第4章发酵工业无菌技术ppt课件.ppt

第4章 发酵工业无菌技术,本章内容,一、概念 二、发酵工业污染的防治策略三、发酵工业的无菌技术四、培养基及设备灭菌 五、空气除菌,一、概念：灭菌、消毒、除菌、防腐,灭菌(sterilization):用化学或物理方法杀死物料或设备中所有有生命物质的过程。消毒(disinfection):用物理或化学方法杀死空气、地表以及容器和器具表面的微生物。除菌(degermation):用过滤方法除去空气或液体中的微生物及其孢子。防腐(antisepsis):用物理或化学方法杀死或抑制微生物的生长和繁殖。消毒与灭菌的区别消毒与灭菌在发酵工业中的应用,二、发酵工业污染的防治策略,（一）污染的危害（二）污染的防治,1.染菌的不良后果,消耗营养合成新产物；菌体自溶、发粘等造成分离困难改变pH分解产物噬菌体破坏极大,2.染菌危害的具体分析（1）染菌对不同菌种发酵的影响,A细菌谷氨酸：发酵周期短，培养基不太丰富，较少染杂菌，但噬菌体威胁大。肌苷：缺陷型生产菌，培养基丰富，易染菌，营养成分迅速被消耗，严重抑制菌生长和合成代谢产物。,B.霉菌PenG：青霉素水解酶上升，PenG迅速破坏，发酵一无所获。柠檬酸：pH2.0，不易染菌，主要防止前期染菌。C.酵母菌:易污染细菌以及野生酵母菌 D.疫苗：无论污染的是活菌、死菌或内外毒素，都应全部废弃。,（1）染菌对不同菌种发酵的影响,（2）染菌种类对发酵的影响,青霉素：怕染细短产气杆菌链霉素：怕染细短杆菌、假单孢杆菌和产气杆菌四环素：怕染双球菌、芽孢杆菌和荚膜杆菌柠檬酸：怕染青霉菌肌苷（酸）：怕染芽孢杆菌谷氨酸：怕染噬菌体，易造成连续污染,（3）不同发酵时期染菌对发酵的影响,种子扩大时期染菌:发酵前期染菌：发酵中期染菌：挽救困难，应早发现，快处理，处理方法应根据各种发酵的特点和具体情况来决定 抗生素发酵 柠檬酸发酵 a.污染细菌：加大通风，加速产酸，调pH3.0，抑制细菌 b.污染酵母：加入0.0250.035g/L CuSO4抑制酵母；通风加大，加速产酸。,灭菌后弃去,应迅速重新灭菌，补充必要的营养成分，重新接种,（3）不同发酵时期染菌对发酵的影响,柠檬酸发酵c.染黄曲霉：加入另一罐将近发酵成熟的醪液，pH下降，黄曲霉自溶。d.青霉菌：在pH很低下能够生长。提前放罐。发酵后期污染染菌量不太多，可继续发酵污染严重，则提前放罐杀菌剂的添加：前期无必要，增加成本；发现后加入，效果要具体评价,（4）杂菌污染对发酵产物提取和产品质量的影响,丝状菌发酵被产酸菌污染：pH不断下降，菌丝大量自溶，发酵液粘度增加，过滤困难 处理方法：将发酵液加热后再加助滤剂；先加絮凝剂使蛋白质凝聚后沉淀。杂菌分泌较多蛋白质杂质时，对发酵后处理过程中采用溶媒萃取的提取工艺非常不利，使水相和溶媒之间极易发生乳化。,1.染菌的检查与判断,显微镜检查法 镜检出杂菌需要一定时间平板划线培养或斜面培养检查法：菌落 噬菌体检查可采用双层平板法：噬菌斑肉汤培养检查法 发酵过程的异常现象判断DO2水平异常变化pH异常变化尾气CO2异常变化,1,2,污染原因分析,主要原因：种子带菌 无菌空气带菌 设备渗漏 灭菌不彻底 操作失误 技术管理不善,预防,种子带菌的防治 灭菌彻底接种可靠：无菌室及设备可靠，无菌操作可靠保藏可靠过滤空气带菌的防治设备的渗漏或“死角”造成的染菌及其防治,“死角”,发酵罐的“死角”法兰、内衬、接口、表头、罐内部件及其支撑件如搅拌轴拉杆、联轴器、冷却盘管、挡板、空气分布管及其支撑件 口：人孔（或手孔）、排风管接口、灯孔、视镜口、进料管口 发酵罐罐底脓疱状积垢造成“死角”消除方法：加强清洗并定期铲除污垢；安装放汽边阀管道安装不当或配置不合理形成的“死角”,发酵罐罐底脓疱状积垢造成“死角”,法兰连接不当造成的“死角”,灭菌时蒸汽不易通达的“死角”及其消除方法,培养基与设备灭菌不彻底的防治原料性状：大颗粒的原料过筛除去。实罐灭菌时要充分排除罐内冷空气。灭菌过程中产生的泡沫造成染菌：添加消泡剂 防止泡沫升顶连消不彻底：最好采用自动控制装置 灭菌后期罐压骤变 死角 操作不当造成染菌 噬菌体染菌及其防治,预防,采取哪些措施能够保持无菌发酵？,物料、培养基、中间补料要灭菌；发酵设备及辅助设备（空气过滤装置、各种发酵罐进出口连接装置）和管道要灭菌；好气发酵通入的空气要除菌；种子无污染；接种无菌操作过关；为了保持发酵的长期无菌状态，需维持正压。,有关细菌耐热性的特性,（1）热力致死速率曲线或活菌残存数曲线微生物及其芽孢的热处理死亡数是按指数递减或按对数循环下降的。若以纵坐标为物料单位值内细胞数或芽孢数的对数值，以横坐标为热处理时间，可得到一直线热力致死速率曲线或活菌残存数曲线。,图1 热力致死速率曲线,D,D,D,D,D,D,（2）D值,图1表明，直线横过一个对数循环时所需要的时间（分钟）就是D值（Decimal reduction time）。也就是直线斜率的倒数。直线斜率实际反映了细菌的死亡速率。D值的定义就是在一定的处理环境中和在一定的热力致死温度条件下某细菌数群中每杀死90%原有残存活菌数时所需要的时间。,D值越大，细菌的死亡速率越慢，即该菌的耐热性越强。因此D值大小和细菌耐热性的强度成正比。注意：D值不受原始菌数影响D值随热处理温度、菌种、细菌活芽孢所处的环境和其它因素而异。,表1 瞬间加热和冷却条件下单位时间为D时的细菌死亡速率,从表1可以看出，从5D以后，为负指数，也就是说有1/101/10000活菌残存下来的可能。细菌和芽孢按分数出现并不显示，这只是表明理论上很难将活菌完全消灭掉。实际上，这应该从概率的角度来考虑，如果100支试管中各有1ml悬浮液，每ml悬浮液中仅含有1个芽孢，经过5D处理后，残存菌数为10-1，即1/10活10/100，也就是100支试管中可能有90支不再有活菌存在，而10支尚有活菌的可能。,D值可以根据图1中直线横过一个对数循环所需的热处理时间求得。当然也可以根据直线方程式求得，因为它为直线斜率的倒数，即：,例1：100热处理时，原始菌数为1104，热处理3分钟后残存的活菌数是1101，求该菌D值。即D 100 或D110=1.00,（3）热力致死时间曲线（TDT曲线）,Thermal Death Time：热力温度保持恒定不变，将处于一定条件下的悬浮液中某一菌种的细胞或芽孢全部杀死所必需的最短热处理时间。,图2热力致死时间曲线,细菌的热力致死时间随致死温度而异。它表示了不同热力致死温度时细菌芽孢的相对耐热性。与热力致死速率曲线一样，若以热处理温度为横坐标，以热处理时间为纵坐标（对数值），就得到一条直线，即热力。表明热力致死规律同样按指数递降进行。,Z值的概念：直线横过一个对数循环所需要改变的温度数（）。换句话说：Z值为热力致死时间按照1/10，或10倍变化时相应的加热温度变化（）。Z值越大，因温度上升而取得的杀菌效果就越小。,通常用121（国外用250F或121.1）作为标准温度，该温度下的热力致死时间用符号F来表示，并称为F值。F值的定义就是在121.1温度条件下杀死一定浓度的细菌所需要的时间F值与原始菌数是相关的。若T2=121.1，则t2=F,（4）热力指数递减时间（TRT）,为了计算杀菌时间时将细菌指数递减因素考虑在内，将D值概念进一步扩大，提出了热力指数递减时间（TRT）概念。TRT定义就是在任何特定热力致死温度条件下将细菌或芽孢数减少到某一程度如 10-n（即原来活菌数的1/10n）时所需要的热处理时间（分钟）。,TRTn=nD 即曲线横过n个对数循环时所需要的热处理时间。TRTn值与D值一样不受原始菌数的影响。TRT值的应用为运用概率说明细菌死亡情况建立了基础。如121温度杀菌时TRT12=12D，即经12D分钟杀菌后罐内致死率为D值的主要杀菌对象芽孢数将降低到10-12。,（5）仿热力致死时间曲线,纵坐标为D对数值，横坐标为加热温度，加热温度与其对应的D对数值呈直线关系。,图 3仿热力致死时间曲线,若T2=121.1，则t2=F 假定T1温度下的D值已知，则，t1=nD，则D、F、Z值之间的关系可以通过下式转换。或,这样，已知T温度下的D值，Z值，再针对罐头产品需要确定n值后，就可计算得到相应的F值。n值并非固定不变，要根据工厂和食品的原始菌数或着污染菌的重要程度而定。比如在美国，对肉毒杆菌，要求n=12，对生芽梭状芽孢杆菌，n=5。,例2在某杀菌条件下，在121.1用1 min恰好将菌全部杀灭；现改用110、10 min处理，问能否达到原定的杀菌目标？设Z=10。,例3.2解已知：T1=110，t1=10 min，T2=121.1，t2=1 min，Z=10。利用TDT曲线方程，将110、10 min转化成121.1下的时间t2，则t2=0.78 min t2说明未能全部杀灭细菌。那么在110下需要多长时间才够呢？仍利用上式，得t1=12.88 min,例3:某产品净重454 g，含有D121.1=0.6 min、Z=10的芽孢12个/g；若杀菌温度为110，要求效果为产品腐败率不超过0.1%。求：（1）理论上需要多少杀菌时间？（2）杀菌后若检验结果产品腐败率为1%，则实际原始菌数是多少？此时需要的杀菌时间为多少？,例3解:（1）F0=D（lg a lg b）=0.6(lg 5448 lg 0.001)=4.042 min F110=F0 lg-1(121.1 110)/10=52.1 min（2）F0=0.6(lg a lg 0.01)=4.042 min lg a=lg 0.01+4.042/0.6 a=54480，即芽孢含量为120个/g。此时，F0=D(lg a lg b)=0.6(lg 54480 lg 0.001)=4.642 min F110=4.642 lg-1(121.1 110)/10=59.8 min,例：有一发酵罐，内装培养基40m3，在121的温度下进行实罐灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢2107个，在121 时的灭菌速率常数为0.0287s-1。试求灭菌失败的机率为0.001所需的时间。解：,例：有培养基30m3，在125的温度下进行6m3/h连续灭菌。设每毫升培养基含有耐热菌的芽孢105个，在125时的灭菌速率常数为11min-1。试求灭菌维持时间和维持罐体积。解：每分钟处理0.1m3有 取停留8min,除菌的方法,培养基的加热灭菌（包括常压或蒸汽高压加热法）空气的过滤除菌紫外线或电离辐射化学药物灭菌,（一）高温杀菌作用的种类,高温致死原理：由于它使微生物的蛋白质和核酸等重要生物高分子发生变性、破坏，例如它可使核酸发生脱氨、脱嘌呤或降解，以及破坏细胞膜上的类脂质成分等。湿热灭菌要比干热灭菌更有效，这一方面是由于湿热易于传递热量，另一方面是由于湿热更易破坏保持蛋白质稳定性的氢键等结构，从而加速其变性。,1干热灭菌法，将金属制品或清洁玻璃器皿放入电热烘箱内，在150170下维持12小时后，即可达到彻底灭菌的目的。在这种条件下，可使细胞膜破坏、蛋白质变性、原生质干燥，以及各种细胞成分发生氧化。灼烧，是一种最彻底的干热灭菌方法，但它只能用于接种环、接种针等少数对象的灭菌。,2湿热灭菌法,湿热灭菌法比干热灭菌法更有效。多数细菌和真菌的营养细胞在60左右处理510min后即可杀死；酵母菌和真菌的孢子稍耐热些，要用80以上的温度处理才能杀死；而细菌的芽孢最耐热，一般要在120下处理15min才能杀死。,（1）常压法,巴氏消毒法（pasteurization）用于牛奶、啤酒、果酒和酱油等不能进行高温灭菌的液体的一种消毒方法，其主要目的是杀死其中无芽孢的病原菌（如牛奶中的结核杆菌或沙门氏菌），而又不影响它们的风味。巴氏消毒法是一种低温消毒法低温维持法：在63下保持30分钟可进行牛奶消毒；高温瞬时法：用于牛奶消毒时只要在72下保持15秒钟即可。,间歇灭菌法，又称丁达尔灭菌法或分段灭菌法。适用于不耐热培养基的灭菌。方法是：将待灭菌的培养基在80100下蒸煮1560分钟，以杀死其中所有微生物的营养细胞，然后置室温或37下保温过夜，诱导残留的芽孢发芽，第二天再以同法蒸煮和保温过夜，如此连续重复3天，即可在较低温度下达到彻底灭菌的效果。,（2）加压法,常规加压灭菌法盛有适量水的加压蒸汽灭菌锅加热煮沸，彻底驱尽后将锅密闭，再继续加热至121（压力为1kgcm2或15磅英寸2），时间维持1520分钟，也可采用在较低的温度（115，即0.7kgcm2或10磅英寸2）下维持35分钟的方法。此法适合于一切微生物学实验室、医疗保健机构或发酵工厂中对培养基及多种器材、物料的灭菌。,连续加压灭菌法,在发酵行业里也称“连消法”。此法只在大规模的发酵工厂中作培养基灭菌用。主要操作：将培养基在发酵罐外连续不断地进行加热、维持和冷却，然后才进入发酵罐。培养基一般在135140下处理515秒钟。,连续加压灭菌法优点,因采用高温瞬时灭菌，故既可杀灭微生物，又可最大限度减少营养成分的破坏，从而提高了原料的利用率，比“实罐灭菌”（120，30分钟）提高产量510；由于总的灭菌时间较分批灭菌注明显减少，所以缩短了发酵罐的占用周期，从而提高了它的利用率；由于蒸汽负荷均匀，故提高了锅炉的利用率；适宜于自动化操作；降低了操作人员的劳动强度。,（二）影响加压蒸汽灭菌效果的因素,（1）灭菌物体含菌量的影响。天然原料尤其是麸皮等植物性原料配成的培养基，一般含菌量较高，而用纯粹化学试剂配制成的组合培养基，含菌量低。,（2）灭菌锅内空气排除程度的影响检验灭菌锅内空气排除度，可采用多种方法。最好的办法是灭菌锅上同时装有压力表和温度计，其次是将待测气体通过橡胶管引入深层冷水中，如只听到“扑扑”声而未见有气泡冒出，也可证明锅内已是纯蒸汽了。,（3）灭菌对象pH的影响（4）灭菌对象的体积。要防止用常规的压力和时间在加压灭菌锅内进行大容量培养基的灭菌。（5）加热与散热速度。这两段时间也对灭菌效果和培养基成分发生影响。为了使科学研究的结果有良好的重演性，在灭菌操作中对这些技术细节都应加以注意。,（三）高温对培养基成分的有害影响及其防止,消除高温有害影响的措施,（1）采用特殊加热灭菌法（2）对易破坏的含糖培养基进行灭菌时，应先将糖液与其他成分分别灭菌后再合并；（3）对含Ca2+或Fe3+的培养基与磷酸盐先作分别灭菌，然后再混合，就不易形成磷酸盐沉淀；,（4）对含有在高温下易破坏成分的培养基（如含糖组合培养基）可进行低压灭菌（在112即0.57kgcm2或8磅英寸2下灭菌15分钟）或间歇灭菌；（5）在大规模发酵工业中，可采用连续加压灭菌法进行培养基的灭菌,(二)灭菌设备l、高压蒸汽灭菌 生产中使用高压蒸汽灭菌锅的型号很多 手提式灭菌锅，容量小，多用于母种培养基灭菌。立式或卧式灭菌锅较大，多用于原种或少量栽培种培养基的灭菌，一般能装几十瓶或几百瓶。灭菌柜要和蒸汽锅炉配套，用于大量的原种和栽培种培养基的灭菌，一次能装几百至几千瓶(袋)。但投资太大，适合大型菌种场使用。,2常压蒸汽灭菌锅 常压蒸汽灭菌锅是用铁锅、砖、水泥砌成的，造价低，适于一般生产单位和专业户使用。大小可根据需要而定，但最大的锅每次装料也最好不超过500公斤。3烘箱 烘箱主要是用于玻璃器皿的干燥和灭菌，也可用于其它物品烘干。,三、灭菌的实际操作,（一）空罐灭菌 空罐灭菌也称空消。无论是种子罐、发酵罐、还是尿素（或液氨）罐、消泡罐，当培养基（或物料）尚未进罐前对罐进行预先灭菌，为空罐灭菌。为了杀死所有微生物特别是耐热的的芽孢，空罐灭菌要求温度较高，灭菌时间较长，只有这样才能杀死设备中各死角残存的杂菌或芽孢。,（二）实罐灭菌 将培养基置于发酵罐中用蒸汽加热，达到预定灭菌温度后，维持一定时间，再冷却到发酵温度，然后接种发酵，这叫做实罐灭菌，又称分批灭菌。操作要点：三路进汽：直接蒸汽从通风、取样和出料口进入罐内直接加热，直到所规定的温度，并维持一定的时间。这就是所谓的“三路进气”。,培养基连消工艺流程图,喷淋冷却连续灭菌流程,（2）过滤除菌法 是将液体或气体用微孔薄膜过滤，使大于孔径的细菌等微生物颗粒阻留，从而达到除菌目的。在体外培养时，过滤除菌大多用于遇热容易变性而失效的试剂或培养液。,目前，大多实验室采用微孔滤膜滤器除菌。关键步骤是安装滤膜及无菌过滤过程。滤膜过滤装置、烧结玻璃滤板过滤器、石棉板过滤器（Seitz滤器）、素烧瓷过滤器以及硅藻土过滤器等。过滤除菌的缺点是无法去除其中的病毒和噬菌体。,（3）其他方法 在配制培养基时，为避免发生沉淀，一般应按配方逐一加入各种成分。另外，加入0.01EDTA或0.01NTA（氮川三乙酸）等螯合剂到培养基中，可防止金属离子发生沉淀。最后，还可以用气体灭菌剂如氧化乙烯等对个别成分进行灭菌处理。,三、化学杀菌剂或制菌剂,（一）表面消毒剂,常用消毒剂的种类很多，它们的杀菌强度各不相同。但几乎都有一个共同规律，即当其在极低浓度时，常常会对微生物的生命活动起刺激作用，随着浓度逐渐增高，就相继出现制菌和杀菌作用，因而形成一个连续的作用谱。表面消毒剂是指对一切活细胞都有毒性，不能用作活细胞内的化学治疗用的化学药剂。,为比较各种表面消毒剂的相对杀菌强度，常采用在临床上最早使用的消毒剂石炭酸作为比较的标准，并提出了石炭酸系数这一指标。所谓石炭酸系数，指在一定时间内被试药剂能杀死全部供试菌的最高稀释度与达到同效的石炭酸的最高稀释度的比率。一般规定处理时间为10分钟，而供试菌定为Salmonellatyphi（伤寒沙门氏菌）。,消 毒 试 验,以人工染菌实物为消毒对象，模拟现场表面污染大肠杆菌液。消毒前采样：放置无菌规格板，取无菌棉拭于含5ml稀释液试管中沾湿，在规格板空心处旋转自左至右涂抹整个区域。消毒后采样：在前采样地点旁用0.05过氧乙酸溶液消毒物体表面，30分钟后将无菌棉拭于含5ml采样液试管中沾湿，作为消毒后样液。将消毒前后样液充分振荡摇匀后稀释。培养待凝固后37培养2448小时，作菌落计数。,灭菌效果监测,、高压蒸气灭菌效果监测(1)高压蒸气灭菌指示卡：将卡片放入灭菌器不同部位，观察灭菌后指示卡颜色变化。(2)芽胞菌片法：将每片染有嗜热脂肪杆菌芽胞105cfu/ml的菌片包好、放入灭菌器内。灭菌后作细菌计数测定。对照是不经灭菌的菌片，芽胞完全被杀灭或杀来率达99.9999为合格。,、紫外线消毒效果监测 微型紫外线强度计：使用时打开仪器开关，装入电池，打开电源开关，接通电源，将测定电压转换开关拨至电压一方，此时指针应超过中线。测定时，将测定电压转换开关拨至测定一方，打开紫外线灯照射分钟后，将紫外线灯强度计置于紫外线灯下垂直的中央进行照射，直至仪表指针稳定，所示之值即为该紫外线灯的强度值(uw/cm2)。,(2)紫外线强度与消毒剂量指示卡：测定灯管强度时，将卡片置于离紫外灯管的中央处，将图案一面朝向灯管，照射一分钟（照射时间要准确）后，图案正中涂层由白色变为紫红色。与周围相应色块相比，可测知所照射的强度。新灯管以不低于100uw/cm2为合格，旧灯管低于70uw/cm2应更换。,空气的净化,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，空气中的含菌量较多，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较多，农村的空气中含菌量较少，一般城市空气中杂菌数为30008000个米3。,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。这些微生物大小不一，一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103104个/米3。灰尘粒子的平均大小约0.6m左右，所以空气除菌主要是去除空气中的微粒(0.6-1m）,二、空气除菌,工业发酵对空气处理的要求随发酵产品和菌种不同而异。半固体制曲和酵母生产中无菌要求不十分严格，一般无需复杂的空所净化处理；密闭的深层通气发酵需严格的纯净培养，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。,（二）发酵对空气无菌程度的要求,好气性发酵过程中需要大量的无菌空气，空气要做到 绝对无菌在目前是不可能的，也是不经济的。发酵对无菌空气的要求是：无菌，无灰尘，无杂质，无水，无油，正压等几项指标。发酵对无菌空气的无菌程度要求是：只要在发酵过程中不因无菌空气染菌，而造成损失即可。在工程设计中一般要求1000次使用周期中只允许有一个菌通过，即经过滤后空气的无菌程度为N=10-3。,我国GMP把药厂洁净度分为四级：洁净区：100级，10000级控制区：100000级，300000级。控制区：人员均须更衣后经缓冲室才能进入洁净区：人员应经淋浴、更衣、风淋后才能进入,二、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,1辐射灭菌法,最常用的是用紫外光线进行无菌室灭菌。2537波长的紫外线具有极强烈的杀菌效力，它的主要作用是使微生物的DNA分子产生的胸腺嘧啶的二聚体，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。紫外线有很强的杀菌力，但穿透力很弱，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，而且在一定范围内作用强度与距离平方成反比。此外，紫外线对人体组织有一定刺激作用，眼睛、皮肤受照射后会产生某些症状，所以工作人员在无菌室操作时应关闭紫外灯。,2、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。热空气进入培养系统之前，一般均需用压缩机压缩，提高压力。空气压缩后温度能达到200以上，保持一定时间后，便可实行干热杀菌。利用空气压缩时所产生的热量进行灭菌的原理对制备大量无菌空气有特别意义。实际应用中需考虑培养装置与空气压缩机的相对位置，连接压缩机与培养装置的管道的灭菌以及管道长度等。,3、静电除菌,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。原理：利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘灭菌目的。对于一些直径小的微粒，所带电荷小，不能被吸附而沉降。,4、介质过滤除菌,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，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。,一、对空气除菌流程的要求,要制备较高无菌程度，具有一定压力的无菌空气，它的流程设备有空气压缩机。附属设备要求尽量采用新技术，提高效率，减少设备，精简设备投资、运转费用和动力消耗，简便操作。流程的制订就根据所在的地理、气候环境和设备条件而考虑。,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的污染等等。,二、空气除菌流程分析,要保持过滤器有比较高的过滤效率，应维持一定的气流速度和不受油、水的干扰。气流速度可由操作来控制；要保持不受油、水干扰则要有一系列冷却、分离、加热的设备来保证空气的相对湿度在50%60%的条件下过滤。,高空取气管,高空取气管是远离地面几十米的管子。一般而言，地面附近空气中所含的微生物和灰尘等均比高空空气中含的多，据资料介绍，每升高10米，空气中杂菌可降低一个数量级，因此从高空取气要比从低空取气有利得多。,油水分离器,其内部同时采用直接拦截，惯性碰撞，布朗扩散及凝聚等机理，能有效地去除空气中的水、油雾、尘埃，内部不锈钢丝网可清洗，使用寿命长。,粗过滤器压缩机贮罐、6冷却器 丝网分离器8加热器、9过滤器,空气净化的流程,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,利用热空气加热冷空气的流程示意图 1-高空采风；2-粗过滤器；3-压缩机；4-热交换器；5-冷却器；6，7-析水器；8-空气总过滤器；9-空气分过滤器,将空气冷却至露点以上的流程 1高空采风；2粗过滤器；3压缩机；4冷却器；5冷却器；6空气总过滤器；7空气分过滤器,高效前置过滤空气除菌流程图 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,一次冷却和析水的空气过滤流程示意图 1高空采风；2粗过滤器；3压缩机；4冷却器；5，6析水器；7贮罐；8加热器；9空气总过滤器；10空气分过滤器,空气净化的流程,吸气口吸入的空气先经过压缩前的过滤。进入空气压缩机（120-150）。冷却（20-25），除去油、水，再加热至30-35。最后通过总过滤器和分过滤器除菌，获得洁净度、压力、温度和流量都符合要求的无菌空气。,二、过滤除菌设备原理,概述：目前发酵工厂采用的空气过滤设备大多数是传统的深层过滤设备，滤层厚度一般为12米，所用的过滤介质一般是棉花、活性炭，也有采用玻璃纤维、焦炭等。对不同的材料，材料的不同规格，材料的填充情况不同，都会得到不同的过滤效果。为了制取适合要求的无菌空气，就得深入研究深层过滤的各种关系。,（一）深层过滤原理,深层过滤所用的过滤介质棉花的纤维直径一般为1620微米。充填系数为8%时，棉花纤维所形成网格的孔隙为2050微米，微粒大小为(0.5-2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惯性冲击、阻拦、重力沉降、布朗扩散、静电吸引等作用而把微粒滞留在纤维表面上。,纤维介质阻留微粒的机制,1阻拦截留：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，这种作用称之为阻拦截留。空气流速愈小，纤维直径愈细，阻拦截留作用愈大。但是在介质过滤的除尘除菌中，阻拦截留并不起主要作用。,2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。,截留区域的大小决定于微粒运动的惯性力，所以，气流速度愈大，惯性力大，截留效果也愈好。此外，惯性碰撞截面作用也与纤维直径有关，纤维愈细，捕集效果愈好。惯性碰撞截面在介质除尘中起主要作用。,3布朗扩散运动：直径小于1m的微粒在运动中往往产生一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敲留。但是这种作用只有在气流速度较低时才较显著。,、重力沉降作用机理,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。,、静电吸附作用机理,干空气对非导体的物质相对运动磨擦时，会产生诱导电荷，纤维和树脂处理过的纤维，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，如枯草杆菌孢子20%带正电荷，20%带负电荷，15%中性，这些带电的微粒会受带异性电荷的物体所吸引而沉降。,此外，表面吸附也归属于这个范畴，如活性炭的大部分过滤效能应是表面吸附的作用。,空气过滤除菌介质,、棉花、玻璃纤维、活性炭、超细玻璃纤维纸、石棉滤板、烧结材料过滤介质、新型过滤介质,影响介质过滤效率的因素,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。对于相同介质，过滤效率与介质滤层厚度、介质填充密度和空气流量有关。,提高过滤除菌效率的措施,（1）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。（2）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。（3）保证进口空气清洁度，如加强生产场地卫生管理，正确选择进风口，加强空气压缩前的预处理。（4）降低进入空气过滤器的空气相对湿度，如使用无油润滑的空气压缩机，加强空气冷却和去油，提高进入过滤器的空气温度。,过滤器失效,压缩空气进入过滤器后便引起活性炭颗粒之间相互顶撞与摩擦，久而成为粉末(灰化)，活性炭的体积也逐渐变小，于是过滤器内的空间逐渐增大，到达一定程度时，便会发生棉花成90翻身现象。这样空气便会未经过滤而进入罐内，引起染菌。,棉花经过多次加热灭菌后，颜色逐渐变深，靠近过滤器壁的棉花，因经受夹层蒸汽的烤干，受热更为剧烈，更容易变成粉末，而被空气带走，造成过滤层有缝隙，使过滤层疏松而漏风。甚至还因过高的压力和过长时间的烘烤而引起棉花活性炭着火的事故。,掌握有关无菌技术的基本概念了解发酵工业污染的原因及其防治策略掌握培养基及设备灭菌的基本原理、基本方法及灭菌时间的估算掌握空气除菌基本原理、流程及空气预处理设计,本章小结,