培養(yǎng)基滅菌空氣滅菌

1、培養(yǎng)基滅菌 空氣除菌,姚璐曄,第一節(jié) 培養(yǎng)基滅菌,滅菌的概念滅菌的方法濕熱滅菌的原理分批滅菌連續(xù)滅菌微生物的熱死動(dòng)力學(xué),滅菌的概念,滅菌是用物理或化學(xué)方法殺死或除去環(huán)境中所有微生物，包括營養(yǎng)細(xì)胞、細(xì)菌芽孢和孢子。消毒是指用物理或化學(xué)方法殺死物料、容器、器具內(nèi)外的病原微生物。一般只能殺死營養(yǎng)細(xì)胞而不能殺死細(xì)菌芽孢。例如，巴氏消毒法，是將物料加熱至60℃維持30min，以殺死不耐高溫的微生物營養(yǎng)細(xì)胞。消毒不一定能達(dá)到滅菌

2、要求，而滅菌則可達(dá)到消毒的目的。,高溫瞬間巴氏消毒法的操作流程圖,法國微生物學(xué)家、化學(xué)家、近代微生物學(xué)的奠基人。,滅菌的概念,消毒（disinfection）與滅菌（sterilization）的區(qū)別？,殺滅所有微生物,殺滅病源微生物,滅菌的概念,防腐就是利用某種理化因素完全抑制霉腐微生物的生長繁殖，從而達(dá)到防止食品等發(fā)生霉腐的措施。 （1）低溫 （4）高滲 （2）缺氧 （5）高酸度 （3）干

3、燥 （6）防腐劑,防腐（antisepsis）,滅菌的方法,化學(xué)藥物滅菌 射線滅菌空氣的過濾除菌加熱滅菌,化學(xué)滅菌法,甲醛、乙醇或新潔爾滅、高錳酸鉀等 適用范圍：環(huán)境、皮膚及器械的表面消毒,射線滅菌,電磁波、紫外線或放射性物質(zhì)適用范圍：無菌室、接種箱,微波輻射滅菌,紫外線 波長200-300nm的紫外線具有殺菌作用。作用于DNA，使一條DNA鏈上相鄰的兩個(gè)胸腺嘧 啶共價(jià)結(jié)合形成二聚體，導(dǎo)致細(xì)菌變異和死

4、亡。 電離輻射 高速電子、X射線、γ射線 微波 波長1mm~1m,過濾除菌法,利用過濾方法阻留微生物 適用范圍：制備無菌空氣,加熱滅菌法,濕熱滅菌法 (高壓蒸汽) 利用飽和蒸汽滅菌，條件：121℃，30min 適用范圍：生產(chǎn)設(shè)備及培養(yǎng)基滅菌干熱滅菌法 常用烘箱，滅菌條件：160℃下保溫1h 適用范圍：金屬或玻璃器皿火焰滅菌法 火焰 適用范圍

5、：接種針、玻璃棒、三角瓶口,關(guān)于滅菌和消毒的不正確的理解是（ ） A．滅菌是指殺滅環(huán)境中的一切微生物的細(xì) 胞、芽孢和孢子 B．消毒和滅菌實(shí)質(zhì)上是相同的 C．接種環(huán)用灼燒法滅菌 D．常用滅菌的方法有加熱法、過濾法、紫外 線法、化學(xué)藥品法,谷氨酸棒狀桿菌的培養(yǎng)液常采用的滅菌方法是（ ）A．高壓蒸汽滅菌B．高溫滅菌C．加入抗生素滅菌D．酒精滅菌,濕熱滅菌,濕熱滅菌原理：蒸汽具有很強(qiáng)的穿透能力，在冷凝時(shí)會

6、放出大量的冷凝熱，很容易使蛋白質(zhì)凝固而殺死各種微生物。 滅菌條件： 121℃，30min滅菌不利方面：同時(shí)會破壞培養(yǎng)基中的營養(yǎng)成分，甚至產(chǎn)生不利于菌體生長的物質(zhì)。,分批滅菌（間歇滅菌）,將配制好的培養(yǎng)基同時(shí)放在發(fā)酵罐或其他裝置中，通入蒸汽將培養(yǎng)基和所用設(shè)備一起進(jìn)行加熱滅菌的過程，也稱實(shí)罐滅菌。,過程包括：升溫、保溫和冷卻三階段。各階段對滅菌的貢獻(xiàn)： 20%、75%、5%。,連續(xù)滅菌,將培養(yǎng)基在發(fā)酵罐外通過連續(xù)滅菌裝置進(jìn)行加

7、熱、保溫和冷卻而進(jìn)行滅菌。,問題,連續(xù)滅菌的基本設(shè)備有哪些 ？,連續(xù)滅菌,（1）配料預(yù)熱罐，將配制好的料液預(yù)熱到60?70 ℃ ，以免連續(xù)滅菌時(shí)由于料液與蒸汽溫度相差過大而產(chǎn)生水汽撞擊聲；（2）加熱塔（連消塔），用高溫蒸汽使料液溫度很快升高到滅菌溫度（126?132 ℃ ）；,連續(xù)滅菌,（3）維持罐，使料液在滅菌溫度下保持5?7min。因?yàn)椋哼B消塔加熱的時(shí)間很短，光靠這段時(shí)間的滅菌是不夠的；（4）冷卻管，使料液冷卻到40?50℃后（

8、冷水噴淋） ，輸送到預(yù)先滅菌過的罐內(nèi)。,連續(xù)滅菌,連續(xù)滅菌過程中溫度的變化(虛線),間歇滅菌與連續(xù)滅菌的比較,微生物的熱死動(dòng)力學(xué),微生物受熱死亡的主要原因是高熱能使蛋白質(zhì)變性，這種反應(yīng)可認(rèn)為是單分子反應(yīng)，死亡速率可視為一級反應(yīng)，即與殘存的微生物數(shù)量成正比。,微生物的熱死動(dòng)力學(xué),式中N－經(jīng)時(shí)間t后殘存的活菌濃度（個(gè)/L)， N0—開始滅菌時(shí)原有活菌濃度（個(gè)/L)；t－滅菌時(shí)間（s, min）K－比熱死速率常數(shù)、滅菌速率常數(shù)或比死

9、亡速率常數(shù)（s-1,min-1）它的大小與微生物的種類和加熱溫度有關(guān)。在同等溫度下，其值小，微生物的耐熱性強(qiáng)。從上式得出：t與N之間的關(guān)系為對數(shù),式中N/N0, 菌體存活率，而N0/N，為滅菌度。,微生物的熱死動(dòng)力學(xué),實(shí)驗(yàn)證明，細(xì)菌孢子的熱死滅動(dòng)力學(xué)與營養(yǎng)體細(xì)胞顯著不同。 對于耐熱性的微生物芽孢， “菌體循序死亡模型”假說，認(rèn)為：芽孢的死亡是漸進(jìn)的。有耐熱的芽孢（R型）轉(zhuǎn)變?yōu)樗劳龅难挎撸―型），需經(jīng)過敏感的中間過程（S型）。,當(dāng)溫度

10、超過120℃時(shí)，熱阻極強(qiáng)的芽孢與營養(yǎng)體的熱死滅動(dòng)力學(xué)基本符合一級反應(yīng)動(dòng)力學(xué)規(guī)律。,微生物的熱死動(dòng)力學(xué),T對K的影響,式中：A——頻率因子，7.94×1038，min-1 ΔE——活化能，J/mol R——通用氣體常數(shù)，8.28J/（mol·K）,在相同條件下， ΔE越高，K值越低，熱死速率越慢。 不同菌的孢子的熱死滅反應(yīng)ΔE各不相同，且K值取決于ΔE和T。 對上式取對數(shù)

11、，得,微生物的熱死動(dòng)力學(xué),K是ΔE和T的函數(shù),反應(yīng)的ΔE越高，lnK對T的變化率越高，即T的變化對K的影響越大。,迅速提高滅菌溫度，可加快細(xì)菌孢子的死滅速度，縮短在高溫下的滅菌時(shí)間，而滅菌對于培養(yǎng)基中有效成分的破壞大為減少。,高溫短時(shí)間滅菌——滅菌動(dòng)力學(xué)得出的最重要結(jié)論,例1：當(dāng)殺菌溫度從120℃升至150 ℃，試計(jì)算維生素B1的分解速率常數(shù)KB和嗜熱脂肪芽孢桿菌的死亡速率常數(shù)KS。已知⊿ES=283460 J/mol, As=1.06

12、×1036 (min-1) ；⊿EB=92114 J/mol, AB=1.06×1010 (min-1)解：由（1）式，即㏑K= ㏑ A－ (⊿E /RT)得 lnKs= ln As － ⊿ES /(2.303 RT) ∴ Ks在120 ℃時(shí)為0.024 (min-1) 150 ℃時(shí)為11.12 (min-1)滅菌速率常數(shù)提高463倍。 同樣地： K

13、B在120 ℃時(shí)為0.055 (min-1)，150 ℃時(shí)為0.404 (min-1)，同樣的溫度變化僅提高7.3倍。,1.殺滅芽胞最常用和最有效的方法是：____________。a.紫外線照射 b.煮沸5min c.巴氏消毒法 d.高壓蒸氣滅菌法2.下述不可能殺滅細(xì)菌芽胞的方法是： ____________。a.煮沸法 b.巴氏消毒法 c.間歇滅菌法 d.干熱滅菌法

14、e.高壓蒸氣滅菌法3.常用于空氣或物體表面的消毒____________。a.高壓蒸氣滅菌法 b.紫外線照射法c.濾過除菌法 d.巴氏消毒法 4.常用于基礎(chǔ)培養(yǎng)基滅菌____________。a.高壓蒸氣滅菌法 b.紫外線照射法 c.濾過除菌法d.巴氏消毒法,第二節(jié) 空氣除菌,空氣除菌的引入空氣中的微生物空氣除菌方法空氣

15、過濾設(shè)計(jì)膜過濾器空氣除菌典型流程,空氣除菌的引入,微生物發(fā)酵分好氧發(fā)酵和厭氧發(fā)酵兩類。無菌空氣是好氧微生物的氧源?？諝膺^濾失敗占發(fā)酵染菌各種因素的20%左右?？諝膺^濾器的作用是防止空氣把雜菌帶入發(fā)酵過程，保證發(fā)酵從接種到放罐的整個(gè)過程為純種培養(yǎng)，不受外源微生物的污染。,空氣除菌的引入,在普通城市郊區(qū)，在干燥、晴朗的天氣條件下，空氣中微生物數(shù)目為102~104個(gè)/m3 ；好氧發(fā)酵的平均通氣量為0.8vvm（每分鐘每體積發(fā)酵液需

16、要空氣體積）；次級代謝產(chǎn)品的發(fā)酵需要200h；一個(gè)100m3的發(fā)酵罐；在整個(gè)發(fā)酵過程中所需通入空氣中的微生物的量為1億~100億個(gè)。,空氣中的微生物,空氣中懸浮著大量的微生物，它們附著在空氣中的灰塵及顆?；蛩樯稀?這些微生物包括霉菌、細(xì)菌、放線菌、酵母及噬菌體等。 城市空氣中微生物的密度較高，農(nóng)村和山區(qū)較低，夏季比冬季多，氣候溫和潮濕的地區(qū)，空氣中微生物比較多，工廠附近以主風(fēng)向上游密度較低。,高度每升高2.5m，空氣中的塵埃

17、粒子含量下降一個(gè)數(shù)量級，因此高空取氣很重要。,空氣除菌方法,無菌空氣是指自然界的空氣通過除菌處理使其含量降低到一個(gè)極限百分?jǐn)?shù)的凈化空氣。,獲取方法,,利用加熱、化學(xué)藥劑或射線：蛋白質(zhì)變性,利用過濾介質(zhì)及靜電除塵捕集空氣中的灰塵及顆粒,空氣除菌方法,加熱滅菌,原理：微生物在高溫下容易被殺死； 利用空氣被壓縮時(shí)產(chǎn)生的熱來滅菌。 特點(diǎn)：空氣傳熱效率低，溫度分布不均勻， 滅菌時(shí)間長； 不適合大量

18、制造無菌空氣。,空氣除菌方法,輻射滅菌,原理：波長在226.5~328.7nm的紫外線對空氣中微生物的殺菌效力最強(qiáng)。 聲波、高能陰極射線及γ射線都可用于空氣滅菌。 特點(diǎn)：滅菌時(shí)間長； 大規(guī)模應(yīng)用不經(jīng)濟(jì)； 該法用于無菌室、接種間。,空氣除菌方法,化學(xué)滅菌,常用的空氣滅菌用化學(xué)藥劑有苯酚、環(huán)氧乙烷、過氧化氫、重金屬鹽、新潔爾滅、甲醛溶液

19、和硫磺等。 原理：將殺菌劑溶于水配成合適的濃度，使空氣在殺菌劑溶劑中通過或噴灑于空氣中以殺死空氣中的微生物。 特點(diǎn)：除菌結(jié)束后必須除去夾帶殺菌劑的水汽和霧。 應(yīng)用于無菌室、接種間和培養(yǎng)間的滅菌。,空氣除菌方法,靜電除塵,原理：使空氣中的灰塵成為載電體，然后將其捕集在電極上。 熱點(diǎn)：能量消耗少 設(shè)備龐大 空氣最好為無油，濕度低,空氣除菌方法,介質(zhì)過濾,發(fā)酵工業(yè)用于發(fā)酵罐制備無菌空

20、氣的方法是介質(zhì)過濾。 使用的過濾介質(zhì)有棉花、玻璃纖維、不銹鋼纖維、聚丙烯纖維。 目前在發(fā)酵工業(yè)上普遍采用的是膜過濾器。,空氣過濾設(shè)計(jì),采用概率論進(jìn)行分析空氣過濾，基本假設(shè)有三點(diǎn)：纖維填充的空氣過濾器由多層介質(zhì)組成；微生物經(jīng)過每一層玻璃纖維時(shí)，與玻璃纖維碰撞存在一定概率；當(dāng)微生物與纖維碰撞次數(shù)小于一定值時(shí)，仍能通過過濾器中流出而返回空氣中。,濾層厚度越大，空氣通過過濾介質(zhì)的時(shí)間越長，捕集效率也就越大；纖維直徑越小，捕集效率

21、也越大。,捕集效率,空氣過濾設(shè)計(jì),空氣過濾器除菌機(jī)制,直接截留 慣性沖擊 布朗運(yùn)動(dòng)或擴(kuò)散攔截 重力沉降 靜電吸引,空氣過濾設(shè)計(jì),空氣過濾器除菌機(jī)制,直接截留 空氣流線中所夾帶的微粒由于和纖維相 接觸而被捕集時(shí)稱為直接截留。 過濾介質(zhì)起篩網(wǎng)的作用機(jī)械截留顆粒。 直接截留的截留效率完全決定于顆粒直徑。,空氣過濾設(shè)計(jì),空氣過濾器除菌機(jī)制,2. 慣性沖擊 顆粒以一定速度向纖維垂直運(yùn)動(dòng)時(shí)，空氣受阻改變流向，

22、繞過纖維前進(jìn)，微粒因慣性作用不能及時(shí)改變方向，便沖向纖維表面并滯留下來。 在較低流速范圍內(nèi)，沖擊過濾效率隨氣流速度增加而降低； 增至臨界流速時(shí)，效率隨氣流速度增加而提高； 當(dāng)氣流速度再上升，效率會顯著下降。,空氣過濾設(shè)計(jì),空氣過濾器除菌機(jī)制,3. 布朗運(yùn)動(dòng)或擴(kuò)散攔截 微小的顆粒受空氣分子碰撞發(fā)生布朗運(yùn)動(dòng)。 顆粒與介質(zhì)相碰而被捕集成為擴(kuò)散。 纖維直徑越小，氣流運(yùn)動(dòng)速度越小，擴(kuò)散捕集效率越高。

23、,膜過濾器,發(fā)酵工業(yè)初期采用棉花作為介質(zhì),逐漸被玻璃纖維、不銹鋼纖維和聚丙烯纖維代替,目前都被膜過濾器取代,,預(yù)過濾器和可蒸汽滅菌的無菌過濾器,膜過濾器,預(yù)過濾器,作用：除去空氣中的顆粒和塵埃以及液珠。 分類：除去顆粒的預(yù)過濾器、除去液體霧滴的預(yù)過濾器。 安裝位置：在可滅菌過濾器的上游,膜過濾器,可滅菌的無菌膜過濾器,膜片由多孔的疏水有機(jī)材料制成，最常用的是聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯。 無菌膜過濾器主要指膜孔為0.22um

24、以下的膜過濾器。,膜過濾器,用于空氣過濾中的膜過濾器的質(zhì)量檢驗(yàn),無菌過濾膜系統(tǒng)的完整性檢驗(yàn)分成毀滅性檢驗(yàn)和非毀滅性檢驗(yàn)兩大類?！缧詸z驗(yàn)是應(yīng)用某一合適的污染物（微生物）并檢驗(yàn)使用的膜組件是否能夠在特定的條件下滿足某一具體的截留效率?！》菤缧詸z驗(yàn)主要有：泡點(diǎn)檢驗(yàn)、前流動(dòng)檢驗(yàn)、持壓檢驗(yàn)。,空氣除菌典型流程,空氣 空壓機(jī) 貯氣罐 冷卻 除油水 加熱 空氣預(yù)處理 總

25、過濾器 分過濾器 無菌空氣 空氣過濾,,,,,,,,,,,,,,,,,空氣除菌典型流程,空氣預(yù)處理,目的:　提高壓縮前空氣的潔凈度（1）提高空氣吸氣口的位置；（2）在空氣入口處設(shè)置粗過濾器 ——捕集較大的灰塵顆粒，并保護(hù)空壓機(jī)?！∪コ龎嚎s后空氣中的油和水,空氣除菌典型流程,空氣壓縮和壓縮空氣的冷卻,（1）空氣壓縮：克服輸送過程中過濾介質(zhì)的阻力并維持一定的氣

26、流速度。（2）壓縮后空氣溫度顯著上升，需冷卻。,壓縮后的高溫空氣能引起過濾介質(zhì)的炭化或燃燒　增大發(fā)酵罐的降溫負(fù)荷　增加培養(yǎng)液水分的蒸發(fā)，一般用列管式冷卻器冷卻。,空氣除菌典型流程,空氣貯罐,消除壓縮機(jī)排出空氣量的脈沖，維持穩(wěn)定的空氣壓力。　利用重力沉降作用除去部分油霧。　緊接空壓機(jī)安裝。　有些裝有冷卻管。,空氣除菌典型流程,壓縮空氣的除油除水,冷卻降溫后的空氣濕度增大，會使過濾介質(zhì)受潮失效。,兩類設(shè)備旋風(fēng)分離器——利用離心

27、力進(jìn)行沉降，對于10?m以上的微粒分離效率較高。絲網(wǎng)分離器——利用慣性進(jìn)行攔截，分離效率較高，能除去2～5?m的細(xì)小顆粒。,空氣除菌典型流程,壓縮空氣的除油除水,采用慣性攔截等機(jī)理，有效去除空氣中的水、油霧、塵埃，不銹鋼絲網(wǎng)可清洗，使用壽命長。,空氣除菌典型流程,空氣加熱,將除油水的空氣加熱（溫差在10～15°C 左右），降低相對濕度（達(dá)50%～60%）后，輸入過濾器。 　用列管換熱器。,空氣除菌典型流程,空氣過濾,空氣除

28、菌典型流程,理想空氣除菌流程的特點(diǎn)：,高空采風(fēng)裝設(shè)前過濾器盡量選用無油潤滑壓縮機(jī)壓縮機(jī)后采用冷卻型的空氣貯罐采用冷卻－旋風(fēng)分離器采用除霧器空氣進(jìn)入總過濾器前相對濕度要較低空氣除菌設(shè)備均能采用蒸汽滅菌．．．,人有了知識，就會具備各種分析能力，明辨是非的能力。所以我們要勤懇讀書，廣泛閱讀，古人說“書中自有黃金屋?！蓖ㄟ^閱讀科技書籍，我們能豐富知識，培養(yǎng)邏輯思維能力；通過閱讀文學(xué)作品，我們能提高文學(xué)鑒賞水平，培養(yǎng)文