无菌空气的制备 1

1、 制作人：程亮 无菌空气的制备 耗氧微生物在繁殖培养过程中都需要氧气，通耗氧微生物在繁殖培养过程中都需要氧气，通 常以常以空气作为氧源空气作为氧源。但空气中含各种各样的微生。但空气中含各种各样的微生 物，会随着空气进入车间中，在适宜的条件下，物，会随着空气进入车间中，在适宜的条件下， 大量繁殖，消耗营养物质，产生代谢产物，干扰大量繁殖，消耗营养物质，产生代谢产物，干扰 甚至破坏车间的正常运行，使工作效率降低，产甚至破坏车间的正常运行，使工作效率降低，产 量下降，甚至造成车间生产失败等。量下降，甚至造成车间生产失败等。 因此空气的除菌成为车间工作的一个重要环节。因此空气的除菌成为车间工作的一个重

2、要环节。 医药工业应用的“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”。 一 空气中的微生物种类及分布 空气中微生物的含量和种类，随地区、季节和空空气中微生物的含量和种类，随地区、季节和空 气中灰尘粒子多少，以及人们的活动情况而异气中灰尘粒子多少，以及人们的活动情况而异: 含量：含量：1)北方气候干燥，寒冷，空气中的含菌量较少；北方气候干燥，寒冷，空气中的含菌量较少； 南方温暖、湿润，空气中的含菌量较多；南方温暖、湿润，空气中的含菌量较多； 2)离地面越高，含菌量越少；离地面越高，含菌量越少； 3)一般每升高一般每

3、升高10米，空气中的含菌量就降低一个数量米，空气中的含菌量就降低一个数量 级；级； 4)城市的空气中含菌量较多，农村的空气中含菌量 较少。 就种类而言，空气中的微生物种类以细菌、细菌 芽胞和霉菌孢子较多，也有酵母、霉菌和病毒。 微生物大小不一，一般附着在空气中的灰尘上或 雾滴上。 各地空气中所悬浮的微生物种类及比例各不相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，一般设计时以含同，数量也随条件的变化而异，一般设计时以含 量为量为10-310-4个个/m3进行计算。进行计算。 无菌要求：在发酵过程中不因空气染菌而造成损失。无菌要求：在发酵过程中不因空气染菌而造成损失。

4、一般要求一般要求1000次使用周期中只允许有一个菌通次使用周期中只允许有一个菌通 过过，即经除菌后空气的，即经除菌后空气的无菌程度为无菌程度为N=10-3。 空气含菌量测定 难以准确测定，一般采用培养法和光学法。 目前我国采用Y-091型粒子计数器，是利用微 粒对光线散射作用来测量粒子大小和数量的。总 菌数的测定；重叠细菌则难以测准。 空气除菌就是除去或杀灭空气中的微生物。空气除菌就是除去或杀灭空气中的微生物。 破环生物体活性的方法较多，如破环生物体活性的方法较多，如辐射杀菌辐射杀菌、加加 热杀菌热杀菌、化学药物化学药物杀菌，都是将杀菌，都是将有机体蛋白质变性有机体蛋白质变性 而破坏其活力。而

5、而破坏其活力。而静电吸附静电吸附和和介质过滤介质过滤的方法是把的方法是把 微生物的粒子用微生物的粒子用分离方法分离方法除去。除去。 空气的除菌方法空气的除菌方法 医药工作所需的无菌空气要求高，用量大，故选医药工作所需的无菌空气要求高，用量大，故选 择运行可靠、操作方便、设备简单、节省材料和减择运行可靠、操作方便、设备简单、节省材料和减 少动力消耗的有效除菌方法。少动力消耗的有效除菌方法。 理论上，理论上，声能声能、高能阴极射线高能阴极射线、X射线射线、射线射线、 射线射线、紫外线紫外线等都能破坏蛋白质活性而起杀菌作用。等都能破坏蛋白质活性而起杀菌作用。 但具体的杀菌机理研究比较少，了解得较多的

6、是紫外但具体的杀菌机理研究比较少，了解得较多的是紫外 线杀菌，紫外线波长为线杀菌，紫外线波长为2537-2650 时杀菌效力最强，时杀菌效力最强， 它的它的杀菌力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成杀菌力与紫外线的强度成正比，与距离的平方成 反比反比。 紫外线通常用于紫外线通常用于无菌室无菌室、医院手术室医院手术室等空气对流等空气对流 不大的环境下杀菌。但杀菌效率较低，杀菌时间较长，不大的环境下杀菌。但杀菌效率较低，杀菌时间较长， 一般要结合一般要结合甲醛蒸汽甲醛蒸汽消毒或消毒或苯酚喷雾苯酚喷雾等来保证无菌室等来保证无菌室 较高的无菌程度。较高的无菌程度。 1. 辐射杀菌辐射杀菌 热杀菌是有效

7、的、可靠的杀菌方法，但是如果采用热杀菌是有效的、可靠的杀菌方法，但是如果采用 蒸汽或电热来加热大量的空气，以达到杀菌目的，则蒸汽或电热来加热大量的空气，以达到杀菌目的，则 需要消耗大量的能源和增设大量的换热设备，这是不需要消耗大量的能源和增设大量的换热设备，这是不 经济的。经济的。 2热杀菌热杀菌 空气进口温度为21，空 气 的 出 口 温 度 为 1 8 7 - 198，压力为0.7MPa。 从压缩机出口到空气贮罐 段管道加保温层进行保温， 使空气达到高温后保持一 段时间，保证微生物死亡。 图图4-1为利用空气压缩时放出的热量进行保温杀菌为利用空气压缩时放出的热量进行保温杀菌 常用于常用于洁

8、净工作台、洁净工作室洁净工作台、洁净工作室所需无菌无尘所需无菌无尘 空气的空气的第一次除尘第一次除尘，配合高效过滤器使用。，配合高效过滤器使用。 3静电除菌静电除菌 原理原理:利用静电引力吸附带电粒子而达到除菌除尘利用静电引力吸附带电粒子而达到除菌除尘 的目的。悬浮于空气中的微生物、微生物孢子大的目的。悬浮于空气中的微生物、微生物孢子大 多带有不同的电荷多带有不同的电荷,没有带电荷的微粒在进入高压没有带电荷的微粒在进入高压 静电场时都会被电离变成带电微粒。静电场时都会被电离变成带电微粒。 但对于一些直径很小的微粒，它所带的电荷很小，但对于一些直径很小的微粒，它所带的电荷很小， 当产生的引力等于

9、或小于气流对微粒的拖带力或微当产生的引力等于或小于气流对微粒的拖带力或微 粒布朗扩散运动的动量时，则微粒就不能被吸附而粒布朗扩散运动的动量时，则微粒就不能被吸附而 沉降，所以静电除尘对很小的微粒效率较低。沉降，所以静电除尘对很小的微粒效率较低。 是目前发酵工业中经济实用的空气除菌方法，是目前发酵工业中经济实用的空气除菌方法， 是采用定期灭菌的介质来阻截流过空气所含的微生是采用定期灭菌的介质来阻截流过空气所含的微生 物，而取得无菌空气的物，而取得无菌空气的。 常用的过滤介质有棉花、活性炭或玻璃纤维、常用的过滤介质有棉花、活性炭或玻璃纤维、 有机合成纤维、有机、无机和金属烧结材料等。有机合成纤维、

10、有机、无机和金属烧结材料等。 4过滤除菌法过滤除菌法 当过滤介质孔隙小于或大大小于被过滤的微粒当过滤介质孔隙小于或大大小于被过滤的微粒 直径时，通常称为直径时，通常称为绝对过滤（膜过滤）绝对过滤（膜过滤）。 膜过滤：膜过滤：是利用微孔滤膜，其空隙小于是利用微孔滤膜，其空隙小于0.5m，甚至小于，甚至小于0.1m。 空气的过滤除菌原理和过滤介质 空气过滤除菌的原理 深层过滤：以棉花棉花、玻璃纤维、活性炭活性炭为过滤介质。 介质间空隙大于微生物，如棉花纤维直径介质间空隙大于微生物，如棉花纤维直径16-2016-20 m m， 充填系数为充填系数为8%8%时，所形成的网格空隙为时，所形成的网格空隙为

11、20-50 20-50 m m。 介质过滤是以大空隙的介质过滤层除去较小颗粒，介质过滤是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），而是一这显然不是面积过滤（即不是绝对过滤），而是一 种滞留现象。这种滞留现象是由多种作用机制构成种滞留现象。这种滞留现象是由多种作用机制构成 的，主要有的，主要有惯性碰撞、阻截、布朗运动、重力 沉降和静电吸引等。等。 1）惯性冲击滞留作用 当微生物等颗粒随空气以一定速度流动，在接近纤当微生物等颗粒随空气以一定速度流动，在接近纤 维时，气流碰到纤维而受阻，空气就维时，气流碰到纤维而受阻，空气就 改变运动方向绕改变运动方向绕 过纤维继续前

12、进。但微生物等颗粒由于具有一定质量，过纤维继续前进。但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、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。粘附作用，被滞留在纤维表面上。 这种现象称作这种现象称作 惯性冲击滞留作用 介质除菌原理介质除菌原理 2）拦截滞留作用 当气流速度在临界速度以下，颗粒不再由于惯性碰撞当气流速度在临界速度以下，颗粒不再由于惯性碰撞 而滞留。但是，而滞留。但是，颗粒质量很小颗粒质量很小，在气流绕过纤维时，在气流绕过

13、纤维时， 颗粒仍然随气流运动，在颗粒仍然随气流运动，在气流速度低气流速度低时，在纤维周边时，在纤维周边 形成一层边界滞留区，在滞流区内气流速度更慢，进形成一层边界滞留区，在滞流区内气流速度更慢，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。这就是擦、粘附作用而被滞留。这就是阻截（拦截）滞留 作用 介质除菌原理介质除菌原理 3）布朗运动 直径小于直径小于1 1 m m的微粒在很慢的气流中能产的微粒在很慢的气流中能产 生一种不规则的直线运动，即生一种不规则的直线运动，即布朗运动。 使较小的颗粒凝聚为较大颗粒，随即可能使较小的

14、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截留；产生重力沉降或被过滤介质截留； 气流速度大时，凝聚现象为惯性碰撞所气流速度大时，凝聚现象为惯性碰撞所 取代取代 介质除菌原理介质除菌原理 4）重力沉降作用 再小的微粒也有重力；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。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对于小颗粒而言，只有在气流速度很慢时才起作 用。用。 一般它是与拦截作用相配合的，即在纤维的边界一般它是与拦截作用相配合的，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滞留

15、区内，微粒的沉降作用提高了拦截滞留的捕获 效率。效率。 介质除菌原理介质除菌原理 5）静电吸引作用 许多微生物和孢子都带有电荷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反时，即发当菌体所带电荷与介质电荷相反时，即发 生静电吸附作用生静电吸附作用 介质除菌原理介质除菌原理 提高过滤除菌效率的措施 1、减少进口空气的含菌量 2、设计和安装合理的空气过滤器，选用除菌效率高的过滤 介质 3、设计合理的空气预处理设备，以除去油、水杂质 4、降低空气的相对湿度，避免过滤介质潮湿 空气过滤除菌的工艺技术 一、对空气的要求一、对空气的要求 无菌、干燥、有一定的温度，一定