《发酵工艺原理》PPT课件

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1、第三章灭菌(sterilization)灭菌的原理及方法培养基和发酵设备的灭菌工艺空气除菌灭菌：指用化学或物理的方法杀灭或去除物料及设备中所有生命物质的技术或工艺过程。第一节灭菌的原理及方法一几种常见的灭菌方法1化学物质灭菌原理：药物与微生物细胞中的成分反应，使蛋白质变性酶失活。常用的灭菌剂:使用范围：器皿、双手和实验室、无菌室的环境灭菌，不能用于培养基灭菌常用的灭菌剂化学物质名称有效浓度化学物质名称有效浓度新洁尔灭(苯扎溴铵)0.25%甲醛37%杜灭芬0.25%戊二醛2%高锰酸钾0.1%-0.25%苯酚0.1%-0.15%漂白粉5%过氧乙酸0.0

2、2%-0.2%酒精75%焦碳酸二乙酯0.01%-0.1%煤酚皂（来苏尔）1%—5%*2.辐射灭菌原理：利用高能量的电磁辐射与菌体核酸的光化学反应造成菌体死亡。常用：紫外线、X射线和γ射线。使用范围：用于室内空气及器皿表面灭菌3．干热灭菌原理：利用高温对微生物有氧化、蛋白质变性和电解质浓缩作用而杀灭微生物。常用方法：灼烧和电热箱加热，140-180℃1-2小时使用范围：玻璃及金属用具及沙土管灭菌4．湿热灭菌原理：蒸汽冷凝放出大量潜热，具有穿透力，且在高温有水分条件下，蛋白质易变性。常用方法：水煮常压灭菌：100℃饱和蒸汽灭菌：一般121℃，30分钟使

3、用范围：培养基和发酵设备灭菌。5．过滤除菌原理：利用微生物不能透过滤膜除菌。方法:0.01~0.45m孔径滤膜，使用范围：用于压缩空气、酶溶液及其他不耐热化合物溶液除菌。二.湿热灭菌原理1.生物热死动力学（对数残存定律）dN/dt=-KNN：菌体个数（个）t:灭菌时间（min）k：反应速度常数（min-1）dN/dt:菌受热死亡速率(个/min)LnN/N0=-KtN=N0e-Kt以菌的残留数LnN/N0的对数与时间t作图，得出一条直线，其斜率为-K（P222图14-1）如何通过实验根据对数残存定律确定某一温度,某一微生物的K？1).K与菌种的特

4、性有关相同温度下，微生物越耐热，k值越小。相同温度下，微生物越不耐热，k值越大。2.反应速率常数K2).K与灭菌温度有关K=Ae–E/RT（阿累尼乌斯方程）LnK=LnA-E/RTA：比例常数R：气体常数(J/molK)T：绝对温度(K)△E：杀死细菌所需的活化能（J/mol）121℃118℃115℃110℃105℃第二节培养基和发酵设备的灭菌工艺一．培养基灭菌时间的选择t=1/k*Ln(N0/N)其中K：一般耐热的细菌芽孢的K值N0：细菌及芽孢数之和N：10-3二.培养基灭菌温度的选择选择即能达到灭菌要求，又保证营养成分不被破坏的温度1.培养基

5、营养成分破坏动力学方程-dC/dt=K’C-dC/dt:营养物降解速度mol/LhC:营养物浓度mol/LK’:营养物降解反应速度常数1/st：时间(S)Ln(C/C0)=-K'tK’=A’e-E’/RTLnK’=LnA’-E’/RTA’：比例常数R：气体常数(J/molK)T：绝对温度(K)E’：营养物破坏所需的活化能（J/mol）2.根据实验结果灭菌活化能大于培养基破坏活化能E＞E’P225表14-113.灭菌反应营养物破坏反应T1LnK1=LnA-E/RT1LnK1’=LnA’-E’/RT1T2LnK2=LnA-E/RT2LnK2’=LnA’

6、-E’/RT2Ln(K2/K1)=E/R(1/T1-1/T2)Ln(K2’/K1’)=E’/R(1/T1-1/T2)Ln(K2/K1)=ELn(K2’/K1’)E’Ln(K2/K1)＞Ln(K2’/K1’)K2/K1＞K2’/K1’当温度升高时微生物死亡速度常数比营养物质降解速度常数变化得大4．达到相同灭菌效果，T越高，K越大，所需t越短，采用高温短时（HTST）灭菌效果好三影响灭菌效果的因素微生物种类：不同的微生物k值不同。初始菌量：在保持N值不变的前提下，t与初始菌量N0的对数成正比。培养基成份：油脂、蛋白质增加微生物的耐热性。传热与混合状况：

7、影响受热均匀度。培养基中固体颗粒的存在影响热穿透。蒸汽中空气的存在降低蒸汽分压和灭菌温度。pH：酸性pH下可加快微生物热死速率四.培养基和发酵设备的灭菌方法（一）实验室种子培养基灭菌方法使用高压蒸汽灭菌锅手提式灭菌锅。容量小。立式或卧式灭菌锅。容量较大，一般能装几十瓶或几百瓶。灭菌柜。要和蒸汽锅炉配套，用于大量种瓶培养基的灭菌，一次能装几百至几千瓶(袋)。四.培养基和发酵设备的灭菌方法（二）分批灭菌(batchsterilization)1．定义：将配制好的培养基输入发酵罐中，用蒸汽加热，使培养基和设备同时灭菌的一种灭菌方式。2．操作过程：空罐准备

8、：清洗、检修和检测。升温：把培养基加热到灭菌所需的温度。保温维持：在灭菌温度下保持灭菌所需时间。冷却保压：把培养基的温度降