设备加热灭菌的原理

1.微生物的热阻

微生物的生命活动都是由系列生物化学反应组成的，而这些反应受温度的影响其明显，因此温度是影响微生物生长繁殖的重要因素中的员。微生物的生长存在三个基准点，即低生长温度、适生长温度和高生长温度。

当温度超过高生长温度后，则微生物很容易死亡，超过的温度越高或在同温度下处理的时间越长，微生物死亡得越快。般来说，无芽孢杆菌在80~100℃时，几分钟内几乎全部死亡；在70℃时需10~15min才能致死；而在60℃必须30min以上才有效。霉菌的孢子通常在86~88℃加热30min即可死亡。但是，有些细菌的芽孢耐热性很强，在100℃加热30min后还有活力。因此，般以杀死细菌的芽孢为标准来判断灭菌的与否，常用对照菌株为嗜热脂肪芽孢杆菌。

高温之所以能灭菌，主要的原因是因为高温能使原生质中的蛋白质变性或凝固。同时，高温也能破坏酶的活性，使微生物死亡。另外，高温灭菌还与微生物的种类、数量、菌龄、芽孢的有无、温度、介质成分以及ph值等因素密切相关。

微生物对热的抵抗能力常用“热阻"来表示，即指微生物在某特定条件下（主要是温度）的致死时间。杀死微生物的限温度称为致死温度，在致死温度下杀死全部微生物所需的时间称为致死时间。在致死温度以上，温度越高，致死时间越短。相对热阻指某微生物在某条件下的致死时间与另微生物在相同条件下的致死时间之

2.对数残留定律

在灭菌过程中，微生物由于受到不利环境条件的作用，随时间增加而逐渐死亡，其减少的速率（dN/dt）与瞬间残留的微生物数量成正比，这就是“对数残留定律"，用公式（51）表示。dNdr=

kN（51）式中：N为培养基中菌的残留个数，单位为个；T为灭菌时间，单位为s；k为反应速率常数（或称比死亡速率），与灭菌温度、菌种特性有关，单位为s-1；dN/dr为菌的瞬时变化速率，即死亡速率，单位为个s-1。

将式（51）移项积分得JNTN0dNN=kJr0dt（52）进步转化方程式得InNONr=kT（53）或=1K-InNONr=2.303k-lgNONr（54）式中：NO为灭菌开始时原有的菌数，单位为个；Nr为灭菌结束时残留的菌数，单位为个。

根据上述的对数残留方程式，如果要求达到灭菌，即Nr=0，则所需的灭菌时间r为无限长，这在生产上是不可行的。因此，实际设计时常采用Nr=0.001（即在1000批次灭菌中只有1批是失败的）作为灭菌的标准。

3.灭菌温度的选择

在培养基灭菌过程中，除了微生物被杀死以外，还有营养成分被破坏。要做到既达到灭菌效果，又尽量减少营养成分的破坏，必须选择个合适的温度。

前已述及在培养基灭菌过程中，杂菌的死亡属于动力学类型，即符合对数残留定律。在灭菌的同时，营养成分的破坏也属于动力学类型，同样适合对数残留定律：dodt=-kKc（55）式中：c为反应物的浓度，单位为mol-L-1；t为反应时间，单位为min；k'为化学反应速率常数（随温度及反应类型变化），单位为min-1。