发酵工业应用的“无菌空气”是指通过除菌处理使空气中含微生物含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。 满足发酵生产的空气称为“无菌空气”。 在发酵生产过程中，无菌空气的制备是保障产品质量和产量的关键环节。通过对空气进行净化、消毒，建设无菌室以及规范无菌操作，可以确保发酵过程的顺利进行，提高产品的质量和产量。

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发酵对空气无菌程度的要求

各种不同的发酵过程，由于所用菌对空气无菌程度的要求也不同。如酵母培养过程，其华体会体育最新地址 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。而氨基酸与抗生素发酵因周期长短不同，对无菌空气的要求也不同。总的来说，影响因素是比较复杂的，需要根据具体情况而定出具体的工艺要求。 一般按染菌 几率为10 ^{- 3} 来计算，即1000次发酵周期所用的无菌空气只允许1~2次染菌。

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空气过滤的方法

(1) 辐射灭菌

a射线、X射线、 β 射线、Y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。但应用较广泛的还是紫外线，它在波长为226.5~328.7nm时杀菌效力最强，通常用于无菌室和医院手术室。但杀菌效率较低，杀菌时间较长。 一般要结合甲醛蒸汽等来保证无菌室的无菌程度。

(2)加热灭菌

虽然空气中的细菌芽孢是耐热的，但温度足够高也能将它破坏。例如悬浮在空气中的细菌芽孢在218°C下24s就被杀死。但是如果采用蒸汽或电热来加热大量的空气，以达到灭菌目的，这样太不经济。利用空气压缩时产生的热进行灭菌对于无菌要求不高的发酵来说则是一个经济合理的方法。

采用加热灭菌法时，要根据具体情况适当增加一些辅助措施以确保安全。因为空气的导热系数低，受热不很均匀，同时在压缩机与发酵罐间的管道难免有泄漏，这些因素很难排除，因此通常在发酵罐前装一台空气过滤器。

(3)静电除菌

静电防尘是利用静电引力来吸附带电粒子而达到除尘、除菌的目的。悬浮于空气中的微生物，其孢子大多带有不同的电荷，没有带电荷的微粒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，则微粒就不能被吸附而沉降，所以静电除尘对很小的微粒效率较低。

(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，从而制得无菌空气。常用的过滤介质有棉花;活性炭或玻璃纤维、有机合成纤维、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0.5~2um，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。

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介质过滤除菌的机理

发酵工厂采用的空气过滤除菌的机理主要包括拦截截留作用、惯性撞击截留作用和布朗扩散截留作用。

(1)拦截截留作用

气流速度降低到惯性捕集作用接近于零时，此时的气流速度为临界速度。气流速度在临界速度以下时，微粒不能因惯性滞留于纤维上，捕集效率显著下降。但实践证明，随着气流速度的继续下降，纤维对微粒的捕集效率又回升，说明有另一种机理在起作用，这就是拦截捕集作用。

微生物微粒直径很小，质量很轻，它随低速气流流动慢慢靠近纤维时，微粒所在的主导气流流线受纤维所阻，从而改变流动方向，绕过纤维前进，而在纤维的周边形成一层边界滞流区。滞流区的气流速度更慢，进到滞流区的微粒慢慢靠近和接触纤维而被粘附滞留，称为拦截捕集作用。拦截捕集作用对微粒的捕集效率与气流的雷诺准数和微粒与纤维直径有关。

(2)布朗扩散作用

直径很小的微粒在很慢的气流中能产生一种不规则的运动称为布朗扩散。扩散运动的距离很短，在较大的气流速度和较大热纤维间隙中是不起作用的，但在很慢的气流速度和较小的纤维间隙中，扩散作用大大增加了微粒与纤维的接触机会，从而被捕集。

(3)惯性撞击作用

是指含有微生物颗粒的空气通过滤层时，空气流仅能从纤维间的间隙通过，由于纤维纵横交错，层层叠叠，迫使空气流不断改变运动方向和速度。由于微生物颗粒的惯性大于空气，因而当空气流遇阻而绕道前进时，微生物颗粒未能及时改变它的运动方向，而撞击并被截留于纤维的表面。惯性力与气流流速成正比，当流速过低时，惯性捕集作用很小甚至接近于零；当空气流速增至足够大时，惯性捕集则起主导作用。

(4)重力沉降作用

微粒虽小，但仍具有重力。当微粒重力超过空气作用于其上的浮力时，即发生一种沉降加速度。当微粒所受的重力大于气流对它的拖带力时微粒就发生沉降现象。就单一重力沉降而言，大颗粒比小颗粒作用显著，一般50um以上的颗粒沉降作用才显著。对于小颗粒只有气流速度很慢时才起作用。重力沉降作用一般是与拦截作用相配合，即在纤维的边界滞留区内。微粒的沉降作用提高了拦截捕集作用。

(5)静电吸附作用

干空气对非导体的物质作相对运动摩擦时，会产生静电现象，对于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大多带有不同的电荷。有人测定微生物孢子带电情况时发现，约有75%的孢子具有1~60负电荷单位，15%的孢子带有5~14正电荷单位，其余10%则为中性，这些带电荷的微粒会被带相反电荷的介质所吸附。此外，表面吸附也属这个范畴，如活性炭的大部分过滤效能应是表面吸附作用。

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空气过滤除菌的流程

4.1. 4.1 空气净化的工艺要求

空气过滤除菌流程是生产对无菌空气要求具备的参数(如无菌程度、空气压力、温度等)，并结合吸气环境的空气条件和所用空气除菌设备的特性，根据空气的性质而制定的。

(1)要求的低压无菌空气

可直接采用一般鼓风机增压后进入过滤器，经一次过滤除菌而制得。如无菌室、超净工作台等用作层流技术的无菌空气就是采用这种简单流程。

(2)供给发酵用的无菌空气，需要克服介质阻力、发酵液静压力和管道阻力，故一般使用空压机;

①　首先将进入空压机的空气粗滤，滤去灰尘、沙土等固体颗粒。这样还有利于空压机的正常运转，提高空压机的寿命;

②　将经压缩后的热空气冷却，并将析出的油、水尽可能地除掉。常采用油水分离器与去雾器相结合的装置;

③　为防止往复压缩机产生脉动，和一般的空气供给一样，流程中需设置一个或数个贮气罐;

④　空气过滤器一般采用二台总过滤器(交叉使用)和每个发酵罐单独配备分过滤器相结合的方法，以达到无菌。

4.2. 4.2 过滤除菌的一般流程

空气过滤除菌一般是把吸气口吸入的空气先进行压缩前过滤，然后进入空气压缩机。从空气压缩机出来的空气(一般压力在0.2MPa以上温度120~160℃)，先冷却至适当温度(20~25℃)除去油和水，再加热至30~35℃，最后通过总空气过滤器和分过滤器(有的不用分过滤器)除菌，从而获得洁净度、压力、温度和流量都符合工艺要求的灭菌空气。在空气处理工艺过程中，各种设备系围绕两个目的:①提高压缩前空气的质量(洁净度)；②去除压缩空气中所带的油和水。 (1)提高压缩前空气的质量： 主要措施是提高空气吸气口的位置和加强吸入空气的压缩前过滤。

①　空气吸气口

提高空气吸气口的高度可以减少吸入空气的微生物含量。据报道，吸气口每提高3.05m，微生物数量减少一个数量级。由于空气中的微生物数量因地区、气候而不同；因此吸气口的高度也必须因地制宜，一般以离地面5~10m为好。在吸气口处需要设置防止颗粒及杂物吸入的筛网(也可以装在粗过滤器上)，以免损坏空气压缩机。

②　粗过滤器

吸入的空气在进入压缩机前先通过粗过滤器过滤，可以减少进入空气压缩机的灰尘和微生物，减少往复式空气压缩机活塞和气缸的磨损，减轻介质过滤除菌的负荷。常用的粗过滤器有油浸铁丝网、泊浸铁环和泡沫塑料等。

(2)去除压缩空气中所带的油和水

①　一级空气冷却器

用30℃左右的水，把从压缩机出来的120℃或150℃的空气冷却到40~50℃左右;

②　二级空气冷却器

用9℃冷冻水或15~18℃地下水，把40~50℃的空气冷却到20~25℃。冷却后的空气，其相对湿度提高到100%，由于温度处于露点以下，其中的油、水即凝结为油滴和水滴；

③　空气贮罐

用以沉降大的油滴和水滴及稳定压力;

④　旋风分离器

用以分离50um以上的液滴及部分较小的液滴。

⑤　丝网除沫器

用以分离5um以上的液滴。使用丝网除沫器需控制好空气的流速，并不断去掉凝结下来的油水。在空气压力为0.2Mpa (表压) 的情况下，最佳的空气流速应为1~2m/s(空床速度)，在此操作条件下可以去掉较小的雾滴。

⑥　空气加热器

分离油、水以后的空气的相对湿度仍然为100%，当温度稍微下降时(例如冬天或过滤器阻力下降很大时)就会析出水来，使过滤介质受潮。因此，还必须使用加热器来提高空气温度，降低空气的相对湿度(要求在60%以下)，以免析出水来。

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