1、第五章 灭菌,主讲：赵俊仁,第五章 灭菌,5.1 灭菌的方法 5.2 培养基的湿热灭菌 5.3 空气的处菌,5.1 灭菌的方法,染菌产生的不良后果： 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。 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。 有些杂菌会分解产物，使生产失败。 杂菌大量繁殖后，会改变反应液的pH值，使反应异常。 如果发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解，使生产失败。,灭菌：用物理或化学的方法杀灭或去除物料或设备中所有生命物质的过程。,消毒（disinfection）与灭菌（sterilization） 的区别？,消毒是指用物理或化
2、学方法杀死物料、容器、器具内外的病原微生物。一般只能杀死营养细胞而不能杀死细菌芽孢。例如，巴氏消毒法，是将物料加热至60维持30min,以杀死不耐高温的微生物营养细胞。 灭菌是用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。 消毒不一定能达到灭菌要求，而灭菌则可达到消毒的目的。,几种常见的灭菌方法,（1）化学药剂灭菌 机理：某些化学药剂能与微生物细胞物质发生反应而具有杀菌作用。 常用药剂：甲醛、氯（或次氯酸钠）、高锰酸钾、环氧乙烷、季铵盐（如新洁尔灭）等。 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。,（2）辐射灭菌,原理：利用高能量的电磁辐射
3、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，140180 1-2h。 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121，30min。 使用范围：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: 0.010.45 m孔径滤膜。 使用范围：用于压缩空
4、气、酶溶液及其他不耐热化合物溶液除菌。,5.2 培养基的湿热灭菌,5.2.1 微生物的死亡速率与理论灭菌时间 在培养基湿热灭菌时，其中微生物受热死亡的速率是与残存的微生物数量成正比的。即：N：培养基中的活菌个数； t：时间； k：比死亡速率。,开始灭菌时，即t=0时，培养基中活菌数为N0。 积分上式：,=-,或,此式被称为对数残留定律。其中N为经t时间灭菌后培养基中活微生物数。,以菌的残留数N/ N0的对数与时间t 在半对数坐标上作图，得出一条直线，其斜率为- k，又称之为灭菌速度常数。 （P122 图5-1） k值越大，微生物越容易死亡。,理论灭菌时间,随着温度的变化，比死亡速率k值有很大变
5、化，温度对k的影响遵循阿仑尼乌斯定律，即 k=A e E / RTA：比例常数 R：气体常数(J/ mol K) T：绝对温度(K) E：杀死细菌所需的活化能（J/ mol）,这样，就得到了只随灭菌温度而变的灭菌速率常数k的简化公式（55）,将k代入下式中：,得到：,上式得出的是理论灭菌时间。,5.2.2 培养基的分批灭菌,（1）定义：将配制好的培养基同时放在发酵罐或其他装置中，通入蒸汽将培养基和所用设备一起进行加热灭菌的过程，也称实罐灭菌。,培养基间歇灭菌过程中的温度变化情况,过程包括： 升温、保温和冷却三阶段。 各阶段对灭菌的贡献：20%、75%、5%。,5.2.3 培养基的连续灭菌,定义
6、：将培养基在发酵罐外通过连续灭菌装置进行加热、保温和冷却而进行灭菌。连续灭菌的基本设备有哪些 ？,连续灭菌的流程与设备,（1）配料预热罐，将配制好的料液预热到6070 ，以免连续灭菌时由于料液与蒸汽温度相差过大而产生水汽撞击声； （2）连消塔（加热器），用高温蒸汽使料液温度很快升高到灭菌温度（126132）；,（3）维持罐，使料液在灭菌温度下保持57min。因为连消塔加热的时间很短，光靠这段时间的灭菌是不够的; （4）冷却管，使料液冷却到4050后（冷水喷淋） ，输送到预先灭菌过的罐内。,连续灭菌过程中温度的变化(虚线),（三）间歇灭菌与连续灭菌的比较,5.3 空气的除菌,5.3.1 发酵用无
7、菌空气的质量标准 空气中微生物(包括细菌、酵母、霉菌和病毒) 含量一般为103 104个m3。一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上。 灰尘粒子的平均大小约0.6m左右，空气除菌主要去除空气中的微粒(0.61m）。,5.3.2 空气预处理,发酵生产中制备无菌空气的大致过程,1、提高压缩前空气的洁净度,（1）提高空气吸气口的位置 （2）在空气入口处设置粗过滤器 捕集较大的灰尘颗粒，并保护空压机。,高空取气管,为远离地面几十米的管子。 每升高10m，空气中杂菌降低一个数量级。因此从高空取气要比从低空取气有利得多。,2.空气压缩和压缩空气的冷却,（1）空气压缩：克服输送过程中过滤介质的阻力并维持一定的气流
8、速度。 （2）压缩后空气温度显著上升，需冷却。,因为 压缩后的高温空气能引起过滤介质的炭化或燃烧； 增大发酵罐的降温负荷； 增加培养液水分的蒸发一般用列管式冷却器进行冷却。,空气贮罐 消除压缩机排出空气量的脉冲，维持稳定的空气压力。 利用重力沉降作用除去部分油雾。 紧接空压机安装。 有些装有冷却管。,3. 压缩空气的除油除水,冷却降温后的空气湿度增大，会使过滤介质受潮失效。 两类设备 旋风分离器利用离心力进行沉降，对于10m以上的微粒分离效率较高。 丝网分离器利用惯性进行拦截，分离效率较高，能除去25m的细小颗粒。,旋风分离器,采用惯性拦截等机理，有效去除空气中的水、油雾、尘埃，不锈钢丝网可清洗，使用寿命长。,4.空气的加热,将除油水的空气加热（温差在1015C 左右），降低相对湿度（达50%60%）后，输入过滤器。用列管换热器。,5.空气过滤器,过滤除菌的关键设备,
