微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備

需氧微生物發(fā)酵所需氧氣起源于空氣，且需長時間無間斷供給，所以空氣除菌非常主要。據(jù)統(tǒng)計，空氣系統(tǒng)染菌占總?cè)揪鷶?shù)20％，居第二位。需建立確保無菌、簡化流程、節(jié)約能源空氣除菌系統(tǒng)。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第1頁4.1無菌空氣標(biāo)準(zhǔn)4.1.1空氣中微生物分布規(guī)律①易附著于固體表面或液滴中，含菌量隨環(huán)境不一樣而有很大差異：潮濕南方多，干燥北方少；人口稠密處多，人口稀少處少；低空多，高空少選擇良好取風(fēng)位置與提升除菌系統(tǒng)效率一樣主要。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第2頁4.1.1空氣中微生物分布規(guī)律②城市普通含菌量：

103個/m3或104個/m3微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第3頁③結(jié)論：因為空氣中微生物是依附于塵埃、微粒及微細(xì)水滴上，故凈化空氣就是要除去懸浮于空氣中塵埃和細(xì)微水滴，使之無菌。4.1.1空氣中微生物分布規(guī)律微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第4頁4.1.2發(fā)酵對空氣無菌程度要求空氣中微生物多是細(xì)菌孢子，以及酵母、霉菌和病毒，常見菌株大小見右表：菌株直徑um長um產(chǎn)氣桿菌1.0－1.51.0－2.5蠟狀芽孢桿菌1.3－2.08.1－25.8地衣芽孢桿菌0.5－0.71.8－3.3變形桿菌0.5－1.01.0－3.0銅綠假單胞菌0.3－0.50.5－0.8流感桿菌0.3－0.50.5－1.0噬菌體0.020.04微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第5頁故認(rèn)為只要將0.3um以上微粒全部除掉，就可到達(dá)無菌;生物工業(yè)生產(chǎn)中對無菌空氣無菌程度要求是：普通要求1000次使用周期中只允許有一個菌經(jīng)過，即經(jīng)過濾后空氣無菌程度為N=10-3。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第6頁需注意：不一樣發(fā)酵過程對空氣除菌要求不一樣：普通酵母發(fā)酵時，pH低，周期短，抗雜菌能力強(qiáng)，無菌要求低；細(xì)菌或細(xì)胞發(fā)酵時，周期長，本身抗感染能力弱，無菌要求高。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第7頁4.1.3空氣含菌量測定光學(xué)法與培養(yǎng)法；粒子計數(shù)測定法；固定膜采樣法；微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第8頁4.2空氣除菌方法顯然用高熱蒸汽來加熱保溫滅菌不現(xiàn)實慣用方法：過濾法其它方法：熱殺法、射線法、靜電除菌法。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第9頁4.2.1熱殺法微生物加熱后體內(nèi)蛋白質(zhì)（酶）氧化變性而死亡。原理：利用空氣壓縮時溫度升高來實現(xiàn)，依據(jù)多變壓縮公式：T1T2=P2P1m-1mm為多變指數(shù)，取1.2－1.3微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第10頁熱殺菌空氣熱滅菌流程示意圖1-空氣壓縮機(jī)2-粗過濾器3-保溫管4-貯氣罐5-保溫罐6-列管式冷卻器7-渦輪壓縮機(jī)8-預(yù)熱器9-粗過濾器10-空氣吸入塔微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第11頁4.2.1熱殺法優(yōu)點：產(chǎn)生空氣量大，熱殺時間短，維持設(shè)備無須太龐大。不足：設(shè)備必須耐高壓、高溫，且需加大冷卻器熱負(fù)荷。所以從經(jīng)濟(jì)角度考慮，實際生產(chǎn)中較少采取。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第12頁4.2.2靜電除塵法原理:在強(qiáng)度較大電場中，負(fù)極出現(xiàn)電暈現(xiàn)象，使附近中性分子電離為正負(fù)離子，并向兩極運動。因負(fù)離子移動距離大，所以使固體和液體微粒向正極運動，而在正極沉淀。正極為沉淀極，負(fù)極為電暈極。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第13頁靜電除菌電極鋼絲鋼管絕緣瓶鋼板空氣出口封頭管板法蘭空氣進(jìn)口靜電除塵器裝置圖管式靜電除菌器微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第14頁4.2.2靜電除塵法特點：除塵效率高（1um微塵去除率達(dá)99％以上）能量消耗少（處理1000m3只需0.4-0.8度電）空氣阻力小不足：前期投入高、因使用高壓電技術(shù)，故制造、安裝復(fù)雜、維修要求嚴(yán)格。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第15頁4.3過濾除菌利用能定時滅菌過濾介質(zhì)阻截流過空氣中所含有微生物，從而取得無菌空氣。當(dāng)前生物工業(yè)生產(chǎn)中最慣用、適用空氣除菌方法。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第16頁按過濾介質(zhì)空隙大小，可分為絕對過濾介質(zhì)和深層過濾介質(zhì)。絕對過濾介質(zhì)：空隙小于細(xì)菌和孢子，當(dāng)空氣經(jīng)過時，微生物被阻留在介質(zhì)一側(cè)。深層過濾介質(zhì)：孔隙大于微生物，為了到達(dá)除菌效果，必須含有一定厚度。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第17頁纖維介質(zhì)深層過濾除菌原理氣流經(jīng)過濾層時基于濾層纖維層層妨礙，迫使氣體在流動中出現(xiàn)無數(shù)次改變速度和方向繞流運動，而造成菌體微粒與濾層纖維間產(chǎn)生撞擊、攔截、布朗擴(kuò)散、重力沉降和靜電引力作用，把微粒截留、捕集在纖維表面上，到達(dá)過濾目標(biāo)。4.3過濾除菌微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第18頁(c)擴(kuò)散(b)攔截(a)慣性(d)重力(e)靜電微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第19頁

利用慣性、攔截和擴(kuò)散作用除去顆?；蛞旱卫w維工作原理空氣過濾空氣微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第20頁4.4過濾介質(zhì)和過濾器結(jié)構(gòu)微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第21頁2.4.1慣用過濾介質(zhì)4.4.1慣用過濾介質(zhì)過濾介質(zhì)是過濾除菌過程中關(guān)鍵，它直接影響除菌效果，動力消耗，設(shè)備尺寸以及運行可靠性。常見過濾介質(zhì)有：棉花，超細(xì)玻璃纖維，各種合成纖維，微孔燒結(jié)材料和微孔超濾膜等。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第22頁2.4.1慣用過濾介質(zhì)4.4.1慣用過濾介質(zhì)棉花應(yīng)選取長纖維并疏松新鮮棉花；標(biāo)準(zhǔn)：壓緊后仍有彈性，長度適中（2-3cm），直徑16-21um，實密度1520kg/m3，填充密度130-1501520kg/m3，填充率8.5-10%；為使填充均勻，可先制成棉墊。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第23頁2.4.1慣用過濾介質(zhì)玻璃纖維8-19um無堿玻璃纖維，直徑小，過濾效率好，不易吸水，壓降小，耐高溫，光滑，不易長菌。靜電引力起主要作用；缺點：體積大，不易填充；換裝時纖維有大量碎末；2.4.1慣用過濾介質(zhì)玻璃纖維8-19um無堿玻璃纖維，直徑小，過濾效率好，不易吸水，壓降小，耐高溫，光滑，不易長菌。靜電引力起主要作用；缺點：體積大，不易填充；換裝時纖維有大量碎末；微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第24頁2.4.1慣用過濾介質(zhì)活性炭吸附微生物能力遠(yuǎn)低于棉花，故其主要作用是位于兩層棉花之間，使氣流均勻再分布。2.4.1慣用過濾介質(zhì)活性炭吸附微生物能力遠(yuǎn)低于棉花，故其主要作用是位于兩層棉花之間，使氣流均勻再分布。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第25頁2.4.1慣用過濾介質(zhì)超細(xì)纖維玻璃紙直徑1-2um，厚0.25-1mm無堿玻璃纖維紙。具很高過濾效率，較低過濾阻力，堅韌，抗?jié)瘢?.4.1慣用過濾介質(zhì)超細(xì)纖維玻璃紙直徑1-2um，厚0.25-1mm無堿玻璃纖維紙。具很高過濾效率，較低過濾阻力，堅韌，抗?jié)瘢?.4.1慣用過濾介質(zhì)微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第26頁優(yōu)點：強(qiáng)度高、壽命長、耐高溫，可逆洗再生、使用方便；不足：填充率高、流量小、壓力降大、輕易阻塞，實際需要數(shù)目多，接點多，易造成泄露污染，極難徹底滅菌。優(yōu)點：強(qiáng)度高、壽命長、耐高溫，可逆洗再生、使用方便；不足：填充率高、流量小、壓力降大、輕易阻塞，實際需要數(shù)目多，接點多，易造成泄露污染，極難徹底滅菌。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第27頁微孔聚合物：聚乙烯醇過濾板，將聚乙烯醇乙?；?，并涂敷耐熱樹脂制成；能高溫滅菌，安裝方便，微孔多、過濾效率高，壓力降小。微孔聚合物：聚乙烯醇過濾板，將聚乙烯醇乙酰化，并涂敷耐熱樹脂制成；能高溫滅菌，安裝方便，微孔多、過濾效率高，壓力降小。4.4.1慣用過濾介質(zhì)微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第28頁4.4.1慣用過濾介質(zhì)石棉濾板用纖維短而直藍(lán)石棉與紙漿纖維混合打漿而成。過濾效率較低；不易穿孔或折斷，可耐受蒸汽重復(fù)滅菌，抗?jié)裎⑸锕こ贪l(fā)酵無菌空氣的制備第29頁4.4.1慣用過濾介質(zhì)新型過濾介質(zhì)用四氟乙烯經(jīng)膨化而制成過濾介質(zhì)；優(yōu)點：過濾面積大、流量快、阻力小、體積小微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第30頁4.4.2過濾器結(jié)構(gòu)深層棉花過濾器普通為立式圓筒形，下方為進(jìn)氣口，上方出氣口；介質(zhì)安裝次序：孔板、鐵絲網(wǎng)、麻布、棉花、麻布、活性炭、麻布、棉花、麻布、鐵絲網(wǎng)、孔板；深層纖維介質(zhì)空氣過濾器進(jìn)氣口壓緊架出氣口纖維介質(zhì)換熱夾套活性炭微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第31頁使用注意事項：安裝后用空氣蒸汽吹一段時間，打開檢驗是否有松動，以補加。使用一段時間后必須滅菌，由上向下通入0.2-0.2MPa干燥蒸汽，約45min，然后用壓縮空氣吹干。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第32頁4.5無菌空氣制備流程空氣壓縮后，溫度不變，相對濕度會增加，易析出水滴，會對過濾介質(zhì)造成影響，故空氣壓縮后應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)處理，使除油、降低濕度后再進(jìn)入空氣過濾器。普通使用冷卻再加熱法；微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第33頁4.5無菌空氣制備流程采風(fēng)（高度）預(yù)過濾（去除＞5μm微粒）空氣壓縮0.6-0.8MPa空氣儲罐（穩(wěn)定壓力，沉降作用）冷卻（去除水分）油水分離（利用離心力去除油滴、液滴）微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第34頁除霧（填料式除霧器，捕集小液滴）加熱（50℃，空氣相對濕度60%）總過濾80-90%罐前除霧99%預(yù)過濾99.9999%除菌過濾（精過濾）微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第35頁利用熱空氣加熱冷空氣除菌流程1-高空采風(fēng)2-粗過濾器3-空壓機(jī)4-熱交換器5-冷卻器6、7-旋風(fēng)分離器8-空氣總過濾器9-空氣分過濾器微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第36頁空氣壓縮冷卻過濾流程1-粗過濾器2-空氣壓縮機(jī)3-貯罐4-冷卻器5-過濾器微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第37頁微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第38頁2.5.3壓縮空氣預(yù)處理設(shè)備空氣氣口高度與位置：采取10m以上高度，遠(yuǎn)離廢氣排氣口。2.5.3壓縮空氣預(yù)處理設(shè)備空氣氣口高度與位置：采取10m以上高度，遠(yuǎn)離廢氣排氣口。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第39頁粗過濾器：在壓縮機(jī)吸入口之前過濾器，捕集空氣中較大灰塵以降低對壓縮機(jī)磨損。阻力小，容塵量大。慣用粗過濾器有：布袋過濾、填料式過濾、油浴洗滌和水霧除塵等。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第40頁空氣壓縮機(jī)：往復(fù)式空氣壓縮機(jī)由活塞在汽缸中往復(fù)運動，完成吸氣、壓縮、排氣；氣流不穩(wěn)定、脈沖大、空氣油含量高；微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第41頁渦輪式壓縮機(jī)電動機(jī)帶動渦輪旋轉(zhuǎn)，氣體因為離心力向周圍蝸殼通道運動，取得較高壓強(qiáng)后排出，排氣量大、占地小、壓力穩(wěn)定、不含油霧；但噪音過大。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第42頁螺桿式空壓機(jī)當(dāng)前較理想空壓機(jī)，占地小，供氣量大，油霧少或無油霧，噪音小。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第43頁冷卻：空氣壓縮后溫度上升，若直接通入空氣過濾器，會損壞過濾介質(zhì)，影響培養(yǎng)基溫度及培養(yǎng)物生長；所以，必須冷卻。冷卻：空氣壓縮后溫度上升，若直接通入空氣過濾器，會損壞過濾介質(zhì)，影響培養(yǎng)基溫度及培養(yǎng)物生長；所以，必須冷卻。4.5.1壓縮空氣預(yù)處理原理微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第44頁空氣貯罐

作用：消除壓縮機(jī)排出空氣量脈沖，維持穩(wěn)定空氣壓力，同時也能夠利用重力沉降作用分離部分油霧。安全閥壓力表排氣管人孔進(jìn)氣管微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第45頁微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第46頁空氣換熱設(shè)備慣用類型有：立式列管式熱交換器、沉醉式熱交換器、噴淋式熱交換器和板翹式熱交換器等。微生物工程發(fā)酵無菌空氣的制備第47頁析水設(shè)備－旋風(fēng)分