PDF《第五章》

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二、微生物的热死灭动力学方程 ? 实验证明,微生物营养细胞的均相热死 灭动力学符合化学反应的一级反应动力 学,即: (1) N:任一时刻的活细菌浓度(个/L) t:时间(min) K:比热死速率常数(min-1) N k dt dN ? = ?

16 16 ? 取边界条件t0=0,N=N0,对(1)积分得 (2) 或(3) t K N N ? ? =

0 ln Kt e N N ? ? =

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17 ? 实验还证明,细菌孢子的热杀灭动力学 与营养细胞的有所不同.它表现为非对 数的死亡动力学.这可能与孢子壁的化 学成分及结构有关.但当温度超过 120?C时,热阻极强的嗜热脂肪芽孢杆 菌孢子的热杀灭动力学也接近对数死亡 动力学即符合一级反应规律.

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三、温度对K的影响 ? 微生物的热死灭动力学接近一级反应动 力学 ? 它的比热死灭速率常数K与灭菌温度T的 关系可用阿累尼乌斯方程表征 (4) A:频率因子(min-1) ΔE:活化能(J/mol) R:通用气体常数[J/(mol.k)] RT E e A K / Δ ? ? =

19 19 ? 从(4)可以看出: C 活化能ΔE的大小对K值有重大影响.其它条件 相同时, ΔE越高,K越低,热死灭速率越慢. C 不同菌的孢子的热死灭反应ΔE可能各不相同. C 对(4)两边取对数,得(5) C K是ΔE和T的函数,K的对T的变化率与ΔE有关 ,对(5)两边对T的导数,得(6) RT E e A K / Δ ? ? = (4)

20 20 A K RT E ln ln + ? = Δ ( (5 5) ) 1/T K ( min -1 )

21 21 C K是ΔE和T的函数,K的对T的变化率与ΔE 有关,对(5)两边对T的导数,得(6) 由( 由(6 6)可得出结论: )可得出结论: 反应的 反应的Δ ΔE E越高, 越高,lnK lnK对对T T的变化率越 的变化率越 大,即大,即T T的变化对 的变化对K K的影响越大 的影响越大

2 ln T R E dT K d ? Δ = ( (6 6) )

22 22 ? 试验表明,细菌孢子热死灭反应的ΔE很高,而某些 有效成分热破坏反应的ΔE较低. ? 将温度提高到一定程度,会加速细菌孢子的死灭速 度,缩短灭菌时间,由于有效成分的ΔE很低,温度 的提高只能稍微增大其破坏速度,但由于灭菌时间的 显著缩短,有效成分的破坏反而减少

317984 枯草杆菌孢子

343088 肉毒梭菌孢子

283257 嗜热脂肪芽孢杆菌孢子

92048 维生素B1盐酸盐

96232 维生素B12 ΔE(J/mol) 受热物质

23 23 ? ΔEBS=67000* 4.184 (J/mol) ? ΔEVB=22000* 4.184 (J/mol) ? 将灭菌温度从105?C提 高到127 ?C ? KVB从0.02(min-1)提 高到0.06(min -1 ) ? KBS从0.12(min-1)提 高到40.0(min -1 ) 嗜热脂肪芽孢杆菌孢子和 嗜热脂肪芽孢杆菌孢子和 维生素 维生素B B1 1的的lnK lnK- -1/T 1/T图图24

24 嗜热脂肪芽孢杆菌孢子死灭程度为N/N0=10-16 时,灭菌温度对维生素B1破坏的影响

1 0.015

150 3 0.107

140 10 0.851

130 27 7.6

120 89

75 110 99.99

843 100 维生素B1的损失 (%) 达到灭菌程度的 时间(min) 灭菌温度(?C)

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第三节 培养基灭菌的工程设计

一、无菌的标准 ? 根据微生物热死灭方程,要求灭菌 后达到绝对无菌是很难做到的,也 是不必要的.因此在工程设计中常 取N=10-3

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二、分批灭菌 1,分批灭菌的设计 ? 在发酵罐中进行实罐灭菌,是典型的分批灭菌 .全过程包括升温、保温、降温三个过程

27 27 ? 孢子热死亡的规律符合 N k dt dN ? = ? t K N N ? =

0 ln ( ) N N N N N N N N N N N N N N

2 2

1 0

2 2

1 0

0 ln ln ln ln ln + + = * * =

28 28 ? 因为升温、冷却阶段T是时间t的函数,K不 是常数,所以: ? (7) ? (8) ? (9) 式中Kh是保温阶段的孢子比热死亡速度常数 ∫ Δ ? =