第八章培养基灭菌及发酵设备
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第八章--发酵染菌及其防治全文编辑修改
2、发酵染菌的异常现象
（1）菌体浓度异常 菌体浓度异常下降 菌体浓度异常升高 菌体繁殖和代谢速率缓慢
（2）pH过高或过低 pH上升（感染噬菌体，导致菌体自溶，释放大量氨、 氮） pH下降（感染杂菌，基质大量消耗产生酸性物质）
（3）溶解氧及CO2水平异常 溶解氧短时间内下降，甚至接近零，且长时间不能 回升（污染耗氧微生物） 耗氧量减少，溶解氧升高（污染非耗氧微生物或者 噬菌体） 耗糖量加快，CO2含量增加（污染杂菌） 耗糖量减少，CO2含量减少（污染噬菌体）
第一节 染菌对发酵的影响
一、染菌对发酵过程的影响
生产不同的品种，可污染不同种类和性质的微生物。 不同污染时间，不同污染途径，污染不同菌量，不同培 养基和培养条件又可产生不同后果
1、发酵染菌对不同发酵品种的影响
（1）不同生产菌可能污染的染菌 ➢放线菌由于生长的最适pH为7左右，因此染细菌为多 ➢霉菌生长pH为5左右，因此染酵母菌为多。
酚红肉汤培养基检测（检查培养基和无菌空气是否染菌， 肉汤由红变黄） 平板划线 显微镜观察
3、检查的工序和时间
工序 斜面 摇瓶种子 种子罐种子 种子罐种子 种子罐种子 种子罐种子 发酵 发酵 发酵 发酵 发酵 总过滤器 分过滤器
表1 发酵过程的杂菌检查
时间
0h 0h 培养中期 成熟种子 0h 0h 8h 16h 24h 每月一次 每月一次
第八章 发酵染菌及其防治
发酵染菌（contamination）：发酵培养过程中除了生产菌 以外，侵入了有碍生产的其它微生物。
发酵染菌的危害 ➢发酵过程污染杂菌，会严重的影响生产，是发酵工业的致 命伤。 ➢造成大量原材料的浪费，在经济上造成巨大损失 ➢扰乱生产秩序，破坏生产计划。 ➢遇到连续染菌，特别在找不到染菌原因往往会影响人们的 情绪和生产积极性。 ➢影响产品外观及内在质量
第八章_发酵过程参数的检测及控制
主要参数检测原理及仪器
•液体和气体流量测定
主要参数检测原理及仪器
• 搅拌转速
常用检测方法：磁感应式、光感应式和测速发电机等。
感应片切割磁 场或光速。
输出电压与转 速成正比。
主要参数检测原理及仪器
• pH的检测
常用pH检定仪为复合pH电极，具有
结构紧凑，可蒸汽加热灭菌的优点。
思考：pH电极如何标定？
③自适应控制：
提取有关输入、输出信息，对模型和
参数不断进行辩识，使模型逐渐完善；同
时自动修改控制器的动作，适应实际过 程。——自适应控制系统。
2、发酵自动控制系统的硬件组成
传感器 变送器 执行机构
电磁阀、气动控制阀、电动调节阀、变速电机、 正位移泵、蠕动泵。
转换器 过程接口 监控计算机
（一）温度的控制
生长阶段
生成阶段
自溶阶段
2、引起pH下降的因素
碳源过量 消泡油添加过量 生理酸性物质的存在
3、引起pH上升的因素
氮源过多
生理碱性物质的存在 中间补料，碱性物质添加过多
4、 pH的控制
调节基础培养基的配方
调节碳氮比（C/N）
添加缓冲剂 补料控制 – 直接加酸加碱 – 补加碳源或氮源
1、基本的自动控制系统
②反馈控制 反馈控制是自动控制的主要方式
控制器
被控对象
传感器
1、基本的自动控制系统
②反馈控制
开关控制：控制阀门的全开全关；
PID控制：采用比例、积分、微分控制算法；
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ串联反馈控制：
两个以上控制器对一变量实施联合控制；
前馈/反馈控制：
前馈控制与反馈控制相结合。
培养基的制备和灭菌设备
5-培养基出口 6-喷淋冷却 7-冷却水
②.喷射加热－真空冷却连续灭菌流程
流程：喷射加热、管道维持、真空冷却
蒸汽
喷射加热器
真空
生培养液
❖培养基用泵打入喷射加
膨胀阀
热器与蒸汽混合升温
维持管
急聚蒸发室
❖进入管道维持器保温
一定时间
❖进入真空闪急蒸发室 冷却降温
灭菌好的培养液
图2-5 加热-真空冷却连续灭菌流程
膨胀阀 急聚蒸发室
❖ 真空冷却可能造成培养 基重新污染
灭菌好的培养液
图2-5 加热-真空冷却连续灭菌流程
③.板式换热连续灭菌流程 流程：薄板换热器加热、管道维持、薄板换
热器冷却
灭菌好的培养液
蒸汽
水冷 却段
热回 收段
加热 段
冷却水
生培养液
维持段
图2-6 薄板换热器连续灭菌流程
特点
❖ 在一台薄板换热器中完成培养液的预热、加热及 冷却三个过程
（二）灭菌方法
灭菌：射线灭菌、药物灭菌、热灭菌 分离：离心沉淀、介质过滤
（三）加热灭菌方式
培养基→加热升温→维持保温→冷却降温→发酵
分批灭菌：三个过程在一个设备内完成 连续灭菌：三个过程分别在不同的设备内完成
（四）灭菌要求
❖ 达到无菌程度 ❖ 尽量减少营养成分损失 ❖ 降低能量消耗
（五）理论灭菌时间
控制
缺点：需要专门设备，投资较大 设备较多，染菌机会也相应较多
2、要求
①.加热设备：加热均匀， 144℃ 20s 2-3min 20s 快速升温到灭菌温度
（温度一致）
②.维持设备：使培养基按
温 度
顺序流动，维持灭菌
温度达到灭菌时间
②.喷射加热－真空冷却连续灭菌流程
流程：喷射加热、管道维持、真空冷却
蒸汽
喷射加热器
真空
生培养液
❖培养基用泵打入喷射加
膨胀阀
热器与蒸汽混合升温
维持管
急聚蒸发室
❖进入管道维持器保温
一定时间
❖进入真空闪急蒸发室 冷却降温
灭菌好的培养液
图2-5 加热-真空冷却连续灭菌流程
膨胀阀 急聚蒸发室
❖ 真空冷却可能造成培养 基重新污染
灭菌好的培养液
图2-5 加热-真空冷却连续灭菌流程
③.板式换热连续灭菌流程 流程：薄板换热器加热、管道维持、薄板换
热器冷却
灭菌好的培养液
蒸汽
水冷 却段
热回 收段
加热 段
冷却水
生培养液
维持段
图2-6 薄板换热器连续灭菌流程
特点
❖ 在一台薄板换热器中完成培养液的预热、加热及 冷却三个过程
（二）灭菌方法
灭菌：射线灭菌、药物灭菌、热灭菌 分离：离心沉淀、介质过滤
（三）加热灭菌方式
培养基→加热升温→维持保温→冷却降温→发酵
分批灭菌：三个过程在一个设备内完成 连续灭菌：三个过程分别在不同的设备内完成
（四）灭菌要求
❖ 达到无菌程度 ❖ 尽量减少营养成分损失 ❖ 降低能量消耗
（五）理论灭菌时间
控制
缺点：需要专门设备，投资较大 设备较多，染菌机会也相应较多
2、要求
①.加热设备：加热均匀， 144℃ 20s 2-3min 20s 快速升温到灭菌温度
（温度一致）
②.维持设备：使培养基按
温 度
顺序流动，维持灭菌
温度达到灭菌时间
培养基灭菌及发酵设备概述(PPT 92页)
在121℃，细菌芽孢的值约为1min-1,而营养细胞的值 为10-1010min-1。
26
121℃某些细菌芽孢的值
细菌芽孢名称
枯草芽孢杆菌FS5230 硬脂嗜热芽孢杆菌FS1518 硬脂嗜热芽孢杆菌FS617 产气梭状芽孢杆菌PA3679
值 min-1
3.8-2.6 0.77 2.9 1.8
残 存 106 活 105 细 104 胞 103 数 102
10
D = 10 min D
0 10 20 30 40 50 60 加热时间 (min)
残存活细胞曲线
18
例：
含有某种细菌的悬液，含菌数为105/ml,在100℃（212°F）的 水浴温度中，活菌数降低到104/ml时所需的时间为10min,则该 菌的D值即为10min。
16
2）热力致死时间 (Thermal Death Time; TDT)
—— 在特定条件、特定温度下，杀死某种微生物 所需的最短时间。
e.g 伤寒杆菌58℃ 30min 变形杆菌55℃ 60min
17
3）D值
------利用一定温度进行加热, 90%的活菌被杀死时所 需的时间(min)即为D值。又称1/10衰减时间。
C — 对热不稳定物质的浓度, (mol/L); ′— 分解速率常数 （s－1）； — 分解反应时间 （s）
′随反应物质种类和温度不同 在化学反应中，其他条件不变，′和温度的关系也可用阿 仑尼乌斯方程表示：
33
′= A′ e
－—E′ RT
A ′— 比例常数； E′ — 分解活化能，(E′) （×4.18 J/mol）; T — 绝对温度，(K) R — 气体常数，[1.978×4.18 J/(mol·K)] e — 2.71 (exp)
26
121℃某些细菌芽孢的值
细菌芽孢名称
枯草芽孢杆菌FS5230 硬脂嗜热芽孢杆菌FS1518 硬脂嗜热芽孢杆菌FS617 产气梭状芽孢杆菌PA3679
值 min-1
3.8-2.6 0.77 2.9 1.8
残 存 106 活 105 细 104 胞 103 数 102
10
D = 10 min D
0 10 20 30 40 50 60 加热时间 (min)
残存活细胞曲线
18
例：
含有某种细菌的悬液，含菌数为105/ml,在100℃（212°F）的 水浴温度中，活菌数降低到104/ml时所需的时间为10min,则该 菌的D值即为10min。
16
2）热力致死时间 (Thermal Death Time; TDT)
—— 在特定条件、特定温度下，杀死某种微生物 所需的最短时间。
e.g 伤寒杆菌58℃ 30min 变形杆菌55℃ 60min
17
3）D值
------利用一定温度进行加热, 90%的活菌被杀死时所 需的时间(min)即为D值。又称1/10衰减时间。
C — 对热不稳定物质的浓度, (mol/L); ′— 分解速率常数 （s－1）； — 分解反应时间 （s）
′随反应物质种类和温度不同 在化学反应中，其他条件不变，′和温度的关系也可用阿 仑尼乌斯方程表示：
33
′= A′ e
－—E′ RT
A ′— 比例常数； E′ — 分解活化能，(E′) （×4.18 J/mol）; T — 绝对温度，(K) R — 气体常数，[1.978×4.18 J/(mol·K)] e — 2.71 (exp)
培养基灭菌及设备 PPT
3、N/N0 为灭菌程度的指标。 例如:培养基100m3,含菌105个/ml,,要求灭菌后存活菌数10-3个/罐,
则N0/N = (100×106×105 /10-3) = 1016,为计算方便,取 ln(N0/N )=36、8 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,培养基的温度特别高,因而对 灭菌也有一定贡献。
➢ 内部结构合理(主要是 无死角),焊缝及轴封装 置可靠,蛇管无穿孔现 象
➢ 压力稳定的蒸汽 ➢ 合理的操作方法。
发酵罐的接管图
(二)基础条件的确定
1、污染度N0 :一般假定位104～106个/ml 2、灭菌度N:实际计算时取N ＝10-3,即处理1000只有一个或微生
物(一般是针对周期长,成本高的发酵)。
t=t1+t2+t3
(三)灭菌效率的计算
1、分批灭菌的时期
若灭菌温度恒定为T,那么到规定灭菌度(N)
所需杀菌时间
1
2.303
t K ln(N0 / N S ) K lg(N0 / N S )
dN / dt KN AeE / RT . N
当灭菌℃随时间变化时,K也变化,则有
积分
ln( N0
/
NS)
A
t e E / RT dt
0
用V表示灭菌效果,则有 V总＝ln(N0/NS)=V加+V保+V冷
升温、维持和冷却过程中灭菌效果分别为
V加
ln(N0 / N1 )
A
t1 e E / RT dt
0
V保
ln(N1 / N2 )
A
t2 e E / RT dt
0
KTt 2
则N0/N = (100×106×105 /10-3) = 1016,为计算方便,取 ln(N0/N )=36、8 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,培养基的温度特别高,因而对 灭菌也有一定贡献。
➢ 内部结构合理(主要是 无死角),焊缝及轴封装 置可靠,蛇管无穿孔现 象
➢ 压力稳定的蒸汽 ➢ 合理的操作方法。
发酵罐的接管图
(二)基础条件的确定
1、污染度N0 :一般假定位104～106个/ml 2、灭菌度N:实际计算时取N ＝10-3,即处理1000只有一个或微生
物(一般是针对周期长,成本高的发酵)。
t=t1+t2+t3
(三)灭菌效率的计算
1、分批灭菌的时期
若灭菌温度恒定为T,那么到规定灭菌度(N)
所需杀菌时间
1
2.303
t K ln(N0 / N S ) K lg(N0 / N S )
dN / dt KN AeE / RT . N
当灭菌℃随时间变化时,K也变化,则有
积分
ln( N0
/
NS)
A
t e E / RT dt
0
用V表示灭菌效果,则有 V总＝ln(N0/NS)=V加+V保+V冷
升温、维持和冷却过程中灭菌效果分别为
V加
ln(N0 / N1 )
A
t1 e E / RT dt
0
V保
ln(N1 / N2 )
A
t2 e E / RT dt
0
KTt 2
培养基的制备和灭菌设备课件
培养基的制备和灭菌设备课件
目 录
• 培养基的制备概述 • 灭菌设备概述 • 培养基的制备技术 • 灭菌设备的操作和维护 • 培养基制备和灭菌实验 • 培养基制备和灭菌设备的安全与防护
01 培养基的制备概述
培养基的定义和种类
定义
培养基是指供微生物生长繁殖的，由 不同营养物质组合配制而成的营养基 质。
VS
预防措施
为预防设备事故的发生，应采取一系列预 防措施。如定期对设备进行检查、保养； 加强操作人员的培训，提高其操作技能和 安全意识；制定并执行严格的安全管理制 度，确保设备的安全使用。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
零部件更换
在设备使用过程中，如有零部件损 坏，应及时更换。更换零部件时， 应选用原厂配件，以确保设备的性 能和安全性。
事故应急处理和预防措施
应急处理
在设备使用过程中，如发生意外事故， 应立即切断电源，并采取相应的应急处 理措施。如火灾事故，应使用灭火器等 消防设备进行灭火；如人员伤害事故， 应立即拨打急救电话，进行紧急救治。
设备维护
除了日常的清洁外，还需要定期对灭菌设备进行维护。这包括更换磨损 的部件，检查并调整设备的性能，以确保其始终保持良好的工作状态。
05 培养基制备和灭菌实验
实验目的和原理
实验目的 学习和掌握培养基制备的方法和技术。
熟悉和掌握灭菌设备的操作原理和使用方法。
实验目的和原理
• 通过实验操作，验证培养基制备和灭菌的效果。
灭菌设备的选择和使用
选择依据：在选择灭菌设备时，需考虑物品的性质、灭 菌效果、操作简便性、成本等因素。 • 操作前应对设备进行检查，确保其正常运行。
• 注意设备的安全使用，避免烫伤、辐射等危险。
目 录
• 培养基的制备概述 • 灭菌设备概述 • 培养基的制备技术 • 灭菌设备的操作和维护 • 培养基制备和灭菌实验 • 培养基制备和灭菌设备的安全与防护
01 培养基的制备概述
培养基的定义和种类
定义
培养基是指供微生物生长繁殖的，由 不同营养物质组合配制而成的营养基 质。
VS
预防措施
为预防设备事故的发生，应采取一系列预 防措施。如定期对设备进行检查、保养； 加强操作人员的培训，提高其操作技能和 安全意识；制定并执行严格的安全管理制 度，确保设备的安全使用。
THANKS FOR WATCHING
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零部件更换
在设备使用过程中，如有零部件损 坏，应及时更换。更换零部件时， 应选用原厂配件，以确保设备的性 能和安全性。
事故应急处理和预防措施
应急处理
在设备使用过程中，如发生意外事故， 应立即切断电源，并采取相应的应急处 理措施。如火灾事故，应使用灭火器等 消防设备进行灭火；如人员伤害事故， 应立即拨打急救电话，进行紧急救治。
设备维护
除了日常的清洁外，还需要定期对灭菌设备进行维护。这包括更换磨损 的部件，检查并调整设备的性能，以确保其始终保持良好的工作状态。
05 培养基制备和灭菌实验
实验目的和原理
实验目的 学习和掌握培养基制备的方法和技术。
熟悉和掌握灭菌设备的操作原理和使用方法。
实验目的和原理
• 通过实验操作，验证培养基制备和灭菌的效果。
灭菌设备的选择和使用
选择依据：在选择灭菌设备时，需考虑物品的性质、灭 菌效果、操作简便性、成本等因素。 • 操作前应对设备进行检查，确保其正常运行。
• 注意设备的安全使用，避免烫伤、辐射等危险。
微生物发酵制药技术基础—培养基和设备的灭菌
K1
K `1
ln（ K 2 ） ln（ K`2 ）
K1
K `1
即随着温度的上升，微生物的死亡速率常数增加倍数要
大于培养基成分破坏速率的增加倍数。
从上述的分析可知，在热灭菌过程中，同时会发生微生 物死亡和培养基破坏这两种过程。温度升高，菌体死亡 速率大于培养基成分破坏的速率。
不同灭菌温度、时间与培养基成分破坏情况（Ns/No=10-3）
缺点： • 设备较庞大； • 维持罐直径较大，不能保证物料先进先出，易发生
局部过热或灭菌不足的现象； • 喷淋冷却管道很长，对于黏度较高、固形物含量较
多的培养基极易堵塞。
2.喷射加热器加热的连续灭菌流程
优点：能保证培养液在喷射加热器和维持管中的先进 先出，避免了培养基过热和灭菌不彻底现象，培养基 总的受热时间短，营养物质的损失不严重。
依设备和工艺条件的不同，连续灭菌分：
• 连消塔加热的连续灭菌流程 • 喷射加热器加热的连续灭菌流程 • 薄板换热器加热的连续灭菌流程
1.连消塔加热的连续灭菌流程
这是国内味精厂普遍采用的连续灭菌流程。培养基用泵打入连 消塔与蒸汽直接混合，在连消塔内的停留时间为20～30s，达 到灭菌温度132℃。再送入维持罐保温，时间8～25min，最后 由喷淋冷却器冷却至后续的发酵或培养温度。
连续灭菌的优缺点
优点 • 短时间内加热到保温温度且能快速冷却，减少养分的损失 • 操作条件恒定，灭菌质量稳定 • 易于实行管道化和自动化控制 • 避免反复加热和冷却，提高了热利用率 • 发酵设备利用率高
缺点 • 设备要求高，需另外设置加热冷却装置 • 操作比较麻烦 • 染菌机会多 • 对蒸汽要求高 • 不适合大量固体物料的灭菌
（二）对数残留定律
第八章培养基及发酵设备灭菌
分批灭菌的操作：
(1)空罐灭菌 采用大进汽方式进汽，以使罐顶各开孔部位的有关管路彻底灭菌的阀
门，再关小排汽保持压力160—180千帕(128～130℃左右)，流通蒸汽灭菌 30分钟，并在稍开进汽阀和排汽阀的条件下闷罐灭菌30分钟。灭菌结束， 将罐压降至低于空气过滤器压力，立即进无菌空气保压，并通冷却水冷却。
营养物质的种类、浓度和 比例
温度 pH 溶解氧浓度 产物
三、分批培养中的基质消耗和产物生成 1. 得率系数
2. 基质消耗速率
分批培养时, 培养液中基质浓度的下降是由于细胞和 产物的生成, 如果营养物质是能源, 还有一部分用于细胞 的生命活动, 则可表示为:
3. 产物生成速率
Goden将微生物发酵过程中产物的生成归纳为三种形式: (1) 产物的生成与细胞生长完全相关
空气过滤
第一节 空气除菌的要求和方法
一、空气中微生物的分布 空气的微生物，大多是细菌和细菌孢子，也有酵母、真菌和
病毒。一般空气中按含菌量为103—104个／m3来设计空气除菌系 统。
空气中的尘埃数与细菌数的关系如下：
y = 0.003x – 2.6 式中 y —空气中的微生物数量(个／m3)，x —空气中的尘埃颗 粒数量(个／m3)。
(2)连续进蒸汽加热
连消时，先将物料预热至60～75℃，以减少蒸汽加热时水汽 的撞击声。
务必保持总蒸汽压达500千帕，使其接近连消泵出口压力(600 千帕)，培养基流速才均匀稳定，否则影响灭菌质量。连消塔温维 持在126～32℃，维持罐罐压为400千帕，一般5分钟已能达到彻底 灭菌要求。
(3)灭菌后冷却
现在发酵罐的容积最大为500—1000t，溶解氧、温度、pH值等均 设有自控仪器或采用微机控制，推动着整个发酵工业的发展。
(1)空罐灭菌 采用大进汽方式进汽，以使罐顶各开孔部位的有关管路彻底灭菌的阀
门，再关小排汽保持压力160—180千帕(128～130℃左右)，流通蒸汽灭菌 30分钟，并在稍开进汽阀和排汽阀的条件下闷罐灭菌30分钟。灭菌结束， 将罐压降至低于空气过滤器压力，立即进无菌空气保压，并通冷却水冷却。
营养物质的种类、浓度和 比例
温度 pH 溶解氧浓度 产物
三、分批培养中的基质消耗和产物生成 1. 得率系数
2. 基质消耗速率
分批培养时, 培养液中基质浓度的下降是由于细胞和 产物的生成, 如果营养物质是能源, 还有一部分用于细胞 的生命活动, 则可表示为:
3. 产物生成速率
Goden将微生物发酵过程中产物的生成归纳为三种形式: (1) 产物的生成与细胞生长完全相关
空气过滤
第一节 空气除菌的要求和方法
一、空气中微生物的分布 空气的微生物，大多是细菌和细菌孢子，也有酵母、真菌和
病毒。一般空气中按含菌量为103—104个／m3来设计空气除菌系 统。
空气中的尘埃数与细菌数的关系如下：
y = 0.003x – 2.6 式中 y —空气中的微生物数量(个／m3)，x —空气中的尘埃颗 粒数量(个／m3)。
(2)连续进蒸汽加热
连消时，先将物料预热至60～75℃，以减少蒸汽加热时水汽 的撞击声。
务必保持总蒸汽压达500千帕，使其接近连消泵出口压力(600 千帕)，培养基流速才均匀稳定，否则影响灭菌质量。连消塔温维 持在126～32℃，维持罐罐压为400千帕，一般5分钟已能达到彻底 灭菌要求。
(3)灭菌后冷却
现在发酵罐的容积最大为500—1000t，溶解氧、温度、pH值等均 设有自控仪器或采用微机控制，推动着整个发酵工业的发展。
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4）Z 值
—— 在加热致死时间曲线中，加热时间缩短90%所需 升高的温度，即为Z值。
加 热 100 时 间 （
10
Z = 15 Z
min)
100
115 加热温度 （℃）
加热致死时间曲线
2、微生物的热死规律——对数残留定律
◇ 微生物的热死是指微生物的受热失活，但物理性质不变。 ◇ 微生物虽然是一复杂的高分子体系，但受热死亡是由于 蛋白质变性所致。 ◇ 在一定温度下，微生物热死遵循分子反应速度理论。
2）从底部通入蒸汽
3）排冷气
4）升压 打开各个需灭菌的管路、放气阀等（如 接 种管、取样管、空气进管、流量计等）
5）保压 通常1kg/cm2, 30～60min 6) 降温 关闭各放气阀，切断汽源，慢慢放气；
或自然冷却，或泵循环水加速冷却
Notes: a）确保无死角产生 b）也可采用甲醛蒸煮或熏蒸的方法 c）勿激碎视镜
4）间歇灭菌法：80-100 ℃,15-60min,室温过夜，重复三 次
2.过滤除菌法
含有酶、血清、维生素、氨基酸等容易热失活的培养基， 可以采用此法。
过滤介质有膜材料：醋酸纤维素、硝酸纤维素、聚醚砜、 尼龙、聚丙烯腈等
深层过滤材料：石棉板、烧结陶瓷、烧结金属等
过滤器主要有两类：
绝对过滤器：过滤介质呈膜状，滤孔比要除去的颗粒直径 小，理论上可以完全除去微生物。去除机制为拦截作用。
对数残留定律的概念：
—— 对微生物进行湿热灭菌时，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，这就是对数残留定 律。
数学表达式：
- dN/d = N
N —— 培养基中活的微生物个数； —— 时间（s）; —— 比死亡速率（s-1） (死亡速率常数) dN/d —— 微生物的瞬间变化率，即死亡速率
二、培养基灭菌的有关理论
一）加热灭菌原理
1、微生物的热阻
每一种微生物都有一定的生长温度范围；
当微生物处在最低生长温度以下，代谢作用几乎停止，而 处于休眠状态；当温度超过最高限度时，细胞中原生质体和 酶的基本成分就发生不可逆的变性，使微生物死亡。
不同种类微生物对热的抵抗力不同。
微生物对热的抵抗力称为热阻（heat resistance）。
另一类是深层过滤器：空隙的直径比要除去颗粒的直径大， 由毡毛、棉花、石棉和玻璃纤维组成。
工作机制是通过惯性碰撞、扩散和吸附作用除菌。
过滤介质有两类：一类是棉花纤维、玻璃纤维、合成纤维和 颗粒状活性炭等，要填充在一定的容器中定形；
一类是已制成板状或管状，如石棉板和烧结材料等。
实验室常用的滤器孔径是0.45微米和0.22微米。
3.微波灭菌法
主要是利用微波（300MHz~3000GHz的电磁波，是无 线电波中一个有限频带的简称，即波长在0.1毫米~1米 之间的电磁波）的热效应
微生物在微波电磁场的作用下，吸收微波的能量，产生 热效应，同时微波造成分子的加速运动使细胞内部受到 损害，从而导致微生物死亡。
特点：加热均匀、热能利用率高，穿透能力强，加热时 间短。
第八章 培养基灭菌及 发酵设备
一 培养基灭菌及灭菌设备
培养基灭菌的目的：保证所选用的培养基没有受到其 它杂菌的污染
染菌产生的不良后果？ 灭菌的方法有：化学药剂灭菌、射线灭菌、干热灭 菌、湿热灭菌、过滤除菌
培养基的灭菌方式：
1.湿热灭菌： 2.过滤除菌 3.微波灭菌
1.湿热灭菌法 是利用水蒸气的热量将物品灭菌。 水蒸气具有穿透能力强，易于传导热量的优点。 湿热更容易将微生物细胞中蛋白质的氢键打断，使其发生变性 凝固。 优点：经济、快速 不同微生物菌株，所需湿热灭菌的温度和时间不一样。 多数细菌和真菌营养体在60℃左右，5-10min死亡； 真菌和酵母菌的孢子，80 ℃以上才会死亡； 嗜热脂肪芽孢杆菌的芽孢在121 ℃,12min才能死亡
常见的湿热灭菌有以下几种：
1）常规加压灭菌法
因无法了解待灭菌培养基中微生物的热致死特性，常假 设杂菌是嗜热脂肪芽孢杆菌的芽孢；
灭菌工艺是0.1MPa，维持15-30min(灭菌是靠温度） 2）连续灭菌法 3）巴斯德消毒法 一般60-80 ℃,15s-30min; 现在超高温巴斯德灭菌法，140 ℃,3-4s，急剧冷却至75 ℃
10
D = 10 min D
0 10 20 30 40 50 60
残存活细胞曲线
加热时间 (min)
பைடு நூலகம்
例：
含有某种细菌的悬液，含菌数为105/ml,在100℃（212°F）的 水浴温度中，活菌数降低到104/ml时所需的时间为10min,则该 菌的D值即为10min。
D100 = 10min 如果加热的温度为121℃，则常写成Dr
—— 在特定条件、特定温度下，杀死某种微生物 所需的最短时间。
e.g 伤寒杆菌58℃ 30min 变形杆菌55℃ 60min
3）D值
------利用一定温度进行加热, 90%的活菌被杀死时所 需的时间(min)即为D值。又称1/10衰减时间。
残 存 106 活 105 细 104 胞 103 数 102
某些微生物对湿热的相对热阻（与大肠杆菌比较）
微生物
相对热阻
细菌和酵母的营养细胞
1
细菌芽孢 霉菌孢子
3×106 2-10
病毒及噬菌体
1-5
下面介绍与热阻相关的几个概念
1）致死温度（Death temperature）
——杀死微生物的极限温度称为致死温度。
2）热力致死时间 (Thermal Death Time; TDT)
主要内容 一、空罐灭菌 二、灭菌有关理论 三、分批灭菌 四、连续灭菌
一、空罐灭菌
1、目的：
1）消除罐内死角，确保下一批发酵的成功 2）杀灭与罐直接相通的各管路、阀门的微生物 3）杀灭上批发酵的活的微生物，减轻环境污染
2、步骤： （热蒸汽法）
1）先彻底清洗 作用：a）有利于消除死角 b）免于料受热（尤其是干热的部位）干 焦于罐体、管或阀门
若开始灭菌（ = 0）时，培养基中活的微生物数为N0
- dN/d = N
积分
lnN/N0 = - or
2.303logN0/N =
= 2.303 logN0/N /
= 2.303 lgN0/N /
可见灭菌时间取决于污染程度(N0)、灭菌程度 （残留菌数N）和值
◆ 在培养基中有各种各样的微生物，不可能逐一加以考虑。 一般只考虑芽孢细菌和细菌的芽孢数之和作为计算依据。