培養(yǎng)基滅菌課件

1、培養(yǎng)基滅菌課件12021-10-21 單元三單元三 滅菌技術滅菌技術教學目的與要求：教學目的與要求：了解滅菌的概念及必要性，了解滅菌的概念及必要性，掌握滅菌方法、濕熱滅菌的原理、微生物的熱掌握滅菌方法、濕熱滅菌的原理、微生物的熱死動力學、影響培養(yǎng)基滅菌的因素，以達到在死動力學、影響培養(yǎng)基滅菌的因素，以達到在工業(yè)生產上能進行簡單的滅菌操作，并且能應工業(yè)生產上能進行簡單的滅菌操作，并且能應用該理論解決簡單的實際問題。用該理論解決簡單的實際問題。培養(yǎng)基滅菌課件22021-10-21教學重點：教學重點：微生物的熱死動力學、影響培養(yǎng)基微生物的熱死動力學、影響培養(yǎng)基滅菌的因素、分批滅菌設計、連續(xù)滅菌設計滅

2、菌的因素、分批滅菌設計、連續(xù)滅菌設計 教學難點：教學難點：分批滅菌設計、連續(xù)滅菌設計分批滅菌設計、連續(xù)滅菌設計 培養(yǎng)基滅菌課件32021-10-21 絕大多數的發(fā)酵過程需要在無菌條件下進絕大多數的發(fā)酵過程需要在無菌條件下進行，因此培養(yǎng)基的滅菌必須合理的設計，使之既行，因此培養(yǎng)基的滅菌必須合理的設計，使之既能達到所需的無菌程度，又能保證培養(yǎng)基中有效能達到所需的無菌程度，又能保證培養(yǎng)基中有效成分的破壞在允許的圍之內成分的破壞在允許的圍之內, ,培養(yǎng)基的優(yōu)劣直接關培養(yǎng)基的優(yōu)劣直接關系到實驗和研究的成敗與否及微生物發(fā)酵生產的系到實驗和研究的成敗與否及微生物發(fā)酵生產的效率。效率。培養(yǎng)基滅菌課件42021

3、-10-21主要內容主要內容1. 1. 滅菌的概念和必要性滅菌的概念和必要性2. 2. 滅菌的方法滅菌的方法3. 3. 濕熱滅菌的原理濕熱滅菌的原理4. 4. 培養(yǎng)基在工程上要解決的課題培養(yǎng)基在工程上要解決的課題5. 5. 微生物的熱死動力學微生物的熱死動力學6. 6. 影響培養(yǎng)基滅菌的因素影響培養(yǎng)基滅菌的因素7. 7. 分批滅菌設計分批滅菌設計8. 8. 連續(xù)滅菌設計連續(xù)滅菌設計培養(yǎng)基滅菌課件52021-10-21一一. .滅菌的概念和必要性滅菌的概念和必要性滅菌：滅菌：是指用物理或化學因子殺滅有生活能力的細菌營養(yǎng)體和芽孢或孢子的方法。消毒：消毒：消除病原微生物的措施。在工業(yè)中一般都籠統(tǒng)地稱

4、為殺菌或滅菌。培養(yǎng)基滅菌課件62021-10-21滅菌的意義：滅菌的意義： 微生物是無孔不入、無處不在的，但在自然微生物是無孔不入、無處不在的，但在自然界卻很難找到純培養(yǎng)狀態(tài)下生長的微生物。自從發(fā)界卻很難找到純培養(yǎng)狀態(tài)下生長的微生物。自從發(fā)酵工業(yè)利用純培養(yǎng)技術以來，許多發(fā)酵過程特別是酵工業(yè)利用純培養(yǎng)技術以來，許多發(fā)酵過程特別是氨基酸等新型發(fā)酵工業(yè)都要求純種培養(yǎng)，即在培養(yǎng)氨基酸等新型發(fā)酵工業(yè)都要求純種培養(yǎng)，即在培養(yǎng)期間除大量繁殖生產菌外，不允許其他微生物存在期間除大量繁殖生產菌外，不允許其他微生物存在（通常稱之為雜菌）。（通常稱之為雜菌）。培養(yǎng)基滅菌課件72021-10-21如有雜菌，可引起以下

5、的后果：如有雜菌，可引起以下的后果：生產菌和雜菌同時在培養(yǎng)基中生長，結果喪失生產菌和雜菌同時在培養(yǎng)基中生長，結果喪失了生產能力。了生產能力。雜菌的生長速度有時比生產菌生長得快，結果雜菌的生長速度有時比生產菌生長得快，結果使反應器中以雜菌為主。使反應器中以雜菌為主。雜菌會污染最終產品。雜菌會污染最終產品。培養(yǎng)基滅菌課件82021-10-21雜菌所產生的物質，使提取產物時發(fā)生困難。雜菌所產生的物質，使提取產物時發(fā)生困難。雜菌降解所需要的產物。雜菌降解所需要的產物。發(fā)酵如污染了噬菌體，可使生產菌株發(fā)生溶菌發(fā)酵如污染了噬菌體，可使生產菌株發(fā)生溶菌 現(xiàn)象?，F(xiàn)象。培養(yǎng)基滅菌課件92021-10-21工程上

6、滅菌：工程上滅菌：是指使用物理或化學方法將培是指使用物理或化學方法將培 養(yǎng)基中的雜菌的細胞和孢子殺滅至不影響發(fā)養(yǎng)基中的雜菌的細胞和孢子殺滅至不影響發(fā)酵為限。酵為限。滅菌是為了保證進行滅菌是為了保證進行純培養(yǎng)（純種）發(fā)酵。純培養(yǎng)（純種）發(fā)酵。培養(yǎng)基滅菌課件102021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件112021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件122021-10-21二二. . 滅菌的方法滅菌的方法( (所有的滅菌，不全針對培養(yǎng)基）所有的滅菌，不全針對培養(yǎng)基）培養(yǎng)基滅菌課件132021-10-211 1、濕熱滅菌、濕熱滅菌 根據被滅菌物品的不同，選擇各種不同溫度根據被滅菌物品的不同，選擇各種不同溫度的蒸汽進行

7、滅菌，的蒸汽進行滅菌，是工業(yè)上常用的滅菌方法是工業(yè)上常用的滅菌方法。培養(yǎng)基滅菌課件142021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件152021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件162021-10-21 培養(yǎng)基滅菌課件172021-10-21（4 4）巴氏消毒法（）巴氏消毒法（PasteurizationPasteurization）：）：利用熱利用熱力殺死液體中的病原菌或一般的雜菌，同時不致力殺死液體中的病原菌或一般的雜菌，同時不致嚴重損害其質量的消耗方法。由巴斯德創(chuàng)用以消嚴重損害其質量的消耗方法。由巴斯德創(chuàng)用以消毒酒精類，故名。加溫毒酒精類，故名。加溫61.161.162.8 30min62.8 30min，

8、或，或71.7 1571.7 1530s30s。常用于消毒牛奶和酒類等。常用于消毒牛奶和酒類等。培養(yǎng)基滅菌課件182021-10-21（5 5）高壓蒸汽滅菌法：）高壓蒸汽滅菌法：壓力蒸汽滅菌是在專門的壓壓力蒸汽滅菌是在專門的壓力蒸汽滅菌器中進行的，是熱力滅菌中使用最普遍、力蒸汽滅菌器中進行的，是熱力滅菌中使用最普遍、效果最可靠的一種方法。其優(yōu)點是穿透力強，滅菌效果最可靠的一種方法。其優(yōu)點是穿透力強，滅菌效果可靠，能殺滅所有微生物。效果可靠，能殺滅所有微生物。 目前使用的壓力滅菌器可分為兩類：下排氣式目前使用的壓力滅菌器可分為兩類：下排氣式壓力滅菌器和預真空壓力滅菌器，適用于耐高溫、壓力滅菌器和

9、預真空壓力滅菌器，適用于耐高溫、耐水物品的滅菌。耐水物品的滅菌。培養(yǎng)基滅菌課件192021-10-212 2、干熱滅菌、干熱滅菌干熱滅菌比濕熱滅菌需要更高的溫度與較長的時間。干熱滅菌比濕熱滅菌需要更高的溫度與較長的時間。（1 1）干烤：）干烤：利用干烤箱，加熱利用干烤箱，加熱16016018021802小時，可小時，可殺死一切微生物，包括芽胞菌。主要用于玻璃器殺死一切微生物，包括芽胞菌。主要用于玻璃器皿、瓷器等的滅菌。皿、瓷器等的滅菌。 培養(yǎng)基滅菌課件202021-10-21（2）燒灼和焚燒：燒灼是直接用火焰殺死微生物，適用于微生物實驗室的接種針等不怕熱的金屬器材的滅菌。焚燒是徹底的消毒方法，

10、但只限于處理廢棄的污染物品，如無用的衣物、紙張、垃圾等。焚燒應在專用的焚燒爐內進行。培養(yǎng)基滅菌課件212021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件222021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件232021-10-21（4 4）微波：）微波：微波是一種波長為微波是一種波長為1mm1mm到到1m1m左右的電左右的電磁波，頻率較高，可穿透玻璃、塑料薄膜與陶瓷磁波，頻率較高，可穿透玻璃、塑料薄膜與陶瓷等物質，但不能穿透金屬表面。微波能使介質內等物質，但不能穿透金屬表面。微波能使介質內雜亂無章的極性分子在微波場的作用下，按波的雜亂無章的極性分子在微波場的作用下，按波的頻率往返運動，互相沖撞和磨擦而產生熱，介質頻率往返運動

11、，互相沖撞和磨擦而產生熱，介質的溫度可隨之升高，因而在較低的溫度下能起到的溫度可隨之升高，因而在較低的溫度下能起到消毒作用。消毒作用。培養(yǎng)基滅菌課件242021-10-21一般認為其殺菌機理除熱效應以外，還有電磁一般認為其殺菌機理除熱效應以外，還有電磁共振效應，場致力效應等的作用。消毒中常用共振效應，場致力效應等的作用。消毒中常用的微波有的微波有2450MHZ2450MHZ與與915MHZ915MHZ兩種。微波照射多兩種。微波照射多用于食品加工。在醫(yī)院中可用于檢驗室用品、用于食品加工。在醫(yī)院中可用于檢驗室用品、非金屬器械、無菌病室的食品食具、藥杯及其非金屬器械、無菌病室的食品食具、藥杯及其它用

12、品的消毒。它用品的消毒。培養(yǎng)基滅菌課件252021-10-21 微波長期照射可引起眼睛的晶狀混濁、睪微波長期照射可引起眼睛的晶狀混濁、睪丸損傷和神經功能紊亂等全身性反應，因此必丸損傷和神經功能紊亂等全身性反應，因此必須關好門后才開始操作。須關好門后才開始操作。培養(yǎng)基滅菌課件262021-10-21（5）紫外線 紫外線的特點是對芽孢和營養(yǎng)細胞都能起作用，但細菌芽孢和霉菌孢子對其抵抗力大，且紫外線穿透力極低，所以只能用于表面滅菌，對固體物質滅菌不徹底。一般無菌室、超凈工作臺和搖瓶間等可采用30w紫外燈泡照射20-30min，以波長2600A左右滅菌效果最好。培養(yǎng)基滅菌課件272021-10-21在

13、同樣的溫度下，溫熱的殺菌效果比干熱好，在同樣的溫度下，溫熱的殺菌效果比干熱好，其原因有：其原因有：蛋白質凝固所需的溫度與其含水量有關，含水量蛋白質凝固所需的溫度與其含水量有關，含水量愈大，發(fā)生凝固所需的溫度愈低。濕熱滅菌的菌體愈大，發(fā)生凝固所需的溫度愈低。濕熱滅菌的菌體蛋白質吸收水分，因較大同一溫度的干熱空氣中易蛋白質吸收水分，因較大同一溫度的干熱空氣中易于凝固。于凝固。培養(yǎng)基滅菌課件282021-10-21溫熱滅菌過程中蒸氣放出大量潛熱，加速溫熱滅菌過程中蒸氣放出大量潛熱，加速提高濕度。因而濕熱滅菌比干熱所要溫度低，提高濕度。因而濕熱滅菌比干熱所要溫度低，如在同一溫度下，則濕熱滅菌所需時間比

14、干如在同一溫度下，則濕熱滅菌所需時間比干熱短。熱短。濕熱的穿透力比干熱大，使深部也能達到濕熱的穿透力比干熱大，使深部也能達到滅菌溫度，故濕熱比干熱收效好。滅菌溫度，故濕熱比干熱收效好。培養(yǎng)基滅菌課件292021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件302021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件312021-10-21三. 濕熱滅菌的原理濕熱滅菌：就是直接用高溫蒸汽滅菌。蒸汽在冷凝時釋放出 大量潛能，并且蒸汽具有強大穿透力，蒸汽的濕熱破壞菌體蛋白質和核酸的化學鍵，使酶失活，微生物因代謝障而死亡。濕熱滅菌的效果，取決與致死溫度和致死時間。致死溫度：是殺滅微生物的極限溫度。致死時間：是在致死溫度下殺滅全部微生物所需時間

15、。培養(yǎng)基滅菌課件322021-10-21 熱阻（對熱抵抗力）：微生物在某一特定條件（一定 的溫度、加熱方式）的死亡時間。 相對熱阻：指在相同條件下兩種微生物熱阻的比值。 芽孢的熱阻特別高的原因：芽孢具有吡啶二羧酸，能增強對熱抵抗力芽孢厚而且結構致密，熱不易透過芽孢的游離水分少，蛋白質含水量較營養(yǎng)細胞蛋白質含水量低。 在實際生產中，由于不能完全了解雜菌的數量和類型，因此要以相對熱阻大的芽孢作為滅菌的依據。培養(yǎng)基滅菌課件332021-10-21工業(yè)上濕熱滅菌分為分批滅菌和連續(xù)滅菌工業(yè)上濕熱滅菌分為分批滅菌和連續(xù)滅菌分批滅菌（實消）：分批滅菌（實消）：將培養(yǎng)基置于反應器中用將培養(yǎng)基置于反應器中用蒸汽

16、加熱，達到預定滅菌溫度后維持一定時間，蒸汽加熱，達到預定滅菌溫度后維持一定時間，再冷卻到發(fā)酵溫度，然后接種發(fā)酵，這叫分批再冷卻到發(fā)酵溫度，然后接種發(fā)酵，這叫分批滅菌。滅菌。連續(xù)滅菌（連消）：連續(xù)滅菌（連消）：將培養(yǎng)基在罐外連續(xù)進行將培養(yǎng)基在罐外連續(xù)進行加熱、維持和冷卻然后進入到反應器的殺菌方加熱、維持和冷卻然后進入到反應器的殺菌方法就是連續(xù)滅菌。法就是連續(xù)滅菌。培養(yǎng)基滅菌課件342021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件352021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件362021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件372021-10-21四.培養(yǎng)基在工程上要解決的課題 將培養(yǎng)基中的雜菌總數殺滅到可以接受的總數需要多高的溫

17、度、多長的時間。選擇最佳滅菌條件，達到既殺滅雜菌又盡量減少營養(yǎng)成分的破壞。培養(yǎng)基滅菌課件382021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件392021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件402021-10-212 2、對數殘留定律：、對數殘留定律：在一定溫度下，微生物的受熱死亡在一定溫度下，微生物的受熱死亡符合單分子反應動力學即微生物的熱死亡速率與任一符合單分子反應動力學即微生物的熱死亡速率與任一瞬間殘存的活菌數成正比。瞬間殘存的活菌數成正比。熱死滅動力學方程熱死滅動力學方程 dN/dt =-KNdN/dt =-KN式中：式中： N- N- 殘存的活菌數（個）殘存的活菌數（個） t- t- 滅菌時間（滅菌時間（mi

18、nmin） K- K- 殺菌速率常數（殺菌速率常數（minmin-1-1）或叫死亡速率常）或叫死亡速率常數。數。 K K是判斷微生物受熱死亡難易程度的基本依據，是判斷微生物受熱死亡難易程度的基本依據，其大小與微生物的種類和加熱溫度有關。其大小與微生物的種類和加熱溫度有關。 dN/dt- dN/dt- 菌的瞬時變化率，即死亡速率。菌的瞬時變化率，即死亡速率。培養(yǎng)基滅菌課件412021-10-21將方程積分后得：將方程積分后得：N N0 0：開始滅菌開始滅菌(t=0) (t=0) 時原有活菌數時原有活菌數N Ns s：經時間經時間t t后殘存活菌數后殘存活菌數D D值：活的微生物在受熱過程中減少到

19、原來數目值：活的微生物在受熱過程中減少到原來數目的的1/101/10（ N Ns s/N/N0 0= 1/10= 1/10）0012.303lnlgSSNNtKNKN=2 .3 0 32 .3 0 3lg 1 0DKK=培養(yǎng)基滅菌課件422021-10-213. 溫度對殺菌速率常數K的影響 微生物受熱蛋白質變性而死亡，溫度對殺菌速率常數的影響可以用阿累尼烏斯（Arrhenins)方程表示：K=Ae-E/RTK- 殺菌速率常數（死亡速率常數）（min-1）A- 頻率因子（阿累尼烏斯常數），因菌種的不同而異。E-活化能（J/mol）T-絕對溫度（K）T= t +273.15R-氣體常數 8.36J

20、/mol.K(或1.98cal/mol.K) 培養(yǎng)基滅菌課件432021-10-21活化能活化能: : 在反應動力學中指出，分子的碰撞只有某在反應動力學中指出，分子的碰撞只有某些分子的碰撞才是有效的碰撞。這些分子在碰撞些分子的碰撞才是有效的碰撞。這些分子在碰撞時，所具有的內能比在該溫度下其它分子所具有時，所具有的內能比在該溫度下其它分子所具有的平均內能要大，正是這種過剩的能量才是分子的平均內能要大，正是這種過剩的能量才是分子在所指的條件下進行反應所必需具備的能量，這在所指的條件下進行反應所必需具備的能量，這個能量就是活化能。個能量就是活化能。培養(yǎng)基滅菌課件442021-10-21從阿累尼烏斯方

21、程可以得出以下結論：從阿累尼烏斯方程可以得出以下結論：1 1）活化能）活化能E E的大小對的大小對K K值有重大影響，其他條件值有重大影響，其他條件相同時相同時E E愈高，愈高，K K值愈低，熱死速率愈慢。值愈低，熱死速率愈慢。2 2）不同菌的孢子熱死反應的）不同菌的孢子熱死反應的E E可能各不相同，在可能各不相同，在相同相同T T滅菌，尚不能肯定滅菌，尚不能肯定E E低的孢子的死亡速度一低的孢子的死亡速度一定比定比E E高的快，因為高的快，因為K K并不是唯一決定于并不是唯一決定于E E。3 3）對方程兩邊取對數得：）對方程兩邊取對數得： lnK= - E/RT + lnAlnK= - E/

22、RT + lnA培養(yǎng)基滅菌課件452021-10-21 在不同的溫度在不同的溫度T T下做滅菌實驗，求得相應的下做滅菌實驗，求得相應的K K值，值，按按lnK-1/TlnK-1/T作圖，從直線的斜率可以求出作圖，從直線的斜率可以求出E E。 4 4）K K是是E E和和T T的函數，的函數，K K對對T T的變化率與的變化率與E E有關。有關。 反應的活化能反應的活化能E E愈高，溫度愈高，溫度T T的變化對的變化對K K的影響的影響愈大。愈大。 對上式兩邊求導數得：對上式兩邊求導數得：dlnK/dT=dlnK/dT=E/(RTE/(RT2 2) )培養(yǎng)基滅菌課件462021-10-21六六.

23、 . 影響培養(yǎng)基滅菌的因素影響培養(yǎng)基滅菌的因素1. 1. 營養(yǎng)成分的保持營養(yǎng)成分的保持濕熱滅菌時，微生物被熱死的同時，培養(yǎng)基的濕熱滅菌時，微生物被熱死的同時，培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分也遭到了一定的破壞。特別是氨基酸和維營養(yǎng)成分也遭到了一定的破壞。特別是氨基酸和維生素。在熱的作用下某些營養(yǎng)成分還可能因受熱而生素。在熱的作用下某些營養(yǎng)成分還可能因受熱而相互之間發(fā)生反應，造成培養(yǎng)基中原有營養(yǎng)成分的相互之間發(fā)生反應，造成培養(yǎng)基中原有營養(yǎng)成分的數量變化，因而影響培養(yǎng)基質量。數量變化，因而影響培養(yǎng)基質量。培養(yǎng)基滅菌課件472021-10-21例如：還原糖與氨基酸、肽、蛋白質等發(fā)生化學反例如：還原糖與氨基酸、肽、蛋

24、白質等發(fā)生化學反應，形成應，形成5-5-羥甲基糠醛和類黑精。羥甲基糠醛和類黑精。 培養(yǎng)基成分受熱分解的反應也是屬于一級反應，培養(yǎng)基成分受熱分解的反應也是屬于一級反應，符合對數殘留定律和阿累尼烏斯方程：符合對數殘留定律和阿累尼烏斯方程： - dc/dt=K- dc/dt=KC C K K = Ae= Ae-E/RT-E/RTK K-培養(yǎng)基成分的破壞速度常數培養(yǎng)基成分的破壞速度常數E E-培養(yǎng)基營養(yǎng)成分破壞的活化能培養(yǎng)基營養(yǎng)成分破壞的活化能培養(yǎng)基滅菌課件482021-10-21 養(yǎng)分雖因溫養(yǎng)分雖因溫度增高破壞增度增高破壞增加，但滅菌時加，但滅菌時間雖短，破壞間雖短，破壞量減少。量減少。培養(yǎng)基滅菌課

25、件492021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件502021-10-21 實驗表明細菌孢子熱死反應的活化能實驗表明細菌孢子熱死反應的活化能E E很高，很高，營養(yǎng)成分破壞的活化能較低。隨著溫度上升，菌體營養(yǎng)成分破壞的活化能較低。隨著溫度上升，菌體孢子死亡速度常數增加倍數大于培養(yǎng)基成分破壞速孢子死亡速度常數增加倍數大于培養(yǎng)基成分破壞速度常數增加倍數。所以當溫度升高時，雜菌死亡速度常數增加倍數。所以當溫度升高時，雜菌死亡速度要比營養(yǎng)成分破壞速度快得多。根據這一原理，度要比營養(yǎng)成分破壞速度快得多。根據這一原理，培養(yǎng)基滅菌采用高溫短時的方法能達到滅菌的效果，培養(yǎng)基滅菌采用高溫短時的方法能達到滅菌的效果，又可以減

26、少營養(yǎng)成分的破壞。又可以減少營養(yǎng)成分的破壞。為什么要采用高溫短時滅菌為什么要采用高溫短時滅菌培養(yǎng)基滅菌課件512021-10-212. 2. 微生物的耐熱性微生物的耐熱性 細菌芽孢的熱阻較大，滅菌所需要的時間細菌芽孢的熱阻較大，滅菌所需要的時間取決于把細菌芽孢減少到所規(guī)定數目的時間。取決于把細菌芽孢減少到所規(guī)定數目的時間。同時一個細菌只能形成一個芽孢，故把培養(yǎng)基同時一個細菌只能形成一個芽孢，故把培養(yǎng)基中細菌和芽孢數之和作為計算依據比較合理。中細菌和芽孢數之和作為計算依據比較合理。培養(yǎng)基滅菌課件522021-10-213. pH3. pH值值 對微生物的耐熱性影響很大對微生物的耐熱性影響很大 p

27、HpH值值=6.08.0=6.08.0時，微生物最不易死亡時，微生物最不易死亡 pH6.0pH6.0時，微生物比較容易死亡，此時時，微生物比較容易死亡，此時H H+ +很容易滲入微生物的細胞，從而改變細胞的生很容易滲入微生物的細胞，從而改變細胞的生理反應，促使其死亡。所以培養(yǎng)基的理反應，促使其死亡。所以培養(yǎng)基的pHpH越低，越低，所需的時間也越短。所需的時間也越短。培養(yǎng)基滅菌課件532021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件542021-10-214. 4. 培養(yǎng)基成分培養(yǎng)基成分 高濃度的有機物會包于細胞周圍，形成高濃度的有機物會包于細胞周圍，形成一層薄膜，影響熱的傳入。而高濃度的鹽一層薄膜，影響熱的

28、傳入。而高濃度的鹽類、色素則削弱其耐熱性，滅菌較易。類、色素則削弱其耐熱性，滅菌較易。 例如：大腸桿菌在水中加熱至例如：大腸桿菌在水中加熱至60-6560-65便便死亡，在死亡，在10%10%糖液中需糖液中需7070加熱加熱4-64-6分鐘才分鐘才死亡，在死亡，在30%30%糖液中需糖液中需3030分鐘才死亡。分鐘才死亡。培養(yǎng)基滅菌課件552021-10-215. 5. 泡沫泡沫泡沫中的空氣形成隔熱層，使熱量難以滲透進去，泡沫中的空氣形成隔熱層，使熱量難以滲透進去，殺死其中的雜菌。因此滅菌時需要加入適量的消殺死其中的雜菌。因此滅菌時需要加入適量的消泡劑。泡劑。培養(yǎng)基滅菌課件562021-10-

29、216. 6. 顆粒顆粒顆粒小，容易滅菌，顆粒大，則難滅菌。顆粒小，容易滅菌，顆粒大，則難滅菌。對于含有少量較大顆粒及粗纖維的培養(yǎng)基，可對于含有少量較大顆粒及粗纖維的培養(yǎng)基，可用粗濾的方法（不應影響培養(yǎng)基質量）予以除用粗濾的方法（不應影響培養(yǎng)基質量）予以除去，培養(yǎng)基結塊會造成培養(yǎng)基滅菌的不徹底，去，培養(yǎng)基結塊會造成培養(yǎng)基滅菌的不徹底，必須注意。必須注意。培養(yǎng)基滅菌課件572021-10-21七七. . 分批滅菌設計分批滅菌設計 分批滅菌不需其它設備，操作簡單易行。省分批滅菌不需其它設備，操作簡單易行。省去了連消設備和操作，節(jié)省了動力。缺點是升溫去了連消設備和操作，節(jié)省了動力。缺點是升溫慢、降溫

30、也慢，增加了發(fā)酵前的準備時間，延長慢、降溫也慢，增加了發(fā)酵前的準備時間，延長了發(fā)酵周期，設備利用低，而且無法采用高溫短了發(fā)酵周期，設備利用低，而且無法采用高溫短時滅菌，因而不可避免的使培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分遭時滅菌，因而不可避免的使培養(yǎng)基中營養(yǎng)成分遭到一定程度的破壞，但是國外通過采取增大攪拌到一定程度的破壞，但是國外通過采取增大攪拌功率，增大冷卻面積等措施，充分利用其優(yōu)點而功率，增大冷卻面積等措施，充分利用其優(yōu)點而避免其缺點，即使大罐也采用實消。避免其缺點，即使大罐也采用實消。培養(yǎng)基滅菌課件582021-10-211.1.基礎條件的確定基礎條件的確定污染度污染度N N0 0滅菌開始時，培養(yǎng)基中的雜菌

31、的個數（個）滅菌開始時，培養(yǎng)基中的雜菌的個數（個）N N0 0應取芽孢細菌數和細菌芽孢數之和。應取芽孢細菌數和細菌芽孢數之和。培養(yǎng)基滅菌課件592021-10-21滅菌度滅菌度NsNs經過滅菌時間經過滅菌時間t t后，培養(yǎng)基中殘存的活菌個（個后，培養(yǎng)基中殘存的活菌個（個) )也稱為殺菌程度。如要求滅菌絕對無菌則也稱為殺菌程度。如要求滅菌絕對無菌則Ns=0Ns=0，則則t=t=。這是無法做到的。工程上通常上取。這是無法做到的。工程上通常上取Ns=10-3Ns=10-3個個/ /罐，即滅菌罐，即滅菌10001000只罐，只殘留只罐，只殘留1 1個雜個雜菌或滅菌菌或滅菌10001000次，只殘留一個

32、雜菌次，只殘留一個雜菌, ,是個概率是個概率指數。指數。培養(yǎng)基滅菌課件602021-10-21雜菌的熱死特性的選擇雜菌的熱死特性的選擇 由于最耐熱的芽孢一般很少發(fā)現(xiàn)，由于最耐熱的芽孢一般很少發(fā)現(xiàn)，所以在滅菌計算時不是把所有的細菌當所以在滅菌計算時不是把所有的細菌當作最耐熱的芽孢，而是通常用一般耐熱作最耐熱的芽孢，而是通常用一般耐熱的細菌芽孢的的細菌芽孢的K K值。值。 K=AeK=Ae-E/RT-E/RT=7.94=7.9410103838e e-68700/1.98T-68700/1.98T培養(yǎng)基滅菌課件612021-10-21滅菌程度的指標滅菌程度的指標N0/Ns:N0/Ns:在分批滅菌設

33、計中，為了計算的方便取在分批滅菌設計中，為了計算的方便取V=ln N0/NsV=ln N0/Ns（滅菌準數，（滅菌準數，DelDel值），作為設計值），作為設計的依據，也是設計成功與否的判據。的依據，也是設計成功與否的判據。培養(yǎng)基滅菌課件622021-10-21例：培養(yǎng)基例：培養(yǎng)基100m100m3 3，含菌，含菌10105 5個個/ml/ml，要求滅菌，要求滅菌后雜菌數后雜菌數N Ns s=10=10-3-3則：則：N N0 0/N/Ns s=(100=(10010106 6 10105 5)/10)/10-3-3=10=101616 ln N ln N0 0/N/Ns s=36.8=36.

34、8 培養(yǎng)基滅菌課件632021-10-212.2.滅菌滅菌曲線曲線培養(yǎng)基滅菌課件642021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件652021-10-21lnNlnN0 0/N/Ns s=Kt=Kt因為：因為：lnNlnN0 0/N/Ns s= ln(N= ln(N0 0/N/N1 1 N N1 1/N/N2 2 N N2 2/N/Ns s) )lnNlnN0 0/N/Ns s= lnN= lnN0 0/N/N1 1+ lnN+ lnN1 1/N/N2 2+ lnN+ lnN2 2/N/Ns slnNlnN0 0/N/Ns s是由三塊積分面積是由三塊積分面積升溫階段升溫階段lnNlnN0 0/N/N1 1

35、、 保溫階段保溫階段lnNlnN1 1/N/N2 2、降溫階段降溫階段lnNlnN2 2/N/Ns s合成的。合成的。可以合理設計這三塊面積的大小，使其和等可以合理設計這三塊面積的大小，使其和等于滅菌準數于滅菌準數lnNlnN0 0/N/Ns s。培養(yǎng)基滅菌課件662021-10-21然而分批滅菌的然而分批滅菌的T-tT-t過程曲線不是任意給定過程曲線不是任意給定的。它決定于加熱方式、換熱面積的大小、傳的。它決定于加熱方式、換熱面積的大小、傳熱系數的高低、換熱介質的溫度及培養(yǎng)基的質熱系數的高低、換熱介質的溫度及培養(yǎng)基的質量等多種因素。量等多種因素。培養(yǎng)基滅菌課件672021-10-21培養(yǎng)基滅

36、菌課件682021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件692021-10-213.分批滅菌討論分批滅菌討論對于工業(yè)規(guī)模的滅菌操作，完成整個滅菌周期一般約需35h，其各階段對滅菌效果貢獻大致如下： V加/V總=0.2 V保/V總=0.75 V冷/V總=0.05 培養(yǎng)基滅菌課件702021-10-21八八. . 連續(xù)滅菌設計連續(xù)滅菌設計連續(xù)滅菌可以采用高溫短時連續(xù)滅菌可以采用高溫短時, ,使培養(yǎng)基養(yǎng)分使培養(yǎng)基養(yǎng)分破壞減少到最低限度，從而增加生產率破壞減少到最低限度，從而增加生產率, ,并且縮并且縮短了發(fā)酵周期。短了發(fā)酵周期。 對于黏度過大或固體成分較多的培養(yǎng)基，要實對于黏度過大或固體成分較多的培養(yǎng)基，要實現(xiàn)

37、連續(xù)滅菌困難較大，設備較復雜，投資大，現(xiàn)連續(xù)滅菌困難較大，設備較復雜，投資大，且在發(fā)酵罐外附加的設備可能造成二次污染的且在發(fā)酵罐外附加的設備可能造成二次污染的機會。機會。培養(yǎng)基滅菌課件712021-10-21定義流體在反應器中的平均停留時間為則： = V/QV-反應器中液體所占的體積(L , m3)Q-通過反應器的液體流率(L/min, m3/h)假如任一物料微團在反應器內所經歷的時間等于平均停留時間，則可以實現(xiàn)升溫、保溫、降溫過程接近以下的T-t圖培養(yǎng)基滅菌課件722021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件732021-10-21然而上述假設實際難以成立。在實際的反應器中，與流動方向相垂直的截面上存

38、在著不同的流速分布，這必然存在物料微團間的軸向混合。這種是經歷了不同反應時間的物料的混合，稱為反混。培養(yǎng)基滅菌課件742021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件752021-10-21（一）連續(xù)滅菌器的流體流動模型（一）連續(xù)滅菌器的流體流動模型1、活塞流模型（、活塞流模型（PF）在反應器內與流體流向相垂直的橫截面上的徑向流速分布是均一的，即完全不存在返混。實際上，長徑比很大的管式反應器接近與這種理想的流型。培養(yǎng)基滅菌課件762021-10-212、連續(xù)式全混流模型（、連續(xù)式全混流模型（CFSTR)這是另一種理想化的流型。設定反應器內的混合足夠強烈，因而反應器內物料的濃度處處相等，反應速度也處處相等，不

39、隨時間而變。攪拌強烈的反應器，可以接近于CFSTR特性。要在同一溫度下滅菌，達到同樣的滅菌效果，CFSTR的滅菌時間比PF長的多。培養(yǎng)基滅菌課件772021-10-213、擴散模型、擴散模型高徑比不大的反應器如短管式或塔式反應器內的流體流動，具有不大的返混?？梢园堰@種流動簡化為活塞流和軸向擴散的疊加。培養(yǎng)基滅菌課件782021-10-21（二）連續(xù)滅菌流程（二）連續(xù)滅菌流程連續(xù)滅菌因加熱和冷卻設備的不同，可有各種流連續(xù)滅菌因加熱和冷卻設備的不同，可有各種流程形式。一般在連續(xù)滅菌時，應采用新型的熱交程形式。一般在連續(xù)滅菌時，應采用新型的熱交換設備，以縮短升溫和殺菌后的冷卻時間。換設備，以縮短升溫

40、和殺菌后的冷卻時間。1 1、連消塔、連消塔噴淋冷卻流程噴淋冷卻流程 圖圖8-82 2、噴射加熱、噴射加熱真空冷卻流程真空冷卻流程 圖圖8-98-93 3、薄板熱交換器連續(xù)滅菌流程、薄板熱交換器連續(xù)滅菌流程 圖圖8-108-10 培養(yǎng)基滅菌課件792021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件802021-10-21 這是國內味精廠普遍采用的連續(xù)滅菌流程。這是國內味精廠普遍采用的連續(xù)滅菌流程。培養(yǎng)基用泵打入連消塔與蒸汽直接混合，達到滅菌培養(yǎng)基用泵打入連消塔與蒸汽直接混合，達到滅菌溫度后進入維持罐，維持一定時間后經噴淋冷卻器溫度后進入維持罐，維持一定時間后經噴淋冷卻器冷卻至一定溫度后進入發(fā)酵罐。該流程是比較陳

41、舊冷卻至一定溫度后進入發(fā)酵罐。該流程是比較陳舊的設計，設備較龐大；維持罐直徑較大，不能保證的設計，設備較龐大；維持罐直徑較大，不能保證物料先進先出，易發(fā)生局部過熱或滅菌不足的現(xiàn)象；物料先進先出，易發(fā)生局部過熱或滅菌不足的現(xiàn)象；噴淋冷卻管道很長，對于黏度較高、固形物含量較噴淋冷卻管道很長，對于黏度較高、固形物含量較多的培養(yǎng)基極易堵塞。多的培養(yǎng)基極易堵塞。培養(yǎng)基滅菌課件812021-10-21 為了提高熱量利用和節(jié)約冷卻水，可采用為了提高熱量利用和節(jié)約冷卻水，可采用一臺套管式換熱器或板式換熱器置于維持罐及一臺套管式換熱器或板式換熱器置于維持罐及冷卻器中間，使生培養(yǎng)基與熱培養(yǎng)基先進行一冷卻器中間，使

42、生培養(yǎng)基與熱培養(yǎng)基先進行一次熱交換，得到預熱后再進入連消塔。次熱交換，得到預熱后再進入連消塔。培養(yǎng)基滅菌課件822021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件832021-10-21圖圖8-98-9所示，是一種噴射加熱、管道維持、真空冷卻所示，是一種噴射加熱、管道維持、真空冷卻的連續(xù)滅菌流程。生培養(yǎng)液先用泵打入噴射加熱器，的連續(xù)滅菌流程。生培養(yǎng)液先用泵打入噴射加熱器，以較高速度自噴咀噴出，借高速流體的抽吸作用與以較高速度自噴咀噴出，借高速流體的抽吸作用與蒸汽混合后進入管道維持器，經一定時間后通過一蒸汽混合后進入管道維持器，經一定時間后通過一膨脹閥進入真空閃急蒸發(fā)器而冷卻至膨脹閥進入真空閃急蒸發(fā)器而冷卻至7

43、0-8070-80，在進，在進入發(fā)酵罐冷卻到接種溫度。入發(fā)酵罐冷卻到接種溫度。培養(yǎng)基滅菌課件842021-10-21此流程的優(yōu)點是：此流程的優(yōu)點是：加熱和冷卻在瞬間完成，營養(yǎng)加熱和冷卻在瞬間完成，營養(yǎng)成分破壞少，可以采用高溫滅菌，把溫度升高到成分破壞少，可以采用高溫滅菌，把溫度升高到140140而不至于引起培養(yǎng)基營養(yǎng)成分的嚴重破壞。而不至于引起培養(yǎng)基營養(yǎng)成分的嚴重破壞。設計合適的管道維持器能保證物料先進先出，避設計合適的管道維持器能保證物料先進先出，避免過熱。但如果維持時間較長時維持管長度就很免過熱。但如果維持時間較長時維持管長度就很大，給安裝和使用帶來不便，所以象酒精廠的醪大，給安裝和使用帶

44、來不便，所以象酒精廠的醪液蒸煮等大多仍采用維持罐。液蒸煮等大多仍采用維持罐。培養(yǎng)基滅菌課件852021-10-21滅菌溫度取決于噴射加熱器中加入蒸汽的壓力和流滅菌溫度取決于噴射加熱器中加入蒸汽的壓力和流量。要保持滅菌溫度很定就要使蒸汽壓力及培養(yǎng)基量。要保持滅菌溫度很定就要使蒸汽壓力及培養(yǎng)基流量穩(wěn)定，故易設置自控裝置，如自控的滯后較大，流量穩(wěn)定，故易設置自控裝置，如自控的滯后較大，也會引起操作不穩(wěn)定而產生滅菌不透或過熱現(xiàn)象。也會引起操作不穩(wěn)定而產生滅菌不透或過熱現(xiàn)象。 培養(yǎng)基滅菌課件862021-10-21此外，由于真空的影響，需要在蒸發(fā)室下面裝一此外，由于真空的影響，需要在蒸發(fā)室下面裝一臺出料

45、泵，或將蒸發(fā)室置于離發(fā)酵罐液面臺出料泵，或將蒸發(fā)室置于離發(fā)酵罐液面1010米以米以上的高處，否則物料就不能流進發(fā)酵罐而進入真上的高處，否則物料就不能流進發(fā)酵罐而進入真空系統(tǒng)，這就給生產帶來不便，尤其對于已經滅空系統(tǒng)，這就給生產帶來不便，尤其對于已經滅菌好的培養(yǎng)基來說，出料泵的密封程度要求很高菌好的培養(yǎng)基來說，出料泵的密封程度要求很高才能避免重新污染，這個問題也是目前許多工廠才能避免重新污染，這個問題也是目前許多工廠不采用真空冷卻的原因之一不采用真空冷卻的原因之一 。培養(yǎng)基滅菌課件872021-10-21培養(yǎng)基滅菌課件882021-10-21 薄板換熱器由于具有設備緊湊、占地面少、拆薄板換熱器由

46、于具有設備緊湊、占地面少、拆洗方便、傳熱面積和傳熱系數高、不使熱敏物料產洗方便、傳熱面積和傳熱系數高、不使熱敏物料產生局部過熱現(xiàn)象等優(yōu)點，被廣泛用于食品、發(fā)酵、生局部過熱現(xiàn)象等優(yōu)點，被廣泛用于食品、發(fā)酵、制藥、化工部門作為加熱、冷卻或滅菌之用。制藥、化工部門作為加熱、冷卻或滅菌之用。培養(yǎng)基滅菌課件892021-10-21圖圖8-108-10所示是采用板式換熱器的連續(xù)滅菌流程，生所示是采用板式換熱器的連續(xù)滅菌流程，生培養(yǎng)液進入板式換熱器的熱回收與熟培養(yǎng)液先進行培養(yǎng)液進入板式換熱器的熱回收與熟培養(yǎng)液先進行一次熱交換達到預熱，以便提高熱量的利用率，然一次熱交換達到預熱，以便提高熱量的利用率，然后進入

47、加熱階段到滅菌溫度后引入維持器進行保溫，后進入加熱階段到滅菌溫度后引入維持器進行保溫，滅菌好的熟培養(yǎng)液再進入熱回收段作為生培養(yǎng)液的滅菌好的熟培養(yǎng)液再進入熱回收段作為生培養(yǎng)液的加熱介質，同時本身也得到一定程度的冷卻，最后加熱介質，同時本身也得到一定程度的冷卻，最后進入冷卻階段用冷卻水冷卻到所需培養(yǎng)溫度。進入冷卻階段用冷卻水冷卻到所需培養(yǎng)溫度。培養(yǎng)基滅菌課件902021-10-21板式換熱器的特點是：板式換熱器的特點是：培養(yǎng)基在設備中同時完成預培養(yǎng)基在設備中同時完成預熱、滅菌及冷卻過程。雖然加熱和冷卻生培養(yǎng)液所熱、滅菌及冷卻過程。雖然加熱和冷卻生培養(yǎng)液所需時間比使用噴射式連續(xù)滅菌較長，但滅菌周期比

48、需時間比使用噴射式連續(xù)滅菌較長，但滅菌周期比分批滅菌小得多。由于生培養(yǎng)基的預熱過程即滅菌分批滅菌小得多。由于生培養(yǎng)基的預熱過程即滅菌培養(yǎng)基的冷卻過程，所以節(jié)約了蒸汽及冷卻水的用培養(yǎng)基的冷卻過程，所以節(jié)約了蒸汽及冷卻水的用量，板式換熱器的缺點是制造加工復雜，必須有專量，板式換熱器的缺點是制造加工復雜，必須有專業(yè)廠成批生產，密封要求高，密封填圈易損壞，需業(yè)廠成批生產，密封要求高，密封填圈易損壞，需經常調換。經常調換。培養(yǎng)基滅菌課件912021-10-21（三）連續(xù)滅菌計算（三）連續(xù)滅菌計算連續(xù)滅菌過程中，加熱和冷卻所需時間極連續(xù)滅菌過程中，加熱和冷卻所需時間極短，為簡化計算，可以把加熱和冷卻階段短，為簡化計算，可以把加熱和冷卻階段效果略去。因而，只有維持器的計算與滅效果略去。因而，只有維持器的計算與滅菌程度相關。菌程度相關。培養(yǎng)基滅菌課件922021-10-21 維持罐維持罐由式：由式：t t2 2=2.303/Klg(N=2.303/Klg(N0 0/N/Ns s) )可以求出連續(xù)滅菌過可以求出連續(xù)滅菌過程所需的維持時間，根據流量和維持時間可定出程