發(fā)酵3項目三：空氣除菌技術課件

項目三空氣除菌發(fā)酵工業(yè)應用的“無菌空氣”是指通過除菌處理使空氣中含菌量降低在一個極低的百分數(shù)，從而能控制發(fā)酵污染至極小機會，此種空氣稱為“無菌空氣”。一般按染菌機率為10-3來計算，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理空氣除菌方法輻射滅菌加熱滅菌靜電除菌過濾除菌加熱滅菌利用空氣壓縮機產(chǎn)生的壓縮熱進行空氣滅菌的流程?？諝膺M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間以增加空氣的受熱時間，促使有機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，空氣流過時借助慣性碰撞、阻截、擴散、靜電吸附、沉降等作用將塵埃微生物截留在介質(zhì)中，達到除菌的目的。常用的過濾介質(zhì)有棉花、活性炭或玻璃纖維、有機合成纖維、有機和無機燒結(jié)材料等。介質(zhì)過濾除菌原理填充床過濾器靜電防塵是利用靜電引力來吸附帶電粒子而達到除塵、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入高壓靜電場時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散運動的動量時，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：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驗室將細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，棉花纖維所形成的孔隙為20~50μm超細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散作用重力沉降作用靜電吸附作用過濾除菌機理當氣流通過濾層時，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動，從而導致微生物微粒與濾層纖維間產(chǎn)生撞擊、攔截、布朗擴散、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，實現(xiàn)了過濾的目的。

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，當流速過低時，慣性捕集作用很小，甚至接近于零；當空氣流速增至足夠大時，慣性捕集則起主導作用。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，微粒所在的主導氣流流線受纖維所阻，從而改變流動方向，繞過纖維前進，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。微粒雖小，仍具有重力。當微粒重力超過空氣作用于其上的浮力時，即發(fā)生一種沉降加速度。當微粒所受的重力大于氣流對它的拖帶力時，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體的物質(zhì)作相對摩擦運動時，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，表面吸附也屬這個范疇，如活性炭的大部分過濾效能應是表面吸附作用。靜電吸附作用總的來說，當氣流速度較大時(約大于0.1m/s)，慣性捕集是主要的。而流速較小時，擴散作用占優(yōu)勢。前者的除菌效率隨氣流速度增加而增加，后者則相反?？赡苁菙r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。壓濾時用力要適當，不可太猛太快，以免細菌被擠壓通過濾膜。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。從大氣中吸入的空氣常帶有灰塵、沙土、細菌等；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，又必須及時排出，嚴防帶入空氣過濾器中，否則會使過濾介質(zhì)(如棉花等)受潮，失去除菌性能，空氣在進入空氣過濾器前，要先經(jīng)除塵、除油、除水，再經(jīng)空氣過濾器除菌，制備凈化空氣送入發(fā)酵罐，供菌體生長與代謝的需要。單元技能二空氣過濾除菌

兩級冷卻、分離、加熱空氣除菌流程1、空氣粗過濾器2、空壓機3、儲氣罐4、一級空氣冷卻器5、旋風分離器6、二級空氣冷卻器7、絲網(wǎng)除沫器8、加熱氣9、總空氣過濾器空氣過濾除菌一般是把吸氣口吸入的空氣先進行壓縮前過濾，然后進入空氣壓縮機。從空氣壓縮機出來的空氣(一般壓力在0.2MPa以上，溫度120~160℃)，先冷卻至適當溫度(20~25℃)除去油和水，再加熱至30~35℃，在整個工藝過程中，各種設備系圍繞兩個目的：一是提高壓縮前空氣的質(zhì)量(潔凈度)；另一個是去除壓縮空氣中所帶的油和水。目的方法:

可采用前置高效過濾空氣除菌流程。流程

高效過濾器→空氣壓縮機→儲罐→冷卻器→絲網(wǎng)分離器→加熱器→過濾器主要措施是提高空氣吸氣口的位置和加強吸入空氣的壓縮前過濾空氣吸氣口、粗過濾器提高壓縮前空氣的質(zhì)量吸入的空氣在進入壓縮機前先通過粗過濾器過濾，可以減少進入空氣壓縮機的灰塵和微生物，減少往復式空氣壓縮機活塞和氣缸的磨損，減輕介質(zhì)過濾除菌的負荷。常用的粗過濾器有油浸鐵絲網(wǎng)、泊浸鐵環(huán)和泡沫塑料等。粗過濾器從空氣壓縮機出來的空氣，溫度120℃(往復式壓縮機)或150℃(渦輪式壓縮機)，其相對濕度大大降低。在此高溫下就進入空氣過濾器過濾，可以減少壓縮空氣中夾帶的水分，使過濾介質(zhì)不致受潮，但是一般的過濾介質(zhì)耐受不了這樣高的溫度。去除壓縮空氣中所帶的油和水經(jīng)壓縮冷卻后的濕空氣一般要析出過飽和的水分，另外還有從壓縮機中帶出的油霧雜質(zhì)，如將之直接通入過濾器，空氣中含有的油及水滴將污染過濾器中的介質(zhì)。使過濾器很快失效或影響過濾效率。所以壓縮空氣在進入過濾器之前，必須進行減濕除油處理。即要有一系列冷卻、分離、加熱的設備來保證空氣的相對濕度在50～60％的條件下過濾。壓縮空氣一般先通過冷卻，降低溫度，提高空氣的相對濕度，使其達到飽和狀態(tài)并處于露點以下，使其中的水分凝結(jié)為水滴或霧沫，從而將它們分離除去。冷卻去水后，再將壓縮空氣加熱，降低其相對濕度，使其未除去的水分不致凝結(jié)出來，然后進行過濾。去除油、水的工藝過程所需設備一級空氣冷卻器用30℃左右的水，把從壓縮機出來的120℃或150℃的空氣冷卻到40~50℃左右。二級空氣冷卻器用9℃冷凍水或15~18℃地下水，把40~50℃的空氣冷卻到20~25℃。冷卻后的空氣，其相對濕度提高到100