發(fā)酵工程第四章發(fā)酵工業(yè)的無菌技術(shù)(編輯修改稿)
2024-10-08 21:02 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 很強(qiáng)的穿透能力 ， 而且在冷凝時會放出大量的冷凝熱 ， 另一方面 是由于濕熱更易破壞保持蛋白質(zhì)穩(wěn)定性的氫鍵等結(jié)構(gòu) ， 從而加速其變性 。 很容易使蛋白質(zhì)凝固而殺死各種微生物 。 ?一般的濕熱滅菌條件： 121℃ ， 30min。 高壓蒸汽滅菌是發(fā)酵工業(yè)最常用的方法，能有效地殺滅雜菌，但高溫也破壞培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分。 消除高溫有害影響的措施 （ 1）對易破壞的含糖培養(yǎng)基進(jìn)行滅菌時，應(yīng)先將糖液與其他成分分別滅菌后再合并； （ 2）對含 Ca2+或 Fe3+的培養(yǎng)基與磷酸鹽先作分別滅菌，然后再混合，就不易形成磷酸鹽沉淀； （ 3）對含有在高溫下易破壞成分的培養(yǎng)基（如含糖組合培養(yǎng)基）可進(jìn)行低壓滅菌（在 112℃即 ／ cm2或 8磅／英寸 2下滅菌 15分鐘）或間歇滅菌； （ 4）在大規(guī)模發(fā)酵工業(yè)中，可采用連續(xù)加壓滅菌法進(jìn)行培養(yǎng)基的滅菌。 7)間歇滅菌法，又稱丁達(dá)爾滅菌法或分段滅菌法。適用于不耐熱培養(yǎng)基的滅菌。 ? 方法是：將待滅菌的培養(yǎng)基在 80～ 100℃ 下蒸煮 15～ 60min，以殺死其中所有微生物的營養(yǎng)細(xì)胞，然后置室溫或 37℃ 下保溫過夜，誘導(dǎo)殘留的芽孢發(fā)芽，第二天再以同法蒸煮和保溫過夜，如此連續(xù)重復(fù) 3天，即可在較低溫度下達(dá)到徹底滅菌的效果。 ? 熱死時間 衡量濕熱滅菌的指標(biāo) ? 是指在規(guī)定的溫度下殺死一定比例的微生物所需要的時間。 ? 加熱溫度和受熱時間是滅菌工作的關(guān)鍵。 ? 1 微生物的熱阻 ?殺死微生物的極限溫度稱為 致死溫度 。 在致死溫度下 ， 殺死全部微生物所需的時間稱為 致死時間 ；在致死溫度以上 ， 溫度愈高 ， 致死時間愈短 。 ?微生物的熱阻 ：是指微生物在某一特定條件 （主要是溫度和加熱方式 ） 下的致死時間 。 ?相對熱阻 是指某一微生物在某條件下的致死時間與另一微生物在相同條件下的致死時間的比值 。 微生物 相對熱阻 營養(yǎng)細(xì)胞和酵母 細(xì)菌芽孢 霉菌孢子 病毒和噬菌體 3 106 2~10 1~5 2. 微 生物熱死定律 —— 對數(shù)殘留定律 ? 實(shí)驗(yàn)證明 ， 在一定溫度下 ， 微生物營養(yǎng)細(xì)胞的均相熱死動力學(xué)符合化學(xué)反應(yīng)的一級反應(yīng)動力學(xué) ， 即： 對微生物進(jìn)行濕熱滅菌時 ， 培養(yǎng)基中的微生物受熱死亡的速率與殘存的微生物數(shù)量成正比 ， 這就是對數(shù)殘留定律 。 式中， ?N：任一時刻的活細(xì)菌濃度（個 /L） 。 ?t：時間（ min） 。 ?K：比熱死速率常數(shù)（ min1） . ? ?1NkdtdN ???? ?2ln 0 tkNN ???? ?30 kteNN ??? 若開始滅菌（ t = 0）時，培養(yǎng)基中活的微生物數(shù)為 N0 t = logN0/N /k dN/dt = ?N lnN/N0 = ?t 積分 ?t or 可見滅菌時間取決于污染程度 (N0)、滅菌程度（殘留菌數(shù) N）和 k值 例 ： 有一發(fā)酵罐內(nèi)裝 40m3培養(yǎng)基，在 121℃ 溫度下進(jìn)行實(shí)罐滅菌。原污染程度為每 ml有 2 105個耐熱細(xì)菌芽孢， 121℃ 時滅菌速度常數(shù)為 － 1。求滅菌失敗幾率為 菌時間。 解： N0 = 40 106 2 105 = 8 1012 (個 ) N = 。 ? = (min－ 1) ? = ? lg N0 N = lg (8 1015) = (min) 大腸桿菌在不同溫度下 的殘留曲線 嗜熱脂肪芽孢桿菌芽孢在不同溫度下的死亡曲線 ?當(dāng) Nt=0時， t=∞， 既無意義，也不可能。 ?一般采用 Nt=， 即 1000次滅菌中只有一次失敗 。 ? 實(shí)驗(yàn)還證明，細(xì)菌孢子的熱殺滅動力學(xué)與營養(yǎng)細(xì)胞的有所不同。它表現(xiàn)為非對數(shù)的死亡動力學(xué)。這可能與孢子壁的化學(xué)成分及結(jié)構(gòu)有關(guān)。但當(dāng)溫度超過 120176。 C時，熱阻極強(qiáng)的嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子的熱殺滅動力學(xué)也接近對數(shù)死亡動力學(xué)即符合一級反應(yīng)規(guī)律。 + 培養(yǎng)物質(zhì)受熱破壞也可看作一級反應(yīng)： 式中 C： 對熱不穩(wěn)定物質(zhì)的濃度； k’： 分解速度常數(shù) ； k’的變化也遵循阿累尼烏斯方程： 都與相應(yīng)的活化能及 T有關(guān) CkdtdC 39。??)39。ex p (39。39。 RTEAk ???)ex p ( RTEAk ???當(dāng) T1 →T 2 ㏑ (k2/k1)/㏑ (k2’/k1’)=ΔE/ΔE’1 (∵ ΔEΔE’) ∴ 隨著 T上升 ， 菌死亡速率增加倍數(shù)大于培養(yǎng)基成分分解速率增加倍數(shù) ， 故一般選擇高溫快速滅菌 。 受熱物質(zhì) ΔE（ J/mol） 維生素 B12 維生素 B1鹽酸鹽 嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子 肉毒梭菌孢子 枯草桿菌孢子 96232 92048 283257 343088 317984 滅菌溫度（ ?C） 達(dá)到滅菌程度的時間（ min） 維生素 B1的損失（ %） 100 110 120 130 140 150 843 75 89 27 10 3 1 嗜熱脂肪芽孢桿菌孢子死滅程度為 N/N0=1016時，滅菌溫度對維生素 B1破壞的影響。 ? 培養(yǎng)基成分 ? 油脂、糖類及一定濃度的蛋白質(zhì)、高濃度有機(jī)物等增加微生物的耐熱性 ? 低濃度（ 1%2%） NaCl對微生物有保護(hù)作用，隨著濃度增加，保護(hù)作用減弱，當(dāng)濃度達(dá) 8%10%以上，則減弱微生物的耐熱性。 ? pH： ， 微生物最耐熱； pH， H+易滲入微生物細(xì)胞內(nèi) ， 改變細(xì)胞的生理反應(yīng)促使其死亡 。 ? 培養(yǎng)基 pH愈低 ， 滅菌所需時間愈短 。 溫度 孢子數(shù) 滅菌時間 (min) (℃) ( 個 /ml) pH= 120 10000 8 7 5 3 3 115 10000 25 25 16 13 13 110 10000 70 65 35 30 24 100 10000 740 720 180 150 150 pH對滅菌時間的影響 培養(yǎng)基中的顆粒物質(zhì) ?培養(yǎng)基中的顆粒物質(zhì)大，滅菌困難，反之，滅菌容易。一般說來，含有顆粒對培養(yǎng)基滅菌影響不大，但在培養(yǎng)基混有較大顆粒，特別是存在凝結(jié)成團(tuán)的膠體時，會影響滅菌效果，必須過濾除去。 ? 泡沫： 泡沫中的空氣形成隔熱層 ， 對滅菌極為不利 ， 可加入少量消泡劑 。 ? 微生物數(shù)量 ： 濃度越高 ， 所需滅菌時間越長 例如： 如肉毒梭狀芽孢桿菌，在 105℃ 濕熱滅菌時 芽孢桿菌數(shù) /ml 時間 (min) 9 108 48 9 106 36 9 104 20 9 102 14
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