工艺07 第四章 灭菌与空气的净化.
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发酵工程 第四章 无菌空气的制备精讲
旋风分离器
利用气流从切线方向 进入容器，在容器内形 成旋转运动时产生的离 心力场来分离重度较大 的微粒。
丝网分离器
利用填料的惯性拦截
三、空气过滤除菌工艺流程
两级冷却、加热除菌流程 冷热空气直接混合式空气除菌流程 高效前置过滤空气除菌流程 将空气冷却至露点以上的流程 利用热空气加热冷空气的流程 一次冷却和析水的空气过滤流程
4）超细玻璃纤维丝：利用高质量的无碱玻璃采用喷 制法制成的 1 – 1.5 m的细丝；
二、空气过滤除菌的介质
5）纸类过滤介质：玻璃纤维纸，多层使用 ； 6）微孔滤膜类过滤介质：直径小于0.5 m，甚至小 于0.1 m，能将空气中的细菌真正滤去，也是绝对 过滤。
常见过滤介质
三、介质过滤效率
常数K值与气流速度、纤维直径、介质填充密度 以及空气中颗粒大小等有关。K值可通过实验测得， 也可通过计算求得。
若令Ns=0，则 L = ∞，事实上也不可能；一般取 Ns = 0.001
过滤效率随滤层厚度的增加而增加。
四、影响过滤除菌效果的因素
在其他条件相同时，介质纤维直径越小， 1. 纤维直径 形成的网格越细密、层数越多，过滤效
一般设计时以含量为103~104个／m3进行计算。 空气中尘埃数（x/m3）与细菌数（y/m3）的关系：
y=0.003x-2.6
二、空气除菌的方法和要求
发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理 使空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而 能控制发酵污染至极小机会。
无菌空气的标准一般是99.99% 热灭菌法
15.1 s 5.1 s 2.1 s 1.05 s
2. 辐射灭菌法
α射线、X射线、β射线、γ射线、紫外线、超声 波照射
第四章灭菌与空气净化
= 2.303 lgN0/N /
121℃某些细菌芽孢的值
细菌芽孢名称
枯草芽孢杆菌FS5230 硬脂嗜热芽孢杆菌FS1518
值 min-1
3.8-2.6 0.77
硬脂嗜热芽孢杆菌FS617
产气梭状芽孢杆菌PA3679
2.9
1.8
4、灭菌温度与时间的选择
培养基灭菌过程中，除微生物被杀死外，还伴随着培养基 成分被破坏，如在加热条件下氨基酸、维生素等受破坏。
对数残留定律的概念：
—— 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，这就是对数残留定 律。 数学表达式：
- dN/d = N
N —— 培养基中残存活的微生物个数； —— 死亡时间，即杀菌时间（s）; —— 比死亡速率（s-1） (死亡速率常数) dN/d —— 微生物的瞬间变化率，即死亡速率
温度由T1升高到T2，值分别为：
1= A e 2= A e
－ ——— R T1
E
－——
R T2
E
相除取对数
2 E 1 － 1 ln = 〔 〕 1 R T1 T2
同样，灭菌时培养基成分的破坏也可得类似关系：
ln
2 ′ 1 ′
〔T T 〕 = R 1 2
E ′1
1
上面两式相除，得
◆
培养基灭菌时，必须选择既能达到灭菌目的，又能使培养 基成分破坏减至最少的条件。
◆
灭菌过程微生物死亡属于一级反应动力学类型（从对数残 留定律表达式可知）。
◆
在其它条件不变时，比死亡速率与温度的关系可用阿仑尼 乌斯方程式表示。
◆
Svante August Arrhenius
第四章 灭菌与空气的净化
第一节
灭
菌
灭菌指利用物理和化学的方法杀灭or除去物料及设备中的 一切生命物质的过程。 消毒是指用物理和化学的方法杀死物料、设备、用工具内 外的病源微生物。 消毒不一定能达到灭菌的要求，而灭菌可达到消毒的目的。 1995.10.30国家主席令第59号《中华人民共和国食品卫生 法》已在第八届全国人民代表大会常务委员会第16次会 议通过。 一、灭菌的方法P91 灭菌方法很多：干热灭菌法、湿热灭菌法、火焰灭菌法、 电磁波、射线灭菌、化学药品灭菌法及过滤除菌 。根据灭 菌对象和要求不同选用不同方法。
空气热灭菌流程示意图
1-空气压缩机 2-粗过滤器 3-保温管 4-贮气罐 5-保温罐 6-列管式 冷却器 7-涡轮压缩机 8-预热器 9-粗过滤器 10-空气吸入塔
3.静电除菌
静电除尘器可除去空气中的水雾、油雾、尘埃， 同时也除去微生物。 原理：利用静电引力来吸附带电粒子而达到除 尘灭菌目的。 对于一些直径小的微粒，所带电荷小，不能被 吸附而沉降。
空气中微生物的含量和种类，随地区，季节和空气中灰尘粒 子多少，以及人们的活动情况而异。 北方气候干燥，寒冷，空气中的含微生物量较少，而潮湿温暖 的南方空气中含微生物量较多，离地面越高，含菌量越少；一般 每升高10米，空气中的含菌量就降低一个数量级； 城市的空气中含微生物量较多，农村的空气中含微生物量较 少，一般城市空气中杂菌数为3000~8000个／米3 。 空气中的微生物种类以细菌和细菌芽胞较多，也有酵母，霉菌 和病毒。 这些微生物大小不一，一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上， 空气中微生物的含量一般为103--104个／米3。 灰尘粒子的平均大小约0.6μ m左右，所以空气除菌主要是去除 空气中的微粒(0.6-1μ m ）
生物课件第四章 灭菌与空气净化PPT.ppt
第一节 灭菌
杀死微生物的极限温度称致死温度。在致死温度下， 杀死全部微生物所需要的时间称为致死时间。在致死温度 以上，温度越高，致死时间越短。由于一般细胞、芽孢细 菌、微生物细胞和微生物孢子，对热的抵抗力不同，因此 它们的致死温度和致死时间也有差别。微生物对热的抵抗 能力通常用“热阻”表示。热阻是指微生物在某一特定条 件（主要是温度和加热方式）下的致死时间。相对热阻是 指某一微生物在某条件下的致死时间与另一微生物在相同 条件下的致死时间的比值，表4-1是几种微生物对湿热的 相对抵抗力。可见，细菌的芽孢比大肠杆菌对湿热抵抗力 约高3000000倍。
第一节 灭菌
表4-1 微生物对湿热的相对抵抗力
微生物 名称
相对抵 抗力
大肠杆 菌
1
细菌芽 孢
3000000
霉菌孢 子
2～10
病 毒
1～5
（2）微生物的热死规律——对数残留定律 微生物热 死是指微生物受热失活直到死亡。微生物受热死亡主要是 由微生物细胞内酶蛋白受热凝固变性所致。在一定温度下， 微生物受热后其死亡细胞的个数的变化如化学反应的浓度 变化一样，遵循一定的规律。在微生物受热失活的过程中， 微生物不断被杀死，活细胞不断减少。
第一节 灭菌
化学药剂的使用，根据灭菌对象的不同有浸泡、添加、 擦拭、喷洒、气态熏蒸等。
2．射线灭菌 射线灭菌就是利用紫外线、高能电磁波或放射性物质 产生的γ射线等进行灭菌的方法，以紫外线最为常用。紫 外线对芽孢和营养细胞都能起作用，但细菌芽孢和霉菌孢 子对紫外线的抵抗力较强。紫外线的穿透力较低，仅适用 于表面灭菌和无菌室、培养室等空间的灭菌，对固体物料 灭菌不彻底，也不能用于液体物料的灭菌。250～270nm之 间杀菌效率高，以波长在260nm左右杀菌效率最高。除紫 外线外，也可利用0.6～14nm的X射线或由Co60产生的γ射 线进行灭菌。今年来，微波灭菌设备的兴起，为灭菌提供 了新的选择。
第四章 发酵工程的灭菌与空气除菌
• 流程操作：先预热一定时 间，使物料溶胀均匀受热， 预热90℃以上时，将蒸汽 直接通入培养基及罐中， 可减少冷凝水生成量。温 度达到120℃时计算维持时 间。生产中常用维持时间 30min。为了减少营养成分 的破坏多采用快速冷却方 式，立即向罐内通入无菌 空气，以维持罐压,然后开 启冷却系统进行冷却。
（6）冷空气排除情况
高压蒸汽灭菌的关键是为热的传导提供良好条件，而其中最重要的是 使冷空气从灭菌器中顺利排出。因为冷空气不但导热性差，阻碍蒸汽 解除欲灭菌的物品，还可会降低蒸汽分压，使罐内实际温度低于压力 表所对应的温度，造成灭菌温度不够。
（7）泡沫
泡沫中的空气形成隔热层，使热量难以渗透进去，需加消泡剂。
第四章 发酵工程的灭菌 和空气除菌
本章内容
• 第一节 常用的灭菌方法 • 第二节 培养基与发酵设备的灭菌 • 第三节 空气的除菌
在发酵过程中夹杂其它杂菌会造成严重的后果
如，生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；在连 续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生产菌生长得 更快，结果使发酵罐中以杂菌为主；杂菌及其产生的物 质，使提取精制发生困难；杂菌会降解目的产物；杂菌 会污染最终产品；发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发 生溶菌现象。 因此，要求保证纯种培养，在接种前，要对发酵罐、管道、 空气除菌系统及补料系统等设备进行空气消毒，对培养 基、消泡剂、补料液和空气需彻底除菌，还要对生产环 境进行消毒处理，防止杂菌和噬菌体的大量繁殖。
本章内容
• 第一节 常用的灭菌方法 • 第二节 培养基与发酵设备的灭菌 • 第三节 空气的除菌
第二节 培养基与发酵设备的灭菌
一、灭菌的机理 （一）化学灭菌机理：化学物质（高锰酸钾、漂白粉等）与 微生物细胞中的某些成分产生化学反应，如蛋白质变性、 核算的破坏、酶的失活、细胞膜头型的改变而杀死微生物。 （二）紫外线灭菌机理：在紫外线照射下微生物细胞的DNA 遭到破坏，形成胸腺嘧啶二聚体和胞嘧啶水合物，抑制 DNA的复制。此外，空气在紫外线照射下生成的臭氧也有 一定的杀菌作用。 （三）干热灭菌机理：在干燥高温条件下，微生物细胞内的 各种与温度有关的氧化还原反应速度迅速增加，致死微生 物。
第4 章空气灭菌
）、沉降作用 （五）、沉降作用 微粒虽小，但仍具有一定的质量，可因重 微粒虽小，但仍具有一定的质量， 力而产生沉降现象。 力而产生沉降现象。
假设一般细菌的代时为20－30分钟，繁殖15小 时后细胞数可达10的负9次方. 所以发酵过程中 进入1－2个杂菌，即可认为失败
四、空气除菌的方法
杀死微生物 捕集微生物
四、空气除菌的方法
（一） 辐射杀菌 （二） 热杀菌 （三） 静电除菌 （四） 过滤除菌
）、辐射杀菌 （一）、辐射杀菌
利用各种射线， 射线、 射线、 利用各种射线， 如 X-射线 、 γ-射线 、 β射线、紫外线等杀死空气中微生物。 射线、紫外线等杀死空气中微生物。
热灭菌
原理：基于加热后微生物体内的蛋白（ 原理：基于加热后微生物体内的蛋白（酶）热 变性而得以实现。 变性而得以实现。 热空气进入培养系统之前， 热空气进入培养系统之前，一般均需用压缩机 压缩，提高压力。 压缩，提高压力。 空气压缩后温度能达到200 以上， 空气压缩后温度能达到200℃以上，保持一定 时间后， 时间后，便可实行干热杀菌
工业发酵对空气处理的要求随发酵产品 和菌种不同而异。
半固体制曲和酵母生产中无菌要求不十分严 格，一般无需复杂的空所净化处理； 密闭的深层通气发酵需严格的纯净培养，进 入发酵罐前空气必须进行冷却、脱水、脱油 和过滤除菌等处理。
三、发酵对空气无菌程度的要求
好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，空气 要作到 绝对无菌在目前是不可能的，也是不 经济的。 发酵对无菌空气的要求是 ：无菌，无灰尘， 无杂质，无水，无油等几项指标； 发酵对无菌空气的无菌程度要求是：只要在发 酵过程中不因无菌空气染菌而造成损失即可。 在工程设计中一般要求1000次使用周期中只允 许有一个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度 为N=10-3 。
灭菌与空气净化技术—空气净化技术(药物制剂课件)
实际生产应用
洁净室的空气净化技术及主要设备 V. 洁净室空气净化系统 空气净化系统中为避免交叉污染，其回风不能循环使用的情况： 固体物料的粉碎、称量、配料、混合、造粒、压片、包衣、灌装等工序； 固体口服制剂的颗粒、成品干燥设备所使用的净化空气； 利用有机溶媒精制的原料药精制岗位、干燥岗位； 工艺过程中产生大量有害物质、挥发性气体的生产工序。
5. 其他：重力作用，分子间力等。
原理
洁净室的空气净化技术及主要设备
II. 空气过滤的影响因素
1. 尘粒的粒径：尘粒的粒径越大，惯性作用和拦截作用越显著，过滤效果越高； 反之，粒径越小，扩散作用越显著。通常用0.3μm左右的尘粒检测高效过滤器 的过滤效果。
2. 过滤速度：随着滤速的增加，惯性作用增大；反之，减小风速，扩散作用增 大。对高效过滤器，为减小阻力，并充分利用扩散作用滤尘，所以滤速要小。 3. 纤维直径和密实性：纤维直径减小时，过滤效率提高，故高效过滤器的滤材 选用直径只有几微米的纤维。纤维密实性增加，气速增加，惯性和拦截作用提高， 但阻力增加得比效率大得多，故过滤器的纤维密实性应适当。 4. 附尘影响：随着尘粒在纤维表面沉积，过滤效率有所增加。但积尘到一定程 度后，尘粒可能重新飞散，效率不断下降。旧过滤器积尘很多，既增加阻力又降 低风量，故过滤器阻力或积尘量增加到一定程度后需要进行更换。
原理
洁净室的空气净化技术及主要设备
IV. 空气过滤器的种类 3. 高效过滤器和亚高效过滤器：高效过滤器主要采用超细玻璃纤维滤纸、 石棉纤维滤纸作为滤材；亚高效过滤器用玻璃纤维滤纸或短棉绒纤维滤纸 作滤材。前者过滤效率≥99.91％，后者为90％～99.9％。 ❖为提高对微小尘粒捕集效果，需采用低滤速，故滤材需多次折叠，使其过 滤面积为过滤器截面积的50～60倍 ❖过滤器形状如图 ❖滤纸间以波纹板分隔 ❖过滤器构造尺寸为：484mmX484mmX220mm ❖过滤面积为12m2
影响培养基灭菌的因素
分批灭菌的优缺点
• 优点 – 设备投资较少 – 染菌的危险性较小 – 人工操作较方便 – 对培养基中固体物质含量较多时更为适宜 • 缺点 – 灭菌过程中蒸汽用量变化大，造成锅炉负 荷波动大，一般只限于中小型发酵装置。
第一节 灭菌
三、培养基与设备、管道灭菌条件
（1）杀菌锅内灭菌
固体培养基灭菌120℃，维持20～30min； 液体培养基灭菌120 ℃，维持15～20min； 玻璃器皿及用具灭菌120℃ ，30～60min。 （2）种子罐、发酵罐、计量罐、补料罐等的空罐灭菌 及管道灭菌 蒸汽压力达0.147MPa，128 ℃，维持45min
的间隙通过，由于滤层网格纤维纵横交错，迫使 空气不断改换运动方向和运动速度方能通过滤层。
• 当微粒随气流以一定的速度垂直向纤维方向运动
时，空气可改变方向绕过纤维。而微粒的运动惯
性大，未能及时改变方向，直冲到纤维表面，被
滞留在纤维表面。这种现象称为惯性滞留作用。
拦截截留作用
• 降低气流速度，可以使惯性截留作用接近于零， 此时的气流流速称为临界气流速度。
2．冷热空气直接混合式空气除菌流程
3．高效前置过滤空气除菌流程
三、空气的过滤除菌原理和介质
• 绝对过滤
1.空气过滤（介质过滤）原理 当气流通过滤层时，基于滤层纤维的层层阻 碍，迫使空气在流动过程中出现无数次改变气速 大小和方向的绕流运动，从而导致微生物微粒与 滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗扩散、重力及 静电引力等作用，从而把微生物微粒截留、捕集 在纤维表面上，实现了过滤的目的
第四章 灭菌与空气的净化
山西师范大学 生命学院 2012.04
三、发酵培养基灭菌
（ 2 ）连续灭菌（连消） ： 将培养基在罐外连续 进行加热、维持和冷却然后进入到反应器的杀 菌方法就是连续灭菌。 培养基 配料 灭菌培 养基 配料罐 加热器
灭菌及空气除菌课件
（2）灭菌锅内空气排除程度的影响
检验灭菌锅内空气排除度，可采用多种 方法。最好的办法是灭菌锅上同时装有 压力表和温度计，其次是将待测气体通 过橡胶管引入深层冷水中，如只听到 “扑扑”声而未见有气泡冒出，也可证 明锅内已是纯蒸汽了。
（3）灭菌对象pH的影响
（4）灭菌对象的体积
要防止用常规的压力和时间在加压灭菌锅内进行 大容量培养基的灭菌。
用于化疗目的的化学物质称化学治疗剂。 最重要的化学治疗剂如各种抗生素、磺胺 类药物和中草药中的有效成分等。
第二节 发酵工业的无菌技术
常用的除菌方法（p128-129） 一、高温灭菌：干热灭菌和湿热灭菌。火焰灭
菌：接种时用。 二、射线灭菌：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。 三、化学药剂灭菌：一些化学药剂能与微生物
（1）常压法
巴氏消毒法： 用于牛奶、啤酒、果酒和酱油 等不能进行高温灭菌的液体的一种消毒方法， 其主要目的是杀死其中无芽孢的病原菌（如牛 奶中的结核杆菌或沙门氏菌），而又不影响它 们的风味。它是一种低温消毒法。
低温维持法：在63℃下保持30min可进行牛奶 消毒；
高温瞬时法：用于牛奶消毒时只要在72℃下保 持15秒钟即可。
二、几个概念
（一）灭菌 （二）消毒 （三）防腐 （四）化疗
（一）灭菌（sterilization）
灭菌： （p128） 采用理化因素使任何物体内外部的一切微生
物永远丧失其生长繁殖能力的措施，称为灭 菌。 Sterilization就是失去繁殖力。
例如各种高温灭菌措施等。 灭菌实质上可分杀菌和溶菌两种，前者指菌
适用：环境以及物体表面的消毒．
（二）石炭酸系数
为比较各种表面消毒剂的相对杀菌强度，常采 用在临床上最早使用的消毒剂——石炭酸作为 比较的标准，并提出了石炭酸系数这一指标。
第四章 无菌空气的制备
一、对空气过滤除菌工艺流程的要求
❖ 无菌程度高：高效过滤除菌设备。 ❖ 具有一定压力：供气设备——空气压缩
机。 ❖ 精简设备流程，降低成本和动力消耗。 ❖ 根据厂区位置制定工艺流程。
28
二、空气的预处理 ❖ 目的:
提高压缩前空气的洁净度 去除压缩后空气中的油和水
29
30
高空取气管 远离地面几十米的管子。 每升高10米，空气中杂菌降低 一个数量级。因此从高空取气 要比从低空取气有利得多。
种类繁多的细菌和其他微生物5
❖ 一般干燥寒冷，空气中含微生物量较少，湿润温 暖的空气中含微生物较多；
❖ 城市空气中的微生物含量（103-104个/m3）比人口 稀少的农村多；
❖ 地面空气中微生物含量比高空多。
6
7
二、空气除菌的要求和方法 ❖ 要求：10-3染菌概率，1000次培养过程中，
只允许一次是由于空气灭菌不彻底而造成 染菌失败。
24
虑层厚度计算（对数穿透定律）：
L
1 K
ln
N0 Ns
L——虑床厚度； N0，Ns——进口空气、过虑后空气中的尘埃颗粒数； K——常数，cm。
25
四、影响介质过滤效率的因素
❖ 介质填充密度与过滤效率 密度大效率大
❖ 介质填充厚度与过滤效率 厚度大效率大
❖ 空气流速与过滤效率 低空气流速时，速度大效率低，气流速 度达到临界值 时，速度大效率高。
第四章 无菌空气的制备
1
❖ 第一节 空气中的微生物和除菌方法 ❖ 第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质 ❖ 第三节 空气过滤除菌的工艺
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
❖ 无菌程度高：高效过滤除菌设备。 ❖ 具有一定压力：供气设备——空气压缩
机。 ❖ 精简设备流程，降低成本和动力消耗。 ❖ 根据厂区位置制定工艺流程。
28
二、空气的预处理 ❖ 目的:
提高压缩前空气的洁净度 去除压缩后空气中的油和水
29
30
高空取气管 远离地面几十米的管子。 每升高10米，空气中杂菌降低 一个数量级。因此从高空取气 要比从低空取气有利得多。
种类繁多的细菌和其他微生物5
❖ 一般干燥寒冷，空气中含微生物量较少，湿润温 暖的空气中含微生物较多；
❖ 城市空气中的微生物含量（103-104个/m3）比人口 稀少的农村多；
❖ 地面空气中微生物含量比高空多。
6
7
二、空气除菌的要求和方法 ❖ 要求：10-3染菌概率，1000次培养过程中，
只允许一次是由于空气灭菌不彻底而造成 染菌失败。
24
虑层厚度计算（对数穿透定律）：
L
1 K
ln
N0 Ns
L——虑床厚度； N0，Ns——进口空气、过虑后空气中的尘埃颗粒数； K——常数，cm。
25
四、影响介质过滤效率的因素
❖ 介质填充密度与过滤效率 密度大效率大
❖ 介质填充厚度与过滤效率 厚度大效率大
❖ 空气流速与过滤效率 低空气流速时，速度大效率低，气流速 度达到临界值 时，速度大效率高。
第四章 无菌空气的制备
1
❖ 第一节 空气中的微生物和除菌方法 ❖ 第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质 ❖ 第三节 空气过滤除菌的工艺
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？ • 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，也不怕那风雨狂，只怕先生骂我
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利用热空气将微生物 体内的蛋白质氧化进 行灭菌 利用高温蒸汽将物料 的温度升高使微生物 体内的蛋白质变性进 行灭菌 用射线穿透微生物细 胞进行灭菌
利用化学试剂对微生 物的氧化作用或损伤 细胞等进行灭菌 利用过滤介质将微生 物菌体细胞过滤进行 除菌
特点
适用范围
方法简单、灭菌彻底、 适用于接种针、玻璃
但适用范围有限。
2、喷射加热——真空冷却连续灭菌流程
3、薄板换热器连续灭菌流程
利用冷培养液作冷却剂，即冷却了热培养基， 又预热了冷培养基，节约用水和蒸汽。
间歇灭菌
又称实罐灭菌，实消，是在每批培养基全 部流入发酵罐后，就在罐内通入蒸汽加热 至灭菌温度，维持一定时间，再冷却到接 种温度。此法对设备要求简单，灭菌可靠， 无需专门的灭菌设备，投资少，是中小型 工厂厂采用的一种方法。
判断采用高温或是在低温条件下杀菌是由该反应的 活化能的大小决定。灭菌温度升高时，微生物杀死 速率的提高要超过营养成分破坏的速率。在灭菌度 相同的条件下，Nt=常数，因而高温K值增大，时 间必定大大缩短，营养物质总的损失可以减少，因 此高温短时灭菌比低温长时要好。此为灭菌动力学 得出的最重要的结论之一。
湿热灭菌法：利用饱和蒸汽灭菌。使微生物体内 的蛋白质发生凝固作用而致死。 由于蒸汽有很强的穿透力，冷凝时放出大量 的潜热，来源方便，价格低廉，灭菌效果好，是 目前最基本的适合培养基和设备的灭菌方法。一 般条件为：121℃，30 min。
火焰灭菌法
利用火焰直接把微生物杀死。方法简单、灭 菌彻底，但适用范围有限，接种针、玻璃棒等。
） 0.1-0.25%
器物消毒浸泡 30 min 作用10-15min
加热熏蒸4h
浸泡30min
化学消毒剂方法的局限性
由于该方法灭菌与培养基中的一些成分发 生反应，并且会残留在培养基中，所以只适合一 些环境及器皿表面的消毒而不适合于培养基的灭 菌。
2、电磁波、射线灭菌法
原理：利用高能电磁波、紫外线或放射性物质产生的
1、培养基湿热灭菌方法 2、影响培养基灭菌的因素 3、培养基灭菌时间的计算
四、培养基与设备、管道灭菌条件
三、发酵培养基的灭菌
培养基中含有丰富的营养，工业化生产中，体积 大，生产的时间长，很易受到杂菌的污染。
工业上常采用湿热灭菌的方法。 灭菌的要求：工业上无菌（灭菌度为1000）。即
尽可能的出去杂菌的同时，还要尽可能的减少营 养物的损失。 常采用的条件为：121℃，20-30 min。
三、发酵培养基的灭菌
1、培养基湿热灭菌方法
连续灭菌 间歇灭菌
连续灭菌
将配置好的培养基在向 发酵罐等培养装置输送的同 时进行加热、保温、和冷却 而进行灭菌。连续灭菌可在 短时间内加热到保温的温度， 并且能很快地冷却，因此可 在比间歇灭菌更高的温度下 进行灭菌，有利于减少营养 物质的损失。
分为三个阶段：升温、保温和冷却。
三路进汽：直接蒸汽 从通风、取样和出料 口进入罐内直接加热， 直到所规定的温度， 并维持一定的时间。 这就是所谓的“三路 进气”。
操作方法
开始灭菌时，先放去夹套或蛇管中的冷水， 开启排气管阀，通过空气管向罐内的培养基 通入蒸汽进行加热，同时也可在夹套内通蒸 汽进行间接加热。当培养基的温度达到70℃
三、发酵培养基的灭菌
1、培养基湿热灭菌方法 2、影响培养基灭菌的因素 3、培养基灭菌时间的计算
四、培养基与设备、管道灭菌条件
二、湿热灭菌的原理
（一）微生物死亡动力学——对数残留定律
微生物受热死亡的主要原因是高热能使蛋白质 变性，这种反应可认为是单分子反应，死亡速率可 视为一级反应，即与残存的微生物数量成正比，
120 ℃ Ks (min-1) 0.024 KB (min-1) 0.055
150 ℃ 11.12 0.404
提高倍数 463 7.3
表4-3 不同灭菌条件下培养基营养成分 的破坏情况
温度 /℃ 100
110
115
120
灭菌时 间/min
400
30
15
4
营养成分 破坏/%
99.3
温度 /℃ 130
第四章 灭菌与空气的净化
第一节 灭菌的方法
一、灭菌的方法 二、湿热灭菌的原理
1、微生物死亡动力学——对数残留定律 2、温度对死亡速率常数k值的影响 3、温度对营养物质分解破坏速率常数k’的影响
三、发酵培养基的灭菌
1、培养基湿热灭菌方法 2、影响培养基灭菌的因素 3、培养基灭菌时间的计算
高能粒子可以起到灭菌的作用。
穿透力差
波长在(2.1-3.1) ×10-7 m的紫外线
表面或空
气灭菌。
波长在(0.06-1.4) ×10-7 m的 X 射线/γ 射线(Co60)
在
工业上还少采用。
设备投资高
3、热灭菌法
干热灭菌法：160℃，1 h。使微生物体内的蛋白 质发生氧化作用而死亡。用于实验器具和材料的 灭菌。
灭菌时 间/min
0.5
67ห้องสมุดไป่ตู้
140 0.08
50
150 0.01
27
营养成分 破坏/%
8
2
<1
第一节 灭菌的方法
一、灭菌的方法 二、湿热灭菌的原理
1、微生物死亡动力学——对数残留定律 2、温度对死亡速率常数k值的影响 3、温度对营养物质分解破坏速率常数k’的影响
三、发酵培养基的灭菌
温度可以影响反应速度常数。其关系用Arrhenius方程表示:
k =Aexp(－ ⊿E/RT)
式中：
A—常数（s-1 or min-1)； R—气体常数，8.314 J/mol•K; T —绝对温度，K; ⊿E —微生物死亡活化能，J/mol.
两边同时取对数得：㏑ k = ㏑ A－ (⊿E /RT)…….. ⑴
影响k值大小的因素
相同的温度下，微生物越耐热，k值越小。 eg.细菌芽孢的耐热性比营养细胞大，细菌芽孢的k值比 营养细胞小得多。
同一种微生物，灭菌温度越低，k值越小； 灭菌温度越高，k值越大。
t=（2.303/k）lg (N0/ Nt)
因此，提高灭菌温度， k值增大，灭菌时间t显著缩短。
（二）温度对死亡速率常数k值的影响
4、过滤除菌法
利用过滤的方法截留微生物的方法。适合于 澄清的液体和气体的除菌。工业上常用此法制备 大量的无菌空气，供好气性微生物的培养使用。
灭菌方法 火焰灭菌法 干热灭菌法 湿热灭菌法
射线灭菌法 化学式剂灭菌法 过滤除菌法
表 3-6 各种灭菌方法的特点及适用范围
原理及条件 利用火焰直接把微生 物杀死。
左右时，从取样口和出料口向向罐内通入蒸
汽，培养基温度达到121℃，1*105pa时，调 节好各进气和排气阀门，使罐压和温度保持 在这一水平进行保温。
34
在保温阶段，凡进口在培养基面下的各管道 都应通入蒸汽，在液面上的各管道则应排放 蒸汽，这样才能保证灭菌彻底，不留死角。
保温结束后，依次关闭各进汽阀门，待罐内 压力低于空气压力后，向罐内通人无菌空气， 在夹套或蛇管中通入冷水，使培养基温度降 到所需要的温度。
乙醇
3 酚类： 石碳酸 来苏尔
4 甲醛
5 铵盐 新洁尔灭
皮肤消毒 发酵工厂环境消毒
0.1-0.25% 环 境 消 毒 可 直
2-5%
接用于粉体
皮肤及器物的消毒
浸泡衣物、擦拭房间桌 面、喷雾消毒 皮肤、桌面、器械消毒 空气消毒
皮肤、器械、环境消毒
70-75%
1-5% 3-5%
1-2% （1015ml/m3
同样是为一级反应：dC/dt= k’ C 其中：
C —培养基内易被破坏成分的浓度mol/L; t —灭菌时间（min,s);
k’ —分解速度常数。 而且K’同样受到温度的影响， 符合Arrhenius方
程，即有：㏑ k’ = ㏑ A’－ (⊿E’ /RT)…….. ⑴’
d㏑ k’ / dT= ⊿E’ /RT2…………. ⑵’
限
器皿表面的消毒
使用方法较广，可用 常用于环境空气的灭
于无法用加热方法进 菌及一些表面的灭菌
行灭菌的物品
不改变物性而达到灭 常用于生产中空气的
菌目的，设备要求高 净化除菌，少数用于
容易被热破坏的培养
基的灭菌
第一节 灭菌的方法
一、灭菌的方法 二、湿热灭菌的原理
1、微生物死亡动力学——对数残留定律 2、温度对死亡速率常数k值的影响 3、温度对营养物质分解破坏速率常数k’的影响
dN kN dt 初始条件：N N0,t 0 积分得：Nt N0ekt t=（2.303/k）lg (N0/ Nt)
Nt－经时间t后残存的活菌 浓度（个/L) N0—开始灭菌时原有活菌 浓度（个/L)； t－灭菌时间（s,min） k－灭菌速率常数或比死亡 速率常数（s-1,min-1）
棒、试管口、三角瓶
口等灭菌
灭菌后物料可保持干 适用于金属或玻璃器
燥，方法简单，但灭 皿的灭菌。
菌效果不如湿热灭菌
蒸汽来源容易、潜热 广泛应用于生产设备
大、穿透力强、灭菌 及培养基的灭菌。
效果好、操作费用低、
有经济快速的特点
使用方便，但穿透能 一 般 只 适 用 于 无 菌
力较差，适用范围有 室，无菌箱摇瓶间和
35
间歇灭菌的计算
升温阶段：采用间接加 热（夹套、蛇管）；直 接加热（在培养基中直 接通入蒸汽）；或二者 同时进行的加热方式。
培养基的保温阶段，是灭菌的主要时段。习惯上， 把保温时间看为灭菌时间。
降温是培养基灭菌后用冷却水间壁将培养基冷却 至培养所要求温度的过程。随着发酵罐容积的加 大，分批灭菌的升温和降温时间就延长，由此造 成培养基成分的破坏。同时，发酵罐的设备利用 率也有所降低。
利用化学试剂对微生 物的氧化作用或损伤 细胞等进行灭菌 利用过滤介质将微生 物菌体细胞过滤进行 除菌
特点
适用范围
方法简单、灭菌彻底、 适用于接种针、玻璃
但适用范围有限。
2、喷射加热——真空冷却连续灭菌流程
3、薄板换热器连续灭菌流程
利用冷培养液作冷却剂，即冷却了热培养基， 又预热了冷培养基，节约用水和蒸汽。
间歇灭菌
又称实罐灭菌，实消，是在每批培养基全 部流入发酵罐后，就在罐内通入蒸汽加热 至灭菌温度，维持一定时间，再冷却到接 种温度。此法对设备要求简单，灭菌可靠， 无需专门的灭菌设备，投资少，是中小型 工厂厂采用的一种方法。
判断采用高温或是在低温条件下杀菌是由该反应的 活化能的大小决定。灭菌温度升高时，微生物杀死 速率的提高要超过营养成分破坏的速率。在灭菌度 相同的条件下，Nt=常数，因而高温K值增大，时 间必定大大缩短，营养物质总的损失可以减少，因 此高温短时灭菌比低温长时要好。此为灭菌动力学 得出的最重要的结论之一。
湿热灭菌法：利用饱和蒸汽灭菌。使微生物体内 的蛋白质发生凝固作用而致死。 由于蒸汽有很强的穿透力，冷凝时放出大量 的潜热，来源方便，价格低廉，灭菌效果好，是 目前最基本的适合培养基和设备的灭菌方法。一 般条件为：121℃，30 min。
火焰灭菌法
利用火焰直接把微生物杀死。方法简单、灭 菌彻底，但适用范围有限，接种针、玻璃棒等。
） 0.1-0.25%
器物消毒浸泡 30 min 作用10-15min
加热熏蒸4h
浸泡30min
化学消毒剂方法的局限性
由于该方法灭菌与培养基中的一些成分发 生反应，并且会残留在培养基中，所以只适合一 些环境及器皿表面的消毒而不适合于培养基的灭 菌。
2、电磁波、射线灭菌法
原理：利用高能电磁波、紫外线或放射性物质产生的
1、培养基湿热灭菌方法 2、影响培养基灭菌的因素 3、培养基灭菌时间的计算
四、培养基与设备、管道灭菌条件
三、发酵培养基的灭菌
培养基中含有丰富的营养，工业化生产中，体积 大，生产的时间长，很易受到杂菌的污染。
工业上常采用湿热灭菌的方法。 灭菌的要求：工业上无菌（灭菌度为1000）。即
尽可能的出去杂菌的同时，还要尽可能的减少营 养物的损失。 常采用的条件为：121℃，20-30 min。
三、发酵培养基的灭菌
1、培养基湿热灭菌方法
连续灭菌 间歇灭菌
连续灭菌
将配置好的培养基在向 发酵罐等培养装置输送的同 时进行加热、保温、和冷却 而进行灭菌。连续灭菌可在 短时间内加热到保温的温度， 并且能很快地冷却，因此可 在比间歇灭菌更高的温度下 进行灭菌，有利于减少营养 物质的损失。
分为三个阶段：升温、保温和冷却。
三路进汽：直接蒸汽 从通风、取样和出料 口进入罐内直接加热， 直到所规定的温度， 并维持一定的时间。 这就是所谓的“三路 进气”。
操作方法
开始灭菌时，先放去夹套或蛇管中的冷水， 开启排气管阀，通过空气管向罐内的培养基 通入蒸汽进行加热，同时也可在夹套内通蒸 汽进行间接加热。当培养基的温度达到70℃
三、发酵培养基的灭菌
1、培养基湿热灭菌方法 2、影响培养基灭菌的因素 3、培养基灭菌时间的计算
四、培养基与设备、管道灭菌条件
二、湿热灭菌的原理
（一）微生物死亡动力学——对数残留定律
微生物受热死亡的主要原因是高热能使蛋白质 变性，这种反应可认为是单分子反应，死亡速率可 视为一级反应，即与残存的微生物数量成正比，
120 ℃ Ks (min-1) 0.024 KB (min-1) 0.055
150 ℃ 11.12 0.404
提高倍数 463 7.3
表4-3 不同灭菌条件下培养基营养成分 的破坏情况
温度 /℃ 100
110
115
120
灭菌时 间/min
400
30
15
4
营养成分 破坏/%
99.3
温度 /℃ 130
第四章 灭菌与空气的净化
第一节 灭菌的方法
一、灭菌的方法 二、湿热灭菌的原理
1、微生物死亡动力学——对数残留定律 2、温度对死亡速率常数k值的影响 3、温度对营养物质分解破坏速率常数k’的影响
三、发酵培养基的灭菌
1、培养基湿热灭菌方法 2、影响培养基灭菌的因素 3、培养基灭菌时间的计算
高能粒子可以起到灭菌的作用。
穿透力差
波长在(2.1-3.1) ×10-7 m的紫外线
表面或空
气灭菌。
波长在(0.06-1.4) ×10-7 m的 X 射线/γ 射线(Co60)
在
工业上还少采用。
设备投资高
3、热灭菌法
干热灭菌法：160℃，1 h。使微生物体内的蛋白 质发生氧化作用而死亡。用于实验器具和材料的 灭菌。
灭菌时 间/min
0.5
67ห้องสมุดไป่ตู้
140 0.08
50
150 0.01
27
营养成分 破坏/%
8
2
<1
第一节 灭菌的方法
一、灭菌的方法 二、湿热灭菌的原理
1、微生物死亡动力学——对数残留定律 2、温度对死亡速率常数k值的影响 3、温度对营养物质分解破坏速率常数k’的影响
三、发酵培养基的灭菌
温度可以影响反应速度常数。其关系用Arrhenius方程表示:
k =Aexp(－ ⊿E/RT)
式中：
A—常数（s-1 or min-1)； R—气体常数，8.314 J/mol•K; T —绝对温度，K; ⊿E —微生物死亡活化能，J/mol.
两边同时取对数得：㏑ k = ㏑ A－ (⊿E /RT)…….. ⑴
影响k值大小的因素
相同的温度下，微生物越耐热，k值越小。 eg.细菌芽孢的耐热性比营养细胞大，细菌芽孢的k值比 营养细胞小得多。
同一种微生物，灭菌温度越低，k值越小； 灭菌温度越高，k值越大。
t=（2.303/k）lg (N0/ Nt)
因此，提高灭菌温度， k值增大，灭菌时间t显著缩短。
（二）温度对死亡速率常数k值的影响
4、过滤除菌法
利用过滤的方法截留微生物的方法。适合于 澄清的液体和气体的除菌。工业上常用此法制备 大量的无菌空气，供好气性微生物的培养使用。
灭菌方法 火焰灭菌法 干热灭菌法 湿热灭菌法
射线灭菌法 化学式剂灭菌法 过滤除菌法
表 3-6 各种灭菌方法的特点及适用范围
原理及条件 利用火焰直接把微生 物杀死。
左右时，从取样口和出料口向向罐内通入蒸
汽，培养基温度达到121℃，1*105pa时，调 节好各进气和排气阀门，使罐压和温度保持 在这一水平进行保温。
34
在保温阶段，凡进口在培养基面下的各管道 都应通入蒸汽，在液面上的各管道则应排放 蒸汽，这样才能保证灭菌彻底，不留死角。
保温结束后，依次关闭各进汽阀门，待罐内 压力低于空气压力后，向罐内通人无菌空气， 在夹套或蛇管中通入冷水，使培养基温度降 到所需要的温度。
乙醇
3 酚类： 石碳酸 来苏尔
4 甲醛
5 铵盐 新洁尔灭
皮肤消毒 发酵工厂环境消毒
0.1-0.25% 环 境 消 毒 可 直
2-5%
接用于粉体
皮肤及器物的消毒
浸泡衣物、擦拭房间桌 面、喷雾消毒 皮肤、桌面、器械消毒 空气消毒
皮肤、器械、环境消毒
70-75%
1-5% 3-5%
1-2% （1015ml/m3
同样是为一级反应：dC/dt= k’ C 其中：
C —培养基内易被破坏成分的浓度mol/L; t —灭菌时间（min,s);
k’ —分解速度常数。 而且K’同样受到温度的影响， 符合Arrhenius方
程，即有：㏑ k’ = ㏑ A’－ (⊿E’ /RT)…….. ⑴’
d㏑ k’ / dT= ⊿E’ /RT2…………. ⑵’
限
器皿表面的消毒
使用方法较广，可用 常用于环境空气的灭
于无法用加热方法进 菌及一些表面的灭菌
行灭菌的物品
不改变物性而达到灭 常用于生产中空气的
菌目的，设备要求高 净化除菌，少数用于
容易被热破坏的培养
基的灭菌
第一节 灭菌的方法
一、灭菌的方法 二、湿热灭菌的原理
1、微生物死亡动力学——对数残留定律 2、温度对死亡速率常数k值的影响 3、温度对营养物质分解破坏速率常数k’的影响
dN kN dt 初始条件：N N0,t 0 积分得：Nt N0ekt t=（2.303/k）lg (N0/ Nt)
Nt－经时间t后残存的活菌 浓度（个/L) N0—开始灭菌时原有活菌 浓度（个/L)； t－灭菌时间（s,min） k－灭菌速率常数或比死亡 速率常数（s-1,min-1）
棒、试管口、三角瓶
口等灭菌
灭菌后物料可保持干 适用于金属或玻璃器
燥，方法简单，但灭 皿的灭菌。
菌效果不如湿热灭菌
蒸汽来源容易、潜热 广泛应用于生产设备
大、穿透力强、灭菌 及培养基的灭菌。
效果好、操作费用低、
有经济快速的特点
使用方便，但穿透能 一 般 只 适 用 于 无 菌
力较差，适用范围有 室，无菌箱摇瓶间和
35
间歇灭菌的计算
升温阶段：采用间接加 热（夹套、蛇管）；直 接加热（在培养基中直 接通入蒸汽）；或二者 同时进行的加热方式。
培养基的保温阶段，是灭菌的主要时段。习惯上， 把保温时间看为灭菌时间。
降温是培养基灭菌后用冷却水间壁将培养基冷却 至培养所要求温度的过程。随着发酵罐容积的加 大，分批灭菌的升温和降温时间就延长，由此造 成培养基成分的破坏。同时，发酵罐的设备利用 率也有所降低。