工业发酵培养基的灭菌及灭菌设备课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,18,培养基的灭菌及灭菌设备,18 培养基的灭菌及灭菌设备,培养基灭菌及灭菌设备,染菌,/,噬菌体的主要危害,:,基质及产物消耗,生产能力下降,产物得率降低,产品质量下降,生产失败,(,分解产物,分解菌体,异常发酵,),培养基灭菌及灭菌设备染菌/噬菌体的主要危害:,纯种培养的具体措施,使用灭菌的培养基和设备,空气除菌,设备严密,保持正压,补料灭菌,种子无污染,纯种培养的具体措施使用灭菌的培养基和设备,第一节 灭菌的方法,(261),灭菌（,Sterilization）：,使用物理或化学的方法杀灭或去除物料或设备中一切有生命物质的过程。,第一节 灭菌的方法(261)灭菌（Steriliza,灭菌常用方法,化学药剂灭菌,射线灭菌紫外、电离射线；,干热灭菌微生物由于氧化作用、蛋白质变性,、,电解质浓缩作用死亡；,湿热灭菌利用饱和蒸汽进行灭菌，使蛋白质、酶、核酸分子内部化学键破坏，不可逆变性死亡；,过滤除菌利用过滤的方法阻留微生物,灭菌常用方法化学药剂灭菌,工业发酵培养基的灭菌及灭菌设备课件,工业发酵培养基的灭菌及灭菌设备课件,第二节 培养基的灭菌,(p262),一、热灭菌的原理,1.微生物的热阻,热灭菌原理：,温度超过微生物最适生长温度的 上限时，细胞中的蛋白会发生不可逆的凝固变性，引起微生物死亡。,致死温度：杀死微生物的极限温度。,致死时间：在致死温度下杀死全部微生物所,需要的时间,第二节 培养基的灭菌(p262)一、热灭菌的原理,热阻,：指微生物在某一特定条件下（主要指温度和加热方式）的致死时间。表示微生物对热的抵抗能力。,相对热阻,：指某一微生物在某一条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间之比。,工业发酵培养基的灭菌及灭菌设备课件,工业发酵培养基的灭菌及灭菌设备课件,2.对数残留定律,内容,:,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,.,-dN/d=N,N,培养基中活的微生物个数,灭菌时间（,s）；,比死亡速率（,s,-1,）,；,dN/d,微生物的瞬时变化率，即死亡速率,2.对数残留定律 内容:对微生物进行湿,=2.303/log(N,0,/N),灭菌时间取决于,污染程度,灭菌程度,和,.,注意：,N,不能为，常采用千分之一（,0.001),关于比死亡速率,是微生物耐热性的一种特征，与微生物的,种类,和,灭菌温度,有关。,相同温度，,越小，越耐热。,关于比死亡速率 是微生物耐热性的一种特征，与微生物的种类,工业发酵培养基的灭菌及灭菌设备课件,同一种微生物在不同灭菌温度下,值不同。灭菌温度越低，,越小。,同一种微生物在不同灭菌温度下值不同。灭菌,培养基灭菌前含微生物种类多，,值不同,可取,耐热芽孢杆菌,的,值进行灭菌时间计算,微生物的耐热性还可用微生物的数目减少为原来的1/10时所需的时间,D,表示。,ln（1/10）=-D,D=2.303/,培养基灭菌前含微生物种类多，值不同,可取耐热芽孢杆菌的,二.培养基灭菌温度的选择,灭菌过程伴随培养基中营养成分的破坏,培养基营养成分破坏属于分解反应,可看作化学动力学中一级反应,dC/d=-C,=Aexp(-E/RT),二.培养基灭菌温度的选择 灭菌过程伴随培养基中营养成分的,杀灭微生物的,高于维生素分解的,，因此，在任何温度下，杀灭微生物所需要的时间比培养基成分分解的时间长,杀灭微生物的高于维生素分解的，因此，在任何温度下，杀,ln(,2,/,1,)/ln(,2,/,1,)=E/E,因为,E,E,所以,ln(,2,/,1,)ln(,2,/,1,),即灭菌温度上升时，灭菌的速度常数的增加倍数,培养基成分破坏的速度常数的增加倍数。微生物杀灭速度大于培养基成分破坏的速度。,所以，培养基灭菌采用,高温短时,的方法。,ln(2/1)/ln(2/1)=E/E,工业发酵培养基的灭菌及灭菌设备课件,三.影响培养基灭菌的因素,1.,培养基成分的影响,油脂,糖类,蛋白,:,增加微生物耐热性,高浓度盐类,色素,:,削弱微生物耐热性,2.,pH,的影响,pH68,时，微生物最不易死亡,pH1mm,，需过滤除去,三.影响培养基灭菌的因素 1.培养基成分的影响,第三节 培养基的分批灭菌,(p267),分批灭菌（实罐灭菌，实消）,：将配制好的培养基放在发酵罐中,通入蒸气将培养基和设备一起进行灭菌的过程。,优点：不需要专门的灭菌设备、投资少,对蒸汽压力要求低（,1,10,5,4,10,5,）,灭菌效果可靠,可用于极易起泡或黏度很大的培养基,第三节 培养基的分批灭菌(p267)分,缺点：锅炉负荷波动大,设备利用率低,无法采用高温短时灭菌,过程：升温、保温和冷却,缺点：锅炉负荷波动大,一.升温阶段,升温方式：,间接加热,不稳定传热过程,加热蒸汽温度不随时间改变，培养基温度不断上升,GCdt=hF(t,s,t)d,h,不变：,=GC/hF ln(t,s,t,i,)/(t,s,t,f,),h,：,230,350,J/（m,2.,s,.,）（,夹套）,350520,J/（m,2.,s,.,）（,蛇管）,一.升温阶段 升温方式：,2.直接蒸气加热,=GC(t,f,t,i,)+Q)/(C,W,t,f,)S,散失热量可取加热培养基所需热量的,10%20%,2.直接蒸气加热,升温阶段结束后残留的活菌数,N1,可认为温度高于100,时才有灭菌效果。,升温阶段结束后残留的活菌数N1,二.冷却阶段,GCdt/d=WC,W,(t,wo,t,wi,)=KFt,m,=GC/WC,W,(B/B-1)ln(t,i,-t,wi,)/(t,f,-t,wi,),T=T,Wi,1+exp(),=WC,W,/GC1-exp(-KF/WC,W,),=(T,i,-T,wi,)/T,wi,二.冷却阶段 GCdt/d=WCW(twotwi)=K,三.保温阶段,温度恒定，比死亡速率不变,1/ln(N,1,/N,2,),N,1,：,升温结束时的活菌数；,N,2,：,开始降温时的活菌数,三.保温阶段 温度恒定，比死亡速率不变,第四节,培养基的连续灭菌,连续灭菌(连消）,：,将配制好的培养基在向发酵罐输送的同时进行加温、保温、冷却处理而进行灭菌的过程。,优点：可采用高温短时杀菌，营养物质破坏小,设备利用率高,蒸汽负荷平衡，锅炉利用率高,适宜采用自动控制,第四节 培养基的连续灭菌 连续灭菌(连消）：,工业发酵培养基的灭菌及灭菌设备课件,工业发酵培养基的灭菌及灭菌设备课件,工业发酵培养基的灭菌及灭菌设备课件,一.连续灭菌的流程,配料罐连消泵加热器（连消塔）维持罐冷却器,一.连续灭菌的流程 配料罐连消泵加热器（连消塔）维,喷射加热连续灭菌流程：,喷射加热,管道维持,真空冷却,喷射加热连续灭菌流程：,喷射加热连续灭菌优点,受热时间短,保证培养基先进先出，避免过热或灭菌不彻底,注意：真空系统要严格密封，避免二次污染,喷射加热连续灭菌优点,薄板换热器连续灭菌流程：,培养基在设备中同时完成预热、灭菌和冷却过程。,优点：节约蒸汽和冷却水用量,周期较短,薄板换热器连续灭菌流程：,工业发酵培养基的灭菌及灭菌设备课件,二.连续灭菌的设备和计算,1、预热：70（不溶性物料发生糊化）,二.连续灭菌的设备和计算1、预热：70（不溶性物料发生,2.,加热,连消塔式连续灭菌设备：,套管式,气液混合式,2.加热连消塔式连续灭菌设备：,工业发酵培养基的灭菌及灭菌设备课件,喷射加热器,喷射加热器,加热蒸汽用量（273）,加热蒸汽用量（273）,3.,保温,罐式保温设备,管式保温设备,3.保温罐式保温设备,4.,冷却,喷淋冷却设备,真空冷却设备,板式冷却设备,螺旋板冷却设备,真空闪冷设备,4.冷却喷淋冷却设备,工业发酵培养基的灭菌及灭菌设备课件,总 结,染菌,/,噬菌体的主要危害,纯种培养的具体措施,影响培养基灭菌的因素,喷射加热连续灭菌流程,总 结染菌/噬菌体的主要危害,作 业,致死温度 致死时间 连续灭菌,(,连消）,生产发酵过程中常用的灭菌方法有哪些？,一发酵罐内装,40m3,培养基，在,121,实罐灭菌。原污染程度为每毫升培养基中含耐热菌芽孢,2107,个，比死亡速率为,0.0287s-1,。求灭菌失败几率为,0.001,0.0001,所需要的时间。,一发酵罐容积为,50m3,，进行氨基酸发酵时的装料系数为,0.6,。每毫升培养基中含产气梭状芽孢杆菌芽孢,1105,个，比死亡速率为,1.8min-1,，如果在,121,进行实罐灭菌，求灭菌失败几率为千分之一所需要的时间。,作 业致死温度 致死时间 连续灭菌(连消）,