热力灭菌的动力学基础

1、1热力灭菌的动力学基础热力灭菌的动力学基础药品生产质量管理工程课件四药品生产质量管理工程课件四2 热力灭菌是研究最深、使用最广的灭菌热力灭菌是研究最深、使用最广的灭菌方式。当温度超过细胞最佳生理活动的温度方式。当温度超过细胞最佳生理活动的温度范围时，随着温度的升高，细胞代谢减缓，范围时，随着温度的升高，细胞代谢减缓，最终细胞的生长及繁殖将停止。每种细胞生最终细胞的生长及繁殖将停止。每种细胞生理活动的温度均有一上限，一旦温度超过它理活动的温度均有一上限，一旦温度超过它的上限，起生命作用的蛋白质、酶及核酸会的上限，起生命作用的蛋白质、酶及核酸会被永久性破坏，从而导致细胞发生不可逆转被永久性破坏，从

2、而导致细胞发生不可逆转的死亡。的死亡。热对活细胞的作用热对活细胞的作用3 从微观上看，不具备真正核膜结构的原核细从微观上看，不具备真正核膜结构的原核细胞（如细菌和蓝绿藻）耐热性最强。某些嗜热性胞（如细菌和蓝绿藻）耐热性最强。某些嗜热性细菌甚至可在细菌甚至可在80 以上的高温中存活。但是，绝以上的高温中存活。但是，绝大多数生长态菌在大多数生长态菌在80100 下即可被迅速杀灭。下即可被迅速杀灭。具备核膜结构的真核微生物，如真菌和原生动物，具备核膜结构的真核微生物，如真菌和原生动物，在在6080 下就可被迅速杀灭。多数病毒的耐热下就可被迅速杀灭。多数病毒的耐热较差，只有乙肝病毒（较差，只有乙肝病毒

3、（HBV）例外，它要在）例外，它要在75 下至少曝热下至少曝热3min才能被灭活。才能被灭活。热对活细胞的作用热对活细胞的作用4 还有一些其他类型的生物体也具有较强的还有一些其他类型的生物体也具有较强的耐热性。例如，痉挛性假麻痹症的蛋白侵袭子耐热性。例如，痉挛性假麻痹症的蛋白侵袭子（Prion）病原体，它既不属细胞型微生物也）病原体，它既不属细胞型微生物也不属病毒，需要在不属病毒，需要在132 下加热下加热1h才可完全杀才可完全杀灭。灭。热对活细胞的作用热对活细胞的作用5 在细菌中，需氧菌中的芽孢杆菌属在细菌中，需氧菌中的芽孢杆菌属（Bacillus）和厌氧菌中的梭状芽孢杆菌属和厌氧菌中的梭状

4、芽孢杆菌属（Clostridium），也具有较强的耐热性。这些细菌的细胞能产生也具有较强的耐热性。这些细菌的细胞能产生内源性孢子（芽孢）或胞间休眠体，一旦形成内源性孢子（芽孢）或胞间休眠体，一旦形成这种状态，它们对热、干燥及化学消毒剂的耐这种状态，它们对热、干燥及化学消毒剂的耐受性增强。要想杀灭这类芽孢，使之下降一个受性增强。要想杀灭这类芽孢，使之下降一个数量级（一个对数单位），干热灭菌的温度必数量级（一个对数单位），干热灭菌的温度必须达到须达到100170 ，湿热灭菌的温度在，湿热灭菌的温度在80129 之间。如以干热灭菌及湿热灭菌的灭菌之间。如以干热灭菌及湿热灭菌的灭菌率率L (Letha

5、lity)来计算，芽孢被杀灭困难的程度来计算，芽孢被杀灭困难的程度比其生长态时增大了比其生长态时增大了104105倍。倍。 热对活细胞的作用热对活细胞的作用6 细菌芽孢的耐热性与多种因素有关，有细菌芽孢的耐热性与多种因素有关，有些因素尚没被人们完全认识。芽孢形成时，些因素尚没被人们完全认识。芽孢形成时，细菌停止生化反应，交将遗传物质包藏在芽细菌停止生化反应，交将遗传物质包藏在芽孢中。此过程中发生了一系列生理变化：细孢中。此过程中发生了一系列生理变化：细胞质大量脱水，体积变小，在变小的原生质胞质大量脱水，体积变小，在变小的原生质体周围形成了一层厚壳，此过程中，还生成体周围形成了一层厚壳，此过程中

6、，还生成了一种特殊化学物质了一种特殊化学物质吡啶二羧酸或吡啶二羧酸或DPA(吡吡啶啶 26二羧酸二羧酸)。 热对活细胞的作用热对活细胞的作用7 在芽孢形成阶段，吡啶二羧酸钙能与脱在芽孢形成阶段，吡啶二羧酸钙能与脱氧核糖核酸（氧核糖核酸（DNA）以及细胞内的酶形成复）以及细胞内的酶形成复合物，从而对休眠状态的芽孢起保护作用。合物，从而对休眠状态的芽孢起保护作用。处于休眠状态的芽孢可以存活很多年，在适处于休眠状态的芽孢可以存活很多年，在适宜的条件下，它们在数分钟内即可恢复到生宜的条件下，它们在数分钟内即可恢复到生长状态。长状态。 热对活细胞的作用热对活细胞的作用8影响灭菌效果的因素9影响灭菌效果的

7、因素10影响灭菌效果的因素11影响灭菌效果的因素12热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则13热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则14热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则15NONtlgN0lgNt图34图35热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则16热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则17D2tDD1tlgN=1lgN=12121lgNlgN1250C1210CD值与灭菌温度的关系D值的定义图36图37热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则18热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则19 不同灭菌温度下的不同灭菌温度下的D值值微生物名称温度（oC）介质D值（min）嗜热脂肪杆菌嗜热脂肪杆菌嗜热脂肪杆菌

8、嗜热脂肪杆菌嗜热脂肪杆菌嗜热脂肪杆菌梭状芽孢杆菌梭状芽孢杆菌梭状芽孢杆菌105110115121121 121105105115葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖葡萄糖乳酸林格液注射用水葡萄糖注射用水注射用水87.832.011.72.42.13.01.313.72.1热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则20热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则21ZT(0C)lgD=121D值的定义lgD热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则22热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则23热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则24lgD=1Z=100CZ=70CZ=120CZ=100C1211201151101051001.2

9、781.0930.2760.1761.761lgDT1T2热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则25热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则26热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则27FTlgNlgNt图310 T(0C)灭菌值定义热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则28热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则29热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则30热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则31 下表列举了 Z=10oC 时不同温度下的灭菌率值，比较110oC 和 121oC 的灭菌率，可以得出结论： 110oC 灭菌 12.6min 和 121oC 灭菌 1min 等效； 灭菌时间相等时， 110oC

10、灭菌效果只有 121oC 下灭菌效果的 7.9%。 热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则32热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则33 不同温度不同不同温度不同Z值下的灭菌率（值下的灭菌率（Lethal rate）见下表）见下表表表3-55 湿热灭菌中不同温度和湿热灭菌中不同温度和Z值下的灭菌率（值下的灭菌率（L）数据）数据T/oCL值值Z=7Z=8Z=9Z=10Z=11Z=121000.0010.0020.0060.0080.0120.0181010.0010.0030.0060.0100.0150.0221020.0020.0040.0080.0130.0190.0261030.0030.0

11、060.0100.0160.0230.0321040.0040.0070.0130.0200.0280.0381050.0050.0100.0170.0250.0350.046热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则34T/L值值Z=7Z=8Z=9Z=10Z=11Z=121060.0070.0130.0220.0320.0430.0561070.0100.0180.0280.0400.0530.0681080.0140.0240.0360.0500.0660.0831090.0190.0320.0460.0630.0810.1001100.0260.0420.0600.0790.0100.1211

12、110.0370.0560.0770.1000.1230.1471120.0520.0750.1000.1260.1520.1781130.0720.1000.1290.1580.1870.2151140.1000.1330.1670.2000.2310.261114.50.1180.1540.1900.2240.2570.2871150.1390.1780.2150.2510.2850.316热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则35T/T/L值值Z=7Z=8Z=9Z=10Z=11Z=12115.50.1640.2050.2450.2820.3160.3481160.1930.2370.278

13、0.3160.3510.383116.50.2280.2740.3160.3550.3900.4221170.2680.3160.3590.3980.4330.464117.50.3160.3650.4080.4470.4810.5111180.3730.4220.4640.5010.5340.562118.50.4390.4890.5270.5620.5930.6191190.5180.5620.5990.6310.6580.681119.50.6110.6490.6810.7080.7310.7501200.7200.7500.7740.7940.8110.825120.50.8480.8

14、660.8800.8910.9010.9091211.001.001.001.001.001.00热力灭菌的对数规则热力灭菌的对数规则36T/T/L值值Z=7Z=8Z=9Z=10Z=11Z=12121.51.181.161.141.121.111.101221.391.331.291.251.231.21122.51.641.541.471.411.371.331231.931.781.671.591.521.47123.52.282.051.901.781.691.621242.682.372.152.001.871.781254.393.162.782.822.312.151265.184.223.593.162.852.611277.205.624.643.983.513.1612810.07.506.005.014.333.83129139.10.07.746.315.344.6413019.313.310.07.946.585.62热力灭菌的对数规则热力灭菌