微生物工程发酵无菌空气的制备

需氧微生物发酵所需氧气起源于空气，且需长时间无间断供给，所以空气除菌非常主要。据统计，空气系统染菌占总染菌数20％，居第二位。需建立确保无菌、简化流程、节约能源空气除菌系统。微生物工程发酵无菌空气的制备第1页4.1无菌空气标准4.1.1空气中微生物分布规律①易附着于固体表面或液滴中，含菌量随环境不一样而有很大差异：潮湿南方多，干燥北方少；人口稠密处多，人口稀少处少；低空多，高空少选择良好取风位置与提升除菌系统效率一样主要。微生物工程发酵无菌空气的制备第2页4.1.1空气中微生物分布规律②城市普通含菌量：

103个/m3或104个/m3微生物工程发酵无菌空气的制备第3页③结论：因为空气中微生物是依附于尘埃、微粒及微细水滴上，故净化空气就是要除去悬浮于空气中尘埃和细微水滴，使之无菌。4.1.1空气中微生物分布规律微生物工程发酵无菌空气的制备第4页4.1.2发酵对空气无菌程度要求空气中微生物多是细菌孢子，以及酵母、霉菌和病毒，常见菌株大小见右表：菌株直径um长um产气杆菌1.0－1.51.0－2.5蜡状芽孢杆菌1.3－2.08.1－25.8地衣芽孢杆菌0.5－0.71.8－3.3变形杆菌0.5－1.01.0－3.0铜绿假单胞菌0.3－0.50.5－0.8流感杆菌0.3－0.50.5－1.0噬菌体0.020.04微生物工程发酵无菌空气的制备第5页故认为只要将0.3um以上微粒全部除掉，就可到达无菌;生物工业生产中对无菌空气无菌程度要求是：普通要求1000次使用周期中只允许有一个菌经过，即经过滤后空气无菌程度为N=10-3。微生物工程发酵无菌空气的制备第6页需注意：不一样发酵过程对空气除菌要求不一样：普通酵母发酵时，pH低，周期短，抗杂菌能力强，无菌要求低；细菌或细胞发酵时，周期长，本身抗感染能力弱，无菌要求高。微生物工程发酵无菌空气的制备第7页4.1.3空气含菌量测定光学法与培养法；粒子计数测定法；固定膜采样法；微生物工程发酵无菌空气的制备第8页4.2空气除菌方法显然用高热蒸汽来加热保温灭菌不现实惯用方法：过滤法其它方法：热杀法、射线法、静电除菌法。微生物工程发酵无菌空气的制备第9页4.2.1热杀法微生物加热后体内蛋白质（酶）氧化变性而死亡。原理：利用空气压缩时温度升高来实现，依据多变压缩公式：T1T2=P2P1m-1mm为多变指数，取1.2－1.3微生物工程发酵无菌空气的制备第10页热杀菌空气热灭菌流程示意图1-空气压缩机2-粗过滤器3-保温管4-贮气罐5-保温罐6-列管式冷却器7-涡轮压缩机8-预热器9-粗过滤器10-空气吸入塔微生物工程发酵无菌空气的制备第11页4.2.1热杀法优点：产生空气量大，热杀时间短，维持设备无须太庞大。不足：设备必须耐高压、高温，且需加大冷却器热负荷。所以从经济角度考虑，实际生产中较少采取。微生物工程发酵无菌空气的制备第12页4.2.2静电除尘法原理:在强度较大电场中，负极出现电晕现象，使附近中性分子电离为正负离子，并向两极运动。因负离子移动距离大，所以使固体和液体微粒向正极运动，而在正极沉淀。正极为沉淀极，负极为电晕极。微生物工程发酵无菌空气的制备第13页静电除菌电极钢丝钢管绝缘瓶钢板空气出口封头管板法兰空气进口静电除尘器装置图管式静电除菌器微生物工程发酵无菌空气的制备第14页4.2.2静电除尘法特点：除尘效率高（1um微尘去除率达99％以上）能量消耗少（处理1000m3只需0.4-0.8度电）空气阻力小不足：前期投入高、因使用高压电技术，故制造、安装复杂、维修要求严格。微生物工程发酵无菌空气的制备第15页4.3过滤除菌利用能定时灭菌过滤介质阻截流过空气中所含有微生物，从而取得无菌空气。当前生物工业生产中最惯用、适用空气除菌方法。微生物工程发酵无菌空气的制备第16页按过滤介质空隙大小，可分为绝对过滤介质和深层过滤介质。绝对过滤介质：空隙小于细菌和孢子，当空气经过时，微生物被阻留在介质一侧。深层过滤介质：孔隙大于微生物，为了到达除菌效果，必须含有一定厚度。微生物工程发酵无菌空气的制备第17页纤维介质深层过滤除菌原理气流经过滤层时基于滤层纤维层层妨碍，迫使气体在流动中出现无数次改变速度和方向绕流运动，而造成菌体微粒与滤层纤维间产生撞击、拦截、布朗扩散、重力沉降和静电引力作用，把微粒截留、捕集在纤维表面上，到达过滤目标。4.3过滤除菌微生物工程发酵无菌空气的制备第18页(c)扩散(b)拦截(a)惯性(d)重力(e)静电微生物工程发酵无菌空气的制备第19页

利用惯性、拦截和扩散作用除去颗粒或液滴纤维工作原理空气过滤空气微生物工程发酵无菌空气的制备第20页4.4过滤介质和过滤器结构微生物工程发酵无菌空气的制备第21页2.4.1惯用过滤介质4.4.1惯用过滤介质过滤介质是过滤除菌过程中关键，它直接影响除菌效果，动力消耗，设备尺寸以及运行可靠性。常见过滤介质有：棉花，超细玻璃纤维，各种合成纤维，微孔烧结材料和微孔超滤膜等。微生物工程发酵无菌空气的制备第22页2.4.1惯用过滤介质4.4.1惯用过滤介质棉花应选取长纤维并疏松新鲜棉花；标准：压紧后仍有弹性，长度适中（2-3cm），直径16-21um，实密度1520kg/m3，填充密度130-1501520kg/m3，填充率8.5-10%；为使填充均匀，可先制成棉垫。微生物工程发酵无菌空气的制备第23页2.4.1惯用过滤介质玻璃纤维8-19um无碱玻璃纤维，直径小，过滤效率好，不易吸水，压降小，耐高温，光滑，不易长菌。静电引力起主要作用；缺点：体积大，不易填充；换装时纤维有大量碎末；2.4.1惯用过滤介质玻璃纤维8-19um无碱玻璃纤维，直径小，过滤效率好，不易吸水，压降小，耐高温，光滑，不易长菌。静电引力起主要作用；缺点：体积大，不易填充；换装时纤维有大量碎末；微生物工程发酵无菌空气的制备第24页2.4.1惯用过滤介质活性炭吸附微生物能力远低于棉花，故其主要作用是位于两层棉花之间，使气流均匀再分布。2.4.1惯用过滤介质活性炭吸附微生物能力远低于棉花，故其主要作用是位于两层棉花之间，使气流均匀再分布。微生物工程发酵无菌空气的制备第25页2.4.1惯用过滤介质超细纤维玻璃纸直径1-2um，厚0.25-1mm无碱玻璃纤维纸。具很高过滤效率，较低过滤阻力，坚韧，抗湿；2.4.1惯用过滤介质超细纤维玻璃纸直径1-2um，厚0.25-1mm无碱玻璃纤维纸。具很高过滤效率，较低过滤阻力，坚韧，抗湿；2.4.1惯用过滤介质微生物工程发酵无菌空气的制备第26页优点：强度高、寿命长、耐高温，可逆洗再生、使用方便；不足：填充率高、流量小、压力降大、轻易阻塞，实际需要数目多，接点多，易造成泄露污染，极难彻底灭菌。优点：强度高、寿命长、耐高温，可逆洗再生、使用方便；不足：填充率高、流量小、压力降大、轻易阻塞，实际需要数目多，接点多，易造成泄露污染，极难彻底灭菌。微生物工程发酵无菌空气的制备第27页微孔聚合物：聚乙烯醇过滤板，将聚乙烯醇乙酰化，并涂敷耐热树脂制成；能高温灭菌，安装方便，微孔多、过滤效率高，压力降小。微孔聚合物：聚乙烯醇过滤板，将聚乙烯醇乙酰化，并涂敷耐热树脂制成；能高温灭菌，安装方便，微孔多、过滤效率高，压力降小。4.4.1惯用过滤介质微生物工程发酵无菌空气的制备第28页4.4.1惯用过滤介质石棉滤板用纤维短而直蓝石棉与纸浆纤维混合打浆而成。过滤效率较低；不易穿孔或折断，可耐受蒸汽重复灭菌，抗湿微生物工程发酵无菌空气的制备第29页4.4.1惯用过滤介质新型过滤介质用四氟乙烯经膨化而制成过滤介质；优点：过滤面积大、流量快、阻力小、体积小微生物工程发酵无菌空气的制备第30页4.4.2过滤器结构深层棉花过滤器普通为立式圆筒形，下方为进气口，上方出气口；介质安装次序：孔板、铁丝网、麻布、棉花、麻布、活性炭、麻布、棉花、麻布、铁丝网、孔板；深层纤维介质空气过滤器进气口压紧架出气口纤维介质换热夹套活性炭微生物工程发酵无菌空气的制备第31页使用注意事项：安装后用空气蒸汽吹一段时间，打开检验是否有松动，以补加。使用一段时间后必须灭菌，由上向下通入0.2-0.2MPa干燥蒸汽，约45min，然后用压缩空气吹干。微生物工程发酵无菌空气的制备第32页4.5无菌空气制备流程空气压缩后，温度不变，相对湿度会增加，易析出水滴，会对过滤介质造成影响，故空气压缩后应进行适当处理，使除油、降低湿度后再进入空气过滤器。普通使用冷却再加热法；微生物工程发酵无菌空气的制备第33页4.5无菌空气制备流程采风（高度）预过滤（去除＞5μm微粒）空气压缩0.6-0.8MPa空气储罐（稳定压力，沉降作用）冷却（去除水分）油水分离（利用离心力去除油滴、液滴）微生物工程发酵无菌空气的制备第34页除雾（填料式除雾器，捕集小液滴）加热（50℃，空气相对湿度60%）总过滤80-90%罐前除雾99%预过滤99.9999%除菌过滤（精过滤）微生物工程发酵无菌空气的制备第35页利用热空气加热冷空气除菌流程1-高空采风2-粗过滤器3-空压机4-热交换器5-冷却器6、7-旋风分离器8-空气总过滤器9-空气分过滤器微生物工程发酵无菌空气的制备第36页空气压缩冷却过滤流程1-粗过滤器2-空气压缩机3-贮罐4-冷却器5-过滤器微生物工程发酵无菌空气的制备第37页微生物工程发酵无菌空气的制备第38页2.5.3压缩空气预处理设备空气气口高度与位置：采取10m以上高度，远离废气排气口。2.5.3压缩空气预处理设备空气气口高度与位置：采取10m以上高度，远离废气排气口。微生物工程发酵无菌空气的制备第39页粗过滤器：在压缩机吸入口之前过滤器，捕集空气中较大灰尘以降低对压缩机磨损。阻力小，容尘量大。惯用粗过滤器有：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤和水雾除尘等。微生物工程发酵无菌空气的制备第40页空气压缩机：往复式空气压缩机由活塞在汽缸中往复运动，完成吸气、压缩、排气；气流不稳定、脉冲大、空气油含量高；微生物工程发酵无菌空气的制备第41页涡轮式压缩机电动机带动涡轮旋转，气体因为离心力向周围蜗壳通道运动，取得较高压强后排出，排气量大、占地小、压力稳定、不含油雾；但噪音过大。微生物工程发酵无菌空气的制备第42页螺杆式空压机当前较理想空压机，占地小，供气量大，油雾少或无油雾，噪音小。微生物工程发酵无菌空气的制备第43页冷却：空气压缩后温度上升，若直接通入空气过滤器，会损坏过滤介质，影响培养基温度及培养物生长；所以，必须冷却。冷却：空气压缩后温度上升，若直接通入空气过滤器，会损坏过滤介质，影响培养基温度及培养物生长；所以，必须冷却。4.5.1压缩空气预处理原理微生物工程发酵无菌空气的制备第44页空气贮罐

作用：消除压缩机排出空气量脉冲，维持稳定空气压力，同时也能够利用重力沉降作用分离部分油雾。安全阀压力表排气管人孔进气管微生物工程发酵无菌空气的制备第45页微生物工程发酵无菌空气的制备第46页空气换热设备惯用类型有：立式列管式热交换器、沉醉式热交换器、喷淋式热交换器和板翘式热交换器等。微生物工程发酵无菌空气的制备第47页析水设备－旋风分