1、项目三 空气除菌,发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含菌量降低在一个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会，此种空气称为“无菌空气”。 一般按染菌机率为10-3来计算，即1000次发酵周期所用的无菌空气只允许12次染菌。,无菌空气的概念,单元知识一 空气过滤除菌方法及除菌机理,无菌空气的质量标准,压缩空气的压强 空气流量 空气的温度 相对湿度 洁净度,空气除菌方法,辐射灭菌,加热灭菌,静电除菌,过滤除菌,射线、X射线、射线、射线、紫外线、超声波等从理论上讲都能破坏蛋白质，破坏生物活性物质，从而起到杀菌作用。 但应用较广泛的还是紫外线，它在波长为22653287A时杀菌效力最
2、强，通常用于无菌室和医院手术室。但杀菌效率较低，杀菌时间较长。 一般要结合甲醛蒸汽等来保证无菌室的无菌程度。,加热灭菌,加热灭菌,利用空气压缩机产生的压缩热进行空气灭菌的流程。空气进口温度为21，出口温度为187198 ，压力为0.7MPa。 压缩后的空气用管道或贮气罐保温一定时间以增加空气的受热时间，促使有机体死亡,液体过滤除菌 气体过滤除菌,深层过滤除菌是使气体通过经高温灭菌的介质过滤层,将气体中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而取得无菌空气的方法。通过过滤除菌处理的空气可达到无菌，并有足够的压力和适宜的温度以供好氧培养过程之用。该法是目前发酵工业上常使用的空气除菌方法。,介质过滤除菌,近年
3、来一些工厂已使用静电除尘器除去空气中的水雾、油雾和尘埃，同时也除去了空气中的微生物。 对1m的微粒去除率达99，消耗能量小，每处理1000m3的空气每小时只耗电0.40.8kW。空气的压力损失小。,静电除菌,静电防尘是利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘、除菌目的。 悬浮于空气中的微生物，其孢子大多带有不同的电荷，没有带电荷的微粒进入高压静电场时都会被电离变成带电微粒。 对于一些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，当产生的引力等于或小于气流对微粒的拖带力或微粒布朗扩散运动的动量时，则微粒就不能被吸附而沉降，所以静电除尘对很小的微粒效率较低。,静电除菌装置按其对菌体微粒的作用可分成电离区和捕集区。
4、 用静电除菌净化空气有如下优点： 阻力小，约1.01325104Pa 染菌率低，平均低于1015 除水、除油的效果好 耗电少,膜过滤 深层介质过滤,过滤除菌类型,微孔滤膜孔隙小于0.5m绝对过滤（：0.10.5m） 原理：利用微孔滤膜对空气进行过滤，大于这一孔径的微生物能绝对截留。 膜过滤器 ：聚四氟乙烯、偏聚二氟乙烯、聚丙烯、纤维素脂膜等 多用于实验室将细菌除去,绝对过滤,以纤维、颗粒状介质为过滤层（介质层厚），棉花、活性炭 以超细玻璃纤维等作为过滤介质（介质层薄），玻璃纤维,介质过滤,棉花：纤维直径20m，间隙约50m 玻璃纤维 活性炭 超细玻璃纤维纸 石棉滤板,深层过滤介质,烧结材料过滤
5、介质烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料 皱褶过滤膜介质醋酸纤维酯类、聚四氟乙烯、尼龙膜,新型过滤介质,深层过滤所用的过滤介质棉花的纤维直径一般为16 20m，填充系数为8时，棉花纤维所形成的孔隙为2050m 超细玻璃纤维滤板因纤维直径很小，为11.5m，湿法抄制紧密度较大，所形成的网格孔隙为0.55m。,惯性冲击作用 拦截作用 布朗扩散作用 重力沉降作用 静电吸附作用,过滤除菌机理,过滤器中的滤层交错着无数的纤维，好像层层的网格。 带有微生物的空气通过滤层时，无论顺纤维方向流动或是垂直于纤维方向流动，仅能从纤维的间隙通过。 由于纤维交错所阻挡，使空气要不断改变运动方向和速度才能通过滤层。,惯性冲击作
6、用,当气流通过滤层时，基于滤层纤维的层层阻碍，迫使空气在流动过程中出现无数次改变气速大小和方向的绕流运动，从而导致微生物微粒与滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗扩散、重力及静电引力等作用，从而把微生物微粒截留、捕集在纤维表面上，实现了过滤的目的。,当微粒随气流以一定速度垂直向纤维方向运动时，因障碍物的出现，空气流线由直线变成曲线。 沿空气流线运动的微粒由于惯性作用仍然继续以直线前进，与介质碰撞而被捕集。 这种捕集由于微粒直冲到纤维表面，因摩擦粘附，微粒就滞留在纤维表面上，这称为惯性冲击滞留作用。,惯性冲击作用是空气过滤器除菌的重要作用，其大小取决于颗粒的动能和纤维的阻力，也就是取决于气流的流速。
7、惯性力与气流流速成正比，当流速过低时，惯性捕集作用很小，甚至接近于零；当空气流速增至足够大时，惯性捕集则起主导作用。,气流速度降低到惯性捕集作用接近于零时，此时的气流速度为临界速度。 气流速度在临界速度以下时，微粒不能因惯性滞留于纤维上，捕集效率显著下降。 但实践证明，随着气流速度的继续下降，纤维对微粒的捕集效率又回升，说明有另一种机理在起作用，这就是拦截作用。,拦截作用,微生物微粒直径很小，质量很轻，它随低速气流流动慢慢靠近纤维时，微粒所在的主导气流流线受纤维所阻，从而改变流动方向，绕过纤维前进，而在纤维的周边形成一层边界滞流区。 滞流区的气流速度更慢，进到滞流区的微粒慢惕靠近和接触纤维而被
8、粘附滞留，称为拦截作用。,直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的运动，称为布朗扩散。 扩散运动的距离很短，在较大的气流速度和较大热纤维间隙中是不起作用的，但在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中，扩散作用大大增加了微粒与纤维的接触机会，从而被捕集。,扩散作用,微粒虽小，仍具有重力。当微粒重力超过空气作用于其上的浮力时，即发生一种沉降加速度。 当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就发生沉降现象。 就单一重力沉降而言，大颗粒比小颗粒作用显著，一般50m以上的颗粒沉降作用才显著。对于小颗粒只有气流速度很慢时才起作用。 重力沉降作用一般是与拦截作用相配合，即在纤维的边界滞留区内。微粒的沉降
9、作用提高了拦截捕集作用。,重力沉降作用,干空气对非导体的物质作相对摩擦运动时，会产生静电现象，如一些合成纤维。悬浮在空气中的微生物大多带有不同的电荷。 有人测定，约有75的孢子具有l60负电荷，15的孢子带有514正电荷，其余10则为中性，这些带电荷的微粒会被带相反电荷的介质所吸附。 此外，表面吸附也属这个范畴，如活性炭的大部分过滤效能应是表面吸附作用。,静电吸附作用,总的来说，当气流速度较大时(约大于0.1m/s)，惯性捕集是主要的。而流速较小时，扩散作用占优势。前者的除菌效率随气流速度增加而增加，后者则相反。可能是拦截作用占优势。,微孔滤膜过滤器 蔡氏过滤器 玻璃过滤器,单元技能一 过滤器
10、及过滤除菌,常见的过滤器,组装、灭菌将0.22m孔径的滤膜装入清洗干净的塑料滤器中，旋紧压平，包装灭菌后待用（0.1Mpa，121.5，灭菌20min）。 连接将灭菌滤器的入口在无菌条件下，以无菌操作方式连接于装有待滤溶液的注射器上，将针头与出口处连接并插入带橡皮塞的无菌试管中。,微孔滤膜过滤器过滤除菌,压滤将注射器中的待滤溶液加压缓缓挤入过滤到无菌试管中，滤毕，将针头拔出。压滤时用力要适当，不可太猛太快，以免细菌被挤压通过滤膜。 无菌检查无菌操作吸取除菌滤液0.1mL于肉汤蛋白胨平板上，均匀涂布，置37恒温培养箱培养24h，检查是否有杂菌生长。 清洗弃去塑料滤器上的微孔滤膜，将塑料滤器清洗干
11、净，并换上一张新的微孔滤膜，组装包扎，再经灭菌后使用。,供给发酵用的无菌空气，需要克服介质阻力、发酵液静压力和管道阻力，故一般使用空压机。 从大气中吸入的空气常带有灰尘、沙土、细菌等；在压缩过程中，又会污染润滑油或管道中的铁锈等杂质，在空气进入发酵罐前，必须先行冷却。 而冷却出来的油、水，又必须及时排出，严防带入空气过滤器中，否则会使过滤介质(如棉花等)受潮，失去除菌性能，空气在进入空气过滤器前，要先经除尘、除油、除水，再经空气过滤器除菌，制备净化空气送入发酵罐，供菌体生长与代谢的需要。,单元技能二 空气过滤除菌,两级冷却、分离、加热空气除菌流程,1、空气粗过滤器 2、空压机 3、储气罐 4、
12、一级空气冷却器 5、旋风分离器 6、二级空气冷却器 7、丝网除沫器 8、加热气 9、总空气过滤器,空气过滤除菌一般是把吸气口吸入的空气先进行压缩前过滤，然后进入空气压缩机。 从空气压缩机出来的空气(一般压力在0.2MPa以上，温度120160 )，先冷却至适当温度(2025 )除去油和水，再加热至3035 ，在整个工艺过程中，各种设备系围绕两个目的：一是提高压缩前空气的质量(洁净度)；另一个是去除压缩空气中所带的油和水。,目的,方法:可采用前置高效过滤空气除菌流程。 流程 高效过滤器空气压缩机储罐冷却器丝网分离器加热器过滤器,主要措施是提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的压缩前过滤 空气吸气口
13、、粗过滤器,提高压缩前空气的质量,吸入的空气在进入压缩机前先通过粗过滤器过滤，可以减少进入空气压缩机的灰尘和微生物，减少往复式空气压缩机活塞和气缸的磨损，减轻介质过滤除菌的负荷。 常用的粗过滤器有油浸铁丝网、泊浸铁环和泡沫塑料等。,粗过滤器,从空气压缩机出来的空气，温度120 (往复式压缩机)或150 (涡轮式压缩机)，其相对湿度大大降低。 在此高温下就进入空气过滤器过滤，可以减少压缩空气中夹带的水分，使过滤介质不致受潮，但是一般的过滤介质耐受不了这样高的温度。,去除压缩空气中所带的油和水,经压缩冷却后的湿空气一般要析出过饱和的水分，另外还有从压缩机中带出的油雾杂质，如将之直接通入过滤器，空气
14、中含有的油及水滴将污染过滤器中的介质。使过滤器很快失效或影响过滤效率。 所以压缩空气在进入过滤器之前，必须进行减湿除油处理。即要有一系列冷却、分离、加热的设备来保证空气的相对湿度在5060的条件下过滤。,压缩空气一般先通过冷却，降低温度，提高空气的相对湿度，使其达到饱和状态并处于露点以下，使其中的水分凝结为水滴或雾沫，从而将它们分离除去。冷却去水后，再将压缩空气加热，降低其相对湿度，使其未除去的水分不致凝结出来，然后进行过滤。,去除油、水的工艺过程所需设备,一级空气冷却器用30 左右的水，把从压缩机出来的120 或150 的空气冷却到4050 左右。,二级空气冷却器 用9 冷冻水或1518地下水，把4050 的空气冷却到2025 。冷却后的空气，其相对湿度提高到100%，由于温度处于露点以下，其中的油、水即凝结为油滴和水滴。,空气贮罐,用以沉降大的油滴和水滴及稳定压力,用以分离50m以上的液滴及部分较小的液滴。,旋风分离器,用以分离5m以上的液滴。使用丝网除沫器需控制好空气的流速，并不断去掉凝结下来的油水。 在空气压力为0.2Mpa（表压）的情况下，最佳的空气流速应为12ms(空床速度)，在此操作条件下可以去掉较小的雾滴。,丝网除沫器,
