微生物培養(yǎng)箱的選購與管理

弓耀忠 王媛慧 馬淑英 張瑩玲 姚春孝 高璐瑤 秦耀偉 王佳佳

1（山西省食品質(zhì)量安全監(jiān)督檢驗研究院，山西太原 030012） 2（蒙牛乳業(yè)太原有限公司，山西太原 030000）

微生物培養(yǎng)箱在微生物培養(yǎng)過程中至關(guān)重要，其數(shù)量、質(zhì)量、性能、精度等是否滿足培養(yǎng)的要求，關(guān)系到實驗室能否正常運行。GB 4789 系列標(biāo)準(zhǔn)對微生物培養(yǎng)溫度的要求都比較高，一般精度為±1 ℃，有的甚至更高為±0.5 ℃。同時，在微生物培養(yǎng)過程中容易出現(xiàn)被污染的現(xiàn)象，這就要求用戶在采購培養(yǎng)箱時，要充分了解其質(zhì)量、性能、精度等，才能選購到最合適的培養(yǎng)箱。

1 微生物培養(yǎng)箱的結(jié)構(gòu)、種類

微生物培養(yǎng)箱廣泛應(yīng)用于食品微生物、農(nóng)業(yè)微生物、醫(yī)學(xué)微生物等研究領(lǐng)域，已經(jīng)成為上述領(lǐng)域?qū)嶒炇移毡槭褂玫某Ｒ?guī)儀器之一，其原理是通過在培養(yǎng)箱箱體內(nèi)模擬微生物在生物體內(nèi)的生長環(huán)境來對微生物進行體外培養(yǎng)的一種裝置。

1.1 微生物培養(yǎng)箱的結(jié)構(gòu)

現(xiàn)代微生物培養(yǎng)箱大多為優(yōu)質(zhì)鋼板制造的立式箱體，內(nèi)門一般用鋼化玻璃制成，內(nèi)室放置用于承托培養(yǎng)物的不銹鋼隔板，可方便移動，并可改變高度，工作室和玻璃門之間裝有硅橡膠密封圈，箱體內(nèi)部有冷、熱氣風(fēng)道，箱內(nèi)氣體循環(huán)流暢、溫度均勻，設(shè)有獨立限溫報警系統(tǒng)，超過限制溫度即自動中斷。霉菌培養(yǎng)箱一般由制冷系統(tǒng)、制熱系統(tǒng)、紫外消毒系統(tǒng)、培養(yǎng)室、空氣加濕器、控制電路和操作面板等部分組成，溫度和濕度傳感器用來維持培養(yǎng)室內(nèi)溫度和濕度的穩(wěn)定。

1.2 微生物培養(yǎng)箱的分類

1.2.1 按加熱方式分類

按加熱方式可分為水套式和氣套式。水套式是通過對外圍包裹的液體層加熱后再使內(nèi)部受熱，升溫較慢，但能夠在較長時間內(nèi)維持內(nèi)部的溫度恒定。氣套式是通過箱體氣套層內(nèi)的加熱器對內(nèi)箱體進行加熱。

1.2.2 按控溫方式分類

按控溫方式可分為計算機智能控制式（程控式） 和自動恒溫調(diào)節(jié)式（機械式），計算機智能控制式是培養(yǎng)箱的主流控溫方式。計算機智能控制式大多采用微電腦PID 控制器作為控制單元，熱敏元件為溫度計，數(shù)字顯示設(shè)定值和測定值，這樣構(gòu)成一個完整的控制系統(tǒng)。自動恒溫調(diào)節(jié)式溫控裝置多用“金屬片式”，即用一種熱膨脹系數(shù)較大的金屬片做成螺旋狀，金屬片一端固定在箱室內(nèi)壁，另一端裝可活動的觸頭，常溫下兩觸頭閉合。接通電源后箱室內(nèi)溫度升高，固定在此的金屬片受熱膨脹，彎曲度改變，使另一端的觸點離開，切斷電路，停止加熱。溫度下降，降至一定程度，螺旋金屬片恢復(fù)原狀，兩觸點接觸，接通電路，開始加熱，這樣電路時通時斷，保持箱內(nèi)恒溫。

1.2.3 按培養(yǎng)環(huán)境分類

按培養(yǎng)環(huán)境可分為普通培養(yǎng)箱、二氧化碳培養(yǎng)箱、三氣/低氧培養(yǎng)箱和厭氧培養(yǎng)箱。

1.2.4 按培養(yǎng)目標(biāo)物分類

按培養(yǎng)目標(biāo)物可以分為霉菌培養(yǎng)箱、恒溫培養(yǎng)箱、恒溫恒濕培養(yǎng)箱、生化培養(yǎng)箱、恒溫震蕩培養(yǎng)箱。

1.2.5 按溫度采集的自動化程度分類

按溫度采集的自動化程度分類可以分為全自動溫度采集培養(yǎng)箱、半自動溫度采集培養(yǎng)箱、人工采集溫度培養(yǎng)箱。

2 微生物培養(yǎng)的污染因素

2.1 風(fēng)速與風(fēng)向

一般培養(yǎng)箱在箱體內(nèi)配備了風(fēng)道和循環(huán)系統(tǒng)，合適的風(fēng)速與風(fēng)向利于培養(yǎng)箱溫度的均一性，有利于培養(yǎng)物的正常生長。但是，當(dāng)風(fēng)速過大時，易造成培養(yǎng)基干裂，培養(yǎng)結(jié)果不準(zhǔn)確。此外，GB 4789.15—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品微生物學(xué)檢驗霉菌和酵母計數(shù)》中要求培養(yǎng)皿正置培養(yǎng)，而GB 4789.15—2010《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品微生物學(xué)檢驗霉菌和酵母計數(shù)》中要求培養(yǎng)皿倒置培養(yǎng)，經(jīng)過多次空白培養(yǎng)皿驗證發(fā)現(xiàn)，同樣的風(fēng)速，當(dāng)培養(yǎng)箱運行時的風(fēng)向與培養(yǎng)皿蓋的朝向相對時，空氣中的灰塵、雜菌等容易對培養(yǎng)物造成污染，因此，培養(yǎng)箱運行時的風(fēng)向最好與培養(yǎng)皿蓋的朝向一致。

2.2 培養(yǎng)皿的密閉性

培養(yǎng)皿由平面圓盤底和蓋組成，材質(zhì)主要為塑料和玻璃。微生物實驗室內(nèi)所用的培養(yǎng)皿，通常直徑90 mm，采用頂蓋封裝，平皿的底和蓋之間有一定空間，且兩者并非完全密閉，能滿足需氧型微生物對氧氣的需求，但是也增加了污染的可能性。尤其是不同廠家的培養(yǎng)皿由于成型工藝和參數(shù)不同，平皿的底和蓋之間的間隙也不同，經(jīng)試驗驗證，在同樣的培養(yǎng)條件下，間隙大的比間隙小的污染概率大，污染程度深。此外平皿的底和蓋之間間隙不同還會使培養(yǎng)皿內(nèi)培養(yǎng)基水分蒸發(fā)多少不一，造成培養(yǎng)結(jié)果數(shù)據(jù)的不一致。

2.3 培養(yǎng)箱內(nèi)濕度

水分是微生物生存和繁殖的主要條件之一。微生物細(xì)胞中含70%～85%的水分，而且必須在有水分的環(huán)境中生活。濕度對微生物生長的影響，是通過影響微生物細(xì)胞內(nèi)水分活度（AW） 進而影響新陳代謝來影響其生長狀況。

微生物生長有一個最適AW，當(dāng)AW 降低時微生物生長減慢，降低到某一水平微生物停止生長。微生物發(fā)育時的最低AW 是變化的，各種霉腐微生物生長繁殖的最適濕度，因菌屬不同而略有差異。一般來講，細(xì)菌最敏感，其次是酵母和霉菌，即細(xì)菌生長所需的AW 比酵母高，而酵母生長所需AW比霉菌高。一般情況下AW＜0.90 時，細(xì)菌不能生長，AW＜0.87 時大多數(shù)酵母受到抑制，AW＜0.80時，大多數(shù)霉菌不能生長。降低濕度將使AW 降低并減慢微生物的生長速度。培養(yǎng)箱內(nèi)濕度太高或太低容易造成培養(yǎng)基與培養(yǎng)箱之間濕度的失衡，如培養(yǎng)箱內(nèi)濕度太高容易在培養(yǎng)皿上形成水珠，滴入培養(yǎng)基中使細(xì)菌蔓延生長而影響試驗結(jié)果；若培養(yǎng)箱內(nèi)濕度太低則會造成培養(yǎng)基中水分散失，影響培養(yǎng)基上細(xì)菌生長。由此可見，適宜的溫度、濕度，有利于細(xì)菌或霉菌酵母的生長。

培養(yǎng)箱內(nèi)濕度來源有：一是源于培養(yǎng)基中水分的散失；二是源于人工或培養(yǎng)箱濕度自動控制系統(tǒng)對濕度的調(diào)控；三是源于培養(yǎng)箱放置環(huán)境，而培養(yǎng)箱放置環(huán)境一般為潔凈干燥通風(fēng)良好的自然環(huán)境。

2.4 培養(yǎng)物溢灑

培養(yǎng)物溢灑指包含生物危險物質(zhì)的液體或者固態(tài)物質(zhì)意外地與包裝材料分離的過程，一旦在培養(yǎng)箱中發(fā)生有生物學(xué)危害的物品溢出時，由于溢出物會有微生物生長繁殖，應(yīng)立即對培養(yǎng)箱進行清理，要使用有效的消毒劑對培養(yǎng)箱的內(nèi)壁及所有接觸溢出物品的材料進行消毒或高壓滅菌。如果培養(yǎng)過霉菌或其他致病菌的培養(yǎng)物發(fā)生溢灑未及時處理，再用來培養(yǎng)其他微生物時，就會因殘留的霉菌或致病菌造成培養(yǎng)箱污染，進而造成交叉污染，影響試驗結(jié)果的準(zhǔn)確性。因此，在日常試驗中應(yīng)盡量避免培養(yǎng)物溢灑，如果發(fā)生培養(yǎng)物溢灑，應(yīng)立即由專人對培養(yǎng)箱進行清理并消毒。如果溢灑物中含有破碎的玻璃，不得直接用手取走或棄置，應(yīng)用硬紙板和鑷子處理，將處理物置于耐扎的廢棄物容器中，然后用75%酒精擦拭儀器設(shè)備表面2 遍，作用3 min，最后對清潔工具進行消毒。

2.5 自然環(huán)境污染

培養(yǎng)箱應(yīng)放置在潔凈、干燥、通風(fēng)良好的自然環(huán)境中。若環(huán)境中空氣潔凈度太差容易滋生細(xì)菌、真菌、病毒，通過平皿底和蓋之間的間隙污染培養(yǎng)基，進而影響培養(yǎng)結(jié)果數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

3 微生物培養(yǎng)箱的選購與管理

3.1 微生物培養(yǎng)箱的選購

選購培養(yǎng)箱時，首先要求培養(yǎng)箱對溫濕度的控制精準(zhǔn)，其次要求培養(yǎng)箱能夠?qū)ε囵B(yǎng)箱內(nèi)的微生物污染進行有效防范，最好能夠定期消除污染。微生物培養(yǎng)箱的種類很多，在選購培養(yǎng)箱時可結(jié)合實際需要及實驗室條件，考慮以下因素，選購適合的培養(yǎng)箱。

3.1.1 微生物培養(yǎng)箱加熱方式

水套式加熱的優(yōu)點是當(dāng)遇到斷電的時候，系統(tǒng)可以較長時間保持培養(yǎng)箱內(nèi)的溫度準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，維持溫度恒定的時間是氣套式系統(tǒng)的3～4 倍，有利于試驗環(huán)境不太穩(wěn)定并需要長時間保持穩(wěn)定的培養(yǎng)條件。水套式加熱需要對水箱進行加水、清空和清洗，并要經(jīng)常監(jiān)控水箱運作的情況。氣套式加熱具有加熱快，溫度恢復(fù)比水套式培養(yǎng)箱迅速的特點，有利于短期培養(yǎng)以及需要箱門頻繁開關(guān)的培養(yǎng)。

3.1.2 微生物培養(yǎng)箱溫控系統(tǒng)和溫度均勻度

精確可靠的溫控系統(tǒng)是培養(yǎng)箱不可或缺的重要部分，應(yīng)選用有箱內(nèi)溫度控制、超溫報警控制和環(huán)境溫度監(jiān)控相互獨立的三重溫度控制功能的培養(yǎng)箱。溫控系統(tǒng)參數(shù)包括溫度波動度、溫度分辨率、溫度均勻度等，培養(yǎng)箱溫度均勻度與箱內(nèi)氣流循環(huán)方式有關(guān)，應(yīng)選用箱體內(nèi)配備了風(fēng)扇以及風(fēng)道的培養(yǎng)箱。

3.1.3 微生物培養(yǎng)箱控溫范圍

根據(jù)試驗需要的溫度，選擇溫度范圍合適的產(chǎn)品。生化培養(yǎng)箱控溫范圍有以下幾種：室溫5 ℃～60 ℃、0 ℃～60 ℃、4 ℃～60 ℃、5 ℃～50 ℃等。恒溫培養(yǎng)箱分為兩種，一種帶低溫培養(yǎng)箱即培養(yǎng)溫度在0 ℃～35 ℃，這種培養(yǎng)箱內(nèi)含制冷系統(tǒng)和加熱系統(tǒng)，價格相對較高，一般這種培養(yǎng)箱設(shè)置溫度在0 ℃～50 ℃之間恒定。另一種常溫培養(yǎng)箱即培養(yǎng)溫度大于室溫，這種培養(yǎng)箱一般設(shè)置溫度在室溫到65 ℃之間恒定。低溫培養(yǎng)箱的選擇比較簡單，即所需培養(yǎng)溫度低于環(huán)境溫度。

3.1.4 微生物培養(yǎng)箱相對濕度控制方面

盡量選擇濕度蒸發(fā)面積大的培養(yǎng)箱，濕度蒸發(fā)面積越大，越容易達到相對飽和濕度，并且開關(guān)門后的濕度恢復(fù)時間越短。

3.1.5 微生物培養(yǎng)箱消毒滅菌系統(tǒng)

培養(yǎng)箱的消毒滅菌系統(tǒng)，一般有以下幾種：紫外殺菌消毒、高溫消毒、HEPA 過濾器過濾培養(yǎng)箱內(nèi)空氣。紫外殺菌消毒能力與紫外燈距離目標(biāo)物距離的二次方成反比，距離越遠，消毒能力越差，所以紫外消毒方式有其局限性，難以達到徹底滅菌的要求；高溫消毒分為兩類，高溫干熱消毒和高溫濕熱滅菌，高溫濕熱由于蒸汽潛熱大，穿透力強，容易使蛋白質(zhì)變性或凝固，因此該法的滅菌效率比干熱滅菌法高；HEPA 過濾器能過濾培養(yǎng)箱內(nèi)空氣，過濾效率達99.97%，除去直徑0.3 μm 以上的顆粒。

3.1.6 微生物培養(yǎng)箱容積大小的問題

培養(yǎng)箱容積小了不夠用，大了占地方。培養(yǎng)箱的容積有50 L 以下的小型培養(yǎng)箱，適合培養(yǎng)量不大的實驗室使用，有400 L 以上的適合大型實驗室用，在這兩者之間的是實驗室常用的容量，需要根據(jù)實際情況來選擇容量。在選購前對所需培養(yǎng)箱容積的范圍最好有一個比較準(zhǔn)確的了解，在此基礎(chǔ)上預(yù)留一點空間，以保證不時之需。

3.1.7 微生物培養(yǎng)箱的材質(zhì)

市面上現(xiàn)有的內(nèi)膽材質(zhì)一般有鐵(鍍鋅材質(zhì))和不銹鋼兩種，鐵質(zhì)的比較輕一點便于運輸，而不銹鋼材料的耐用。304 不銹鋼內(nèi)膽是目前的主流，不銹鋼內(nèi)膽比傳統(tǒng)的冷軋鋼板更耐腐蝕、更耐用。如果內(nèi)膽是圓角結(jié)構(gòu)，易清洗，不留死角。

3.1.8 微生物培養(yǎng)箱選購的價格因素

配置較高的培養(yǎng)箱如密碼保護設(shè)置、高溫自動調(diào)節(jié)和警報裝置、自動校準(zhǔn)系統(tǒng)、LCD 顯示系統(tǒng)/數(shù)據(jù)輸出系統(tǒng)等便于適用，但集功能齊備、性能良好、方便適用于一身的培養(yǎng)箱價格較貴，可以根據(jù)自身的經(jīng)濟能力和主要培養(yǎng)用途進行選購，達到性價比最高。

3.2 微生物培養(yǎng)箱的使用、監(jiān)控和維護

培養(yǎng)箱在搬運、維修、保養(yǎng)時，最大傾斜應(yīng)度小于45°。培養(yǎng)箱要放置在陰涼、干燥、通風(fēng)良好、遠離熱源和日曬的地方。培養(yǎng)箱外殼應(yīng)可靠接地，放置平穩(wěn)，以防震動發(fā)生噪音。培養(yǎng)箱距墻壁的距離應(yīng)大于10 cm，箱體側(cè)面應(yīng)有5 cm 間隙，箱體頂部至少應(yīng)有30 cm 的空間以確保制冷系統(tǒng)散熱良好。使用設(shè)備前認(rèn)真檢查電源電壓與儀器要求是否相符。培養(yǎng)箱若使用三角插頭，插座應(yīng)妥善接地，確保培養(yǎng)箱地線與網(wǎng)電源的地線接觸可靠。箱內(nèi)培養(yǎng)物不應(yīng)放置太擠，以保證培養(yǎng)物受溫均勻。各層金屬孔架上放置物品不應(yīng)過重，以免將金屬孔架壓彎滑脫，打碎培養(yǎng)物。箱內(nèi)不應(yīng)放入過熱或過冷之物。取放物品時，應(yīng)隨手關(guān)閉箱門以維持恒溫。短時間內(nèi)不要頻繁開關(guān)機，避免壓縮機連續(xù)啟動。培養(yǎng)箱工作時，應(yīng)避免頻繁開門，以保持溫度穩(wěn)定，同時防止灰塵污物進入。停止使用，關(guān)閉總電源鍵及設(shè)備后部的電源開關(guān)。長期不使用該設(shè)備，應(yīng)拔掉電源插頭。培養(yǎng)箱制冷工作時，不宜使箱內(nèi)溫度與環(huán)境溫度之差大于25 ℃。

儀器在連續(xù)工作期間，每日觀察培養(yǎng)箱是否正常運行。每3 個月應(yīng)做一次定期檢查（期間核查），每年應(yīng)對儀器進行一次性能驗證。培養(yǎng)箱清潔消毒后，在培養(yǎng)箱內(nèi)放幾個空白培養(yǎng)皿，部分加蓋、部分不加蓋，考察加蓋對試驗結(jié)果有無影響，不加蓋的污染菌有多少。

清潔培養(yǎng)箱時，用浸泡酒精的紗布擦拭箱體內(nèi)壁進行消毒，然后用干紗布將酒精擦除干凈。如果是霉菌培養(yǎng)箱則需要用能消滅霉菌的消毒劑消毒或定期進行紫外滅菌處理，減少霉菌污染。請勿用酸/堿或其他腐蝕性溶液來擦拭外表面。培養(yǎng)箱監(jiān)控期間，若發(fā)現(xiàn)儀器加熱或制冷異常、突然停止工作等異常情況應(yīng)及時修理，同時做好維修記錄。