培養基滅(Mie)菌及設備詳解演示文稿第一頁，共七十二頁。（優選(Xuan)）培養基滅菌及設備第二頁，共七十二頁。3、干熱滅菌160℃～250℃干燥保溫。用于須保持干燥的器具和材料(Liao)。4、濕熱滅菌高壓飽和蒸汽。通常120℃維持20～30min。5、過濾除菌第三頁，共七十二頁。二、微生物的熱死及耐(Nai)熱性（一）濕熱滅菌的原理每一種微生物都有一定的最適生長溫度范圍。當微生物處于最低溫度以下時，代謝作用幾乎停止而處于休眠狀態。當溫度超過最高限度時，微生物細胞中的原生質膠體和酶起了不可逆的凝固變性，使微生物在很短時間內死亡，加熱滅菌即是根據微生物這一特性而進行的。第四頁，共七十二頁。（二）微生物的耐(Nai)熱性1、1/10衰減時間按何熱死速度常數2、熱死時間3、熱死溫度4、熱阻及相對熱阻第五頁，共七十二頁。三(San)、培養基的滅菌（一）培養基濕熱滅菌需解決的工程問題（1）將培養基中的雜菌總數N0殺滅到可以接受的總數N（10-3），需要多高的溫度、多長的時間為合理。第六頁，共七十二頁。（2）滅菌溫度和時間的確定取決于：——①雜菌孢子的熱(Re)滅死動力學——②反應器的形式和操作方式——③培養基中有效成分受熱破壞的可接受范圍第七頁，共七十二頁。（二）微生物的熱死(Si)滅動力學方程1、對數殘留定律對數殘留定律：實驗證明，對培養基進行濕熱滅菌時，培養基中微生物受熱死亡的速率與殘存的微生物數量成正比。即微生物營養細胞的均相熱死滅菌動力學符合化學反應的一級反應動力學。即：第八頁，共七十二頁。N：任一時刻的(De)活細菌濃度（個/L）t：時間（s）K：比熱死速率常數（s-1）第九頁，共七十二頁。取邊界條件t0=0，N=N0，對（1）積分得或N/N0即為濕熱滅菌中(Zhong)微生物的存活率。第十頁，共七十二頁。2、耐熱(Re)細菌芽孢的熱(Re)死模型菌體相繼死亡模型：NR→NS→ND熱死動力學方程：第十一頁，共七十二頁。（三）溫度對死亡速率(Lv)的影響微生物的熱死亡動力學接近一級反應動力學，它的比熱死亡速率常數K與滅菌溫度T的關系可用阿累尼烏斯方程表征：第十二頁，共七十二頁。A：頻率因子（s-1）ΔE：死亡活(Huo)化能（J/mol）R：通用氣體常數[8.314J/（mol.k）]T：熱力學溫度（K）第十三頁，共七十二頁。上式轉(Zhuan)換：第十四頁，共七十二頁。可以看出：（1）活化能ΔE的大小對K值有重大影響。其它條件相同時，ΔE越高，K越低，熱死速率越慢。（2）不同菌的孢子的熱死滅反應(Ying)ΔE可能各不相同。將ΔE/R作為微生物受熱死亡時對溫度敏感性的度量。第十五頁，共七十二頁。培養基中的某些營養物質也會受熱破壞，其反應(Ying)動力學方程也可看作一級反應(Ying)：第十六頁，共七十二頁。對方程兩邊對T取導(Dao)數，得方程：第十七頁，共七十二頁。由方程可得(De)出結論：反應的ΔE越高，lnK對T的變化率越大，即T的變化對K的影響越大試驗表明，細菌孢子熱死滅反應的ΔE很高，而某些有效成分熱破壞反應的ΔE較低。將溫度提高到一定程度，會加速細菌孢子的死滅速度，縮短滅菌時間，由于有效成分的ΔE很低，溫度的提高只能稍微增大其破壞速度，但由于滅菌時間的顯著縮短，有效成分的破壞反而減少。第十八頁，共七十二頁。四、影響培養濕(Shi)熱滅菌的因素（1）pH：影響微生物的耐熱性。一般，pH6.0~8.0時，微生物最不容易死亡。（2）培養基成分：油脂、糖類及一定濃度的蛋白質都回增加微生物的耐熱性；高濃度的鹽類、色素則會削弱其耐熱性。（3）氣泡：影響傳熱。（4）顆粒：大顆粒（1mm以上）的傳熱系數很低，使滅菌不徹底。第十九頁，共七十二頁。第2節(Jie)培養基滅菌的工程設計一、滅菌對象和無菌標準滅菌對象：應選擇耐熱桿菌芽孢無菌標準：常取N=NS=10-3第二十頁，共七十二頁。二(Er)、發酵罐的管道與閥門（一）管道的連接方式螺紋連接：上下水管焊接：物料、蒸汽、腐蝕性介質輸送管道法蘭連接：需經常維修或易燃易爆車間的管道承插連接：鑄鐵水管第二十一頁，共七十二頁。第二十二頁，共七十二頁。（二）用于發(Fa)酵罐的閥門發酵罐常用的閥門種類：人工啟閉：截止閥、閘門閥、針形閥、橡皮隔膜閥自動啟閉：止逆閥、安全閥自動控制：電磁閥第二十三頁，共七十二頁。第二十四頁，共七十二頁。（一）分批滅菌的操作分批滅菌（間歇滅菌、實罐滅菌、實消）將配好的培養基打入發酵罐，通入蒸汽將培養基和所用的設備（一般是發酵罐）一起進行滅菌，也稱實罐滅菌。這種方法不需專門的滅菌設備，在發酵罐中進行，滅菌效果可靠。分批滅菌對蒸汽的壓力要求較低，在3～4×105Pa（表壓）就可滿足要求，但在滅菌過程中，蒸汽用量波動大，造成鍋爐負荷波動大。在發酵罐中進行實罐滅菌，是典型的分批滅菌。全過程包括升溫(Wen)、保溫(Wen)、降溫(Wen)三個過程。三、分批滅菌的設計計算第二十五頁，共七十二頁。分(Fen)批滅菌的優缺點優點：1.設備投資較少2.染菌的危險性較小3.人工操作較方便4.對培養基中固體物質含量較多時更為適宜缺點：滅菌過程中蒸汽用量變化大，造成鍋爐負荷波動大，一般只限于中小型發酵裝置。第二十六頁，共七十二頁。保證分批滅菌成功的要素內部結構合理(主要是無死角)，焊縫及軸封裝置可靠，蛇管無穿孔現象(Xiang)壓力穩定的蒸汽合理的操作方法。發酵罐的接管圖第二十七頁，共七十二頁。（二）基礎條件的確定1、污染度N0：一般假定位104～106個/ml2、滅菌度N：實際計算時取N

＝10-3，即處理1000只有一個或微生物（一般是針對周期長，成本高的發酵）。3、N/N0為滅菌程度的指標。例(Li)如：培養基100m3，含菌105個/ml,，要求滅菌后存活菌數10-3個/罐，則N0/N

=(100×106×105/10-3)=1016，為計算方便，取ln(N0/N

)=36.8分批滅菌過程：升溫、保溫和降溫，滅菌主要是在保溫過程中實現的，在升溫的后期和冷卻的初期，培養基的溫度很高，因而對滅菌也有一定貢獻。lnN0/N=36.8是總的判據，是由升溫、保溫、降溫三段實現的。第二十八頁，共七十二頁。4、污染菌的熱死特(Te)性要了解是否符合對數殘留定律，確定K，A，E的值。對不同細胞，選取不同的T和t。5、培養罐中溫度與時間的關系大量培養液分批滅菌時，加熱和冷卻時間不能忽略。總滅菌時間等于升溫、保溫和降溫三段時間之和。

t=t1+t2+t3第二十九頁，共七十二頁。（三）滅菌效率的計算1、分批滅菌的階段若滅菌溫度(Du)恒定為T，那么到規定滅菌度(Du)（N）所需殺菌時間當滅菌℃隨時間變化時，K也變化，則有積分第三十頁，共七十二頁。用V表示滅菌效果，則有V總＝ln(N0/NS)=V加+V保+V冷

升溫、維持和冷卻過程中滅菌效果分別(Bie)為V加V保V冷第三十一頁，共七十二頁。第三十二頁，共七十二頁。第三十三頁，共七十二頁。第三十四頁，共七十二頁。第三十五頁，共七十二頁。第三十六頁，共七十二頁。第三十七頁，共七十二頁。第三十八頁，共七十二頁。第三十九頁，共七十二頁。第四十頁，共七十二頁。第四十一頁，共七十二頁。第四十二頁，共七十二頁。第四十三頁，共七十二頁。第四十四頁，共七十二頁。第四十五頁，共七十二頁。第四十六頁，共七十二頁。第四十七頁，共七十二頁。[例(Li)題1]第四十八頁，共七十二頁。第四十九頁，共七十二頁。第五十頁，共七十二頁。第五十一頁，共七十二頁。第五十二頁，共七十二頁。第五十三頁，共七十二頁。第五十四頁，共七十二頁。第五十五頁，共七十二頁。第五十六頁，共七十二頁。第五十七頁，共七十二頁。第五十八頁，共七十二頁。第五十九頁，共七十二頁。工業規模的滅菌操作，完成整個滅菌周期的時間是3~5h，各階段的貢獻大致(Zhi)如下：V加/V總=0.2V保/V總=0.75V冷/V總=0.05（四）分批滅菌的討論第六十頁，共七十二頁。溫度和壓力的關系泡沫問題投料過程中，麩皮和豆餅粉等固形物在罐壁(Bi)上殘留的問題滅菌結束后應立即引入無菌空氣保壓培養基間歇滅菌過程中應注意的問題第六十一頁，共七十二頁。（一）連續(Xu)滅菌概念（二）連續滅菌流程（三）連續滅菌計算四、連續滅菌的設計計算第六十二頁，共七十二頁。（一）連續滅菌概念

連續滅菌（連消）：培養基在罐外連續進行加熱、維持和冷卻，然后進入發酵罐的殺菌方法。連續滅菌的優缺點：

優點–保留較多的營養質量–容易放大–較易自動控制(Zhi)；–糖受蒸汽的影響較少；–縮短滅菌周期；–在某些情況下，可使發酵罐的腐蝕減少；–發酵罐利用率高；–蒸汽負荷均勻。缺點

–設備比較復雜，投資較大，容易造成污染。第六十三頁，共七十二頁。1、噴淋(Lin)冷卻連續滅菌流程

（二）連續滅菌流程

第六十四頁，共七十二頁。第六十五頁，共七十二頁。設備：配料罐、連消泵、連消塔、維持罐、蛇管冷卻器等。特點：設備龐大，易發生局部受熱不均。流程：配料→調漿缸放出(Chu)→加消泡劑→連消泵→連消塔→料液加熱→維持罐（8～25min）→噴淋器冷卻到發酵溫度第六十六頁，共七十二頁。2、噴射加熱連續滅(Mie)菌流程第六十七頁，共七十二頁。設備：蒸汽噴射加熱器、保溫蛇管、膨脹閥、真空冷卻器等流程：蒸汽直接噴入培養液→快速升溫滅(Mie)菌度→保溫滅(Mie)菌→膨脹降壓→真空冷卻器急速冷卻特點：受熱時間短，培養液破壞