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第四章无菌空气的制备

生物科学与技术学院侯典海

本章内容

1、空气中微生物的分布和发酵工业对空气无菌程度的要求

2、空气除菌的方法

3、介质过滤除菌的机理

4、介质过滤除菌的工艺

5、介质过滤除菌的设备

1、无菌空气的概念

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”。

1、空气中微生物的分布和发酵工业对空气无菌程度的要求

2、空气中微生物的分布

空气中的含菌量随环境不同而有很大差异：

各地空气中所悬浮的微生物种类及比例各不相同，数量也随条件的变化而异，一般设计时以含量为103-104个／m3进行计算。

3、发酵对空气无菌程度的要求

各种不同的发酵过程，对空气无菌程度的要求也不同。影响因素是比较复杂的，需要根据具体情况而订出具体的工艺要求。

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1-2次染菌。

1、空气中微生物的分布和发酵工业对空气无菌程度的要求

4、空气含菌量的测定

培养法：微生物学中已介绍过。

撞击培养法:一定体积得空气喷向培养基，培养、计数

光学法：用粒子计数器通过微粒对光线的散射作用来测量粒子的大小和含量。

2、空气除菌的方法

4

辐射灭菌

加热灭菌

静电除菌

介质过滤

2、空气除菌的方法

1

1、原理

α射线、X射线、γ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。

2、应用范围

通常用于无菌室和医院手术室。

3、缺点

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。

辐射灭菌

2、空气除菌的方法

2

加热灭菌

1、利用压缩热进行空气灭菌的流程图

空气进口温度为21℃，出口温度为187-198℃，压力为0.7MPa。

3

静电除菌

1、原理

利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘、除菌的目的。

2、空气除菌的方法

2、优点

阻力小，约1.01325×104Pa

染菌率低，平均低于10-15％

除水、除油的效果好

耗电少

3、缺点

设备庞大、一次性投资较大、捕集率尚嫌不够，需要采取其它措施。

2、空气除菌的方法

4

介质过滤

过滤除菌：利用有孔介质从气体中除去微生物的方法。

空气过滤器的功能：是从气体中去除污染物（微生物）以使达到所需的气体的无菌程度。

发酵工程中广泛应用的无菌空气制备技术；

普遍采用膜过滤器。

2、空气除菌的方法

4

介质过滤

过滤器经常被认为是一种简单的网或筛子，过滤/分离是在一个平面上进行的。

实际上，空气过滤器的滤材具有深度。“弯曲通道”的结果对于污染物的去除起到了辅助作用。

2、空气除菌的方法

本章内容

1、空气中微生物的分布和发酵工业对空气无菌程度的要求

2、空气除菌的方法

3、介质过滤除菌的机理

4、介质过滤除菌的工艺

5、介质过滤除菌的设备

3、介质过滤除菌的机理

3.1.过滤机理

1)直接拦截

2)惯性撞击

3)扩散拦截

3、介质过滤除菌的机理

1)、直接拦截

流体中的基本过滤机制；

本质是一种筛分效应，机械拦截颗粒；

例如：一种简单的筛网可以拦截尺寸大于其孔径的颗粒；

绝对截留-颗粒被捕获在滤材纤维之间形成的孔中

3、介质过滤除菌的机理

1)、直接拦截

当颗粒大于流道孔径时即被该结构去除。

容污能力可以用弯曲结构提高筛网作用。

3、介质过滤除菌的机理

1)、直接拦截

通过搭桥作用，尺寸小于滤孔的颗粒也可被拦截

不规则形状的颗粒/方向性；

多个颗粒同时撞击到同一个滤孔。

不规则形状的搭桥

3、介质过滤除菌的机理

1)、直接拦截

拦截在过滤器表面的颗粒堆积成颗粒层。

当过滤器表面完全被一个厚的颗粒层所覆盖时，所谓的“滤饼”即已形成了。

滤饼颗粒间的孔隙亦如同一种过滤器，对细颗粒的拦截效率通常由此而提高。

滤饼

3、介质过滤除菌的机理

2)、惯性撞击

尺寸小于滤材孔径的颗粒的辅助拦截方式。

流体携带的颗粒由于质量和线速度而具有直线运动的惯性。

颗粒离开流体主流而撞击到滤材上。

当流体改变运动方向时，惯性使颗粒撞击到滤材表面并由于吸附力而停留。

3、介质过滤除菌的机理

2)、惯性撞击

当流经过滤介质时流体必须沿弯曲通道行进。

这将增加过滤机制的有效性。

停留的颗粒减小了滤孔孔径

3、介质过滤除菌的机理

2)、惯性撞击

颗粒被机械拦截或被吸附拦截。

在气体中比在液体中更有效。

对大于0.5-1.0微米的颗粒很有效。

3、介质过滤除菌的机理

3)、扩散拦截

气体分子(作随机运动)碰撞小颗粒或雾滴

布朗运动(Brownianmotion)碰撞的结果，

增加了颗粒碰撞