培养基灭菌及设备解读.ppt

第3章 培养基灭菌及设备 第1节 灭菌的基本理论 一、常用的灭菌方法 1、化学药剂灭菌 甲醛、次氯酸钠、高锰酸钾、苯酚、环氧乙烷等。 2、射线灭菌 紫外线、gama射线、X射线等 3、干热灭菌 160℃～250℃干燥保温。用于须保持干燥的器具和材料。 4、湿热灭菌 高压饱和蒸汽。通常120℃维持20～30min。 5、过滤除菌 二、微生物的热死及耐热性 （一）湿热灭菌的原理 每一种微生物都有一定的最适生长温度范围。当微生物处于最低温度以下时，代谢作用几乎停止而处于休眠状态。当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原生质胶体和酶起了不可逆的凝固变性，使微生物在很短时间内死亡，加热灭菌即是根据微生物这一特性而进行的。 （二）微生物的耐热性 1、1/10衰减时间按何热死速度常数 2、热死时间 3、热死温度 4、热阻及相对热阻 三、培养基的灭菌 （一）培养基湿热灭菌需解决的工程问题 （1）将培养基中的杂菌总数N0 杀灭到可以接受的总数N（10-3）， 需要多高的温度、多长的时间为合理。 （2）灭菌温度和时间的确定取决于： ——① 杂菌孢子的热灭死动力学 ——② 反应器的形式和操作方式 ——③ 培养基中有效成分受热破坏的可接受范围 （二）微生物的热死灭动力学方程 1、对数残留定律 对数残留定律：实验证明，对培养基进行湿热灭菌时，培养基中微生物受热死亡的速率与残存的微生物数量成正比。即微生物营养细胞的均相热死灭菌动力学符合化学反应的一级反应动力学。即： N：任一时刻的活细菌浓度（个/L） t：时间（s） K：比热死速率常数（s-1） 取边界条件t0 = 0，N = N0，对（1）积分得 或 N/N0 即为湿热灭菌中微生物的存活率。 2、耐热细菌芽孢的热死模型 菌体相继死亡模型： NR → NS → ND 热死动力学方程： （三）温度对死亡速率的影响 微生物的热死亡动力学接近一级反应动力学，它的比热死亡速率常数K与灭菌温度T的关系可用阿累尼乌斯方程表征： A：频率因子（s-1） ΔE：死亡活化能（J/mol） R：通用气体常数[8.314J/（mol.k）] T：热力学温度（K） 上式转换： 可以看出： （1）活化能ΔE的大小对K值有重大影响。其它条件相同时，ΔE越高，K越低，热死速率越慢。 （2）不同菌的孢子的热死灭反应ΔE可能各不相同。 将ΔE/R 作为微生物受热死亡时对温度敏感性的度量。 培养基中的某些营养物质也会受热破坏，其反应动力学方程也可看作一级反应： 对方程 两边对T取导数，得方程： 由方程可得出结论：反应的ΔE越高，lnK对T的变化率越大，即T的变化对K的影响越大试验表明，细菌孢子热死灭反应的ΔE很高，而某些有效成分热破坏反应的ΔE较低。 将温度提高到一定程度，会加速细菌孢子的死灭速度，缩短灭菌时间，由于有效成分的ΔE很低，温度的提高只能稍微增大其破坏速度，但由于灭菌时间的显著缩短，有效成分的破坏反而减少。 四、影响培养湿热灭菌的因素 （1）pH：影响微生物的耐热性。一般，pH 6.0~8.0时，微生物最不容易死亡。 （2）培养基成分：油脂、糖类及一定浓度的蛋白质都回增加微生物的耐热性；高浓度的盐类、色素则会削弱其耐热性。 （3）气泡：影响传热。 （4）颗粒：大颗粒（1mm以上）的传热系数很低，使灭菌不彻底。 第2节 培养基灭菌的工程设计 一、灭菌对象和无菌标准 灭菌对象：应选择耐热杆菌芽孢 无菌标准：常取N=NS=10-3 二、发酵罐的管道与阀门 （一）管道的连接方式 螺纹连接：上下水管 焊接：物料、蒸汽、腐蚀性介质输送管道 法兰连接：需经常维修或易燃易爆车间的管道 承插连接：铸铁水管 （二）用于发酵罐的阀门 发酵罐常用的阀门种类： 人工启闭：截止阀、闸门阀、针形阀、橡皮隔膜阀 自动启闭：止逆阀、安全阀 自动控制：电磁阀 温度和压力的关系 泡沫问题 投料过程中，麸皮和豆饼粉等固形物在罐壁上残留的问题 灭菌结束后应立即引入无菌空气保压 1、喷淋冷却连续灭菌流程 设备：配料罐、连消泵、连消塔、维持罐、蛇管冷却器等。 特点：设备庞大，易发生局部受热不均。 流程：配料→调浆缸放出→加消泡剂→连消泵→连消塔→料液加热→维持罐（8～25min）→喷淋器冷却到发酵温度 2、喷射加热连续灭菌流程 设备：蒸汽喷射加热器、保温蛇管、膨胀阀、真空冷却器等 流程：蒸汽直接喷入培养液→快速升温灭菌度→保温灭菌→膨胀降压→真空冷却器急速冷却 特点：受热时间短， 培养液破坏低， 灭菌效果好。 练 习 1、名词解释 灭菌 比热死亡速率常数