发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
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发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
dN k N
dt
(5-1)
式中：
N为培养基中残存的活菌数(个)； t为灭菌时间(s)； k为灭菌反应速度常数或称为菌比死亡速率(s-1),
值的大小与灭菌温度和菌种特性有关；
dN/dt为活菌数的瞬时变化速率，即死亡速率(个 /s)。
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
一、湿热灭菌的基本原理
k 值与温度的关系 式5-3可以变化为：
lgk E lgA
2.303RT
(5-4)
图5-2显示了这种关系。 k 随温度的升高而升高，同一温度下，随微生物种
类 (活化能)不同而不同。参见表5-5.
3. 杀灭细菌芽孢时间的估算
与芽孢的种类和培养条件有关。
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
E
k Ae RT (5-3)
式中：
A为比例常数，s-1； △E为活化能，J/mol； R为气体常数，8.314 J/(mol·K)； T为绝对温度，K。
k 值与活化能的关系 活化能处于指数项，可见其与 k 值的变化关系密切。 高温瞬时灭菌 (HTST) 营养损失小的原理，可以从 细菌与一些营养物的不同活化能得到解释。
第五章 发酵工程的灭 菌与空气除菌
——设备、基质和空气的净化
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
第一节 常见灭菌方法
——化学、辐射和热灭菌
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
概述
灭菌的概念：
灭菌 (sterilization)即“失去繁殖能力”的意思， 是指采用化学或物理的方法杀灭或去除物料及 设备中一切有生命的有机体的过程。
一、化学灭菌
环境消毒：生产车间、无菌操作间 器械即手表面消毒：接种器械、取样器械等
使用方法
浸泡、擦拭、添加、喷洒、气态熏蒸等
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
二、射线灭菌
概念：
射线灭菌是利用紫外线、高能电磁波或放射性 物质产生的射线进行灭菌的方法。
几种放射性射线
紫外线灭菌
波长为253.7 nm的紫外线杀菌作用最强。 机理：破坏核酸、形成活性自由基。 穿透力差，一般用于环境和物体表面灭菌。 灭菌效果：与距离、时间、微生物等有关。
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
一、湿热灭菌的基本原理
可以根据Q10估算。
表5-6a 估算的芽孢不同温度大概灭菌时间
温度/℃
10 0
110
115
12 1
12 5
13 0
时 间 / m in
12 00
15 0
51
一、湿热灭菌的基本原理
影响灭菌时间的因素
1. 污染程度 (N0) 2. 灭菌程度或要求 (残留的活菌数Nt) 3. 灭菌反应速度常数 k
实际灭菌要求
Nt常要求1/1000。
热死速率常数 k的判定
可以把微生物热死过程看成一简单一级化学反应, 热死速度即反应速度，活菌数即反应物，而热死 速率常数即反应速率常数，则由Arrhenius定律有：
一、化学灭菌
概念：
化学灭菌指用化学药品直接作用于微生物抑制 其增殖或将其杀死的方法。
灭菌剂：迅速杀死体系表面和内部所有微生物。 消毒剂：只杀死体系 (主要是表面)中的病原微
生物。 防腐剂：抑制体系 (主要是食品)表面和内部微
生物的生长繁殖。 注意：抑菌和杀菌甚至溶菌作用是相对的。
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
三、干热灭菌
热灭菌的分类 干热空气灭菌
设备：电热干燥箱 条件：160℃条件下保温1~2 h。 注意：灭菌物品用纸包扎或带有棉塞时不能超
过170℃。 使用：玻璃和金属器具。
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
四、湿热灭菌
湿热灭菌是利用饱和水蒸汽冷凝时释放的 大量穿透力极强的潜热使微生物细胞中的 蛋白质、酶和核酸分子受到不可逆破坏的 灭菌方法。
一、化学灭菌
常用的化学药剂
主要有石碳酸、甲醛、氯化汞、碘酒、酒精高 锰酸钾等。
共同规律：杀菌强度有别，但在低浓度时都有 促进微生物生长的刺激作用，在浓度升高后依 次表现出制菌、杀菌和溶菌的现象。
常见化学杀菌剂及其作用机制和应用范围
在发酵工业上的应用
不用于培养基灭菌
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
与灭菌相近的几个概念
灭菌与杀菌 (除菌)
杀菌：杀死微生物后，其躯壳仍存在。
溶菌：杀死微生物并使其细胞躯壳溶解、消失。
除菌：从体系中去除微生物细胞。
比较
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
概述
工业生产中常用的灭菌方法：
化学灭菌 射线灭菌 干热灭菌 湿热灭菌 过滤介质除菌
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
Nt dN k
t
dt
N N0
0
一、湿热灭菌的基本原理
灭菌时间的确定
将式5-1积分，有：
Nt dN k
t
dt
N N0
0
ln N 0 k t Nt
t1lnN0 2.303lgN0
k Nt k
Nt (5-2)
式中：N0为灭菌开始时原有的菌数(个)；Nt为灭菌结 束时残留的菌数(个)。
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
体内的一些重要蛋白质发生凝固、变性。
致死温度和致死时间
能够杀死微生物细胞的某一最低温度称致死温度。 在致死温度以上的某个温度杀死全部微生物细胞
所需的时间称为致死时间。
热灭菌效率的衡量——TDP、TDT、D值、z 值和F值
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
一、湿热灭菌的基本原理
微生物的热阻
条件：121℃维持20～30min。 设备：各种高压蒸汽灭菌器 应用：非常广泛，是发酵工业的主要灭菌
手段。
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
第二节 培养基与发酵设wenku.baidu.com 的灭菌
——原理和工艺
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一、湿热灭菌的基本原理
1. 微生物的耐热性
温度与微生物生长的关系 微生物热死原因
热阻指在某一特定条件下 (主要是指温度和加热方 式等) 微生物细胞的致死时间，表征了不同微生物 细胞对热的相对抵抗力。
例如一些微生物的相对热阻和抵抗力如表5-1.
2. 微生物热死亡的数学规律
微生物的热死亡规律符合对数规律。 微生物的死亡速率 (dN/dt) 与任何一瞬时残
存的活菌数成正比，称之为对数残留定律， 用下式表示：
dN k N
dt
(5-1)
式中：
N为培养基中残存的活菌数(个)； t为灭菌时间(s)； k为灭菌反应速度常数或称为菌比死亡速率(s-1),
值的大小与灭菌温度和菌种特性有关；
dN/dt为活菌数的瞬时变化速率，即死亡速率(个 /s)。
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一、湿热灭菌的基本原理
k 值与温度的关系 式5-3可以变化为：
lgk E lgA
2.303RT
(5-4)
图5-2显示了这种关系。 k 随温度的升高而升高，同一温度下，随微生物种
类 (活化能)不同而不同。参见表5-5.
3. 杀灭细菌芽孢时间的估算
与芽孢的种类和培养条件有关。
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E
k Ae RT (5-3)
式中：
A为比例常数，s-1； △E为活化能，J/mol； R为气体常数，8.314 J/(mol·K)； T为绝对温度，K。
k 值与活化能的关系 活化能处于指数项，可见其与 k 值的变化关系密切。 高温瞬时灭菌 (HTST) 营养损失小的原理，可以从 细菌与一些营养物的不同活化能得到解释。
第五章 发酵工程的灭 菌与空气除菌
——设备、基质和空气的净化
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
第一节 常见灭菌方法
——化学、辐射和热灭菌
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
概述
灭菌的概念：
灭菌 (sterilization)即“失去繁殖能力”的意思， 是指采用化学或物理的方法杀灭或去除物料及 设备中一切有生命的有机体的过程。
一、化学灭菌
环境消毒：生产车间、无菌操作间 器械即手表面消毒：接种器械、取样器械等
使用方法
浸泡、擦拭、添加、喷洒、气态熏蒸等
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二、射线灭菌
概念：
射线灭菌是利用紫外线、高能电磁波或放射性 物质产生的射线进行灭菌的方法。
几种放射性射线
紫外线灭菌
波长为253.7 nm的紫外线杀菌作用最强。 机理：破坏核酸、形成活性自由基。 穿透力差，一般用于环境和物体表面灭菌。 灭菌效果：与距离、时间、微生物等有关。
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
一、湿热灭菌的基本原理
可以根据Q10估算。
表5-6a 估算的芽孢不同温度大概灭菌时间
温度/℃
10 0
110
115
12 1
12 5
13 0
时 间 / m in
12 00
15 0
51
一、湿热灭菌的基本原理
影响灭菌时间的因素
1. 污染程度 (N0) 2. 灭菌程度或要求 (残留的活菌数Nt) 3. 灭菌反应速度常数 k
实际灭菌要求
Nt常要求1/1000。
热死速率常数 k的判定
可以把微生物热死过程看成一简单一级化学反应, 热死速度即反应速度，活菌数即反应物，而热死 速率常数即反应速率常数，则由Arrhenius定律有：
一、化学灭菌
概念：
化学灭菌指用化学药品直接作用于微生物抑制 其增殖或将其杀死的方法。
灭菌剂：迅速杀死体系表面和内部所有微生物。 消毒剂：只杀死体系 (主要是表面)中的病原微
生物。 防腐剂：抑制体系 (主要是食品)表面和内部微
生物的生长繁殖。 注意：抑菌和杀菌甚至溶菌作用是相对的。
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
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三、干热灭菌
热灭菌的分类 干热空气灭菌
设备：电热干燥箱 条件：160℃条件下保温1~2 h。 注意：灭菌物品用纸包扎或带有棉塞时不能超
过170℃。 使用：玻璃和金属器具。
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
四、湿热灭菌
湿热灭菌是利用饱和水蒸汽冷凝时释放的 大量穿透力极强的潜热使微生物细胞中的 蛋白质、酶和核酸分子受到不可逆破坏的 灭菌方法。
一、化学灭菌
常用的化学药剂
主要有石碳酸、甲醛、氯化汞、碘酒、酒精高 锰酸钾等。
共同规律：杀菌强度有别，但在低浓度时都有 促进微生物生长的刺激作用，在浓度升高后依 次表现出制菌、杀菌和溶菌的现象。
常见化学杀菌剂及其作用机制和应用范围
在发酵工业上的应用
不用于培养基灭菌
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
与灭菌相近的几个概念
灭菌与杀菌 (除菌)
杀菌：杀死微生物后，其躯壳仍存在。
溶菌：杀死微生物并使其细胞躯壳溶解、消失。
除菌：从体系中去除微生物细胞。
比较
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
概述
工业生产中常用的灭菌方法：
化学灭菌 射线灭菌 干热灭菌 湿热灭菌 过滤介质除菌
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
Nt dN k
t
dt
N N0
0
一、湿热灭菌的基本原理
灭菌时间的确定
将式5-1积分，有：
Nt dN k
t
dt
N N0
0
ln N 0 k t Nt
t1lnN0 2.303lgN0
k Nt k
Nt (5-2)
式中：N0为灭菌开始时原有的菌数(个)；Nt为灭菌结 束时残留的菌数(个)。
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
体内的一些重要蛋白质发生凝固、变性。
致死温度和致死时间
能够杀死微生物细胞的某一最低温度称致死温度。 在致死温度以上的某个温度杀死全部微生物细胞
所需的时间称为致死时间。
热灭菌效率的衡量——TDP、TDT、D值、z 值和F值
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
一、湿热灭菌的基本原理
微生物的热阻
条件：121℃维持20～30min。 设备：各种高压蒸汽灭菌器 应用：非常广泛，是发酵工业的主要灭菌
手段。
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
第二节 培养基与发酵设wenku.baidu.com 的灭菌
——原理和工艺
发酵工程ppt韦革宏杨祥第5章12节
一、湿热灭菌的基本原理
1. 微生物的耐热性
温度与微生物生长的关系 微生物热死原因
热阻指在某一特定条件下 (主要是指温度和加热方 式等) 微生物细胞的致死时间，表征了不同微生物 细胞对热的相对抵抗力。
例如一些微生物的相对热阻和抵抗力如表5-1.
2. 微生物热死亡的数学规律
微生物的热死亡规律符合对数规律。 微生物的死亡速率 (dN/dt) 与任何一瞬时残
存的活菌数成正比，称之为对数残留定律， 用下式表示：