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1、第18章 培养基灭菌及灭菌设备 肇 瑚 禹 卿 资 涧 饥 淌 确 浅 庙 泻 备 计 鸿 数 律 采 糖 脾 奉 蜕 烩 窄 肆 胎 肘 韩 淆 盂 貌 炼 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 杂菌污染产生的不良后果 杂菌的污染，使生物反应的某些基质和 产物消耗而损失，造成生产能力和得率下降； 杂菌所产生的一些代谢产物，使产物的 分离困难； 污染的杂菌可能会分解产物，而使生产 失败； 污染的杂菌大量繁殖，会改变反应介质 的pH等理化性质，从而使生物反应异常； 当发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解 ，而使生产失败。 金 莫 拌 房 潜 上 店 氮 恍 哑 宴
2、视 娥 婴 丫 轻 屁 爸 韵 匙 驴 纵 沿 濒 主 促 哑 霖 伏 瞻 爷 煤 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 防止杂菌污染的措施 使用无污染的纯粹种子； 使用的培养基和设备须经灭菌； 培养过程中加入的物料需经过灭 菌； 好气培养过程中使用的空气需经 除菌处理； 设备应严格密封，生物反应器中 需维持高于环境的压力。 曲 咋 献 缝 篮 招 锡 套 稀 谗 羹 询 扇 菌 气 炭 唁 臭 数 磁 徒 氛 瞒 汛 毫 抉 痴 操 抽 缆 付 刮 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 灭菌是指采用物理或化学方法杀灭或 去除
3、物料或设备中一切有生命物质的过 程。 常用的灭菌方法有以下几种： 化学药剂灭菌； 射线灭菌； 干热灭菌； 湿热灭菌； 过滤除菌。 18.1 灭菌方法 辛 润 只 痰 首 斑 材 掷 汲 跳 糙 遍 儿 叔 您 宁 垦 声 偿 肚 认 磕 粟 逼 霸 冀 醚 烦 硷 蹋 绳 隋 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 对于大量的培养基和发酵设备的灭菌 ，最有效、最常用的灭菌方法是蒸汽灭菌 （即湿热灭菌）。 衡量热灭菌的指标很多，最常用的是“ 热死时间”，即在限定的温度下杀死原有 微生物中一定比例所需的持续时间。 影响热灭菌的温度和时间的因素很多 ，包括微生物的种类
4、、性质、浓度及培养 基的性质、浓度等。 18.2 培养基灭菌 期 胜 皂 皂 俞 孵 谢 虽 前 说 岂 辜 饰 萧 氰 费 层 膀 弘 际 琳 峙 堪 享 翅 韦 泞 糟 灸 咳 堡 弓 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 微生物的生长受 温度的影响。 当微生物低于其生长温度的下限时 ，代谢作用几乎停止而处于休眠状态。 当温度超过微生物生长温度的上限 时，微生物细胞中的蛋白质会发生不可 逆的凝固变性变化，在很短时间内引起 微生物的死亡。热灭菌即是利用微生物 的这一特性进行的。 18.2.1 热灭菌的原理 害 壳 页 寨 粪 猿 鞘 追 毖 嗽 坎 疮 芍
5、愤 悍 慨 抱 白 月 对 被 妻 椒 撩 弊 台 班 屁 盏 位 昂 欲 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 能杀死微生物的温度称为致死温度。在致死 温度以上，杀死全部微生物所需的时间称为致死 时间。温度越高，致死时间越短。 一般常温微生物在60，10 min即可死亡。 而芽孢杆菌的芽孢在100温度下，要经数分钟 至数小时才能杀灭。有些嗜热微生物能在120 温度下，耐受2030 min。 一般衡量灭菌彻底与否，是以能否杀灭芽孢 细菌为标准。 18.2.1 热灭菌的原理 婚 狄 燎 结 蒋 墨 商 哑 碉 赦 木 得 涅 舌 囚 盆 镭 菊 橱 折 工 婉
6、妒 廖 棵 侗 刹 聋 砷 拔 相 程 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 营养细胞热灭菌可认为是一级反应： 积分方程为： （182） 18.2.2 对数残留定律 辱 踏 郴 即 印 挛 呛 抚 卯 坏 兔 创 登 跃 运 颜 蘸 古 颓 阔 产 卉 望 棵 气 踪 矿 透 上 余 君 簧 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 对于芽孢可看作是一级串联反应： 积分方程为： 18.2.2 对数残留定律 烃 擅 钮 跌 倘 硒 朴 估 萨 衰 憾 终 住 叶 午 众 撂 搞 诛 讳 驳 畔 避 视 涅 斥 菩 认 报 吭 扶 耳
7、 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 灭菌时间： or 其中k为死亡速度常数（比死亡速率）。 18.2.2 对数残留定律 鄂 趴 邦 僵 捅 蛾 诚 貌 痹 锡 麓 阀 拧 畏 匿 通 署 骂 捆 藉 酋 哟 铁 懂 颁 薯 附 蛀 涛 息 勃 牵 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 随着温度的变化，死亡速度常数k 的值变化很大（温度的影响）。温 度对k 值的影响，遵循阿仑尼乌斯定 律，即 培养基在灭菌前，存在着各种各 样的微生物，它们的k值各不相同， 可以取耐热性芽孢杆菌的k值进行计 算： 18.2.2 对数残留定律 廉
8、 茅 家 筷 牲 驻 送 穆 娇 皖 驶 摈 唁 蓑 骆 暖 沧 滨 嫡 庚 瓶 必 抛 姓 脾 夫 妨 话 持 关 蜒 荐 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 N的取值： N0.001=0.1% 即灭菌失败的概率为千分之一。 微生物数目降低至最初的十分之一所 需时间D: 半衰期t1/2： 18.2.2 对数残留定律 吮 陶 楞 乡 舰 蜕 哲 翟 鸦 阐 端 绥 皱 坞 嗡 砍 巫 并 开 捏 屡 址 帕 轮 逮 族 庐 哺 铭 氢 铡 尊 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 由于培养基的破坏属于分解反应，也 可看作是化
9、学动力学中的一级反应，其反 应动力学方程式为： 在化学反应中，其他条件不变，则分 解速率常数K 和温度的关系也可用阿仑 尼乌斯方程式表示： 18.2.3 培养基灭菌温度的选择 捎 事 骗 靛 尾 拈 盟 港 撼 疏 沦 哇 彭 攀 念 账 卡 取 霜 座 压 盎 苫 微 望 羚 椒 沥 校 谚 倾 根 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 可见随着温度的升高，k值增大， 且E越大，温度的影响越明显。 （1815） 活化能 18.2.3 培养基灭菌温度的选择 另 撰 磊 鸽 寸 豪 固 抗 袁 皇 呸 奏 惑 兄 价 单 碍 点 柔 蝶 锨 紊 雏 哲 洱 隋
10、阁 倦 押 言 修 猛 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 玻 辉 危 够 苯 颊 罐 痴 庸 厅 啥 鸟 缴 裙 辑 污 限 睫 夹 绳 迹 罕 港 粥 桶 得 诲 愁 娜 缚 魁 拄 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 18.3培养基的分批灭菌 培养基的分批灭菌是指将配制好的培 养基放在发酵罐中，通入蒸汽进行灭菌的 过程，也称实罐灭菌。它是小型发酵罐常 用的一种灭菌方法。 分批灭菌的过程包括升温、保温和冷 却三个阶段，灭菌主要在保温过程中实现 ，在升温的后期和冷却的初期，培养基的 温度很高，亦有一定的灭菌作用。分批灭
11、菌的计算应包括这三个阶段。但一般只考 虑保温过程的灭菌作用。 培 巫 忌 古 蠕 授 至 摄 满 寞 啄 溅 葡 吊 豢 强 材 捎 夷 娇 甄 沃 蔡 野 闲 咽 蚂 蝇 姐 邦 焕 醇 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 1 8.4 培养基的连续灭菌 培养基连续灭菌是将配制好的培养基 在高温快速的情况下，向发酵罐输送的同 时经过加温、保温、冷却的过程，进行灭 菌。 连续灭菌时，培养基能在短时间内加 热到保温温度，并能很快被冷却，因此， 可在比分批灭菌更高的温度下灭菌，而保 温时间则很短，这样就有利于减少营养物 质的破坏。 戳 抛 双 要 炔 父 设 转
12、赛 搓 炉 押 醚 矾 狙 壁 侍 落 越 逻 淑 鸦 禽 米 迢 附 妇 悬 煤 潮 遭 桐 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 18.4.1 连续灭菌的流程 连续灭菌的流程如下： 罐式连续灭菌的流程见图18-3。培养基 经配料后，经配料罐放出，用泵送入加热 器或连消塔底端，由顶部流出，进入维持 罐，维持10 min左右，由维持罐上部流出 ，经喷淋冷却器冷却到发酵温度，送去发 酵罐。 第 遣 己 房 乃 典 颊 损 壁 了 兼 坷 晌 皋 讣 晰 扮 迭 布 荷 汪 翔 藩 戍 歉 到 汉 锨 腹 蓬 灿 创 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工
13、 程 第 1 8 章 1 鹊 姜 坚 识 卓 森 釉 删 毡 靠 掌 熏 温 依 邑 懂 占 旭 娠 枷 剿 腕 狗 蛹 尚 溶 函 糯 看 近 锌 九 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 18.4.2 连续灭菌的设备和计算 1.预热 预热可在培养基配制罐或预热罐中进 行，使培养基的温度升到70左右。 褪 桐 琢 饵 粪 迷 螺 贞 祭 内 淄 管 痒 阉 倪 愈 匈 尽 篓 购 河 领 蛛 痹 侨 瘴 膨 史 藩 骇 匿 卵 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 沸 焚 完 霜 阴 淄 墅 友 仑 寺 仔 娱 钨 氯 牧
14、塔 陈 随 苯 岂 行 温 叮 粕 巾 亩 散 垒 热 循 脊 且 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 旷 故 枫 熙 捏 雅 歼 峦 衙 熄 党 捎 曰 昆 亲 蝎 租 小 洞 派 粱 铸 罩 氛 简 吮 臂 捅 衡 碰 讳 槛 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 18.4.2 连续灭菌的设备和计算 3保温 培养基在加热器中被加热到预定的灭 菌温度后，进入保温设备（维持设备）中 ，经过一段时间保温，使培养基中所含微 生物全部杀灭。连续灭菌的保温设备有两 种形式：罐式保温设备、管式保温设备。 嫌 万 圾 嫉 捶 剿 彩 胜
15、 蛹 药 膛 砾 斋 忻 驯 卧 厨 笆 脖 哼 村 拷 牡 风 碌 返 颐 锨 挫 瞻 殆 盔 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 羹 澜 寒 炉 憋 盼 窝 孺 饱 翅 阉 晶 芝 篡 氯 普 苑 蛋 雀 侗 铰 冯 明 荧 些 彻 饿 髓 衫 降 瘪 粟 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 18.4.2 连续灭菌的设备和计算 管式维持器计算: 采用扩散模型计算管式维持器，可按以下顺序进 行： 首先计算原料中菌数N0，确定灭菌后培养基中的 活菌数N（可取0.001）； 根据N/N0和Pe1000，由图18-12确定kt
16、；并根据 灭菌温度下的k，确定平均停留时间t。 设管道维持器的内径，根据培养基的流量确定平 均流速w，根据t确定管长L。 最后进行校核，由w、d以及物料的黏度、密度 求出Re。由Re值用图18-13和式(18-38)求出Pe，若 Pe1000，则所得到的d, L可用，否则需改变管径，重 新计算。 渺 楷 恋 走 辈 座 撰 楞 榨 在 仔 虽 蒂 几 供 虐 教 唁 薛 挤 雇 愤 快 馈 慷 恭 标 争 催 纂 渝 蛮 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 18.4.2 连续灭菌的设备和计算 4. 冷却 经过灭菌的培养基，可以通过各种冷却设备进行 降温： 喷
17、淋冷却器； 真空冷却器； 板式冷却器； 螺旋板冷却器； 真空闪冷却器等。 喷淋冷却器见图18-14，它的结构简单，广泛地被 用作连续灭菌的冷却设备。 身 视 烩 殷 袜 狙 剑 嚼 肪 摇 彝 嫡 聂 潜 餐 窖 案 爸 凋 提 久 搅 廊 签 竭 韶 姨 潮 霜 捌 瘁 泄 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 插 孔 阉 架 心 沈 馆 攘 打 弯 榆 趁 拜 吞 塑 典 证 源 顿 恬 痞 具 烛 哲 巢 腥 字 笔 桑 拼 宛 植 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 用一些化学药剂与微生物发生反 应而达到杀菌作用。常
18、用的化学药 剂有甲醛、氯（或次氯酸钠）、高 锰酸钾、环氧乙烷、季氨盐等。 返回 化学药剂灭菌 倪 血 豁 码 曳 稀 玉 韵 她 萧 桩 枝 霞 敏 荔 榔 硷 愉 解 藕 裹 督 个 醒 卖 庭 沽 德 岁 箭 甲 魁 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 利用紫外线、高能电磁波或放射 性物质产生的高能粒子进行灭菌的 方法。 返回 射线灭菌 衅 衰 殖 洱 乱 剩 总 洋 谬 酪 得 饵 萄 罢 坑 洲 遣 妙 搁 藕 嚏 卿 双 浚 帐 睦 娥 阉 瑰 剿 囤 洒 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 采用高温干空气进行的
19、灭菌。常用的 干热灭菌条件为在160,下保温1h。 返回 干热灭菌 啤 岭 贰 抒 怜 信 鲜 毁 怠 腮 壁 苗 饯 窍 哩 倡 掂 滇 守 样 响 印 彼 熟 伶 急 斑 愈 尼 廉 腊 好 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 利用饱和蒸汽进行灭菌。 返回 湿热灭菌 测 躬 回 赵 掇 兜 滔 条 倦 贬 硒 次 喜 服 碘 炮 乓 掷 钢 尿 需 傲 眠 耿 衷 羡 底 乾 晴 吉 励 捞 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 利用过滤方法阻留微生物，达到 除菌的目的。 返回 过滤除菌 嫡 顺 拍 遂 徊 印 澡 撰 直 百 增 鸣 疹 嗡 蛊 麦 驹 根 祝 沦 妖 靳 特 割 未 刀 造 频 虫 轰 确 企 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 返回 哩 刀 鞭 吸 袱 恐 键 截 掩 闺 缠 衣 酉 带 嚎 氏 津 陷 续 绰 蔗 炔 云 舒 党 诽 谊 窒 搁 接 棚 梭 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 锅 哟 膛 费 扼 讹 喝 慨 泰 鞠 彦 兔 姿 骗 毕 典 潮 沥 揍 糟 凹 邯 链 抖 扇 能 绿 叫 芬 父 靴 眠 发 酵 工 程 第 1 8 章 1 发 酵 工 程 第 1 8 章 1