培養(yǎng)基滅菌及設(shè)備詳解演示文稿

培養(yǎng)基滅(Mie)菌及設(shè)備詳解演示文稿第一頁，共七十二頁。（優(yōu)選(Xuan)）培養(yǎng)基滅菌及設(shè)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(dāng)微生物處于最低溫度以下時(shí)，代謝作用幾乎停止而處于休眠狀態(tài)。當(dāng)溫度超過最高限度時(shí)，微生物細(xì)胞中的原生質(zhì)膠體和酶起了不可逆的凝固變性，使微生物在很短時(shí)間內(nèi)死亡，加熱滅菌即是根據(jù)微生物這一特性而進(jìn)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(shí)間按何熱死速度常數(shù)2、熱死時(shí)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(yǎng)基的滅菌（一）培養(yǎng)基濕熱滅菌需解決的工程問題（1）將培養(yǎng)基中的雜菌總數(shù)N0殺滅到可以接受的總數(shù)N（10-3），需要多高的溫度、多長的時(shí)間為合理。第六頁，共七十二頁。（2）滅菌溫度和時(shí)間的確定取決于：——①雜菌孢子的熱(Re)滅死動力學(xué)——②反應(yīng)器的形式和操作方式——③培養(yǎng)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(xué)方程1、對數(shù)殘留定律對數(shù)殘留定律：實(shí)驗(yàn)證明，對培養(yǎng)基進(jìn)行濕熱滅菌時(shí)，培養(yǎng)基中微生物受熱死亡的速率與殘存的微生物數(shù)量成正比。即微生物營養(yǎng)細(xì)胞的均相熱死滅菌動力學(xué)符合化學(xué)反應(yīng)的一級反應(yīng)動力學(xué)。即：第八頁，共七十二頁。N：任一時(shí)刻的(De)活細(xì)菌濃度（個/L）t：時(shí)間（s）K：比熱死速率常數(shù)（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(xì)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(xué)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(xué)接近一級反應(yīng)動力學(xué)，它的比熱死亡速率常數(shù)K與滅菌溫度T的關(guān)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(shù)[8.314J/（mol.k）]T：熱力學(xué)溫度（K）第十三頁，共七十二頁。上式轉(zhuǎn)(Zhuan)換：第十四頁，共七十二頁?？梢钥闯觯海?）活化能ΔE的大小對K值有重大影響。其它條件相同時(shí)，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(yīng)(Ying)ΔE可能各不相同。將ΔE/R作為微生物受熱死亡時(shí)對溫度敏感性的度量。第十五頁，共七十二頁。培養(yǎng)基中的某些營養(yǎng)物質(zhì)也會受熱破壞，其反應(yīng)(Ying)動力學(xué)方程也可看作一級反應(yīng)(Ying)：第十六頁，共七十二頁。對方程兩邊對T取導(dǎo)(Dao)數(shù)，得方程：第十七頁，共七十二頁。由方程可得(De)出結(jié)論：反應(yīng)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(yàn)表明，細(xì)菌孢子熱死滅反應(yīng)的ΔE很高，而某些有效成分熱破壞反應(yīng)的ΔE較低。將溫度提高到一定程度，會加速細(xì)菌孢子的死滅速度，縮短滅菌時(shí)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(shí)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(yǎng)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(shí)，微生物最不容易死亡。（2）培養(yǎng)基成分：油脂、糖類及一定濃度的蛋白質(zhì)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(shù)很低，使滅菌不徹底。第十九頁，共七十二頁。第2節(jié)(Jie)培養(yǎng)基滅菌的工程設(shè)計(jì)一、滅菌對象和無菌標(biāo)準(zhǔn)滅菌對象：應(yīng)選擇耐熱桿菌芽孢無菌標(biāo)準(zhǔn)：常取N=NS=10-3第二十頁，共七十二頁。二(Er)、發(fā)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(zhì)輸送管道法蘭連接：需經(jīng)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(fā)(Fa)酵罐的閥門發(fā)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(shí)罐滅菌、實(shí)消）將配好的培養(yǎng)基打入發(fā)酵罐，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用的設(shè)備（一般是發(fā)酵罐）一起進(jìn)行滅菌，也稱實(shí)罐滅菌。這種方法不需專門的滅菌設(shè)備，在發(fā)酵罐中進(jìn)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(fù)荷波動大。在發(fā)酵罐中進(jìn)行實(shí)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(shè)計(jì)計(jì)算第二十五頁，共七十二頁。分(Fen)批滅菌的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1.設(shè)備投資較少2.染菌的危險(xiǎn)性較小3.人工操作較方便4.對培養(yǎng)基中固體物質(zhì)含量較多時(shí)更為適宜缺點(diǎn)：滅菌過程中蒸汽用量變化大，造成鍋爐負(fù)荷波動大，一般只限于中小型發(fā)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(nèi)部結(jié)構(gòu)合理(主要是無死角)，焊縫及軸封裝置可靠，蛇管無穿孔現(xiàn)象(Xiang)壓力穩(wěn)定的蒸汽合理的操作方法。發(fā)酵罐的接管圖第二十七頁，共七十二頁。（二）基礎(chǔ)條件的確定1、污染度N0：一般假定位104～106個/ml2、滅菌度N：實(shí)際計(jì)算時(shí)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(fā)酵）。3、N/N0為滅菌程度的指標(biāo)。例(Li)如：培養(yǎng)基100m3，含菌105個/ml,，要求滅菌后存活菌數(shù)10-3個/罐，則N0/N

=(100×106×105/10-3)=1016，為計(jì)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(shí)現(xiàn)的，在升溫的后期和冷卻的初期，培養(yǎng)基的溫度很高，因而對滅菌也有一定貢獻(xiàn)。lnN0/N=36.8是總的判據(jù)，是由升溫、保溫、降溫三段實(shí)現(xiàn)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(shù)殘留定律，確定K，A，E的值。對不同細(xì)胞，選取不同的T和t。5、培養(yǎng)罐中溫度與時(shí)間的關(guān)系大量培養(yǎng)液分批滅菌時(shí)，加熱和冷卻時(shí)間不能忽略?？倻缇鷷r(shí)間等于升溫、保溫和降溫三段時(shí)間之和。

t=t1+t2+t3第二十九頁，共七十二頁。（三）滅菌效率的計(jì)算1、分批滅菌的階段若滅菌溫度(Du)恒定為T，那么到規(guī)定滅菌度(Du)（N）所需殺菌時(shí)間當(dāng)滅菌℃隨時(shí)間變化時(shí)，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(yè)規(guī)模的滅菌操作，完成整個滅菌周期的時(shí)間是3~5h，各階段的貢獻(xiàn)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(guān)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(jié)束后應(yīng)立即引入無菌空氣保壓培養(yǎng)基間歇滅菌過程中應(yīng)注意的問題第六十一頁，共七十二頁。（一）連續(xù)(Xu)滅菌概念（二）連續(xù)滅菌流程（三）連續(xù)滅菌計(jì)算四、連續(xù)滅菌的設(shè)計(jì)計(jì)算第六十二頁，共七十二頁。（一）連續(xù)滅菌概念

連續(xù)滅菌（連消）：培養(yǎng)基在罐外連續(xù)進(jìn)行加熱、維持和冷卻，然后進(jìn)入發(fā)酵罐的殺菌方法。連續(xù)滅菌的優(yōu)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)–保留較多的營養(yǎng)質(zhì)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(fā)酵罐的腐蝕減少；–發(fā)酵罐利用率高；–蒸汽負(fù)荷均勻。缺點(diǎn)

–設(shè)備比較復(fù)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(xù)滅菌流程

（二）連續(xù)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(shè)備：配料罐、連消泵、連消塔、維持罐、蛇管冷卻器等。特點(diǎn)：設(shè)備龐大，易發(fā)生局部受熱不均。流程：配料→調(diào)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(fā)酵溫度第六十六頁，共七十二頁。2、噴射加熱連續(xù)滅(Mie)菌流程第六十七頁，共七十二頁。設(shè)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(yǎng)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(diǎn)：受熱時(shí)間短，培養(yǎng)液破壞