第四章 灭菌技术-第2次课(前45分钟)-改后

4.丁达尔灭菌法或分段灭菌法. 4.丁达尔灭菌法或分段灭菌法.适用于不耐 丁达尔灭菌法或分段灭菌法 热培养基的灭菌.方法是: 热培养基的灭菌.方法是:将待灭菌的培 养基在80 100℃下蒸煮15～60分钟 80～ 下蒸煮15 分钟, 养基在80～100℃下蒸煮15～60分钟,以杀 死其中所有微生物的营养细胞, 死其中所有微生物的营养细胞,然后置室 温或37℃下保温过夜, 37℃下保温过夜 温或37℃下保温过夜,诱导残留的芽孢发 第二天再以同法蒸煮和保温过夜, 芽,第二天再以同法蒸煮和保温过夜,如 此连续重复3 此连续重复3天,即可在较低温度下达到彻 底灭菌的效果. 底灭菌的效果.
3.分批灭菌的注意事项 3.分批灭菌的注意事项
(1)各路进口要蒸汽畅通,防止短路逆流, 各路进口要蒸汽畅通,防止短路逆流,
罐内液体翻动要剧烈,以使罐内物料达到 罐内液体翻动要剧烈, 均一的灭菌温度. 均一的灭菌温度. 排气量不宜过大, 节约蒸汽用量. (2)排气量不宜过大,以节约蒸汽用量. (3)灭菌将要结束时,应立即引入无菌空气 灭菌将要结束时, 保持罐压, 以保持罐压,然后开夹套或蛇管冷却水冷 却. 在引入无菌空气前, (4)在引入无菌空气前,罐内压力必须低于 空气过滤器压力. 空气过滤器压力.
T1=273+100=373K;T2=273+121=394K,
14845 lg k = T
T2
+ 36 . 127
T2
用图解积分法
得:
∫ kd T = 0 .128 K / s
- kmtp
∫ kd T
=
T1
km =
T1
T1 T2
0.128 = 0.0061 s -1 394 373
N p = N0e
(5)降温
A.喷淋冷却器 A.喷淋冷却器 B.螺旋板换热器 B.螺旋板换热器 C.板式换热器 C.板式换热器 D.真空冷却器 D.真空冷却器
喷淋冷却器
indirect heat exchanger(Double Spiral exchanger( heat exchangers) exchangers)
二,生产上培养基的灭菌方法
(一)分批灭菌(实罐灭菌,实消) 分批灭菌(实罐灭菌,实消)
1.概念: 1.概念: 概念 将配制好的培养基放在发酵罐或其他容 器中, 器中,通入蒸汽将培养基和所用设备一起 灭菌的操作过程. 灭菌的操作过程.
2.分批灭菌的一般操作过程 2.分批灭菌的一般操作过程
(1)培养基预热
k=0.25 s-1 则:维持时间
2.303 c0 2.303 107 t= lg = lg = 2.7 min 11 k ct 0.25 2.5 ×10
分批灭菌和连续灭菌的比较
连续灭菌的优点: 连续灭菌的优点:
– 高温瞬时,培养基受热时间短,营养成分破坏少,有 高温瞬时,培养基受热时间短,营养成分破坏少, 利于提高发酵产率; 利于提高发酵产率; – 发酵罐利用率高; 发酵罐利用率高; – 采用板式换热器时,可节约大量能量; 采用板式换热器时,可节约大量能量; – 适宜采用自动控制,劳动强度小 适宜采用自动控制,
4.发酵附属设备及管路的灭菌 4.发酵附属设备及管路的灭菌
发酵附属设备有总空气过滤
器,管道,计量罐,补料罐 管道,计量罐, 等.
物料总管路的准备与灭菌 管道灭菌的蒸汽压力不应低
于3.4×l05Pa(表压),灭菌 3.4× Pa(表压 表压) 时间为1h 1h. 时间为1h.新安装的管道或 长期未使用的管道灭菌时间 可延长到1.5h 1.5h, 可延长到1.5h,灭菌后以无 菌空气保压,自然冷却. 菌空气保压,自然冷却.
= ( 4 × 1014 ) e ( 0.0061×20×60 ) = 2.65 × 1011 个
Np 1 1 2 . 65 × 10 11 = ln = 19 .7 min 保温时间 t = ln k Nt 0 . 0281 0 .001
例3:若将例1中的培养基采用连续灭菌,灭菌温度为131 ℃, :若将例1中的培养基采用连续灭菌,灭菌温度为131
培养基先加热到80 培养基先加热到80～ 80～ 90℃, 90℃,然后再导入蒸汽 升温到120 180℃. 120～ 升温到120～180℃. 预热的目的? ①预热的目的? 预热的方法? ②预热的方法?
(2)培养基灭菌
方法: 方法: 将蒸汽从进气口, 将蒸汽从进气口,排 料口, 料口,取样口直接导入 罐内,所谓的" 罐内,所谓的"三路进 气".使罐温上升到 120～130℃, 120～130℃,罐压维持 Pa(表压 左右, 表压) 在1×l05Pa(表压)左右, 并保温30min 30min. 并保温30min.
(5)要考虑物料体积对升温过程的影响. 要考虑物料体积对升温过程的影响. 物料体积对升温过程的影响
(6)空罐的准备
① 发酵罐空罐严密度的检查 发酵罐空罐严密度 空罐严密度的检查
往往被忽略,但教训深刻. 往往被忽略, 教训深刻.
② 罐内,罐外设备的检查 罐内,罐外设备的检查
搅拌传动系统,罐内管路, 搅拌传动系统,罐内管路, 冷却设备蛇管和夹层 罐外各管路,支管路, 罐外各管路,支管路,阀门 的严密度及畅通情况 取样阀门被菌丝焦化物堵塞 倒罐的教训. 倒罐的教训.
此温度下灭菌速率常数为0.25s 此温度下灭菌速率常数为0.25s-1,求灭菌所需的维持时间. 解:根据对数残留定律:
t= 2.303 N 0 2.303 c0 lg = lg k Nt k ct
c0=107 个/mL mL ct=
0 . 001 40 × 10
6
= 2 . 5 × 10
11
个/mL
N0 2 . 303 t= lg k Nt N 0 = 40 × 10 6 × 1 × 10 7 = 4 × 10 14 个 N t = 0 . 001 个 14845 14845 lg k = + 36 . 127 = + 36 . 127 = -1.55 T 273 + 121 k = 0 . 0281s 1 N0 2 . 303 2 . 303 4 × 10 14 lg = lg = 1442 . 6 s = 24 min t= 0 . 0281 0 . 001 k Nt
③ 死角的清除 死角的清除
死角指的是在灭菌过程中蒸汽的高温所达不到, 死角指的是在灭菌过程中蒸汽的高温所达不到, 消不透的角落. 消不透的角落.
④ 空罐的预消
有些厂家. 有些厂家.
(7)原材料中颗粒及杂物的干扰 (8)搅拌在实罐灭菌中的作用
(9)加热和保温
间接加热升温 直接进汽
(10)假压力的形成与防止 10) 11) (11)泡沫的产生与消除
板式换热器
连消塔式连续灭菌流程
喷射加热式连续灭菌流程 喷射加热式连续灭菌流程
板式换热式连续灭菌流程
基于螺旋式换热器典型连续灭菌流程
3.空罐灭菌 3.空罐灭菌
空罐灭菌也称空消.无论是种子罐,发酵罐,还 空罐灭菌也称空消.无论是种子罐,发酵罐,
是尿素(或液氨) 是尿素 ( 或液氨 ) 罐 , 消泡罐 , 当培养基 ( 或物 消泡罐,当培养基( 尚未进罐前对罐进行预先灭菌. 料)尚未进罐前对罐进行预先灭菌. 灭菌后为避免罐压急速下降造成负压 避免罐压急速下降造成负压, 灭菌后为 避免罐压急速下降造成负压 , 要等到经 过连续灭菌的无菌培养基输入罐内后, 过连续灭菌的无菌培养基输入罐内后 , 才可以开 冷却水冷却. 冷却水冷却. 为了杀死所有微生物特别是耐热的的芽孢, 为了杀死所有微生物特别是耐热的的芽孢 , 空罐 灭菌要求温度较高,灭菌时间较长, 灭菌要求温度较高 , 灭菌时间较长 , 只有这样才 能杀死设备中各死角残存的杂菌或芽孢. 能杀死设备中各死角残存的杂菌或芽孢.
培养基灭菌时间的计算 例1:有一发酵罐内装40m3培养基,在121℃温度下进行 有一发酵罐内装40m 培养基, 121℃温度下进行 实罐灭菌.原污染程度为每1ml 1ml有 实罐灭菌.原污染程度为每1ml有1×107个耐热细菌 芽孢,求理论灭菌时间. 芽孢,求理论灭菌时间. 解:根据对数残留定律:
若考虑升温对灭菌的贡献
1.保温开始时培养基中活菌数不是 而是N 1.保温开始时培养基中活菌数不是N0而是Np 保温开始时培养基中活菌数不是N 2.Tp为升温时间,可从100 ℃算起,可从经 为升温时间,可从100 ℃算起 算起, 验值或通过热量衡算取得该数值. 验值或通过热量衡算取得该数值.
N p = N0 e
常规加压灭菌法
盛有适量水的加压蒸汽灭
菌锅加热煮沸, 菌锅加热煮沸,彻底驱尽 后将锅密闭, 后将锅密闭,再继续加热 121℃(压力为1kgf 1kgf/ 至121℃(压力为1kgf/cm2 15磅 ),时间维 或15磅/英寸2),时间维 15～20分钟 分钟, 持15～20分钟,也可采用 在较低的温度(115℃, 在较低的温度(115℃,即 0.7kgf/ 10磅 0.7kgf/cm2或10磅/英寸2) 下维持35分钟的方法. 35分钟的方法 下维持35分钟的方法.
(三)高温对培养基成分的有害影 响及其防止
消除高温有害影响的措施
(1)对易破坏的含糖培养基进行灭菌时, 对易破坏的含糖培养基进行灭菌时, 应先将糖液与其他成分分别灭菌后再合 并; 对含Ca (2)对含Ca2+或Fe3+的培养基与磷酸盐先 作分别灭菌,然后再混合, 作分别灭菌,然后再混合,就不易形成 磷酸盐沉淀; 磷酸盐沉淀;
3. Km为升温阶 段灭菌常数的平 均值
- kmtp
T2
∫
kdT
km =
T1
T1 T 2
例2:根据例1中的条件,并且已知升温阶段培养基温度从100℃升 根据例1中的条件,并且已知升温阶段培养基温度从100℃ 100℃升 121℃需要20min,考虑这一阶段的灭菌作用 求保温时间? 需要20min,考虑这一阶段的灭菌作用, 到 121℃需要20min,考虑这一阶段的灭菌作用,求保温时间? 条件: 培养基,121℃实罐灭菌 实罐灭菌. 1ml有 个耐热细菌芽孢) (例1条件:40m3培养基,121℃实罐灭菌.每1ml有1×107个耐热细菌芽孢). 解:考虑升温阶段的灭菌作用,在升温到121 ℃ 时,活菌数 考虑升温阶段的灭菌作用,在升温到121 N0降为Np: 降为Np 由N0降为Np:
连续灭菌不适宜的情况
– 培养基中含有颗粒或较多泡沫 – 容积较小的发酵罐
其他灭菌方法
1.巴氏消毒法(pasteurization) 用于牛奶,啤酒, 1.巴氏消毒法(pasteurization) 用于牛奶,啤酒, 巴氏消毒法 果酒和酱油等不能进行高温灭菌的液体的一种消 毒方法, 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 (如牛奶中的结核杆菌或沙门氏菌),而又不影 响它们的风味.巴氏消毒法是一种低温消毒法. 响它们的风味.巴氏消毒法是一种低温消毒法. 低温法: 63℃℃下保持30分钟可进行牛奶 下保持30 低温法:在63℃-65 ℃下保持30分钟可进行牛奶 消毒; 消毒; 高温法:用于牛奶消毒时只要在72℃-75 ℃下保 72℃℃下保 高温法:用于牛奶消毒时只要在72℃ 15秒钟即可 秒钟即可. 持15秒钟即可. 2.超高温瞬时杀菌UHT:1302.超高温瞬时杀菌UHT:130-140 ℃下保持4-7秒钟 超高温瞬时杀菌UHT ℃下保持 下保持4
加热的主要作用?温度l26 132℃;停留时间20 l26～ 20～ 加热的主要作用?温度l26～132℃;停留时间20～30s
不同的加热器
料液 进口
(4)保温
杀灭微生物的主要过程 A.维持罐 A.维持罐 B.管式维持器 B.管式维持器 避免返混, 避免返混,减少培 养基成分破坏
Baidu Nhomakorabea
The following temperature time regimes were calculated to give the same Del factor of 45.7
(二)连续灭菌
1.概念: 1.概念: 概念 将配制好的培养基在通入发酵罐时 将配制好的培养基在通入发酵罐时进行加 保温,降温的灭菌过程,也称之为连消. 热,保温,降温的灭菌过程,也称之为连消.
2.连续灭菌流程 2.连续灭菌流程
(1)配料 (1)配料 (2)预热 预热的目的 可不预热
(3)加热 direct heat exchanger (steam injector)