第八章培养基灭菌及发酵设备

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。
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
4）间歇灭菌法：80-100 ℃,15-60min,室温过夜，重复三 次
2.过滤除菌法
含有酶、血清、维生素、氨基酸等容易热失活的培养基， 可以采用此法。
过滤介质有膜材料：醋酸纤维素、硝酸纤维素、聚醚砜、 尼龙、聚丙烯腈等
深层过滤材料：石棉板、烧结陶瓷、烧结金属等
过滤器主要有两类：
绝对过滤器：过滤介质呈膜状，滤孔比要除去的颗粒直径 小，理论上可以完全除去微生物。去除机制为拦截作用。
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
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）。
另一类是深层过滤器：空隙的直径比要除去颗粒的直径大， 由毡毛、棉花、石棉和玻璃纤维组成。
工作机制是通过惯性碰撞、扩散和吸附作用除菌。
过滤介质有两类：一类是棉花纤维、玻璃纤维、合成纤维和 颗粒状活性炭等，要填充在一定的容器中定形；
一类是已制成板状或管状，如石棉板和烧结材料等。
实验室常用的滤器孔径是0.45微米和0.22微米。
3.微波灭菌法
主要是利用微波（300MHz~3000GHz的电磁波，是无 线电波中一个有限频带的简称，即波长在0.1毫米~1米 之间的电磁波）的热效应
微生物在微波电磁场的作用下，吸收微波的能量，产生 热效应，同时微波造成分子的加速运动使细胞内部受到 损害，从而导致微生物死亡。
特点：加热均匀、热能利用率高，穿透能力强，加热时 间短。
第八章 培养基灭菌及 发酵设备
一 培养基灭菌及灭菌设备
培养基灭菌的目的：保证所选用的培养基没有受到其 它杂菌的污染
染菌产生的不良后果？ 灭菌的方法有：化学药剂灭菌、射线灭菌、干热灭 菌、湿热灭菌、过滤除菌
培养基的灭菌方式：
1.湿热灭菌： 2.过滤除菌 3.微波灭菌
1.湿热灭菌法 是利用水蒸气的热量将物品灭菌。 水蒸气具有穿透能力强，易于传导热量的优点。 湿热更容易将微生物细胞中蛋白质的氢键打断，使其发生变性 凝固。 优点：经济、快速 不同微生物菌株，所需湿热灭菌的温度和时间不一样。 多数细菌和真菌营养体在60℃左右，5-10min死亡； 真菌和酵母菌的孢子，80 ℃以上才会死亡； 嗜热脂肪芽孢杆菌的芽孢在121 ℃,12min才能死亡
常见的湿热灭菌有以下几种：
1）常规加压灭菌法
因无法了解待灭菌培养基中微生物的热致死特性，常假 设杂菌是嗜热脂肪芽孢杆菌的芽孢；
灭菌工艺是0.1MPa，维持15-30min(灭菌是靠温度） 2）连续灭菌法 3）巴斯德消毒法 一般60-80 ℃,15s-30min; 现在超高温巴斯德灭菌法，140 ℃,3-4s，急剧冷却至75 ℃
10
D = 10 min D
0 10 20 30 40 50 60
残存活细胞曲线
加热时间 (min)
பைடு நூலகம்
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 如果加热的温度为121℃，则常写成Dr
—— 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
某些微生物对湿热的相对热阻（与大肠杆菌比较）
微生物
相对热阻
细菌和酵母的营养细胞
1
细菌芽孢 霉菌孢子
3×106 2-10
病毒及噬菌体
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)
主要内容 一、空罐灭菌 二、灭菌有关理论 三、分批灭菌 四、连续灭菌
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
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。