第八章培養(yǎng)基滅菌

1、LOGO第八章第八章 培養(yǎng)基滅菌培養(yǎng)基滅菌 在深層、通風(fēng)的發(fā)酵罐中進(jìn)行絕對(duì)無(wú)雜菌的純培養(yǎng)發(fā)酵，是在深層、通風(fēng)的發(fā)酵罐中進(jìn)行絕對(duì)無(wú)雜菌的純培養(yǎng)發(fā)酵，是生化工程所特有的問(wèn)題。從防止污染的工藝觀點(diǎn)看，生化工程工生化工程所特有的問(wèn)題。從防止污染的工藝觀點(diǎn)看，生化工程工作者所作出的最重要的貢獻(xiàn)可能就是在發(fā)酵罐及與之有關(guān)的管道作者所作出的最重要的貢獻(xiàn)可能就是在發(fā)酵罐及與之有關(guān)的管道網(wǎng)的設(shè)計(jì)與操作中推行和發(fā)展了無(wú)菌技術(shù)。網(wǎng)的設(shè)計(jì)與操作中推行和發(fā)展了無(wú)菌技術(shù)。 本章首先概述培養(yǎng)基滅菌的意義與方法，然后對(duì)培養(yǎng)基濕熱本章首先概述培養(yǎng)基滅菌的意義與方法，然后對(duì)培養(yǎng)基濕熱滅菌的原理及工程計(jì)算加以闡述。滅菌的原理及工程

2、計(jì)算加以闡述。 重點(diǎn)：掌握培養(yǎng)基蒸汽加熱滅菌的原理與計(jì)算，了解空氣過(guò)重點(diǎn)：掌握培養(yǎng)基蒸汽加熱滅菌的原理與計(jì)算，了解空氣過(guò)濾除菌的機(jī)制和過(guò)濾器的設(shè)計(jì)計(jì)算。濾除菌的機(jī)制和過(guò)濾器的設(shè)計(jì)計(jì)算。第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述v 微生物是無(wú)孔不入、無(wú)處不在的，但在自然界卻很難找到微生物是無(wú)孔不入、無(wú)處不在的，但在自然界卻很難找到純培養(yǎng)狀態(tài)下生長(zhǎng)的微生物。自從發(fā)酵工業(yè)利用純培養(yǎng)技純培養(yǎng)狀態(tài)下生長(zhǎng)的微生物。自從發(fā)酵工業(yè)利用純培養(yǎng)技術(shù)以來(lái)，許多發(fā)酵過(guò)程特別是抗生素、氨基酸等新型發(fā)酵術(shù)以來(lái)，許多發(fā)酵過(guò)程特別是抗生素、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(chǎn)菌外，工業(yè)都要求純種培養(yǎng)，即在培養(yǎng)期間除大

3、量繁殖生產(chǎn)菌外，不允許其它任何微生物不允許其它任何微生物(統(tǒng)稱為雜菌統(tǒng)稱為雜菌)存在。存在。v 在培養(yǎng)過(guò)程中在培養(yǎng)過(guò)程中(特別是種子擴(kuò)大培養(yǎng)階段和發(fā)酵前期特別是種子擴(kuò)大培養(yǎng)階段和發(fā)酵前期)如有如有少數(shù)雜菌存在，它們便可在極短時(shí)間內(nèi)迅速繁殖與生產(chǎn)菌少數(shù)雜菌存在，它們便可在極短時(shí)間內(nèi)迅速繁殖與生產(chǎn)菌爭(zhēng)奪養(yǎng)分，從而干擾生產(chǎn)菌正常發(fā)酵，甚至造成倒罐。爭(zhēng)奪養(yǎng)分，從而干擾生產(chǎn)菌正常發(fā)酵，甚至造成倒罐。v 為了保證發(fā)酵過(guò)程不感染雜菌，除要求設(shè)備密封及嚴(yán)格無(wú)為了保證發(fā)酵過(guò)程不感染雜菌，除要求設(shè)備密封及嚴(yán)格無(wú)菌操作外，滅菌和消毒就成為生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)成敗的關(guān)鍵問(wèn)題。菌操作外，滅菌和消毒就成為生產(chǎn)或?qū)嶒?yàn)成敗的關(guān)鍵問(wèn)題。

4、在工作中所用的儀器、培養(yǎng)基、發(fā)酵罐、管路、空氣等必在工作中所用的儀器、培養(yǎng)基、發(fā)酵罐、管路、空氣等必須進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌，還要對(duì)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行消毒，以保證生須進(jìn)行嚴(yán)格的滅菌，還要對(duì)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行消毒，以保證生產(chǎn)菌旺盛生長(zhǎng)，防止雜菌和噬菌體的污染。產(chǎn)菌旺盛生長(zhǎng)，防止雜菌和噬菌體的污染。 v 所謂滅菌所謂滅菌(Sterilization)指的是用物理或化學(xué)因子除去物品指的是用物理或化學(xué)因子除去物品上所有生活微生物的方法，而只消除病原微生物的措施則上所有生活微生物的方法，而只消除病原微生物的措施則是消毒，一般都籠統(tǒng)地稱為殺菌或滅菌。培養(yǎng)基及設(shè)備滅是消毒，一般都籠統(tǒng)地稱為殺菌或滅菌。培養(yǎng)基及設(shè)備滅菌的方法有許

5、多種，如加熱滅菌、射線滅菌和化學(xué)藥劑滅菌的方法有許多種，如加熱滅菌、射線滅菌和化學(xué)藥劑滅菌等。菌等。1、加熱滅菌、加熱滅菌v 微生物細(xì)胞由蛋白質(zhì)組成，加熱可導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，從而微生物細(xì)胞由蛋白質(zhì)組成，加熱可導(dǎo)致蛋白質(zhì)變性，從而達(dá)到消滅微生物的目的。微生物對(duì)高溫的敏感性大于對(duì)低達(dá)到消滅微生物的目的。微生物對(duì)高溫的敏感性大于對(duì)低溫的敏感性，所以采用高溫滅菌是一種有效的滅菌方法。溫的敏感性，所以采用高溫滅菌是一種有效的滅菌方法。v (1)火焰滅菌：利用火焰直接將微生物燒死，是一種比較徹火焰滅菌：利用火焰直接將微生物燒死，是一種比較徹底、迅速而簡(jiǎn)單的加熱滅菌法。但它只限于接種針、玻璃底、迅速而簡(jiǎn)單的加

6、熱滅菌法。但它只限于接種針、玻璃棒、試管口、三角瓶口及接種管口等的滅菌，只是在接種棒、試管口、三角瓶口及接種管口等的滅菌，只是在接種時(shí)使用。時(shí)使用。v (2)干熱滅菌：利用電熱或紅外線在一定設(shè)備內(nèi)加熱到一定溫干熱滅菌：利用電熱或紅外線在一定設(shè)備內(nèi)加熱到一定溫度把微生物殺死，一般用于不宜直接用火焰滅菌、要求殺菌度把微生物殺死，一般用于不宜直接用火焰滅菌、要求殺菌后保持干燥狀態(tài)的物料的滅菌。干熱滅菌必須采用高溫，常后保持干燥狀態(tài)的物料的滅菌。干熱滅菌必須采用高溫，常在在160170維持維持12h。v (3)濕熱滅菌：按被滅菌物品的性質(zhì)不同，選擇各種不同溫度濕熱滅菌：按被滅菌物品的性質(zhì)不同，選擇各種

7、不同溫度的蒸汽進(jìn)行滅菌。由于細(xì)胞原生質(zhì)在含水量高的情況下易變的蒸汽進(jìn)行滅菌。由于細(xì)胞原生質(zhì)在含水量高的情況下易變性凝固，而且蒸汽的穿透力強(qiáng)，所以在同樣溫度下，濕熱滅性凝固，而且蒸汽的穿透力強(qiáng)，所以在同樣溫度下，濕熱滅菌比干熱滅菌效果要好，加之蒸汽來(lái)源容易，因而此法在工菌比干熱滅菌效果要好，加之蒸汽來(lái)源容易，因而此法在工業(yè)生產(chǎn)上廣泛使用。業(yè)生產(chǎn)上廣泛使用。 2、射線滅菌、射線滅菌v 通常使用紫外線、高速電子流的陰極射線、通常使用紫外線、高速電子流的陰極射線、X射線和射線和射線等，以射線等，以紫外線最常用。紫外線的特點(diǎn)是對(duì)芽孢和營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞都能起作用，紫外線最常用。紫外線的特點(diǎn)是對(duì)芽孢和營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞都能起

8、作用，但細(xì)菌芽孢和霉菌孢子對(duì)其抵抗力較大，且紫外線穿透力極低，但細(xì)菌芽孢和霉菌孢子對(duì)其抵抗力較大，且紫外線穿透力極低，所以只能用于表面滅菌，對(duì)固體物質(zhì)滅菌不徹底。一般無(wú)菌室、所以只能用于表面滅菌，對(duì)固體物質(zhì)滅菌不徹底。一般無(wú)菌室、無(wú)菌箱和搖瓶間等可采用無(wú)菌箱和搖瓶間等可采用30W紫外線燈照射紫外線燈照射2030min，以波長(zhǎng)以波長(zhǎng)260nm左右滅菌效力最好。左右滅菌效力最好。3、化學(xué)藥劑滅菌、化學(xué)藥劑滅菌 消毒劑或防腐劑的種類很多，常用的有以下幾種：消毒劑或防腐劑的種類很多，常用的有以下幾種：v (1)0.10.25%KMnO4溶液：用于皮膚、水果、飲具的消毒。溶液：用于皮膚、水果、飲具的消毒

9、。v (2)0.51%漂白粉溶液：用于用具和車間環(huán)境滅菌。漂白粉溶液：用于用具和車間環(huán)境滅菌。v (3)75%酒精溶液：用于皮膚和玻璃器皿表面滅菌。酒精溶液：用于皮膚和玻璃器皿表面滅菌。v (4)0.25%新潔爾溶液：用于皮膚和小器皿表面消毒及環(huán)境消毒。新潔爾溶液：用于皮膚和小器皿表面消毒及環(huán)境消毒。 v (5)10%甲醛溶液：用于無(wú)菌室、搖瓶間、空罐和車間的熏蒸消甲醛溶液：用于無(wú)菌室、搖瓶間、空罐和車間的熏蒸消毒，一般每毒，一般每m3空間使用空間使用3740%甲醛甲醛10mL。v (6)苯酚溶液：苯酚溶液：25%的苯酚的苯酚(石碳酸石碳酸)溶液用于器械及車間環(huán)境溶液用于器械及車間環(huán)境的噴霧消

10、毒，的噴霧消毒，0.5%的溶液為防腐劑。的溶液為防腐劑。v (7)來(lái)蘇爾：是甲醛與肥皂的混合液，常用來(lái)蘇爾：是甲醛與肥皂的混合液，常用25%的溶液來(lái)消毒的溶液來(lái)消毒皮膚、桌面及用具等，對(duì)皮膚刺激性比石碳酸小。皮膚、桌面及用具等，對(duì)皮膚刺激性比石碳酸小。 1.1.化學(xué)試劑滅菌法化學(xué)試劑滅菌法 甲醛、乙醇或新潔爾滅、高錳酸鉀等甲醛、乙醇或新潔爾滅、高錳酸鉀等 適用范圍：環(huán)境、皮膚及器械的表面消毒適用范圍：環(huán)境、皮膚及器械的表面消毒2.2.射線滅菌射線滅菌法法3.3.干熱滅菌法干熱滅菌法 電磁波、紫外線或放射性物質(zhì)電磁波、紫外線或放射性物質(zhì)適用范圍：無(wú)菌室、接種箱適用范圍：無(wú)菌室、接種箱常用烘箱，滅

11、菌條件：常用烘箱，滅菌條件：160160下保溫下保溫1h 1h 適用范圍：金屬或玻璃器皿適用范圍：金屬或玻璃器皿4.4.濕熱滅菌法濕熱滅菌法 利用飽和蒸汽滅菌，條件：利用飽和蒸汽滅菌，條件：121121，30min 30min 適用范圍：生產(chǎn)設(shè)備及培養(yǎng)基滅菌適用范圍：生產(chǎn)設(shè)備及培養(yǎng)基滅菌5.5.過(guò)濾除菌法過(guò)濾除菌法 利用過(guò)濾方法阻留微生物利用過(guò)濾方法阻留微生物 適用范圍：制備無(wú)菌空氣適用范圍：制備無(wú)菌空氣 6.6.火焰滅菌法火焰滅菌法 火焰火焰 適用范圍：接種針、玻璃棒、三角瓶口適用范圍：接種針、玻璃棒、三角瓶口 v 谷氨酸棒狀桿菌的培養(yǎng)液常采用的滅菌方法是（谷氨酸棒狀桿菌的培養(yǎng)液常采用的滅菌

12、方法是（ ）A A高壓蒸汽滅菌高壓蒸汽滅菌B B高溫滅菌高溫滅菌C C加入抗生素滅菌加入抗生素滅菌D D酒精滅菌酒精滅菌消毒（消毒（disinfectiondisinfection）與滅菌（）與滅菌（sterilizationsterilization）的區(qū)別？）的區(qū)別？ 消毒是指用物理或化學(xué)方法殺死物料、容器、器具內(nèi)外的病消毒是指用物理或化學(xué)方法殺死物料、容器、器具內(nèi)外的病原微生物。原微生物。一般只能殺死營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死細(xì)菌芽孢一般只能殺死營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死細(xì)菌芽孢。例如，。例如，巴氏消毒法，是將物料加熱至巴氏消毒法，是將物料加熱至6060維持維持30min30min，以殺死不耐高溫，以殺

13、死不耐高溫的微生物營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞。的微生物營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞。 滅菌是用物理或化學(xué)方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物，包滅菌是用物理或化學(xué)方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物，包括營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)菌芽孢和孢子。括營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)菌芽孢和孢子。 消毒不一定能達(dá)到滅菌要求，而滅菌則可達(dá)到消毒的目的。消毒不一定能達(dá)到滅菌要求，而滅菌則可達(dá)到消毒的目的。 培養(yǎng)基的濕熱滅菌培養(yǎng)基的濕熱滅菌 濕熱滅菌原理濕熱滅菌原理 滅菌條件滅菌條件滅菌不利方面滅菌不利方面蒸汽具有很強(qiáng)的穿透能力，而且在冷凝蒸汽具有很強(qiáng)的穿透能力，而且在冷凝時(shí)會(huì)放出大量的冷凝熱，很容易使蛋白時(shí)會(huì)放出大量的冷凝熱，很容易使蛋白質(zhì)凝固而殺死各種微生物。質(zhì)凝固而殺死各種微生物。

14、 121，30min。 同時(shí)會(huì)破壞培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)成分，甚同時(shí)會(huì)破壞培養(yǎng)基中的營(yíng)養(yǎng)成分，甚至產(chǎn)生不利于菌體生長(zhǎng)的物質(zhì)至產(chǎn)生不利于菌體生長(zhǎng)的物質(zhì)。將配制好的培將配制好的培養(yǎng)基養(yǎng)基同時(shí)放在同時(shí)放在發(fā)酵罐或其他發(fā)酵罐或其他裝置中，通入裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基蒸汽將培養(yǎng)基和所用設(shè)備一和所用設(shè)備一起進(jìn)行加熱滅起進(jìn)行加熱滅菌的過(guò)程，也菌的過(guò)程，也稱實(shí)罐滅菌。稱實(shí)罐滅菌。（一）間歇滅菌（一）間歇滅菌 （常用）（常用）培養(yǎng)基間歇滅菌過(guò)程培養(yǎng)基間歇滅菌過(guò)程中的溫度變化情況中的溫度變化情況24016012080時(shí)間（min)050100150溫度升溫冷卻保溫過(guò)程包括：過(guò)程包括：升溫、保溫和冷卻升溫、保溫和冷卻三階段

15、。三階段。各階段對(duì)滅菌的各階段對(duì)滅菌的貢獻(xiàn)：貢獻(xiàn)： 20%20%、75%75%、5%5%。蒸汽蒸汽（二）連續(xù)滅菌（又稱連消）（二）連續(xù)滅菌（又稱連消） 將培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外通過(guò)連續(xù)滅菌裝置進(jìn)行將培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外通過(guò)連續(xù)滅菌裝置進(jìn)行加熱、保溫和冷卻而進(jìn)行滅菌。加熱、保溫和冷卻而進(jìn)行滅菌。 發(fā)酵罐發(fā)酵罐蒸汽蒸汽冷卻水冷卻水無(wú)菌培養(yǎng)基無(wú)菌培養(yǎng)基配料罐配料罐泵泵加熱塔加熱塔維持罐維持罐冷卻管冷卻管連續(xù)滅菌的基本設(shè)備有哪些連續(xù)滅菌的基本設(shè)備有哪些 ？問(wèn)題問(wèn)題連續(xù)滅菌的流程與設(shè)備連續(xù)滅菌的流程與設(shè)備（1）配料預(yù)熱罐，）配料預(yù)熱罐，將配制好的料液預(yù)熱將配制好的料液預(yù)熱到到60 70 ，以免連以免連續(xù)滅菌時(shí)由于

16、料液與續(xù)滅菌時(shí)由于料液與蒸汽溫度相差過(guò)大而蒸汽溫度相差過(guò)大而產(chǎn)生產(chǎn)生水汽撞擊聲水汽撞擊聲；（2）連消塔，）連消塔，用高用高溫蒸汽使料液溫蒸汽使料液溫度很溫度很快升高到滅菌快升高到滅菌(126 132 ）；（3 3）維持罐，）維持罐，使料液在滅菌溫度下保持使料液在滅菌溫度下保持5 5 7min7min。因?yàn)椋阂驗(yàn)椋哼B消塔加熱的時(shí)間很短，光靠這段時(shí)間連消塔加熱的時(shí)間很短，光靠這段時(shí)間的滅菌是不夠的的滅菌是不夠的；（4 4）冷卻管，）冷卻管，使料液使料液冷卻到冷卻到4040 50 50 后（冷水后（冷水噴淋）噴淋） ，輸送到預(yù)先滅菌過(guò)的罐內(nèi)。，輸送到預(yù)先滅菌過(guò)的罐內(nèi)。 連續(xù)滅菌過(guò)程中溫度的變化連續(xù)滅

17、菌過(guò)程中溫度的變化( (虛線虛線) ) 優(yōu)優(yōu) 點(diǎn)點(diǎn)缺缺 點(diǎn)點(diǎn)連連續(xù)續(xù)滅滅菌菌1.1.高溫短時(shí)滅菌，培養(yǎng)基高溫短時(shí)滅菌，培養(yǎng)基 營(yíng)養(yǎng)成分損失少。營(yíng)養(yǎng)成分損失少。2.2.發(fā)酵罐占用時(shí)間縮短，發(fā)酵罐占用時(shí)間縮短， 利用率高。利用率高。 1.1.設(shè)備復(fù)雜，操作麻煩設(shè)備復(fù)雜，操作麻煩, , 染菌機(jī)會(huì)多。染菌機(jī)會(huì)多。2.2.不適合含大量固體物不適合含大量固體物 料的滅菌。料的滅菌。間間歇歇滅滅菌菌1.1.設(shè)備要求低，不需另外設(shè)備要求低，不需另外 加熱、冷卻裝置。加熱、冷卻裝置。2.2.操作要求低，適合小批操作要求低，適合小批 量生產(chǎn)規(guī)模量生產(chǎn)規(guī)模3.3.適合含大量固體物料的適合含大量固體物料的 滅菌滅菌1

18、.1.培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損培養(yǎng)基的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)損 失大，滅菌后培養(yǎng)基失大，滅菌后培養(yǎng)基 質(zhì)量下降質(zhì)量下降2.2.發(fā)酵罐的利用率較低發(fā)酵罐的利用率較低3.3.不適合大規(guī)模生產(chǎn)的不適合大規(guī)模生產(chǎn)的 滅菌滅菌（三）間歇滅菌與連續(xù)滅菌的比較（三）間歇滅菌與連續(xù)滅菌的比較第二節(jié)第二節(jié) 加熱滅菌的基本原理加熱滅菌的基本原理v 滅菌的方法雖然很多，但對(duì)發(fā)酵工業(yè)中大量培養(yǎng)基和生產(chǎn)滅菌的方法雖然很多，但對(duì)發(fā)酵工業(yè)中大量培養(yǎng)基和生產(chǎn)設(shè)備的處理，目前廣泛采用蒸汽加熱的方法進(jìn)行滅菌。實(shí)設(shè)備的處理，目前廣泛采用蒸汽加熱的方法進(jìn)行滅菌。實(shí)際生產(chǎn)上，蒸汽較易獲得，蒸汽溫度高，冷凝時(shí)能放出大際生產(chǎn)上，蒸汽較易獲得，蒸汽溫度高，冷凝

19、時(shí)能放出大量的潛熱，加速嗜熱菌芽孢的死亡，操作控制也較方便，量的潛熱，加速嗜熱菌芽孢的死亡，操作控制也較方便，因而濕熱蒸汽滅菌是一種簡(jiǎn)單而又經(jīng)濟(jì)有效的滅菌方法。因而濕熱蒸汽滅菌是一種簡(jiǎn)單而又經(jīng)濟(jì)有效的滅菌方法。v 用濕熱法處理培養(yǎng)基時(shí)，在微生物被殺死的同時(shí)，培養(yǎng)基用濕熱法處理培養(yǎng)基時(shí)，在微生物被殺死的同時(shí)，培養(yǎng)基成分也受到一定的破壞。對(duì)于滅菌的要求是既要達(dá)到殺菌成分也受到一定的破壞。對(duì)于滅菌的要求是既要達(dá)到殺菌的目的，又要使培養(yǎng)基成分破壞盡可能減少到最低程度。的目的，又要使培養(yǎng)基成分破壞盡可能減少到最低程度。因此，因此，滅菌程度滅菌程度和和營(yíng)養(yǎng)成分的破壞營(yíng)養(yǎng)成分的破壞成為滅菌工作中的主要成為滅

20、菌工作中的主要矛盾，恰當(dāng)掌握加熱溫度和受熱時(shí)間是滅菌工作的關(guān)鍵。矛盾，恰當(dāng)掌握加熱溫度和受熱時(shí)間是滅菌工作的關(guān)鍵。 一、微生物的熱阻一、微生物的熱阻v 每一種微生物都有一定的生長(zhǎng)溫度范圍。當(dāng)微生物處在最每一種微生物都有一定的生長(zhǎng)溫度范圍。當(dāng)微生物處在最低限溫度以下時(shí)，代謝作用幾乎停止而處于休眠狀態(tài)。相低限溫度以下時(shí)，代謝作用幾乎停止而處于休眠狀態(tài)。相反，溫度超過(guò)最高限度時(shí)，細(xì)胞中的原生質(zhì)膠體和酶蛋白反，溫度超過(guò)最高限度時(shí)，細(xì)胞中的原生質(zhì)膠體和酶蛋白就發(fā)生不可逆的凝固變性，使微生物在一定時(shí)間內(nèi)死亡。就發(fā)生不可逆的凝固變性，使微生物在一定時(shí)間內(nèi)死亡。加熱滅菌就是根據(jù)微生物的這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行的。加熱滅菌

21、就是根據(jù)微生物的這個(gè)特點(diǎn)進(jìn)行的。v 殺死微生物的極限溫度稱為殺死微生物的極限溫度稱為致死溫度致死溫度。在致死溫度下，殺。在致死溫度下，殺死全部微生物所需要的時(shí)間稱為死全部微生物所需要的時(shí)間稱為致死時(shí)間致死時(shí)間。在致死溫度以。在致死溫度以上，溫度愈高，致死時(shí)間愈短。營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和細(xì)菌芽孢對(duì)熱上，溫度愈高，致死時(shí)間愈短。營(yíng)養(yǎng)細(xì)胞和細(xì)菌芽孢對(duì)熱的抵抗力不同。的抵抗力不同。微生物對(duì)熱的抵抗力，常用微生物對(duì)熱的抵抗力，常用“熱阻熱阻”表示。表示。熱阻是指微生物在某一特定條件下的致死時(shí)間。熱阻是指微生物在某一特定條件下的致死時(shí)間。二、微生物的熱死原理二、微生物的熱死原理對(duì)數(shù)殘留定律對(duì)數(shù)殘留定律v 在一定溫度下

22、，微生物的受熱死亡符合單分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在一定溫度下，微生物的受熱死亡符合單分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)。在滅菌過(guò)程中，活菌數(shù)逐漸減少，其減少量隨殘存活菌數(shù)在滅菌過(guò)程中，活菌數(shù)逐漸減少，其減少量隨殘存活菌數(shù)的減少而遞減，即微生物熱死亡速率與任一瞬間殘存活菌的減少而遞減，即微生物熱死亡速率與任一瞬間殘存活菌數(shù)成正比，這就是對(duì)數(shù)殘留定律：數(shù)成正比，這就是對(duì)數(shù)殘留定律： -dN/dt=KN 式中：式中： N殘存活菌數(shù)殘存活菌數(shù)；t滅菌時(shí)間滅菌時(shí)間(min)；K殺菌速率常數(shù)殺菌速率常數(shù)(min-1)，也稱為反應(yīng)速度常數(shù)，其大小與微生物的種類和也稱為反應(yīng)速度常數(shù)，其大小與微生物的種類和加熱溫度有關(guān)；加熱溫度有關(guān)；dN

23、/dt菌的瞬時(shí)變化率，即死亡速率。菌的瞬時(shí)變化率，即死亡速率。 v 將存活率將存活率 與滅菌時(shí)間與滅菌時(shí)間t t在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪可在半對(duì)數(shù)坐標(biāo)紙上標(biāo)繪可以得到直線。以得到直線。 NoN直線的斜率為直線的斜率為K K，K K值越大表示微生物越值越大表示微生物越容易死亡容易死亡。KtNoN 嗜熱脂肪芽孢桿菌嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子的熱死速率孢子的熱死速率KtNoN K K（比熱死亡速率常數(shù)）比熱死亡速率常數(shù)）由兩個(gè)因素決定由兩個(gè)因素決定1 1、微生物的種類和存在方式、微生物的種類和存在方式2 2、滅菌溫度、滅菌溫度 在一定溫度下，比熱死亡速率常數(shù)在一定溫度下，比熱死亡速率常數(shù)K K隨微生物種隨微生

24、物種類不同而不同。例如，在類不同而不同。例如，在121121， 枯草芽胞桿菌枯草芽胞桿菌FS5230FS5230的的K K：0.0470.0470.063s0.063s-1-1； 梭狀芽胞桿菌梭狀芽胞桿菌PA3679PA3679的的K K：0.03 s0.03 s-1-1； 嗜熱脂肪桿菌嗜熱脂肪桿菌FS1518FS1518的的K K：0.013 s0.013 s-1-1。 v 在恒定溫度下，將方程移項(xiàng)積分：在恒定溫度下，將方程移項(xiàng)積分：v N0開始滅菌開始滅菌(t=0)時(shí)原有活菌數(shù)時(shí)原有活菌數(shù)(污染度污染度)；Ns經(jīng)時(shí)間經(jīng)時(shí)間t后后殘存活菌數(shù)殘存活菌數(shù)(滅菌度，一般要求滅菌度，一般要求Ns=1

25、0-3)；v 反應(yīng)速度常數(shù)反應(yīng)速度常數(shù)K是判斷微生物受熱死亡難易程度的基本依是判斷微生物受熱死亡難易程度的基本依據(jù)。各種微生物在同樣溫度下的據(jù)。各種微生物在同樣溫度下的K值不同，并受菌的生理值不同，并受菌的生理狀態(tài)、生長(zhǎng)條件及殺菌方法等多種因素的影響。狀態(tài)、生長(zhǎng)條件及殺菌方法等多種因素的影響。K值愈小，值愈小，則此微生物愈耐熱則此微生物愈耐熱。有時(shí)習(xí)慣上也有采用。有時(shí)習(xí)慣上也有采用1/10衰減時(shí)間衰減時(shí)間D(decimal reaction time)來(lái)表示的，來(lái)表示的，D值是活的微生物在受值是活的微生物在受熱過(guò)程中減少到原來(lái)數(shù)目的熱過(guò)程中減少到原來(lái)數(shù)目的1/10(N/N0=1/10)所需要的

26、時(shí)間。所需要的時(shí)間。D與與K成反比關(guān)系：成反比關(guān)系： 0012.303lnlgssNNtKNKN2.3032.303lg10DKKv 就各種微生物的熱阻來(lái)說(shuō)，細(xì)菌芽孢是較耐熱的，孢子的就各種微生物的熱阻來(lái)說(shuō)，細(xì)菌芽孢是較耐熱的，孢子的熱阻要比生長(zhǎng)期細(xì)胞大得多，即細(xì)菌芽孢的熱阻要比生長(zhǎng)期細(xì)胞大得多，即細(xì)菌芽孢的K K值比生長(zhǎng)期值比生長(zhǎng)期細(xì)胞和霉菌孢子小得多。故滅菌程度要以殺死細(xì)菌的芽孢細(xì)胞和霉菌孢子小得多。故滅菌程度要以殺死細(xì)菌的芽孢為準(zhǔn)。但對(duì)細(xì)菌芽孢來(lái)說(shuō)，并不始終符合對(duì)數(shù)殘留定律，為準(zhǔn)。但對(duì)細(xì)菌芽孢來(lái)說(shuō)，并不始終符合對(duì)數(shù)殘留定律，特別是在受熱后很短的時(shí)間內(nèi)。特別是在受熱后很短的時(shí)間內(nèi)。 三、溫

27、度對(duì)殺菌速率常數(shù)三、溫度對(duì)殺菌速率常數(shù)K的影響的影響v 微生物受熱蛋白質(zhì)變性而死亡，這種反應(yīng)屬于單分子反應(yīng)微生物受熱蛋白質(zhì)變性而死亡，這種反應(yīng)屬于單分子反應(yīng)型，所以溫度對(duì)殺菌速率常數(shù)的影響可以用型，所以溫度對(duì)殺菌速率常數(shù)的影響可以用阿累尼烏斯阿累尼烏斯(Arrhenius)方程方程表示：表示：v K=Ae-E/RT或或lnK=lnA-E/R1/T v K殺菌速率常數(shù)殺菌速率常數(shù)(min-1)；A頻率因子頻率因子(min-1)，因菌種不因菌種不同而異；同而異；E活化能活化能(J/mol)，其值愈大，微生物越易受熱其值愈大，微生物越易受熱死亡；死亡；T絕對(duì)溫度絕對(duì)溫度(K)，T(K)=t()+27

28、3.15；R氣體常氣體常數(shù)，等于數(shù)，等于8.36J/molK(或或1.98cal/molK)； 211211ln()KEKR TT四、影響培養(yǎng)基滅菌的因素四、影響培養(yǎng)基滅菌的因素1、營(yíng)養(yǎng)成分的保持、營(yíng)養(yǎng)成分的保持v 在培養(yǎng)液加熱殺菌時(shí)，不僅殺死雜菌，培養(yǎng)基成分也受熱在培養(yǎng)液加熱殺菌時(shí)，不僅殺死雜菌，培養(yǎng)基成分也受熱變化，尤其是維生素、氨基酸、葡萄糖等營(yíng)養(yǎng)成分也會(huì)受變化，尤其是維生素、氨基酸、葡萄糖等營(yíng)養(yǎng)成分也會(huì)受熱破壞。所以在滅菌過(guò)程中，既要達(dá)到滅菌效果，又要考熱破壞。所以在滅菌過(guò)程中，既要達(dá)到滅菌效果，又要考慮盡量減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞。慮盡量減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞。 v 培養(yǎng)基成分受熱分解的反應(yīng)也

29、是屬于一級(jí)反應(yīng)，符合對(duì)數(shù)培養(yǎng)基成分受熱分解的反應(yīng)也是屬于一級(jí)反應(yīng)，符合對(duì)數(shù)殘留定律和阿氏方程：殘留定律和阿氏方程： -dC/dt=KC K=Ae-E/RTv 式中：式中：K營(yíng)養(yǎng)物破壞的反應(yīng)速度常數(shù)營(yíng)養(yǎng)物破壞的反應(yīng)速度常數(shù)(min-1)；C營(yíng)養(yǎng)營(yíng)養(yǎng)物濃度物濃度(mol/L)；E營(yíng)養(yǎng)物分解反應(yīng)的活化能營(yíng)養(yǎng)物分解反應(yīng)的活化能(J/mol)v 在活化能大的反應(yīng)中，反應(yīng)在活化能大的反應(yīng)中，反應(yīng)速率隨溫度變化也大；反之，速率隨溫度變化也大；反之，如果某一反應(yīng)的活化能非常如果某一反應(yīng)的活化能非常小，那么該反應(yīng)的速度隨溫小，那么該反應(yīng)的速度隨溫度的變化也很小。所以當(dāng)溫度的變化也很小。所以當(dāng)溫度升高時(shí)，雜菌死亡

30、速度要度升高時(shí)，雜菌死亡速度要比營(yíng)養(yǎng)成分破壞速度快得多。比營(yíng)養(yǎng)成分破壞速度快得多。根據(jù)這一道理，培養(yǎng)基滅菌根據(jù)這一道理，培養(yǎng)基滅菌采用高溫短時(shí)的方法，可以采用高溫短時(shí)的方法，可以減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞。養(yǎng)分減少營(yíng)養(yǎng)成分的破壞。養(yǎng)分雖因溫度增高破壞也增加，雖因溫度增高破壞也增加，但因滅菌時(shí)間大為縮短，總但因滅菌時(shí)間大為縮短，總破壞量因之減少。破壞量因之減少。 滅菌溫度滅菌溫度()()滅菌時(shí)間滅菌時(shí)間( (min)min)VBVB1 1損失損失(%)(%)10010084384399.9999.9911011075758989115115151550501201207.67.627271301300.

31、8510.85110101401400.1070.1073 31501500.0150.0151 2、微生物的耐熱性、微生物的耐熱性v 無(wú)芽孢的細(xì)菌在無(wú)芽孢的細(xì)菌在60加熱加熱60min或或70加熱加熱5min即可殺死，即可殺死，霉菌孢子在霉菌孢子在8688加熱加熱3min也可殺死。但是有些細(xì)菌芽也可殺死。但是有些細(xì)菌芽孢的熱阻較大，孢的熱阻較大，100處理處理30min仍未殺死。仍未殺死。v 培養(yǎng)基中含有各種各樣的微生物，不可能逐一地加以考慮。培養(yǎng)基中含有各種各樣的微生物，不可能逐一地加以考慮。在滅菌計(jì)算中，如將全部微生物作為耐熱的細(xì)菌芽孢來(lái)計(jì)在滅菌計(jì)算中，如將全部微生物作為耐熱的細(xì)菌芽孢來(lái)

32、計(jì)算滅菌溫度和時(shí)間，這樣就勢(shì)必加長(zhǎng)加熱時(shí)間和提高加熱算滅菌溫度和時(shí)間，這樣就勢(shì)必加長(zhǎng)加熱時(shí)間和提高加熱溫度。溫度。v 滅菌所需要的時(shí)間取決于把活的細(xì)菌芽孢減少到所規(guī)定數(shù)滅菌所需要的時(shí)間取決于把活的細(xì)菌芽孢減少到所規(guī)定數(shù)目的時(shí)間。同時(shí)，由于一個(gè)細(xì)菌只能形成一個(gè)芽孢，故把目的時(shí)間。同時(shí)，由于一個(gè)細(xì)菌只能形成一個(gè)芽孢，故把培養(yǎng)基中原有芽孢細(xì)菌和細(xì)菌芽孢數(shù)之和作為計(jì)算依據(jù)較培養(yǎng)基中原有芽孢細(xì)菌和細(xì)菌芽孢數(shù)之和作為計(jì)算依據(jù)較為合理。為合理。 3 3、pHpH值值v pHpH值對(duì)微生物的耐熱性影響很大，值對(duì)微生物的耐熱性影響很大，pH=6.0pH=6.08.08.0時(shí)，微生物最時(shí)，微生物最不易死亡，不易死

33、亡，pHpH6.06.0時(shí)，時(shí)，H H+ +很易滲入微生物的細(xì)胞，從而改變很易滲入微生物的細(xì)胞，從而改變細(xì)胞的生理反應(yīng)，促使其死亡。所以，培養(yǎng)基的細(xì)胞的生理反應(yīng)，促使其死亡。所以，培養(yǎng)基的pHpH值愈低，值愈低，所需的滅菌時(shí)間也愈短。但一般情況下，微生物對(duì)培養(yǎng)基的所需的滅菌時(shí)間也愈短。但一般情況下，微生物對(duì)培養(yǎng)基的pHpH值都有一定的要求，在不允許調(diào)節(jié)值都有一定的要求，在不允許調(diào)節(jié)pHpH值的情況下，就要適值的情況下，就要適當(dāng)考慮延長(zhǎng)維持時(shí)間或提高滅菌溫度。當(dāng)考慮延長(zhǎng)維持時(shí)間或提高滅菌溫度。溫度()孢子數(shù)(個(gè)/mL)滅菌時(shí)間(min)pH=6.15.35.04.74.512010,000875

34、3311510,000252512131311010,0007065353024100 10,4 4、培養(yǎng)基成分、培養(yǎng)基成分v 油脂、糖類及一定濃度的蛋白質(zhì)會(huì)增加生物的耐熱性。高濃油脂、糖類及一定濃度的蛋白質(zhì)會(huì)增加生物的耐熱性。高濃度的有機(jī)物會(huì)包于細(xì)胞周圍，形成一層薄膜影響熱的傳入，度的有機(jī)物會(huì)包于細(xì)胞周圍，形成一層薄膜影響熱的傳入，所以滅菌溫度應(yīng)較高。而高濃度的鹽類所以滅菌溫度應(yīng)較高。而高濃度的鹽類(8(810%10%以上以上) )、色素、色素則削弱其耐熱性，故較易滅菌。例如，大腸桿菌在水中加熱則削弱其耐熱性，故較易滅菌。例如，大腸桿菌在水中加熱至至60606565便死亡，在便死亡，在10%

35、10%糖液中需糖液中需7070加熱加熱4 46 6minmin才死亡，才死亡，在在30%30%糖液中需要糖液中需要3030minmin才死亡。才死亡。 5 5、泡沫、泡沫v 培養(yǎng)基中發(fā)生的泡沫對(duì)滅菌極為不利，因?yàn)榕菽械目諝庑闻囵B(yǎng)基中發(fā)生的泡沫對(duì)滅菌極為不利，因?yàn)榕菽械目諝庑纬筛魺釋?，使熱量難以滲透進(jìn)去，殺死其中潛伏的微生物。成隔熱層，使熱量難以滲透進(jìn)去，殺死其中潛伏的微生物。在分批滅菌中，對(duì)極易起泡的培養(yǎng)基必須予以很好的控制。在分批滅菌中，對(duì)極易起泡的培養(yǎng)基必須予以很好的控制。若產(chǎn)生泡沫要采取措施加以破壞，如可加入少量消泡劑。對(duì)若產(chǎn)生泡沫要采取措施加以破壞，如可加入少量消泡劑。對(duì)極易產(chǎn)生泡

36、沫的培養(yǎng)基，如采用連續(xù)滅菌的方法更應(yīng)注意。極易產(chǎn)生泡沫的培養(yǎng)基，如采用連續(xù)滅菌的方法更應(yīng)注意。6、顆粒、顆粒v 培養(yǎng)基中含的顆粒小，容易滅菌，顆粒大時(shí)，則難滅菌，培養(yǎng)基中含的顆粒小，容易滅菌，顆粒大時(shí)，則難滅菌，對(duì)于含有對(duì)于含有1mm顆粒的培養(yǎng)基，一般采用根據(jù)計(jì)算所定的顆粒的培養(yǎng)基，一般采用根據(jù)計(jì)算所定的滅菌溫度和時(shí)間，而不必提高；對(duì)于含有少量較大顆粒及滅菌溫度和時(shí)間，而不必提高；對(duì)于含有少量較大顆粒及粗纖維的培養(yǎng)基，可用粗濾方法粗纖維的培養(yǎng)基，可用粗濾方法(不應(yīng)影響培養(yǎng)基質(zhì)量不應(yīng)影響培養(yǎng)基質(zhì)量)予予以除去。培養(yǎng)基結(jié)塊會(huì)造成滅菌的不徹底，必須注意。以除去。培養(yǎng)基結(jié)塊會(huì)造成滅菌的不徹底，必須注意

37、。第三節(jié)第三節(jié) 分批滅菌的計(jì)算分批滅菌的計(jì)算一、基礎(chǔ)條件的確定一、基礎(chǔ)條件的確定v 1、污染度、污染度N0:滅菌開始時(shí)，污染的培養(yǎng)基中的雜菌個(gè)數(shù)滅菌開始時(shí)，污染的培養(yǎng)基中的雜菌個(gè)數(shù)(個(gè)個(gè)/mL)，也稱也稱為原始污染度。前已指出，不能對(duì)培養(yǎng)基中的各種微生物逐一考慮，為原始污染度。前已指出，不能對(duì)培養(yǎng)基中的各種微生物逐一考慮，N0應(yīng)取原有芽孢細(xì)菌數(shù)和細(xì)菌芽孢數(shù)之和。一般假定應(yīng)取原有芽孢細(xì)菌數(shù)和細(xì)菌芽孢數(shù)之和。一般假定N0為為104106個(gè)個(gè)/mL。v 2、滅菌度滅菌度Ns：經(jīng)過(guò)滅菌時(shí)間經(jīng)過(guò)滅菌時(shí)間t后，培養(yǎng)基中殘存的活菌個(gè)數(shù)后，培養(yǎng)基中殘存的活菌個(gè)數(shù)(個(gè)個(gè)/mL)，也稱為殺菌程度。若要求滅菌后絕對(duì)

38、無(wú)菌，即也稱為殺菌程度。若要求滅菌后絕對(duì)無(wú)菌，即Ns=0，則從對(duì)數(shù)殘留方則從對(duì)數(shù)殘留方程式可以看出，滅菌時(shí)間程式可以看出，滅菌時(shí)間t將等于無(wú)窮大將等于無(wú)窮大()，這是不可能的，也是不，這是不可能的，也是不必要的。因此，要設(shè)計(jì)一臺(tái)殺菌設(shè)備，必須確定在給定的發(fā)酵中所允必要的。因此，要設(shè)計(jì)一臺(tái)殺菌設(shè)備，必須確定在給定的發(fā)酵中所允許的殘余污染度。也就是說(shuō)，培養(yǎng)液滅菌后，以在培養(yǎng)液中還殘留一許的殘余污染度。也就是說(shuō)，培養(yǎng)液滅菌后，以在培養(yǎng)液中還殘留一定的活菌數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。工程上，通常可設(shè)定的活菌數(shù)來(lái)進(jìn)行計(jì)算。工程上，通?？稍O(shè)Ns=10-3個(gè)個(gè)/罐，即微生物罐，即微生物污染降低到被處理的污染降低到被處理的

39、1000罐中只殘留一個(gè)活微生物的程度，此數(shù)已滿罐中只殘留一個(gè)活微生物的程度，此數(shù)已滿足生產(chǎn)的要求。故實(shí)際計(jì)算時(shí)，只要求出足生產(chǎn)的要求。故實(shí)際計(jì)算時(shí)，只要求出Ns=10-3時(shí)的殺菌時(shí)間即可。時(shí)的殺菌時(shí)間即可。0012.303lnlgssNNtKNKNv 3、污染菌的熱死特性：一般在設(shè)計(jì)時(shí)需要了解殘留活菌數(shù)、污染菌的熱死特性：一般在設(shè)計(jì)時(shí)需要了解殘留活菌數(shù)N與殺菌溫與殺菌溫度度T和時(shí)間和時(shí)間t的關(guān)系。某種最耐熱的細(xì)菌芽孢，在的關(guān)系。某種最耐熱的細(xì)菌芽孢，在121時(shí)的時(shí)的K值只有值只有0.4min-1。v 如用這個(gè)數(shù)值計(jì)算滅菌溫度和時(shí)間，將使溫度和時(shí)間增高很多。由于如用這個(gè)數(shù)值計(jì)算滅菌溫度和時(shí)間，將

40、使溫度和時(shí)間增高很多。由于這種最耐熱的芽孢一般很少發(fā)現(xiàn)，所以在滅菌計(jì)算時(shí)不是把所有細(xì)菌這種最耐熱的芽孢一般很少發(fā)現(xiàn)，所以在滅菌計(jì)算時(shí)不是把所有細(xì)菌當(dāng)作最耐熱的芽孢來(lái)考慮，而是用一般耐熱的細(xì)菌芽孢的當(dāng)作最耐熱的芽孢來(lái)考慮，而是用一般耐熱的細(xì)菌芽孢的K值來(lái)計(jì)算值來(lái)計(jì)算這個(gè)過(guò)程。如果培養(yǎng)基中含有較多量的這種耐熱細(xì)菌芽孢，那么常規(guī)這個(gè)過(guò)程。如果培養(yǎng)基中含有較多量的這種耐熱細(xì)菌芽孢，那么常規(guī)的的121滅菌溫度是不夠的，要將其提高到接近滅菌溫度是不夠的，要將其提高到接近140方可。方可。 v 通常設(shè)計(jì)時(shí)可設(shè)在通常設(shè)計(jì)時(shí)可設(shè)在115.5的芽孢，的芽孢，K孢子孢子=11min-1，在在115.5的細(xì)胞，的細(xì)胞

41、，K細(xì)胞細(xì)胞=10min-1。一種枯草芽孢桿菌一種枯草芽孢桿菌FS5230的芽孢在較高溫度下，其的芽孢在較高溫度下，其K值與溫度值與溫度T之間具有如下關(guān)系：之間具有如下關(guān)系：v K=Ae-E/RT=7.941038e-68700/1.98T 211211ln()KEKR TTv 4 4、培養(yǎng)罐中溫度與時(shí)間的關(guān)系：、培養(yǎng)罐中溫度與時(shí)間的關(guān)系：v 少量培養(yǎng)液的殺菌，其升溫到殺菌溫度的時(shí)間以及維持規(guī)少量培養(yǎng)液的殺菌，其升溫到殺菌溫度的時(shí)間以及維持規(guī)定的殺菌時(shí)間后的降溫時(shí)間可以忽略。但在大量培養(yǎng)液的定的殺菌時(shí)間后的降溫時(shí)間可以忽略。但在大量培養(yǎng)液的分批滅菌時(shí)，加熱和冷卻所需的時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，發(fā)酵罐容積分批

42、滅菌時(shí)，加熱和冷卻所需的時(shí)間相當(dāng)長(zhǎng)，發(fā)酵罐容積越大，時(shí)間越長(zhǎng)。這兩段時(shí)間實(shí)際上也起滅菌作用，不可越大，時(shí)間越長(zhǎng)。這兩段時(shí)間實(shí)際上也起滅菌作用，不可忽視，以防止因過(guò)度殺菌而引起培養(yǎng)液中有效成分的過(guò)度忽視，以防止因過(guò)度殺菌而引起培養(yǎng)液中有效成分的過(guò)度損失。所以，總的滅菌時(shí)間損失。所以，總的滅菌時(shí)間t t應(yīng)等于加熱時(shí)間應(yīng)等于加熱時(shí)間( (升溫升溫) )時(shí)間時(shí)間t t1 1、維持維持( (保溫保溫) )時(shí)間時(shí)間t t2 2和冷卻和冷卻( (降溫降溫) )時(shí)間時(shí)間t t3 3的總和。的總和。V總總=V加加+V保保+V冷冷V：滅菌準(zhǔn)數(shù)或殺菌值，表示滅菌效果：滅菌準(zhǔn)數(shù)或殺菌值，表示滅菌效果第四節(jié)第四節(jié) 連續(xù)

43、滅菌及其計(jì)算連續(xù)滅菌及其計(jì)算v 將培養(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)將培養(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)酵罐的殺菌方法就是連續(xù)滅菌法。連續(xù)滅菌優(yōu)點(diǎn)很多，例酵罐的殺菌方法就是連續(xù)滅菌法。連續(xù)滅菌優(yōu)點(diǎn)很多，例如可以采用高溫短時(shí)，使培養(yǎng)基養(yǎng)分破壞減少到最低限度，如可以采用高溫短時(shí)，使培養(yǎng)基養(yǎng)分破壞減少到最低限度，從而增加了生產(chǎn)率；蒸汽負(fù)荷均勻，便于自動(dòng)控制；由于從而增加了生產(chǎn)率；蒸汽負(fù)荷均勻，便于自動(dòng)控制；由于總的滅菌時(shí)間較分批滅菌短，縮短了發(fā)酵周期；降低了勞總的滅菌時(shí)間較分批滅菌短，縮短了發(fā)酵周期；降低了勞動(dòng)強(qiáng)度等等。因此，培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌已日益受到重視。動(dòng)強(qiáng)度等等。因

44、此，培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌已日益受到重視。v 對(duì)于粘度過(guò)高或固體成分較多的培養(yǎng)基，要實(shí)現(xiàn)連續(xù)滅菌對(duì)于粘度過(guò)高或固體成分較多的培養(yǎng)基，要實(shí)現(xiàn)連續(xù)滅菌困難較多，主要是滅菌的均勻度與管道堵塞問(wèn)題。設(shè)計(jì)這困難較多，主要是滅菌的均勻度與管道堵塞問(wèn)題。設(shè)計(jì)這類物料的連續(xù)滅菌設(shè)備必須避免管道過(guò)長(zhǎng)，或盡可能將淀類物料的連續(xù)滅菌設(shè)備必須避免管道過(guò)長(zhǎng)，或盡可能將淀粉質(zhì)培養(yǎng)基先行液化。粉質(zhì)培養(yǎng)基先行液化。一、連續(xù)滅菌流程一、連續(xù)滅菌流程v 連續(xù)滅菌因加熱和冷卻設(shè)備的不同，可有各種流程形式。一般在連續(xù)滅菌時(shí)，連續(xù)滅菌因加熱和冷卻設(shè)備的不同，可有各種流程形式。一般在連續(xù)滅菌時(shí)，應(yīng)盡量采用新型的熱交換設(shè)備，以縮短升溫和殺菌后的

45、冷卻時(shí)間。應(yīng)盡量采用新型的熱交換設(shè)備，以縮短升溫和殺菌后的冷卻時(shí)間。 v 1 1、連消塔、連消塔噴淋冷卻流程噴淋冷卻流程v 這是國(guó)內(nèi)味精廠曾普遍采用的連續(xù)滅菌流程。培養(yǎng)基用泵打入連消塔與蒸氣直這是國(guó)內(nèi)味精廠曾普遍采用的連續(xù)滅菌流程。培養(yǎng)基用泵打入連消塔與蒸氣直接混合，達(dá)到滅菌溫度后進(jìn)入維持罐，維持一定時(shí)間后經(jīng)噴淋冷卻器冷卻至一接混合，達(dá)到滅菌溫度后進(jìn)入維持罐，維持一定時(shí)間后經(jīng)噴淋冷卻器冷卻至一定溫度后進(jìn)入發(fā)酵罐。該流程是比較陳舊的設(shè)計(jì)，設(shè)備較龐大；維持罐直徑較定溫度后進(jìn)入發(fā)酵罐。該流程是比較陳舊的設(shè)計(jì)，設(shè)備較龐大；維持罐直徑較大，不能保證物料先進(jìn)先出，易發(fā)生局部過(guò)熱或滅菌不足的現(xiàn)象；噴淋冷卻管

46、大，不能保證物料先進(jìn)先出，易發(fā)生局部過(guò)熱或滅菌不足的現(xiàn)象；噴淋冷卻管道很長(zhǎng)，對(duì)于粘度較高、固形物含量較多的培養(yǎng)基極易堵塞。為了提高熱量利道很長(zhǎng)，對(duì)于粘度較高、固形物含量較多的培養(yǎng)基極易堵塞。為了提高熱量利用和節(jié)約冷卻水，可采用一臺(tái)套管式換熱器或板式換熱器置于維持罐及冷卻器用和節(jié)約冷卻水，可采用一臺(tái)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(jìn)行一次熱交換，得到預(yù)熱后再進(jìn)入連消塔。中間，使生培養(yǎng)基與熱培養(yǎng)基先進(jìn)行一次熱交換，得到預(yù)熱后再進(jìn)入連消塔。 2.2.噴射加熱噴射加熱- -真空冷卻流程真空冷卻流程 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

47、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蒸汽混合后進(jìn)入管道維持器，經(jīng)一定時(shí)間后通過(guò)一膨脹閥進(jìn)入真空吸作用與蒸汽混合后進(jìn)入管道維持器，經(jīng)一定時(shí)間后通過(guò)一膨脹閥進(jìn)入真空閃急蒸發(fā)室，因真空作用使水分急劇蒸發(fā)而冷卻，再進(jìn)入發(fā)酵罐冷卻到接種閃急蒸發(fā)室，因真空作用使水分急劇蒸發(fā)而冷卻，再進(jìn)入發(fā)酵罐冷卻到接種溫度。優(yōu)點(diǎn)：加熱和冷卻在瞬間完成，營(yíng)養(yǎng)成份破壞少。溫度。優(yōu)點(diǎn)：加熱和冷卻在瞬間完成，營(yíng)養(yǎng)成份破壞少。2.2.薄板換熱器連續(xù)滅菌流程薄板換熱器連續(xù)滅菌流程 被廣泛應(yīng)用于食品、發(fā)酵、制藥、化工部門作為加熱、冷卻或滅菌之用。如：被廣泛應(yīng)用于食品、發(fā)酵、制藥、化工部門作為加熱、

48、冷卻或滅菌之用。如：啤酒廠用于麥芽汁冷卻，果酒廠用做葡萄酒滅菌和冷卻。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備緊湊、啤酒廠用于麥芽汁冷卻，果酒廠用做葡萄酒滅菌和冷卻。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備緊湊、占地面積小、拆洗方便、傳熱面積和傳熱系數(shù)高、不使熱敏性物料產(chǎn)生局部占地面積小、拆洗方便、傳熱面積和傳熱系數(shù)高、不使熱敏性物料產(chǎn)生局部過(guò)熱現(xiàn)象等。過(guò)熱現(xiàn)象等。 生培養(yǎng)基進(jìn)入板式換熱器的加熱段與熟培養(yǎng)液進(jìn)行一次熱交換達(dá)到預(yù)熱，然生培養(yǎng)基進(jìn)入板式換熱器的加熱段與熟培養(yǎng)液進(jìn)行一次熱交換達(dá)到預(yù)熱，然后進(jìn)入加熱段加熱到滅菌溫度后引入維持器保溫。同時(shí)可再次用于預(yù)熱，并后進(jìn)入加熱段加熱到滅菌溫度后引入維持器保溫。同時(shí)可再次用于預(yù)熱，并自身冷卻。自身冷卻。二、連

49、續(xù)滅菌計(jì)算二、連續(xù)滅菌計(jì)算v 連續(xù)滅菌過(guò)程中，加熱和冷卻所需時(shí)間極短，為簡(jiǎn)化計(jì)算，連續(xù)滅菌過(guò)程中，加熱和冷卻所需時(shí)間極短，為簡(jiǎn)化計(jì)算，可以把加熱和冷卻階段的滅菌效果略去不計(jì)?？梢园鸭訜岷屠鋮s階段的滅菌效果略去不計(jì)。v 直接蒸汽連續(xù)滅菌設(shè)備的溫度與時(shí)間的關(guān)系，取決于所涉直接蒸汽連續(xù)滅菌設(shè)備的溫度與時(shí)間的關(guān)系，取決于所涉及的實(shí)際滅菌問(wèn)題，由于受熱時(shí)間短，溫度可升高至及的實(shí)際滅菌問(wèn)題，由于受熱時(shí)間短，溫度可升高至140140而不致嚴(yán)重破壞培養(yǎng)基。采用連消塔時(shí)可在而不致嚴(yán)重破壞培養(yǎng)基。采用連消塔時(shí)可在20203030S S達(dá)到預(yù)定滅菌溫度，由維持罐來(lái)保持必要的殺菌時(shí)間；達(dá)到預(yù)定滅菌溫度，由維持罐來(lái)保持

50、必要的殺菌時(shí)間；v 滅菌溫度和時(shí)間應(yīng)根據(jù)培養(yǎng)基的性質(zhì)和污染程度來(lái)決定。滅菌溫度和時(shí)間應(yīng)根據(jù)培養(yǎng)基的性質(zhì)和污染程度來(lái)決定。例如，谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基粘度低、營(yíng)養(yǎng)豐富，故滅菌溫度例如，谷氨酸發(fā)酵培養(yǎng)基粘度低、營(yíng)養(yǎng)豐富，故滅菌溫度可低些，目前生產(chǎn)上一般多采用可低些，目前生產(chǎn)上一般多采用110110115115保溫保溫8 81010minmin。滅菌時(shí)間主要是維持段滅菌時(shí)間主要是維持段( (維持罐或維持管維持罐或維持管) )中停留的時(shí)間中停留的時(shí)間 。v 如果已知原始污染度如果已知原始污染度N N0 0以及在滅菌溫度下微生物死亡反應(yīng)以及在滅菌溫度下微生物死亡反應(yīng)的速度常數(shù)的速度常數(shù)K K，略去加熱和冷卻階

51、段的滅菌效果，則根據(jù)略去加熱和冷卻階段的滅菌效果，則根據(jù)式式 就可以求出連續(xù)滅菌過(guò)程所需的維持時(shí)間就可以求出連續(xù)滅菌過(guò)程所需的維持時(shí)間t t2 2，根據(jù)流量和根據(jù)流量和維持時(shí)間維持時(shí)間t t2 2可定出維持罐的裝料容積。可定出維持罐的裝料容積。0012.303lnlgssNNtKNKNv 例題一臺(tái)連續(xù)滅菌設(shè)備流量例題一臺(tái)連續(xù)滅菌設(shè)備流量Q=6m3/h，發(fā)酵罐裝料容積發(fā)酵罐裝料容積40m3，原始污原始污染度染度105個(gè)個(gè)/mL，要求滅菌程度要求滅菌程度Ns=10-3，滅菌溫度滅菌溫度T=125，此時(shí)的此時(shí)的K=11min-1。試求維持時(shí)間試求維持時(shí)間t2及維持罐的裝料容積及維持罐的裝料容積V約需

52、多少約需多少?v 解解 N0=(40106)105=41012v 每分鐘滅菌物料體積（維持容積）每分鐘滅菌物料體積（維持容積） V=（Q/60）t2=(6/60)3.26=0.326m3v 罐式維持器不能保證物料先進(jìn)先出，所以如果采取以上計(jì)算所得的維持罐式維持器不能保證物料先進(jìn)先出，所以如果采取以上計(jì)算所得的維持時(shí)間和容積，則可能有一部分物料未達(dá)到所要求的滅菌程度而過(guò)早流出，時(shí)間和容積，則可能有一部分物料未達(dá)到所要求的滅菌程度而過(guò)早流出，為了安全起見并根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)采用維持時(shí)間為了安全起見并根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)采用維持時(shí)間t2=5min，則：則：v V=(6/60)5=0.5m3 123202.3032

53、.303lg()lg(4 1010 )3.26min11StNNK2 2、維持管、維持管v 管道維持器的設(shè)計(jì)，不但要保證所要求的維持時(shí)間，而且管道維持器的設(shè)計(jì)，不但要保證所要求的維持時(shí)間，而且要使物料在管道中的流動(dòng)形式盡量接近活塞流，即管道截要使物料在管道中的流動(dòng)形式盡量接近活塞流，即管道截面各點(diǎn)的流動(dòng)速度相等。在這種情況下，液體在維持段平面各點(diǎn)的流動(dòng)速度相等。在這種情況下，液體在維持段平均停留時(shí)間恰好等于所有培養(yǎng)基的受熱時(shí)間，故能避免因均停留時(shí)間恰好等于所有培養(yǎng)基的受熱時(shí)間，故能避免因局部過(guò)熱而造成營(yíng)養(yǎng)成分破壞或滅菌不足的現(xiàn)象。局部過(guò)熱而造成營(yíng)養(yǎng)成分破壞或滅菌不足的現(xiàn)象。 第五節(jié)第五節(jié) 滅菌

54、問(wèn)題的討論滅菌問(wèn)題的討論一、培養(yǎng)基的滅菌條件一、培養(yǎng)基的滅菌條件v 是采用分批滅菌，還是采用連續(xù)滅菌，這與培養(yǎng)基的性質(zhì)是采用分批滅菌，還是采用連續(xù)滅菌，這與培養(yǎng)基的性質(zhì)有很大關(guān)系。有很大關(guān)系。v 在氨基酸發(fā)酵中，大容積的培養(yǎng)基采用連續(xù)法消毒比間歇在氨基酸發(fā)酵中，大容積的培養(yǎng)基采用連續(xù)法消毒比間歇法消毒更為優(yōu)越。法消毒更為優(yōu)越。v 在抗生素發(fā)酵中，間歇法也許是可行的，因?yàn)橐褂貌蝗茉诳股匕l(fā)酵中，間歇法也許是可行的，因?yàn)橐褂貌蝗苄缘呐囵B(yǎng)基成分，如黃豆餅粉或碳酸鈣等。而氨基酸發(fā)酵性的培養(yǎng)基成分，如黃豆餅粉或碳酸鈣等。而氨基酸發(fā)酵則采用可溶性成分，例如朊、甜菜糖蜜、淀粉水解液或黃則采用可溶性成分，例如朊、甜菜糖蜜、淀粉水解液或黃豆餅粉水解液，因此，可以有效地使用連消裝置。豆餅粉水解液，因此，可以有效地使用連消裝置。v 采用連消法的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，消毒效果好，易控制，有利于采用連消法的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，消毒效果好，