第三章空气灭菌.ppt

1、第三章空气灭菌,一、空气中微生物的分布,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。 北方气候干燥、寒冷，空气中的含菌量较少，离地面越高，含菌量越少；一般每升高10米，空气中的含菌量就降低一个数量级。 城市的空气中含菌量比农村的空气中含菌量多。,一、空气中微生物的分布,空气中的微生物种类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，球菌的直径一般在0.5-2m，杆菌一般长1-5m，宽为0.5-1m，酵母则个体更大。这些微生物一般附着在空气中的灰尘上或雾滴上，空气中微生物的含量一般为103-104个m3。 灰尘粒子的平均大小约0.6m左右，所

2、以空气除菌主要是去除空气中的微粒(0.6-1m）。 空气中尘埃数与细菌数的关系如下：,二、空气除菌要求,工业发酵对空气处理的要求随发酵产品和菌种不同而异； 半固体制曲和单细胞蛋白的生产中无菌要求不十分严格，一般无需复杂的空气净化处理； 密闭的深层通气发酵需严格的纯种培养，进入发酵罐前空气必须进行冷却、脱水、脱油和过滤除菌等处理。,严格纯种发酵对空气无菌程度的要求,1、连续提供一定流量的压缩空气。 VVM的意义是单位时间(min)单位体积(m3)培养基中通入标准状况下空气的体积(m3)，一般为0.2-2.0。 2、进入过滤器之前，空气的相对湿度60。 3、进入发酵罐的空气温度可比培养温度高10-

3、30。 4、压缩空气的洁净度，在设计空气过滤器时，一般取失败概率为10-3为指标。,三、空气除菌的方法,（一） 辐射杀菌 （二） 热杀菌 （三） 静电除菌 （四） 过滤除菌,辐射灭菌法,最常用的是紫外线进行无菌室灭菌。紫外线具有比较强的杀菌效力，它的主要作用是使微生物的DNA分子产生胸腺嘧啶二聚体，导致细胞死亡。 无菌室常用的紫外灯功率为30W，安装在操作台上方一米左右高处，每次照射15-30min既可。 紫外线穿透力很弱，一张薄纸即可完全挡住紫外线，因此待灭菌物品必须置于紫外光直接照射下，在一定范围内作用强度与距离平方成反比。,干热灭菌,原理：基于加热后微生物体内的蛋白（酶）热变性而得以实现

4、。 空气进入培养系统之前，一般需用压缩机压缩，提高压力。 空气压缩后温度能达到200以上，保持一定时间后起到干热杀菌的作用。,干热灭菌,根据多变压缩公式：,静电除菌,原理：利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘灭菌目的。 静电除尘器可除去空气中的水雾、油雾、尘埃，同时也除去微生物。 对于一些直径小的微粒，所带电荷小，不能被吸附而沉降。,介质过滤除菌,绝对过滤：介质孔隙小于被拦截的微生物的大小；深层过滤：介质孔隙大于被拦截微生物的大小，但介质有一定厚度。 介质过滤除菌是使空气通过经高温灭菌的介质过滤层，将空气中的微生物等颗粒阻截在介质层中，而达到除菌的目的。 从可靠性，经济适用与便于控制等方面考虑

5、，目前仍以介质过滤法较好，也是大多数发酵厂广泛采用的方法。,四、介质过滤除菌深层过滤的机制,布朗扩散运动：直径小于1m的微粒在运动中往往产生种不规则的布朗运动，使微粒间相互凝集成较大的粒子，从而发生重力沉降或被介质截留。但是这种作用只有在气流速度较低时才较显著。,四、介质过滤除菌深层过滤的机制,拦截留作用： 微粒随空气气流向前运动，当气流为层流时，随气流运动的粒子在接近纤维表面的部分由于与过滤介质接触而被纤维吸附捕集，这种作用称之为拦截留作用。 截留效率与气流的雷诺数及纤维、颗粒的直径比有关。,介质过滤除菌深层过滤的机制,惯性碰撞截留： 空气气流流速大时，气流中的微粒具有较大的惯性力。当微粒随

6、气流以一定速度向纤维垂直运动因受纤维阻挡而急剧改变运动方向时，由于微粒具有的惯性作用使它们仍然沿原来方向前进碰撞到纤维表面，产生摩擦粘附而使微粒被截留在纤维表面，这种作用称惯性碰撞截留。,介质过滤除菌深层过滤的机制,重力沉降：是一个稳定的分离作用，当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时，微粒就容易沉降。 就单一的重力沉降情况下，大颗粒比小颗粒作用显著，对于小颗粒只有在气流速度很慢时才起作用。 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集效率。,介质过滤除菌深层过滤的机制,静电吸附 干空气对非导体的物质相对运动磨擦时，会产生诱导电荷，纤维、树脂处理过的纤

7、维，尤其是一些合成纤维更为显著。 悬浮在空气中的微生物微粒大多带有不同的电荷，这些带电的微粒会受带异性电荷的物体所吸引而沉降。,介质过滤除菌对数穿透定律,假定颗粒一旦被截获就不再逃逸，而且在与气流垂直截面上的颗粒是均匀分布的，那么在任何单位厚度介质层中颗粒被捕截的比例相同，即：,垂直气流方向,dx,介质过滤除菌对数穿透定律,若N/N0=0.1，即颗粒的90%被捕获截留，10%穿透，相应的介质厚度用L90表示，可得：,五、发酵过程空气除菌流程,关于空气湿度的几个定义 露点：指将空气降温到某一温度时，此时空气中的水分达到空气的饱和值，开始析出水分时的温度，这时 绝对湿含量：单位重量干空气中所含水蒸

8、气的重量称为空气的绝对湿度，也称绝对湿含量,五、发酵过程空气除菌流程,相对湿度或相对湿含量：空气中的水蒸汽分压与相同温度时的饱和水蒸汽压之比称为相对湿度或相对湿含量。,五、发酵过程空气除菌流程,当空气的总压力p和绝对湿含量x为一定值时，相对湿度随水的饱和蒸汽压ps而改变，但ps又是温度的函数，相对湿度随温度而变，即温度升高，相对湿度降低，反之，相对湿度升高。,五、发酵过程空气除菌流程,对空气除菌流程的要求 要制备较高无菌程度，并具有一定压力的无菌空气，它的流程设备需有空气压缩机。 附属设备要求尽量采用新技术，提高效率，精简设备投资、运转费用和动力消耗，简便操作。 流程的制订要考虑根据所在地的地

9、理、气候环境和设备条件。,五、发酵过程空气除菌流程,在环境污染比较严重的地方，要考虑改变吸风的条件，以降低过滤器的负荷，提高空气的无菌程度； 在温暖潮湿的南方，要加强除水设施，以确保和发挥过滤器的最大除菌效率； 在压缩机耗油严重的设备流程中则要加强消除油雾污染的设备。,两级分离、冷却、加热除菌流程,高效前置过滤除菌流程,-高效前置过滤器-压缩机-贮罐-冷却器 -丝网分离器-加热器-过滤器,采风塔：建在工厂上风头，远离烟道，风塔越高越好，至少10m ，设计气流速度在8m/s左右。 粗过滤器：安装在空压机的吸入口前，又称前置过滤器。作用是拦截空气中较大的灰尘，同时起到一定的除菌作用，减轻总过滤器的

10、负担。过滤介质采用泡沫塑料和无纺布，设计流速为0.1-0.5m/s。,空气压缩机：提供动力，克服随后各设备的阻力。目前常用的空压机有往复式、螺杆式和涡轮式空压机。空压机的选用应根据空气用量，结合本地实际及空压机的特点合理选用。一般不提倡单台空压机。,空气储罐：作用是消除压缩空气的脉动，这对往复式压缩机尤为重要。储罐的H/D=2-2.5，其容积可按下式估算：,冷却器：空压机出口温度一般高于120，必须冷却。另外，在潮湿地区和季节空气中含水量高，为了避免过滤介质受潮失效，冷却还可以达到降湿的目的。,气液分离设备：作用是除去空气中的水和油，保护过滤介质。气液分离设备有两类：一是利用离心力沉降的旋风分离器；二是利用惯性拦截的介质分离器，如丝网分离器。,空气加热器：经过分离器的空气的相对湿度为100%，在进入过滤器之前