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发酵是利用特定的一种或几种微生物的代谢活动,大量生产菌体或特定的代谢产物。在此过程中,需要保证没有其它杂菌的侵染,否则,将可能产生以下一些不利的后果:
(1)杂菌消耗培养基成分,造成生产水平下降;
(2)杂菌菌体大量繁殖及其代谢产生某些化合物会造成目标产物提取的难度增大,如果污染杂菌有可能影响发酵液的过滤(滤速降低,滤渣含水量增高),也会使溶媒提取时易发生乳化现象;
(3)杂菌产生某些对生产菌有毒害或者能分解预期产物的物质。这在抗生素发酵中很常见,如某些杂菌会产β内酰胺酶,从而分解含β内酰胺结构的抗生素;
(4)若是噬菌体污染,则会造成发酵菌体细胞的溶解;
(5)若杂菌的生长速度超过生产菌,就会取而代之。
正是由于上述原因,消毒和灭菌工作在发酵产业中起到决定性的作用。虽然,生产上也有轻度染菌对生产和产品质量影响不大的情况,但这是有条件的极少数例外。
灭菌(Sterilization)的英文字意为使之失去生殖能力,即杀死一切微生物(繁殖体孢子)的措施,包括杂菌和生产菌、病原和非病原菌在内。实践中灭菌可分杀菌和溶菌。前者使菌体死亡,但形体尚存,后者使细胞溶化,消失。消毒(Disinfection)字意为去除感染,消去毒害。即杀死引起感染的微生物。通常是杀死病原微生物。工业上指消除杂菌,除去引起感染的微生物。
消毒和灭菌都可以采用类似的各种物理和化学方法,但它们也存在一定的差异。消毒偏向于利用一些化学因素,较为温和;而灭菌偏向于利用一些物理因素,较为剧烈。消毒的结果不一定灭菌,灭菌的结果应该无菌。
除杀死微生物以外,我们常采取一些抑制微生物生长的手段,即抑菌。它包括防腐和化疗。
总之,灭菌、消毒和抑菌都是常用的控制有害微生物的措施。
杀菌
彻底杀灭---灭菌
杀灭溶菌
部分杀灭---消毒
控制有害菌措施抑制霉腐微生物---防腐
抑制
抑制宿主体内病原菌---化疗
最常用的物理方法是高温灭菌(消毒)法。因为微生物的生物功能完全依赖于蛋白质、核酸等生物大分子,而高温可引起这些活性大分子氧化或变性失活,从而导致微生物死亡。
当环境温度超过微生物的最高生长温度,将会引起微生物死亡。不同微生物的最高生长温度不同,不同生长阶段的微生物抗热性也不一样,因而可以根据不同对象,通过控制热处理的温度和时间达到灭菌或消毒的目的。常见的高温灭菌(消毒)方法主要有干热和湿热两大类:
火焰灼烧法
干热灭菌法
烘箱热空气灭菌法
高温灭菌(消毒)法巴氏消毒法
湿热灭菌(消毒)法常压下煮沸消毒法
间歇灭菌法
常规加压灭菌法
加压下连续加压灭菌法
对于不能进行高温处理的物品可以采取过滤除菌、紫外线、g射线照射等物理方法,或采取化学控菌的方法。
(dry heat sterilization)
干热灭菌时,微生物主要由于氧化作用而死亡。干热灭菌的Q10值(即温度升高10℃时的生长速度常数与原来温度时的生长速度常数的比值)通常约为2~3。
1) 灼烧法(incineration) 这是最简单、最彻底的干热灭菌方法,它将被灭菌物品放在火焰中灼烧,使所有的生物质碳化。但是,该法对被灭菌物品的破坏极大,适用的范围较小。常用于实验室接种针、勺、试管或三角瓶口和棉塞的灭菌,也用于工业发酵罐接种时的火环保护。
2) 烘箱热空气法(hat-air oven) 将物品放入烘箱内,然后升温至150~170℃,维持1~2小时。一般的营养体在100℃,维持1小时即会死亡,芽孢在160℃,维持2小时才会全部死亡。所以,经过烘箱热空气法可以达到彻底灭菌的目的。该法适用于玻璃、陶瓷和金属物品的灭菌。其优点是灭菌后物品干燥,缺点是操作所需时间长,易损坏物品,对液体的样品不适用。
湿热灭菌法(Moist heat sterilization )
湿热灭菌时,微生物死亡与细胞蛋白质等大分子变性有关,其Q10值比干热灭菌的高,对芽孢(在100~135℃)约为8~10,对营养细胞则更高,因此,湿热灭菌比干热灭菌更有效。
湿热法就是利用水蒸汽的热量将物品灭菌。同样温度下,。水蒸汽具有穿透能力强,易于传导热量的优点, 。实验表明蛋白质的含水量与其凝固温度成反比,,因此湿热更易将蛋白质的氢键打断,使其发生变性凝固。另外,由于蒸汽在被灭菌的物品表面凝结,释放出潜热,这种潜热能迅速提高灭菌物品的温度,缩短灭菌所需的时间。总之,湿热灭菌具有经济和快速等特点,广泛用于培养基和发酵设备等的灭菌。
湿热条