微生物灭菌知识.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,灭菌的理论与实践,灭菌方法概述,化学灭菌：用苯扎溴铵,(,新洁而灭,),、石炭酸,(,来苏尔,),、次氯酸钙,(,漂白粉,),、次氯酸钠、过氯乙酸，环氧乙烷、碘伏、甲醛等对器皿、用具、环境进行消毒灭菌。,射线灭菌：用波长为,254 nm,的紫外线对无菌室空气及器皿、用具表面进行灭菌。,干热灭菌：在,160180,下对器皿和用具进行干燥并灭菌。,湿热灭菌：又称高压蒸汽灭菌，是目前效率最高、使用最广泛的灭菌方法。一般情况下，,12130,分钟可杀死差不多所有微生物的营养菌体、芽孢和孢子。,湿热灭菌原理,细胞热死动力学：营养细胞,一级反应动力学,积分得对数残存方程式,式中，,N,0,为灭菌前的活细胞数，,N,为灭菌,t,时间后的残存活细胞数，,k,为比热死速率常数。,湿热灭菌原理,细胞热死动力学：芽孢或孢子,二级反应动力学,式中，,k,1,和,k,2,分别为一级和二级反应的比热死速率常数。,大肠杆菌热死曲线,0.00001,0.0001,0.001,0.01,0.1,1,0,2,4,6,8,加热时间,t,（,h,）,残存率,N,/,N,0,54,56,58,60,湿热灭菌原理,十进热死时间,D,使活细胞数量减少,90%,所需的受热时间，代表细胞对热的抵抗力大小。,由 可得,则,湿热灭菌原理,Z,值,使十进热死时间延长或缩短十倍所需降低或提高的温度，从另一角度代表细胞对热的抵抗力大小。,式中，,T,1,和,T,2,分别为对应于十进热死时间,D,1,和,D,2,的灭菌温度。,灭菌温度及时间的选择,根据,D,值进行选择,在温度不变的情况下，十进热死时间,D,越长，达到所要求热死率需要的灭菌时间就越长；提高温度可以降低,D,值,(,T,k,D,),，缩短灭菌时间。,根据,Z,值进行选择,在提高温度的时候必须考虑,Z,值的大小，如果,Z,值很大，那么缩短一些灭菌时间需要付出提高很高温度的代价，在能量消耗方面有可能不合算。,灭菌温度及时间的选择,根据,E,值进行选择,细胞热死及营养物质在高温下破坏的速率常数,k,均依照,阿累尼乌斯方程式,与温度,T,相关，根据该方程式，,E,越大，升高温度使,k,上升及,D,下降的幅度就越大。,细胞热死的,E,要比营养物质破坏的,E,高得多，也就是说提高温度更有利于细胞死亡，而对营养物质破坏速率的影响较小。因此，高温短时间灭菌，更有利于提高灭菌效果，减少营养物质的破坏。,根据,N,0,进行选择,根据对数残存方程式，,N,0,越高，达到同样的残存细胞量所需的灭菌温度就越高，灭菌时间就越长。,某些细菌芽孢在,121,下的,k,、,D,值,细菌芽孢,k,D,min,1,min,枯草芽孢杆菌,2.63.8,0.60.9,嗜热脂肪芽孢杆菌,0.77,3.0,生孢梭状芽孢杆菌,1.8,1.3,某些微生物在不同温度下的,Z,值,微生物,悬浮介质,温度,(),D,(min),Z,(),鼠伤寒沙门氏菌,生理盐水,55.5,1.5,4.2,巨大芽孢杆菌,水,100,1,8.8,嗜热脂肪芽孢杆菌,水,115,22.6,7.1,热解糖梭状芽孢杆菌,水,132,4.4,6.7,糖蜜,132,3.3,10,普通高温放线菌孢子,pH7.0,磷酸缓冲液,100,11,酿酒酵母,pH7.0,磷酸缓冲液,55,0.9,谢瓦曲霉,蔗糖,/,麦芽琼脂,65,50,12.8,腺病毒,冰淇淋,55,17,2.5,某些微生物和营养物质的活化能,微生物,E,(kJ/mol),物质,E,(kJ/mol),枯草芽孢杆菌,318.19,叶酸,70.35,嗜热脂肪芽孢杆菌,283.45,维生素,B,1,92.10,维生素,B,2,98.70,维生素,B,12,96.70,有效灭菌时间的计算,某一温度下的有效灭菌时间,将 变形为 ，代入,整理后得,上式可用于计算在某一灭菌温度下达到所要求灭菌程度的有效灭菌时间。例如，当,121,下,D,=3,时，达到细胞残存,1/10,6,所需的有效灭菌时间为,t,=3,log10,6,=18,分钟。,有效灭菌时间的计算,不同温度下的等效灭菌时间,灭菌操作中的升温和冷却过程，起着部分灭菌作用，为此，需要计算其他温度下维持的时间所相当的常规灭菌温度,121,的等效灭菌时间。,所谓等效，即,log(,N,0,/N,),相等,，,由此得,又由 变换为,于是得,例：设,Z,=10,，由左式计算得,t,121,/,t,130,=7.9,；当,Z,=6,时，,t,121,/,t,130,=31.6,；,有效灭菌时间的计算,灭菌升温过程等效灭菌时间的计算,升温时间,(min),温度,(),t,121,/t,T,累计等效灭菌时间,(min),5,95,0.000,0.000,6,101,0.000,0.000,7,107,0.005,0.005,8,110,0.015,0.020,9,112,0.032,0.052,10,114,0.068,0.120,11,116,0.147,0.267,12,117,0.215,0.482,13,118,0.316,0.798,14,119,0.363,1.262,15,120,0.681,1.943,16,121,1.000,2.943,影响灭菌效果的因素,微生物种类：不同的微生物,D,值和,Z,值不同。,初始菌量：在保持,N,值不变的前提下，,t,与初始菌量,N,0,的对数成正比。,传热与混合状况：影响受热均匀度。,设备中污垢及培养基中固体颗粒的存在：影响热穿透。,蒸汽中空气和水分的存在：降低蒸汽分压和灭菌温度。,pH,：酸性,pH,下可加快微生物热死速率。如,pH4.5,与,pH6.5,相比，有效灭菌时间可缩短,4/5,。,各种微生物的耐热水平,微生物,耐热水平,有效灭菌方法,灭菌温度,灭菌时间,(min),结核分支杆菌，链球菌，李斯特氏菌，脊髓灰质炎病毒,I,巴士德灭菌,61.5,30,结核分支杆菌，立克次实体，考克斯氏体，脊髓灰质炎病毒,I,巴士德灭菌,72,15s,大多数细菌、酵母、霉菌的营养细胞，除肝炎病毒外的所有病毒,II,温热灭菌,80,30,肝炎病毒,III,煮沸,100,5,炭疽杆菌芽孢，大多数真菌孢子,IV,煮沸,100,1530,炭疽杆菌芽孢,IV,0.5%,苏打煮沸,100,15,蒸汽,105,5,嗜热脂肪芽孢杆菌、梭状芽孢杆菌、其他芽孢杆菌的芽孢,V,蒸汽,121,812,极端耐热菌的细菌芽孢,VI,蒸汽,134,6s,灭菌方法及操作技巧的思考,分批灭菌与连续灭菌的比较,从灭菌原理考虑，连续灭菌可实现高温短时间操作，灭菌效果好，营养成分破坏少。,从节能角度考虑，连续灭菌可实现热能的综合利用，节约能源。,从效率方面考虑，连续灭菌可以缩短培养基占用发酵罐的加热和冷却时间，提高设备的利用率。,从操作技巧考虑，连续灭菌的空罐灭菌阶段大有蒸汽节省的空间。,连续灭菌的节能操作模式一,间接蒸汽灭菌,生培养基,冷却水,蒸汽,无菌培养基,保温维持管,热交换器,连续灭菌的节能操作模式二,直接蒸汽灭菌,生培养基,冷却水,蒸汽,无菌培养基,保温维持管,热交换器,饱和蒸汽温度,-,压力对应表,压力,(MPa),温度,(),压力,(MPa),温度,(),压力,(MPa),温度,(),0.0000,100,0.0518,112,0.1236,124,0.0037,101,0.0570,113,0.1307,125,0.0075,102,0.0623,114,0.1379,126,0.0113,103,0.0677,115,0.1453,127,0.0153,104,0.0733,116,0.1529,128,0.0195,105,0.0790,117,0.1607,129,0.0237,106,0.0849,118,0.1687,130,0.0281,107,0.0910,119,0.1769,131,0.0326,108,0.0972,120,0.1853,132,0.0372,109,0.1035,121,0.1938,133,0.0419,110,0.1101,122,0.2026,134,0.0468,111,0.1168,123,0.2116,135,注：压力数值为表压,空气过滤除菌,空气中的微生物含量,空气中微生物的含量和种类，随地区、季节和空气中尘埃粒子多少，以及人类的活动情况而异。,一般地，相对于南方来说，北方气候干燥、寒冷，空气中的含菌量较少。,离地面越高，含菌量越少；一般每升高,10,米，空气中的含菌量就降低一个数量级。,城市空气中含菌量较多，农村空气中含菌量较少，一般城市空气中含菌数为,30008000,个米,3,。,空气中的微生物种类以细菌和细菌芽胞较多，也有酵母、霉菌孢子和病毒,(,噬菌体,),，它们一般附着在尘埃上。,空气过滤除菌,空气中存在的典型细菌,细菌或细菌芽孢,大小,(,m,),产气气杆菌,1.0-1.5,1.0-2.5,蜡状芽孢杆菌,1.3-2.0,8.1-25.8,地衣形芽孢杆菌,0.5-0.7,1.8-3.3,巨大芽孢杆菌,0.9-2.1,2.0-10.0,蕈状芽孢杆菌,0.6-1.6,1.6-13.6,枯草芽孢杆菌,0.5-1.1,1.6-4.8,金黄小球菌,0.5-1.0,普通变形杆菌,0.5-1.0,1.0-3.0,巨大芽孢杆菌芽孢,0.6-1.2,0.9-1.7,蕈状芽孢杆菌芽孢,0.8-1.2,0.8-1.8,枯草芽孢杆菌芽孢,0.5-1.0,0.9-1.8,空气过滤除菌,过滤器类型及应用,过滤器类型,烧结金属,纤维,膜,膜,+,纤维,过滤材质,镍粉烧结,超细硼硅酸纤维,聚四氟乙烯,外聚四氟乙烯，内超细硼硅酸纤维,滤材厚度,800,m,1000,m,3075,m,滤材层数,1,3,12,名义孔径,0.30.5,m,1,m,0.01,m,0.01,m,孔隙率,95%,85%,90%,单根滤芯面积,0.55 m,2,/25 cm,0.85 m,2,/25 cm,0.4 m,2,/25 cm,流量,10 m,3,/min,6.25 m,3,/min,2.16 m,3,/min,耐受压力降,0.08 MPa,0.5 MPa(21),0.4 Mpa(80),0.4 Mpa(60),耐蒸汽灭菌情况,通常没有限制,121,30min,100,次,121,250 h,121,250 h,用途,蒸汽过滤,空气预过滤,空气过滤除菌,空气过滤除菌,空气过滤除菌,使用膜过滤器的注意事项,源头空气要用一级或两级名义孔径为,0.451,m,的预过滤器预过滤；,蒸汽要用细不锈钢丝网编织的过滤器过滤除去由蒸汽管道带来的铁锈等杂物；,不要用手触摸和用各种物品磕碰滤芯表面；,源头空气和灭菌蒸汽都要预先除（放）水、除油；,灭菌时要缓慢通入蒸汽，灭菌过程中滤芯前后的压差不得超过,0.024 MPa,；,灭菌温度不要过高，时间不要过长，尽量减少灭菌次数；,过滤器应先于发酵罐灭菌，两者不能同时灭菌；,灭菌后要缓慢通入空气保压，然后待滤芯温度冷却到接近室温才能开始使用。,使用中过滤器前后压力差接近厂家规定上限,(,一般厂家规定为,0.05 MPa),或压力差突然下降，就需要更换滤芯。,