1、培養基滅菌培養基滅菌 空氣除菌空氣除菌第一節第一節 培養基滅菌培養基滅菌n滅菌的概念滅菌的概念n滅菌的方法滅菌的方法n濕熱滅菌的原理濕熱滅菌的原理n分批滅菌設計分批滅菌設計n連續滅菌設計連續滅菌設計n微生物的熱死動力學微生物的熱死動力學滅菌的概念滅菌的概念 消毒（消毒（disinfection）與滅菌（）與滅菌（sterilization）的區別？的區別？殺滅所有殺滅所有微生物微生物殺滅病源殺滅病源微生物微生物滅菌的概念滅菌的概念n消毒消毒是指用物理或化學方法殺死物料、容器、器是指用物理或化學方法殺死物料、容器、器具內外的病原微生物。一般只能殺死營養細胞而具內外的病原微生物。一般只能殺死營養細

2、胞而不能殺死細菌芽孢。不能殺死細菌芽孢。n例如，例如，巴氏消毒法巴氏消毒法，是將物料加熱至，是將物料加熱至60維持維持30min，以殺死不耐高溫的微生物營養細胞。，以殺死不耐高溫的微生物營養細胞。n滅菌滅菌是是用物理或化學方法殺死或除去環境中所有用物理或化學方法殺死或除去環境中所有微生物，包括營養細胞、細菌芽孢和孢子。微生物，包括營養細胞、細菌芽孢和孢子。n消毒不一定能達到滅菌要求，而滅菌則可達到消消毒不一定能達到滅菌要求，而滅菌則可達到消毒的目的。毒的目的。高溫瞬間巴氏消毒法的操作流程圖高溫瞬間巴氏消毒法的操作流程圖法國微生物學家、化學家、近法國微生物學家、化學家、近代微生物學的奠基人。代微

3、生物學的奠基人。滅菌的概念滅菌的概念防腐就是利用某種理化因素完全抑制霉腐微生物防腐就是利用某種理化因素完全抑制霉腐微生物的生長繁殖，從而達到防止食品等發生霉腐的措施。的生長繁殖，從而達到防止食品等發生霉腐的措施。 （1）低溫）低溫 （4）高滲）高滲 （2）缺氧）缺氧 （5）高酸度）高酸度 （3）干燥）干燥 （6）防腐劑）防腐劑防腐（防腐（antisepsis）滅菌的方法滅菌的方法n化學藥物滅菌化學藥物滅菌 n射線滅菌射線滅菌n空氣的過濾除菌空氣的過濾除菌n加熱滅菌加熱滅菌化學滅菌法化學滅菌法n甲醛、乙醇或新潔爾滅、高錳酸鉀等甲醛、乙醇或新潔爾滅、高錳酸鉀等 n適用范圍：環境、皮膚及器械的表面消

4、毒適用范圍：環境、皮膚及器械的表面消毒射線滅菌射線滅菌n電磁波、紫外線或放射性物質電磁波、紫外線或放射性物質n適用范圍：無菌室、接種箱適用范圍：無菌室、接種箱微波輻射滅菌微波輻射滅菌n 紫外線紫外線 波長波長200-300nm的紫外線具有殺菌作用。作用于的紫外線具有殺菌作用。作用于DNA，使一條，使一條DNA鏈上相鄰的兩個胸腺嘧鏈上相鄰的兩個胸腺嘧 啶共價結合形成二啶共價結合形成二聚體，導致細菌變異和死亡。聚體，導致細菌變異和死亡。n 電離輻射電離輻射 高速電子、高速電子、X射線、射線、射線射線n 微波微波 波長波長1mm1m過濾除菌法過濾除菌法n利用過濾方法阻留微生物利用過濾方法阻留微生物

5、n適用范圍：制備無菌空氣適用范圍：制備無菌空氣固定濾膜裝置固定濾膜裝置加熱滅菌法加熱滅菌法n濕熱滅菌法濕熱滅菌法 ( (高壓蒸汽高壓蒸汽) ) 利用飽和蒸汽滅菌，條件：利用飽和蒸汽滅菌，條件：121，30min 適用范圍：生產設備及培養基滅菌適用范圍：生產設備及培養基滅菌n干熱滅菌法干熱滅菌法 常用烘箱，滅菌條件：常用烘箱，滅菌條件：160下保溫下保溫1h 適用范圍：金屬或玻璃器皿適用范圍：金屬或玻璃器皿n火焰滅菌法火焰滅菌法 火焰火焰 適用范圍：接種針、玻璃棒、三角瓶口適用范圍：接種針、玻璃棒、三角瓶口 濕熱滅菌濕熱滅菌n 濕熱滅菌原理：濕熱滅菌原理：蒸汽具有很強的穿透能力，在冷凝時會放蒸汽

6、具有很強的穿透能力，在冷凝時會放出大量的冷凝熱，很容易使蛋白質凝固而殺死各種微生物。出大量的冷凝熱，很容易使蛋白質凝固而殺死各種微生物。 n滅菌條件：滅菌條件： 121，30minn滅菌不利方面：滅菌不利方面：同時會破壞培養基中的營養成分，甚至產同時會破壞培養基中的營養成分，甚至產生不利于菌體生長的物質。生不利于菌體生長的物質。關于滅菌和消毒的不正確的理解是（關于滅菌和消毒的不正確的理解是（ ） A滅菌是指殺滅環境中的一切微生物的細滅菌是指殺滅環境中的一切微生物的細 胞、芽孢和孢子胞、芽孢和孢子 B消毒和滅菌實質上是相同的消毒和滅菌實質上是相同的 C接種環用灼燒法滅菌接種環用灼燒法滅菌 D常用

7、滅菌的方法有加熱法、過濾法、紫外常用滅菌的方法有加熱法、過濾法、紫外 線法、化學藥品法線法、化學藥品法谷氨酸棒狀桿菌的培養液常采用的滅菌方法是（谷氨酸棒狀桿菌的培養液常采用的滅菌方法是（ ）A高壓蒸汽滅菌高壓蒸汽滅菌B高溫滅菌高溫滅菌C加入抗生素滅菌加入抗生素滅菌D酒精滅菌酒精滅菌分批滅菌（間歇滅菌）分批滅菌（間歇滅菌）將配制好的培養基將配制好的培養基同時同時放在發酵罐或其他裝置中，通入蒸放在發酵罐或其他裝置中，通入蒸汽將培養基和所用設備一起進行加熱滅菌的過程，也稱汽將培養基和所用設備一起進行加熱滅菌的過程，也稱實罐實罐滅菌滅菌。過程包括：過程包括：升溫、保溫和冷卻三階段。升溫、保溫和冷卻三階

8、段。各階段對滅菌的貢獻：各階段對滅菌的貢獻： 20%、75%、5%。連續滅菌連續滅菌將培養基在發酵罐外通過連續滅菌裝置進行加熱、保溫將培養基在發酵罐外通過連續滅菌裝置進行加熱、保溫和冷卻而進行滅菌。和冷卻而進行滅菌。問題問題連續滅菌的基本設備有哪些連續滅菌的基本設備有哪些 ？發酵罐發酵罐蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽冷卻水冷卻水無菌培養基無菌培養基配料罐配料罐泵泵連消塔連消塔維持罐維持罐冷卻管冷卻管連續滅菌連續滅菌（1）配料預熱罐，）配料預熱罐，將配制好的料液預熱到將配制好的料液預熱到60 70 ，以免，以免連續滅菌時由于料液與蒸汽溫度相差過大而產生水汽撞擊連續滅菌時由于料液與蒸汽溫度相差過大而產生水汽撞擊

9、聲；聲；（2）連消塔，）連消塔，用高溫蒸汽使料液溫度很快升高到滅菌溫度用高溫蒸汽使料液溫度很快升高到滅菌溫度（126 132 ）；）；發酵罐發酵罐蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽冷卻水冷卻水無菌培養基無菌培養基配料罐配料罐泵泵連消塔連消塔維持罐維持罐冷卻管冷卻管連續滅菌連續滅菌（3）維持罐，）維持罐，使料液在滅菌溫度下保持使料液在滅菌溫度下保持5 7min。因為：連。因為：連消塔加熱的時間很短，光靠這段時間的滅菌是不夠的；消塔加熱的時間很短，光靠這段時間的滅菌是不夠的；（4）冷卻管，）冷卻管，使料液冷卻到使料液冷卻到40 50后（冷水噴淋）后（冷水噴淋） ，輸，輸送到預先滅菌過的罐內。送到預先滅菌過的罐內。

10、發酵罐發酵罐蒸汽蒸汽蒸汽蒸汽冷卻水冷卻水無菌培養基無菌培養基配料罐配料罐泵泵連消塔連消塔維持罐維持罐冷卻管冷卻管連續滅菌連續滅菌連續滅菌連續滅菌連續滅菌連續滅菌連續滅菌過程中溫度的變化連續滅菌過程中溫度的變化( (虛線虛線) )間歇滅菌與連續滅菌的比較間歇滅菌與連續滅菌的比較微生物的熱死動力學微生物的熱死動力學微生物受熱死亡的主要原因是高熱能使蛋白質變性，這微生物受熱死亡的主要原因是高熱能使蛋白質變性，這種反應可認為是單分子反應，死亡速率可視為種反應可認為是單分子反應，死亡速率可視為一級反應一級反應，即與殘存的微生物數量成正比。即與殘存的微生物數量成正比。KteNNtNNKNdtdN0000,

11、積分得：初始條件：微生物的熱死動力學微生物的熱死動力學KteNN0式中式中N經時間經時間t后殘存的活菌濃度（個后殘存的活菌濃度（個/L)， N0開始滅菌時原有活菌濃度（個開始滅菌時原有活菌濃度（個/L)；t滅菌時間（滅菌時間（s, min）K比熱死速率常數、滅菌速率常數或比死亡速率常數比熱死速率常數、滅菌速率常數或比死亡速率常數（s-1,min-1）它的大小與微生物的種類和加熱溫度有關。）它的大小與微生物的種類和加熱溫度有關。在同等溫度下，其值小，微生物的耐熱性強在同等溫度下，其值小，微生物的耐熱性強。從上式得出：從上式得出：t與與N之間的關系為對數之間的關系為對數式中式中N/N0, 菌體存活

12、率，而菌體存活率，而N0/N，為，為滅菌度滅菌度。微生物的熱死動力學微生物的熱死動力學n實驗證明，細菌孢子的熱死滅動力學與營養體細胞顯著不實驗證明，細菌孢子的熱死滅動力學與營養體細胞顯著不同。同。n 對于耐熱性的微生物芽孢，對于耐熱性的微生物芽孢， 存在存在“菌體循序死亡模型菌體循序死亡模型”假說，認為：芽孢的死亡是漸進的。有耐熱的芽孢（假說，認為：芽孢的死亡是漸進的。有耐熱的芽孢（R型）型）轉變為死亡的芽孢（轉變為死亡的芽孢（D型），需經過敏感的中間過程（型），需經過敏感的中間過程（S型）。型）。n 當溫度超過當溫度超過120時，熱阻極強的芽孢與營養體的熱死時，熱阻極強的芽孢與營養體的熱死滅

13、動力學基本符合一級反應動力學規律滅動力學基本符合一級反應動力學規律。微生物的熱死動力學微生物的熱死動力學ERTKAev T對對K的影響的影響式中：式中：A頻率因子，頻率因子，7.941038，min-1 E活化能，活化能，J/mol R通用氣體常數，通用氣體常數，8.28J/（molK） 在相同條件下，在相同條件下， E越高，越高，K值越低，熱死速率越慢。值越低，熱死速率越慢。 不同菌的孢子的熱死滅反應不同菌的孢子的熱死滅反應E各不相同，且各不相同，且K值取決于值取決于E和和T。 對上式取對數，得對上式取對數，得lnlnEKART 微生物的熱死動力學微生物的熱死動力學2lndKEdTRTv K

14、是是E和和T的函數的函數反應的反應的E越高，越高，lnK對對T的變化率越高，即的變化率越高，即T的變化對的變化對K的影響越大。的影響越大。迅速提高滅菌溫度，可加快細菌孢子的死滅速度，縮短迅速提高滅菌溫度，可加快細菌孢子的死滅速度，縮短在高溫下的滅菌時間，而滅菌對于培養基中有效成分的在高溫下的滅菌時間，而滅菌對于培養基中有效成分的破壞大為減少。破壞大為減少。高溫短時間滅菌高溫短時間滅菌滅菌動力學得出的最重要結論滅菌動力學得出的最重要結論例例1：當殺菌溫度從：當殺菌溫度從120升至升至150 ，試計算維生素，試計算維生素B1的分的分解速率常數解速率常數KB和嗜熱脂肪芽孢桿菌的死亡速率常數和嗜熱脂肪

15、芽孢桿菌的死亡速率常數KS。已。已知知ES=283460 J/mol, As=1.061036 (min-1) ；EB=92114 J/mol, AB=1.061010 (min-1)解：由（解：由（1）式，即）式，即K= A (E /RT)得得 lnKs= ln As ES /(RT) Ks在在120 時為時為0.0156 (min-1) 150 時為時為7.54 (min-1)滅菌速率常數提高滅菌速率常數提高482倍。倍。 同樣地：同樣地： KB在在120 時為時為0.00535 (min-1)，150 時為時為0.040 (min-1)，同樣的溫度變化僅提高，同樣的溫度變化僅提高6.5倍

16、。倍。例例2：將：將10000千克的培養基在發酵罐內進行分批滅菌，滅千克的培養基在發酵罐內進行分批滅菌，滅菌溫度為菌溫度為120，滅菌后要求每，滅菌后要求每1000批中只有一個雜菌，批中只有一個雜菌，培養基原始污染度為培養基原始污染度為105個個/g，試計算總殺菌效率，試計算總殺菌效率V總。總。解：解：N=10-3 3153500101010000 1010ln34.5NNNN即，即，V總總=34.5例例3 ：發酵培養基：發酵培養基60m3，雜菌活孢子濃度，雜菌活孢子濃度105/mL，要求滅，要求滅菌后殘存孢子數菌后殘存孢子數 N為為10-3個。設計的個。設計的T-t過程如下，是否達到過程如下

17、，是否達到滅菌要求？（滅菌要求？（A=7.941038 min-1，E=287441 J/mol，R=8.28 J/(molK)）exp()EKART解：解： 由由可得各個可得各個 K值值根據題意，滅菌要求即為，根據題意，滅菌要求即為，5603101060lnln36.310NN從得出的從得出的K 值可以看出，在值可以看出，在100以下滅菌，對細菌孢以下滅菌，對細菌孢子的殺滅幾乎是無效的，因為從滅菌開始的前子的殺滅幾乎是無效的，因為從滅菌開始的前36min和和63min以后，以后，K值幾乎可以忽略不計。在整個滅菌過程只有值幾乎可以忽略不計。在整個滅菌過程只有30min是有效的。是有效的。-K-

18、t圖，圖， -T-t圖圖將有效滅菌時間，即將有效滅菌時間，即34min至至64min的圖解積分值為的圖解積分值為33.8-K-t圖，圖， -T-t圖圖由圖可得，由圖可得，T-t的關系為，的關系為，T=-2.5357t2+39.429t-36.5932633802136287441lnexp()7.94 10exp()33.88.28 ( 2.535739.42936.593)ttNEAdtdtNRTtt 因此，因此，T-t的趨勢線的趨勢線故，設計的故，設計的T-t過程不能達到滅菌要求。過程不能達到滅菌要求。1.殺滅芽胞最常用和最有效的方法是：殺滅芽胞最常用和最有效的方法是：_。a.紫外線照射紫

19、外線照射 b.煮沸煮沸5min c.巴氏消毒法巴氏消毒法 d.高壓蒸氣滅菌法高壓蒸氣滅菌法2.下述不可能殺滅細菌芽胞的方法是：下述不可能殺滅細菌芽胞的方法是： _。a.煮沸法煮沸法 b.巴氏消毒法巴氏消毒法 c.間歇滅菌法間歇滅菌法 d.干熱滅菌法干熱滅菌法e.高壓蒸氣滅菌法高壓蒸氣滅菌法3.常用于空氣或物體表面的消毒常用于空氣或物體表面的消毒_。a.高壓蒸氣滅菌法高壓蒸氣滅菌法 b.紫外線照射法紫外線照射法c.濾過除菌法濾過除菌法 d.巴氏消毒法巴氏消毒法 4.常用于基礎培養基滅菌常用于基礎培養基滅菌_。a.高壓蒸氣滅菌法高壓蒸氣滅菌法 b.紫外線照射法紫外線照射法 c.濾過除菌法濾過除菌法

20、d.巴氏消毒法巴氏消毒法 第二節第二節 空氣除菌空氣除菌n空氣除菌的引入空氣除菌的引入n空氣中的微生物空氣中的微生物n空氣除菌方法空氣除菌方法n空氣過濾設計空氣過濾設計n膜過濾器膜過濾器n空氣除菌典型流程空氣除菌典型流程空氣除菌的引入空氣除菌的引入n微生物發酵分好氧發酵和厭氧發酵兩類。微生物發酵分好氧發酵和厭氧發酵兩類。n無菌空氣是好氧微生物的氧源。無菌空氣是好氧微生物的氧源。n空氣過濾失敗占發酵染菌各種因素的空氣過濾失敗占發酵染菌各種因素的20%左右。左右。n空氣過濾器的作用是防止空氣過濾器的作用是防止空氣把雜菌帶入發酵過程空氣把雜菌帶入發酵過程，保，保證發酵從接種到放罐的整個過程為純種培養

21、，不受外源證發酵從接種到放罐的整個過程為純種培養，不受外源微生物的污染。微生物的污染。空氣除菌的引入空氣除菌的引入在普通城市郊區，在在普通城市郊區，在干燥干燥、晴朗的天氣條件下，空氣中微、晴朗的天氣條件下，空氣中微生物數目為生物數目為102104個個/m3 ；好氧發酵的平均通氣量為好氧發酵的平均通氣量為0.8vvm（每分鐘每體積發酵液需每分鐘每體積發酵液需要空氣體積要空氣體積）；）；次級代謝產品的發酵需要次級代謝產品的發酵需要200h；一個一個100m3的發酵罐；的發酵罐；在整個發酵過程中所需通入空氣中的微生物的量為在整個發酵過程中所需通入空氣中的微生物的量為1億億100億個。億個。空氣中的微

22、生物空氣中的微生物n 空氣中懸浮著大量的微生物，它們附著在空氣中的灰塵空氣中懸浮著大量的微生物，它們附著在空氣中的灰塵及顆粒或水珠上。及顆粒或水珠上。n 這些微生物包括霉菌、細菌、放線菌、酵母及噬菌體等。這些微生物包括霉菌、細菌、放線菌、酵母及噬菌體等。n 城市空氣中微生物的密度較高，農村和山區較低，夏季城市空氣中微生物的密度較高，農村和山區較低，夏季比冬季多，氣候溫和潮濕的地區，空氣中微生物比較多，比冬季多，氣候溫和潮濕的地區，空氣中微生物比較多，工廠附近以主風向上游密度較低。工廠附近以主風向上游密度較低。高度每升高高度每升高2.5m，空氣中的塵埃粒子含量下降一個數量，空氣中的塵埃粒子含量下

23、降一個數量級，因此高空取氣很重要。級，因此高空取氣很重要。空氣除菌方法空氣除菌方法無菌空氣無菌空氣是指自然界的空氣通過除菌處理使其含量降低到是指自然界的空氣通過除菌處理使其含量降低到一個極限百分數的凈化空氣。一個極限百分數的凈化空氣。獲取方法獲取方法利用加熱、化學藥劑或射線：蛋白質變性利用加熱、化學藥劑或射線：蛋白質變性利用過濾介質及靜電除塵捕集空氣中的灰塵及顆粒利用過濾介質及靜電除塵捕集空氣中的灰塵及顆粒空氣除菌方法空氣除菌方法v 加熱滅菌加熱滅菌n 原理原理：微生物在高溫下容易被殺死；：微生物在高溫下容易被殺死； 利用空氣被壓縮時產生的熱來滅菌。利用空氣被壓縮時產生的熱來滅菌。n 特點特點

24、：空氣傳熱效率低，溫度分布不均勻，：空氣傳熱效率低，溫度分布不均勻， 滅菌時間長；滅菌時間長； 不適合大量制造無菌空氣。不適合大量制造無菌空氣。空氣除菌方法空氣除菌方法v 輻射滅菌輻射滅菌n原理原理：波長在：波長在226.5328.7nm的紫外線對空氣中微生物的的紫外線對空氣中微生物的殺菌效力最強。殺菌效力最強。 聲波、高能陰極射線及聲波、高能陰極射線及射線都可用于空氣滅菌。射線都可用于空氣滅菌。n 特點特點：滅菌時間長；：滅菌時間長； 大規模應用不經濟；大規模應用不經濟； 該法用于無菌室、接種間。該法用于無菌室、接種間。空氣除菌方法空氣除菌方法v化學滅菌化學滅菌n 常用的空氣滅菌用化學藥劑有

25、苯酚、環氧乙烷、過氧化常用的空氣滅菌用化學藥劑有苯酚、環氧乙烷、過氧化氫、重金屬鹽、新潔爾滅、甲醛溶液和硫磺等。氫、重金屬鹽、新潔爾滅、甲醛溶液和硫磺等。n 原理原理：將殺菌劑溶于水配成合適的濃度，使空氣在殺菌：將殺菌劑溶于水配成合適的濃度，使空氣在殺菌劑溶劑中通過或噴灑于空氣中以殺死空氣中的微生物。劑溶劑中通過或噴灑于空氣中以殺死空氣中的微生物。n 特點特點：除菌結束后必須除去夾帶殺菌劑的水汽和霧。：除菌結束后必須除去夾帶殺菌劑的水汽和霧。 應用于無菌室、接種間和培養間的滅菌。應用于無菌室、接種間和培養間的滅菌。空氣除菌方法空氣除菌方法v 靜電除塵靜電除塵n 原理原理：使空氣中的灰塵成為載電

26、體，然后將其捕集在：使空氣中的灰塵成為載電體，然后將其捕集在電極上。電極上。n 熱點熱點：能量消耗少：能量消耗少 設備龐大設備龐大 空氣最好為無油，濕度低空氣最好為無油，濕度低空氣除菌方法空氣除菌方法v 介質過濾介質過濾n 發酵工業用于發酵罐制備無菌空氣的方法是介質過濾。發酵工業用于發酵罐制備無菌空氣的方法是介質過濾。n 使用的過濾介質有棉花、玻璃纖維、不銹鋼纖維、聚使用的過濾介質有棉花、玻璃纖維、不銹鋼纖維、聚丙烯纖維。丙烯纖維。n 目前在發酵工業上普遍采用的是目前在發酵工業上普遍采用的是膜過濾器膜過濾器。空氣過濾設計空氣過濾設計采用概率論進行分析空氣過濾，基本假設有三點：采用概率論進行分析

27、空氣過濾，基本假設有三點：n纖維填充的空氣過濾器由多層介質組成；纖維填充的空氣過濾器由多層介質組成；n微生物經過每一層玻璃纖維時，與玻璃纖維碰撞存在一定微生物經過每一層玻璃纖維時，與玻璃纖維碰撞存在一定概率；概率；n當微生物與纖維碰撞次數小于一定值時，仍能通過過濾器當微生物與纖維碰撞次數小于一定值時，仍能通過過濾器中流出而返回空氣中。中流出而返回空氣中。濾層厚度越大，空氣通過過濾介質的時間越長，捕集效率也濾層厚度越大，空氣通過過濾介質的時間越長，捕集效率也就越大；就越大；纖維直徑越小，捕集效率也越大。纖維直徑越小，捕集效率也越大。v 捕集效率捕集效率空氣過濾設計空氣過濾設計v 空氣過濾器除菌機

28、制空氣過濾器除菌機制n 直接截留直接截留n 慣性沖擊慣性沖擊n 布朗運動或擴散攔截布朗運動或擴散攔截n 重力沉降重力沉降n 靜電吸引靜電吸引空氣過濾設計空氣過濾設計v 空氣過濾器除菌機制空氣過濾器除菌機制 直接截留直接截留 空氣流線中所夾帶的微粒由于和纖維相空氣流線中所夾帶的微粒由于和纖維相 接觸而被接觸而被捕集時稱為直接截留。捕集時稱為直接截留。 過濾介質起過濾介質起篩網篩網的作用機械截留顆粒。的作用機械截留顆粒。 直接截留的截留效率完全決定于顆粒直徑。直接截留的截留效率完全決定于顆粒直徑。空氣過濾設計空氣過濾設計v 空氣過濾器除菌機制空氣過濾器除菌機制2. 慣性沖擊慣性沖擊 顆粒以一定速度

29、向纖維垂直運動時，空氣受阻改變流向，繞顆粒以一定速度向纖維垂直運動時，空氣受阻改變流向，繞過纖維前進，微粒因過纖維前進，微粒因慣性作用慣性作用不能及時改變方向，便沖向纖維不能及時改變方向，便沖向纖維表面并滯留下來。表面并滯留下來。 在較低流速范圍內，沖擊過濾效率隨氣流速度增加而降低；在較低流速范圍內，沖擊過濾效率隨氣流速度增加而降低； 增至臨界流速時，效率隨氣流速度增加而提高；增至臨界流速時，效率隨氣流速度增加而提高； 當氣流速度再上升，效率會顯著下降。當氣流速度再上升，效率會顯著下降。空氣過濾設計空氣過濾設計v 空氣過濾器除菌機制空氣過濾器除菌機制3. 布朗運動或擴散攔截布朗運動或擴散攔截

30、微小的顆粒受空氣分子碰撞發生微小的顆粒受空氣分子碰撞發生布朗運動布朗運動。 顆粒與介質相碰而被捕集成為顆粒與介質相碰而被捕集成為擴散擴散。 纖維直徑越小，氣流運動速度越小，擴散捕集效率越高。纖維直徑越小，氣流運動速度越小，擴散捕集效率越高。空氣過濾設計空氣過濾設計21NpNv 對數穿透定律對數穿透定律設設N1為過濾前空氣中的總顆粒數，為過濾前空氣中的總顆粒數，N2為過濾后空氣為過濾后空氣中的顆粒數，則穿透率為：中的顆粒數，則穿透率為：則除菌效率為：則除菌效率為：1221111NNNpNN 對數穿透定律假定空氣過濾時其中的顆粒數隨通過對數穿透定律假定空氣過濾時其中的顆粒數隨通過濾層厚度的增加而均

31、勻遞減濾層厚度的增加而均勻遞減。空氣過濾設計空氣過濾設計v 對數穿透定律對數穿透定律取濾層厚度中某一微長度取濾層厚度中某一微長度dL，在此長度中顆粒的減少，在此長度中顆粒的減少數數dN可表示為：可表示為：dNK NdL式中：式中：N空氣中的顆粒數，個空氣中的顆粒數，個 L濾層厚度，濾層厚度，cm K除菌常數，除菌常數，m-1空氣過濾設計空氣過濾設計dNK NdL210NLNdNKdLN21lnNK LN v 對數穿透定律對數穿透定律積分：積分：得出對數穿透率為：得出對數穿透率為：21NlgKLN 或或K值值的大小與空氣流速、纖維的填充密度和直徑、空氣中的的大小與空氣流速、纖維的填充密度和直徑、

32、空氣中的顆粒大小等因素有關，可通過計算求得。顆粒大小等因素有關，可通過計算求得。空氣過濾設計空氣過濾設計2190N10.9N 2190N1 0.90.1N 21lnNK LN v 對數穿透定律對數穿透定律為為90%時的過濾厚度作為基準，即時的過濾厚度作為基準，即即即代入代入得得290190N1lglg1KLN10 空氣過濾設計空氣過濾設計2129090190NlgNKLLNKLLlgN2190NLlgNL 1290NLlgNLv 對數穿透定律對數穿透定律即即或或常數常數K為過濾效率為為過濾效率為90%時得到的時得到的L90的數據，即的數據，即901KL膜過濾器膜過濾器發酵工業初期采用棉花作為介

33、質發酵工業初期采用棉花作為介質逐漸被玻璃纖維、不銹鋼纖維和聚丙烯纖維代替逐漸被玻璃纖維、不銹鋼纖維和聚丙烯纖維代替目前都被目前都被膜過濾器膜過濾器取代取代預過濾器和可蒸汽滅預過濾器和可蒸汽滅菌的無菌過濾器菌的無菌過濾器膜過濾器膜過濾器v 預過濾器預過濾器 作用：除去空氣中的顆粒和塵埃以及液珠。作用：除去空氣中的顆粒和塵埃以及液珠。 分類：除去顆粒的預過濾器、除去液體霧滴的預過濾器。分類：除去顆粒的預過濾器、除去液體霧滴的預過濾器。 安裝位置：在可滅菌過濾器的上游安裝位置：在可滅菌過濾器的上游膜過濾器膜過濾器v 可滅菌的無菌膜過濾器可滅菌的無菌膜過濾器 膜片由多孔的膜片由多孔的疏水疏水有機材料制

34、成，最常用的是聚偏氟乙有機材料制成，最常用的是聚偏氟乙烯和聚四氟乙烯。烯和聚四氟乙烯。 無菌膜過濾器主要指膜孔為無菌膜過濾器主要指膜孔為0.22um以下的膜過濾器。以下的膜過濾器。空氣除菌典型流程空氣除菌典型流程空氣空氣 空壓機空壓機 貯氣罐貯氣罐 冷卻冷卻 除油水除油水 加熱加熱 空氣預處理空氣預處理 總過濾器總過濾器 分過濾器分過濾器 無菌空氣無菌空氣 空氣過濾空氣過濾空氣除菌典型流程空氣除菌典型流程v 空氣預處理空氣預處理目的目的:提高壓縮前空氣的潔凈度提高壓縮前空氣的潔凈度（1）提高空氣吸氣口的位置；）提高空氣吸氣口的位置；（2）在空氣入口處設置粗過濾器）在空氣入口處設置粗過濾器 捕集

35、較大的灰塵顆粒，并保護空壓機。捕集較大的灰塵顆粒，并保護空壓機。去除壓縮后空氣中的油和水去除壓縮后空氣中的油和水空氣除菌典型流程空氣除菌典型流程v 空氣預處理空氣預處理空氣除菌典型流程空氣除菌典型流程v 空氣壓縮和壓縮空氣的冷卻空氣壓縮和壓縮空氣的冷卻（1）空氣壓縮：克服輸送過程中過濾介質的阻力并）空氣壓縮：克服輸送過程中過濾介質的阻力并維持一定的氣流速度。維持一定的氣流速度。（2）壓縮后空氣溫度顯著上升，需冷卻。）壓縮后空氣溫度顯著上升，需冷卻。壓縮后的高溫空氣能引起過濾介質的炭化或燃燒壓縮后的高溫空氣能引起過濾介質的炭化或燃燒增大發酵罐的降溫負荷增大發酵罐的降溫負荷增加培養液水分的蒸發，一般用列管式冷卻器冷卻。增加培養液水分的蒸發，一般用列管式冷卻器冷卻。空氣除菌典型流程空氣除菌典型流程v 空氣壓縮和壓縮空氣的冷卻空氣壓縮和壓縮空氣的冷卻空氣除菌典型流程空氣除菌典型流程v 空氣貯罐空氣貯罐消除壓縮機排出空氣量的脈消除壓縮機排出空氣量的脈沖，維持穩定的空氣壓力。沖，維持穩定的空氣壓力