第四章 无菌空气的制备
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发酵工程 第四章 无菌空气的制备精讲
旋风分离器
利用气流从切线方向 进入容器，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。
丝网分离器
利用填料的惯性拦截
三、空气过滤除菌工艺流程
两级冷却、加热除菌流程 冷热空气直接混合式空气除菌流程 高效前置过滤空气除菌流程 将空气冷却至露点以上的流程 利用热空气加热冷空气的流程 一次冷却和析水的空气过滤流程
4）超细玻璃纤维丝：利用高质量的无碱玻璃采用喷 制法制成的 1 – 1.5 m的细丝；
二、空气过滤除菌的介质
5）纸类过滤介质：玻璃纤维纸，多层使用 ； 6）微孔滤膜类过滤介质：直径小于0.5 m，甚至小 于0.1 m，能将空气中的细菌真正滤去，也是绝对 过滤。
常见过滤介质
三、介质过滤效率
常数K值与气流速度、纤维直径、介质填充密度 以及空气中颗粒大小等有关。K值可通过实验测得， 也可通过计算求得。
若令Ns=0，则 L = ∞，事实上也不可能；一般取 Ns = 0.001
过滤效率随滤层厚度的增加而增加。
四、影响过滤除菌效果的因素
在其他条件相同时，介质纤维直径越小， 1. 纤维直径 形成的网格越细密、层数越多，过滤效
一般设计时以含量为103~104个／m3进行计算。 空气中尘埃数（x/m3）与细菌数（y/m3）的关系：
y=0.003x-2.6
二、空气除菌的方法和要求
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。
无菌空气的标准一般是99.99% 热灭菌法
15.1 s 5.1 s 2.1 s 1.05 s
2. 辐射灭菌法
α射线、X射线、β射线、γ射线、紫外线、超声 波照射
无菌空气的制备说课讲解
大小：
应和空压机的 排气量相配套
24
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
25
气液分离器
作用： 分离空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾
气液分离器型式： 旋风分离器 丝网分离器
旋风分离器
26
空气总过滤器 （介质层过滤器） 结 构
27
分过滤器
通常用平板式纤维纸过滤器
超细纤维纸过滤器
28
三、空气过滤除菌工艺流程
29
冷热空气直接混合式空气除菌流程图 1-粗过滤器；2-压缩机；3-贮罐；4-冷却器；5-丝网分离器；6-过滤器
30
高效前置过滤除菌流程
１——高效前置过滤器 ２——压缩机 ３——贮罐 ４——冷却器 ５——丝网分离器 ６——加热器 ７——过滤器
空气预处理
总过滤器 分过滤器 无菌空气
空气过滤
19
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。
高空取气管
20
2.空气压缩和压缩空气的冷却
13
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
应和空压机的 排气量相配套
24
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
25
气液分离器
作用： 分离空气中被冷凝成雾状的水雾和油雾
气液分离器型式： 旋风分离器 丝网分离器
旋风分离器
26
空气总过滤器 （介质层过滤器） 结 构
27
分过滤器
通常用平板式纤维纸过滤器
超细纤维纸过滤器
28
三、空气过滤除菌工艺流程
29
冷热空气直接混合式空气除菌流程图 1-粗过滤器；2-压缩机；3-贮罐；4-冷却器；5-丝网分离器；6-过滤器
30
高效前置过滤除菌流程
１——高效前置过滤器 ２——压缩机 ３——贮罐 ４——冷却器 ５——丝网分离器 ６——加热器 ７——过滤器
空气预处理
总过滤器 分过滤器 无菌空气
空气过滤
19
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。
高空取气管
20
2.空气压缩和压缩空气的冷却
13
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
无菌空气制备
无菌空气制备第一篇：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343时以含量为10~10个／m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。
无菌空气的制备
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。
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。
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。
第四章-发酵工程的灭菌与空气除菌
7、杀灭细菌芽孢的温度和时间
成熟的细菌芽孢除含有大量的钙-吡啶二羧酸成分外，还处于脱水 状态，成熟芽孢的核心只含有营养细胞水分的10%～30%。这些特性 大大增加了芽孢的抗热和抵抗化学物质的能力。
在相同温度下杀灭不同细菌芽孢所需时间不同，一方面因为不同 细菌芽孢对热的耐受性不同，另外培养条件的不同也使耐热性产生差 别。
在发酵过程中夹杂其它杂菌会造成严重的后果
如，生产菌和杂菌同时生长，生产菌丧失生产能力；在连 续发酵过程中，杂菌的生长速度有时会比生产菌生长得 更快，结果使发酵罐中以杂菌为主；杂菌及其产生的物 质，使提取精制发生困难；杂菌会降解目的产物；杂菌 会污染最终产品；发酵时如污染噬菌体，可使生产菌发 生溶菌现象。
优点：无需专一灭菌设备，操作简便。 缺点：加热和冷却时间较长，易发生过热破坏营养分的现象，发 酵罐利用率低。 灭菌流程：培养基的加热一般用直接蒸汽通入罐内，冷却是冷却 水通入蛇管或夹层间接进行。灭菌时间过程包括：加热、维持、 冷却所需要的时间。
• 流程操作：先预热一定时 间，使物料溶胀均匀受热， 预热90℃以上时，将蒸汽 直接通入培养基及罐中，
一、定义 1、培养基灭菌的定义
是指从培养基中杀灭有生活能力的细菌营养体及 其孢子，或从中将其除去。工业规模的液体培养 基灭菌，杀灭杂菌比除去杂菌更为常用。 2、灭菌与消毒的区别 • 灭菌（sterilization）：用物理或化学方法杀死或 除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽 孢和孢子 • 消毒：用物理或化学方法杀死物料、容器、器皿 内外的病源微生物。
表 多数细菌芽孢的灭菌温度与时间
8、影响培养基灭菌的因素
（1）培养基成分
培养液中油脂、糖类及一定浓度的蛋白质会增加微生物的耐热性。高 浓度盐类、色素能削减其耐热性。
无菌空气制备实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解无菌空气制备的原理和方法。
2. 掌握无菌空气制备过程中的操作步骤。
3. 评估无菌空气制备的效果。
二、实验原理无菌空气制备是通过过滤、灭菌等手段，将空气中的微生物含量降低到极低水平，以防止微生物对实验样品、培养基等产生污染。
常用的无菌空气制备方法包括：空气过滤器、紫外线照射、高压蒸汽灭菌等。
三、实验材料1. 空气过滤器2. 紫外线照射装置3. 高压蒸汽灭菌器4. 实验室无菌操作台5. 实验室无菌操作器材6. 实验样品7. 计时器四、实验步骤1. 准备实验器材：将空气过滤器、紫外线照射装置、高压蒸汽灭菌器等实验器材准备齐全。
2. 空气过滤：将空气过滤器安装在实验室无菌操作台上，打开空气过滤器，使空气通过过滤器。
计时器开始计时，记录过滤时间。
3. 紫外线照射：将紫外线照射装置打开，对空气进行照射。
照射时间根据实验要求设定。
4. 高压蒸汽灭菌：将高压蒸汽灭菌器打开，将实验样品放入灭菌器内，进行灭菌处理。
灭菌时间根据实验要求设定。
5. 无菌操作：在无菌操作台上，穿戴无菌操作服、手套等，进行无菌操作。
将经过灭菌处理的实验样品取出，放入无菌容器中。
6. 无菌空气制备效果评估：将制备的无菌空气通过无菌操作台上的空气过滤器，观察过滤器是否出现污染现象。
若过滤器未出现污染，则说明无菌空气制备效果良好。
五、实验结果与分析1. 空气过滤：实验过程中，空气过滤器未出现污染现象，说明空气过滤效果良好。
2. 紫外线照射：实验过程中，紫外线照射装置对空气进行照射，未出现明显污染现象，说明紫外线照射效果良好。
3. 高压蒸汽灭菌：实验过程中，高压蒸汽灭菌器对实验样品进行灭菌处理，未出现污染现象，说明高压蒸汽灭菌效果良好。
4. 无菌空气制备效果评估：实验过程中，制备的无菌空气通过空气过滤器，过滤器未出现污染现象，说明无菌空气制备效果良好。
六、实验结论本次实验通过空气过滤、紫外线照射、高压蒸汽灭菌等方法，成功制备了无菌空气。
4无菌空气的制备
36
1
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
2
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%
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
12
过滤机理总结
拦截截留
惯性撞击
布朗拦截
13
二、常用的过滤介质：
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
无菌空气
空气过滤
21
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。
清 洁 气 体 排 气 管
B B
含 尘器
24
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
水雾除尘过滤器 25
空气贮罐 作用：
消除空压机排出空气量的脉动
16
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。
无菌空气的制备
工业发酵对空气处理的要求随发酵产品和 菌种不同而异。 发酵对无菌空气的要求：无菌，无灰尘， 无杂质，无水，无油，正压； 发酵对无菌空气的无菌程度要求：只要在 发酵过程中不因空气灭菌不彻底而染菌即 可。
– 一般要求经过滤后空气的无菌程度为N=10-3。
半固体制曲和酵母生产： 无菌要求不十分严格， 一般无需复杂的空气净化处理；
– 尘埃：主要有构成地壳的无机物质微粒、烟灰、
植物花粉和各种微生物。
空气中微生物是依附在尘埃上的。
见P91
空气中常见的微生物种类及大小
微生物 产气杆菌 宽/μm 1.0~1.5 长/μm 1.0~2.5
蜡状芽孢杆菌 普通变形杆菌 地衣芽孢杆菌 巨大芽孢杆菌 罩状芽孢杆菌 枯草芽孢杆菌 金黄小球菌 酵母菌 病毒 霉状分枝杆菌
空气中微生物数量与环境有关。
– 潮湿、温暖的地区和季节，空气中微生物的数 量较多。
– 接近地球大气层比高空微生物含量高。
– 人口密集的地方比人口稀少的地方微生物含量
高。
ห้องสมุดไป่ตู้
一般城市空气中含菌量为103~104个/m3。
二、空气除菌的方法和要求
发酵对空气的无菌程度要求 空气灭菌的方法
（一）发酵对空气的无菌程度要求
第四章 无菌空气的制备
空气中的微生物和除菌方法
空气的过滤除菌原理和过滤介质
空气过滤除菌的工艺技术
第一节空气中的微生物和除菌方法
空气中的微生物种类及分布 空气除菌的方法和要求
见P90
一、空气中的微生物种类及分布
空气：由氮气、氧气、二氧化碳、惰性气 体、水蒸气及悬浮在空气中的尘埃等组成 的混合物。
密闭的深层通气发酵： 需严格的纯种培养，空气
进入发酵罐前必须进行处理。
– 一般要求经过滤后空气的无菌程度为N=10-3。
半固体制曲和酵母生产： 无菌要求不十分严格， 一般无需复杂的空气净化处理；
– 尘埃：主要有构成地壳的无机物质微粒、烟灰、
植物花粉和各种微生物。
空气中微生物是依附在尘埃上的。
见P91
空气中常见的微生物种类及大小
微生物 产气杆菌 宽/μm 1.0~1.5 长/μm 1.0~2.5
蜡状芽孢杆菌 普通变形杆菌 地衣芽孢杆菌 巨大芽孢杆菌 罩状芽孢杆菌 枯草芽孢杆菌 金黄小球菌 酵母菌 病毒 霉状分枝杆菌
空气中微生物数量与环境有关。
– 潮湿、温暖的地区和季节，空气中微生物的数 量较多。
– 接近地球大气层比高空微生物含量高。
– 人口密集的地方比人口稀少的地方微生物含量
高。
ห้องสมุดไป่ตู้
一般城市空气中含菌量为103~104个/m3。
二、空气除菌的方法和要求
发酵对空气的无菌程度要求 空气灭菌的方法
（一）发酵对空气的无菌程度要求
第四章 无菌空气的制备
空气中的微生物和除菌方法
空气的过滤除菌原理和过滤介质
空气过滤除菌的工艺技术
第一节空气中的微生物和除菌方法
空气中的微生物种类及分布 空气除菌的方法和要求
见P90
一、空气中的微生物种类及分布
空气：由氮气、氧气、二氧化碳、惰性气 体、水蒸气及悬浮在空气中的尘埃等组成 的混合物。
密闭的深层通气发酵： 需严格的纯种培养，空气
进入发酵罐前必须进行处理。
发酵工程第四章无菌空气的制备
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。
dN / dL = －KN0
dN / dL — 单位滤层所除去的微粒数（个/cm）；
李 先 磊
L — 滤床厚度 （cm）；
K — 过滤常数或除菌常数 （cm－1）
化学化工系
上式整理并积分，可得：
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
ln
Ns N0
= － KL
L=
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 K
ln
N0 Ns
化学化工系
4、重力沉降作用
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
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用。
李 先 磊
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。
李 先 磊
化学化工系
空气的过滤除菌原理和过滤介质
发 酵 工 程
Fermentation Engineering
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
发酵工程 第4章 无菌空气的制备
惯性冲击作用与气流流速成正比
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
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
发酵工艺 第4章 无菌空气制备
（2）、冷热空气混合加热的空气除菌流程
此流程适用于中等湿含量的地区。 特点是：省去一级冷却和分离设备及空气加热设 备，流程简化，使冷却水用量少。 压缩空气分两路，一部分进冷却器，经分离器分 离水、油雾后与另一部分未处理过的高温压缩空 气混合，使混合后的空气温度为30～35℃，相对 湿度为50～60%。
2、发酵对无菌空气的要求
不同微生物，不同发酵过程对无菌空气要求不同： 菌种繁殖快，发酵周期短，要求低； 培养基起始pH低或发酵产酸，要求低； 培养基营养差，要求低； 代谢产物为抗生素或杀菌剂，发酵后期要求低； 染菌率一般按10-3计，即发酵1000批次，允许
污染1~2个杂菌。
抗生素发酵厂染菌情况统计
（３）、布朗扩散作用机理：
（４）、重力沉降作用机理 ：
（５）、静电吸附作用机理以及表面吸附作用机理 ：
2、深层过滤效率和过滤器计算
第三章 空气净化除菌与空气调节
§1 空气除菌方法及流程 一、通风发酵对无菌空气的要求
1、空气中M的分布： 空气中以细菌和细菌芽胞 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或 雾滴上，空气中M含量一般为103~104个／m3。
含量和种类，随地区,季节和空气中灰尘粒子多少及人们 的活动情况而异,北方干燥，寒冷含菌量较少，离地面高， 含菌量越少；一般每升高10m，空气中的含菌量就降低 一个数量级；城市含菌量较多，农村则较少，一般城市 空气中杂菌数为3000~8000个／m３。
例某除菌流程，空气压力为4atm（表压），要求空 气加热到35℃时，相对湿度φ=60%，问第二级冷却器
应至少把空气冷却到多少度？（假设冷却后的空气中不含水雾）
解：查表35℃时空气中的饱和水蒸汽分压=5619Pa，加热
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
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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。
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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。
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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。
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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，
第四章无菌空气的制备
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具有一定压力的空气可以克服空气在预处理、过滤除菌 及有关设备、管道、阀门、过滤介质等的压力损失，并在 培养过程中能够维持一定的罐压。
因此，过滤除菌的流程必须有供气设备——空气压缩机， 对空气提供足够的能量，同时还要具有高效的过滤除菌设 备以除去空气中的微生物颗粒。
对于其他附属设备则要求尽量采用新技术以提高效率， 精简设备流程，降低设备投资、运转费用和动力消耗，并 简化操作。
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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， 再后续的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，增大空气的压力损失，严重的话还 会浸润介质而破坏过滤效果；空气在压缩过程中可能 夹带空压机的润滑油烟雾，油雾会降低空气的给热系 数，给空气的冷却造成困难，另外也会和冷凝水一样 浸润介质破坏过滤效果
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4、介质过滤除菌法
• 过滤除菌法是让含菌空气通过过滤介质，以阻 截空气中所含微生物，而取得无菌空气的方法。
• 通过过滤除菌处理的空气可达到无菌，并有足 够的压力和适宜的温度以供好氧培养过程之用。
• 该法广泛应用，是获得大量无菌空气的常规方 法，在生产中使用最多。
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第二节 空气的深层过滤除菌原理和介质
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4. 利用热空气加热冷空气的流程
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利用压缩后的 热空气和冷却后 的冷空气进行热 交换，使冷空气 的温度升高，降 低相对湿度。 对热能的利用 比较合理，热交 换器可兼做贮气 罐，但由于气— 气换热的传热系 数很小，加热面 积要足够大才能 满足要求。
第四节 附属设备
高空取气管
• 为远离地面几十米的管子。 • 每升高10米，空气中杂菌降低
仔细考虑。
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2、辐射灭菌
具有一定压力的空气可以克服空气在预处理、过滤除菌 及有关设备、管道、阀门、过滤介质等的压力损失，并在 培养过程中能够维持一定的罐压。
因此，过滤除菌的流程必须有供气设备——空气压缩机， 对空气提供足够的能量，同时还要具有高效的过滤除菌设 备以除去空气中的微生物颗粒。
对于其他附属设备则要求尽量采用新技术以提高效率， 精简设备流程，降低设备投资、运转费用和动力消耗，并 简化操作。
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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， 再后续的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，增大空气的压力损失，严重的话还 会浸润介质而破坏过滤效果；空气在压缩过程中可能 夹带空压机的润滑油烟雾，油雾会降低空气的给热系 数，给空气的冷却造成困难，另外也会和冷凝水一样 浸润介质破坏过滤效果
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4、介质过滤除菌法
• 过滤除菌法是让含菌空气通过过滤介质，以阻 截空气中所含微生物，而取得无菌空气的方法。
• 通过过滤除菌处理的空气可达到无菌，并有足 够的压力和适宜的温度以供好氧培养过程之用。
• 该法广泛应用，是获得大量无菌空气的常规方 法，在生产中使用最多。
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第二节 空气的深层过滤除菌原理和介质
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4. 利用热空气加热冷空气的流程
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利用压缩后的 热空气和冷却后 的冷空气进行热 交换，使冷空气 的温度升高，降 低相对湿度。 对热能的利用 比较合理，热交 换器可兼做贮气 罐，但由于气— 气换热的传热系 数很小，加热面 积要足够大才能 满足要求。
第四节 附属设备
高空取气管
• 为远离地面几十米的管子。 • 每升高10米，空气中杂菌降低
仔细考虑。
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2、辐射灭菌
第四章 无菌空气的制备 ppt课件
❖ 热灭菌法
空气进入发酵罐之前，一般均需用压缩机 压缩，提高压力。利用空气压缩时放出的 热量进行保温灭菌。
❖ 辐射灭菌
α-射线、 β-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。
辐射灭菌一般用于表面的灭菌及有限空 间空气的灭菌。
❖ 静电除菌
是利用静电引力来吸附带电粒子而达 到除尘灭菌的目的。
压缩空气的除油除水
B
含尘气体
清洁气体
排气管
B
排尘
旋风分离器——利用离心力进行沉降，对于10μm以上的微粒 分离效率较高
丝网分离器
采用惯性拦截等机理，有效去除空 气中的水、油雾、尘埃，不锈钢 丝网可清洗，使用寿命长。
丝网分离器
空气过滤器
超细玻璃纤维纸过滤器
介质层过滤器
三、几种典型的空气净化流程
❖ 优点：能提高传热系数，节约冷却用水， 油水分离得比较完全。
❖ 尤其适用于潮湿地区，其他地区可根据当 地的情况，对流程中的设备作适当的增减 。
❖ 冷热空气直接混合式空气除菌流程
1－粗过滤器；2－空气压缩机；3 －贮罐；4－冷却器； 5－丝网分离器；6－空气过滤器
❖ 特点：省去第二冷却后的分离设备和空气再
微生物与微粒与滤层纤维间产生撞击
、拦截、布朗运动、重力及静电吸引等 运动，从而把微生物截留在介质上，实 现过滤的目的。
❖ 布朗扩散截留作用
布朗扩散：直径很小的微粒，在很慢的 气流中产生的一种不规则直线运动。
❖ 惯性撞击截留作用Βιβλιοθήκη 淀❖ 拦截截留作用粉
临界气流速度：降低气流速度，惯性截 留接近于零时的气流速度。
❖ 微孔滤膜类过滤介质 微孔滤膜类过滤介质的空隙小于0.5μm，甚至 小于0.1μm，能将空气中细菌真正滤去，即绝 对过滤。
无菌空气的制备
●
b dp
● ●
纤维方向运动时，空气受阻即改变
运动方向，绕过纤维前进。而微粒 由于它的运动惯性较大，未能及时 改变运动方向，直冲到纤维的表面 ，由于摩擦黏附，微粒就滞留在纤 维表面上，这称为惯性冲击滞留作 用。
df
● ●
●
df ：纤维直径
b: 纤维能滞留微粒的宽度区间 dp :微粒直径
1、惯性冲击滞留
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
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
选择良好的取风位置（如高空取风等）
2、发酵工业生产中对无菌空气的要求
• 生物工业生产中应用的“无菌空气”，是指通过除菌处理
使空气中含菌量降低到零或极低，从而使污染的可能性降
至极小。
• 发酵过程对无菌空气的要求依菌种和发酵特性各异。 • 一般按染菌概率为10-3来计算，即1000次发酵周期所用的 无菌空气只允许1次染菌。
b dp
● ●
纤维方向运动时，空气受阻即改变
运动方向，绕过纤维前进。而微粒 由于它的运动惯性较大，未能及时 改变运动方向，直冲到纤维的表面 ，由于摩擦黏附，微粒就滞留在纤 维表面上，这称为惯性冲击滞留作 用。
df
● ●
●
df ：纤维直径
b: 纤维能滞留微粒的宽度区间 dp :微粒直径
1、惯性冲击滞留
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
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
选择良好的取风位置（如高空取风等）
2、发酵工业生产中对无菌空气的要求
• 生物工业生产中应用的“无菌空气”，是指通过除菌处理
使空气中含菌量降低到零或极低，从而使污染的可能性降
至极小。
• 发酵过程对无菌空气的要求依菌种和发酵特性各异。 • 一般按染菌概率为10-3来计算，即1000次发酵周期所用的 无菌空气只允许1次染菌。
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优点：能提高传热系数，节约冷却用水，
油水分离得比较完全。 尤其适用于潮湿地区，其他地区可根据当 地的情况，对流程中的设备作适当的增减 。
冷热空气直接混合式空气除菌流程
1－粗过滤器；2－空气压缩机；3 －贮罐；4－冷却器；5 －丝网分离器；6－空气过滤器
特点：省去第二冷却后的分离设备和空气再 加热设备，流程比较简单，冷却水用量少。 适用于中等湿含量地区。
地衣芽孢杆菌 巨大芽孢杆菌 蕈状芽孢杆菌 枯草芽孢杆菌 金黄色小球菌 酵母菌 病毒 霉状分枝杆菌
0.5-0.7 0.9-2.1 0.6-1.6 0.5-1.1 0.5-1.0 3.0-5.0 0.0015-0.225 0.6-1.6
1.8-3.3 2.0-10.0 1.6-13.6 1.6-4.8 0.5-1.0 5.0-19.0 0.0015-0.28 1.6-13.6
一、对空气过滤除菌工艺流程的要求
无菌程度高：高效过滤除菌设备。 具有一定压力：供气设备——空气压缩
机。 精简设备流程，降低成本和动力消耗。 根据厂区位置制定工艺流程。
二、空气的预处理
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
高空取气管 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。
静电除菌
是利用静电引力来吸附带电粒子而达 到除尘灭菌的目的。 静电除尘灭菌对很小的微粒效率较低。
介质过滤除菌
棉花
玻璃纤维
活性炭
超细玻璃纤维纸
第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
一、空气的过滤除菌原理 绝对过滤：过滤介质孔隙小于微生物而进 行的过滤方式。 微孔滤膜：0.1～0.5μm（细菌1μm左右） 深层过滤：一定厚度的过滤介质，孔径一 般大于细胞颗粒，却能达到过滤细菌的 效果。 微生物与微粒与滤层纤维间产生撞击、 拦截、布朗运动、重力及静电吸引等运 动，从而把微生物截留在介质上，实现 过滤的目的。
五、提高过滤除菌效率的措施
设计合理的空气预处理设备，选择合适的空气
净化流程，以达到除油、水和杂质的目的。 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。 保证进口空气清洁度，减少进口空气的含菌数 。 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
第三节 空气过滤除菌的工艺技术
•有些装有冷却管。
压缩空气的除油除水
清洁气体 排气管
B B
含尘气体
排尘
旋风分离器——利用离心力进行沉降，对于10μm以上的微去除空 气中的水、油雾、尘埃，不锈钢 丝网可清洗，使用寿命长。
丝网分离器
空气过滤器
超细玻璃纤维纸过滤器
介质层过滤器
三、几种典型的空气净化流程
二、空气除菌的要求和方法
要求：10-3染菌概率，1000次培养过程中，
只允许一次是由于空气灭菌不彻底而造成 染菌失败。
热灭菌法
空气进入发酵罐之前，一般均需用压缩机 压缩，提高压力。利用空气压缩时放出的 热量进行保温灭菌。
辐射灭菌
α-射线、 β-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。 辐射灭菌一般用于表面的灭菌及有限空 间空气的灭菌。
三、介质过滤效率 介质过滤效率是指被介质层捕集的 尘埃颗粒与空气中原有颗粒数之比。
N1 - N2 N2 η 1 1 P N1 N1
N1，N2——过滤前、后空气中的尘埃颗粒数； η——过滤效率，％； P——穿透率，即过滤后空气中残留颗粒数与原有颗粒数之比。
虑层厚度计算（对数穿透定律）：
两级冷却、加热除菌流程 冷热空气直接混合式空气除菌流程 高效前置过滤空气除菌流程
利用热空气加热冷空气的流程
两级冷却、加热除菌流程
1－粗过滤器；2－空气压缩机；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－空气过 滤器
特点：两次冷却、两次分离、适当加热。
第四章 无菌空气的制备
主讲：鲍成满
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
空气过滤除菌的工艺
第三节
第一节 空气中的微生物和除菌方法
一 空气中的微生物种类及分布
所谓无菌空气就是指不含有微生物菌体的空气。 氧气 氮气 气态物质的混合物 惰性气体 二氧化碳 空气（即 水蒸气 大气） 构成地壳的无机物质颗粒 悬浮在空气 烟灰 植物花粉 中的灰尘 种类繁多的细菌和其他微生物
实用化流程
发酵车间的空气过滤设备
1 N0 L ln Ns K
L——虑床厚度； N0，Ns——进口空气、过虑后空气中的尘埃颗粒数； K——常数，cm。
四、影响介质过滤效率的因素
介质填充密度与过滤效率
密度大效率大 介质填充厚度与过滤效率 厚度大效率大 空气流速与过滤效率 低空气流速时，速度大效率低，气流速 度达到临界值 时，速度大效率高。
布朗扩散截留作用
布朗扩散：直径很小的微粒，在很慢的 气流中产生的一种不规则直线运动。
惯性撞击截留作用
淀 拦截截留作用 粉
临界气流速度：降低气流速度，惯性截 留接近于零时的气流速度。 滞留区气流速度慢，微粒靠近纤维而滞 留。
重力沉降作用
微粒重力大于气流对其的拖带力时，微粒沉 降截留。
高效前置过滤空气除菌流程
1—高效前置过滤器；2—压缩机；3—贮罐；4—冷却器； 5—丝网分离器；6—加热器；7—过滤器
特点：采用了高效率的前置过滤设备，使空
气经多次过滤，因而所得的空气无菌程度很 高。
利用热空气加热冷空气的流程 特点：对热能的利用比较合理。
图3- 利用热空气加热冷空气的流程
静电吸引作用
摩擦产生电荷，当菌体电荷与介质所带电 荷相反时，吸引沉降。
二、空气过滤除菌的介质
纤维状或颗粒状过滤介质
棉花、玻璃纤维、活性炭。 纸类过滤介质 玻璃纤维纸属于深层过滤技术 微孔滤膜类过滤介质 微孔滤膜类过滤介质的空隙小于0.5μm，甚至 小于0.1μm，能将空气中细菌真正滤去，即绝 对过滤。
一般干燥寒冷，空气中含微生物量较少，湿润温 暖的空气中含微生物较多； 城市空气中的微生物含量（103-104个/m3）比人口 稀少的农村多； 地面空气中微生物含量比高空多。
空气中常见微生物种类及大小
微生物 产气杆菌 蜡状芽孢杆菌 普通变形杆菌 宽/μm 1.0-1.5 1.3-2.0 0.5-1.0 长/μm 1.0-2.5 8.1-25.8 1.0-3.0
前置过滤器 通常采用布袋过滤器、填料过滤器等
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。
大型空气压缩机
空气贮罐 •消除压缩机排出空
气量的脉冲，维持
稳定的空气压力。
•利用重力沉降作用
除去部分油雾。
•紧接空压机安装。
油水分离得比较完全。 尤其适用于潮湿地区，其他地区可根据当 地的情况，对流程中的设备作适当的增减 。
冷热空气直接混合式空气除菌流程
1－粗过滤器；2－空气压缩机；3 －贮罐；4－冷却器；5 －丝网分离器；6－空气过滤器
特点：省去第二冷却后的分离设备和空气再 加热设备，流程比较简单，冷却水用量少。 适用于中等湿含量地区。
地衣芽孢杆菌 巨大芽孢杆菌 蕈状芽孢杆菌 枯草芽孢杆菌 金黄色小球菌 酵母菌 病毒 霉状分枝杆菌
0.5-0.7 0.9-2.1 0.6-1.6 0.5-1.1 0.5-1.0 3.0-5.0 0.0015-0.225 0.6-1.6
1.8-3.3 2.0-10.0 1.6-13.6 1.6-4.8 0.5-1.0 5.0-19.0 0.0015-0.28 1.6-13.6
一、对空气过滤除菌工艺流程的要求
无菌程度高：高效过滤除菌设备。 具有一定压力：供气设备——空气压缩
机。 精简设备流程，降低成本和动力消耗。 根据厂区位置制定工艺流程。
二、空气的预处理
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
高空取气管 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。
静电除菌
是利用静电引力来吸附带电粒子而达 到除尘灭菌的目的。 静电除尘灭菌对很小的微粒效率较低。
介质过滤除菌
棉花
玻璃纤维
活性炭
超细玻璃纤维纸
第二节 空气的过滤除菌原理和过滤介质
一、空气的过滤除菌原理 绝对过滤：过滤介质孔隙小于微生物而进 行的过滤方式。 微孔滤膜：0.1～0.5μm（细菌1μm左右） 深层过滤：一定厚度的过滤介质，孔径一 般大于细胞颗粒，却能达到过滤细菌的 效果。 微生物与微粒与滤层纤维间产生撞击、 拦截、布朗运动、重力及静电吸引等运 动，从而把微生物截留在介质上，实现 过滤的目的。
五、提高过滤除菌效率的措施
设计合理的空气预处理设备，选择合适的空气
净化流程，以达到除油、水和杂质的目的。 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。 保证进口空气清洁度，减少进口空气的含菌数 。 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
第三节 空气过滤除菌的工艺技术
•有些装有冷却管。
压缩空气的除油除水
清洁气体 排气管
B B
含尘气体
排尘
旋风分离器——利用离心力进行沉降，对于10μm以上的微去除空 气中的水、油雾、尘埃，不锈钢 丝网可清洗，使用寿命长。
丝网分离器
空气过滤器
超细玻璃纤维纸过滤器
介质层过滤器
三、几种典型的空气净化流程
二、空气除菌的要求和方法
要求：10-3染菌概率，1000次培养过程中，
只允许一次是由于空气灭菌不彻底而造成 染菌失败。
热灭菌法
空气进入发酵罐之前，一般均需用压缩机 压缩，提高压力。利用空气压缩时放出的 热量进行保温灭菌。
辐射灭菌
α-射线、 β-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。 辐射灭菌一般用于表面的灭菌及有限空 间空气的灭菌。
三、介质过滤效率 介质过滤效率是指被介质层捕集的 尘埃颗粒与空气中原有颗粒数之比。
N1 - N2 N2 η 1 1 P N1 N1
N1，N2——过滤前、后空气中的尘埃颗粒数； η——过滤效率，％； P——穿透率，即过滤后空气中残留颗粒数与原有颗粒数之比。
虑层厚度计算（对数穿透定律）：
两级冷却、加热除菌流程 冷热空气直接混合式空气除菌流程 高效前置过滤空气除菌流程
利用热空气加热冷空气的流程
两级冷却、加热除菌流程
1－粗过滤器；2－空气压缩机；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－空气过 滤器
特点：两次冷却、两次分离、适当加热。
第四章 无菌空气的制备
主讲：鲍成满
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
空气过滤除菌的工艺
第三节
第一节 空气中的微生物和除菌方法
一 空气中的微生物种类及分布
所谓无菌空气就是指不含有微生物菌体的空气。 氧气 氮气 气态物质的混合物 惰性气体 二氧化碳 空气（即 水蒸气 大气） 构成地壳的无机物质颗粒 悬浮在空气 烟灰 植物花粉 中的灰尘 种类繁多的细菌和其他微生物
实用化流程
发酵车间的空气过滤设备
1 N0 L ln Ns K
L——虑床厚度； N0，Ns——进口空气、过虑后空气中的尘埃颗粒数； K——常数，cm。
四、影响介质过滤效率的因素
介质填充密度与过滤效率
密度大效率大 介质填充厚度与过滤效率 厚度大效率大 空气流速与过滤效率 低空气流速时，速度大效率低，气流速 度达到临界值 时，速度大效率高。
布朗扩散截留作用
布朗扩散：直径很小的微粒，在很慢的 气流中产生的一种不规则直线运动。
惯性撞击截留作用
淀 拦截截留作用 粉
临界气流速度：降低气流速度，惯性截 留接近于零时的气流速度。 滞留区气流速度慢，微粒靠近纤维而滞 留。
重力沉降作用
微粒重力大于气流对其的拖带力时，微粒沉 降截留。
高效前置过滤空气除菌流程
1—高效前置过滤器；2—压缩机；3—贮罐；4—冷却器； 5—丝网分离器；6—加热器；7—过滤器
特点：采用了高效率的前置过滤设备，使空
气经多次过滤，因而所得的空气无菌程度很 高。
利用热空气加热冷空气的流程 特点：对热能的利用比较合理。
图3- 利用热空气加热冷空气的流程
静电吸引作用
摩擦产生电荷，当菌体电荷与介质所带电 荷相反时，吸引沉降。
二、空气过滤除菌的介质
纤维状或颗粒状过滤介质
棉花、玻璃纤维、活性炭。 纸类过滤介质 玻璃纤维纸属于深层过滤技术 微孔滤膜类过滤介质 微孔滤膜类过滤介质的空隙小于0.5μm，甚至 小于0.1μm，能将空气中细菌真正滤去，即绝 对过滤。
一般干燥寒冷，空气中含微生物量较少，湿润温 暖的空气中含微生物较多； 城市空气中的微生物含量（103-104个/m3）比人口 稀少的农村多； 地面空气中微生物含量比高空多。
空气中常见微生物种类及大小
微生物 产气杆菌 蜡状芽孢杆菌 普通变形杆菌 宽/μm 1.0-1.5 1.3-2.0 0.5-1.0 长/μm 1.0-2.5 8.1-25.8 1.0-3.0
前置过滤器 通常采用布袋过滤器、填料过滤器等
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。
大型空气压缩机
空气贮罐 •消除压缩机排出空
气量的脉冲，维持
稳定的空气压力。
•利用重力沉降作用
除去部分油雾。
•紧接空压机安装。