无菌空气的制备
灭菌与除菌工艺及设备—无菌空气制备
三、空气过滤介质及过滤器
1、对过滤介质的要求 ➢除菌效率高 ➢空气压力降小 ➢耐消毒灭菌 ➢运行可靠、来源充足 ➢使用和维护成本低
2、过滤介质种类
（1）纤维状或颗粒状介质 包括 ①棉花
②玻璃纤维 ③活性炭 ④烧结材料类
纤维状或颗粒状介质特点
（2）滤纸状过滤介质
主要是超细玻璃纤维纸，纤维孔隙1~1.5um，厚度0.25~0.4mm。
二、无菌空气的制备流程
空气
空压机
贮气罐
冷却
空气预处理
总过滤器
分过滤器 空气过滤
除油水
加热
无菌空气
预处理
过滤
(一)空气的预处理
●目的: ①提高压缩前空气的洁净度 ②去除压缩后空气中的油和水
空气的预处理
1.空气的采集压缩
○适宜环境 ○采集口高度
●空气粗过滤器（安装在压缩机前）
●作用：捕集较大的灰尘颗粒，防止压缩机受损，同时可减轻 总过滤器负荷。 ●要求：效率高，阻力小，否则会增加空气压缩机的吸入负荷 和降低空气压缩机的排气量。 ●型式：布袋过滤、填料式过滤、油浴洗涤、水雾除尘等
第三节 无菌空气制备
一、空气净化除菌的方法与原理
1. 空气除菌的意义 ●工业发酵对空气质量的要求：无菌，无灰尘，无杂质，水油控制， 温度，湿度，正压等。
2. 空气除菌方法
●空气除菌就是除去或杀灭空气中的微生物。
简述无菌空气的制备流程
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无菌空气的制备
转换成电讯号。
• 当测量微粒浓度太大时，会因粒子重迭而产生误差，这时 需要用无菌空气将含菌空气中微生物浓度稀释。
• 可以测量空气中含有直径为0.3～5μ m微粒的各种浓度，
测量比较准确，但它的粒子数量包含灰尘和细菌等多种微 粒，不能测量空气活菌数。
二、空气除菌方法
生产上使用的空气量大，要求处理的空气设备简单，
② 染菌率低，平均低于10~15％；
③ 除水、除油的效果好；
④ 耗电少。 • 缺点是设备庞大，需要采用高压电技术，且一次性投资较 大；对发酵工业来说，—其捕集率尚嫌不够，需要采取其 它措施。
4、介质过滤
• 介质过滤是目前发酵工业上常使用的空气除菌方法。它采
用定期灭菌的干燥介质来阻截流过的空气中所含的微生物
• 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
生碰撞，此时在气流的任一处，微 粒也随气流改变运动方向绕过纤维 前进，即b＝0，惯性力的无因次 准数φ ＝1／16，纤维的碰撞滞留
无菌空气的制备 1..
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 气中灰尘粒子多少，以及人们的活动情况而异:
含量：1)北方气候干燥，寒冷，空气中的含菌量较少；
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。
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
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
提高过滤除菌效率的措施
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； 3)一般每升高10米，空气中的含菌量就降低一个数量 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同， 数量也随条件的变化而异，一般设计时以含量为 10-3~10-4个/m3进行计算。
空气过滤除菌的工艺过程
空气 冷却器
高空取气管 贮气罐
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。
发酵工程第四章无菌空气的制备
李 先 磊
化学化工系
2、辐射灭菌法
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
各种射线级超声波等理论上都能破坏微生物细胞
结构，从而起到杀菌作用。 辐射灭菌仅用于表面灭菌和有限空间灭菌。 应用最广泛的是紫外线灭菌，常与甲醛蒸汽一起 结合进行灭菌。
李 先 磊
化学化工系 3、静电除菌法
一． 空气过滤除菌的原理
二． 空气过滤除菌的介质
三． 介质过滤的效率 四． 影响过滤除菌效果的因素
五． 提高过滤除菌效率的措施
李 先 磊
化学化工系
三、介质过滤效率
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
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。
李 先 磊
化学化工系
3、布朗运动
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
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。 使较小的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；
气流速度大时，凝聚现象为惯性碰撞所取代
李 先 磊
=
N1 －N2
N1
= 1－
N2
N1
= 1－P
N1— 过滤前空气中的微粒含量 （个）；
5第五章-无菌空气的制备
5 吸附截留效应
悬浮在空气中微生物和其他微粒具有一定 的电荷和极性性质，当干燥空气通过非导 体介质时，由于摩擦作用易产生电荷使介 质带电。当微生物及其他微粒与介质电荷 相异时，这些微粒就容易在这种静电吸附 作用下被介质截留。当微粒通过一些比表 面积大的活性介质如活性炭等时，由于范 德华力的作用，微粒被介质表面吸附而截 留。这些都属于吸附截留效应。
第二节 Leabharlann Baidu见的过滤介质
过滤介质是空气过滤除菌的核心因素。
过滤介质的选择不仅要考虑过滤效果，还要 考虑过滤所引起的空气压力损失、耐热消毒 灭菌情况、运行可靠性、使用和维护成本等 因素。
好的过滤介质不仅有良好的过滤效果，且由 于过滤阻截导致的空气压降损失较小，能够 耐受一定周期内消毒灭菌措施，使用维护成 本较低，有良好的运行可靠性。
2 玻璃纤维
玻璃纤维主要是由硅酸盐玻璃通过特殊拉 丝工艺制成的超细纤维丝。
较细的纤维直径有利于过滤效率的提高， 但由于玻璃纤维结构强度较弱，长时间使 用容易因为气流的冲击作用而断碎、堵塞， 影响过滤效果。在实际使用中，玻璃纤维 的装填密度不宜过高，此外散装的玻璃纤 维装填工作强度较大，装填过程困难，一 般使用预装填的玻璃纤维过滤装置。
二、颗粒活性炭过滤介质
活性炭的主要过滤原理是表面吸附截留作用， 因此空气过滤使用的活性炭颗粒 要求比表面 积大，颗粒均匀，结构强度好。
无菌压缩空气制备流程
无菌压缩空气制备流程
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无菌空气的制备
常用于洁净工作台、洁净工作室所需无菌无尘 空气的第一次除尘，配合高效过滤器使用。
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，所以静电除尘对很精选小PPT的微粒效率较低。
19
4．过滤除菌法
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 物，而取得无菌空气的。
Baidu Nhomakorabea
精选PPT
9
4）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-09－1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。
精选PPT
10
三、空气的除菌方法
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，如辐射杀菌、加 热杀菌、化学药物杀菌，都是将有机体蛋白质变性 而破坏其活力。而静电吸附和介质过滤的方法是把 微生物的粒子用分离方法除去。
精选PPT
5
二、 发酵对空气无菌程度的要求
1、好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，空气 要作到绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济 的。 2、不同的发酵，由于所采用菌种的生长能力强弱、 生长速度的快慢、分泌物的性质、发酵周期的长 短、培养物的营养成分和PH值的差异，对所用的 无菌空气的无菌程度有不同的要求。
制备无菌空气的流程
制备无菌空气的流程
Preparing sterile air is a critical process in various industries, including pharmaceuticals, food processing, and healthcare. 通过消除空气中的微生物和有害粒子来制备无菌空气对于确保产品质量至关重要。There are several steps involved in the preparation of sterile air, which require careful attention to detail and adherence to strict protocols.
The first step in preparing sterile air is to clean the air intake to remove any dust, dirt, and other contaminants. 空气进入系统之前的清洁至关重要，以确保在空气进入处理过程之前从根本上减少微生物和颗粒污染。This may involve the use of filters, air purifiers, and other air cleaning technologies to ensure that the incoming air is free from any potential contaminants.
After the air intake has been cleaned, the next step is to sterilize the air using methods such as UV radiation, chemical disinfection, or heat treatment. 无菌化的方法可能包括使用紫外线辐射杀菌、化学消毒剂或热处理等。 Each method has its own advantages and limitations,
讨论分析无菌空气的制备工艺流程
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无菌空气制备
一是为执行法律的规定需要制定行政法规的事项
二是《宪法》第八十九条规定的国务院行政管理职权的事项
应当由全国人民代表大会及其常务委员会制定法律的事项，国务院根 据全国人民代表大会及其常务委员会的授权决定先制定的行政法规， 经过实践检验，制定法律的条件成熟时，国务院应当及时提请全国人 民代表大会及其常务委员会制定法律
二、立法程序
立法程序
是指有关国家机关制定、修改或废除规范性规律文 件的法定步骤和方式。
分补充和修改，但是不得同该法律的基本原则相抵触，并有权撤销国 务院制定的同宪法、法律相抵触的行政法规决定和命令，撤销省、自 治区、直辖市国家权力机关制定的同宪法、法律和行政法规相抵触的 地方性法规和决议
一、我国的立法体制
（三）我国的立法主体
2．国务院
即中央人民政府，根据宪法和法律制定行政法规，发布决定 和命令
一、我国的立法体制
（三）我国的立法主体
6．国务院各部、委员会、中国人民银行、审计署和具有行 政管理职能的直属机构
可以根据法律和国务院的行政法规、决定、命令，在本部门 的权限范围内制定规章
7．省、自治区、直辖市和市区的市、自治州的人民政府
可以根据法律、行政法规和本省、自治区、直辖市的地方性 法规制定规章，规章的内容不得与法律、法规相抵触
主要工作任务
无菌空气的制备医学知识
1．常用过滤介质 （1）棉花 纤维细长疏松的新鲜产品。直径为16～
21μm，装填时要分层均匀，最后压紧，填充密度 达到150～200kg／m3，填充系数为8.5％～10％。 （2）玻璃纤维 纤维直径小，不易折断，过滤效果 好 。 直 径 8 ～ 19μm 。 填 充 系 数 不 宜 太 大 ， 采 用 6 ％～10％，填充密度130～280kg／m3。缺点：碎末 飞扬。 （3）活性炭 表面积大，吸附力较强。一般为颗粒 状。直径为3mm，长5～10mm的圆柱状活性炭，。过 滤效率比棉花要低很多。
3.布朗扩散截留作用
布朗扩散的运动距离短，在较大的气速、 较大的纤维间隙中不起作用，但在很慢的气流 速度和较小的纤维间隙中布朗扩散作用增加了 微粒与纤维的接触滞留机会。
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
4 重力沉降
资料仅供参考,不当之处，请联系改正。
5 静电吸引力
惯性截留、拦截和布朗扩散的除菌作用较大， 重力和静电引力的作用较小。
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
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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
22
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
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%
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
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
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。
深层介质过滤：介质的孔隙一般大于微生物细胞。
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。
15
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。
14
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
6
小颗粒的相对尺寸
铅笔墨点 (40 m)
大硅胶颗粒 (20 m)
红ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ胞(7m)
典型细菌 (0.2m)
酵母细胞 (3 m)
7
1）惯性冲击截留作用
颗粒被机械拦截 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
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
20
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。
大小：
应和空压机的 排气量相配套
25
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
26
气液分离器
作用： 分离空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾
8
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。
9
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。
10
4）重力沉降作用
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
11
过滤机理总结
拦截截留 惯性撞击 布朗拦截
12
二、常用的过滤介质：
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）
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。
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