无菌空气的制备
无菌空气制备工艺流程介绍
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发酵无菌空气过滤机理
发酵无菌空气过滤机理摘要：无菌空气除菌的方法及机理。
关键词：无菌空气过滤机理过滤设备一、空气除菌的方法1. 加热灭菌法加热灭菌是有效、可靠的一种灭菌方法，虽然细菌芽孢有耐热性，但在高温时218°C时24秒内可被破坏、被杀死。
但采用蒸汽或用电来加热大量的空气，以达到灭菌目的，则需要消耗大量的能源和增加大量的热交换设备，这是不经济的。
2. 辐射灭菌法理论上声波、高能阴极射线、X射线、丫射线、B射线和紫外线都可用于空气灭菌，其灭菌的机理认为是破坏微生物菌体内的蛋白质活性而起作用，但设备投资较高，因此在发酵工业中还很少采用。
现主要采用紫外线用于无菌室、医院手术室等空气对流不大的环境，但杀菌效率较低，杀菌时间较长，一般需要结合甲醛蒸汽消毒或苯酚喷雾等来保证无菌室有较高的无菌度。
3. 化学灭菌法把少量杀菌剂（如苯酚、环氧乙烷、重金属盐、新洁而灭等）溶于水中，使空气在杀菌剂溶液中通过或喷洒于空气中以消灭空气中的微生物。
但杀菌后空气带入的杀菌剂对发酵罐内生长的微生物同样具有杀灭或抑制作用，从而影响发酵效果。
因此，使用化学灭菌法生产无菌空气后，必须除去夹带杀菌剂的水汽和雾，故在发酵工业上少用。
4、静电除菌法特点是：能量消耗少，处理1000m3的空气只耗电0.4-0.8kW;空气压头损失小约为400-2000Pa；对于1卩m的尘粒捕集效率可达99%以上。
缺点是：设备较庞大，对小于1卩m微粒效率不是很明显。
活性而起作用，但设备投资较高，因此在发酵工业中还很少采用。
5、过滤除菌法介质过滤除菌是发酵制备无菌空气广泛采用。
是采用定期灭菌的过滤介质来阻截流过空气所含的微生物，从而取得无菌空气。
现主要采用紫外线用于无菌室、医院手术室等空气对流不大的环境，但杀菌效率较低，杀菌时间较长，一般需要结合甲醛蒸汽消毒或苯酚喷雾等来保证无菌室有较高的无菌度。
常用的过滤介质：棉花、活性碳、玻璃纤维、有机合成纤维、石棉滤板和其他烧结材料（烧结金属、烧结陶瓷、烧结塑料等）。
无菌空气的制备-专题知识
无菌空气的制备 专题知识
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第三节 空气净化流程
空气净化普通是吸气口吸入空气先经过压缩前过滤，然后进入空气压 缩机。从空压机出来空气（普通压力在1.96×105Pa以上，温度120150℃），先冷却到适当温度（20-25℃）除去油和水，再加热到30-35 ℃ ， 最终经过总过滤器和分过滤器除菌，从而取得洁净度、压力、温度和流量 都符合要求无菌空气。
无菌空气的制备 专题知识
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• 空气经空压机压缩后压力会升高，同时温度也会升高， 再后续过程中会产生冷凝水，水分一旦进入过滤器会 堵塞过滤介质，增大空气压力损失，严重话还会浸润 介质而破坏过滤效果；空气在压缩过程中可能夹带空 压机润滑油烟雾，油雾会降低空气给热系数，给空气 冷却造成困难，另外也会和冷凝水一样浸润介质破坏 过滤效果
利用空气压缩时所产生热量进行灭菌原理对制备大量无菌空 气含有尤其主要意义。
在实际应用时，对培养装置与空气压缩机相对位置，连接压 缩机与培养装置管道灭菌以及管道长度等问题都必须加以仔细 考虑。
无菌空气的制备 专题知识
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2、辐射灭菌
a-射线、 b-射线、X-射线、g-射线和紫外线等理论 上能破坏蛋白质等生物活性物质，从而起到杀菌作 用。
• 该法广泛应用，是取得大量无菌空气常规方法， 在生产中使用最多。
无菌空气的制备 专题知识
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第二节 空气深层过滤除菌原理和介质
1、空气过滤除菌原理
① 布朗扩散截留作用 ② 拦截截留作用 ③ 惯性撞击截留作用 ④ 重力沉降作用 ⑤ 静电吸引作用
无菌空气的制备 专题知识
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在过滤除菌中，有时极难分辨上述各种机理各自所作贡 献大小。 伴随参数改变，各种作用之间有着复杂关系，当前还未 能作准确理论计算。 普通认为惯性撞击截留、拦截截留和布朗运动截留作用 较大，而重力和静电引力作用则很小。
无菌空气的制备
3、布朗扩散作用
• 直径很小的微粒在流速很小的气流中能产生一种不规则的
直线运动，称为布朗扩散
• 布朗扩散除菌作用在较大的气速或较大的纤维间隙中是不
• 0.1—常数，其量纲为μ m。
3、空气含菌量的测定
• 培养法
– 平皿落菌法（沉降－平板法）
– 撞击法（有缝隙采样器、筛板采样器和针孔采样器）
– 过滤法
• 光学法
– 粒子计数器 • 利用微粒对光线散射作用来测量粒子的大小和 含量。
• 测量时使试样空气以一定速度通过检测区，仪
器内的聚光透镜将光源来的光线聚成强烈光束 射入测检区，在测检区内，空气试样受到光线 强烈照射，空气中的微粒把光线散射出去，由 聚光透镜将散射光聚集投入光电倍增管，将光
维、有机和无机烧结材料等。由于被过滤的气溶胶中微生
物的粒子很小，一般只有0.5~2μ m，而过滤介质的材料 一般孔径都大于微粒直径几倍到几十倍，因此过滤机理比 较复杂。 • 随着工业的发展，过滤介质逐渐由天然材料棉花过渡到玻
璃纤维、超细玻璃纤维和石棉板、烧结材料(烧结金属、
烧结陶瓷、烧结塑料)、微孔超滤膜等。而且过滤器的形 式也在不断发生变化，出现了一些新的形式和新的结构， 把发酵工业中的染菌控制在极小的范围。
的蒙乃尔合金板(钛锰合金)。
• 特点：强度高，不须经常更换，使用寿命长，能耐受高 温反复杀菌，且受潮后影响不大，不易损坏，使用方便， 故对空气前处理除水除油要求不很严格，但价格贵。
6）新型介质
• 膜过滤器主要有聚丙烯过滤器作为预过滤器，聚四氟乙
烯（PTFE）膜和聚偏氟乙烯（PVDF）膜作为终过滤器， 膜孔径0.1-0.22um，对细菌做到绝对过滤。 • 如微孔直径小于菌体粒子的所谓绝对过滤。如德国 Sartorius公司生产的Sartofluor GA滤芯就是一种代表
发酵工程 4 发酵工业无菌技术
不 同 产 品
放线菌由于生长的最适pH为7左右，因 此染细菌为多，而霉菌生长pH为5左右， 因此染酵母菌为多。 青霉素发酵染菌，绝大多数杂菌都能直 接产生青霉素酶，而另一些杂菌则可被 青霉素诱导而产生青霉素酶。不论在发 酵前期、中期或后期，染有能产生青霉 素酶的杂菌，都能使青霉素迅速破坏。
不 同 产 品
4
思考题
发酵工业的无菌技术
1、发酵工业中污染杂菌的危害及其预防措施
2、灭菌、消毒、除菌与防腐 3、灭菌的常用方法及其机理 4、湿热灭菌的理论计算 5、空气灭菌的常用方法
6、简述好氧发酵无菌空气制备的工艺流程与
要求。
什么是染菌？
发酵过程中除了生产菌以外，还有其它菌生长
繁殖。
一、发酵工业的无菌处理
由于化学试剂也会与培养基中的一些成分作用，而 且加入培养基后不易去除，它不能用于培养基的灭
菌，但染菌后的培养基可用化学药剂处理。
2．辐射灭菌：
（4）发酵后期染菌
发酵后期发酵液内已积累大量的产物，
特别是抗生素，对杂菌有一定的抑制或杀
灭能力。因此如果染菌不多，对生产影响
不大。如果染菌严重，又破坏性较大，可 以提前放罐。
4、杂菌污染对发酵产物提取和产品质量的影响
1）发酵染菌对过滤的影响
染菌的发酵液一般发粘，菌体大多数自溶，
所以在发酵液过滤时不能或很难形成滤饼，导
链霉素、四环素、红霉素、卡那霉素等虽不 象青霉素发酵染菌那样一无所得，但也会造成 不同程度的危害。如杂菌大量消耗营养干扰生 产菌的正常代谢；改变pH，降低产量。 灰黄霉素、制霉菌素、克念菌素等抗生素抑 制霉菌，对细菌几乎没有抑制和杀灭作用。
对疫苗生产危害很大。现在疫苗多采用深层 培养，这是一类不加提纯而直接使用的产品， 在其深层培养过程中，一旦污染杂菌，不论死 菌、活菌或内外毒素，都应全部废弃。因此， 发酵罐容积越大，污染杂菌后的损失也越大。
标准无菌空气制备流程各环节的作用
标准无菌空气制备流程各环节的作用英文回答：The standard aseptic air preparation process consists of several steps, each with its own purpose and role. Here, I will explain each step and provide examples to illustrate their importance.1. Filtration: This is the initial step where the air is passed through a high-efficiency particulate air (HEPA) filter to remove any particles or contaminants. The HEPA filter is designed to trap particles as small as 0.3 micrometers, ensuring that the air is clean and free from any potential sources of contamination. For example, in a pharmaceutical manufacturing facility, the air used in the cleanroom is filtered to remove dust, bacteria, and other contaminants that could compromise the quality of the products being produced.2. Sterilization: After filtration, the air issubjected to a sterilization process to eliminate any remaining microorganisms. This is typically achieved through the use of ultraviolet (UV) radiation or heat. UV radiation damages the DNA of microorganisms, rendering them unable to reproduce and causing their death. Heat sterilization, on the other hand, involves exposing the air to high temperatures to kill any microorganisms present. For instance, in a hospital operating room, the air is sterilized to reduce the risk of surgical site infections and ensure a sterile environment for the surgical team.3. Pressurization: Once the air has been filtered and sterilized, it is pressurized to create a positive pressure environment. This helps to prevent the entry of contaminants from outside the controlled area. For example, in a cleanroom used for semiconductor manufacturing, the positive pressure prevents outside air from entering and contaminating the sensitive electronic components being produced.4. Monitoring: Throughout the process, the quality of the aseptic air is continuously monitored to ensure that itmeets the required standards. This is done by regularly sampling the air and testing it for the presence of microorganisms or other contaminants. If any deviations from the acceptable limits are detected, corrective actions can be taken to maintain the integrity of the aseptic environment. For instance, in a biotechnology laboratory, air samples may be collected and analyzed to ensure that the environment is free from any microbial contamination that could affect the experiments being conducted.In summary, the various steps in the standard aseptic air preparation process work together to ensure that theair used in controlled environments is clean, sterile, and free from any potential sources of contamination.Filtration removes particles and contaminants,sterilization eliminates microorganisms, pressurization prevents the entry of outside contaminants, and monitoring ensures the ongoing quality of the aseptic air.中文回答：标准无菌空气制备流程包括几个环节，每个环节都有其特定的作用和角色。
课用第五章_发酵工程的灭菌与空气除菌
6、物理法
① 干热灭菌法 ：灼烧灭菌法；玻璃器皿、金属器材和其他耐高温的物品 在干热灭菌器中，于160℃下保存1h。有纸或棉塞者灭菌不能超过170℃。
②射线灭ห้องสมุดไป่ตู้法：利用紫外线、高能电磁波或放射性物质产生的γ射线进行 灭菌的方法，波长范围在200～275nm的紫外线具有杀菌作用，杀菌作用 最强的范围是250 ～270nm，波长为253.7nm的紫外线杀菌作用最强。在 紫外灯下直接暴露，一般繁殖型微生物约3 ～5min，芽孢约10min即可 杀灭。但其穿透力较差，一般只适于接种室、超净工作台、无菌培养室 及物质表面杀菌。不同微生物对紫外线的抵抗力不同，对杆菌杀灭力强， 对球菌次之，对酵母菌、霉菌等较弱，因此常与化学灭菌结合使用。 ③ 过滤除菌：使用适当的过滤材料或介质对液体或气体进行过滤，出去微 生物的方法。主要适用于：热敏感物质（生长因子、抗生素、培养基） 的灭菌和发酵用无菌空气的制备。
臭氧灭菌在药品生产中具有广泛的用途。 ①对管道容器的灭菌；
②与HVAC相结合，利用中央空调净化系统对洁净 区的灭菌；
③对原辅助材料和工作器具的灭菌； ④对密闭空间的灭菌； ⑤对药厂用水的灭菌处理。
3、辐射灭菌
辐射灭菌是利用高能量的电磁辐射和微粒辐射来杀灭 微生物。 α射线、X射线、β射线、γ射线、紫外线、超 声波等从理论上讲都能破坏蛋白质，破坏生物活性物 质，从而起到杀菌作用。 X射线、γ射线，波长0.1~1.4Å，含有极高的能量，使 菌体内的水和有机物产生强烈的离子化反应，产生自 由基，进一步与氧作用，产生一些具强氧化性的过氧 化物，如HO2 、H2O2，使细胞内某些蛋白质和酶发生 变化，阻碍微生物的代谢活动而导致菌体损伤或迅速 死亡。 X射线的穿透力极强，但不经济，并且向四面八方辐射， 不适于发酵生产使用。
无菌空气制备
第六章空气除菌的工艺及设备在发酵工业中，绝大多数是利用好气性微生物进行纯种培养，空气则是微生物生长和代谢必不可少的条件。
但空气中含有各种各样的微生物，这些微生物随着空气进入培养液，在适宜的条件下，它们会迅速大量繁殖，消耗大量的营养物质并产生各种代谢产物；干扰甚至破坏预定发酵的正常进行，使发酵产率下降，甚至彻底失败。
因此，无菌空气的制备就成为发酵工程中的一个重要环节。
空气净化的方法很多，但各种方法的除菌效果、设备条件和经济指标各不相同。
实际生产中所需的除菌程度根据发酵工艺要求而定，、既要避免染茵，又要尽量简化除菌流程，以减少设备投资和正常运转的动力消耗。
本章将讨论合理选择除菌方法，决定除菌流程以及选用和设计满足生产需要的除菌设备等。
第一节空气中微生物的分布和发酵工业对空气无菌程度的要求一、无菌空气的概念发酵工业应用的“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”。
二、空气中微生物的分布通常微生物在固体或液体培养基中繁殖后，很多细小而轻的菌体、芽孢或孢子会随水分的蒸发、物料的转移被气流带入空气中或粘附于灰尘上随风飘浮，所以空气中的含菌量随环境不同而有很大差异。
一般干燥寒冷的北方空气中的含菌量较少，而潮湿温暖的南方则含菌量较多；人口稠密的城市比人口少的农村含菌量多；地面又比高空的空气含菌量多。
因此，研究空气中的含菌情况，选择良好的采风位置和提高空气系统的除菌效率是保证正常生产的重要内容。
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，一般设计时以含量为103~104个／m3进行计算。
三、发酵对空气无菌程度的要求各种不同的发酵过程，由于所用菌种的生长能力、生长速度、产物性质、发酵周期、基质成分及pH值的差异，对空气无菌程度的要求也不同。
如酵母培养过程，其培养基以糖源为主，能利用无机氮，要求的pH值较低，一般细菌较难繁殖，而酵母的繁殖速度又较快，能抵抗少量的杂菌影响，因此对无菌空气的要求不如氨基酸、抗生素发酵那样严格。
灭菌及无菌空气的制备
温度 （℃）
120 115 110 100
孢子数 （个/mL) pH6.1
10000
8
10000
25
10000
70
10000
740
灭菌时间（min）
pH5.3
pH5.0
pH4.7
7
5
3
25
12
13
65
35
30
720
180
150
pH4.5
3 13 24 150
影响灭菌效果的因素
升温
4、冷却保压：把培养基降低到接种的温度
分批灭菌过程包括：升温、保温和冷 却等三个阶段。各阶段对灭菌的贡献： 20%、75%、5%。应当避免长时间的 升温加热阶段，因为加热时间过长， 不仅破坏营养物质，而且也有可能引 起培养液中某些有害物质的生成，从 而影响培养过程的顺利进行。
0
80 120 160
分批灭菌的时间计算
若不计升温阶段所杀灭的菌数，把培养基中所有的菌均看成在保 温阶段被杀死，可粗略计算灭菌所需时间。
例：发酵罐内装40m3培养基，在温度121℃下进行实罐灭菌。原 污染程度为每毫升2×105感染耐热细菌芽孢， 121℃时灭菌速率常数 为-1，求灭菌失败概率为时所需要的灭菌时间。
解：N0=40 ×106 × 2×105（个） Nt（个）
连续灭菌时间的计算：
连续灭菌的时间的计算，含菌数应改为每毫升培养基的含菌数。
例：发酵罐内装40m3培养基，在温度131℃下进行连续灭菌。 原污染程度为每毫升2×105感染耐热细菌芽孢， 131℃时灭菌速 率常数为15min-1，求所需要的灭菌时间。
解：c0= 2×105（个/ml） ct=1 /40 ×106 ×103 =2.5 ×10-11 （个/ml） k=15min-1
发酵工程 第4章 无菌空气的制备
空气流速大时，惯性冲击就起主导作用。
3、拦截滞留作用
气流速度降到临界速度以下，微粒不能因惯性 碰撞而滞留于纤维上，捕集效率下降。
乙烯醇、聚四氟乙烯等为介质
一、过滤除菌的原理
常见的悬浮于空气中的微生物直径在0.5-2微米 之间，深层过滤所用的过滤介质-棉花的纤维直 径约为20微米，棉花纤维所形成网格的孔隙为 20-50微米。
微粒随气流通过滤层时，滤层纤维所形成的网 格阻碍气流前进，使气流出现无数次改变运动 速度和运动方向，绕过纤维前进，这些改变引 起微粒以对滤层纤维产生布朗扩散、惯性冲击、 拦截、重力沉降、静电吸引等作用大多带有不同 的电荷，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。
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 而沉降所以静电除菌对很小的微粒效率很低。
一般只能作为初步除菌。
本节小结
空气除菌即除去或杀灭空气中的微生物。
灭菌方法： 1、介质过滤除菌法 2、加热灭菌 3、静电除菌 4、辐射灭菌等
第2节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
过滤除菌是发酵工业中广泛使用的空气除菌法。
按除菌的机制不同分为： 绝对过滤和深层介质过滤
绝对过滤：
采用很细小的纤维介质制成，介质空隙小于0.5μm， 多限于实验室使用。
第一篇 工业微生物和发酵工业原料
Why？
第四章 无菌空气的制备How？
第一节 空气中的微生物和除菌方法
第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
第三节 空气过滤除菌的工艺技术
第1节 空气中的微生物和除菌方法
发酵工业生产菌株大多数为好氧菌。 工业生产上均采用空气作为氧气来源。 然而，空气中有各种各样的微生物，为保
微生物发酵制药技术-无菌空气的制备
（三）空气压缩机 供给发酵用的无菌空气需要克服过滤介质的阻力， 管道、弯头的阻力和发酵液的液柱压力，同时，还要 维持 发酵罐正压，因此在生产中通过压缩机将空气压 力提高到3.5~4.0公斤（表压）。图为压缩机平面图：
（四）空气贮罐
（五）空气冷却器
常用的类型有：立式列管 式热交换器、 沉浸式热交换器 、 喷淋式热交换器等等。 目前采 用的冷却器多为列管式换热器。 热空气中夹带的油、 水蒸汽经 冷凝，由器底的油水排出阀排 除。
（六）气液分离器
气液分离器是将空气中被冷凝成雾状的水 雾和油雾粒子除去的设备。 1、旋风分离器 是利用气流从切线方向进入容 器时在容器内形成旋转运动时 产生的离心力场来分离重度较 大的微粒，10μm以上的微粒。 特点：结构简单、制造方便。
总的要求
直径不要太大： 进口气流速度要适当。
旋风分离器
2、丝网分离器 是利用各种填料如焦 炭、瓷环、金属丝网、 塑料丝网等的惯性拦截 作用分离空气中的水雾 和油雾。 可分离小至5μm的微粒
除滤介质 • 1）棉花
• 2）玻璃纤维
• 3）活性炭
• 4）超细玻璃纤维纸
• 5）石棉滤板
• 第三节 无菌空气的制备过程 • 一、制备工艺： • 两级冷却，加热除菌流程：1-粗过滤器 2-压缩机 3-贮罐 4， 6-冷却器 5-旋风分离器 7-丝网分离器 8-加热器 9-过滤器 这个流程的特点是，空气经过两次冷却，两次油水分离， 再适当加热后再过滤。两次冷却和分离的好处是能够提高 传热系数，节约冷却用水，油水的分离比较完全。经过冷 凝器4第一次冷却后，大部分油、水被冷凝成雾滴，而且 雾滴达，浓度高，从而适宜用旋风分离器分离。第二次冷 凝下来的雾滴小而少，要用丝网分离器才能捕集。冷却可 采用地下水或冰水，第一次冷却到35℃以下，第二级冷却 到20℃左右。这样除去油、水后，空气的湿度仍为100%， 再通过加热的办法，使之降到50%左右再进行过滤除菌。 通常加热到35℃即可达到目的。
无菌空气的制备医学知识
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
对数穿透定律：
空气通过滤层，其微粒数随着滤层的厚度逐渐 降低，即：
dN KN dL
ln N2 KL N1
N2
过滤介质 N1
L
N－滤层中空气的微粒浓度，个/m3. L– 过滤介质的厚度，m。 dN/dL-----单位滤层除去的微粒数，个/m3. K---过滤常数
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
对数穿透定律公式揭示了深层介质过滤除
菌时进入滤层的空气微粒浓度与穿过滤层的微
粒浓度之比的对数是滤层厚度的函数。
常数K值与多个因素有关，如纤维种类、纤
维直径、填充密度、空气流速、空气中微粒的
直径等，通常可选择特定的条件通过实验方法
求得。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
如果气速过大η又会下降，可能是已扑集的微粒又被卷起
的原因。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
2.空气除菌效率（衡量过滤设备的过滤效能的指标）：
滤层所滤去的微粒与原来微粒数的比值。
N1N2 1N2
N1
N1
N1 — _过滤前空气的微粒数；
N2 — 过滤后空气的微粒数
2.穿透率
' N2
N1
影响过滤效率的因素很多：微粒的大小、过滤介 质的种类和规格、介质的填充密度、过滤介质厚 度及所通过的空气气流速度有关。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
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气速与除菌效率的关系：
当气流速度较小时，除菌 资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
效率随气流速度的增加而降低，扩散起主要作用；当气流
速度中等时，可能截流起主要作用；当气流速度较大时，
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如用棉花、玻璃纤维和颗粒活性炭填充的过滤器。
5
一、空气过滤除菌的原理
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），而是一种滞留（截留）现象。这种 滞留现象是由多种作用机制构成的，主要有惯性碰撞、拦截、布朗 运动、重力沉降和静电吸引等。
4、介质过滤 ◇ 使空气通过能透过空气的多孔介质（如棉花、活性 炭、烧结玻璃、超细纤维丝等）将空气所携带的尘、 菌截阻 ◇ 这是目前发酵工业中最广泛使用的方法
4
第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
一、空气过滤除菌的原理
1.过滤除菌的种类 绝对过滤：过滤介质的滤孔小于细胞和孢子。
如聚乙烯醇缩甲醛树脂（PVF）制成的0.3 m的微孔滤膜。
本章内容
一、空气中的微生物和除菌方法 二、空气的过滤除菌原理和过滤介质 三、空气过滤除菌的工艺技术
1
第一节 空气中的微生物和除菌方法
无菌空气的标准----百分数：99.99％ 美国联邦宇航局等级标准： 100级（直径小于0.5微米粒子数少于3.5个/L） 温度：25 ℃—40℃ 湿度：30%—45%
2
（一）无菌空气获得方法
1、辐射灭菌：利用Uv、X-ray、超声波杀菌 目前尚不能用于大量无菌空气的制备；一般用于静止空
间的灭菌。 2、热灭菌法
电热（218℃，24s, 效果可达99.9999%）， 目前大量处理空气技术上还有困难
3
3、静电除尘、除菌 此法效果仅达99. 9%, 不符合发酵用气要求， 并需高压电 （一般用于超静台）
高空取气管
21
2.空气压缩和压缩空气的冷却
（1）空气压缩：克服输送过程中过滤介质的阻力并维持 一定的气流速度。
（2）压缩后空气温度显著上升，需冷却。 （3）不利影响：
压缩后的高温空气能引起过滤介质的炭化或燃烧 增大发酵罐的降温负荷 增加培养液水分的蒸发
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3. 压缩空气的除油除水
冷却降温后的空气湿度增大，会使过滤介质受潮失
大小：
应和空压机的 排气量相配套
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空气冷却器
冷却器类型： 立式列管式热交换器 沉浸式热交换器 喷淋式热交换器
列管式热交换器
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气液分离器
作用： 分离空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾
16
五、提高过滤除菌效率的措施
减少进口空气的含菌数量 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。 合理的空气预处理工艺流程，以达到除油、水和杂质的
目的 。 降低进入空气过滤器的空气相对湿度，保证过滤介质能
在干燥状态下工作 稳定压缩空气的压力，采用合适容量的贮气罐。
17
效。
清洁气体
排气管
B B
含尘气体
旋风分离器
排尘
丝网分离器
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粗过滤器
作用：主要是捕集较大的灰尘颗粒 要求：过滤效率高，阻力小 型式：
布袋式过滤器 、油浴洗涤过滤器 水雾除尘过滤器、填料式 过滤器 旋风分离式过滤器 等
布袋式过滤器
水雾除尘过滤2器4
空气贮罐 作用：
消除空压机排出空气量的脉动 维持稳定的压力 分离部分油水
空气 空压机 贮气罐 冷却 除油水 加热
空气预处理
总过滤器
分过滤器
空气过滤
无菌空气
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1.提高外源空气的洁净度
提高空气吸气口的位置 在空气入口处设置粗过滤器
——捕集较大的灰尘颗粒，并保护空压机。
为远离地面几十米的管子。
每升高10米，空气中杂菌降低一个 数量级。因此从高空取气要比从低
空取气有利得多。
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四、影响介质过滤效率的因素
1）纤维直径 介质过滤效率与介质纤维直径关系很大，在其他条 件相同时，介质纤维直径越小，过滤效率越高。
2）介质填充厚度
3）介质填充密度 增加填充密度，可提高过滤效率 4）空气流速
在空气流速很低时，过滤效率随气流速度增加而降低； 当气流速度增加到临界值后，过滤效率随气流速度增 加而提高。
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2）拦截截留作用
当气流速度在临界速度以下，颗粒仍然随气流运动， 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。
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3）布朗运动
直径小于1m的微粒在很慢的气流中能产生一种不规
则的直线运动，即布朗运动。
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4）重力沉降作用
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小颗粒的相对尺寸
铅笔墨点 (40 m)
大硅胶颗粒 (20 m)
红细胞(7m)
典型细菌 (0.2m)
酵母细胞 (3 粒被机械拦截 或被吸附拦截；
惯性与气流流速 成正比；
对大于 0.5 - 1.0 微 米的颗粒很有效。
当流体改变运动方向时，惯性使颗粒撞 击到滤材表面并由于吸附力而停留
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三、介质过滤效率
滤层所滤去的微粒数与原有微粒数之比称为过滤效率，
用表示 ，是衡量过滤设备过滤能力的指标。
= N1 －N2 = 1－ N = 1－P
N1
N0
N1 — 过滤前空气中的微粒含量 （个）； N2 — 过滤后空气中微粒含量 （个）；
N2/N1 — 过滤后过滤前空气中微粒数的比值，称为穿透率 P
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效率。
5）静电吸引作用
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 当菌体所带电荷与介质电荷相反时，即发生静电 吸附作用
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过滤机理总结
拦截截留 惯性撞击 布朗拦截
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二、常用的过滤介质：
第三节 空气过滤除菌的工艺技术
一、对空气过滤除菌流程的要求
流程主要设备：空气压缩机 、空气过滤器 附属设备：粗过滤器、气液分离器、空气贮罐、空气冷却器
流程的制订应考虑： 地理、气候环境 设备条件
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二、空气预处理 目的:
•提高压缩前空气的洁净度 •去除压缩后空气中的油和水
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发酵生产中制备无菌空气的大致过 程
纤维状物或颗粒状物 1）棉花
宜选用纤维细长、 疏松的新棉花 2) 活性炭 圆柱状，有较大的表面积， 通过物理吸附作用而吸附微 生物。
3）玻璃纤维 8 – 19 m
活性炭
玻璃纤维
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纸类过滤 超细玻璃纤维纸，利用高质量的无碱玻璃采用喷制法
制成的 1 – 1.5 m 微孔滤膜类过滤
绝对过滤 膜的孔径小于0. 5微米，大于这一孔径的微生物能绝 对截留。