發(fā)酵工程工藝原理：3滅菌與無菌空氣的制備

1、第三章第三章 滅菌與無菌空氣的制備滅菌與無菌空氣的制備 第一節(jié)第一節(jié) 培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌 (Sterilization) 一、消毒與滅菌方法一、消毒與滅菌方法 消毒：消毒：指用物理或化學方法殺死物料、容器、器具指用物理或化學方法殺死物料、容器、器具 內(nèi)外的病原微生物。內(nèi)外的病原微生物。 滅菌：滅菌：指用物理或化學方法殺死或除去環(huán)境中所有指用物理或化學方法殺死或除去環(huán)境中所有 微生物。微生物。 工業(yè)生產(chǎn)上的滅菌方法工業(yè)生產(chǎn)上的滅菌方法有有加熱滅菌、化學藥劑滅菌、加熱滅菌、化學藥劑滅菌、 射線滅菌射線滅菌等等。 化學藥劑滅菌、射線滅菌化學藥劑滅菌、射線滅菌用于無菌間、培養(yǎng)

2、室及車間用于無菌間、培養(yǎng)室及車間 墻面、地面、空氣滅菌。墻面、地面、空氣滅菌。 干熱滅菌：干熱滅菌：火焰滅菌、烘箱滅菌火焰滅菌、烘箱滅菌 加熱滅菌加熱滅菌 濕熱滅菌：濕熱滅菌：巴氏滅菌、間歇滅菌、巴氏滅菌、間歇滅菌、 高壓蒸汽滅菌高壓蒸汽滅菌 二、濕熱滅菌原理二、濕熱滅菌原理 致死溫度：致死溫度：指殺死微生物的最低溫度。指殺死微生物的最低溫度。 致死時間：致死時間：在致死溫度下殺死全部微生物在致死溫度下殺死全部微生物 所需要的時間。所需要的時間。 1.1.微生物的熱阻微生物的熱阻 熱阻：熱阻：微生物對熱的抵抗力。微生物對熱的抵抗力。 微生物對濕熱的相對抵抗力微生物對濕熱的相對抵抗力 微生物名稱

3、微生物名稱大腸桿菌大腸桿菌細菌芽孢細菌芽孢霉菌孢子霉菌孢子病毒病毒 相對抵抗力相對抵抗力1 3 10621015 2. 2. 微生物的熱死規(guī)律微生物的熱死規(guī)律對數(shù)殘留定律對數(shù)殘留定律 100100時不同時間微生物存活數(shù)時不同時間微生物存活數(shù) 時間時間 （min） 存活數(shù)存活數(shù) （個（個/mL) 時間時間 （min） 存活數(shù)存活數(shù) （個（個/mL) 0 6 7 9 11 9107 1.2107 8106 5106 3106 15 20 25 30 1106 2105 2104 0 2021-7-17發(fā)酵工藝原理5 菌的死亡率（活菌的減少率）菌的死亡率（活菌的減少率）: 與任何時候殘留的活菌數(shù)與任

4、何時候殘留的活菌數(shù)N 成正比。成正比。 對數(shù)殘留定律：對數(shù)殘留定律： N殘留的活菌數(shù)（個）殘留的活菌數(shù)（個） t受熱時間（受熱時間（min) K反應速度常數(shù)（反應速度常數(shù)（min-1) dt dN kN dt dN 將上式積分得：將上式積分得： 兩邊取對數(shù)：兩邊取對數(shù)： 對數(shù)殘留規(guī)律公式：對數(shù)殘留規(guī)律公式： 開始滅菌時原有活菌數(shù)（個）開始滅菌時原有活菌數(shù)（個） 經(jīng)過經(jīng)過t 時間滅菌后的殘留菌數(shù)（個）時間滅菌后的殘留菌數(shù)（個） Nt No tdt k N dN 0 kt N N t o ln oN tN t o N N k tlog 303. 2 3.3.反應速度常數(shù)反應速度常數(shù)k k 在相同溫

5、度下，在相同溫度下，k k值愈小，則此微生物愈耐值愈小，則此微生物愈耐 熱。同一種微生物在不同溫度下，熱。同一種微生物在不同溫度下，k k值也不相同，值也不相同， 滅菌溫度愈低，滅菌溫度愈低，k k值愈小，溫度愈高，值愈小，溫度愈高，k k值愈大。值愈大。 121121某些細菌芽孢的某些細菌芽孢的k k 值值 細菌芽孢名稱細菌芽孢名稱K 值值min-1 枯草芽孢桿菌枯草芽孢桿菌FS5230 硬脂嗜熱芽孢桿菌硬脂嗜熱芽孢桿菌FS1518 硬脂嗜熱芽孢桿菌硬脂嗜熱芽孢桿菌FS617 產(chǎn)氣梭狀芽孢桿菌產(chǎn)氣梭狀芽孢桿菌PA3679 3.82.6 0.77 2.9 1.8 4培養(yǎng)基滅菌溫度的選擇培養(yǎng)基滅

6、菌溫度的選擇 實驗測定：加熱溫度每升高實驗測定：加熱溫度每升高10 物質(zhì)化學反應 物質(zhì)化學反應 1.52 芽孢熱死反應芽孢熱死反應 510 微生物營養(yǎng)細胞熱死反應微生物營養(yǎng)細胞熱死反應 35 結(jié)論：結(jié)論：溫度升高，菌死亡速率大于培養(yǎng)基成分破溫度升高，菌死亡速率大于培養(yǎng)基成分破 壞的速率。壞的速率。 結(jié)論：結(jié)論：溫度升高，菌死亡速率大于培養(yǎng)基成分破壞的溫度升高，菌死亡速率大于培養(yǎng)基成分破壞的 速率。速率。 不同溫度滅菌時間及培養(yǎng)基破壞情況不同溫度滅菌時間及培養(yǎng)基破壞情況 在實際生產(chǎn)中為了既達到滅菌目的又較好地保存營在實際生產(chǎn)中為了既達到滅菌目的又較好地保存營 養(yǎng)成分，最好采用高溫快速滅菌法。養(yǎng)成

7、分，最好采用高溫快速滅菌法。 溫度溫度 （） 滅菌時間滅菌時間 （min) 營養(yǎng)成分破壞營養(yǎng)成分破壞 （%） 溫度溫度 （） 滅菌時間滅菌時間 （min) 營養(yǎng)成分破壞營養(yǎng)成分破壞 （%） 100 110 115 120 400 30 15 4 99.3 67 50 27 130 140 150 0.5 0.08 0.01 8 2 1 三、影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素影響培養(yǎng)基滅菌的其它因素 1培養(yǎng)基成分培養(yǎng)基成分 2PH值值 pH值對滅菌時間的影響值對滅菌時間的影響 溫度溫度 （） 孢子數(shù)孢子數(shù) （個（個/mL) 滅菌時間（滅菌時間（min） pH6.1pH5.3pH5.0pH4.7pH4.5

8、120 115 110 100 10000 10000 10000 10000 8 25 70 740 7 25 65 720 5 12 35 180 3 13 30 150 3 13 24 150 3培養(yǎng)基中的顆粒培養(yǎng)基中的顆粒 4泡沫泡沫 四、工業(yè)滅菌方法四、工業(yè)滅菌方法 1連續(xù)滅菌（連續(xù)滅菌（連消）連消）(Continuous sterilization): 是采用專是采用專 一滅菌設(shè)備一滅菌設(shè)備-連消塔，在高溫下對液體培養(yǎng)基進行短時間加連消塔，在高溫下對液體培養(yǎng)基進行短時間加 熱滅菌。熱滅菌。 優(yōu)點：優(yōu)點：（1）培養(yǎng)基受熱時間短（可在）培養(yǎng)基受熱時間短（可在2030s達到預定滅菌溫達到

9、預定滅菌溫 度），營養(yǎng)成分破壞少；（度），營養(yǎng)成分破壞少；（2）質(zhì)量均勻；（）質(zhì)量均勻；（3）適用于自動）適用于自動 控制?？刂?。 適用條件：適用條件：大規(guī)模生產(chǎn)，培養(yǎng)基中不含有固體顆?；蚺荽笠?guī)模生產(chǎn)，培養(yǎng)基中不含有固體顆?；蚺?沫較少。沫較少。 2. 分批滅菌分批滅菌(實消實消): (Batch sterilization) 指培養(yǎng)基在發(fā)酵罐中滅菌。指培養(yǎng)基在發(fā)酵罐中滅菌。 優(yōu)點：優(yōu)點：無需專一滅菌設(shè)備，但易發(fā)生局部過熱而無需專一滅菌設(shè)備，但易發(fā)生局部過熱而 破壞營養(yǎng)成分的現(xiàn)象。破壞營養(yǎng)成分的現(xiàn)象。 適用條件：適用條件：當培養(yǎng)基中含有固體顆?；蚺囵B(yǎng)基有當培養(yǎng)基中含有固體顆?；蚺囵B(yǎng)基有 較多泡沫時，以采用分批滅菌為好。對于容積較多泡沫時，以采用分批滅菌為好。對于容積 小的發(fā)酵罐，連續(xù)滅菌的優(yōu)點不明顯，而采用小的發(fā)酵罐，連續(xù)滅菌的優(yōu)點不明顯，而采用 分批滅菌比較方便。分批滅菌比較方便。 3.設(shè)備滅菌設(shè)備滅菌 (Stearilization of fermenter) 實罐滅菌時，發(fā)酵罐與培養(yǎng)基一起滅菌。實罐滅菌時，發(fā)酵罐與培養(yǎng)基一起滅菌。 培養(yǎng)基采用連續(xù)滅菌時，發(fā)酵罐需在培養(yǎng)基滅培養(yǎng)基采用連續(xù)滅菌時，發(fā)酵罐需在培養(yǎng)基滅 菌前