正文 第一節 滅菌的方法及其操作控製(2 / 3)

(4)火焰滅菌法利用火焰直接殺死微生物的滅菌方法稱為火焰滅菌法。此方法簡單,滅菌徹底,但適用範圍有限,僅適用於金屬小用品,如接種針、接種環、小刀、鑷子等以及玻璃三角瓶口等器具的滅菌。

(5)幹熱滅菌法最簡單的幹熱滅菌是利用電熱或紅外線在加熱設備內將待滅菌的物品加熱到一定程度殺死微生物。由於微生物對幹熱的耐受力比濕熱強得多,幹熱滅菌所需要的溫度高、時間也長,常用的幹熱滅菌條件為160~170℃下保溫1~2h。幹熱滅菌多用於要求保持幹燥的試驗器具和材料的滅菌。

(6)濕熱滅菌法濕熱滅菌是利用飽和蒸汽直接作用於要被滅菌的物品上,當蒸汽冷凝時,釋放大量潛熱,並具有強大的穿透能力,在高溫和水同時存在時,微生物細胞中的蛋白質、酶以及核酸分子內部的化學鍵,特別是氫鍵受到破壞,引起不可逆的變性,造成微生物的死亡。由於濕熱滅菌具有操作費用低、本身無毒以及快速等優點,被廣泛地應用於工業生產,適用於培養基、發酵罐體、附屬設備、管道以及耐高溫物品的滅菌。

二、發酵培養基的滅菌

培養基滅菌最基本的要求是殺死培養基中各種微生物,再接入純培養的菌種以達到純培養的目的。在發酵工業中,對於大量培養基和發酵設備的滅菌,最有效、最常用的方法是濕熱滅菌法。在培養基滅菌過程中,雖然高溫能殺死培養基中的雜菌,但同時也會破壞培養基中的營養成分,甚至會產生不利於菌體生長的物質。因此,在工業發酵過程中,既要盡可能地殺死培養基中的雜菌,又要盡可能地減少培養基中營養成分的損失。為此,就必須了解在滅菌過程中溫度、時間對微生物死亡和營養成分破壞的關係。

1.濕熱滅菌的基本原理

每一種微生物都有一定的最適生長溫度範圍。當微生物處於最低溫度以下時,代謝作用幾乎停止而處於休眠狀態。當溫度超過最高限度時,微生物細胞中的原生質膠體和酶會發生不可逆的凝固變性,使微生物在很短時間內死亡,加熱滅菌即是根據微生物這一特性而進行的。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。由於微生物的營養體、芽孢和孢子的結構不同,對熱的抵抗能力也不同。一般無芽孢的營養體在60℃下保溫10min即可全部殺死,而芽孢在100℃下保溫數十分鍾乃至數小時才能被殺死。某些嗜熱細菌在120℃下,可忍耐20~30min。微生物對熱的抵抗能力常用熱阻來表示。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。列出的是某些微生物的相對熱阻。

在滅菌過程中,微生物由於受到不利環境條件的作用,隨時間而逐漸死亡,其減少的速率(dN/dt)與任何瞬間殘留的菌體數成正比,這就是“對數殘留定律”。其數學表達式為:

-dNdt=kN(7-1)

式中N——任一時刻殘存的活細菌數量,個

t——受熱時間,s

k——比熱死滅速率常數,s-1;k也稱滅菌速率常數,此常數大小與微生物的種類及滅菌溫度有關

dN/dt——活菌數瞬時變化速率,即死亡速率

若開始滅菌(t=0)時,培養基中活的微生物數為N0,若將上式積分後可得到:

ln=NtN0=-kt(7-2)

t=1klnN0Nt=2.303klnN0Nt(7-3)

式中N0——開始滅菌時原有的活菌數,個

Nt——經過t時間滅菌後的殘留菌數,個

上式是計算滅菌的基本公式,將存活率N0/Nt對時間t在半對數坐標上作圖,會得到一條直線,其斜率的絕對值即為比熱死滅速率常數k。大腸杆菌在不同溫度下的殘留曲線。比熱死滅速率常數k是判斷生物體受熱死亡難易程度的基本依據。各種微生物在同樣的溫度下k值是不同的,k值越小,則微生物越耐熱。例如,在121℃時,枯草芽孢杆菌FS5230的k值為0.047~0.063 s-1,梭狀芽孢杆菌PA3679的k值為0.03 s-1,嗜熱脂肪芽孢杆菌(B.stearothermophilus)FS1518和FS617的k值分別為0.013s-1和0.048 s-1。