發(fā)酵3項(xiàng)目三：空氣除菌技術(shù)

項(xiàng)目三空氣除菌發(fā)酵工業(yè)應(yīng)用的“無菌空氣”是指通過除菌處理使空氣中含菌量降低在一個(gè)極低的百分?jǐn)?shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機(jī)會，此種空氣稱為“無菌空氣”。一般按染菌機(jī)率為10-3來計(jì)算，即1000次發(fā)酵周期所用的無菌空氣只允許1~2次染菌。無菌空氣的概念單元知識一空氣過濾除菌方法及除菌機(jī)理無菌空氣的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)壓縮空氣的壓強(qiáng)空氣流量空氣的溫度相對濕度潔凈度空氣除菌方法輻射滅菌加熱滅菌靜電除菌過濾除菌α射線、X射線、β射線、γ射線、紫外線、超聲波等從理論上講都能破壞蛋白質(zhì)，破壞生物活性物質(zhì)，從而起到殺菌作用。但應(yīng)用較廣泛的還是紫外線，它在波長為2265~3287A時(shí)殺菌效力最強(qiáng)，通常用于無菌室和醫(yī)院手術(shù)室。但殺菌效率較低，殺菌時(shí)間較長。一般要結(jié)合甲醛蒸汽等來保證無菌室的無菌程度。加熱滅菌加熱滅菌利用空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生的壓縮熱進(jìn)行空氣滅菌的流程?？諝膺M(jìn)口溫度為21℃，出口溫度為187~198℃

，壓力為0.7MPa。壓縮后的空氣用管道或貯氣罐保溫一定時(shí)間以增加空氣的受熱時(shí)間，促使有機(jī)體死亡液體過濾除菌氣體過濾除菌深層過濾除菌是使氣體通過經(jīng)高溫滅菌的介質(zhì)過濾層,將氣體中的微生物等顆粒阻截在介質(zhì)層中，而取得無菌空氣的方法。通過過濾除菌處理的空氣可達(dá)到無菌，并有足夠的壓力和適宜的溫度以供好氧培養(yǎng)過程之用。該法是目前發(fā)酵工業(yè)上常使用的空氣除菌方法。

介質(zhì)過濾除菌過濾介質(zhì)填充到過濾器中，空氣流過時(shí)借助慣性碰撞、阻截、擴(kuò)散、靜電吸附、沉降等作用將塵埃微生物截留在介質(zhì)中，達(dá)到除菌的目的。常用的過濾介質(zhì)有棉花、活性炭或玻璃纖維、有機(jī)合成纖維、有機(jī)和無機(jī)燒結(jié)材料等。介質(zhì)過濾除菌原理填充床過濾器近年來一些工廠已使用靜電除塵器除去空氣中的水霧、油霧和塵埃，同時(shí)也除去了空氣中的微生物。對1μm的微粒去除率達(dá)99％，消耗能量小，每處理1000m3的空氣每小時(shí)只耗電0.4~0.8kW?？諝獾膲毫p失小。靜電除菌靜電防塵是利用靜電引力來吸附帶電粒子而達(dá)到除塵、除菌目的。懸浮于空氣中的微生物，其孢子大多帶有不同的電荷，沒有帶電荷的微粒進(jìn)入高壓靜電場時(shí)都會被電離變成帶電微粒。對于一些直徑很小的微粒，它所帶的電荷很小，當(dāng)產(chǎn)生的引力等于或小于氣流對微粒的拖帶力或微粒布朗擴(kuò)散運(yùn)動的動量時(shí)，則微粒就不能被吸附而沉降，所以靜電除塵對很小的微粒效率較低。靜電除菌裝置按其對菌體微粒的作用可分成電離區(qū)和捕集區(qū)。用靜電除菌凈化空氣有如下優(yōu)點(diǎn)：阻力小，約1.01325×104Pa染菌率低，平均低于10~15％除水、除油的效果好耗電少膜過濾深層介質(zhì)過濾過濾除菌類型微孔濾膜孔隙小于0.5μm絕對過濾（φ：0.1～0.5μm）原理：利用微孔濾膜對空氣進(jìn)行過濾，大于這一孔徑的微生物能絕對截留。膜過濾器：聚四氟乙烯、偏聚二氟乙烯、聚丙烯、纖維素脂膜等多用于實(shí)驗(yàn)室將細(xì)菌除去絕對過濾以纖維、顆粒狀介質(zhì)為過濾層（介質(zhì)層厚），棉花、活性炭以超細(xì)玻璃纖維等作為過濾介質(zhì)（介質(zhì)層?。ＡЮw維介質(zhì)過濾棉花：纖維直徑20μm，間隙約50μm玻璃纖維活性炭超細(xì)玻璃纖維紙石棉濾板深層過濾介質(zhì)燒結(jié)材料過濾介質(zhì)燒結(jié)金屬、燒結(jié)陶瓷、燒結(jié)塑料皺褶過濾膜介質(zhì)醋酸纖維酯類、聚四氟乙烯、尼龍膜新型過濾介質(zhì)深層過濾所用的過濾介質(zhì)—棉花的纖維直徑一般為16~20μm，填充系數(shù)為8％時(shí)，棉花纖維所形成的孔隙為20~50μm超細(xì)玻璃纖維濾板因纖維直徑很小，為1~1.5μm，濕法抄制緊密度較大，所形成的網(wǎng)格孔隙為0.5~5μm。

慣性沖擊作用攔截作用布朗擴(kuò)散作用重力沉降作用靜電吸附作用過濾除菌機(jī)理過濾器中的濾層交錯(cuò)著無數(shù)的纖維，好像層層的網(wǎng)格。帶有微生物的空氣通過濾層時(shí)，無論順纖維方向流動或是垂直于纖維方向流動，僅能從纖維的間隙通過。由于纖維交錯(cuò)所阻擋，使空氣要不斷改變運(yùn)動方向和速度才能通過濾層。慣性沖擊作用當(dāng)氣流通過濾層時(shí)，基于濾層纖維的層層阻礙，迫使空氣在流動過程中出現(xiàn)無數(shù)次改變氣速大小和方向的繞流運(yùn)動，從而導(dǎo)致微生物微粒與濾層纖維間產(chǎn)生撞擊、攔截、布朗擴(kuò)散、重力及靜電引力等作用，從而把微生物微粒截留、捕集在纖維表面上，實(shí)現(xiàn)了過濾的目的。

當(dāng)微粒隨氣流以一定速度垂直向纖維方向運(yùn)動時(shí)，因障礙物的出現(xiàn)，空氣流線由直線變成曲線。沿空氣流線運(yùn)動的微粒由于慣性作用仍然繼續(xù)以直線前進(jìn)，與介質(zhì)碰撞而被捕集。這種捕集由于微粒直沖到纖維表面，因摩擦粘附，微粒就滯留在纖維表面上，這稱為慣性沖擊滯留作用。慣性沖擊作用是空氣過濾器除菌的重要作用，其大小取決于顆粒的動能和纖維的阻力，也就是取決于氣流的流速。慣性力與氣流流速成正比，當(dāng)流速過低時(shí)，慣性捕集作用很小，甚至接近于零；當(dāng)空氣流速增至足夠大時(shí)，慣性捕集則起主導(dǎo)作用。氣流速度降低到慣性捕集作用接近于零時(shí)，此時(shí)的氣流速度為臨界速度。氣流速度在臨界速度以下時(shí)，微粒不能因慣性滯留于纖維上，捕集效率顯著下降。但實(shí)踐證明，隨著氣流速度的繼續(xù)下降，纖維對微粒的捕集效率又回升，說明有另一種機(jī)理在起作用，這就是攔截作用。攔截作用微生物微粒直徑很小，質(zhì)量很輕，它隨低速氣流流動慢慢靠近纖維時(shí)，微粒所在的主導(dǎo)氣流流線受纖維所阻，從而改變流動方向，繞過纖維前進(jìn)，而在纖維的周邊形成一層邊界滯流區(qū)。滯流區(qū)的氣流速度更慢，進(jìn)到滯流區(qū)的微粒慢惕靠近和接觸纖維而被粘附滯留，稱為攔截作用。直徑很小的微粒在很慢的氣流中能產(chǎn)生一種不規(guī)則的運(yùn)動，稱為布朗擴(kuò)散。擴(kuò)散運(yùn)動的距離很短，在較大的氣流速度和較大熱纖維間隙中是不起作用的，但在很慢的氣流速度和較小的纖維間隙中，擴(kuò)散作用大大增加了微粒與纖維的接觸機(jī)會，從而被捕集。擴(kuò)散作用微粒雖小，仍具有重力。當(dāng)微粒重力超過空氣作用于其上的浮力時(shí)，即發(fā)生一種沉降加速度。當(dāng)微粒所受的重力大于氣流對它的拖帶力時(shí)，微粒就發(fā)生沉降現(xiàn)象。就單一重力沉降而言，大顆粒比小顆粒作用顯著，一般50μm以上的顆粒沉降作用才顯著。對于小顆粒只有氣流速度很慢時(shí)才起作用。重力沉降作用一般是與攔截作用相配合，即在纖維的邊界滯留區(qū)內(nèi)。微粒的沉降作用提高了攔截捕集作用。重力沉降作用干空氣對非導(dǎo)體的物質(zhì)作相對摩擦運(yùn)動時(shí)，會產(chǎn)生靜電現(xiàn)象，如一些合成纖維。懸浮在空氣中的微生物大多帶有不同的電荷。有人測定，約有75％的孢子具有l(wèi)~60負(fù)電荷，15％的孢子帶有5~14正電荷，其余10％則為中性，這些帶電荷的微粒會被帶相反電荷的介質(zhì)所吸附。此外，表面吸附也屬這個(gè)范疇，如活性炭的大部分過濾效能應(yīng)是表面吸附作用。靜電吸附作用總的來說，當(dāng)氣流速度較大時(shí)(約大于0.1m/s)，慣性捕集是主要的。而流速較小時(shí)，擴(kuò)散作用占優(yōu)勢。前者的除菌效率隨氣流速度增加而增加，后者則相反。可能是攔截作用占優(yōu)勢。微孔濾膜過濾器蔡氏過濾器玻璃過濾器單元技能一過濾器及過濾除菌常見的過濾器組裝、滅菌將0.22μm孔徑的濾膜裝入清洗干凈的塑料濾器中，旋緊壓平，包裝滅菌后待用（0.1Mpa，121.5℃，滅菌20min）。連接將滅菌濾器的入口在無菌條件下，以無菌操作方式連接于裝有待濾溶液的注射器上，將針頭與出口處連接并插入帶橡皮塞的無菌試管中。微孔濾膜過濾器過濾除菌壓濾將注射器中的待濾溶液加壓緩緩擠入過濾到無菌試管中，濾畢，將針頭拔出。壓濾時(shí)用力要適當(dāng)，不可太猛太快，以免細(xì)菌被擠壓通過濾膜。無菌檢查無菌操作吸取除菌濾液0.1mL于肉湯蛋白胨平板上，均勻涂布，置37℃恒溫培養(yǎng)箱培養(yǎng)24h，檢查是否有雜菌生長。清洗棄去塑料濾器上的微孔濾膜，將塑料濾器清洗干凈，并換上一張新的微孔濾膜，組裝包扎，再經(jīng)滅菌后使用。供給發(fā)酵用的無菌空氣，需要克服介質(zhì)阻力、發(fā)酵液靜壓力和管道阻力，故一般使用空壓機(jī)。從大氣中吸入的空氣常帶有灰塵、沙土、細(xì)菌等；在壓縮過程中，又會污染潤滑油或管道中的鐵銹等雜質(zhì)，在空氣進(jìn)入發(fā)酵罐前，必須先行冷卻。而冷卻出來的油、水，又必須及時(shí)排出，嚴(yán)防帶入空氣過濾器中，否則會使過濾介質(zhì)(