第二章 培养基灭菌1

K = A⋅e
− ∆ E / RT
从上式可以做如下几点分析： （1）△E值可求 上式取对数得：ln K = - △E /RT + ln A 不同种的微生物的热死 灭反应的△E各不相同， 对于某种微生物，在一 定的T下作灭菌实验， 求得相应的K值 ，按lnK——1/T作图， 从直线的斜率可求出△E。
Radiation Sterilization
1. Microwaves 2.UV radiation 3.X-rays 4.Gamma rays • Each type acts through specific mechanism • Microwaves (thermal effects) • UV (DNA damage): • used to disinfect(杀菌) surfaces, air, and water which does not absorb the UV rays • Laboratory biosafety cabinets
第三章 培养基灭菌
STERILITY 无 菌 : Absence of life or absolute freedom from biological contamination. 灭菌:是指用物理或化学方法杀灭物料 或设备中的一切生命物质的过程。 STERILIZATION : Inactivation or elimination of all viable organism and their spores.
常用的灭菌方法 Methods:
• 湿热灭菌Steam Sterilization (121℃,20-30min） • 干热灭菌Dry heat sterilization （160℃保温1～ 2h,玻璃器皿等） • 过滤除菌Filtration(澄清流体的除菌,air ) • 射线灭菌Irradiation （紫外线穿透力低，仅用 于表面消毒和空气的消毒） • NOTE: End products must pass sterility tests.
第一节 分批灭菌 一、微生物的热死灭动力学 （2）K、△E、T三者之间的关系 K=f(△E、T) 一定温度下，对特定的菌体来说△E是定 值，那么在热灭菌过程中能控制的因素是什 么： 温度 T 那么温度高一些灭菌好呢？还是温度低 一些好呢？ （这是要讨论解决的问题） 从 式 子 ln K = - △E /RT + ln A 来看， T升高，K增大；K增大的幅度还取决于△E 。
Other Factors that Influence Heat Resistance 3. High salt concentrations may increase or decrease heat resistance depending on organism 4. Dry cells and spores are more heat resistant than moist ones • Heat sterilization of dry objects always requires higher temps and longer sterilization times than moist ones
dN − =k⋅ N dt 上式适合于灭菌过程的任意时刻。 为了对灭菌全过程进行考虑，上式作变 上限积分，取边界条件t0=0 N=N0 积分式：
N ln = − Kt No
N :存活率,无菌程度；t：灭菌时间 No
•
将存活率 与灭菌时间t在半对数坐 标纸上标绘可以得到直线。
N No
直线的斜率为K， K值越大表示微 生物越容易死亡。
•
即使同一种微生物，其营养细胞和 芽胞的K值也有很大的差别，营养细 胞易于受热死亡，K值很高。120℃灭 菌K值可大致为1010（min-1）数量级， 而细菌孢子的K值在120℃只有10数量 级，下表是典型微生物培养环境中各 种微生物对湿热灭菌的相对热阻。
第一节 分批灭菌 一、微生物的热死灭动力学
d (ln K ) ∆E = 2 dT RT d (ln K)/ dT = △E /RT2 ，d (ln Kd)/ dT = △E’ /RT2
第一节 分批灭菌 一、微生物的热死灭动力学 在对培养基进行热灭菌时，在杂菌死亡的同时， 培养基中一些不太稳定的成分也会因受热而破坏， 例如：糖溶液会焦化，蛋白质会变性，维生素失 去活性，醛糖与氨基化合物反应——美拉德反应， 一些化合物会发生水解。 营养物质的受热破坏也可以看作一级反应：
dc − = Kd ⋅ c dt
DRY HEAT STERILIZATION:
• Advantages & Disadvantages: Sterilization by means of heat requires higher temperatures and longer exposures than sterilization by steam. Heat transfer is slow, thin layers of powder should be used.
热阻越大，越不易杀灭，K值小。对培养基进行 热灭菌，必须以细菌的孢子为杀灭对象。
Spores and Heat Sterilization
– Bacterial endospores • Most heat-resistant structures known • Major factor is amount and state of water in endospore • High water=low heat resistance • Low water=high heat resistance
• 微生物的培养过程： • 培养基配制→灭菌→接为什么要进行培养基灭菌？
这是由于生物反应系统中通 常含有比较丰实的营养物质，容 易受到杂菌污染，由于杂菌的存 在，会有以下各种不良后果：
• 1) 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) 由于杂菌所产生的一些代谢产物改变 了发酵液的某些理化性质，使目标产物的 提取困难，造成收得率降低或使产品质量 下降。 • 3) 污染的杂菌可能会分解产物，而使生 产失效。 • 4) 发生噬菌体污染，微生物细胞被裂解， 而使生产失效。
Other Factors that Influence Heat Resistance • Nature of medium influences killing of spores： 1.Microbial death more rapid at acidic pH 2.Increased resistance of microorganisms at high concentrations of sugars, proteins and fats
Pasteurization
• Reduces microbial populations in milk and other heat sensitive foods – Flash pasteurization • Pass milk through heat exchanger • Temp of milk raised to 71oC for 15 sec • Milk rapidly cooled • Alters flavor less • Kills heat resistant organisms more effectively • Done on a continuous flow basis • Used by dairy industry – Bulk (batch) pasteurization • Milk heated in large vats to 63-66oC • Less satisfactory; milk heats and cools slowly and must be held at higher temps for longer times
第一节 分批灭菌
• 一、微生物的热死灭动力学 对培养基进行湿热灭菌时，培养基中的微生 物受热死亡（微生物体内蛋白质变性）的速率 与残存的微生物数量成正比。
dN − =k⋅ N dt
均相系统，它 符合化学反应 的一级反应动 力学。
N：培养基中任一时刻的活微生物浓度（个/L） t：灭菌时间min K：比热死亡速率常数min-1
• Filtration • Used for sterilization of heatsensitive liquids or gases • Filter: device with pores • Too small for passage of microorganisms • Large enough to allow liquid through
ln(C/C0 ) = -Kd t
C：对热不稳定物质的浓度 Kd :热不稳定物质的分解速率常数s-1。
分解速率常数Kd随物质种类和温度而 不同（营养物质中维生素最容易被破坏， Kd最大），温度对Kd 的影响也遵循阿伦 尼乌斯方程：
Kd = A'⋅e
− ∆E '/ RT
A‘：系数； R：气体常数 T：绝对温度 △E’：不稳定物质热分解反应 的活化能。
杂菌 dN − = k⋅N dt ln(N/N0 ) = -K t
营养物质 dc − = Kd ⋅ c dt ln(C/C0 ) = -Kd t
K = A⋅ e
− ∆E / RT
Kd = A'⋅e
△ Kd
− ∆E ' / RT
△T ，
△K，
也就是K对T的变化率是怎么样的？
求一个变量（K）对另一个变量（T）的变化率 是 导数问题。 对ln K = - △E /RT + ln A 两边求T的导数
N = −Kt ln No
K值越大表示 微生物越容易 死亡。