第五章灭菌工程及空气净化第六章种子扩大培养.pptx

Svante August Arrhenius
was a Swedish physical chemist best known for his theory that electrolytes, certain
substances that dissolve in water to yield a solution that conducts electricity, are
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 —— 培养基中活的微生物个数； —— 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
4）Z 值
—— 在加热致死时间曲线中，加热时间缩短90%所需 升高的温度，即为Z值。
加 热 100 时 间 （
10
Z = 15 Z
min)
100
115 加热温度 （℃）
加热致死时间曲线
2、微生物的热死规律——对数残留定律
◇ 微生物的热死是指微生物的受热失活，但物理性质不变。 ◇ 微生物虽然是一复杂的高分子体系，但受热死亡是由于 蛋白质变性所致。 ◇ 在一定温度下，微生物热死遵循分子反应速度理论。
separated, or dissociated, into electrically charged particles, or ions, even when there is no current flowing through the solution. In
—— 在特定条件、特定温度下，杀死某种微生物 所需的最短时间。
e.g 伤寒杆菌58℃ 30min 变形杆菌55℃ 60min
3）D值
------利用一定温度进行加热, 90%的活菌被杀死时所 需的时间(min)即为D值。又称1/10衰减时间。
残 存 106 活 105 细 104 胞 103 数 102
解：
N0 = 40×106 × 2×105 = 8 ×1012 (个)
N = 0.001;
= 1.8 (min－1)
=
2.303
lg
N0 N
= 2.303 lg (8×1015) = 20.34 (min) 1.8
3、死亡速率常数 （比死亡速率）
◆ 死亡速率 常数 是微生物耐热性的一种特征，它随 微生物种类和灭菌温度而异。
◆ 相同温度下，值越小，则此微生物越耐热。 在121℃，细菌芽孢的值约为1min-1,而营养细胞的值
为10-1010min-1。
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 硬脂嗜热芽孢杆菌FS617 产气梭状芽孢杆菌PA3679
值 min-1
3.8-2.6 0.77 2.9 1.8
二、培养基灭菌的有关理论
一）加热灭菌原理
1、微生物的热阻
每一种微生物都有一定的生长温度范围；
当微生物处在最低生长温度以下，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，细胞中原生质体和 酶的基本成分就发生不可逆的变性，使微生物死亡。
不同种类微生物对热的抵抗力不同。
微生物对热的抵抗力称为热阻（heat resistance）。
◆ 灭菌程度，即残留菌数，如果要求完全彻底灭菌，即N = 0，则 为∞，上式无意义，事实上也不可能。
一般取N = 0.001，即1000次灭菌中有1 次失败。
例：
有一发酵罐内装40m3培养基，在121℃温度下进行实罐灭 菌。原污染程度为每ml有2×105个耐热细菌芽孢， 121℃时灭 菌速度常数为1.8min－1。求灭菌失败几率为0.001时所需的灭 菌时间。
2）从底部通入蒸汽
3）排冷气
4）升压 打开各个需灭菌的管路、放气阀等（如 接 种管、取样管、空气进管、流量计等）
5）保压 通常1kg/cm2, 30～60min 6) 降温 关闭各放气阀，切断汽源，慢慢放气；
或自然冷却，或泵循环水加速冷却
Notes: a）确保无死角产生 b）也可采用甲醛蒸煮或熏蒸的方法 c）勿激碎视镜
第五章 灭菌工程及空气净化
第一节 灭菌工程
一、空罐灭菌
1、目的：
1）消除罐内死角，确保下一批发酵的成功 2）杀灭与罐直接相通的各管路、阀门的微生物 3）杀灭上批发酵的活的微生物，减轻环境污染
2、步骤： （热蒸汽法）
1）先彻底清洗 作用：a）有利于消除死角 b）免于料受热（尤其是干热的部位）干 焦于罐体、管或阀门
某些微生物对湿热的相对热阻（与大肠杆菌比较）
微生物 细菌和酵母的营养细胞 细菌芽孢 霉菌孢子 病毒及噬菌体
相对热阻 1
3×106 2-10 1-5
下面介绍与热阻相关的几个概念
1）致死温度（Death temperature）
——杀死微生物的极限温度称为致死温度。
2）热力致死时间 (Thermal Death Time; TDT)
4、培养基灭菌温度的选择
◆ 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，在加热下氨基酸、维生素等受破坏。 ◆ 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。
若开始灭菌（ = 0）时，培养基中活的微生物数为N0
- dN/d = N
积分
lnN/N0 = - or
2.303logN0/N =
= 2.303 logN0/N /
= 2.303 lgN0/N /
可见灭菌时间取决于污染程度(N0)、灭菌程度 （残留菌数N）和值
◆ 在培养基中有各种各样的微生物，不可能逐一加以考虑。 一般只考虑芽孢细菌和细菌的芽孢数之和作为计算依据。
10
D = 10 min D
0 10 20 30 40 50 60
残存活细胞曲线
加热时间 (min)
例：
含有某种细菌的悬液，含菌数为105/ml,在100℃（212°F）的 水浴温度中，活菌数降低到104/ml时所需的时间为10min,则该 菌的D值即为10min。
D100 = 10min 如果加热的源自文库度为121℃，则常写成Dr