高溫對培養(yǎng)基成分的有害影響有哪些？
發(fā)布時間：
2022-12-24
作者：
微生物培養(yǎng)基生產(chǎn)廠家
高溫對培養(yǎng)基成分的有害影響有哪些？如何預(yù)防呢
在發(fā)酵工程中，培養(yǎng)基的滅菌幾乎是必不可少的。但是往往由于采用高溫蒸汽滅菌而對培養(yǎng)基有害影響?，F(xiàn)代生產(chǎn)工藝中要盡可能避免這種不利情況的發(fā)生。
第一，形成沉淀物：多肽類，碳酸鹽，磷酸鹽沉淀；破壞營養(yǎng)，提高色澤：氨基糖，焦糖，黑色素-褐變；第二，培養(yǎng)基pH：一般狀況pH下降；第三，降低培養(yǎng)基濃度，冷凝水；發(fā)生美拉德反應(yīng)而降低營養(yǎng)。胺，氨基酸，蛋白質(zhì)與糖類，醛類，酮類之間的反應(yīng)。糖類，醛類，酮類自身，也有可能發(fā)生褐變，而與氨基酸，蛋白質(zhì)共存時，更有促進褐變的作用。第四，以維生素B1為標準，110攝氏度滅菌36分鐘會破壞營養(yǎng)67%；115攝氏度滅菌15分鐘會破壞營養(yǎng)50%；120攝氏度滅菌4分鐘會破壞營養(yǎng)27%；130攝氏度滅菌0.5分鐘會破壞營養(yǎng)8%。上述滅菌溫度和滅菌時間能達到相同的效果。
那么如何防止高溫對培養(yǎng)基的影響呢？
第一，采用特殊加熱滅菌法： 如微波滅菌，板式換熱器滅菌（可以充分利用熱能），聯(lián)消法滅菌（高溫短時間）。第二，過濾除菌法：膜過濾（如0.45或0.22um的膜），石棉板過濾，硅藻土過濾。第三，迅速降溫：滅菌后，迅速滅菌可以有效降低營養(yǎng)成分的損失。具體根據(jù)培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分確定。通常應(yīng)在60分鐘內(nèi)能降到70~60攝氏度以下或者更低。必要時可采用薄板板式換熱器或螺旋板式換熱器等使培養(yǎng)基迅速降溫。其他：按配方逐一加入（順序很重要），此外，螯合劑防止金屬離子沉淀。
用濕熱滅菌方法對培養(yǎng)基滅菌時，加熱的溫度和時間對微生物死亡和營養(yǎng)成分的破壞均有作用。由于培養(yǎng)基營養(yǎng)成分的破壞和菌體死亡都屬于一級動力學反應(yīng)，其反應(yīng)速度常數(shù)與溫度的關(guān)系皆可用阿累尼烏斯方程式表示；由此公式導(dǎo)出，當滅菌溫度上升時，微生物殺死速率的提高要超過培養(yǎng)基成分的破壞速率的增加。所以采用高溫快速滅菌方法，即可達到殺死培養(yǎng)基中的全部有生命的有機體，又可減少營養(yǎng)成分的破壞。
絕大多數(shù)工業(yè)發(fā)酵是需氧的純種發(fā)酵，因此，所使用的培養(yǎng)基，各種設(shè)備和附件以及通入罐內(nèi)的空氣均須徹底滅菌，這是防止發(fā)酵過程染菌，確保正常生產(chǎn)的關(guān)鍵。如果發(fā)酵中染了菌，不只是消耗了營養(yǎng)物質(zhì)，更重要的是雜菌能分泌一些或抑制產(chǎn)生菌生長，或嚴重改變培養(yǎng)液性質(zhì)，或抑制產(chǎn)物生物合成的有毒副作用的物質(zhì)；或產(chǎn)生某種能破壞所需代謝物的酶類。輕者影響產(chǎn)量，重者導(dǎo)致“全軍覆沒”。所以工業(yè)發(fā)酵中雜菌污染是極大的威脅，我們就培養(yǎng)基的滅菌原理及方法重點介紹如下。
滅菌方法的選擇
滅菌是指利用物理或化學法殺或除去物料及設(shè)備中一切有生命物質(zhì)的過程。滅菌方法大致可分為物理方法和化學方法兩種。物理方法主要有蒸汽（高溫），電磁波和輻照等方式，蒸汽滅菌屬于經(jīng)典式的滅菌方法，而電磁波滅菌多采用 2450nm 和 915nm 微波滅菌和超聲波滅菌。輻照滅菌可分為離子性輻照和非離子性輻照。非離子性輻照采用最廣泛的是 253.7nm 波長的紫外線，由于光源發(fā)出的強度所限，雖不存在殘留問題，但以上物理滅菌方法都有一定的局限性。化學方法多采用強氧化劑，如過氧化氫，過氧乙酸，環(huán)氧乙烷，
鹵素等，化學滅菌主要是依靠強氧化劑的氧化能力與細胞酶蛋白中的－SH－巰基結(jié)合轉(zhuǎn)化為－SS－基，破壞蛋白質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，干擾細菌酶系統(tǒng)的代謝，使其失去活性。按照分子生物學的觀點，就是對細胞的 DNA 進行氧化性損傷，從而抑制細胞的增殖。使用化學滅菌會對容器和包材以及設(shè)備產(chǎn)生一定量的殘留污染，必須采取嚴格的措施控制殘留，以保障最終產(chǎn)品的安全性。利用飽和蒸汽進行滅菌的方法稱為濕熱滅菌法。由于蒸汽具有很強的穿透能力，而且在冷凝時會放出大量的冷凝熱，很容易使蛋白質(zhì)凝固而殺死各種微生物。從滅菌的效果來看，干熱滅菌不如濕熱滅菌有效，溫度升高 10攝氏度時，滅菌速度常數(shù)僅增加 2-3 倍，而濕熱滅菌對耐熱芽孢的滅菌速度常數(shù)增加的倍數(shù)可達到 8-10 倍，對營養(yǎng)細胞則更高。
濕熱滅菌原理
在發(fā)酵工業(yè)中，對培養(yǎng)基和發(fā)酵設(shè)備的滅菌，廣泛使用濕熱滅菌法。工廠里，蒸汽比較容易獲得，控制操作條件方便，是一種簡單而又價廉，有效的滅菌方法。用濕熱滅菌的方法處理培養(yǎng)基，其加熱溫度和受熱時間與滅菌程度和營養(yǎng)成分的破壞都有關(guān)系。營養(yǎng)成分的破壞將影響菌種的培養(yǎng)和產(chǎn)物的生成，所以滅菌程度和營養(yǎng)成分的破壞成為滅菌工作中的主要矛盾，恰當掌握加熱溫度和受熱時間是滅菌工作的關(guān)鍵。微生物受熱死亡的原因，主要是因高溫使微生物體內(nèi)的一些重要蛋白質(zhì)，如酶等，發(fā)生凝固，變性，從而導(dǎo)致微生物無法生存而死亡。
采用濕熱高溫快速滅菌法，不但可達到完全滅菌的要求，而且滅菌時間短，物料中營養(yǎng)物質(zhì)破壞少，物料質(zhì)量幾乎不變，營養(yǎng)成分保存率達 92%以上，生產(chǎn)效率很高，所以現(xiàn)在被發(fā)酵工業(yè)廣泛采用。
看成分，有些培養(yǎng)基含類似乳糖之類的不耐高溫或者高壓，一般而言商業(yè)化的培養(yǎng)基都會有標注滅菌方式。短時間的高溫對培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分破壞不大，但是長時間的高溫則會極大的破壞培養(yǎng)基的營養(yǎng)成分。
高溫高壓滅菌對MS培養(yǎng)基pH的影響：
常規(guī)蒸氣高溫高壓滅菌明顯改變MS培養(yǎng)基的pH值，滅菌前營養(yǎng)液pH在5-7范圍時，其平均降低值約為0.56。滅菌前pH為7-9時，則pH分別為0.87和1.13。文中還比較了滅菌時間，培養(yǎng)基體積，瓊脂，脫脂棉，NaC1，CaCl2，蒸糖，活性炭等因素對滅菌過程中MS培養(yǎng)基pH改變的效應(yīng)。
青島日水生物摘