生化工程第二章 培養(yǎng)基滅菌課件

生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌第二章

培養(yǎng)基滅菌

MediumSterilization生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌生化工程學(xué)的起點(diǎn)1.抗雜菌污染的純種培養(yǎng)技術(shù)(pureculture)：無(wú)菌空氣、培養(yǎng)基滅菌(sterilization)、無(wú)污染接種、大型發(fā)酵罐的密封與抗污染設(shè)計(jì)制造。2.通氣攪拌解決了液體深層培養(yǎng)時(shí)的供氧問(wèn)題。建立關(guān)鍵技術(shù)：奠定生化工程學(xué)科基礎(chǔ)。生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌生物反應(yīng)過(guò)程示意圖生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌目的：發(fā)酵過(guò)程要求純培養(yǎng)滅菌(sterilization):

培養(yǎng)基(medium)空氣發(fā)酵罐及管道消毒(disinfection)

生產(chǎn)環(huán)境滅菌與消毒的區(qū)別？

生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌第一節(jié)

概述一滅菌方法生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌二培養(yǎng)基及設(shè)備的滅菌（進(jìn)罐后或進(jìn)罐前滅菌）1.分批滅菌

(batchsterilization)

實(shí)罐滅菌(實(shí)消)：利用熱空氣或高壓蒸汽對(duì)培養(yǎng)基與發(fā)酵罐同時(shí)滅菌。

生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌分批滅菌方法:預(yù)熱－加熱－冷卻分批滅菌的特點(diǎn)：適用于：培養(yǎng)基易發(fā)泡或黏度大優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，無(wú)需連消的設(shè)備，并減少了雜菌污染的機(jī)會(huì)缺點(diǎn)：升溫降溫時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備利用率低生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌2．連續(xù)滅菌(continuoussterilization)(連消)：

培養(yǎng)基通過(guò)連續(xù)滅菌裝置，快速連續(xù)加熱滅菌，后進(jìn)入滅菌的空罐。培養(yǎng)基時(shí)間與溫度的變化關(guān)系連續(xù)培養(yǎng)下時(shí)間與溫度的變化關(guān)系生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌連續(xù)滅菌裝置：

1).連消塔保溫罐連續(xù)滅菌

2).板式熱交換器連續(xù)滅菌

3).蒸汽噴射連續(xù)滅菌

生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌連消塔保溫罐連續(xù)滅菌生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌板式熱交換器連續(xù)滅菌適用于各類(lèi)飲料及工業(yè)液體加熱、殺菌、冷卻、蒸發(fā)、冷凝和熱回收等多種工藝過(guò)程

生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌蒸汽噴射連續(xù)滅菌生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌分批滅菌與連續(xù)滅菌的特點(diǎn)生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌3.空罐滅菌：空罐體滅菌罐壓：1.5～2.0×105Pa；罐溫：125～130℃，時(shí)間：30～45min4.發(fā)酵附屬設(shè)備及管道滅菌：管道：罐壓>3.5×105Pa；時(shí)間：1～1.5h補(bǔ)料罐：糖水罐罐壓1.5×105Pa；時(shí)間：30min

消泡劑罐罐壓：1.5～1.8×105Pa；時(shí)間：60min空氣過(guò)濾器：罐壓>3.5×105Pa；蒸汽從上至下通入生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌

第二節(jié)

加熱滅菌的原理培養(yǎng)基滅菌要求：

達(dá)到需要的無(wú)菌程度；

有效成分受熱破壞程度盡可能低。滅菌工作關(guān)鍵：

控制加熱溫度（T）和受熱時(shí)間(t)生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌一、加熱滅菌原理1、微生物的熱阻：微生物對(duì)熱的抵抗力稱(chēng)為熱阻。（1）微生物對(duì)熱的抵抗能力

營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞：在60℃加熱10min全部死亡；細(xì)菌芽孢：能耐較高的溫度，在100℃需幾分鐘或幾小時(shí)。嗜熱菌的芽孢：120℃，39min或更長(zhǎng)時(shí)間.

（2）致死溫度：殺死微生物的極限溫度。（3）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。生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌2、微生物的熱死規(guī)律----對(duì)數(shù)殘留定律

熱死亡動(dòng)力學(xué)(一級(jí)反應(yīng)動(dòng)力學(xué))規(guī)律：

菌的死亡速率－dN/dt與任何瞬間殘留的活菌數(shù)N成正比。

即：－dN/dt＝KN(1)dN/dt：死亡速率，菌體瞬時(shí)變化率。

N：殘存活菌數(shù)，

t：滅菌時(shí)間（min，s），K：比死亡速率常數(shù)或反應(yīng)速率常數(shù)min－1，s－1生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌將(1)式移項(xiàng)積分：ln(Ns/N0)=－Kt(2)可變形為：lnNs=－Kt+lnN0

或

Ns=N0e－Kt或t=1/K*ln(N0/Ns)

N0：原有活菌數(shù)（t=0,污染度）Ns：經(jīng)t時(shí)間后殘存活菌數(shù)（滅菌度，Ns＝10－3）

生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌二K－比死亡速率常數(shù)（反應(yīng)速率常數(shù)）1．K大小反映微生物受熱死亡的難易程度。與微生物的種類(lèi)及加熱溫度有關(guān)；相同溫度下，k值愈小，加熱時(shí)間長(zhǎng)，則此微生物愈耐熱。即：t=1/K*ln(N0/Ns)

生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌

同一種微生物在不同滅菌溫度下，滅菌溫度愈低，k值愈；溫度愈高，k值愈。t=1/K*ln(N0/Ns)K是溫度T的函數(shù)，故T對(duì)K的影響是熱滅菌設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題之一。生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌2．溫度T對(duì)K的影響T與K的關(guān)系，可用Arrhenius方程表示：

K=Ae－ΔE/RT

K：比死亡速率常數(shù)，也稱(chēng)反應(yīng)速率常數(shù)（min－1或s－1

）A：阿氏常數(shù)(s－1）

E：活化能（J/mol）化學(xué)反應(yīng)中，反應(yīng)物分子到達(dá)活化分子所需的最小能量?；罨艿拇笮∨c反應(yīng)速率相關(guān)，活化能越低，反應(yīng)速率越快，因此降低活化能會(huì)有效地促進(jìn)反應(yīng)的進(jìn)行。

T：絕對(duì)溫度（K），T（K）＝t(℃)+273

R：氣體常數(shù)(8.31J/mol·K)

e:2.718

因：t=1/K*ln(N0/Ns)

故：t=eΔE/RT*1/A*ln(N0/Ns)

生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌3．與K有關(guān)的表示方法：D（1/10衰減時(shí)間）

decimalreactiontime：活微生物在受熱過(guò)程中減少到原來(lái)數(shù)目的1/10所需要的時(shí)間。

與K的關(guān)系為：

D

=－ln(0.1N0/N0)/K=－2.303lg0.1/K

=2.303/K生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌滅菌標(biāo)準(zhǔn)：以殺死耐熱芽孢桿菌為準(zhǔn)：ΔEs=68700cal/mol.k,As=7.94×1038(s-1)即:K=7.94×1038e-68700/1.98T

生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌三營(yíng)養(yǎng)受熱分解規(guī)律

符合微生物熱死亡動(dòng)力學(xué)規(guī)律和Arrhenius方程：

－dC/dt=K’C

可變形為：ln(Cs/Co)=－K’t或Cs=C0e－K’t

K’=Ae－ΔE’/RT

K’：營(yíng)養(yǎng)成分受熱分解速率常數(shù)（min－1,s－1）

ΔE：營(yíng)養(yǎng)成分受熱分解反應(yīng)的活化能（J/mol）生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌

化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)：活化能大的反應(yīng)，反應(yīng)速度隨溫度的變化也大；反之，反應(yīng)速度隨溫度的變化也小。注：微生物受熱死亡的活化能ΔE比營(yíng)養(yǎng)成分受熱分解的活化能ΔE’大。ΔE大，說(shuō)明反應(yīng)速率隨溫度變化也大；當(dāng)溫度升高，微生物死亡速度比營(yíng)養(yǎng)成分分解速度快。微生物活化能（J/mol）營(yíng)養(yǎng)物活化能（J/mol）嗜熱芽孢桿菌283460葡萄糖100488肉毒桿菌343300維生素B192114當(dāng)溫度升高，微生物死亡速度比營(yíng)養(yǎng)成分分解速度快。故采取高溫瞬時(shí)，有利于快速殺滅菌體，而且減少營(yíng)養(yǎng)的破壞。生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌例題：1.若溫度從120℃升至150℃，分別計(jì)算120℃和150℃下的VB1的分解速率常數(shù)KB和嗜熱芽孢桿菌的比死亡速率常數(shù)Ks；并比較

KB150/KB120;Ks150/Ks120，反映何種規(guī)律。已知ΔEB1=92114J/mol,AB1=9.30×1010（min-1）;ΔEs=284460J/mol,As=1.34×1036(min-1)2.在120℃下滅菌7.6min，計(jì)算此時(shí)VC的損失率。(120℃下，若Kc＝0.055min－1)生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌問(wèn)題：為何工業(yè)上采用高溫瞬時(shí)的滅菌方式？生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌

第三節(jié)

分批滅菌培養(yǎng)基和發(fā)酵罐同時(shí)滅菌，冷卻至發(fā)酵溫度再接種發(fā)酵。又稱(chēng)間歇滅菌或?qū)嵐逌缇▽?shí)消）。分批滅菌的特點(diǎn)：適用于：培養(yǎng)基易發(fā)泡或黏度大優(yōu)點(diǎn)：操作簡(jiǎn)便，無(wú)需連消的設(shè)備，并減少了雜菌污染的機(jī)會(huì)缺點(diǎn)：升溫降溫時(shí)間長(zhǎng)，設(shè)備利用率低生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌一滅菌效果(滅菌準(zhǔn)數(shù)、滅菌值）當(dāng)滅菌溫度恒定下，培養(yǎng)基中微生物死亡遵循：lnN0/Ns=－kt當(dāng)溫度隨時(shí)間變化時(shí)，K也變化：積分得

ln(No/Ns)=A升溫、維持和冷卻過(guò)程的滅菌效果為：V總=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生化工程第二章培養(yǎng)基滅菌二分批滅菌討論

工業(yè)滅菌，滅菌周期約3～5h,各階段的滅菌貢獻(xiàn)大致為：V加/V總=0.2,V保/V總=0.75,

V冷/V總=