发酵工程第四章无菌空气的制备

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1、第四章无菌空气的制备本章内容第一节空气中的微生物和除菌方法第二节空气的过滤除菌原理和过滤介质第三节空气过滤除菌的工艺技术第一节空气中的微生物和除菌方法一、空气中的微生物种类及分布空气中常见的微生物种类有多种芽孢杆菌、变形杆菌、产气杆菌、酵母菌和病毒等。空气中微生物数量与环境有关，地区、季节、气候等都会影响。一般设计时以含量为103~104个／m3进行计算。空气中尘埃数（x/m3）与细菌数（y/m3）的关系：y=0.003x-2.6二、空气除菌的方法和要求发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含菌量降低在一

2、个极低的百分数，从而能控制发酵污染至极小机会。无菌空气的标准一般是99.99%空气灭菌的方法热灭菌法辐射灭菌法静电除菌法介质过滤除菌法1.热灭菌法不需要通过蒸汽或者加热载体加热，直接通过空气压缩之后的温度提升完成灭菌过程。空气压缩机200℃15.1s250℃5.1s300℃2.1s350℃1.05s原理：加热后微生物体内的蛋白质（酶）氧化变性不同温度下杀死空气中微生物所需时间2.辐射灭菌法α射线、X射线、β射线、γ射线、紫外线、超声波照射原理：破坏蛋白质，破坏生物活性物质辐射灭菌仅用于表面灭菌和有限空间灭菌。应用最广

3、泛的是紫外线灭菌，常与甲醛蒸汽一起结合进行灭菌。3.静电除菌法近年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。原理：静电引力吸附带电的粒子静电除尘灭菌器1-钢丝（电晕电极）；2-钢管（沉淀电极）；3-高压绝缘瓷瓶；4-钢板；5-空气入口；6-封头；7-钢板；8-法兰；9-空气出口。4.介质过滤除菌法让含菌空气通过定期灭菌的干燥过滤介质，以阻截空气中含有的微生物，从而获得无菌空气。原理：将介质填充到过滤器中，空气流过借助于惯性碰撞、阻截、扩散、静电等作用将尘埃微生物留在介质中，达

4、到除菌效果。过滤器有很多种，根据过滤方式和过滤介质的不同可以进行区分（填充床/膜）。第二节空气的过滤除菌原理和过滤介质一、空气过滤除菌的原理二、空气过滤除菌的介质三、介质过滤的效率四、影响过滤除菌效果的因素五、提高过滤除菌效率的措施一、空气过滤除菌的原理绝对过滤/相对过滤介质过滤：以大空隙的介质过滤层除去较小颗粒，这显然不是面积过滤（即不是绝对过滤），而是一种滞留现象（相对过滤）。这种滞留现象是由多种作用机制构成的，主要有惯性碰撞、阻截、布朗运动、重力沉降和静电吸引等。1.惯性冲击滞留作用微生物等颗粒随空气以一定速度

5、流动，在接近纤维时：气流：碰到纤维而受阻，空气就改变运动方向绕过纤维继续前进。微生物等颗粒：由于具有一定质量，在以一定速度运动时具有一定惯性，碰到纤维时，由于惯性作用而离开气流碰到纤维表面上，由于摩擦、粘附作用，被滞留在纤维表面上。2.拦截滞留作用微生物等颗粒随空气以一定速度流动，在接近纤维时：气流：速度在临界速度以下，颗粒不再由于惯性碰撞而滞留。颗粒：粒径小，质量轻，气流绕过纤维时仍随气流运动，在纤维周边形成一层边界滞留区，在滞留区内气流速度更慢，进入滞留区的颗粒缓慢接近纤维，并与之接触，由于摩擦、粘附作用而被滞留

6、。3.重力沉降作用再小的微粒也有重力当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就会沉降。对于小颗粒而言，只有在气流速度很慢时才起作用。一般它是与拦截滞留作用相配合的，即在纤维的边界滞留区内，微粒的沉降作用提高了拦截滞留的捕获效率。4.布朗扩散截留作用布朗运动：直径小于1m的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的直线运动。使较小的颗粒凝聚为较大颗粒，随即可能产生重力沉降或被过滤介质拦截截留；5.静电吸引作用许多微生物和孢子都带有电荷具有一定速度的气流通过介质滤层时，由于摩擦作用而产生诱导电荷当菌体所带电荷与介质电荷相

7、反时，即发生静电吸附作用一般认为惯性撞击截留、拦截截留和布朗运动截留的作用较大，重力和静电引力作用较小。二、空气过滤除菌的介质1.过滤介质的条件多孔性化学稳定性足够的机械强度，使用寿命长2.常用的过滤介质：4）超细玻璃纤维丝：利用高质量的无碱玻璃采用喷制法制成的1–1.5m的细丝；1）棉花：宜选用纤维细长、疏松的新棉花；2）活性炭：直径3mm,长5–10mm,圆柱状，有较大的表面积，通过物理吸附作用吸附微生物；3）玻璃纤维：直径8–19m；二、空气过滤除菌的介质5）纸类过滤介质：玻璃纤维纸，多层使用；6）微孔滤

8、膜类过滤介质：直径小于0.5m，甚至小于0.1m，能将空气中的细菌真正滤去，也是绝对过滤。常见过滤介质三、介质过滤效率滤层所滤去的微粒数与原有微粒数之比称为过滤效率，用表示，是衡量过滤设备过滤能力的指标。=N1－N2N1=1－N2N1=1－PN1—过滤前空气中的微粒含量（个）；N2—过滤后空气中微粒含量（个）；N2/N1—过滤后与过滤前