发酵培养基超高温连续灭菌新技术与新设备

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1、发酵培养基超高温连续灭菌新技术与新设备河北科技大学生物科学与工程学院徐亲民石家庄吉瑞节能技术有限公司联系电话：0311-68058351，13513370405E-mail：q_xu@hebust.edu.cn2015年3月1湿热灭菌原理•利用高温和高湿，将热量传递给微生物，使其蛋白质变性、凝固，不可逆地失去功能，从而杀死微生物。•水蒸汽的潜热大，穿透力强，在冷凝时能释放大量热量，使被灭菌物体迅速升温，因而灭菌效果大大优于干热灭菌和其他灭菌方法。在一大气压下，1L100℃的沸水冷却至室温(25℃)释放的热

2、量是75kCal，而1kg100℃的蒸汽凝结成1L100℃的水释放的的热量是540kCal。蒸汽在被灭菌物体表面冷凝造成负压，吸引更多的蒸汽进入，从而产生较大的穿透力并使被灭菌物体迅速升温。2微生物的一级热死动力学dN=−kNdt积分得对数残存方程式：N−ktln=−=kt或NNe0N0式中，N为灭菌前的活细胞数，N为灭菌t时间后的0残存活细胞数，k为与温度相关的比热死速率常数。以上公式适用于微生物营养细胞的热死过程。3湿热灭菌原理嗜热脂肪芽孢杆菌的热死曲线——直角坐标survivorse.g.moist

3、heatat134℃1,000,000Bacillusstearothermophilus800,000600,000400,000200,0000time4湿热灭菌原理嗜热脂肪芽孢杆菌的热死曲线——对数坐标survivors106e.g.moistheatat134C105Bacillusstearothermophilus104103102101100time5比热死速率常数k10•k随温度而变化(服从阿累尼乌斯方程式)1)k=Ae−∆ERT/-1(mink0.1式中，A——经验常数∆E——热死活化能R

4、——气体常数0.010.002540.002580.002620.002660.002520.002560.002600.002640.00268T——绝对温度1/T(1/k)比热死速率常数与灭菌温度的关系6比热死速率常数k的测定在上述阿累尼乌斯方程式两边取对数，lnkk得0∆E1lnkk=ln−0tgα=−∆E/RRT由此可作图得右图直线，其斜率为−∆E/R，截距为T−1(K−1)lnA。7湿热灭菌原理十进热死时间D十进热死时间D——使活细胞数量减少90%所需的受热时间，代表细胞对热的抵抗力大小。−

5、kt由NNe=0可得kDN0e==10Nln102.303则D==kk8湿热灭菌原理Z值Z值——使十进热死时间D延长或缩短十倍所需降低或提高的温度，从另一角度代表细胞对热的抵抗力大小。TT−Z=12=TT−12log(DD/)21式中，D/D=10，T和T分别为对应于十进热2112死时间D和D的灭菌温度。129一些微生物的热死动力学参数∆E10某些微生物和营养物质的活化能微生物∆E(kJ/mol)营养物质∆E(kJ/mol)枯草杆菌芽孢318.19叶酸70.35嗜热脂肪芽孢283.46维生素B192.11

6、杆菌芽孢维生素B98.702维生素B96.7012葡萄糖100.4911等效灭菌原理•依据上述原理，可以推导出：在达到与121℃、30min同样灭菌效果的前提下，灭菌温度与所需灭菌时间及营养破坏率呈以下曲线关系[微生物以嗜热脂肪芽胞杆菌为代表(Z=10)，营养素以维生素B为代表(∆E=92.11)；T的单位为K]。130902928278026252423394−T70222120t=30×10Z6019(%)18(min)Y17−∆E50t16A15RT14Y=e×100%134012211灭菌时间103

7、0营养破坏率98720654310210012112212312412512612712812913013113213313413513613713813914014114214314414514614714814915012灭菌温度T(℃)历来发酵培养基的灭菌方法•实罐灭菌：发酵罐与培养基一同用高压蒸汽进行灭菌的方法，又称原位灭菌。•连续灭菌：先用高压蒸汽进行发酵罐空罐灭菌，然后在发酵罐外用高压蒸汽在流动状态下对培养基进行连续灭菌给料的方法，又称离位在线灭菌。•通用灭菌控制参数：前者为121℃、30min

8、；后者为130~145℃、10s~5min。13历来的连续灭菌技术蒸汽喷淋器加热塔配料罐至发酵罐维持罐冷却盘管打料泵过滤器14历来连续灭菌技术的加41、进汽内管热塔42、进料外管结构43、进料口44、出料口45、喷汽尖管15改进型连续灭菌蒸汽喷射加热器(一)1、调节阀2、调节阀杆3、内管4、调节阀芯5、外管16改进型连续灭菌蒸汽喷射加热器（二）17历来两种灭菌技术的优缺点比较优点缺点实温度较易控制，控制精在高温下