Chương 9 Tiệt trùng

Hầu hết các quá trình lên men công nghiệp được tiến hành như các nuôi cấy thuần khiết trong đó chỉ có các chủng chọn lọc được phép sinh trưởng. Nếu một cơ thể vi sinh vật ngoại lai hiện diện trong môi trường hoặc trong bất kỳ một bộ phận thiết bị nào đó, thì chúng sẽ làm nhiễm bẩn môi trường, sản xuất ra các sản phẩm có hại có thể hạn chế sinh trưởng của các cơ thể được sản xuất. ...
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Chương 9 Tiệt trùngChương 9 Tiệt trùng Hầu hết các quá trình lên men công nghiệp được tiến hành như cácnuôi cấy thuần khiết trong đó chỉ có các chủng chọn lọc được phép sinhtrưởng. Nếu một cơ thể vi sinh vật ngoại lai hiện diện trong môi trường hoặctrong bất kỳ một bộ phận thiết bị nào đó, thì chúng sẽ làm nhiễm bẩn môitrường, sản xuất ra các sản phẩm có hại có thể hạn chế sinh trưởng của cáccơ thể được sản xuất. Vì thế, trước khi bắt đầu quá trình lên men, môitrường và các thiết bị lên men phải được tiệt trùng để loại bỏ tất cả các nguycơ gây nhiễm và các điều kiện vô trùng này phải được duy trì trong suốt quátrình lên men.I. Các phương pháp tiệt trùng Tiệt trùng môi trường lên men hoặc các thiết bị có thể thực hiện bằngcách phá hủy tất cả các cơ thể sống hoặc bằng phương thức nhiệt (ẩm hoặckhô), hoặc các tác nhân hóa học, chiếu xạ (tia cực tím hoặc tia X) và bằngcác phương pháp cơ học (siêu âm hoặc sóng âm thanh). Một hướng khác làloại các cơ thể sống bằng phương pháp lọc hoặc ly tâm tốc độ cao.1. Nhiệt Nhiệt là phương thức được sử dụng rộng rãi nhất để tiệt trùng, có thểsử dụng cho cả hai loại môi trường đặc và lỏng. Nó có thể được ứng dụngdưới dạng nhiệt khô hoặc ẩm (hơi nước). Nhiệt ẩm thường hiệu quả hơnnhiệt khô, do khả năng kháng nhiệt ở bên trong của các tế bào vi khuẩnđược tăng lên mạnh trong trạng thái khô hoàn toàn. Kết quả là tỷ lệ chết củatế bào khô thấp hơn nhiều so với tế bào ẩm. Sự dẫn nhiệt trong không khíkhô cũng có tốc độ kém hơn trong không khí ẩm. Vì thế, nhiệt khô chỉ đượcdùng để tiệt trùng dụng cụ thủy tinh hoặc các vật liệu rắn chịu nhiệt. Bằngcách tăng áp suất lên bình nuôi cấy, nhiệt độ hơi nước có thể tăng lên mộtcách ý nghĩa trên cả điểm sôi của nước. Nồi tiệt trùng áp suất (autoclave) ởphòng thí nghiệm thường được hoạt động ở áp suất hơi nước khoảng 15 psitương ứng với 121oC, các bào tử vi khuẩn bị giết nhanh ở 121oC. 151Công nghệ tế bào2. Hóa chất Các tác nhân hóa học có thể được dùng để giết vi sinh vật bằng khảnăng oxy hóa hoặc alkyl hóa. Tuy nhiên, chúng không được dùng để tiệttrùng môi trường bởi vì các hóa chất này có thể ức chế sinh trưởng của cáccơ thể lên men. Các tác nhân hóa học được sử dụng thường xuyên cho việcxử lý để loại bỏ hoặc làm giảm mức độ nguy hại của các tác nhân gây bệnh.Một số tác nhân hóa học kháng khuẩn chính là: phenol và các hợp chấtphenol (phenol, cresol, orthophenylphenol), alcohol (ethyl, methyl), cáchalogen (iodine, hypochlorite, chloramine), các chất tẩy, thuốc nhuộm, cáchợp chất ammonium bậc bốn, các acid, kiềm và các tác nhân gây vô sinhdạng khí (ethylene oxide, β-propiolactone, formadehyde).3. Tia cực tím Nhiều nguyên liệu tế bào hấp thụ ánh sáng cực tím, dẫn đến gây nguyhiểm cho gen và sau đó giết chết tế bào. Bước sóng khoảng 256 nm có hiệuquả diệt khuẩn cao nhất. Tuy nhiên, tia cực tím có rất ít khả năng xuyên quavật chất. Vì thế, việc sử dụng chúng bị hạn chế đối với việc làm giảm quầnthể vi sinh vật trong phòng nơi mà điều kiện vô trùng cần thiết được duy trìthường xuyên, chẳng hạn như các phòng mổ của bệnh viện hoặc các buồnglàm việc sạch trong phòng thí nghiệm. Tia X gây chết cơ thể vi sinh vật và có khả năng xuyên qua vật chất.Tuy nhiên, chúng không thực tế như các công cụ tiệt trùng khác do chi phíđắt cũng như sự lo lắng về an toàn lao động.4. Sóng siêu âm Sóng âm thanh hoặc siêu âm có cường độ đủ mạnh cũng có thể phá vỡvà giết chết tế bào. Kỹ thuật này thường được sử dụng để phá vỡ tế bàonhằm tách chiết các thành phần của nội bào (protein, enzyme...) hơn là đểtiệt trùng.5. Lọc Là kỹ thuật được sử dụng hiệu quả nhất trong việc loại bỏ các vi sinhvật trong không khí hoặc trong các loại khí khác. Trong trường hợp dungdịch lỏng, nó được dùng cho các sản phẩm hoặc các loại môi trường khôngbền nhiệt, dễ dàng bị phá hủy như các huyết thanh người và động vật, cácloại enzyme. 152Công nghệ tế bào Trong số các kỹ thuật được giới thiệu ở trên, nhiệt ẩm có hiệu quả vàkinh tế nhất cho các yêu cầu tiệt trùng nói chung của hệ lên men. Vì thế, cácphần sau đây chỉ mô tả động học của hiện tượng chết tế bào và các hoạtđộng tiệt trùng bằng nhiệt ẩm.II. Động học của hiện tượng chết do nhiệt Hiện tượng chết do nhiệt của vi sinh vật, ở một nhiệt độ đặc trưng, cóthể mô tả bằng phương trình động học bậc một: dn = −k d n (9.1) dt Trong đó: kd là tốc độ chết đặc trưng, giá trị của nó phụ thuộc khôngchỉ vào loài mà còn vào dạng sinh lý của tế bào. Ví dụ: giá trị kd của bào tửvi khuẩn ở 121oC là 1 phút-1, trong khi đó giá trị này của các tế bào sinhdưỡng khác nhau từ 101 phút-1 đến 1010 phút-1 tùy thuộc vào từng cơ thể đặcbiệt. Tích phân của phương trình (9.1) cho kết quả: t n = − ∫ k d dt (9.2) ln n0 0 hoặc: ⎛t ⎞ n = n0 exp⎜ − ∫ k d dt ⎟ (9.3) ⎜ ⎟ ⎝0 ⎠ Phương trình (9.3) cho thấy sự suy giảm theo hàm mũ của quần lạc tếbào. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của tốc độ chết đặc trưng kd có thể đượcthừa nhận theo phương trình Arrhenius: ⎛ E⎞ k d = k d 0 exp⎜ − d ⎟ (9.4) ⎝ RT ⎠ Trong đó: k d 0 là hệ số Arrhenius bằng 5,7×1039 giờ-1, R là hằng sốkhí, T là nhiệt độ tuyệt đố ...