发酵工业无菌技术PPT课件
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二、微生物的热死灭动力学方程
.
13
实验证明，微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的 一级反应动力学，即：
d d N tkN 1
N：任一时刻的活细菌浓度（个/L） t：时间（min） 活菌的减少率与N的关系
.
14
K：比热死速率常数（min-1） 取边界条件t=0，N=N0，对（1）积分得 或
第四章 发酵工业的无菌技术
.
1
• 4.1 灭菌与消毒的区别
灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中 所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和 孢子
消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、 器皿内外的病源微生物。
.
2
• 培养基灭菌的目的
• 1，在发酵过程中夹杂其它杂菌造成的后果： • 生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；
• 在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比 生产菌生长得更快，结果使发酵罐中以杂菌为 主；
• 杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难 • 杂菌会降解目的产物； • 杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品；
• 发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现 象。
.
3
2，工业上具体措施包括： （1）使用的培养基和设备须经灭菌； （2）好氧培养中使用的空气须除菌处理； （3）设备应严密，发酵罐维持正压环境； （4）培养过程中加入的物料应经过灭菌； （5）使用无污染的纯粹种子。 3，培养基灭菌的目的
4.2发酵工业污染的防治策略
4.2.1污染的危害
1.使生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而 损失，造成生产能力的下降。
2. 杂菌也会产生代谢产物，这就使产物的提取 更加困难，造成得率降低，产品质量下降。
3. 有些杂菌会分解产物，使生产失败。
4. 杂菌大量繁殖后，会改变反应液的pH值，使 反应异常。
分析污染杂菌的种类
分析污染杂菌的时间
分析污染杂菌的程度
.
7
• 杂菌污染的途径及其预防 种子带菌及其预防： 1.培养基及其器具彻底灭菌 2.避免菌种在移接中污染 3.避免菌种在培养和保藏中污染 过滤空气带菌及其防治 设备的渗漏或死角染菌及其防治 培养基灭菌不彻底导致染菌及其防治 操作不当造成染菌 噬菌体染菌及其防治
灭菌温度0C 100 110 115 120 130 145 150
灭菌时间min 400 36 15 4 0.5 0.08 0.01
营养成分破坏率（％） 99.3 67 50 27 8 2 1
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4.4.2 培养基灭菌的工程设计
• 一、无菌的标准
• 根据微生物热死灭方程，要求灭菌后达到绝 对无菌是很难做到的，也是不必要的。因此 在工程设计中常取N=10-3。
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4.3发酵工业的无菌技术
• 工业上具体措施包括： • （1）使用的培养基和设备须经灭菌； • （2）好氧培养中使用的空气应经除菌处理； • （3）设备应严密，发酵罐维持正压环境； • （4）培养过程中加入的物料应经过灭菌； • （5）使用无污染的纯粹种子。
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• 灭菌的方法
• （1）化学法 • 化学药品灭菌法 • （2）物理法 • 干热灭菌法 • 湿热灭菌法 • 射线灭菌法 • 过滤除菌法 • 火焰灭菌法
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各种微生物对湿热的相对热阻
微生物 相对 热阻
营养细 1.0
胞和酵 3×1
母
06
细菌芽 2~1
孢 霉湿菌孢热灭01菌~5的优点
子 病蒸蒸蒸毒汽汽汽和来有有源强很容的大易穿的，透潜操力热作，；费灭用菌低易，于本彻身底无；毒； 噬操菌作体方便，易管理。
.
12
4.4.1湿热灭菌的理论基础
一，培养基湿热灭菌需解决的工程问题 1.将培养基中的杂菌总数N0 杀灭到可以接受的总数N（10－3）， 需要多高的温度、多长的时间为合理。 2.灭菌温度和时间的确定取决于： （1）杂菌孢子的热灭死动力学 （2）反应器的形式和操作方式 （3）培养基中有效成分受热破坏的可接受范围
ln N N 0 K t 2
N N 0 e Kt 3
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15
• lnN0/N=kt
2.303logN0/N=kt
t=2.303 /k logN0/N 对数残存规律 工厂的经验数据，高温灭菌时间15－30s,
维持8－25min。
.
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• 培养基达到完全灭菌时，灭菌温度和灭菌时间对培养基养分 破坏的比较（以VitB1为准）
5. 如果发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解， 使生产失败。
.
6
4.2.2杂菌污染的防治
wenku.baidu.com
• 杂菌的检查与类型判断
显微镜检查法
平板划线培养
肉汤培养
发酵过程的异常观察法：溶解氧水平异常变化、通过 传变感化器或取样分析观察PH的变化、尾气中CO2异常
污染的原因分析
种子带菌、空气带菌、设备渗漏、灭菌不彻底、操作 失误和技术管理不善
因为升温、冷却阶段T是时间t的函数，K不是常数，所以：
lnN N 0A0 t1e E/Rd T t
10
ln N N 1 2 K ht2 t1
11
lnN N 2Att23eE/Rd T t
• 二、分批灭菌
• 分批灭菌的设计
在发酵罐中进行实罐灭菌，是典型的分 批灭菌。全过程包括升温、保温、降温三个 过程。
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20
孢子热死亡的规律符合
d d N tkN
7
积分得（8）
ln N N 0 K t
在分批灭菌过程中
8
lN N 0 n lN N 0 n N N 1 2 N N 2 lN N 0 n lN N 1 2 n lN N 2 n9
杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无 菌的条件。
.
4
4，培养基灭菌的要求 （1）达到要求的无菌程度（10-3） （2）尽量减少营养成分的破坏，在灭菌过程中， 培养基组分的破坏，是由两个基本类型的反应引 起的： 培养基中不同营养成分间的相互作用； 对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的分解。
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5
.
10
4.4发酵培养基及设备管道灭菌
• 4.4.1湿热灭菌原理
湿热灭菌中的相关定义
杀死微生物的极限温度称为致死温度。在致死温度下，杀 死全部微生物所需的时间称为致死时间；在致死温度以上，温 度愈高，致死时间愈短。
微生物的热阻：是指微生物在某一特定条件（主要是温度和加 热方式）下的致死时间。相对热阻是指某一微生物在某条件下 的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。
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实验证明，微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的 一级反应动力学，即：
d d N tkN 1
N：任一时刻的活细菌浓度（个/L） t：时间（min） 活菌的减少率与N的关系
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K：比热死速率常数（min-1） 取边界条件t=0，N=N0，对（1）积分得 或
第四章 发酵工业的无菌技术
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• 4.1 灭菌与消毒的区别
灭菌：用物理或化学方法杀死或除去环境中 所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和 孢子
消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、 器皿内外的病源微生物。
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• 培养基灭菌的目的
• 1，在发酵过程中夹杂其它杂菌造成的后果： • 生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；
• 在连续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比 生产菌生长得更快，结果使发酵罐中以杂菌为 主；
• 杂菌及其产生的物质，使提取精制发生困难 • 杂菌会降解目的产物； • 杂菌会污染最终产品，杂菌会污染最终产品；
• 发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发生溶菌现 象。
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2，工业上具体措施包括： （1）使用的培养基和设备须经灭菌； （2）好氧培养中使用的空气须除菌处理； （3）设备应严密，发酵罐维持正压环境； （4）培养过程中加入的物料应经过灭菌； （5）使用无污染的纯粹种子。 3，培养基灭菌的目的
4.2发酵工业污染的防治策略
4.2.1污染的危害
1.使生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而 损失，造成生产能力的下降。
2. 杂菌也会产生代谢产物，这就使产物的提取 更加困难，造成得率降低，产品质量下降。
3. 有些杂菌会分解产物，使生产失败。
4. 杂菌大量繁殖后，会改变反应液的pH值，使 反应异常。
分析污染杂菌的种类
分析污染杂菌的时间
分析污染杂菌的程度
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• 杂菌污染的途径及其预防 种子带菌及其预防： 1.培养基及其器具彻底灭菌 2.避免菌种在移接中污染 3.避免菌种在培养和保藏中污染 过滤空气带菌及其防治 设备的渗漏或死角染菌及其防治 培养基灭菌不彻底导致染菌及其防治 操作不当造成染菌 噬菌体染菌及其防治
灭菌温度0C 100 110 115 120 130 145 150
灭菌时间min 400 36 15 4 0.5 0.08 0.01
营养成分破坏率（％） 99.3 67 50 27 8 2 1
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4.4.2 培养基灭菌的工程设计
• 一、无菌的标准
• 根据微生物热死灭方程，要求灭菌后达到绝 对无菌是很难做到的，也是不必要的。因此 在工程设计中常取N=10-3。
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4.3发酵工业的无菌技术
• 工业上具体措施包括： • （1）使用的培养基和设备须经灭菌； • （2）好氧培养中使用的空气应经除菌处理； • （3）设备应严密，发酵罐维持正压环境； • （4）培养过程中加入的物料应经过灭菌； • （5）使用无污染的纯粹种子。
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• 灭菌的方法
• （1）化学法 • 化学药品灭菌法 • （2）物理法 • 干热灭菌法 • 湿热灭菌法 • 射线灭菌法 • 过滤除菌法 • 火焰灭菌法
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各种微生物对湿热的相对热阻
微生物 相对 热阻
营养细 1.0
胞和酵 3×1
母
06
细菌芽 2~1
孢 霉湿菌孢热灭01菌~5的优点
子 病蒸蒸蒸毒汽汽汽和来有有源强很容的大易穿的，透潜操力热作，；费灭用菌低易，于本彻身底无；毒； 噬操菌作体方便，易管理。
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4.4.1湿热灭菌的理论基础
一，培养基湿热灭菌需解决的工程问题 1.将培养基中的杂菌总数N0 杀灭到可以接受的总数N（10－3）， 需要多高的温度、多长的时间为合理。 2.灭菌温度和时间的确定取决于： （1）杂菌孢子的热灭死动力学 （2）反应器的形式和操作方式 （3）培养基中有效成分受热破坏的可接受范围
ln N N 0 K t 2
N N 0 e Kt 3
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• lnN0/N=kt
2.303logN0/N=kt
t=2.303 /k logN0/N 对数残存规律 工厂的经验数据，高温灭菌时间15－30s,
维持8－25min。
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• 培养基达到完全灭菌时，灭菌温度和灭菌时间对培养基养分 破坏的比较（以VitB1为准）
5. 如果发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解， 使生产失败。
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4.2.2杂菌污染的防治
wenku.baidu.com
• 杂菌的检查与类型判断
显微镜检查法
平板划线培养
肉汤培养
发酵过程的异常观察法：溶解氧水平异常变化、通过 传变感化器或取样分析观察PH的变化、尾气中CO2异常
污染的原因分析
种子带菌、空气带菌、设备渗漏、灭菌不彻底、操作 失误和技术管理不善
因为升温、冷却阶段T是时间t的函数，K不是常数，所以：
lnN N 0A0 t1e E/Rd T t
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ln N N 1 2 K ht2 t1
11
lnN N 2Att23eE/Rd T t
• 二、分批灭菌
• 分批灭菌的设计
在发酵罐中进行实罐灭菌，是典型的分 批灭菌。全过程包括升温、保温、降温三个 过程。
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孢子热死亡的规律符合
d d N tkN
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积分得（8）
ln N N 0 K t
在分批灭菌过程中
8
lN N 0 n lN N 0 n N N 1 2 N N 2 lN N 0 n lN N 1 2 n lN N 2 n9
杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无 菌的条件。
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4，培养基灭菌的要求 （1）达到要求的无菌程度（10-3） （2）尽量减少营养成分的破坏，在灭菌过程中， 培养基组分的破坏，是由两个基本类型的反应引 起的： 培养基中不同营养成分间的相互作用； 对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的分解。
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4.4发酵培养基及设备管道灭菌
• 4.4.1湿热灭菌原理
湿热灭菌中的相关定义
杀死微生物的极限温度称为致死温度。在致死温度下，杀 死全部微生物所需的时间称为致死时间；在致死温度以上，温 度愈高，致死时间愈短。
微生物的热阻：是指微生物在某一特定条件（主要是温度和加 热方式）下的致死时间。相对热阻是指某一微生物在某条件下 的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间的比值。