌數(shù)升溫階段結(jié)束后殘留的活菌數(shù)N1n可認(rèn)為溫度高于可認(rèn)為溫度高于100時(shí)才有滅菌效果。時(shí)才有滅菌效果。27二二. 冷卻階段冷卻階段 nGCdt/d=WCW(twotwi)=KFtmn=GC/WCW(B/B-1)ln(ti-twi)/(tf-twi)nT=TWi1+exp() =WCW/GC1-exp(-KF/WCW) =(Ti-Twi)/Twi28三三. 保溫階段保溫階段 n溫度恒定，比死亡速率不變溫度恒定，比死亡速率不變n 1/ln(N1/N2) N1 ：升溫結(jié)束時(shí)的活菌數(shù)；升溫結(jié)束時(shí)的活菌數(shù)； N2：

11、開始降溫時(shí)的活菌數(shù)開始降溫時(shí)的活菌數(shù)29 第四節(jié)第四節(jié) 培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌 n連續(xù)滅菌連續(xù)滅菌( (連消）連消）：將配制好的培養(yǎng)基在向發(fā)酵罐將配制好的培養(yǎng)基在向發(fā)酵罐輸送的同時(shí)進(jìn)行加溫、保溫、冷卻處理而進(jìn)行滅輸送的同時(shí)進(jìn)行加溫、保溫、冷卻處理而進(jìn)行滅菌的過程。菌的過程。n優(yōu)點(diǎn)：可采用高溫短時(shí)殺菌，營養(yǎng)物質(zhì)破壞小優(yōu)點(diǎn)：可采用高溫短時(shí)殺菌，營養(yǎng)物質(zhì)破壞小 設(shè)備利用率高設(shè)備利用率高 蒸汽負(fù)荷平衡，鍋爐利用率高蒸汽負(fù)荷平衡，鍋爐利用率高 適宜采用自動(dòng)控制適宜采用自動(dòng)控制 30313233一一. 連續(xù)滅菌的流程連續(xù)滅菌的流程 n 配料罐配料罐連消泵連消泵加熱器（連消塔）加熱器（連消塔）維持

12、罐維持罐冷冷卻器卻器 34n噴射加熱連續(xù)滅菌流程：噴射加熱連續(xù)滅菌流程： 噴射加熱噴射加熱管道維持管道維持真空冷卻真空冷卻35噴射加熱連續(xù)滅菌優(yōu)點(diǎn)噴射加熱連續(xù)滅菌優(yōu)點(diǎn)n受熱時(shí)間短受熱時(shí)間短n保證培養(yǎng)基先進(jìn)先出，避免過保證培養(yǎng)基先進(jìn)先出，避免過熱或滅菌不徹底熱或滅菌不徹底注意：真空系統(tǒng)要嚴(yán)格密封，注意：真空系統(tǒng)要嚴(yán)格密封，避免二次污染避免二次污染36n薄板換熱器連續(xù)滅菌流程：薄板換熱器連續(xù)滅菌流程： 培養(yǎng)基在設(shè)備中同時(shí)完成預(yù)熱、滅菌和冷卻培養(yǎng)基在設(shè)備中同時(shí)完成預(yù)熱、滅菌和冷卻過程。過程。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約蒸汽和冷卻水用量優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約蒸汽和冷卻水用量周期較短周期較短3738二二. 連續(xù)滅菌的設(shè)備和計(jì)算連續(xù)滅菌的設(shè)備和計(jì)算n1、預(yù)熱：、預(yù)熱：70 （不溶性物料發(fā)生糊化）（不溶性物料發(fā)生糊化） 392. 加熱加熱連消塔式連續(xù)滅菌設(shè)備：連消塔式連續(xù)滅菌設(shè)備：套管式套管式氣液混合式氣液混合式4041n噴射加熱器噴射加熱器42n加熱蒸汽用量（273）433. 保溫保溫n罐式保溫設(shè)備罐式保溫設(shè)備n管式保溫設(shè)備管式保溫設(shè)備444. 冷卻冷卻n噴淋冷卻設(shè)備n真空冷卻設(shè)備n板式冷卻設(shè)備n螺旋板冷卻設(shè)備n真空閃冷設(shè)備4546總總 結(jié)結(jié)n染菌/噬菌體的主要危害n純種培養(yǎng)的具體措施n影響培養(yǎng)基滅菌的因素n噴射加熱連續(xù)滅菌流程47作作 業(yè)業(yè)n致死溫度 致死時(shí)間 連續(xù)滅菌(連消）n生產(chǎn)發(fā)酵過程中常用的滅