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發(fā)酵滅菌染菌知識理論篇第一頁,共五十二頁,2022年,8月28日發(fā)酵滅菌染菌理論培訓發(fā)酵滅菌篇
1.基礎(chǔ)知識2.發(fā)酵設(shè)備發(fā)酵染菌篇1.基礎(chǔ)知識2.染菌原因分析3.案例分析第二頁,共五十二頁,2022年,8月28日滅菌生物化學工程是以活細胞或由細胞提取出來的酶為催化劑的反應(yīng)過程,所以必須進行純種培養(yǎng),也就是只允許生產(chǎn)菌存在、生長和繁殖,不允許其他微生物共存。第三頁,共五十二頁,2022年,8月28日第四頁,共五十二頁,2022年,8月28日1.1培養(yǎng)基滅菌培養(yǎng)基滅菌是指殺滅培養(yǎng)基中具有生活能力的細菌營養(yǎng)體及其孢子,工業(yè)規(guī)模上的液體培養(yǎng)基滅菌比除去雜菌更為常用,其中熱滅菌最為簡便、有效和經(jīng)濟。微生物受熱被殺死,主要原因是高熱能使蛋白質(zhì)變性。第五頁,共五十二頁,2022年,8月28日分批滅菌分批滅菌也稱實罐滅菌,全過程包括升溫、保溫、降溫3個階段分批滅菌的溫度隨時間的變化過程取決于加熱方式、換熱面積的大傳熱系數(shù)的高低、換熱介質(zhì)的溫度、培養(yǎng)基的質(zhì)量因素。熱阻死亡活化能(ΔE)第六頁,共五十二頁,2022年,8月28日很明顯,最不想死的是細菌孢子!第七頁,共五十二頁,2022年,8月28日阿倫尼烏斯方程k=Ae-E/RT(式中A為指前因子;R為氣體常數(shù);T為熱力學溫度),以反應(yīng)速率常數(shù)k表示的反應(yīng)速率主要決定于反應(yīng)活化能E,若催化使反應(yīng)活化能降低ΔE,則反應(yīng)速率即提高e-ΔE/RT倍。試驗證明,細菌孢子熱死滅反應(yīng)的ΔE很高,而有些有效成分熱破壞反應(yīng)的ΔE較低,因而提高滅菌溫度T會加快細菌孢子的死亡速率,從而縮短高溫下的滅菌時間,由于其他有效成分的死亡活化能很低,溫度提高只能稍微增大其熱破壞程度,但滅菌時間顯著縮短,其結(jié)果是有效成分的破壞量反而大為減少。第八頁,共五十二頁,2022年,8月28日1.1.2連續(xù)滅菌連續(xù)滅菌的加熱、保溫和冷卻3個階段分別在不同的專有設(shè)備中進行。第九頁,共五十二頁,2022年,8月28日板式熱交換器連續(xù)滅菌裝置的特點是單位體積的熱交換器具有較高的傳熱面積,且可根據(jù)生產(chǎn)需要改變其換熱面積的大小;蒸汽噴射連續(xù)滅菌裝置的特點是加熱、冷卻極為短暫,缺點是培養(yǎng)基會被蒸汽的冷凝水稀釋。下面是組合式第十頁,共五十二頁,2022年,8月28日1.2空氣除菌在發(fā)酵過程中,微生物的生長和繁殖需要大的氧氣,這就需要輸入大量的空氣來提供氧氣。氣中的微生物多為細菌、細菌孢子,也有真菌、酵和病毒,其大小從幾微米到幾百微米不等,小的微生物附在空氣中的灰塵上,灰塵的平均尺寸約為0.1μm。粗濾器可將粗的微粒除去,0.5~2.0μm的粒及細菌微生物由空氣過濾器除去。過濾器第十一頁,共五十二頁,2022年,8月28日空氣除菌方法(1)加熱滅菌。(2)輻射滅菌。波長226.5~328.7nm的紫外(3)化學滅菌。滅菌后續(xù)工作比較麻煩(4)靜電除塵。還是設(shè)備問題,效果很好(5)介質(zhì)過濾。也就是過濾器第十二頁,共五十二頁,2022年,8月28日空氣除菌流程第十三頁,共五十二頁,2022年,8月28日2.1閥門的選用發(fā)酵罐物料對輸送閥門的要求甚嚴,既要保證運行時絕對不漏(否則將造成整批物料的染菌),同時又要承受定期蒸汽滅菌高溫的影響。第十四頁,共五十二頁,2022年,8月28日常用閥門截止閥針形閥旋塞閥球形閥手動隔膜閥第十五頁,共五十二頁,2022年,8月28日
截止閥也叫球心閥,截閥。優(yōu)點:密封面摩擦力小,耐用;嚴密性能好,易于開關(guān),維修方便;開啟高度可以使用絲扣拉桿控制,易于調(diào)節(jié)流量;耐受高溫及壓力,不易損壞。缺點:截止閥閥芯阻力大,影響流量和流速;截止閥不易于在黏稠的物料中使用,這樣回造成閥門的密封面不嚴密而泄漏;截止閥安裝時有方向性,逆向安裝會造成阻力更大,但在發(fā)酵罐的連接上,必須注意與發(fā)酵罐為正向,與管路流向為逆向安裝。第十六頁,共五十二頁,2022年,8月28日針形閥一般是用來控制微量調(diào)節(jié)的小型閥門,它的一般通徑有15mm和10mm兩種。優(yōu)點:耐受高溫、高壓、不易腐蝕;易于控制微量流速和流加、滴加補料;操作方便,易于更換。缺點:易于損壞,尤其是閥頭容易掉頭;因為結(jié)構(gòu)小,通道小,所以容易被堵塞。第十七頁,共五十二頁,2022年,8月28日旋塞閥也稱考克,是一種不耐受高溫和高壓,但又易于操作的閥門。材質(zhì)一般以鑄鐵為主,這就決定了它不能耐受高溫(一般要求小于等于100℃)和高壓,不能猛力開關(guān),以免扭斷、變形。第十八頁,共五十二頁,2022年,8月28日球形閥也稱球閥。特點:流體阻力小,流量大,極小有壓差的表現(xiàn);不受安裝的方向性的制約;能耐受高溫高壓,耐腐蝕,嚴密性好,閥體本身不存在死角,結(jié)構(gòu)簡單,極少有滲漏點。缺點:不能做微量調(diào)節(jié)使用,最好是全開或全閉;盡管能耐受高溫,也不要在長期高溫管路上使用。第十九頁,共五十二頁,2022年,8月28日手動隔膜閥也稱隔閥,它是依靠橡膠隔膜和聚四氟隔膜,通過手動拉桿的緊密壓合而達到開啟和密閉的。特點:流體阻力小,流速不受影響;可以在黏稠或有顆粒的介質(zhì)上;介質(zhì)不會于閥頭部分接觸,因此不存在閥頭填料密封處泄漏的弊端;結(jié)構(gòu)簡單耐受腐蝕。缺點:除特制的耐高溫高壓的隔膜閥外,一般的手動隔膜閥不耐受高溫高壓,一般公稱壓力在6Kgf/cm2,溫度為80℃,最高耐受溫度180℃;容易損壞,滲漏,變形;必須定期更換隔膜閥墊。第二十頁,共五十二頁,2022年,8月28日止回閥又稱止逆閥、單向閥等。止回閥是依靠液體本身的動力自動啟閉閥門,它的作用是阻止介質(zhì)的逆向流動。特點:介質(zhì)在閥體內(nèi)單向流動,阻止介質(zhì)倒流;耐受高溫、高壓,不易變形。缺點:不能使用在黏稠和有顆粒的物料介質(zhì)上,因為止回閥的密封面一旦有黏稠物或有顆粒物的時候,止回閥就會失去單向的意義,起不到防止物料倒流的作用;不能使用在有腐蝕性介質(zhì)的管路上。第二十一頁,共五十二頁,2022年,8月28日2..2空氣過濾器膜的介紹(了解)分離機理:氣體—阻留、沉積、擴散、攔截、靜電…膜材料:醋纖—三醋纖、磺化聚砜、磺化聚醚砜、芳香聚酰胺、陶瓷…供應(yīng)廠商:PAULDHMILIPOR上海過濾器廠上海一鳴第二十二頁,共五十二頁,2022年,8月28日
雜菌的類型空氣中的微生物大多數(shù)是細菌和芽孢,還有一定數(shù)量的霉菌、酵母和病毒。細菌的大小有零點幾微米至幾個微米.根據(jù)以上特點我們應(yīng)得出如下結(jié)論:A:這些微生物在空氣中極少單獨游離存在,基本上是附著于灰塵、液滴等微粒的表面上。B:介質(zhì)過濾除菌就是把空氣中的各種微粒和極少量的游離微生物捕集起來予以除掉。請問我們通常所用的空氣過濾器是多少um的?為什么0.3u可以保證無菌發(fā)酵生產(chǎn)的原因。第二十三頁,共五十二頁,2022年,8月28日1.2無菌檢查與染菌的處理在抗生素生產(chǎn)過程中,為了及早發(fā)現(xiàn)染菌并進行恰當處理,保證生產(chǎn)正常進行,對菌種制備、種子罐、發(fā)酵罐的接種前后和培養(yǎng)過程中,須要按工藝規(guī)程要求按時取樣,進行無菌檢驗。第二十四頁,共五十二頁,2022年,8月28日
無菌檢查培養(yǎng)液是否污染雜菌可從三個方面進行分析:a:無菌試驗(主要依據(jù))b:培養(yǎng)液的顯微鏡檢查c:培養(yǎng)液的生化指標變化情況。第二十五頁,共五十二頁,2022年,8月28日
無菌試驗現(xiàn)在采用的無菌試驗方法有肉湯培養(yǎng)法、雙碟培養(yǎng)法、斜面培養(yǎng)法。其中以酚紅肉湯培養(yǎng)法和雙碟培養(yǎng)法結(jié)合起來進行無菌檢查用的較多。無菌試驗的結(jié)果一般需要8~12小時才能作出判斷。為了縮短判斷時間,有時向培養(yǎng)基中加入赤霉素、對氨基苯甲酸等生長激素以促進雜菌的生長第二十六頁,共五十二頁,2022年,8月28日
肉湯培養(yǎng)法
直接用裝有酚紅肉湯的無菌試管取樣,然后放入37℃恒溫室(箱)內(nèi)培養(yǎng)。定時觀察試管內(nèi)肉湯培養(yǎng)基的顏色變化,同時進行顯微鏡觀察。第二十七頁,共五十二頁,2022年,8月28日斜面培養(yǎng)法先用空白無菌試管取樣,然后在無菌條件下接種于斜面培養(yǎng)基上,置于37℃恒溫室(箱)內(nèi)培養(yǎng)。定時觀察有無雜菌菌落生長。第二十八頁,共五十二頁,2022年,8月28日
雙碟培養(yǎng)法種子罐樣品先取入肉湯培養(yǎng)基中,然后在無菌條件下在雙碟培養(yǎng)基上面劃線,剩下的肉湯培養(yǎng)物在恒溫室(箱)內(nèi)培養(yǎng)6小時后復劃線一次,發(fā)酵罐培養(yǎng)液直接取入空白無菌試管中,于37℃下培養(yǎng)6小時后在雙碟培養(yǎng)基上劃線。24小時內(nèi)的雙碟定時在燈光下檢查有無雜菌生長。24小時~48小時的雙碟1天檢查一次,以防生長緩慢的雜菌漏檢。正常生產(chǎn)過程中,種子罐和發(fā)酵罐每隔8小時取樣一次,進行無菌檢查。該方法經(jīng)常用于單菌落挑選,可以從染有雜菌的培養(yǎng)液中經(jīng)多次劃線挑取單菌落進行分離培養(yǎng),得到純種的種子第二十九頁,共五十二頁,2022年,8月28日染菌的判斷培養(yǎng)基的染菌判斷是錯綜復雜的工作,又是一種細微觀察、認真分析的王作。第三十頁,共五十二頁,2022年,8月28日染菌罐的判斷方法以無菌試驗中的酚紅肉湯培養(yǎng)和雙碟培養(yǎng)的反應(yīng)為主,以鏡檢為輔。每個無菌樣品的無菌試驗,至少用2只酚紅肉湯或斜面同時取樣培養(yǎng)。要定量或用接種環(huán)蘸取法取樣,公司現(xiàn)階段基本都直接從發(fā)酵罐直接取樣。因取樣量不同,影響顏色反應(yīng)和渾濁程度的觀察。如果連續(xù)3個時間的酚紅肉湯無菌樣發(fā)生顏色變化或產(chǎn)生渾濁,或斜面連續(xù)3個時間樣品長出雜菌即判斷為染菌。有時酚紅肉湯反應(yīng)不明顯,要結(jié)合鏡檢確認連續(xù)3個時間樣品染菌,即判為染菌。各級種子罐的染菌判斷亦參照上述規(guī)定。對肉湯和無菌斜面的觀察及保存期的規(guī)定,發(fā)酵培養(yǎng)基滅菌后應(yīng)取無菌樣,以后每隔8小時取無菌樣一次,直至放罐。無菌試驗的肉湯和雙碟應(yīng)保存并觀察至本罐批放罐后12小時,確認無雜菌污染后方可棄去。無菌檢查時間應(yīng)每6小時觀察一次無菌試驗樣品,以便能及早發(fā)現(xiàn)染菌。第三十一頁,共五十二頁,2022年,8月28日染菌率的統(tǒng)計
以發(fā)酵罐染菌罐批(次)為基準,染菌罐批(次)應(yīng)包括染菌重消后的重復染菌的灌(批)次在內(nèi)。發(fā)酵總過程(全周期)無論前期或后期染菌,均作“染菌”論處。發(fā)酵罐染菌罐批(次)染菌率(%)=----------X100%
總投罐批(次)第三十二頁,共五十二頁,2022年,8月28日染菌后的處理污染雜菌的處理發(fā)酵罐污染雜菌后,依據(jù)染菌時間、所染雜菌的危害性及時進行處理,同時對所涉及的設(shè)備也要及時處理種子罐染菌后都不能往下道工序移種,要及時用高壓蒸汽直接滅菌后經(jīng)過濾處理放下水第三十三頁,共五十二頁,2022年,8月28日發(fā)酵罐染菌的處理發(fā)酵罐前期染菌,污染的雜菌對產(chǎn)生菌的危害性大,采用蒸汽滅菌經(jīng)過濾處理后放掉;如果危害性不大,可用重新滅菌、重新接種的方式處理,如營養(yǎng)成分消耗較多,可放掉部分培養(yǎng)液補入部分新培養(yǎng)基后進行滅菌,重新接種;如污染的雜菌量少且生長緩慢,可以繼續(xù)運轉(zhuǎn)下去,但要時刻注意雜菌數(shù)量和代謝的變化。在發(fā)酵的中后期染菌,一是加入適量的殺菌劑,如呋喃西林或某些抗生素,抑制雜菌的生長。二是降低培養(yǎng)溫度或控制補料量來控制雜菌的生長速度。如果采用上述兩種措施仍不見效,就要考慮提前放罐第三十四頁,共五十二頁,2022年,8月28日染菌后的設(shè)備處理
染菌后的罐體用甲醛等化學物質(zhì)處理,再用蒸汽滅菌〈包括各種附屬設(shè)備〉。在再次投料之前,要徹底清洗罐體、附件,同時進行嚴密程度檢查,以防滲漏。染菌后的處理尤為重要,很多大面積染菌都是由于處理不徹底而造成的系統(tǒng)污染,造成無法及時處理好各個環(huán)節(jié)出現(xiàn)連續(xù)污染。第三十五頁,共五十二頁,2022年,8月28日污染噬菌體的處理抗生素等產(chǎn)品發(fā)酵過程中有時出現(xiàn)噬菌體污染,輕者造成生產(chǎn)能力大幅度下降,重者造成停產(chǎn)。一般噬菌體污染后往往出現(xiàn)發(fā)酵液突然轉(zhuǎn)稀,泡沫增多,早期鏡檢發(fā)現(xiàn)菌體染色不均勻,在較短時間內(nèi)菌體大量自溶,最后僅殘留菌絲斷片,平皿培養(yǎng)出現(xiàn)典型的噬菌斑,溶氧濃度回升提前,營養(yǎng)成分很少消耗,產(chǎn)物合成停止等現(xiàn)象。發(fā)酵過程中污染噬菌體后,一般做如下處理:1.發(fā)酵液用高壓蒸汽滅菌后放掉,嚴防發(fā)酵液任意流失;2.全部停產(chǎn),對環(huán)境進行全面的清洗和消毒,斷絕噬菌體的寄生基礎(chǔ);3.更換生產(chǎn)菌種,不斷篩選抗噬菌體菌種,防止噬菌體的重復污染。污染烈性噬菌體時出現(xiàn)上述現(xiàn)象。如果污染溫和噬菌體時,其反應(yīng)溫和,平皿培養(yǎng)不出現(xiàn)明顯的噬菌斑,只出現(xiàn)部分菌體自溶,生化指標變化不顯著,生產(chǎn)能力降低,對生產(chǎn)的危害亦是嚴重的,但不易被發(fā)現(xiàn)。防止溫和噬菌體污染的方法同上所述。第三十六頁,共五十二頁,2022年,8月28日染菌原因分析
從染菌的規(guī)模和時間分析在發(fā)酵過程中,如果是種子罐和發(fā)酵罐同時大面積染菌,雜菌的主要來源可能是空氣凈化系統(tǒng),如空氣過濾器失效或空氣管道滲漏造成的。其次考慮種子制備工序。如果只是發(fā)酵罐大面積染菌,除考慮空氣凈化系統(tǒng)帶菌外,還要重點考查接種管道、補料系統(tǒng)。發(fā)酵培養(yǎng)基采用連續(xù)滅菌工藝時,還要嚴格檢查連消系統(tǒng)是否帶入雜菌。如果是部分發(fā)酵罐在發(fā)酵早期染菌,可能是培養(yǎng)基滅菌不徹底,或種子罐帶菌,或接種管道滅菌不徹底造成的。如果是發(fā)酵的中后期染菌,重點分析補料系統(tǒng)和加消沫劑系統(tǒng),個別發(fā)酵罐連續(xù)染菌,就從單個罐體查找雜菌來源,如罐內(nèi)是否有“死角”或冷卻系統(tǒng)有滲漏。當然還要檢查附件,個別罐批的散在性染菌,其原因很難追查,要具體情第三十七頁,共五十二頁,2022年,8月28日從雜菌類型分析發(fā)酵過程染菌,多種菌型出現(xiàn)的機率多,單菌型機率較少。染的是耐熱芽孢桿菌時,這與培養(yǎng)基滅菌不徹底或設(shè)備內(nèi)部有“死角”關(guān)系甚大??諝庵幸泊嬖谘挎邨U菌,污染的雜菌是不耐熱的球菌或桿菌時,可從空氣凈化系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)進行追查。第三十八頁,共五十二頁,2022年,8月28日制服染菌的要點1.種子帶菌或懷疑種子帶菌9.648.接種管穿孔。0.292.接種時罐壓降至大氣壓力0.199.閥門泄漏1.453.精養(yǎng)基消毒不透0.79110.攪拌軸封的泄漏2.094.總空氣系統(tǒng)帶菌l9.611.罐蓋泄漏l.545.泡沫升至罐頂0.4812.其它設(shè)備泄漏10.136.央套穿孔12.3613.操作問題l0.15'7.蛇管穿孔5.8914.原因不明24.91從上表可以看出的抗生素發(fā)酵染菌原因分析的統(tǒng)計資料看,空氣凈化系統(tǒng)帶菌是導致染菌的主要因素。但仔細分析,設(shè)備穿孔和滲漏等造成的染菌占33.85%,占第1位。第三十九頁,共五十二頁,2022年,8月28日對空氣凈化系統(tǒng)的要求防止空氣凈化系統(tǒng)帶菌的主要措施有提高空氣進口的空氣潔凈度;除盡壓縮空氣中夾帶的油和水,保持過濾介質(zhì)的除菌效率?,F(xiàn)在公空氣系統(tǒng)應(yīng)該有了很大的進步,不存在油的問題,但在夏秋兩季,由于空氣濕度較大可能出現(xiàn)預過濾器放出水的現(xiàn)象,因此各個車間應(yīng)根據(jù)車間情況,定時放水。另外,在過濾器滅菌時要防止過濾介質(zhì)被沖翻或燒灼,還要防止發(fā)酵液倒流入空氣過濾器內(nèi)。第四十頁,共五十二頁,2022年,8月28日對設(shè)備的要求發(fā)酵罐及其附屬設(shè)備應(yīng)做到無“滲漏”,無“死角”。設(shè)備、管道等存在死角有以下幾種可能:發(fā)酵設(shè)備由于如焊接等制作不當引起的死角,管道安裝不當造成的死角,罐底部堆積的固形物形成硬塊從而包埋臟物,罐底的加強板長期受壓縮空氣頂吹而腐蝕受損或裂縫等造成滅菌不徹底的死角。所以凡與物料、空氣、下水道連接的管件閥門應(yīng)保證嚴密不漏,蛇管和夾層應(yīng)定期試漏。連續(xù)滅菌設(shè)備要定時拆卸清洗。無菌操作室和菌種培養(yǎng)間定期消毒,以保持無菌狀態(tài)。第四十一頁,共五十二頁,2022年,8月28日分析案例--大觀霉素大觀霉素發(fā)酵生產(chǎn)的染菌率較低。個別發(fā)酵罐染菌后,生長代謝所受影響也較小,大多能正常周期放罐,發(fā)酵單位所受損失也不大。99年出現(xiàn)的幾批染菌罐卻表現(xiàn)出了很大異常:確定染菌后,發(fā)酵罐PH開始急劇下降,糖耗快,氨氮降低,發(fā)酵單位開始下滑,只能提前放罐。嚴重影響正常。本文從染菌原因分析,給制服無菌提供了一個新思路,為國內(nèi)抗生素生產(chǎn)廠家對制服染菌有借鑒作用。第四十二頁,共五十二頁,2022年,8月28日一:染菌特征1:發(fā)酵罐培養(yǎng)至50小時左右,33小時后的無菌肉湯跟蹤樣開始變色,確認染菌。此后,發(fā)酵罐PH開始急劇下滑,糖耗快,氨氮下降,發(fā)酵單位停止增長,60小時左右提前放罐。2:變色肉湯涂片鏡檢:短桿菌。3:發(fā)酵液(周期60小時左右)涂片鏡檢:桿菌,已經(jīng)形成芽孢。第四十三頁,共五十二頁,2022年,8月28日二:雜菌分離、培養(yǎng)1:把變色肉湯接入無菌紅色肉湯,37℃恒溫培養(yǎng)。24小時后肉湯變黃,表明這種菌代謝產(chǎn)生酸性物質(zhì)。2:向變色肉湯中加入2滴5M的NaOH溶液,搖勻(PH為10),放置10分鐘。把該肉湯接入無菌肉湯,37℃恒溫培養(yǎng)48小時,肉湯仍不變色。說明這種雜菌對堿性環(huán)境的耐受性較差。第四十四頁,共五十二頁,2022年,8月28日3:用細菌培養(yǎng)基對這種雜菌進行平板分離,雜菌菌落具有細菌菌落的典型特征。挑取單菌落接入肉湯,培養(yǎng)特征與直接從染菌罐接入的肉湯中的雜菌一致。鏡檢,雜菌呈短桿狀,可觀察到部分菌體進行二分裂繁殖。4:把雜菌接入菌種效價跟蹤用的發(fā)酵瓶,培養(yǎng)情況與發(fā)酵罐的代謝情況類似。第四十五頁,共五十二頁,2022年,8月28日5:把雜菌接入空白發(fā)酵瓶,培養(yǎng)24小時后進行平板分離及肉湯檢測,結(jié)果證明這種菌能在發(fā)酵瓶中存活、生長繁殖。由于發(fā)酵瓶和發(fā)酵罐的營養(yǎng)成分、培養(yǎng)條件一致,因此可以用發(fā)酵瓶來模擬雜菌在發(fā)酵罐中的生長情況。第四十六頁,共五十二頁,2022年,8月28日
三:雜菌耐熱性實驗用牛肉膏蛋白胨液體培養(yǎng)基培養(yǎng)這種菌,吸取定量體積的菌液分別接入11支無菌肉湯。取1支作對照,另10支每2支為1組,分別在100℃沸水浴中加熱5分鐘,10分鐘,15分鐘,20分鐘,25分鐘。37℃恒溫培養(yǎng)24小時,只有加熱25分鐘的兩支肉湯不變色。說明這種菌的耐熱性較強。第四十七頁,共五十二頁,2022年,8月28日
四:染菌時間判斷把雜菌接入空白發(fā)酵瓶,在不同培養(yǎng)時間取樣,進行平板菌落計數(shù),計算出發(fā)酵瓶內(nèi)的菌體數(shù)。該菌的繁殖方式為二分裂,根據(jù)
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