微生物培养箱的选购与管理

弓耀忠 王媛慧 马淑英 张莹玲 姚春孝 高璐瑶 秦耀伟 王佳佳

1（山西省食品质量安全监督检验研究院，山西太原 030012） 2（蒙牛乳业太原有限公司，山西太原 030000）

微生物培养箱在微生物培养过程中至关重要，其数量、质量、性能、精度等是否满足培养的要求，关系到实验室能否正常运行。GB 4789 系列标准对微生物培养温度的要求都比较高，一般精度为±1 ℃，有的甚至更高为±0.5 ℃。同时，在微生物培养过程中容易出现被污染的现象，这就要求用户在采购培养箱时，要充分了解其质量、性能、精度等，才能选购到最合适的培养箱。

1 微生物培养箱的结构、种类

微生物培养箱广泛应用于食品微生物、农业微生物、医学微生物等研究领域，已经成为上述领域实验室普遍使用的常规仪器之一，其原理是通过在培养箱箱体内模拟微生物在生物体内的生长环境来对微生物进行体外培养的一种装置。

1.1 微生物培养箱的结构

现代微生物培养箱大多为优质钢板制造的立式箱体，内门一般用钢化玻璃制成，内室放置用于承托培养物的不锈钢隔板，可方便移动，并可改变高度，工作室和玻璃门之间装有硅橡胶密封圈，箱体内部有冷、热气风道，箱内气体循环流畅、温度均匀，设有独立限温报警系统，超过限制温度即自动中断。霉菌培养箱一般由制冷系统、制热系统、紫外消毒系统、培养室、空气加湿器、控制电路和操作面板等部分组成，温度和湿度传感器用来维持培养室内温度和湿度的稳定。

1.2 微生物培养箱的分类

1.2.1 按加热方式分类

按加热方式可分为水套式和气套式。水套式是通过对外围包裹的液体层加热后再使内部受热，升温较慢，但能够在较长时间内维持内部的温度恒定。气套式是通过箱体气套层内的加热器对内箱体进行加热。

1.2.2 按控温方式分类

按控温方式可分为计算机智能控制式（程控式） 和自动恒温调节式（机械式），计算机智能控制式是培养箱的主流控温方式。计算机智能控制式大多采用微电脑PID 控制器作为控制单元，热敏元件为温度计，数字显示设定值和测定值，这样构成一个完整的控制系统。自动恒温调节式温控装置多用“金属片式”，即用一种热膨胀系数较大的金属片做成螺旋状，金属片一端固定在箱室内壁，另一端装可活动的触头，常温下两触头闭合。接通电源后箱室内温度升高，固定在此的金属片受热膨胀，弯曲度改变，使另一端的触点离开，切断电路，停止加热。温度下降，降至一定程度，螺旋金属片恢复原状，两触点接触，接通电路，开始加热，这样电路时通时断，保持箱内恒温。

1.2.3 按培养环境分类

按培养环境可分为普通培养箱、二氧化碳培养箱、三气/低氧培养箱和厌氧培养箱。

1.2.4 按培养目标物分类

按培养目标物可以分为霉菌培养箱、恒温培养箱、恒温恒湿培养箱、生化培养箱、恒温震荡培养箱。

1.2.5 按温度采集的自动化程度分类

按温度采集的自动化程度分类可以分为全自动温度采集培养箱、半自动温度采集培养箱、人工采集温度培养箱。

2 微生物培养的污染因素

2.1 风速与风向

一般培养箱在箱体内配备了风道和循环系统，合适的风速与风向利于培养箱温度的均一性，有利于培养物的正常生长。但是，当风速过大时，易造成培养基干裂，培养结果不准确。此外，GB 4789.15—2016《食品安全国家标准 食品微生物学检验霉菌和酵母计数》中要求培养皿正置培养，而GB 4789.15—2010《食品安全国家标准食品微生物学检验霉菌和酵母计数》中要求培养皿倒置培养，经过多次空白培养皿验证发现，同样的风速，当培养箱运行时的风向与培养皿盖的朝向相对时，空气中的灰尘、杂菌等容易对培养物造成污染，因此，培养箱运行时的风向最好与培养皿盖的朝向一致。

2.2 培养皿的密闭性

培养皿由平面圆盘底和盖组成，材质主要为塑料和玻璃。微生物实验室内所用的培养皿，通常直径90 mm，采用顶盖封装，平皿的底和盖之间有一定空间，且两者并非完全密闭，能满足需氧型微生物对氧气的需求，但是也增加了污染的可能性。尤其是不同厂家的培养皿由于成型工艺和参数不同，平皿的底和盖之间的间隙也不同，经试验验证，在同样的培养条件下，间隙大的比间隙小的污染概率大，污染程度深。此外平皿的底和盖之间间隙不同还会使培养皿内培养基水分蒸发多少不一，造成培养结果数据的不一致。

2.3 培养箱内湿度

水分是微生物生存和繁殖的主要条件之一。微生物细胞中含70%～85%的水分，而且必须在有水分的环境中生活。湿度对微生物生长的影响，是通过影响微生物细胞内水分活度（AW） 进而影响新陈代谢来影响其生长状况。

微生物生长有一个最适AW，当AW 降低时微生物生长减慢，降低到某一水平微生物停止生长。微生物发育时的最低AW 是变化的，各种霉腐微生物生长繁殖的最适湿度，因菌属不同而略有差异。一般来讲，细菌最敏感，其次是酵母和霉菌，即细菌生长所需的AW 比酵母高，而酵母生长所需AW比霉菌高。一般情况下AW＜0.90 时，细菌不能生长，AW＜0.87 时大多数酵母受到抑制，AW＜0.80时，大多数霉菌不能生长。降低湿度将使AW 降低并减慢微生物的生长速度。培养箱内湿度太高或太低容易造成培养基与培养箱之间湿度的失衡，如培养箱内湿度太高容易在培养皿上形成水珠，滴入培养基中使细菌蔓延生长而影响试验结果；若培养箱内湿度太低则会造成培养基中水分散失，影响培养基上细菌生长。由此可见，适宜的温度、湿度，有利于细菌或霉菌酵母的生长。

培养箱内湿度来源有：一是源于培养基中水分的散失；二是源于人工或培养箱湿度自动控制系统对湿度的调控；三是源于培养箱放置环境，而培养箱放置环境一般为洁净干燥通风良好的自然环境。

2.4 培养物溢洒

培养物溢洒指包含生物危险物质的液体或者固态物质意外地与包装材料分离的过程，一旦在培养箱中发生有生物学危害的物品溢出时，由于溢出物会有微生物生长繁殖，应立即对培养箱进行清理，要使用有效的消毒剂对培养箱的内壁及所有接触溢出物品的材料进行消毒或高压灭菌。如果培养过霉菌或其他致病菌的培养物发生溢洒未及时处理，再用来培养其他微生物时，就会因残留的霉菌或致病菌造成培养箱污染，进而造成交叉污染，影响试验结果的准确性。因此，在日常试验中应尽量避免培养物溢洒，如果发生培养物溢洒，应立即由专人对培养箱进行清理并消毒。如果溢洒物中含有破碎的玻璃，不得直接用手取走或弃置，应用硬纸板和镊子处理，将处理物置于耐扎的废弃物容器中，然后用75%酒精擦拭仪器设备表面2 遍，作用3 min，最后对清洁工具进行消毒。

2.5 自然环境污染

培养箱应放置在洁净、干燥、通风良好的自然环境中。若环境中空气洁净度太差容易滋生细菌、真菌、病毒，通过平皿底和盖之间的间隙污染培养基，进而影响培养结果数据的准确性。

3 微生物培养箱的选购与管理

3.1 微生物培养箱的选购

选购培养箱时，首先要求培养箱对温湿度的控制精准，其次要求培养箱能够对培养箱内的微生物污染进行有效防范，最好能够定期消除污染。微生物培养箱的种类很多，在选购培养箱时可结合实际需要及实验室条件，考虑以下因素，选购适合的培养箱。

3.1.1 微生物培养箱加热方式

水套式加热的优点是当遇到断电的时候，系统可以较长时间保持培养箱内的温度准确性和稳定性，维持温度恒定的时间是气套式系统的3～4 倍，有利于试验环境不太稳定并需要长时间保持稳定的培养条件。水套式加热需要对水箱进行加水、清空和清洗，并要经常监控水箱运作的情况。气套式加热具有加热快，温度恢复比水套式培养箱迅速的特点，有利于短期培养以及需要箱门频繁开关的培养。

3.1.2 微生物培养箱温控系统和温度均匀度

精确可靠的温控系统是培养箱不可或缺的重要部分，应选用有箱内温度控制、超温报警控制和环境温度监控相互独立的三重温度控制功能的培养箱。温控系统参数包括温度波动度、温度分辨率、温度均匀度等，培养箱温度均匀度与箱内气流循环方式有关，应选用箱体内配备了风扇以及风道的培养箱。

3.1.3 微生物培养箱控温范围

根据试验需要的温度，选择温度范围合适的产品。生化培养箱控温范围有以下几种：室温5 ℃～60 ℃、0 ℃～60 ℃、4 ℃～60 ℃、5 ℃～50 ℃等。恒温培养箱分为两种，一种带低温培养箱即培养温度在0 ℃～35 ℃，这种培养箱内含制冷系统和加热系统，价格相对较高，一般这种培养箱设置温度在0 ℃～50 ℃之间恒定。另一种常温培养箱即培养温度大于室温，这种培养箱一般设置温度在室温到65 ℃之间恒定。低温培养箱的选择比较简单，即所需培养温度低于环境温度。

3.1.4 微生物培养箱相对湿度控制方面

尽量选择湿度蒸发面积大的培养箱，湿度蒸发面积越大，越容易达到相对饱和湿度，并且开关门后的湿度恢复时间越短。

3.1.5 微生物培养箱消毒灭菌系统

培养箱的消毒灭菌系统，一般有以下几种：紫外杀菌消毒、高温消毒、HEPA 过滤器过滤培养箱内空气。紫外杀菌消毒能力与紫外灯距离目标物距离的二次方成反比，距离越远，消毒能力越差，所以紫外消毒方式有其局限性，难以达到彻底灭菌的要求；高温消毒分为两类，高温干热消毒和高温湿热灭菌，高温湿热由于蒸汽潜热大，穿透力强，容易使蛋白质变性或凝固，因此该法的灭菌效率比干热灭菌法高；HEPA 过滤器能过滤培养箱内空气，过滤效率达99.97%，除去直径0.3 μm 以上的颗粒。

3.1.6 微生物培养箱容积大小的问题

培养箱容积小了不够用，大了占地方。培养箱的容积有50 L 以下的小型培养箱，适合培养量不大的实验室使用，有400 L 以上的适合大型实验室用，在这两者之间的是实验室常用的容量，需要根据实际情况来选择容量。在选购前对所需培养箱容积的范围最好有一个比较准确的了解，在此基础上预留一点空间，以保证不时之需。

3.1.7 微生物培养箱的材质

市面上现有的内胆材质一般有铁(镀锌材质)和不锈钢两种，铁质的比较轻一点便于运输，而不锈钢材料的耐用。304 不锈钢内胆是目前的主流，不锈钢内胆比传统的冷轧钢板更耐腐蚀、更耐用。如果内胆是圆角结构，易清洗，不留死角。

3.1.8 微生物培养箱选购的价格因素

配置较高的培养箱如密码保护设置、高温自动调节和警报装置、自动校准系统、LCD 显示系统/数据输出系统等便于适用，但集功能齐备、性能良好、方便适用于一身的培养箱价格较贵，可以根据自身的经济能力和主要培养用途进行选购，达到性价比最高。

3.2 微生物培养箱的使用、监控和维护

培养箱在搬运、维修、保养时，最大倾斜应度小于45°。培养箱要放置在阴凉、干燥、通风良好、远离热源和日晒的地方。培养箱外壳应可靠接地，放置平稳，以防震动发生噪音。培养箱距墙壁的距离应大于10 cm，箱体侧面应有5 cm 间隙，箱体顶部至少应有30 cm 的空间以确保制冷系统散热良好。使用设备前认真检查电源电压与仪器要求是否相符。培养箱若使用三角插头，插座应妥善接地，确保培养箱地线与网电源的地线接触可靠。箱内培养物不应放置太挤，以保证培养物受温均匀。各层金属孔架上放置物品不应过重，以免将金属孔架压弯滑脱，打碎培养物。箱内不应放入过热或过冷之物。取放物品时，应随手关闭箱门以维持恒温。短时间内不要频繁开关机，避免压缩机连续启动。培养箱工作时，应避免频繁开门，以保持温度稳定，同时防止灰尘污物进入。停止使用，关闭总电源键及设备后部的电源开关。长期不使用该设备，应拔掉电源插头。培养箱制冷工作时，不宜使箱内温度与环境温度之差大于25 ℃。

仪器在连续工作期间，每日观察培养箱是否正常运行。每3 个月应做一次定期检查（期间核查），每年应对仪器进行一次性能验证。培养箱清洁消毒后，在培养箱内放几个空白培养皿，部分加盖、部分不加盖，考察加盖对试验结果有无影响，不加盖的污染菌有多少。

清洁培养箱时，用浸泡酒精的纱布擦拭箱体内壁进行消毒，然后用干纱布将酒精擦除干净。如果是霉菌培养箱则需要用能消灭霉菌的消毒剂消毒或定期进行紫外灭菌处理，减少霉菌污染。请勿用酸/碱或其他腐蚀性溶液来擦拭外表面。培养箱监控期间，若发现仪器加热或制冷异常、突然停止工作等异常情况应及时修理，同时做好维修记录。