工業(yè)發(fā)酵培養(yǎng)基的滅菌及滅菌設(shè)備

18培養(yǎng)基的滅菌

及滅菌設(shè)備

培養(yǎng)基滅菌及滅菌設(shè)備染菌/噬菌體的主要危害:基質(zhì)及產(chǎn)物消耗,生產(chǎn)能力下降產(chǎn)物得率降低,產(chǎn)品質(zhì)量下降生產(chǎn)失敗(分解產(chǎn)物,分解菌體,異常發(fā)酵)純種培養(yǎng)的具體措施使用滅菌的培養(yǎng)基和設(shè)備空氣除菌設(shè)備嚴(yán)密,保持正壓補(bǔ)料滅菌種子無(wú)污染第一節(jié)滅菌的方法(261)

滅菌（Sterilization）：使用物理或化學(xué)的方法殺滅或去除物料或設(shè)備中一切有生命物質(zhì)的過(guò)程。

滅菌常用方法化學(xué)藥劑滅菌射線(xiàn)滅菌——紫外、電離射線(xiàn)；干熱滅菌——微生物由于氧化作用、蛋白質(zhì)變性、電解質(zhì)濃縮作用死亡；濕熱滅菌——利用飽和蒸汽進(jìn)行滅菌，使蛋白質(zhì)、酶、核酸分子內(nèi)部化學(xué)鍵破壞，不可逆變性死亡；過(guò)濾除菌——利用過(guò)濾的方法阻留微生物第二節(jié)培養(yǎng)基的滅菌(p262)一、熱滅菌的原理1.微生物的熱阻熱滅菌原理：溫度超過(guò)微生物最適生長(zhǎng)溫度的上限時(shí)，細(xì)胞中的蛋白會(huì)發(fā)生不可逆的凝固變性，引起微生物死亡。致死溫度：殺死微生物的極限溫度。致死時(shí)間：在致死溫度下殺死全部微生物所需要的時(shí)間熱阻：指微生物在某一特定條件下（主要指溫度和加熱方式）的致死時(shí)間。表示微生物對(duì)熱的抵抗能力。相對(duì)熱阻：指某一微生物在某一條件下的致死時(shí)間與另一微生物在相同條件下的致死時(shí)間之比。2.對(duì)數(shù)殘留定律

內(nèi)容:對(duì)微生物進(jìn)行濕熱滅菌時(shí),培養(yǎng)基中的微生物受熱死亡的速率與殘存的微生物數(shù)量成正比.

-dN/dτ=κN

N——培養(yǎng)基中活的微生物個(gè)數(shù)

τ——滅菌時(shí)間（s）；κ——比死亡速率（s-1）；

dN/dτ—微生物的瞬時(shí)變化率，即死亡速率

τ=2.303/κlog(N0/N)

滅菌時(shí)間取決于污染程度,滅菌程度和κ.注意：N不能為０，常采用千分之一（0.001)關(guān)于比死亡速率κ

κ是微生物耐熱性的一種特征，與微生物的種類(lèi)和滅菌溫度有關(guān)。相同溫度，κ越小，越耐熱。同一種微生物在不同滅菌溫度下κ值不同。

滅菌溫度越低，κ越小。培養(yǎng)基滅菌前含微生物種類(lèi)多，κ值不同,可取耐熱芽孢桿菌的κ值進(jìn)行滅菌時(shí)間計(jì)算微生物的耐熱性還可用微生物的數(shù)目減少為原來(lái)的1/10時(shí)所需的時(shí)間D表示。

ln（1/10）=-κD

D=2.303/κ二.培養(yǎng)基滅菌溫度的選擇

滅菌過(guò)程伴隨培養(yǎng)基中營(yíng)養(yǎng)成分的破壞培養(yǎng)基營(yíng)養(yǎng)成分破壞屬于分解反應(yīng),可看作化學(xué)動(dòng)力學(xué)中一級(jí)反應(yīng)dC/dτ=-κ’Cκ’=A’exp(-ΔE’/RT)殺滅微生物的△Ｅ高于維生素分解的△Ｅ，因此，在任何溫度下，殺滅微生物所需要的時(shí)間比培養(yǎng)基成分分解的時(shí)間長(zhǎng)．ln(κ2/κ1)/ln(κ2’/κ1’)=E/E’因?yàn)镋>E’,所以ln(κ2/κ1)>ln(κ2’/κ1’)即滅菌溫度上升時(shí)，滅菌的速度常數(shù)的增加倍數(shù)>培養(yǎng)基成分破壞的速度常數(shù)的增加倍數(shù)。微生物殺滅速度大于培養(yǎng)基成分破壞的速度。所以，培養(yǎng)基滅菌采用高溫短時(shí)的方法。

三.影響培養(yǎng)基滅菌的因素

1.

培養(yǎng)基成分的影響油脂\糖類(lèi)\蛋白:增加微生物耐熱性高濃度鹽類(lèi)\色素:削弱微生物耐熱性

2.pH的影響

pH6~8時(shí)，微生物最不易死亡

pH<6，氫離子易滲入細(xì)胞

pH越低，滅菌時(shí)間越短

3.泡沫的影響泡沫對(duì)滅菌極為不利（形成隔熱層）

4.顆粒物質(zhì)的影響顆粒>1mm，需過(guò)濾除去第三節(jié)培養(yǎng)基的分批滅菌(p267)分批滅菌（實(shí)罐滅菌，實(shí)消）：將配制好的培養(yǎng)基放在發(fā)酵罐中,通入蒸氣將培養(yǎng)基和設(shè)備一起進(jìn)行滅菌的過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)：不需要專(zhuān)門(mén)的滅菌設(shè)備、投資少對(duì)蒸汽壓力要求低（1×105~4×105）滅菌效果可靠可用于極易起泡或黏度很大的培養(yǎng)基

缺點(diǎn)：鍋爐負(fù)荷波動(dòng)大設(shè)備利用率低無(wú)法采用高溫短時(shí)滅菌過(guò)程：升溫、保溫和冷卻一.升溫階段

升溫方式：間接加熱－不穩(wěn)定傳熱過(guò)程

加熱蒸汽溫度不隨時(shí)間改變，培養(yǎng)基溫度不斷上升

GCdt=hF(ts－t)dτh不變：τ=GC/hFln((ts－ti)/(ts－tf))h：230－350J/（m2.s.℃）（夾套）350－520J/（m2.s.℃）（蛇管）

2.直接蒸氣加熱τ=[GC((tf－ti)+Q’)/(λ－CW·tf)S散失熱量可取加熱培養(yǎng)基所需熱量的10%~20%升溫階段結(jié)束后殘留的活菌數(shù)N1可認(rèn)為溫度高于100℃時(shí)才有滅菌效果。二.冷卻階段

GCdt/dτ=WCW(two－twi)=KFΔtmτ=GC/WCW(B/B-1)ln[(ti-twi)/(tf-twi)T=TWi[1+βexp(ατ)]α=WCW/GC[1-exp(-KF/WCW)]β=(Ti-Twi)/Twi三.保溫階段

溫度恒定，比死亡速率不變

τ＝1/κln(N1/N2)N1：升溫結(jié)束時(shí)的活菌數(shù)；N2：開(kāi)始降溫時(shí)的活菌數(shù)

第四節(jié)

培養(yǎng)基的連續(xù)滅菌

連續(xù)滅菌(連消）：將配制好的培養(yǎng)基在向發(fā)酵罐輸送的同時(shí)進(jìn)行加溫、保溫、冷卻處理而進(jìn)行滅菌的過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)：可采用高溫短時(shí)殺菌，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)破壞小

設(shè)備利用率高蒸汽負(fù)荷平衡，鍋爐利用率高適宜采用自動(dòng)控制

一.連續(xù)滅菌的流程

配料罐→連消泵→加熱器（連消塔）→維持罐→冷卻器

噴射加熱連續(xù)滅菌流程：

噴射加熱→管道維持→真空冷卻噴射加熱連續(xù)滅菌優(yōu)點(diǎn)受熱時(shí)間短保證培養(yǎng)基先進(jìn)先出，避免過(guò)熱或滅菌不徹底注意：真空系統(tǒng)要嚴(yán)格密封，避免二次污染薄板換熱器連續(xù)滅菌流程：

培養(yǎng)基在設(shè)備中同時(shí)完成預(yù)熱、滅菌和冷卻過(guò)程。優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約蒸汽和冷卻水用量．周期較短二.連續(xù)滅菌的設(shè)備和計(jì)算1、預(yù)熱：70℃（不溶性物料發(fā)生糊化）2.加熱連消塔式連續(xù)滅菌設(shè)備：套管式氣液混合式噴射加熱器加熱蒸汽用量（273）3.保溫罐式保溫設(shè)備管式保溫設(shè)備4.冷卻噴淋冷卻設(shè)備真空冷卻設(shè)備板式冷卻設(shè)備螺旋板冷卻設(shè)備真空閃冷設(shè)備總結(jié)染菌/噬菌體的主要危害純種培養(yǎng)的具體措施影響培養(yǎng)基滅菌的因素噴射加熱連續(xù)滅菌流程作業(yè)致死溫度致死時(shí)間連續(xù)滅菌(連消）生產(chǎn)發(fā)酵過(guò)程中常用的滅菌方法有哪些？一發(fā)酵罐內(nèi)裝40m3培養(yǎng)基，在121℃實(shí)罐滅菌。原污染程度為每毫升培養(yǎng)基中含耐熱菌