发酵工程4-2.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 发酵工业的无菌操作技术 三 火焰灭菌法 仅限于接种针和试管口、三角瓶口等 发酵工业的无菌操作技术 三 （二）射线灭菌法 射线灭菌是利用高能量的电磁辐射和微粒辐射来杀死微生物。通常采用紫外线、X射线、等进行灭菌，以紫外线最常用。 发酵工业的无菌操作技术 三 （三）化学药品灭菌法 化学灭菌法多采用强氧化剂，如过氧化氢、过氧乙酸、环氧乙烷、卤素等进行灭菌。主要是依靠强氧化剂的氧化能力与细胞酶蛋白中的-SH结合转化为-S-S-，破坏蛋白质的分子结构，干扰细菌酶系统的代谢，使其失去活性。使用化学灭菌会对容器和包材以及设备产生一定量的残留污染，必须采取严格的措施控制残留，以保障最终产品的安全性。 发酵工业的无菌操作技术 三 （四）过滤除菌 过滤除菌法是利用过滤方法阻截微生物以达到除菌的目的。该方法适用于热敏性物质和空气的除菌。工业上常用过滤法大量制备无菌空气，供好氧微生物的液体深层发酵使用。 发酵培养基及设备管道灭菌 四 现代发酵生产以纯种培养为主，这就要求发酵过程中无杂菌污染。而未经灭菌的培养基及发酵设备常含有各种微生物，因而很容易受到杂菌的污染，进而使发酵生产能力的下降，产物的提取、分离、纯化困难，生物反应发生异常，严重的会导致生产失败等各种不良的后果。因此，培养基和设备的灭菌是否彻底直接关系到生产过程的成败。为了保证培养过程的正常进行，防止杂菌污染，对培养基及设备均需灭菌。工业上对培养基、发酵设备、管道、阀门、流加物料等都采用蒸汽灭菌。 发酵培养基及设备管道灭菌 四 借助于蒸汽释放的热能，尤其是饱和蒸汽冷凝时瞬间内释放的大量潜热，使微生物菌体细胞温度迅速升高，促使细胞中的蛋白质、酶和核酸分子内部的化学键（尤其是氢键）受到破坏而引起不可逆变性，而使微生物死亡。 湿热灭菌具有蒸汽来源容易，操作费用低，本身无毒；蒸汽有强的穿透力，灭菌效果可靠、彻底；蒸汽有很大的潜热；操作方便，易管理等优点。因此，湿法灭菌常用于大量培养基、设备、管路及阀门的灭菌。 灭菌时间的确定 对数残留定律 对数残留定律：实验证明，对培养基进行湿热灭菌时，培养基中微生物受热死亡的速率与残存的微生物数量成正比。即微生物营养细胞的均相热死灭菌动力学符合化学反应的一级反应动力学。即： N：任一时刻的活细菌浓度（个/L） t：时间（s） K：比热死速率常数（s-1） N0：灭菌前活细菌浓度（个/L） Ns：灭菌后活细菌浓度（个/L） t：时间（s） K：为灭菌速率常数或比死亡速率常数（s－1或min－1），是判断微生物受热死亡难易程度的基本依据，温度越高，K值（斜率的绝对值）越大，微生物越易死亡。 发酵培养基及设备管道灭菌 四 计算题 有一发酵罐内装50m3培养基，若在121℃下对该培养基进行湿热灭菌，原始污染程度为1mL有2×105个耐热细菌芽孢，已知121℃时灭菌速率常数K为2.3min-1。求灭菌失败概率为0.001时所需的灭菌时间。 发酵培养基及设备管道灭菌 四 解：由题意知：开始灭菌时原有活菌数N0=50×106×2×105=1×1013（个/mL） 灭菌结束时残存的活菌数Ns=0.001 K=2.303min-1 则灭菌时间由对数残留定律公式计算得： t=16min 发酵培养基及设备管道灭菌 四 培养基灭菌温度的选择 用湿热法对培养基灭菌，在杀灭微生物的同时，营养成分也会遭到破坏，例如高压加热的条件下，会使糖液焦化变色、蛋白质变性、维生素失活、醛糖与氨基化合物反应、不饱和醛聚合、一些化合物水解等。选择既能达到灭菌要求又能减少营养成分破坏的灭菌温度和受热时间，是提高培养基灭菌质量的重要内容。 问题：解释说明高温短时灭菌要比低温长时间灭菌好？ 发酵培养基及设备管道灭菌 四 (1)微生物受热死亡规律 k为灭菌速率常数或微生物比死亡速率常数（s－1）；A为频率常数或比例常数，又称阿伦尼乌斯常数（s－1）；R为气体常数，8.314 J/(mol·K)；T为热力学温度（K）；△E为杀死微生物所需的活化能（J/mol） △E/R是微生物受热死亡