在发酵生产中为什么要灭菌呢？主要有以下几点原因：如不灭菌，会使生物反应的基质或产物，因杂菌的消耗而损失，造成生产能力的下降；杂菌也会产生代谢产物，这就使产物的提取更加困难，造成得率降低，产品质量下降；有些杂菌会分解产物，使生产失败；杂菌大量繁殖后，会改变反应液的pH值，使反应异常；如果发生噬菌体污染，生产菌细胞将被裂解，使生产失败。
一、培养基的湿热灭菌：
影响热灭菌的温度和时间的因素很多，包括：微生物种类、性质、浓度和培养基的性质、浓度等。由于培养基灭菌大多数用湿热灭菌，在这里主要介绍湿热灭菌。衡量热灭菌的指标很多，最常用的是“热死时间”，即在限定的温度下杀死原有微生物中一定比例所需的持续时间。
（一）热灭菌的原理
1、对数残存定律
微生物的湿热灭菌过程，其本质上就是微生物细胞内蛋白质的变性的过程。因此，可以把灭菌过程看成是蛋白质的变性的过程，从这个意义上讲，灭菌过程应遵循单分子反应的速度理论，那么，则有下列方程：
-dN/dt = k * N
式中，N—残存的活菌数；t—灭菌时间（s）；K—灭菌速度常数（s-1），也称反应速度常数或比死亡速度常数，此常数的大小与微生物的种类与加热温度有关；dN/dt—活菌数瞬时变化速率，即死亡速率。该方程称为对数残存定律，表示微生物的死亡速率与任一瞬时残存的活菌数成正比。
2、微生物的热阻
在这里先讲几个概念：
①致死温度：杀死微生物的极限温度。
②致死时间：在致死温度下，杀死全部微生物所需要的时间。
③微生物的热阻：表示微生物对热的抵抗能力，即指微生物在某一特定条件下（主要是温度）的致死时间。其对热的抵抗能力越大，可以理解为热阻越大，衡量不同的微生物对热的抵抗能力的大小，可以使用相对热阻的概念。
④相对热阻：某一微生物在某一特定条件下的致死时间与另一微生物在相同条件下的致死时间之比。例如：芽孢/大肠杆菌=3000000/1；病毒/大肠杆菌=1—5/1等。
3、理论灭菌时间的计算
将上式积分，转换得：
t=1/k×lnN0/Nt=2.303/K×lgN0/Nt
式中：N0—开始灭菌（t=0）时原有活菌数； Nt----经时间t后残存活菌数。
k：意义同上；t ：表示理论灭菌时间
k=（2.303/t）logNt/N0；比死亡速率常数K，K值大，表明微生物容易死亡。
（二）、影响灭菌效果的因素
1、传热与混合状况：影响受热均匀度。
2、微生物种类：不同的微生物k值不同。
3、pH：酸性pH下可加快微生物热死速率
4、培养基成份：油脂、蛋白质增加微生物的耐热性。
5、培养基中固体颗粒的存在影响热穿透。
6、初始菌量：在保持N值不变的前提下，t 与初始菌量N0的对数成正比。
7、蒸汽中空气的存在降低蒸汽分压和灭菌温度。
二、培养基的工业灭菌法：
（一）、培养基的分批灭菌
过程：
灭菌过程中加热和保温阶段的灭菌作用是主要的，而冷却阶段的灭菌作用是次要的，一般很小，可以忽略不计。此外，还应指出的是，应当避免长时间的加热阶段，因为加热时间过长，不仅破坏营养物质，而且也有可能引起培养液中某些有害物质的生成，从而影响培养过程的顺利进行。过程包括升温、保温和冷却等三个阶段，各阶段对灭菌的贡献：20%、75%、5%。培养基的升温可由两种方式实现：间接加热，在夹套或蛇管中通入蒸汽加热；直接加热，在培养基中直接通入热蒸汽加热。
在实际生产中，也可能遇到所供蒸汽不足、温度不够高的情况，这时可以适当延长灭菌时间。生产上甚至有用100℃蒸煮而达到彻底灭菌的实例。如要做固体曲而没有高温蒸汽时，可将原料用100蒸汽蒸30min，杀死其中的营养细胞，但孢子与细菌的芽孢没有被杀死。 将蒸过的原料置于室温下过夜，未被杀死的孢子便发芽生长，芽孢发育成营养细胞，再30min便可杀死。如此连续反复进行2-3次，亦可达到彻底灭菌的目的。
步骤：
分批灭歇是在所用的发酵罐或其他培养装置中进行的，它是在配制罐中配好培养基后，通过专用管道输入发酵罐等培养设备中，然后开始灭菌。在进行培养基的间歇灭菌之前，通常先将发酵罐等培养装置的分空气过滤器进行灭菌，并且用空气将分过滤器吹干。开始灭菌时，应先放去夹套或蛇管中的冷水，开启排气管阀，通过空气管向发酵罐内的培养基通入蒸汽进行加热，同时，也可在夹套内通蒸汽进行间接加热。当培养基温度升到70℃左右时，从取样管和放料管向罐内通入蒸汽进一步加热，当温度升至120℃，罐压为1*105Pa（表压）时，打开接种、补料、消泡剂、酸、碱等管道阀门进行排汽，当然在保温过程中，应注意凡在培养基液面下的各种进口管道都应通入蒸汽，而在液面以上的其余各管道则应排放蒸汽，这样才能不留死角，从而保证灭菌彻底。保温结束后，依次关闭各排汽、进汽阀门，待罐内压力低于空气压力后，向罐内通入无菌空气，在夹套或蛇管中通冷水降温，使培养基的温度降到所需的温度，进行下一步的发酵和培养。
由于培养基的间歇灭菌不需要专门的灭菌设备，投资少，对设备要求简单，对蒸汽的要求也比较低，且灭菌效果可靠，因此，间歇灭菌是中小型生产工厂经常采用的一种培养基灭菌方法。
（二）培养基的连续灭菌法
流程：
（1）由连消塔、维持罐和喷淋冷却组成的灭菌系统
连续灭菌的基本设备一般包括：
①配料预热罐，将配制好的料液预热到60-70℃，以避免连续灭菌时由于料液与蒸汽温度过大而产生水汽撞击声；
②连消塔，连消塔的作用主要是使高温蒸汽与料液迅速接触混和，并使料液的温度很快升高到灭菌温度（126-132）℃；
③维持罐，连消塔加热的时间很短，光靠这段时间的灭菌是不够的，维持罐的作用是使料液在灭菌温度下保持5-7min，以达到灭菌的目的；
④冷却管，从维持罐出来的料液要经过冷却排管进行冷却，生产上一般采用冷水喷淋冷却，冷却到40-50℃后，输送到预先已经灭菌过的罐内。
（2）由热交换器组成的灭菌系统
流程中采用了薄板换热器作为培养液的加热和冷却器，蒸汽在薄板换热器的加热段使培养液的温度升高，经维持段保温一定时间后，培养基在薄板换热器的冷却段进行冷却，从而使培养基的预热、加热灭菌及冷却过程可在同一设备内完成。该流程的加热和冷却时间比喷射加热连续灭菌流程要长些，但由于在培养基的预热过程同时也起到了灭菌后培养基的冷却，因而节约了蒸汽和冷却水的用量。
（3）蒸汽直接喷射型的连续灭菌系统
流程中采用了蒸汽喷射器，它使培养液与高温蒸汽直接接触，从而在短时间内可将培养液急速升温至预定的灭菌温度然后在该温度下维持一段时间灭菌，灭菌后的培养基通过一膨胀阀进入真空冷却器急速冷却，从图中可以看出，由于该流程中培养基受热时间短，营养物质的损失也就不很严重，同时该流程保证了培养基物料先进先出，避免了过热或灭菌不彻底等现象。
三、间歇灭菌与连续灭菌之间的不同处：
2、连续灭菌的优点和缺点
优点是灭菌温度高，可减少培养基中营养物质的损失；操作条件
恒定，灭菌质量稳定；易于实现管道化和自控操作；避免了复的加热和冷却，提高了热的利用率；发酵设备利用率高。缺点是对设备的要求高，需另外设置加热、冷却装置；操作较麻烦；染菌的机会较多；不适合于含大量固体物料的灭菌；对蒸汽的要求高。
1、歇灭菌的优点和缺点
优点是设备要求低，不需另外设置加热、冷却装置；操作要求低，适于手动操作，适合于小批量生产规模；适合于含有大量固体物质的培养基的灭菌。缺点是培养基的营养物质损失较多，灭菌后培养基的质量下降；需进行反复的加热和冷却，能耗较高；不适合于大规模生产过程的灭菌；发酵罐的利用率较低。
由此可见，连续灭菌的优点都处处可见，连续灭菌越来越多地被用培养基的灭菌。
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