第四章++工业发酵灭-课件.ppt

第四章 工业发酵灭菌 第一节 灭菌的方法 第二节 培养基和发酵设备的灭菌 第三节 空气除菌 概念:灭菌、消毒、除菌、防腐 灭菌(sterilization):用化学或物理方法杀死物料或设备中所有有生命物质的过程。 消毒(disinfection):用物理或化学方法杀死空气、地表以及容器和器具表面的微生物。 除菌(degermation): 用过滤方法除去空气或液体中的微生物及其孢子。 防腐(antisepsis): 用物理或化学方法杀死或抑制微生物的生长和繁殖 。 在发酵过程中夹杂其它杂菌造成的不良后果： 1. 使生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降。 2. 杂菌也会产生代谢产物，这就使产物的提取更加困难，造成得率降低，产品质量下降。 3. 有些杂菌会分解产物，使生产失败。 4. 杂菌大量繁殖后，会改变反应液的pH值，使反应异常。 5. 如果发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解，使生产失败。 工业上具体措施包括： 1）使用的培养基和设备须经灭菌； 2）好氧培养中使用的空气应经除菌处理； 3）设备应严密，发酵罐维持正压环境； 4）培养过程中加入的物料应经过灭菌； 5）使用无污染的纯粹种子。 第一节 灭菌方法 一、热灭菌法 火焰灭菌法 干热灭菌法 湿热灭菌法 二、辐射灭菌法 射线灭菌法 三、化学药剂灭菌法 四、臭氧灭菌 五、过滤除菌法 第二节 培养基和发酵设备的湿热灭菌 一、概述 1、培养基灭菌的定义 是指从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及其孢子，或从中将其除去。工业规模的液体培养基灭菌，杀灭杂菌比除去杂菌更为常用。 2、培养基灭菌的目的 杀灭培养基中的微生物，为后续发酵过程创造无菌的条件。 3、培养基灭菌的要求 达到要求的无菌程度（10-3）。 尽量减少营养成分的破坏。在灭菌过程中，培养基组分的破坏，是由两个基本类型的反应引起的： – 培养基中不同营养成分间的相互作用； – 对热不稳定的组分如氨基酸和维生素等的分解 4、湿热灭菌中的相关定义 杀死微生物的极限温度称为致死温度。在致死温度下，杀死全部微生物所需的时间称为致死时间；在致死温度以上，温度愈高，致死时间愈短。 微生物的热阻：是指微生物在某一特定条件（主要是温度和加热方式）下的致死时间。相对热阻是指某一微生物在某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的比值。 各种微生物对湿热的相对热阻 二、培养基灭菌条件的选择 1. 微生物热死定律：对数残留定律 2. 灭菌温度和时间的选择 3. 影响培养基灭菌的其它因素 1. 微生物热死定律——对数残留定律 实验证明，在一定温度下，微生物营养细胞的均相热死灭动力学符合化学反应的一级反应动力学，即：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，这就是对数残留定律。 当Nt=0时， t=∞， 既无意义，也不可能。 一般采用Nt=0.001，即1000次灭菌中只有一次失败。 实验还证明，细菌孢子的热杀灭动力学与营养细胞的有所不同。它表现为非对数的死亡动力学。这可能与孢子壁的化学成分及结构有关。但当温度超过120°C时，热阻极强的嗜热脂肪芽孢杆菌孢子的热杀灭动力学也接近对数死亡动力学即符合一级反应规律。 实验表明，当 T 变化时，k有很大变化，其变化遵从阿累尼乌斯定律 k=Aexp(- △E/RT) （4） 式中，A：频率因子（min-1） ΔE：活化能（J/mol） R：通用气体常数[J/（mol.k）] ∴ k与微生物活化能及T有关 ，其它条件相同时， ΔE越高，K越低，热死灭速率越慢。 对（4）两边取对数，得（5）： lnk = ? ΔE/RT + lnA （5） – K是ΔE和T的函数，K的对T的变化率与ΔE有关，对（5）两边对T的导数，得（6） 2. 灭菌温度和时间的选择 培养物质受热破坏也可看作一级反应： 式中C：对热不稳定物质的浓度；k’：分解速度常数； k’的变化也遵循阿累尼乌斯方程： 2. 灭菌温度和时间的选择 当T1 →T2 ㏑(k2/k1)/㏑(k2’/k1’)=ΔE/ΔE’1 (∵ΔEΔE’) ∴随着T上升，菌死亡速率增加倍数大于培养基成分分解速率增加倍数，故一般选择高温快速灭菌 。 嗜热脂肪芽孢杆菌孢子的ΔEBS =67000× 4.184（J/mol） 维生素B1的ΔEVB=22000× 4.184 （J/mol） 将灭菌温度从105?C提高到127?C KVB从0.02（min-1）提高到0.06（min-1） KBS从0.12（min-1）提高到40.0（min-1） 3. 影响培养基灭菌的其它因素 培养基成分 油脂、糖类及