生化工程-第二章-培养基灭菌.ppt

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1、本章主要内容第一节分批灭菌第二节连续灭菌培养基灭菌程度N/N0培养基灭菌程度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。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。ln(N/N0)=-Kt均相系统，它符合化学反应的一级反应动力学。K（比热死亡速率常数）由两个因素均定1、微生物的种类2、灭菌温度。ln(N/N0)=-

2、Ktln(C/C0)=-Kdt杂菌营养物质△T，△K，△Kd也就是K对T的变化率是怎么样的？灭菌动力学的重要结论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)=-Kt）；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。第一节   分批灭菌二分批灭菌的设计1、分批灭菌的操作将配好的培养基打入发酵罐，通入蒸汽将培养基和所用的设备一起进行灭菌，也称实罐灭菌。优点：

3、（1）不需专门的灭菌设备。（2）对蒸汽的压力要求较低，在3～4×105Pa（表压）就可满足要求。缺点：在灭菌过程中，蒸汽用量波动大，造成锅炉负荷波动大。第一节   分批灭菌二分批灭菌的设计1、分批灭菌的操作高压蒸汽锅第一节   分批灭菌二分批灭菌的设计2、分批灭菌的设计要求绝对的无菌在工业上很难做到，因为：N=0，则e-kt=0,1/ekt=0,ekt=∞,t=∞因此，绝对的无菌很难做到。第一节   分批灭菌二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。那么无菌程度降低到多少为好呢？

4、有一个设计标准（判据）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，第一节   分批灭菌二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=那么为计算方便Ln（N0/N）=36.8第一节   分批灭菌二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。T灭菌温度tot1t2t3timeN1N2N升温保温降温N0Ln(N0/N1)Ln

5、(N2/N)Ln(N1/N2)LnN0/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（××）lnN0/N=ln+ln+ln第一节   分批灭菌二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），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，看能否达到开始提出的无菌要求。ln(N0/N1)=K(t1-t0)K是变数，t变化，T变化，K也变化。升温段：T灭菌温度tot1t2t3timeN1N2N升温保温降温N0ln(N0/N1)ln(N

6、2/N)ln(N1/N2)T灭菌温度tot1t2t3timeN1N2N升温保温降温N0ln(N0/N1)ln(N2/N)保温段：Ln(N1/N2)=K(t2-t1)T一定，K是常数。ln(N1/N2)降温段：这三个判据中，保温段可以算出，升温段和降温段不好办，因为不知道T和t之间的函数关系。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关系式。除了这种积分方式以外，工程上还常用图解积分法，即从设计的T-t数据换算成K-t数据，进行图解积分。第一节   分批灭菌二分批灭菌的设计第一节   分批灭菌二分批灭菌的设计例如：某发酵罐分批灭菌最高温度12

7、0℃，保持5min，设计的温度和时间关系如下：（A=7.94×1038min-1；△E=278441J/mol;R=8.28J/mol·K）t0103036435055586370102120140T30509010011012012011010090604433K0000.030.363.593.590.360.03000t：min,T:℃,K:min-1,发酵罐60m3，N0=105个/ml，N=10-3问设计的T-t过程是否达到灭菌要求，如不能，应如何改进？第一节   分批灭菌二分批灭菌的设计解：先计算无菌程度的判据：N0/N=6×1015ln(N0/N

8、)=36.3K的数据值是由已知数据计算