培养基灭菌及灭菌设备
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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 保温过程的灭菌作培养用基灭。菌及灭菌设备
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。
培养基灭菌及灭菌设备
18.2.1 热灭菌的原理
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20～30 min。
培养基灭菌及灭菌设备
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Pe＝1000，由图18-12确定kt；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。
影响热灭菌的温度和时间的因素很多， 包括微生物的种类、性质、浓度及培养基的 性质、浓度等。
培养基灭菌及灭菌设备
18.2.1 热灭菌的原理
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。
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。
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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。
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18.2.2 对数残留定律
对于芽孢可看作是一级串联反应： 积分方程为：
培养基灭菌及灭菌设备
18.2.2 对数残留定律
灭菌时间：
ln N 0 t N
k
2.3.3lg N0
t
N
or k
其中k为死亡速度常数（比死亡速率）。
培养基灭菌及灭菌设备
18.2.2 对数残留定律
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
最后进行校核，由w、d以及物料的黏度μ、密度ρ求 出Re。由Re值用图18-13和式(18-38)求出Pe，若Pe≥1000， 则所得到的d, L可用，否则需改变管径，重新计算。
一般衡量灭菌彻底与否，是以能否杀灭芽孢细 菌为标准。
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18.2.2 对数残留定律
营养细胞热灭菌可认为是一级反应：
N kD
ln N kt
积分方程为：N0
N kr S ks D
（18－2）
N N 0k rk rks exkstp ) (k k r sex k p rt) (
培养基灭菌及灭菌设备
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。
培养基灭菌及灭菌设备
培养基灭菌及灭菌设备
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。
第18章 培养基灭菌及灭菌设备
培养基灭菌及灭菌设备
杂菌污染产生的不良后果
①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；
②杂菌所产生的一些代谢产物，使产物的分离困 难；
③污染的杂菌可能会分解产物，而使生产失败； ④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； ⑤当发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解，而使
18.2.3 培养基灭菌温度的选择
可见随着温度的升高，k值增大， 且ΔE越大，温度的影响越明显。
（18－15） 活化能
培养基灭菌及灭菌设备
培养基灭菌及灭菌设备
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。
培养基灭菌及灭菌设备
ห้องสมุดไป่ตู้
18.2.3 培养基灭菌温度的选择
由于培养基的破坏属于分解反应，也可 看作是化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：
lnn(kk('22//kk'11))E E
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生产失败。
培养基灭菌及灭菌设备
防止杂菌污染的措施
①使用无污染的纯粹种子； ②使用的培养基和设备须经灭菌； ③培养过程中加入的物料需经过灭菌； ④好气培养过程中使用的空气需经除菌
处理； ⑤设备应严格密封，生物反应器中需维
持高于环境的压力。
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18.1 灭菌方法
灭菌是指采用物理或化学方法杀灭或去 除物料或设备中一切有生命物质的过程。
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：
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18.2.2 对数残留定律
N的取值： N＝0.001=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tt11/2/2：lkn20.6k93
常用的灭菌方法有以下几种： ①化学药剂灭菌； ②射线灭菌； ③干热灭菌； ④湿热灭菌； ⑤过滤除菌。
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18.2 培养基灭菌
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。
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。
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18.2.1 热灭菌的原理
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20～30 min。
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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Pe＝1000，由图18-12确定kt；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。
影响热灭菌的温度和时间的因素很多， 包括微生物的种类、性质、浓度及培养基的 性质、浓度等。
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18.2.1 热灭菌的原理
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。
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。
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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。
培养基灭菌及灭菌设备
18.2.2 对数残留定律
对于芽孢可看作是一级串联反应： 积分方程为：
培养基灭菌及灭菌设备
18.2.2 对数残留定律
灭菌时间：
ln N 0 t N
k
2.3.3lg N0
t
N
or k
其中k为死亡速度常数（比死亡速率）。
培养基灭菌及灭菌设备
18.2.2 对数残留定律
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
最后进行校核，由w、d以及物料的黏度μ、密度ρ求 出Re。由Re值用图18-13和式(18-38)求出Pe，若Pe≥1000， 则所得到的d, L可用，否则需改变管径，重新计算。
一般衡量灭菌彻底与否，是以能否杀灭芽孢细 菌为标准。
培养基灭菌及灭菌设备
18.2.2 对数残留定律
营养细胞热灭菌可认为是一级反应：
N kD
ln N kt
积分方程为：N0
N kr S ks D
（18－2）
N N 0k rk rks exkstp ) (k k r sex k p rt) (
培养基灭菌及灭菌设备
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。
培养基灭菌及灭菌设备
培养基灭菌及灭菌设备
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。
第18章 培养基灭菌及灭菌设备
培养基灭菌及灭菌设备
杂菌污染产生的不良后果
①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；
②杂菌所产生的一些代谢产物，使产物的分离困 难；
③污染的杂菌可能会分解产物，而使生产失败； ④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； ⑤当发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解，而使
18.2.3 培养基灭菌温度的选择
可见随着温度的升高，k值增大， 且ΔE越大，温度的影响越明显。
（18－15） 活化能
培养基灭菌及灭菌设备
培养基灭菌及灭菌设备
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。
培养基灭菌及灭菌设备
ห้องสมุดไป่ตู้
18.2.3 培养基灭菌温度的选择
由于培养基的破坏属于分解反应，也可 看作是化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：
lnn(kk('22//kk'11))E E
培养基灭菌及灭菌设备
生产失败。
培养基灭菌及灭菌设备
防止杂菌污染的措施
①使用无污染的纯粹种子； ②使用的培养基和设备须经灭菌； ③培养过程中加入的物料需经过灭菌； ④好气培养过程中使用的空气需经除菌
处理； ⑤设备应严格密封，生物反应器中需维
持高于环境的压力。
培养基灭菌及灭菌设备
18.1 灭菌方法
灭菌是指采用物理或化学方法杀灭或去 除物料或设备中一切有生命物质的过程。
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：
培养基灭菌及灭菌设备
18.2.2 对数残留定律
N的取值： N＝0.001=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tt11/2/2：lkn20.6k93
常用的灭菌方法有以下几种： ①化学药剂灭菌； ②射线灭菌； ③干热灭菌； ④湿热灭菌； ⑤过滤除菌。
培养基灭菌及灭菌设备
18.2 培养基灭菌
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。