第二章-培养基灭菌2

• 是否有这样的函数关系呢？ • 一些学者已经作出的常用的换热方式T-t
(2)进料
培养基原料经与水充分搅匀并粗滤后，边搅拌边进料，同时检查电动机负 荷及传动设备运行是否正常。
(3)进汽
预先排除蒸汽管路的冷凝水和冷却管路的冷却存水；进汽后应继续搅拌， 并使有关灭菌管路都流通蒸汽，确保压力要求；在维持过程，使进汽和排汽平 衡，确保罐压稳定，防止罐压下降导致泡沫上升；在最低限维持时间内大量进 汽，促使料液产生较大翻动而露出液面等。
K A eE / RT
Kd A'eE'/ RT
杂菌
营养物质
dN k N dt
dc Kd c dt
ln(N/N0 ) = -K t ln(C/C0 ) = -Kd t
K A eE / RT Kd A'eE'/ RT
灭菌动力学的重要结论
高温短时灭菌
对 K A eE / RT 取对数得： ln K = - △E /RT + ln A
(4)灭菌后冷却
保温灭菌结束，依次关闭排汽阀和进汽阀，立即引入冷却水，并引入无菌 空气保压。如果罐内泡沫上升，可采用快速升压、大量排汽的办法处理，或开 启罐顶压料用空气管阀门，略提高罐压，使泡沫消除。
• 优点： （1）设备造价低，不需另设加热、冷却装置； （2）操作要求低，可手动控制； （3）适用于种子罐和小批量生产规模； （4）适用于介质中含有大量固体物质的场合。 • 缺点： （1）加热和冷却时间长，使发酵罐利用率低； （2）易发生过热而破坏营养成分的现象。
• 上一小节重点内容小结
• 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。
ln(N/N0 ) = -K t
K（比热死亡速率常数）由两个因素决定 1、微生物的种类和存在方式 2、灭菌温度
三 分批灭菌的设计
• 要求绝对的无菌在工业上很难做到， • 因为：
ln N Kt No
N Noekt
N=0，则e-kt= 0, 1/ekt= 0, ekt=∞, t=∞
因此，绝对的无菌很难做到。
三 分批灭菌的设计
• 而且绝对的无菌也是不必要的，工 程上只要求培养基中杂菌降低到合理的 程度，然后进行细胞的培养，失败的可 能性很小。
三 分批灭菌的设计
• 常取N=10-3个/罐。 • 它的意义是：灭菌103次，存活一个活菌
孢子的机会为1次。
• 例如：培养基100m3，含菌105个/ml,，要 求灭菌后存活菌数10-3个/罐
那么
N No
=
10 5
10 3 个 / 罐 100 10 6 个 /
罐
10 16
为计算方便 ln（N0/N ）=kt= 36.8
N2 N
三 分批灭菌的设计
• 分批灭菌过程： 升温、保温和 降温，灭菌主 要是在保温过 程中实现的， 在升温的后期 和冷却的初期， 培养基的温度 很高，因而对 灭菌也有一定 贡献。
间歇灭菌操作过程是由加热、保温和冷却这三个不同的阶 段组成，灭菌的总时间为三个阶段时间之和，灭菌的总效果则 为：
一般来说，完成整个灭菌周期需时约3—5h，其中各阶段 的灭菌贡献大致为：
T 灭菌温度
保
升
N1
温
N2
温
降
ln(N1 / N2)
温 N
N0
ln(N0 / N1)
ln(N2 / N)
to
t1
t2
t3
time
保温段：Ln(N1/N2)= K(t2-t1)
T一定，K是常数。
降温段：
ln
N2
t3
A e E / RT dt
N3
t2
这三个判据中，保温段可以算出，升温段和
ห้องสมุดไป่ตู้
降温段不好办，因为不知道T和t之间的函数关系。
三 分批灭菌的设计
• 在灭菌过程中，必需设计出灭菌 过程的操作时间和温度。
• 首先根据培养过程对培养基无菌 程度的要求提出无菌判据ln （N0/N） ， 然后依据所使用的灭菌设备，和设计 出的灭菌温度和时间来计算出实际的 ln（N0/N），看能否达到开始提出的无 菌要求。
T 灭菌温度
保
升
N1
温
N2
• 那么无菌程度降低到多少为好呢？ • 有一个设计标准（判据）
N N0：未灭菌培养基的含菌数
N：灭菌后培养基中存活的菌体数
No
三 分批灭菌的设计
• 培养基灭菌程度N / N0的要求因发酵系统 而异。 某些培养过程，由于培养基中的 基质不易被一般微生物利用,或温度、pH不 适于一般微生物的生长，则对无菌程度要 求低；但是有一些培养过程对无菌程度要 求高，例如抗生素的生产过程。
温
降
温
N
N0
ln(N0 / N1) ln(N0 / N1)
ln(N2 / N)
to
t1
t2
t3
time
• ln (N0/N1) = K(t1-t0)
• K是变数，t变化，T变化，K也变化。
dN K N dt
dN K dt N
升温段：
ln
No
t1
Kdt
t1
AeE / RT dt
N1 t0
t0
T 灭菌温度
保
升
N1
温
N2
温
降
温
Ln(N1 / N2)
N
N0
Ln(N0 / N1)
Ln(N2 / N)
to
t1
t2
t3
time
ln N0/N =36.8是总的判据，是由升温、保温、降温三段实现的
ln
（N0/N）
=ln（NNo1
×
N1 N2
×
N2 N
）
ln N /N
=ln
No N1
+ln
N1 N2
+ln
分批灭菌的设计
分批灭菌的操作
分批灭菌：指每批培养基全部流入发酵罐 后，在罐内通入蒸汽加热至灭菌温度，维 持一定时间，再冷却到接种温度。
培养基分批灭菌过程中的温度变化情况
分批灭菌操作的注意事项：
(1)灭菌前检查
检查发酵罐及其管路的严密程度和清洁程度；检查蒸汽的质量和压力；检 查净化空气的无菌程度等。
K与△E 、T有关，T↑，K↑
对ln K = - △E /RT + ln A 两边求T的导数 d (ln K)/ dT = △E /RT2 K对T的变化率
细菌孢子热死灭反应的△E很高，而大部分营 养物质热破坏反应的△E很低，因而将T提高到一定 程度会加速细菌孢子的死灭速率，从而缩短在升高 温度下的灭菌时间（ ln(N/N0 ) = - K t ）；由于营 养成分热破坏的△E很低，上述的温度提高只能稍微 增大其热破坏温度，但由于灭菌时间的显著缩短， 结果是营养成分的破坏量在允许的范围内。