第1章培養(yǎng)基準備和培養(yǎng)基滅菌的設(shè)備

1、第一節(jié)第一節(jié) 培養(yǎng)基的準備與要求培養(yǎng)基的準備與要求 培養(yǎng)基培養(yǎng)基：供特定的微生物、動物細胞、植物：供特定的微生物、動物細胞、植物細胞、細胞組織、微藻生物等生長、繁殖、細胞、細胞組織、微藻生物等生長、繁殖、代謝和合成產(chǎn)物需要的，按一定組成比例配代謝和合成產(chǎn)物需要的，按一定組成比例配制而成的營養(yǎng)物質(zhì)。制而成的營養(yǎng)物質(zhì)。 培養(yǎng)基按其配方成分可以分成培養(yǎng)基按其配方成分可以分成天然培養(yǎng)基和天然培養(yǎng)基和合成培養(yǎng)基合成培養(yǎng)基。 天然培養(yǎng)基：一類具體成分不十分明確的天然培養(yǎng)基：一類具體成分不十分明確的天然產(chǎn)品，大部分是農(nóng)產(chǎn)品。天然產(chǎn)品，大部分是農(nóng)產(chǎn)品。 合成培養(yǎng)基：一類完全明確的化學成分物合成培養(yǎng)基：一類完全

2、明確的化學成分物質(zhì)配制組成。質(zhì)配制組成。微生物培養(yǎng)基 微生物培養(yǎng)基按用途分為孢子培養(yǎng)基（不產(chǎn)孢子的稱斜面培養(yǎng)基）、種子培養(yǎng)基和發(fā)酵培養(yǎng)基。 孢子培養(yǎng)基中的碳源和氮源（特別是有機氮源）的濃度要低，多了會只長菌絲，少長或不長孢子。通常把配制好的培養(yǎng)基裝在扁瓶、三角瓶或試管中，在高壓滅菌鍋中121，滅菌2030min。微生物培養(yǎng)基 種子培養(yǎng)基是指用于搖瓶種子培養(yǎng)或工業(yè)生產(chǎn)用種子罐種子培養(yǎng)的營養(yǎng)組成。工業(yè)化生產(chǎn)中把配制好的培養(yǎng)基裝在種子罐中，采用高壓蒸汽直接滅菌，控制溫度121，滅菌1520min。 發(fā)酵培養(yǎng)基含有供菌絲體迅速生長繁殖和合成產(chǎn)物需要的營養(yǎng)物質(zhì)。工業(yè)化生產(chǎn)中發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌方法把配制好的培

3、養(yǎng)基裝在種子罐中，采用高壓蒸汽直接滅菌，控制溫度121，滅菌1520min。發(fā)酵培養(yǎng)基的要求培養(yǎng)基的原料應因地制宜，價格低廉；且性能穩(wěn)定，資源豐富，便于采購運輸，適合大規(guī)模儲藏，能保證生產(chǎn)上的供應。培養(yǎng)基能滿足產(chǎn)物最經(jīng)濟的合成，最大限度地利用原料,使原料全部轉(zhuǎn)化成某種產(chǎn)物。發(fā)酵后所形成的副產(chǎn)物盡可能的少。例如酒精發(fā)酵。所選用的培養(yǎng)基應滿足總體工藝的要求，如不影響通氣、提取、純化和廢物處理。微生物培養(yǎng)基 在高溫滅菌時，糖類物質(zhì)容易被破壞且易在高溫滅菌時，糖類物質(zhì)容易被破壞且易和有機氮發(fā)生美拉德反應，即氨基酸和還和有機氮發(fā)生美拉德反應，即氨基酸和還原糖及還原糖的分解物反應，經(jīng)過復雜的原糖及還原糖的

4、分解物反應，經(jīng)過復雜的歷程最終生成棕色甚至是黑色的大分子物歷程最終生成棕色甚至是黑色的大分子物質(zhì)擬黑素。這些物質(zhì)會對微生物產(chǎn)生毒性，質(zhì)擬黑素。這些物質(zhì)會對微生物產(chǎn)生毒性，嚴重時抑制微生物的生長。嚴重時抑制微生物的生長。動物細胞培養(yǎng)基 動物細胞培養(yǎng)對培養(yǎng)基要求較高。動物細胞培養(yǎng)動物細胞培養(yǎng)對培養(yǎng)基要求較高。動物細胞培養(yǎng)基的特性是營養(yǎng)豐富，含有氨基酸（基的特性是營養(yǎng)豐富，含有氨基酸（1313種以上）、種以上）、維生素、碳水化合物、無機鹽和其它成分（如生維生素、碳水化合物、無機鹽和其它成分（如生長因子、激素、貼壁因子等），許多成分是熱敏長因子、激素、貼壁因子等），許多成分是熱敏物質(zhì)，不能用高溫蒸汽滅

5、菌法，通常采用微孔濾物質(zhì)，不能用高溫蒸汽滅菌法，通常采用微孔濾膜過濾滅菌法來處理動物細胞培養(yǎng)基，保證培養(yǎng)膜過濾滅菌法來處理動物細胞培養(yǎng)基，保證培養(yǎng)基無菌，營養(yǎng)成分不被破壞?；鶡o菌，營養(yǎng)成分不被破壞。植物細胞培養(yǎng)基 植物細胞培養(yǎng)基與動物細胞培養(yǎng)基相比，相對較為簡單，培養(yǎng)基的組分由無機鹽類、碳源、維生素、植物生長激素、有機氮源、有機酸和一些復合物。培養(yǎng)基中的熱敏化合物（如植物生長激素）不能用高溫蒸汽滅菌法，通常采用微孔濾膜過濾滅菌法來處理，然后再按無菌操作方法混入經(jīng)高溫滅菌好的培養(yǎng)基中。第二節(jié) 培養(yǎng)基的滅菌方法和設(shè)備 大規(guī)模微生物、動物細胞、植物細胞培養(yǎng)過程都是純種培養(yǎng)過程，不允許有雜菌的污染。

6、滅菌是用物理或化學方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物，包括營養(yǎng)細胞、細菌芽孢和孢子。 消毒是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。一般只能殺死營養(yǎng)細胞而不能殺死細菌芽孢。例如，巴氏消毒法，是將物料加熱至60維持30min，以殺死不耐高溫的微生物營養(yǎng)細胞。 消毒不一定能達到滅菌要求，滅菌可達到消毒的目的。 1.1.化學試劑滅菌法化學試劑滅菌法 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

7、性物質(zhì)適用范圍：無菌室、接種箱適用范圍：無菌室、接種箱常用烘箱，滅菌條件：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.過濾除菌法過濾除菌法 利用過濾方法阻留微生物利用過濾方法阻留微生物 適用范圍：制備無菌空氣適用范圍：制備無菌空氣 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 培養(yǎng)基的濕熱滅

8、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的穿透能力，而且在冷凝蒸汽具有很強的穿透能力，而且在冷凝時會放出大量的冷凝熱，很容易使蛋白時會放出大量的冷凝熱，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。 121，30min。 同時會破壞培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分，甚同時會破壞培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分，甚至產(chǎn)生不利于菌體生長的物質(zhì)。至產(chǎn)生不利于菌體生長的物質(zhì)。第三節(jié) 培養(yǎng)基實罐滅菌的計算 發(fā)酵罐發(fā)酵罐蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽冷卻水冷卻水無菌培養(yǎng)基無菌培養(yǎng)基預熱罐預熱罐 連消泵連消泵 加熱器加熱器維持罐維持罐冷卻管冷卻管 連續(xù)滅菌的基本設(shè)備連續(xù)滅菌的基本

9、設(shè)備問題問題配料罐配料罐送料泵送料泵第四節(jié) 培養(yǎng)基連續(xù)滅菌的設(shè)備及計算 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 1）配料預熱罐，）配料預熱罐，將配制好的料液預熱到將配制好的料液預熱到7575 90 90 以免連續(xù)滅菌時由于料液與蒸汽溫度相差過大而產(chǎn)生以免連續(xù)滅菌時由于料液與蒸汽溫度相差過大而產(chǎn)生水汽撞擊聲；水汽撞擊聲；（2 2）加熱器，）加熱器，用高溫蒸汽使料液用高溫蒸汽使料液溫度很快升高到滅溫度很快升高到滅菌溫度（菌溫度（130130 140140），目前使用最廣泛的加熱器有），目前使用最廣泛的加熱器有塔式加熱器和噴射式加熱器。塔式加熱器和噴射式加熱器。塔式加熱器塔式加熱器用內(nèi)外兩根管

10、子套合組成，內(nèi)管開有45向下傾斜的小孔，孔徑一般為6mm，蒸汽由此噴出。小孔在導入管上的分布是上稀下密，使蒸汽較為均勻。培養(yǎng)基由塔底進入，與 小孔中噴出的蒸汽連續(xù)混合后在塔上部流出。培養(yǎng)基在塔內(nèi)停留時間一般取2030s；線速度要求0.1m/s。這種連消塔比較高大，鉆孔、加工、安裝等均不便。塔式加熱器塔式加熱器噴射式加熱器噴射式加熱器改進后的噴射式加熱器噴射式加熱器，培養(yǎng)基以較高流速從中間管噴入，蒸汽從管外環(huán)隙同時噴入，在器內(nèi)進行混合，為了增加混合效果，器內(nèi)設(shè)置一塊弧形擋板。（3 3）維持罐，）維持罐，由于加熱器加熱的時間很短，光由于加熱器加熱的時間很短，光靠這段時間的滅菌是不夠的，維持罐起保溫

11、滅靠這段時間的滅菌是不夠的，維持罐起保溫滅菌作用，使加熱后的培養(yǎng)基在維持設(shè)備中保溫菌作用，使加熱后的培養(yǎng)基在維持設(shè)備中保溫停留一段時間，以達到滅菌目的。要求該設(shè)備停留一段時間，以達到滅菌目的。要求該設(shè)備物料返混要小，外壁用保溫材料保溫。物料返混要小，外壁用保溫材料保溫。（4 4）冷卻設(shè)備，）冷卻設(shè)備，培養(yǎng)基在完成滅菌后，要求快速培養(yǎng)基在完成滅菌后，要求快速冷卻到發(fā)酵工藝規(guī)定的溫度。冷卻設(shè)備要求嚴密冷卻到發(fā)酵工藝規(guī)定的溫度。冷卻設(shè)備要求嚴密性好，冷卻效率高。目前工業(yè)化微生物發(fā)酵企業(yè)性好，冷卻效率高。目前工業(yè)化微生物發(fā)酵企業(yè)都采用都采用真空冷卻器、噴淋冷卻器和螺旋板換熱器真空冷卻器、噴淋冷卻器和螺

12、旋板換熱器。冷卻器內(nèi)是真空，培養(yǎng)基進入后，壓力驟降，急速蒸發(fā)，所產(chǎn)生的二次蒸汽從頂部抽汽管排走，培養(yǎng)基由于蒸發(fā)產(chǎn)生大量蒸汽，消耗了培養(yǎng)基大量的熱能，于是培養(yǎng)基溫度在瞬息間降低到與器內(nèi)真空度相對應的沸點溫度為止。培養(yǎng)基最終被冷卻的溫度取決于設(shè)備操作的真空度。真空式冷卻器噴淋式冷卻器最上端有個淋水槽，冷卻水從淋水槽中溢出，沿著檐板淋到最上層冷卻器直管，然后一層一層往下流，高溫培養(yǎng)基由底端進，上端出。由兩張薄板平行卷制而成，形成了兩個均勻的螺旋通道，兩種傳熱介質(zhì)可進行全逆流流動，大大增強了換熱效果，即使兩種小溫差介質(zhì)，也能達到理想的換熱效果。一般一對進出口在圓周邊上，另一對進出口則設(shè)在圓鼓的軸心上。

13、螺旋板換熱器噴射加熱連續(xù)滅菌流程噴射加熱連續(xù)滅菌流程空罐滅菌空罐滅菌 培養(yǎng)基的滅菌如果是采用連續(xù)滅菌法，則發(fā)酵罐應在加入滅菌的培養(yǎng)基前先行單獨滅菌。 定義：空罐滅菌也稱空消空消。無論是種子罐、發(fā)酵罐、還是消泡罐，當培養(yǎng)基（或物料）尚未進罐前對罐進行預先滅菌，稱為空罐滅菌。優(yōu)優(yōu) 點點缺缺 點點連連續(xù)續(xù)滅滅菌菌1.1.高溫短時滅菌，培養(yǎng)基高溫短時滅菌，培養(yǎng)基 營養(yǎng)成分損失少。營養(yǎng)成分損失少。2.2.發(fā)酵罐占用時間縮短，發(fā)酵罐占用時間縮短， 利用率高。利用率高。 1.1.設(shè)備復雜，操作麻煩設(shè)備復雜，操作麻煩, , 染菌機會多。染菌機會多。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