工业发酵培养基的灭菌及灭菌设备

18培养基的灭菌

及灭菌设备

培养基灭菌及灭菌设备染菌/噬菌体的主要危害:基质及产物消耗,生产能力下降产物得率降低,产品质量下降生产失败(分解产物,分解菌体,异常发酵)纯种培养的具体措施使用灭菌的培养基和设备空气除菌设备严密,保持正压补料灭菌种子无污染第一节灭菌的方法(261)

灭菌（Sterilization）：使用物理或化学的方法杀灭或去除物料或设备中一切有生命物质的过程。

灭菌常用方法化学药剂灭菌射线灭菌——紫外、电离射线；干热灭菌——微生物由于氧化作用、蛋白质变性、电解质浓缩作用死亡；湿热灭菌——利用饱和蒸汽进行灭菌，使蛋白质、酶、核酸分子内部化学键破坏，不可逆变性死亡；过滤除菌——利用过滤的方法阻留微生物第二节培养基的灭菌(p262)一、热灭菌的原理1.微生物的热阻热灭菌原理：温度超过微生物最适生长温度的上限时，细胞中的蛋白会发生不可逆的凝固变性，引起微生物死亡。致死温度：杀死微生物的极限温度。致死时间：在致死温度下杀死全部微生物所需要的时间热阻：指微生物在某一特定条件下（主要指温度和加热方式）的致死时间。表示微生物对热的抵抗能力。相对热阻：指某一微生物在某一条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间之比。2.对数残留定律

内容:对微生物进行湿热灭菌时,培养基中的微生物受热死亡的速率与残存的微生物数量成正比.

-dN/dτ=κN

N——培养基中活的微生物个数

τ——灭菌时间（s）；κ——比死亡速率（s-1）；

dN/dτ—微生物的瞬时变化率，即死亡速率

τ=2.303/κlog(N0/N)

灭菌时间取决于污染程度,灭菌程度和κ.注意：N不能为０，常采用千分之一（0.001)关于比死亡速率κ

κ是微生物耐热性的一种特征，与微生物的种类和灭菌温度有关。相同温度，κ越小，越耐热。同一种微生物在不同灭菌温度下κ值不同。

灭菌温度越低，κ越小。培养基灭菌前含微生物种类多，κ值不同,可取耐热芽孢杆菌的κ值进行灭菌时间计算微生物的耐热性还可用微生物的数目减少为原来的1/10时所需的时间D表示。

ln（1/10）=-κD

D=2.303/κ二.培养基灭菌温度的选择

灭菌过程伴随培养基中营养成分的破坏培养基营养成分破坏属于分解反应,可看作化学动力学中一级反应dC/dτ=-κ’Cκ’=A’exp(-ΔE’/RT)杀灭微生物的△Ｅ高于维生素分解的△Ｅ，因此，在任何温度下，杀灭微生物所需要的时间比培养基成分分解的时间长．ln(κ2/κ1)/ln(κ2’/κ1’)=E/E’因为E>E’,所以ln(κ2/κ1)>ln(κ2’/κ1’)即灭菌温度上升时，灭菌的速度常数的增加倍数>培养基成分破坏的速度常数的增加倍数。微生物杀灭速度大于培养基成分破坏的速度。所以，培养基灭菌采用高温短时的方法。

三.影响培养基灭菌的因素

1.

培养基成分的影响油脂\糖类\蛋白:增加微生物耐热性高浓度盐类\色素:削弱微生物耐热性

2.pH的影响

pH6~8时，微生物最不易死亡

pH<6，氢离子易渗入细胞

pH越低，灭菌时间越短

3.泡沫的影响泡沫对灭菌极为不利（形成隔热层）

4.颗粒物质的影响颗粒>1mm，需过滤除去第三节培养基的分批灭菌(p267)分批灭菌（实罐灭菌，实消）：将配制好的培养基放在发酵罐中,通入蒸气将培养基和设备一起进行灭菌的过程。优点：不需要专门的灭菌设备、投资少对蒸汽压力要求低（1×105~4×105）灭菌效果可靠可用于极易起泡或黏度很大的培养基

缺点：锅炉负荷波动大设备利用率低无法采用高温短时灭菌过程：升温、保温和冷却一.升温阶段

升温方式：间接加热－不稳定传热过程

加热蒸汽温度不随时间改变，培养基温度不断上升

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

2.直接蒸气加热τ=[GC((tf－ti)+Q’)/(λ－CW·tf)S散失热量可取加热培养基所需热量的10%~20%升温阶段结束后残留的活菌数N1可认为温度高于100℃时才有灭菌效果。二.冷却阶段

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.保温阶段

温度恒定，比死亡速率不变

τ＝1/κln(N1/N2)N1：升温结束时的活菌数；N2：开始降温时的活菌数

第四节

培养基的连续灭菌

连续灭菌(连消）：将配制好的培养基在向发酵罐输送的同时进行加温、保温、冷却处理而进行灭菌的过程。优点：可采用高温短时杀菌，营养物质破坏小

设备利用率高蒸汽负荷平衡，锅炉利用率高适宜采用自动控制

一.连续灭菌的流程

配料罐→连消泵→加热器（连消塔）→维持罐→冷却器

喷射加热连续灭菌流程：

喷射加热→管道维持→真空冷却喷射加热连续灭菌优点受热时间短保证培养基先进先出，避免过热或灭菌不彻底注意：真空系统要严格密封，避免二次污染薄板换热器连续灭菌流程：

培养基在设备中同时完成预热、灭菌和冷却过程。优点：节约蒸汽和冷却水用量．周期较短二.连续灭菌的设备和计算1、预热：70℃（不溶性物料发生糊化）2.加热连消塔式连续灭菌设备：套管式气液混合式喷射加热器加热蒸汽用量（273）3.保温罐式保温设备管式保温设备4.冷却喷淋冷却设备真空冷却设备板式冷却设备螺旋板冷却设备真空闪冷设备总结染菌/噬菌体的主要危害纯种培养的具体措施影响培养基灭菌的因素喷射加热连续灭菌流程作业致死温度致死时间连续灭菌(连消）生产发酵过程中常用的灭菌方法有哪些？一发酵罐内装40m3培养基，在121℃实罐灭菌。原污染程度为每毫升培养基中含耐热菌