2010-12-9 发酵工艺原理 5
将上式积分得： 将上式积分得： 两边取对数： 两边取对数：
dN = k tdt ∫No − N ∫0 No ln = kt Nt
Nt
对数残留规律公式： 对数残留规律公式：
2.303 No t= log k Nt
开始灭菌时原有活菌数（ 开始灭菌时原有活菌数 No —开始灭菌时原有活菌数（个） 经过t 经过 时间灭菌后的残留菌数（ Nt —经过 时间灭菌后的残留菌数（个）
pH值对灭菌时间的影响 值对灭菌时间的影响
灭菌时间（ 温度 孢子数 灭菌时间（min） ） （℃） （个/mL) pH6.1 pH5.3 pH5.0 pH4.7 pH4.5 3 7 5 3 8 120 10000 13 13 12 25 25 115 10000 24 65 35 30 70 110 10000 180 150 150 720 100 10000 740
3.反应速度常数k
在相同温度下， 值愈小， 在相同温度下 ， k 值愈小 ， 则此微生物愈耐 同一种微生物在不同温度下， 值也不相同， 热。同一种微生物在不同温度下，k值也不相同， 灭菌温度愈低， 值愈小， 温度愈高， 值愈大。 灭菌温度愈低 ， k 值愈小 ， 温度愈高 ， k 值愈大 。 121℃ 121℃某些细菌芽孢的k 值 细菌芽孢名称 枯草芽孢杆菌FS5230 枯草芽孢杆菌 硬脂嗜热芽孢杆菌FS1518 硬脂嗜热芽孢杆菌 硬脂嗜热芽孢杆菌FS617 硬脂嗜热芽孢杆菌 产气梭状芽孢杆菌PA3679 产气梭状芽孢杆菌 K 值min-1 3.8～2.6 ～ 0.77 2.9 1.8
沫较少。 沫较少。
2. 分批灭菌 实消 (Batch sterilization) 分批灭菌(实消 实消):
指培养基在发酵罐中灭菌。 指培养基在发酵罐中灭菌。
优点：无需专一灭菌设备， 优点：无需专一灭菌设备，但易发生局部过热而 破坏营养成分的现象。 破坏营养成分的现象。 适用条件： 适用条件：当培养基中含有固体颗粒或培养基有 较多泡沫时，以采用分批灭菌为好。 较多泡沫时，以采用分批灭菌为好。对于容积 小的发酵罐，连续灭菌的优点不明显， 小的发酵罐，连续灭菌的优点不明显，而采用 分批灭菌比较方便。 分批灭菌比较方便。
菌的死亡率（活菌的减少率） 菌的死亡率（活菌的减少率）:
dN 与任何时候残留的活菌数N 成正比。 与任何时候残留的活菌数 成正比。 − dt
对数残留定律： 对数残留定律：
dN − = kN dt
N—残留的活菌数（个） t—受热时间（min) 残留的活菌数（ 受热时间（ 残留的活菌数 受热时间 K—反应速度常数（minБайду номын сангаас1) 反应速度常数（ 反应速度常数
100 110 115 120
400 30 15 4
99.3 67 50 27
130 140 150
0.5 0.08 0.01
8 2 ＜1
在实际生产中为了既达到灭菌目的又较好地保存营 养成分，最好采用高温快速灭菌法。 养成分，最好采用高温快速灭菌法。
三、影响培养基灭菌的其它因素 影响培养基灭菌的其它因素 1．培养基成分 ． 2．PH值 ． 值
微生物的热死规律——对数残留定律 2. 微生物的热死规律 对数残留定律 100℃时不同时间微生物存活数 100℃时不同时间微生物存活数
时间 （min） ） 0 6 7 9 11 存活数 （个/mL) 9×107 × 1.2×107 × 8×106 × 5×106 × 3×106 × 时间 （min） ） 15 20 25 30 存活数 （个/mL) 1×106 × 2×105 × 2×104 × ≈0
致死时间： 致死时间：在致死温度下杀死全部微生物 所需要的时间。 所需要的时间。 1.微生物的热阻 1.微生物的热阻 热阻：微生物对热的抵抗力。 热阻：微生物对热的抵抗力。
微生物对湿热的相对抵抗力 微生物名称 相对抵抗力 大肠杆菌 1 细菌芽孢 3 ×106 霉菌孢子 2～10 ～ 病毒 1～5 ～
工业生产上的灭菌方法有加热灭菌、化学药剂灭菌、 工业生产上的灭菌方法有加热灭菌、化学药剂灭菌、 射线灭菌等 射线灭菌等。 化学药剂灭菌、射线灭菌用于无菌间 用于无菌间、 化学药剂灭菌、射线灭菌用于无菌间、培养室及车间 空气灭菌。 空气灭菌。 干热灭菌：火焰灭菌、 干热灭菌：火焰灭菌、烘箱灭菌 加热灭菌 湿热灭菌：巴氏灭菌、间歇灭菌、 湿热灭菌：巴氏灭菌、间歇灭菌、 高压蒸汽灭菌 二、湿热灭菌原理 致死温度：指杀死微生物的最低温度。 致死温度：指杀死微生物的最低温度。
3．培养基中的颗粒 培养基中的颗粒 4．泡沫 泡沫 四、工业灭菌方法 1．连续灭菌（连消）(Continuous sterilization): 是采用专 ．连续灭菌（连消）
一灭菌设备—-连消塔， 一灭菌设备 连消塔，在高温下对液体培养基进行短时间加 连消塔 热灭菌。 热灭菌。 优点：（ 1）培养基受热时间短（可在20～30s达到预定灭菌温 优点： ） 培养基受热时间短（ 可在 ～ 达到预定灭菌温 营养成分破坏少； 度 ） ， 营养成分破坏少 ； （ 2）质量均匀 ； （ 3） 适用于自动 ） 质量均匀； ） 控制。 控制。 适用条件： 大规模生产， 适用条件 ： 大规模生产 ， 培养基中不含有固体颗粒或泡
4．培养基灭菌温度的选择 ．
实验测定：加热温度每升高 ℃ 实验测定：加热温度每升高10℃
物质化学反应 芽孢热死反应 1.5～2 ～ 5～10 ～ 35
微生物营养细胞热死反应
结论：温度升高， 结论：温度升高，菌死亡速率大于培养基成分破坏的 速率。 速率。
不同温度灭菌时间及培养基破坏情况 温度 灭菌时间 营养成分破坏 温度 灭菌时间 营养成分破坏 （%） ） （%） ） （℃） （min) （℃） （min)
第三章
灭菌与无菌空气的制备
第一节 培养基和发酵设备的灭菌
一、消毒与灭菌方法
(Sterilization)
消毒：指用物理或化学方法杀死物料 、 容器 、 器具 消毒 ： 指用物理或化学方法杀死物料、容器、 内外的病原微生物。 内外的病原微生物。 灭菌： 灭菌 ： 指用物理或化学方法杀死或除去环境中所有 微生物。 微生物。
3.设备灭菌 (Stearilization of fermenter) 设备灭菌 实罐灭菌时，发酵罐与培养基一起灭菌。 实罐灭菌时，发酵罐与培养基一起灭菌。 培养基采用连续灭菌时， 培养基采用连续灭菌时，发酵罐需在培养基灭 菌前，直接用蒸汽进行空罐灭菌，用无菌空气 菌前，直接用蒸汽进行空罐灭菌， 保压，待培养基流入罐后，开始冷却。 保压，待培养基流入罐后，开始冷却。其他设 备一般采用蒸汽灭菌。有些设备也可采用 备一般采用蒸汽灭菌。有些设备也可采用SO2 熏蒸灭菌，如葡萄酒发酵池、罐等。 熏蒸灭菌，如葡萄酒发酵池、罐等。