热力灭菌的动力学基础
热力杀菌
热力杀菌原理中国检验检疫科学研究院综合检测中心1.引言•1874年，美国马里兰州巴尔的摩市罐头制造商A．K．Shriver发明了杀菌锅，这是世界上第1个使用蒸汽在高温高压下来杀菌食品的杀菌锅系统。
这一事件标志着商业化加工罐藏食品的开始。
2热力杀菌基础•建立罐藏食品热力杀菌的基础是广泛的食品微生物学和杀菌方法的知识。
高温杀死了己经存在的微生物，而密封容器防止了食品受到再次污染。
•确定罐藏食品杀菌所需的适当温度和时间已经成为是罐头工业重点研究的主题。
热力杀菌工艺规程的制订并非易事。
它取决于一系列因素的知识，包括产品的特性、包装容器的尺寸、热杀菌规程的细节。
相当重要的知识是污染微生物的生长繁殖特性和耐热性。
•主管机构要求应由具有热力杀菌专业知识的杀菌权威来建立热力杀菌工艺规程。
杀菌权威是一些具有密封容器包装食品的热力杀菌专业知识和具有恰当的热力杀菌测试设备的个人或组织。
2.1杀菌规程•杀菌规程包括热力杀菌参数如产品初温、杀菌温度和杀菌时间以及可能影响获得商业无菌的关键因子。
可能影响杀菌规程的关键因子包括产品、容器、预处理方式或杀菌系统的任何特性、条件或无菌状况。
2.1杀菌规程•美国食品加工者协会26-L（NFPA）整土豆罐头的杀菌规程罐型固形物最低初温杀菌温度最大装罐量116 118 1213 热力杀菌的建立•微生物的耐热性取决于一些必须加以考虑的因素，这些因素可以分成三大类——微生物的生长特性、食品特性对微生物受热的影响、食品种类对受热微生物生长的影响。
•杀灭产品中微生物所需的热量可以通过热致死时间(TDT)测试来确定。
三颈瓶法用于那些加热温度低于沸水温度的产品。
选用的方法取决于各类因素，包括产品的种类和使用的杀菌系统。
3.1微生物的耐热性•指数递减时间D 值•D值：即指数递减时间，是热力致死速率曲线斜率的负倒数，可以认为是在某一温度下，每减少90％活菌（或芽孢）所需的时间，通常以分钟为单位。
•微生物数量的减少•10612D 加工10-6（0.000001）热力杀菌原理热力杀菌原理热力杀菌原理•微生物耐热性•Z值：当热力致死时间减少1/10或增加10倍时所需提高或降低的温度值，一般用Z值表示。
生化工程第二章-培养基灭菌(1)
培
养
基
灭
菌
生
化 工
N0 40 10 6 2 105 81012
程 N 10 3; K 1.8 min 1
第
二 章
t 2.303 lg N0
KN
培 养
2.303 lg(81015 ) 20.34 min
基
1.8
灭
菌
生 化 工 实际上，培养基在加热升温时(即升温阶 程 段)就有部分菌被杀灭，特别是当培养基 第 加热至 100 ℃ 以上，这个作用较为显著。 二 因此，保温灭菌时间实际上比上述计算的 章 时间要短。严格地讲，在降温阶段也有杀
基 灭
灭菌的依据。
菌
生
化 工
微生物热死灭动力学方程
程 微生物热致死是指微生物受热失活直到
第 死亡,微生物受热死亡主要是由于微生物
二 章 培 养 基
细胞内酶蛋白受热凝固,丧失活力所致。
在一定温度下,微生物受热后,其死活细胞 个数的变化如化学反应的浓度变化一样, 遵循单分子反应速率理论。
灭
菌
生
化
工 程 第 二 章
章 表明：ln K 与 1/T 之间呈直线关系，其斜率
培 为 –ΔE/R，在不同 T 时做灭菌试验，求得
养 相应的 K 值，即可求出ΔE。 基
灭
菌
生 化 工 程
第 二 章
培 养 基 灭 菌
生 化 工 以上可以看出：ΔE 同 T 一起决定 K 值，即： 程
第 二
K KE,T
章 培 养
将ln K E ln A两边对T求导 RT
基 灭
d ln K dT E RT 2
菌
生
辅助设备确认系列：第一节热力灭菌知识
辅助设备确认系列：第一节热力灭菌知识扫码入群1辅助设备指除制药工艺设备、分析仪器之外的其它设备，主要包括热力灭菌设备和环境试验设备。
热力灭菌设备主要提供稳定的灭菌/除热原温度，环境试验设备主要提供稳定的温度和（或）湿度环境。
热力灭菌知识热力灭菌是制药行业使用最广的灭菌方式。
当温度超过细胞最佳生理活动时，随着温度的升高，细胞代谢减缓，细胞的生长及繁殖最终停止。
每种细胞对温度的耐受性均有上限，一旦温度超过上限，起生命作用的蛋白质、酶及核酸会被永久性的破坏，从而导致细胞发生不可逆转的死亡。
对于热力灭菌，湿度对杀灭细菌芽孢起着重要作用，根据湿度的不同，热力灭菌分为湿热灭菌和干热灭菌。
湿度达到饱和[相对湿度(RH)为100％时的灭菌方式称为湿热灭菌；相对湿度低于100％条件下的灭菌方式统称干热灭菌。
实验数据表明，温度在90～125℃之间，相对湿度在20％～50％时，细菌芽孢较难杀灭；当相对湿度高于50％或低于20％时较易杀灭。
从灭菌机理上说，湿热灭菌是使微生物的蛋白质及核酸变性而杀灭微生物，湿热灭菌所需的温度较低。
干热灭菌是利用高温使微生物或脱氧核糖核酸酶等生物高分子产生非特异性氧化而杀灭微生物，干热灭菌需要较高的温度条件。
在恒定的热力灭菌条件下，同一种微生物的死亡遵循一级动力学规则（也叫存活曲线）。
微生物死亡速率是微生物的耐热参数D和杀灭时间的函数，它与灭菌程序中微生物的数量无关。
存活曲线可以用下面的半对数一级动力模式来表示：Log N F = Log N o-F(T,z)/D T公式中：N灭菌前微生物数量oN灭菌F分钟后微生物存活数量FD温度T下将微生物杀灭90％或使之下降一个对数单位所需的时间Tz 使微生物的D值变化一个对数单位所需升高或下降的温度F(T,z) 灭菌程序在确定的温度系数z下的T℃等效灭菌时间半对数模型的微生物存活曲线如下图所示：图1 半对数模型的微生物存活曲线热力灭菌能量传递的方式分为传导、对流和辐射。
〖医学〗消毒灭菌课件
二 、紫外线灭菌
概念
利用电子射过水银气体 产生的紫外线而杀菌的方法
杀 菌了直接：使蛋白质、酶等变性失活 机理儿间接：空气中产生臭氧或过氧化氢
有效距离：1.5~2.0m 使用 理想波长：265nm
30w 紫外灯照30min→ 避光30min
20.
习丁主造工支 白句专
展
作
医学精品课件
本 文档免费认览阅读，下载后可以编辑修改。
113.0 114.3 115.6 116.8
118.0
压力
兆帕
0.090 0.096 0.103
0.110 0.117 0.124 0.138 0.152 0.165 0.179 0.193 0.207
千克/厘米²
0.914 0.984
1.055
1.120 1.195 1.266 1.406 1.547 1.687 1.827 1.970 2.110
水沸点随热蒸汽压力的增加而升高 原理 密闭锅 蒸气多 压力高 沸点高
返回本节 10
步骤：装锅 →加热排气 →升压 →保压灭菌→ 降压出锅
使 用 关键：排净冷空气
灭菌时间和压力因物而异
注意 升降压力要稳
灭菌时间从保压时算起 压力降至“0”才能开盖
12
纯蒸气压力与温度的关系
压
兆帕
0.007 0.014 0.021 0.028 0.035 0.041 0.048
21
特点
小是注洪潜汽消得は后にe==== 常=常后注用三m
j
透力很弱
Ⅲ
定期更换灯管
只起辅助作用
伤眼睛和皮肤
I=e===e==ee#eeeeeeeeee="
返回本节
热力灭菌的动力学基础
用定律，在恒定温度及保持其他条件不变的情况下，单位
时间内被杀灭的微生物的速度正比于时间为 t 时存活的微
生物数目，即
dN/dt=－KN
（3-1）
式中 N 为 t 时存活的微生物数，负号表示数量在减少。
14
热力灭菌的对数规则
如果把普通坐标（图 3-4）
换成半对数坐标，则可得
lgN
到一直线图 3-5。
热力灭菌的动力学基础
1
热对活细胞的作用
还有一些其他类型的生物体也具有较强的 耐热性。例如，痉挛性假麻痹症的蛋白侵袭子 （Prion）病原体，它既不属细胞型微生物也 不属病毒，需要在132 ℃下加热1h才可完全杀 灭。
4
热对活细胞的作用
在细菌中，需氧菌中的芽孢杆菌属（Bacillus）
和厌氧菌中的梭状芽孢杆菌属（Clostridium），
比其生长态时增大了104～105倍。
5
热对活细胞的作用
细菌芽孢的耐热性与多种因素有关，有 些因素尚没被人们完全认识。芽孢形成时， 细菌停止生化反应，交将遗传物质包藏在芽 孢中。此过程中发生了一系列生理变化：细 胞质大量脱水，体积变小，在变小的原生质 体周围形成了一层厚壳，此过程中，还生成 了一种特殊化学物质—吡啶二羧酸或DPA(吡 啶 －26－二羧酸)。
的学者曾将 D 值译作九成杀灭时间，内涵并无差异。 按 D 的定义，将 t=D，N=1/10 No 代入式（3-2）并化简： D（K/2.303）=lgNo—lgN=lgNo/N=lgl0=1 所以 D=2.303/K 即，D 是直线方程式（3-2）斜率的负倒数。D 值越大，该温 度下微生物的耐热性就越强，在灭菌中就越难杀灭。对某一
13
热力灭菌的对数规则
2020罐头热力杀菌原理及杀菌公式的确定(教案)
PA3679菌种热处理温度和时间
加热温度(℃)TI 估计死灭时间分)FI
114
117 121
80
40
16
8
10
(2)、微生物的耐热 性曲线(D值) D值表示在一定的环境中和一定的热力致死温度条件下，每杀死
90%原有残存活菌数(芽孢数)所需要的时间(分)。 如在110℃下杀死90%某一细菌需要10分钟，则这个细菌在110℃的 耐残热存性芽可孢用数D(对110数=1值0分) 为来纵表坐示标。，在画半出对加数热坐致标死纸速上度以曲时线间，为D横值坐是标细， 菌致死率曲线上穿过一对数周期的时间 (分)，即在一定温度下加热， 使其细菌数减少到所需的时间，它是细菌和芽孢在各不同致死温度
n 热力致死时间就是热力致死温度保持恒定不变，将 处于一定条件下的悬浮液或食品中某一菌种的细胞 或芽孢全部杀死，所必须的最短热处理的时间(分)。
n 热力致死时间随致死温度而异，若在半对数坐标图 上以纵坐标为热处理时间，横坐标为热处理温度画 出的曲线就是热力致死时间曲线 (又称内视性热力致 死时间曲线)，它为直线，表示了不同热力致死温度 时细菌芽孢的相对耐热性，一般热力致死规律以指 数递减进行的。
14
(5)、Z值
n Z倍值变表化示时加相热对致应死的时加间热或温致度死(℃率)(的D值变)化按，照如101 将某或1一0 细菌芽孢的D值的对数为纵坐标，加热温度为横坐 标，画出的曲线(耐热曲线)上的斜率的负倒数就是Z
值，其定义就是热力致死时间和仿热力致死时间曲
线上横过一个对数循环时所需要的温度(℃)。Z值越
6
7
n 从图中可以看到，加热致死速度曲线一般都呈 直线，因此死亡速度常数K，即加热致死速度 曲线的斜率可用下列公式表示： K＝(㏒ a- ㏒b)/t
2023gmop指南热力学灭菌要求
2023gmop指南热力学灭菌要求2023 GMOP指南热力学灭菌要求一、引言热力学灭菌是一种常用的灭菌方法，它利用高温和高压的物理条件，通过杀灭微生物的热效应来实现灭菌的目的。
2023 GMOP指南对于热力学灭菌提出了一系列要求，本文将详细介绍这些要求，以便于理解和遵守。
二、灭菌温度要求根据2023 GMOP指南，热力学灭菌的温度要求是至少达到121摄氏度。
这是因为在这个温度下，大多数微生物的细胞壁和蛋白质结构会发生破坏，从而实现灭菌的效果。
同时，高温还能够提高灭菌速度，缩短灭菌时间。
三、灭菌压力要求除了温度要求外，2023 GMOP指南还对热力学灭菌的压力要求进行了规定。
热力学灭菌的压力要求是至少达到1.05兆帕。
这是因为高压可以提高水的沸点，从而使得灭菌温度更高，灭菌效果更好。
此外，高压还能够增加水的渗透性，进一步杀灭微生物。
四、灭菌时间要求灭菌时间是指物品在高温高压条件下需要暴露的时间。
根据2023 GMOP指南的要求，热力学灭菌的时间要求是至少达到15分钟。
这是因为在这个时间段内，可以有效地杀灭常见的病原微生物，保证灭菌效果。
五、灭菌效果验证要求为了确保热力学灭菌的有效性，2023 GMOP指南要求进行灭菌效果验证。
灭菌效果验证是通过对灭菌后的物品进行微生物检测，确认灭菌效果的过程。
常用的灭菌效果验证方法包括生物指示物法和化学指示物法。
其中，生物指示物法是将高抗菌性的孢子悬液放置在灭菌物品中，然后进行培养和观察结果。
而化学指示物法则是利用某些化学物质的变化来判断灭菌效果。
六、灭菌设备要求根据2023 GMOP指南，进行热力学灭菌时，要求使用符合规定的灭菌设备。
灭菌设备应该具备可靠的温度和压力控制系统，能够准确地控制和维持灭菌条件。
同时，灭菌设备还应具备合适的容量，能够满足不同规模的灭菌需求。
七、灭菌物品包装要求在进行热力学灭菌时，灭菌物品的包装也是非常重要的。
2023 GMOP 指南要求灭菌物品的包装应具备良好的密封性和耐高温高压的特性，以保证灭菌效果。
热力灭菌的动力学基础
25
热力灭菌旳对数规则
（3）FT 值——T（oC）灭菌时间
FT 值指 T（oC）灭菌值，系指一个给定 Z 值下，灭菌程序在温度 T（oC） 下的等效灭菌时间。（包括 100 oC 以上的升温和降温的等效灭菌时间）
FT=DT×ΔlgN
（3-4）
式中，DT 为在 T（oC）下微生物的 D 值；ΔlgN 为 T（oC）下灭菌程序
输处理中被未经过滤的空气微粒所致的污染，由人员
或其他物品接触遭受污染时，要将芽孢完全杀灭会很
困难，正因为如此，GMP 要求采取一切必要的措施防
止污染。
9
影响灭菌效果旳原因
2、相对湿度 在热力灭菌中，水对灭活细菌芽孢起着重要作 用。与水相关的灭菌方式只有两种：湿热和干热。 湿度达到饱和[相对湿度（RH）为 100%（或 aw=1.0）] 时的灭菌方式称为湿热灭菌；相对湿度低于 100% 条件下的灭菌方式统称干热灭菌。 实验数据表明，温度在 90~125oC 之间，相对湿 度在 20%~50%时，细菌芽孢较难杀灭；当相对湿 度高于 50%或低于 20%时，则较易杀灭。这对选择 灭菌条件具有十分重要的指导意义。
用定律，在恒定温度及保持其他条件不变的情况下，单位
时间内被杀灭的微生物的速度正比于时间为 t 时存活的微
生物数目，即
dN/dt=－KN
（3-1）
式中 N 为 t 时存活的微生物数，负号表示数量在减少。
14
热力灭菌旳对数规则
如果把普通坐标（图 3-4）
换成半对数坐标，则可得
lgN
到一直线图 3-5。
饱和蒸汽的穿透性比干热空气及过热蒸汽的穿透性要 强得多。蒸汽冷凝时放出的潜热(2.26kJ/g)传给被灭菌品， 使之升温并使被灭菌品所带的微生物尤其是表面微生物发 生水合作用，从而加速了它们的死亡。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
药品生产质量管理工程课件四
编辑课件
1
热对活细胞的作用
热力灭菌是研究最深、使用最广的灭菌 方式。当温度超过细胞最佳生理活动的温度 范围时，随着温度的升高，细胞代谢减缓， 最终细胞的生长及繁殖将停止。每种细胞生 理活动的温度均有一上限，一旦温度超过它 的上限，起生命作用的蛋白质、酶及核酸会 被永久性破坏，从而导致细胞发生不可逆转 的死亡。
编辑课件
2
热对活细胞的作用
从微观上看，不具备真正核膜结构的原核细 胞（如细菌和蓝绿藻）耐热性最强。某些嗜热性 细菌甚至可在80 ℃以上的高温中存活。但是，绝 大多数生长态菌在80～100 ℃下即可被迅速杀灭。 具备核膜结构的真核微生物，如真菌和原生动物， 在60～80 ℃下就可被迅速杀灭。多数病毒的耐热 较差，只有乙肝病毒（HBV）例外，它要在75 ℃ 下至少曝热3min才能被灭活。
生长态时增大了104～编1辑0课5件倍。
5
热对活细胞的作用
细菌芽孢的耐热性与多种因素有关，有 些因素尚没被人们完全认识。芽孢形成时， 细菌停止生化反应，交将遗传物质包藏在芽 孢中。此过程中发生了一系列生理变化：细 胞质大量脱水，体积变小，在变小的原生质 体周围形成了一层厚壳，此过程中，还生成 了一种特殊化学物质—吡啶二羧酸或DPA(吡 啶 －26－二羧酸)。
等，它们均会影响芽孢的编辑耐课件热性。
8
影响灭菌效果的因素
包藏在晶体或有机物内的芽孢，其耐热性通常明
显高于一般非包藏态的芽孢。
因此，在某一温度条件下，将泥土包藏性芽孢和
从泥土分离并培养得到的芽孢同时灭菌时，要想获得
相同的灭菌效果，同一灭菌温度下，前者所需的灭菌
时间比后者要高出十多倍。
由于被灭菌品受到了泥土中芽孢的污染，如在运
编辑课件
6
热对活细胞的作用
在芽孢形成阶段，吡啶二羧酸钙能与脱 氧核糖核酸（DNA）以及细胞内的酶形成复 合物，从而对休眠状态的芽孢起保护作用。 处于休眠状态的芽孢可以存活很多年，在适 宜的条件下，它们在数分钟内即可恢复到生 长状态。
编辑课件
7
影响灭菌效果的因素
1、 物理/化学条件
在细菌形成芽孢过程中的多种环境因素会影响
输处理中被未经过滤的空气微粒所致的污染，由人员
或其他物品接触遭受污染时，要将芽孢完全杀灭会很
困难，正因为如此，GMP 要求采取一切必要的措施防
止污染。
编辑课件
9
影响灭菌效果的因素
2、相对湿度
在热力灭菌中，水对灭活细菌芽孢起着重要作
用。与水相关的灭菌方式只有两种：湿热和干热。
湿度达到饱和[相对湿度（RH）为 100%（或 aw=1.0）] 时的灭菌方式称为湿热灭菌；相对湿度低于 100%
孢子的耐热性。例如，温度较高并有二价阳离子（如
Ca2+、Fe2+、Mg2+、Mn2+）存在时，芽孢的耐热性增
强；与此相反，当 pH 超出 6.0~8.0 的范围时，或在
高浓度的盐水或磷酸盐中形成芽孢时，其耐热性下
降。
自然界中芽孢子的耐热性与环境条件相关，如溶
液浓度、水分（相对平衡湿度 aw）、pH、对芽孢有损 伤作用的物理因素以及对芽孢有抑制作用的化学品
本符合质量作用定律。这一研究以阿伦尼乌斯
一级反应为基础。 编辑课件
13
热力灭菌的对数规则
湿热灭菌的对数规则始于 1921 年 Bigeow 发表的论文
—用对数规则阐述灭菌工艺过程，Rahn 等人对此进行了
详细的研究，使对数规则更系统化了。按照他们的理论，
灭菌时微生物的死亡遵循对数规则，而灭菌过程可以用阿
条件下的灭菌方式统称干热灭菌。
实验数据表明，温度在 90~125oC 之间，相对湿
度在 20%~50%时，细菌芽孢较难杀灭；当相对湿
度高于 50%或低于 20%时，则较易杀灭。这对选择
灭菌条件具有十分重要的指导意义。
编辑课件
10
影响灭菌效果的因素
3、曝热时间
灭菌过程中，原核细胞的杀灭遵循一级反 应的规则。即时间与某一温度下芽孢存活数量 的对数间的关系，在许多情况下呈线性。这就 是说，在特定的灭菌温度下，任一时间孢子死 亡仅与这个时间孢子的浓度相关，而使孢子数 下降一个对数单位所需时间并不受孢子原始 浓度的影响。
伦尼乌斯（Arrhenius）的一级反应式来描述。根据质量作
用定律，在恒定温度及保持其他条件不变的情况下，单位
也具有较强的耐热性。这些细菌的细胞能产生
内源性孢子（芽孢）或胞间休眠体，一旦形成
这种状态，它们对热、干燥及化学消毒剂的耐
受性增强。要想杀灭这类芽孢，使之下降一个
数量级（一个对数单位），干热灭菌的温度必
须达到100～170 ℃ ，湿热灭菌的温度在80～
129 ℃之间。如以干热灭菌及湿热灭菌的灭菌率
L (Lethality)来计算，芽孢被杀灭困难的程度比其
编辑课件
11
热力灭菌的对数规则
1、 灭菌机理
组成细胞的蛋白质分子的功能取决于它的特殊结构，在
一定高温条件下受热时，蛋白质分子内氢键发生断裂影响了
分子空间构型的重排，从而导致微生物的死亡。对这一课题
进行的大量的研究表明，细菌孢子，尤其是芽孢杆菌和梭状
芽孢具有耐热性。耐热孢子的破坏取决于在水分条件下孢子
2、对数规则的研究 工作，以解决蒸汽灭菌无定量标准的难题。研 究的对象主要是耐热孢子，因为生长态菌在灭
菌过程中很容易被杀灭。研究的课题：在蒸汽
灭菌过程中，微生物的杀灭所遵循的规律。研 究的结果表明，将活的微生物看做反应物，并
将杀灭后的微生物看做生成物，孢子的死亡基
编辑课件
3
热对活细胞的作用
还有一些其他类型的生物体也具有较强的 耐热性。例如，痉挛性假麻痹症的蛋白侵袭子 （Prion）病原体，它既不属细胞型微生物也 不属病毒，需要在132 ℃下加热1h才可完全杀 灭。
编辑课件
4
热对活细胞的作用
在细菌中，需氧菌中的芽孢杆菌属（Bacillus）
和厌氧菌中的梭状芽孢杆菌属（Clostridium），
的水合作用以及核酸和蛋白质的变性。因此，蒸汽灭菌中使
用饱和蒸汽是至关重要的。
饱和蒸汽的穿透性比干热空气及过热蒸汽的穿透性要
强得多。蒸汽冷凝时放出的潜热(2.26kJ/g)传给被灭菌品， 使之升温并使被灭菌品所带的微生物尤其是表面微生物发
生水合作用，从而加速了它们的死亡。
编辑课件
12
热力灭菌的对数规则