發(fā)酵項目三：空氣除菌技術(shù)知識

1、發(fā)酵項目三：空氣除菌技術(shù)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來計算，即1000次發(fā)酵周期所用的無菌空氣只允許12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 潔凈度射線、X射線、射線、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22653287A時殺菌效力最強(qiáng)，通常用于無菌室和醫(yī)院手術(shù)室。但殺菌效率較低，殺菌時間較長。一

2、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，

3、同時也除去了空氣中的微生物。對1m的微粒去除率達(dá)99，消耗能量小，每處理1000m3的空氣每小時只耗電0.40.8kW。空氣的壓力損失小。靜電除菌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1.01325104Pa染菌率低，平均低于1015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0.5m絕對過濾（：0.10.5m）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驗室將細(xì)菌除去絕對過濾棉花：纖維直徑20m，間隙約50m玻璃纖維活性炭超

4、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 20m，填充系數(shù)為8時，棉花纖維所形成的孔隙為2050m超細(xì)玻璃纖維濾板因纖維直徑很小，為11.5m，濕法抄制緊密度較大，所形成的網(wǎng)格孔隙為0.55m。 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 當(dāng)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(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

5、物微粒截留、捕集在纖維表面上，實現(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，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，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，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，此時的氣流速度為臨界速度。氣流速度在臨界速度以下

6、時，微粒不能因慣性滯留于纖維上，捕集效率顯著下降。但實踐證明，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，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

7、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，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，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50m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(dǎo)體的物質(zhì)作相對摩擦運(yùn)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(fù)電荷，15的孢子帶有514正電荷，其余10則為

8、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(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(約大于0.1m/s)，慣性捕集是主要的。而流速較小時，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0.22m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

9、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(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

10、，必須先行冷卻。而冷卻出來的油、水，又必須及時排出，嚴(yán)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(jìn)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(jī) 3、儲氣罐 4、一級空氣冷卻器 5、旋風(fēng)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(jìn)行壓縮前過濾，然后進(jìn)入空氣壓縮機(jī)。從空氣壓縮機(jī)出來的空氣(一般壓力在0.2MPa以上，溫度120160 )，先冷卻至適當(dāng)溫

11、度(2025 )除去油和水，再加熱至3035 ， 在整個工藝過程中，各種設(shè)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(jī)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(qiáng)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(jìn)入壓縮機(jī)前先通過粗過濾器過濾，可以減少進(jìn)入空氣壓縮機(jī)的灰塵和微生物，減少往復(fù)式空氣壓縮機(jī)活塞和氣缸的磨損，減輕介質(zhì)過濾除菌的負(fù)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(jī)出來的空氣，溫度120

12、(往復(fù)式壓縮機(jī))或150 (渦輪式壓縮機(jī))，其相對濕度大大降低。在此高溫下就進(jìn)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(jī)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(jìn)入過濾器之前，必須進(jìn)行減濕除油處理。即要有一系列冷卻、分離、加熱的設(shè)備來保證空氣的相對濕度在5060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(dá)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(jìn)行過濾。去除油、水的工藝過程所需設(shè)備一級空氣冷卻器 用30 左右的水，把從壓縮機(jī)出來的120 或150 的空氣冷卻到4050 左右。二級空氣冷卻器用9 冷凍水或1518地下水，把4050 的空氣冷卻到2025 。