灭菌方法

的敏感性大于对低温的敏感性，所以采用高温灭菌是
一种有效的灭菌方法。细胞内蛋白质的凝固性与其本
身的含水量有关，在菌体受热时，当环境和细胞内的
含水量越大，蛋白质凝固越快。
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1、湿热灭菌
根据被灭菌物品的不同，选择各种不同温度
的蒸汽进行灭菌，是工业上常用的灭菌方法。湿
热灭菌简便、有效、经济。
非金属器械、无菌病室的食品食具、药杯及其
它用品的消毒。
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微波长期照射可引起眼睛的晶状混浊、睾 丸损伤和神经功能紊乱等全身性反应，因此必 须关好门后才开始操作。
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（5）紫外线 紫外线的特点是对芽孢和营养细胞都能起作 用，但细菌芽孢和霉菌孢子对其抵抗力大，且紫外 线穿透力极低，所以只能用于表面灭菌，对固体物 质灭菌不彻底。一般无菌室、超净工作台和摇瓶间 等可采用30w紫外灯泡照射20-30min，以波长2600A
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四.培养基在工程上要解决的课题
将培养基中的杂菌总数杀灭到可以接
受的总数需要多高的温度、多长的时间。
选择最佳灭菌条件，达到既杀灭杂菌又尽
量减少营养成分的破坏。
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五. 微生物的热死动力学
1、微生物的热阻
每一种微生物都有一定的生长温度范围，
红外线的杀菌作用与干热相似，利用红外线烤
箱灭菌的所需温度和时间亦同于干烤。多用于
医疗器械的灭菌。
人受红外线照射较长会感觉眼睛疲劳及头
疼；长期照射会造成眼内损伤。因此，工作人 至少应戴能防红外线伤害的防护镜。
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（4）微波：微波是一种波长为1mm到1m左右的电
磁波，频率较高，可穿透玻璃、塑料薄膜与陶瓷
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绝大多数的发酵过程需要在无菌条件下进 行，因此培养基的灭菌必须合理的设计，使之既
能达到所需的无菌程度，又能保证培养基中有效
成分的破坏在允许的围之内,培养基的优劣直接关
系到实验和研究的成败与否及微生物发酵生产的
效率。 问题：什么是培养基？
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本章主要内容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.
等物质，但不能穿透金属表面。微波能使介质内
杂乱无章的极性分子在微波场的作用下，按波的 频率往返运动，互相冲撞和磨擦而产生热，介质 的温度可随之升高，因而在较低的温度下能起到 消毒作用。
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一般认为其杀菌机理除热效应以外，还有电磁 共振效应，场致力效应等的作用。消毒中常用 的微波有2450MHZ与915MHZ两种。微波照射多 用于食品加工。在医院中可用于检验室用品、
左右灭菌效果最好。
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在同样的温度下，温热的杀菌效果比干热好，
其原因有：
①蛋白质凝固所需的温度与其含水量有关，含水量 愈大，发生凝固所需的温度愈低。湿热灭菌的菌体
蛋白质吸收水分，因较大同一温度的干热空气中易
于凝固。
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②温热灭菌过程中蒸气放出大量潜热，加速
提高湿度。因而湿热灭菌比干热所要温度低，
当微生物处于最低温度以下时，代谢作用几乎
来自百度文库
停滞且处于休眠状态。相反温度超过最高限度
时，细胞中的原生质胶体和酶蛋白就几乎发生
不可逆的凝固变性，使微生物在很短的时间内
死亡。
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致死温度：是杀灭微生物的极限温度。
致死时间：是在致死温度下杀灭全部微生物所
需时间。
热阻（对热抵抗力）：微生物在某一特定条件
如在同一温度下，则湿热灭菌所需时间比干
热短。
③湿热的穿透力比干热大，使深部也能达到
灭菌温度，故湿热比干热收效好。
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3. 化学药剂灭菌
（1）0.1%~0.25%KMnO4溶液：用于皮肤、水果及饮 具的消毒； （2）0.5%~1%漂白粉溶液：用于环境消毒； （3）75%酒精：用于皮肤及玻璃器皿表面消毒； （4）0.25%新洁尔灭：用于皮肤和小器皿表面消毒 及环境消毒；
R--------气体常数 8.36J/mol.K(或 1.98cal/mol.K)
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活化能:
在反应动力学中指出，分子的碰撞只有某
些分子的碰撞才是有效的碰撞。这些分子在碰撞 时，所具有的内能比在该温度下其它分子所具有 的平均内能要大，正是这种过剩的能量才是分子 在所指的条件下进行反应所必需具备的能量，这 个能量就是活化能。
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(3) 红外线：红外线辐射是一种0.77～1000微米
波长的电磁波,有较好的热效应,尤以1～10微米波
长的热效应最强。亦被认为一种干热灭菌。红外 线由红外线灯泡产生,不需要经空气传导，所以加
热速度快，但热效应只能在照射到的表面产
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生，因此不能使一个物体的前后左右均匀加热。
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工业上湿热灭菌分为分批灭菌和连续灭菌
分批灭菌（实消）：将培养基置于反应器中用 蒸汽加热，达到预定灭菌温度后维持一定时间， 再冷却到发酵温度，然后接种发酵，这叫分批 灭菌。 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。
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灭菌的意义： 微生物是无孔不入、无处不在的，但在自然 界却很难找到纯培养状态下生长的微生物。自从发 酵工业利用纯培养技术以来，许多发酵过程特别是 氨基酸等新型发酵工业都要求纯种培养，即在培养 期间除大量繁殖生产菌外，不允许其他微生物存在
（通常称之为杂菌）。
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3. 温度对杀菌速率常数K的影响
微生物受热蛋白质变性而死亡，温度对杀 菌速率常数的影响可以用阿累尼乌斯（Arrhenins) 方程表示：K=Ae-E/RT K-------- 杀菌速率常数（死亡速率常数）（min-1）
A-------- 频率因子（阿累尼乌斯常数），因菌种 的不同而异。 E--------活化能（J/mol） T--------绝对温度（K）T= t +273.15
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（1）煮沸法：煮沸100℃，5分钟，能杀死一般细 菌的繁殖体。许多芽胞需经煮沸5～6小时才死亡。 水中加入2%碳酸钠，可提高其沸点105℃，既可促 进芽胞的杀灭，又能防止金属器皿生锈。煮沸法
可用于饮水和一般器械（刀剪、注射器等）的消
毒。
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（2）流通蒸汽灭菌法：利用100℃左右的水蒸汽
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（5）10%甲醛溶液：用于无菌室、摇瓶间及车间
的熏蒸消毒； （6）苯酚溶液：2-5%的苯酚溶液用于器械及车
间环境的喷雾消毒；
（7）来苏尔，非典时期大量用的84消毒液：消
毒皮肤桌面及用具等。
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三. 湿热灭菌的原理
湿热灭菌：就是直接用高温蒸汽灭菌。蒸汽在冷凝时释放出
大量潜能，并且蒸汽具有强大穿透力，蒸汽的湿热破坏菌 体蛋白质和核酸的化学键，使酶失活，微生物因代谢障而 死亡。 湿热灭菌的效果，取决与致死温度和致死时间。 致死温度：是杀灭微生物的极限温度。 致死时间：是在致死温度下杀灭全部微生物所需时间。
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热阻（对热抵抗力）：微生物在某一特定条件（一定
如有杂菌，可引起以下的后果：
①生产菌和杂菌同时在培养基中生长，结果丧失 了生产能力。 ②杂菌的生长速度有时比生产菌生长得快，结果
使反应器中以杂菌为主。
③杂菌会污染最终产品。
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④杂菌所产生的物质，使提取产物时发生困难。
⑤杂菌降解所需要的产物。 ⑥发酵如污染了噬菌体，可使生产菌株发生溶菌
（5）高压蒸汽灭菌法：压力蒸汽灭菌是在专门的压
力蒸汽灭菌器中进行的，是热力灭菌中使用最普遍、
效果最可靠的一种方法。其优点是穿透力强，灭菌
效果可靠，能杀灭所有微生物。 目前使用的压力灭菌器可分为两类：下排气式 压力灭菌器和预真空压力灭菌器，适用于耐高温、
耐水物品的灭菌。
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2、干热灭菌
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将方程积分后得：
N0 1 2.303 N0 t= ln = lg K NS K NS
N0：开始灭菌(t=0) 时原有活菌数
Ns：经时间t后残存活菌数
D值：活的微生物在受热过程中减少到原来数目 的1/10（ Ns/N0= 1/10）
D=
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2.303 2.303 lg10 = K K
现象。
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工程上灭菌：是指使用物理或化学方法将培 养基中的杂菌的细胞和孢子杀灭至不影响发 酵为限。 灭菌是为了保证进行纯培养（纯种）发酵。
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二. 灭菌的方法(所有的灭菌，不全针对培养基）
微生物细胞是由蛋白质组成，加热可导致蛋白 质变性，从而达到消灭微生物的目的。微生物对高温
（一定的温度、加热方式）的死亡时间。
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2、对数残留定律：在一定温度下，微生物的受热死亡
符合单分子反应动力学即微生物的热死亡速率与任一 瞬间残存的活菌数成正比。
热死灭动力学方程
式中： N------t--------
dN/dt =-KN
残存的活菌数（个） 灭菌时间（min）
K------- 杀菌速率常数（min-1）或叫死亡速率常 数。 K是判断微生物受热死亡难易程度的基本依据， 其大小与微生物的种类和加热温度有关。 dN/dt------- 菌的瞬时变化率，即死亡速率。
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灭菌的概念和必要性 灭菌的方法 湿热灭菌的原理 培养基在工程上要解决的课题 微生物的热死动力学 影响培养基灭菌的因素 分批灭菌设计 连续灭菌设计
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一.灭菌的概念和必要性
灭菌：是指用物理或化学因子杀灭有生活
能力的细菌营养体和芽孢或孢子的方法。 消毒：消除病原微生物的措施。 在工业中一般都笼统地称为杀菌或灭菌。
干热灭菌比湿热灭菌需要更高的温度与较长的时间。 （1）干烤：利用干烤箱，加热160～180℃2小时，可 杀死一切微生物，包括芽胞菌。主要用于玻璃器 皿、瓷器等的灭菌。
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（2）烧灼和焚烧：烧灼是直接用火焰杀死微生物， 适用于微生物实验室的接种针等不怕热的金属器 材的灭菌。焚烧是彻底的消毒方法，但只限于处 理废弃的污染物品，如无用的衣物、纸张、垃圾 等。焚烧应在专用的焚烧炉内进行。
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从阿累尼乌斯方程可以得出以下结论：
1）活化能E的大小对K值有重大影响，其他条件 相同时E愈高，K值愈低，热死速率愈慢。 2）不同菌的孢子热死反应的E可能各不相同，在 相同T灭菌，尚不能肯定E低的孢子的死亡速度一 定比E高的快，因为K并不是唯一决定于E。 3）对方程两边取对数得： lnK= - E/RT + lnA
进行消毒，一般采用流通蒸汽灭菌器（其原理相
当于我国的蒸笼），加热15-39min，可杀死细菌
繁殖体。消毒物品的包装不宜过大、过紧以利于
蒸汽穿透。
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（3）间歇灭菌法：利用反复多次的流通蒸汽，以达 到灭菌的目的。一般用流通蒸汽灭菌器，100℃加热 15～30min，可杀死其中的繁殖体；但芽胞尚有残存。 取出后放37℃孵箱过夜，使芽胞发育成繁殖体，次 日再蒸一次，如此连续三次以上。本法适用于不耐 高温的营养物（如血清培养基）的灭菌。
第二章
教学时数：4学时
培养基灭菌
教学目的与要求：了解灭菌的概念及必要性，
掌握灭菌方法、湿热灭菌的原理、微生物的热
死动力学、影响培养基灭菌的因素，以达到在
工业生产上能进行简单的灭菌操作，并且能应
用该理论解决简单的实际问题。
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教学重点：微生物的热死动力学、影响培养基
灭菌的因素、分批灭菌设计、连续灭菌设计 教学难点：分批灭菌设计、连续灭菌设计
的温度、加热方式）的死亡时间。
相对热阻：指在相同条件下两种微生物热阻的比值。
芽孢的热阻特别高的原因：①芽孢具有吡啶二羧酸， 能增强对热抵抗力②芽孢厚而且结构致密，热不易透过 ③芽孢的游离水分少，蛋白质含水量较营养细胞蛋白质 含水量低。
在实际生产中，由于不能完全了解杂菌的数量和类
型，因此要以相对热阻大的芽孢作为灭菌的依据。
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（4）巴氏消毒法（Pasteurization）：利用热 力杀死液体中的病原菌或一般的杂菌，同时不致 严重损害其质量的消耗方法。由巴斯德创用以消 毒酒精类，故名。加温61.1～62.8℃ 30min，或 71.7℃ 15～30s。常用于消毒牛奶和酒类等。
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