《发酵工程》PPT演示课件

❖耐热芽胞杆菌 A 取作1.34X10 36s-1 ❖△E取 2.844X105 J/mol
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❖以Lg k与1/T作图，得一直线，从直线的斜率和截 距求得△ E和A。
❖进而根据灭菌温度可以求出k值， 并计算出灭菌时 间。
❖一般杀灭微生物营养细胞的△ E值约为 2.09X105-2.71X105J/mol, 杀死微生物芽孢 的△ E值约为4.48X105 J/mol。
❖ 计算时，Nt 一般可取0.001，N0 可参照一 般培养基中活微生物数，取（1-2）X107而得。
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污染程度
通常110-130℃， 5-20min
灭菌 时间
灭菌程度
k值
养 液 成 分 的 破 坏 。
彻 底 灭 菌 并 且 减 少 对 培
加 热 的 方 式 ， 可 以 达 到
培 养 液 采 用 高 温 短 时 间
和材料。
❖利用饱和蒸 汽进行灭菌。 有效，使用广 泛。
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过滤除菌利用过 滤方法截流微生 物，达到除菌的 目的。适用于热 敏性培养基和制
备无菌空气
化学灭菌
射线灭菌
❖干热灭菌
湿热灭菌
过滤除菌
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❖6.2 培养基湿热灭菌
❖ 原理：当温度超过最高限度时，微生物细胞中的原 生质和酶的基本成分----蛋白质发生不可逆的变化， 使微生物在很短时间内死亡。
优点
设备投资少，灭 菌效果可靠， 对蒸汽要求低 （0.2-0.3MPa）。
分批 灭菌
缺点
培养基破坏作用大， 操作难于自动化。
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❖ 2. 连续灭菌
❖ 将配制好的培养基在高温快速的情况下，向发 酵罐输送的同时经过加温，保温，冷却的过程进行 灭菌。
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营养成 分破坏少
设备利 用率高
❖ 以能否杀死芽孢细菌为标准。
❖杀死微生物的极端温度称为致死温度。 在致死温度 下，杀死全部微生物所需的时间称为致死时间。
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❖一．微生物的死亡速率与理论灭菌时间
❖培养基进行湿热灭菌时，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。
❖即： dN/dt= -kN
❖式中：N--- 培养基中残留活菌数（ 个）
❖ 解：C0=2X105(个/ml)
❖
Cs=1/40X106X1000= 2.5X10-11 (个
/ml)
❖
❖ 灭菌所需的时间
❖
t = 2.303 /15 lg （2X
105/2.5X10-11）
❖
= 2.37min
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❖三．培养基的灭菌：
❖ 1．分批灭菌：将配制好的培养基放在发酵罐或其 他容器中，通入蒸汽将培养基和所有设备仪器灭菌 的操作过程，也称实罐灭菌。
进入发酵罐的空气温度可比培养温度高10-30℃
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❖压缩空气的洁净度一般以失败概率为10-3为指标。
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二.空气除菌设备
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三.空气净化的流程
❖ 1. 空气的预处理 ❖ 1). 采风塔: ≥10m ,上风头, 流速8m/s.
❖ 2). 粗过滤器:前置过滤器, 拦截空气中较大的灰尘以保护 空气压缩机,同时减轻总过滤器的负担.过滤介质采用泡沫 塑料或无纺布.实际流速为0.1-5 m/s.
❖
lnk2/k1
△E
❖
lnk’2/k’1
△ E，
❖
❖ 因此较高的灭菌温度， 较短的灭菌时间能减少 培养基营养成分的损耗。
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❖二．培养基灭菌时间的计算
❖ 1．分批灭菌，不计升温阶段所杀灭的菌数，
t = 2.303 /k lg N0/Nt
❖ 例1．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1mL 有2X105 个耐 热细菌芽孢，121℃ 时灭菌速率常数为1.8min-1
微生物发酵工程
6无菌保障
❖
6 无菌保障
产率下降
提取 困难
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污染 的危害
噬菌体 细胞裂解
pH
❖；
培养基和生产环境灭菌 好氧发酵过程空气除菌；
设
备
无
无菌的保障
死
角
入 的 物 料 无 污 染 。
种 子 ， 培 养 过 程 加
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6 无菌保障
灭菌（除菌）的方法 ❖培养基湿热灭菌
空气过滤除菌 发酵的污染与防治
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微生物种类
k
加热温度
K值越大， 微 生物越容易死 亡
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k值随着温度的变化遵循阿仑尼乌斯定律
即: k =Ae -△E/RT
❖式中： A---频率因子
❖
△ E---杀死微生物所需的活化能
❖
R---气体常数，8.314 J/（mol ·K）
❖
❖ Lg k = - 1 △E /2.303 RT +lg A
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灭菌：用物理或化学方法杀灭或去除物 料或设备中一切生命的过程。
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一些化学药剂能 使微生物中的蛋 白、酶及核酸 发生反应。 乙醇， 甲醛，氯，高锰 酸钾，环氧乙烷， 季銨盐，臭氧等。 主要用于器械和 环境灭菌和消毒
利用电磁波、 紫外线、x射 线、r-射线等
160℃下保温 1-2h。要求保 持干燥的器具
❖
t--- 受热时间（ min）
❖ k--- 反应速率常数或比死亡速率 （min-1）
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❖ 若开始灭菌时（t=0），培养基中微生物的数
量为N0， 将上式积分得：
❖
lnN/N0=-kt
❖
N= N0e-kt ( 对数残留定律)
❖
lnN/N0=-kt
❖
t = 1/k ln N0/Nt
❖
t = 2.303 /k lg N0/Nt
连续
便于自 动控制
蒸汽负 荷均衡
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6.3 空气过滤除菌 一、发酵用无菌空气的质量标准: 发酵用的无菌空气,就是将自然界的空气 经过压缩,冷却,减湿,过滤等过程达到:
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❖连续提供一定流量的压缩空气。
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空气的压强为0.2-0.4Mpa
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进入过滤器之前，空气的相对湿度≤ 70%
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❖ 因为加热灭菌过程中对培养基的破坏反应的速率 常数也符合阿仑尼乌斯定律， 同理计算出了培养基 中某营养成分分解的△ E，值。
❖ 一般酶和维生素等营养成分分解的△ E，值为 8.36X103- 8.36X104。
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❖ 由于灭菌时杀死微生物的活化能△ E值大于培 养基营养成分破坏的活化能△ E，值， 因此随着温 度的升高，灭菌速率常数增加的倍数大于培养基中 营养成分分解的速率常数的增加倍数。
❖ 求灭菌失败几率为0.001 时所需要的灭菌时间
❖
解：N0 = 40 X106 X 2 X105 = 8X 1012个
❖
Nt= 0.001个
❖
K = 1.8 minຫໍສະໝຸດ Baidu1
❖
灭菌时间：t = 2.303 /1.8 lg （8X
1012/0.001） = 20.34min
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❖ 例2.若将例1中的培养基采用连续灭菌，灭菌温度 131℃，此温度下灭菌速率为15min-1。求灭菌所 需的维持时间。