培養基滅菌的目的和要求第1頁，課件共41頁，創作于2023年2月在滅菌過程中，培養基組分的破壞是由兩個基本類型的反應引起的：培養基中不同營養成分間的相互作用；對熱不穩定的組分如氨基酸和維生素等的分解。第2頁，課件共41頁，創作于2023年2月滅菌的方法化學法化學藥品滅菌法：甲醛、苯酚等物理法干熱滅菌法濕熱滅菌法（生物工程工業常用方法）射線滅菌法第3頁，課件共41頁，創作于2023年2月1.濕熱滅菌原理和影響滅菌的因素濕熱滅菌的原理：主要是因高溫使微生物體內的一些重要蛋白質，如酶等，發生凝固、變性，從而導致微生物無法生存而死亡。致死溫度與致死時間：殺死微生物的極限溫度稱為致死溫度。在致死溫度下，殺死全部微生物所需的時間稱為致死時間；在致死溫度以上，溫度愈高，致死時間愈短。第4頁，課件共41頁，創作于2023年2月微生物的熱阻和相對熱阻：前者是指微生物在某一特定條件（主要是溫度和加熱方式）下的致死時間。后者是指某一微生物在某條件下的致死時間與另一微生物在相同條件下的致死時間的比值。第5頁，課件共41頁，創作于2023年2月各種微生物對濕熱的相對熱阻微生物相對熱阻營養細胞和酵母1.0細菌芽孢3×106霉菌孢子2~10病毒和噬菌體1~5第6頁，課件共41頁，創作于2023年2月某些微生物的相對熱阻滅菌方式大腸桿菌霉菌孢子細菌芽孢噬菌體或病毒干熱滅菌12-1010001濕熱滅菌12-103×1051-5苯酚11-21×10930甲醛12-102502紫外線15-1002-55-10第7頁，課件共41頁，創作于2023年2月濕熱滅菌的優點蒸汽來源容易，操作費用低，本身無毒；蒸汽有強的穿透力，滅菌易于徹底；蒸汽有很大的潛熱；操作方便，易管理。第8頁，課件共41頁，創作于2023年2月1.1濕熱滅菌的理論基礎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。滅菌溫度和時間的確定取決于：雜菌孢子的熱滅死動力學反應器的形式和操作方式培養基中有效成分受熱破壞的可接受范圍第9頁，課件共41頁，創作于2023年2月微生物的熱死滅動力學方程：對數殘留定律微生物營養細胞的均相熱死滅動力學符合化學反應的一級反應動力學，即：

N-任一時刻的活細菌濃度，個/L；t-時間，min；K-比熱死速率常數，min-1，越小越耐熱

第10頁，課件共41頁，創作于2023年2月細菌孢子的熱死滅動力學與營養細胞的有所不同。它表現為非對數的死亡動力學。但當溫度超過120?C時，熱阻極強的嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子的熱殺滅動力學也接近對數死亡動力學即符合一級反應規律。第11頁，課件共41頁，創作于2023年2月取邊界條件t0=0，N=N0，對上式積分得

或為理論滅菌時間的對數殘留規律公式。問題：能不能做到絕對無菌？第12頁，課件共41頁，創作于2023年2月溫度對K的影響微生物的熱死滅動力學接近一級反應動力學，它的比熱死滅速率常數K與滅菌溫度T的關系可用阿累尼烏斯方程表征

A-頻率因子，min-1ΔE-活化能，J/mol

R-通用氣體常數，J/（mol.k）第13頁，課件共41頁，創作于2023年2月第14頁，課件共41頁，創作于2023年2月活化能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。?E/R是微生物受熱死亡時對溫度敏感性的度量，值越大，表明微生物死亡速率隨溫度的變化越敏感，在滅菌中?E/R是很重要的常數。不同菌的孢子的熱死滅反應ΔE可能各不相同。對（4）兩邊取對數，得第15頁，課件共41頁，創作于2023年2月微生物死亡速度常數K與溫度的關系第16頁，課件共41頁，創作于2023年2月K是ΔE和T的函數，K的對T的變化率與有關，對（5）兩邊對T的導數，得由該式可得出結論：反應的ΔE越高，lnK對T的變化率越大，即T的變化對K的影響越大第17頁，課件共41頁，創作于2023年2月試驗表明，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18頁，課件共41頁，創作于2023年2月物質ΔE（J/mol）維生素B1296232維生素B1鹽酸鹽92048嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子283257肉毒梭菌孢子343088枯草桿菌孢子317984孢子熱死滅和營養成分破壞活化能第19頁，課件共41頁，創作于2023年2月ΔEBS=67000×4.184（J/mol）ΔEVB=22000×4.184（J/mol）將滅菌溫度從105?C提高到127?CKVB從0.02（min-1）提高到0.06（min-1

）KBS從0.12（min-1）提高到40.0（min-1

）嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子和維生素B1的lnK-1/T圖絕對溫度倒數，1/T（·K）×10-32.12.22.32.42.52.62.72.8第20頁，課件共41頁，創作于2023年2月嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子死滅程度為N/N0=10-16時，滅菌溫度對維生素B1破壞的影響滅菌溫度（?C）達到滅菌程度的時間（min）維生素B1的損失（%）10084399.9911075891207.6271300.851101400.10731500.0151第21頁，課件共41頁，創作于2023年2月1.2影響滅菌的因素培養基成分培養基的物理狀態培養基中氫離子濃度培養基中微生物數量微生物細胞含水量微生物細胞菌齡微生物的耐熱性空氣排出情況攪拌泡沫第22頁，課件共41頁，創作于2023年2月1、培養基成分培養基中脂肪、糖分和蛋白質的含量越高，微生物的熱死亡速率越慢在熱死溫度下，脂肪、糖分和蛋白質等有機物質在微生物細胞外面形成一層薄膜，它能有效保護微生物細胞抵抗不良環境，因此需較高的滅菌溫度。另一些物質，如高濃度的鹽類，色素等可削弱其耐熱性。第23頁，課件共41頁，創作于2023年2月2、培養基的物理狀態固體培養基的滅菌時間比液體培養基的滅菌時間長。其原因是液體培養基滅菌時，熱的傳遞有對流和傳導，固體培養基只有傳導。對于含有少量大顆粒及粗纖維的培養基的滅菌，需提高滅菌溫度，且在不影響培養基質量的條件下，采用粗過濾方法預先處理，以防培養基結塊而造成滅菌的不徹底。第24頁，課件共41頁，創作于2023年2月培養基的pH與滅菌時間的關系見表。3、pH培養基的pH越低，滅菌所需時間越短。第25頁，課件共41頁，創作于2023年2月4、培養基的微生物數量：微生物數量越多，所需滅菌時間越長。5、微生物細胞含水量微生物細胞含水量越多，蛋白質的凝固溫度越低，越容易受熱凝固而喪失生命活力。6、微生物細胞菌齡老齡細胞對不良環境的抵抗力比幼齡細胞強，后者易被殺死。7、微生物的耐熱性細菌的營養體、酵母、霉菌的菌絲體對熱較為敏感，放線菌、酵母、霉菌孢子比營養細胞的抗熱性強，細菌芽孢的抗熱性最強。第26頁，課件共41頁，創作于2023年2月8、空氣排出情況蒸汽滅菌過程中，溫度的控制是通過控制罐內的蒸汽壓力來實現。壓力表顯示的壓力應與罐內蒸汽壓力相對應，即壓力表的壓力所對應的溫度應是罐內的實際溫度。如果罐內空氣排除不完全，壓力表所顯示的壓力就不單是罐內蒸汽壓力，還包括了空氣分壓，因此，此時罐內的實際溫度就低于壓力表顯示壓力所對應的溫度，以致造成滅菌溫度不夠而滅菌不徹底。第27頁，課件共41頁，創作于2023年2月9、攪拌：有助于傳質和傳熱。

10、泡沫泡沫中的空氣形成隔層，使熱量難以傳遞，不易達到微生物的致死溫度，導致滅菌不徹底。泡沫的形成主要是由于進汽排汽不均衡，如果在滅菌過程突然減少進汽或加大排汽，則會出現大量泡沫，對易發泡沫的培養基應加消泡劑以減少泡沫量。第28頁，課件共41頁，創作于2023年2月2.連續滅菌流程連續滅菌優點：（1）提高產量；（2）產品質量較易控制；（3）蒸汽負荷均衡，鍋爐利用率高，操作方便；（4）適宜采用自動控制；（5）降低勞動強度。實際操作：高溫滅菌時間約為15~30s，然后根據發酵類型不同在維持罐維持8~25min。第29頁，課件共41頁，創作于2023年2月2、連續滅菌流程及設備即在培養基輸送至發酵罐的同時進行加熱、保溫和冷卻而進行的滅菌。第30頁，課件共41頁，創作于2023年2月（1）連消塔-噴淋冷卻連續滅菌流程（1）配料預熱罐，將配好的料液預熱到60~70℃，以避免滅菌時由于料液與蒸汽溫度相差過大而產生水汽撞擊聲；（2）連消塔，是使高溫蒸汽與料液迅速接觸混合，并使料液的溫度很快升高到滅菌溫度（126~132℃）；（3）維持罐，維持料液溫度，延長滅菌時間（4）冷卻管，生產上一般采用冷水噴淋冷卻，冷卻到40~50℃后，輸送到預先已經滅菌過的罐內。第31頁，課件共41頁，創作于2023年2月第32頁，課件共41頁，創作于2023年2月培養液連續滅菌流程第33頁，課件共41頁，創作于2023年2月（2）噴射加熱-真空冷卻流程噴射加熱器以較高速度自噴嘴噴出，借高速流體的抽吸作用與蒸汽混合管道維持器：維持滅菌時間真空閃急蒸發室：由膨脹閥進入，因真空作用使水分急驟蒸發而冷卻到70~80℃左右，再進入發酵罐冷卻到接種溫度。第34頁，課件共41頁，創作于2023年2月優點：加熱和冷卻在瞬間完成，營養成分破壞最少，可以采用高溫滅菌，把溫度升高到140℃而不致引起培養基營養成分的嚴重破壞。設計得合適的管道維持器能保證物料先進先出，避免過熱。缺點：受壓力影響，出料泵

第35頁，課件共41頁，創作于2023年2月

（2）噴射加熱-真空冷卻流程第36頁，課件共41頁，創作于2023年2月第37頁，課件共41頁，創作于2023年2月（3）板式換熱器滅菌流程采用薄板換熱器作為培養液的加熱和冷卻器，培養液在設備中同時完成預熱、滅